董辰生 ，薛 帥 ，王學軍

（1.含氟功能膜材料國家重點實驗室，山東 桓臺 256401；2.山東東岳高分子材料有限公司，山東 淄博 256401）

氯堿工業(yè)的核心裝備是電解槽，電解槽的核心部件是氯堿離子膜，氯堿離子膜已經(jīng)發(fā)展為世界氯堿工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要材料。離子膜法燒堿技術(shù)以其先進的技術(shù)、高純度的產(chǎn)品質(zhì)量及低能耗等優(yōu)點成為世界范圍內(nèi)氯堿工業(yè)普遍采用的方法，氯堿離子膜也因此成為氯堿工業(yè)裝備中最重要、最核心的部分。自2009年9月22日，中國自主研發(fā)的氯堿離子膜在東岳集團成功下線以來，從最初一代國產(chǎn)DF988高機械強度氯堿膜到帶有犧牲芯材的用于膜極距電解槽的國產(chǎn)DF2800系列氯堿膜成功推向市場，氯堿離子膜研發(fā)團隊付出了巨大的努力。

1 國產(chǎn)氯堿膜的研發(fā)及結(jié)構(gòu)型號

中國從1980年開始，組織30年的科技攻關(guān)研發(fā)，在國家“863計劃”和國家“十一五”科技支撐計劃的支持下，東岳集團與上海交通大學合作開發(fā)。從基礎(chǔ)理論開始，基礎(chǔ)原料出發(fā)，國產(chǎn)全氟氯堿離子膜的研究突破了一系列關(guān)鍵壁壘，掌握了從原料、單體、中間體、功能單體、全氟材料增強網(wǎng)到復合增強離子膜的制備、膜的功能化等一系列核心生產(chǎn)技術(shù)。在堅持不懈的努力下，生產(chǎn)的氯堿離子膜成功應用于萬噸級氯堿生產(chǎn)裝置中[1]。

國產(chǎn)膜的成功應用填補了中國氯堿工業(yè)沒有國產(chǎn)全氟氯堿離子膜的空白，同時為中國基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)氯堿工業(yè)的安全運行和健康發(fā)展鋪平了道路。東岳氯堿離子膜目前主要包括2種類型，一種是適合強制循環(huán)槽的高機械強度的DF988膜，另一種為適合高電流密度電解槽的DF2800系列離子膜，國產(chǎn)氯堿離子膜研發(fā)與型號見圖1。

圖1 國產(chǎn)氯堿離子膜研發(fā)與型號

（1）DF988氯堿工業(yè)用離子膜

DF988氯堿工業(yè)用離子膜是一款不帶犧牲芯材的離子膜，其橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，采用全氟磺酸膜/PTFE網(wǎng)布/全氟羧酸膜復合而成，通過層間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計和樹脂匹配，賦予國產(chǎn)DF988氯堿離子膜突出的鹽水雜質(zhì)耐受性。其特點是強度高、使用安全性好、適應性強。

圖2 DF988氯堿離子膜橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖

（2）DF2800系列離子膜

DF2800系列離子膜主要包含DF2801、DF2806及DF2807 3種膜。DF2801氯堿離子膜是一種具有犧牲芯材的離子膜，其橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。由于采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，全氟磺酸層和全氟羧酸層之間形成無界面融合狀態(tài)，大大提高了兩層之間的結(jié)合牢固度，具有不宜脫層、起泡的獨特性能，適用于高電流密度膜極距的電解槽。

（3）DF2806氯堿離子膜

DF2806氯堿離子膜是在DF2801基礎(chǔ)上，優(yōu)化樹脂和加工工藝，具有最新的離子膜制造技術(shù)并且具有親水涂層，是一種低電壓、高電流密度離子膜，對鹽水雜質(zhì)具有更高的耐受性，DF2806氯堿離子膜橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖3 DF2801氯堿離子膜橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 DF2806氯堿離子膜橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖

（4）DF2807氯堿離子膜

DF2807氯堿離子膜的研發(fā)成功，是在改變樹脂分子結(jié)構(gòu)和層間結(jié)構(gòu)的技術(shù)突破上，對膜本身的構(gòu)造不斷改進，改進后的膜陰極側(cè)表面附近沒有不導電的陰影存在，膜面上的電流密度分布更均勻，性能更加完善。使新一代氯堿離子膜更加適應高電流密度，低電壓，壽命更長，在測試使用中也發(fā)現(xiàn)膜抵抗離子雜質(zhì)的能力也大大提高，兩代全氟氯堿膜性能比較圖見圖5。

圖5 兩代全氟氯堿膜性能比較

2 氯堿離子膜的工業(yè)應用

2010年5月14日，東岳首批2張氯堿離子膜在藍星（北京）化工機械有限公司在河北黃驊的“離子膜電解技術(shù)產(chǎn)業(yè)化試驗基地”上線運行，

為揚長避短，可以在鹽水精制過程中直接加碳酸鈣粉末，如果在預處理器加碳酸鈣，會成為氫氧化鎂膠團上浮的阻力，只有部分氫氧化鎂膠團會附著碳酸鈣而沉降下來。所以將碳酸鈣的加入點設在后反應罐，既不影響氫氧化鎂上浮，又能使碳酸鈣粉末在后反應罐攪拌的作用下快速分散在鹽水中，防止碳酸鈣在鹽水中結(jié)塊，直接沉降在后反應罐底部，造成碳酸鈣浪費。缺點是不能嚴格控制碳酸鈣的用量，只能通過數(shù)據(jù)，計算其大概用量，而實際生產(chǎn)中其用量要大于理論值，造成碳酸鈣的浪費。

優(yōu)點是（1）生產(chǎn)成本低，在白度、細度不做要求的情況下碳酸鈣要比氯化鈣廉價的多，并且加碳酸鈣不用儲槽、流量計、調(diào)節(jié)閥等設備；（2）安全可靠，碳酸鈣的加入不會引起鹽水鈣超標。因為pH值、濃度和溫度確定，鹽水所能溶解的碳酸鈣就是定值。碳酸鈣是難溶物，生成的碳酸鈣早已使鹽水達到飽和。