掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109546192A(43)申请公布日2019.03.29(21)申请号201811358722.9(22)申请日2018.11.15(71)申请人先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司地址410100湖南省长沙市经济技术开发区人民东路二段169号先进储能节能示范产业园10#栋一楼(72)发明人钟发平倪江鹏欧腾蛟陈功哲邓宇飞(51)Int.Cl.H01M8/1072(2016.01)H01M8/1039(2016.01)H01M8/1044(2016.01)C08G65/40(2006.01)C08G65/48(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，首先将磺化4,4′-二氟二苯甲酮、双酚A、催化剂、有机溶剂和除水剂加入容器中进行反应，之后往其中加入1,3,5-三羟基苯进行反应，将冷却后的容器内的产品溶液逐滴加入至浓度为1～2mol/L的盐酸溶液中进行沉淀反应，将过滤得到的沉淀物干燥后制得磺基封端超支化磺化聚芳醚，将质子交换膜材料与磺基封端超支化磺化聚芳醚加入有机溶剂中搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液流延到玻璃平板上并干燥制得膜初品，最后将膜初品经酸化处理——去离子水清洗制得质子交换膜。还提供了一种掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜。本发明方法简单可行，其制得的质子交换膜具有较高的吸水率和质子传导率。CN109546192ACN109546192A权利要求书1/1页1.一种掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：Ⅰ往带有回流装置和分水装置的容器中加入磺化4,4′-二氟二苯甲酮、双酚A、催化剂、有机溶剂和除水剂形成反应液，先将反应液在140～160℃下恒温回流5～10h，再将反应液在170～180℃温度下恒温反应5～10h，接着往反应液中加入1,3,5-三羟基苯，并继续在170～180℃温度下恒温反应5～10h，冷却至室温后将容器内的产品溶液逐滴加入至浓度为1～2mol/L的盐酸溶液中进行沉淀反应，过滤后得到沉淀物，将沉淀物干燥后制得磺基封端超支化磺化聚芳醚；其中，磺化4,4′-二氟二苯甲酮与双酚A的摩尔比为(2～2.1)：1，催化剂的摩尔量为双酚A的摩尔量的4～5倍，有机溶剂与除水剂的体积比为(1～2)：1，每毫升有机溶剂中所含的双酚A的摩尔量为0.12～0.16mmol，1,3,5-三羟基苯与双酚A的摩尔比为1：(1.5～3)，容器内的产品溶液与盐酸的体积比为1：(10～20)；Ⅱ将质子交换膜材料与步骤Ⅰ制得的磺基封端超支化磺化聚芳醚加入至有机溶剂中搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液流延到玻璃平板上并干燥制得膜初品，最后将膜初品经酸化处理——去离子水清洗制得质子交换膜；其中磺基封端超支化磺化聚芳醚的质量为质子交换膜材料质量的1～10％，混合溶液的固含量控制为5～15％。2.如权利要求1所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ中，催化剂为碳酸盐，除水剂为甲苯；所述步骤Ⅰ和步骤Ⅱ中，有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种。3.如权利要求1所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ制得的磺基封端超支化磺化聚芳醚的支化度为33％～66.7％。4.如权利要求3所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，酸化处理的具体工艺为：将膜初品浸泡在温度为60～80℃、浓度为1～2mol/L的硫酸溶液中12～24h。5.如权利要求4所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ中，沉淀物的干燥工艺具体为：将沉淀物置于温度为80～120℃的真空干燥箱中干燥12～24h。6.如权利要求5所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，干燥工艺具体为：在温度为70～80℃的环境下干燥12～24h。7.如权利要求1～6任一所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，搅拌工艺具体为：加热至60～100℃后搅拌2～6h。8.如权利要求1～6任一所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，质子交换膜材料为全氟磺酸聚合物、磺化苯并咪唑、磺化聚酰亚胺、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮中的一种或多种。9.一种掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜，其特征在于：使用如权利要求1～8任一所述的掺杂超支化磺化聚芳醚复合型质子交换膜的制备方法制备得到