[發(fā)明專利]一種基于磺化聚苯醚制備有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010107733.7
• 申請(qǐng)日: 2010-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN101775202A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉兆明;吳永會(huì);徐銅文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東天維膜技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08L71/12
• 分類號(hào): C08L71/12;C08K3/34;C08L33/02;C08L35/00;C08L41/00;C08F220/06;C08F222/06;C08F220/28;C08F228/02;C08F230/08;C08F212/14;C08J5/22;B01D71/52
• 代理公司: 濰坊鳶都專利事務(wù)所 37215
• 代理人: 尹金華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于磺化聚苯醚制備有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜的方法。

背景技術(shù)

《膜科學(xué)雜志》(Journal?of?Membrane?Science，272(2006)116-124)報(bào)道了商業(yè)化的1100EW溶液和四乙氧基硅烷混合，然后進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，熱處理后得到有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜。由于選用的1100EW價(jià)格昂貴、離子交換容量不高，得到的膜電學(xué)性能下降、實(shí)用可行性不高。

《能源雜志》(Journal?of?Power?Sources?186(2009)286-292)報(bào)道了磺化聚苯醚(SPPO)和(3-胺丙基)三乙氧基硅烷(A-1100)共混，溶膠-凝膠反應(yīng)后，形成酸-堿對(duì)體系，熱處理后得到雜化陽離子交換膜。該方法所制備的雜化陽離子交換膜相容性好、機(jī)械性能高、電學(xué)性能優(yōu)良，膜適合應(yīng)用于燃料電池領(lǐng)域；但由于在熱處理過程中膜損失部分離子交換基團(tuán)，得到的雜化陽離子交換膜荷電量不高，限制了膜的分離性能。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?3131571.2公布的一種有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜的制備方法，利用分子鏈中含巰基的烷氧基硅烷或鹵硅烷為原料，制備成溶膠在無機(jī)基體上涂膜，熱處理后對(duì)巰基進(jìn)行氧化。該方法步驟簡單，膜中無機(jī)-有機(jī)成分相容性好，但由于采用了無機(jī)基體作支撐體，使得膜的荷電量不高，缺乏柔韌性，限制了膜在擴(kuò)散滲析、電滲析等方面的應(yīng)用。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?00810064727.0公布的一種納米顆粒填充的雜化陽離子交換膜的制備方法，利用聚偏氟乙烯、二乙烯苯、無機(jī)納米顆粒、甲基丙烯酸縮水甘油酯為原料，共混后聚合，得到的膜經(jīng)過NaOH處理。該方法制備成本低、制備時(shí)間短，但膜的荷電量低、有機(jī)-無機(jī)組分之間缺乏共價(jià)鍵作用，使得膜的均一性和穩(wěn)定性受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

本發(fā)明采用包含以下步驟的制備方法來達(dá)到本發(fā)明的目的：

(1)共聚物的制備：制備一種既含有烷氧基硅基團(tuán)、又含有陽離子交換基團(tuán)或可以轉(zhuǎn)化成陽離子交換基團(tuán)的官能團(tuán)的多硅共聚物；

(2)涂膜液的制備：將Na⁺型磺化聚苯醚溶解在甲醇或N，N-二甲基甲酰胺中形成濃度為0.1-0.3g/mL的溶液，以質(zhì)量比為水∶催化劑∶多硅共聚物∶磺化聚苯醚＝0.10-0.50∶0-0.02∶0.05-0.35∶1的配比關(guān)系，向上述溶液內(nèi)加入水、催化劑和多硅共聚物，在20-60℃溫度條件下攪拌反應(yīng)12-48小時(shí)制得涂膜液；

(3)陽離子交換膜的制備：將步驟(2)制得的涂膜液在基體上涂膜，在室溫環(huán)境下使涂膜液在基體上干燥至形成均勻穩(wěn)定的凝膠層即膜片，然后對(duì)膜片進(jìn)行熱處理即可得到所述的有機(jī)-無機(jī)雜化陽離子交換膜；

步驟(2)中所述的催化劑包括鹽酸、硫酸、乙酸或氨水。

所述多硅共聚物的制備過程為：選用一種含有陽離子交換基團(tuán)或可以轉(zhuǎn)化為陽離子交換基團(tuán)的官能團(tuán)的單體A，一種含有烷氧基硅基團(tuán)的單體B，按摩爾比為單體A∶單體B∶溶劑C∶引發(fā)劑D＝1∶0.42-2.33∶20.2-47.2∶0.004-0.027的配比關(guān)系，將單體A、單體B、溶劑C和引發(fā)劑D混合，60-80℃溫度條件下反應(yīng)2-48小時(shí)，得到聚合溶液，然后對(duì)聚合溶液進(jìn)行如下操作∶(1)按質(zhì)量比為對(duì)苯二酚∶引發(fā)劑D＝0.3-0.5∶1的配比關(guān)系向聚合溶液內(nèi)加入對(duì)苯二酚，除去溶劑C、殘余的單體A和B，得到多硅共聚物液體；或(2)除去0-66％的溶劑C后，通過向聚合溶液加入正己烷或石油醚生成沉淀物即共聚物的方法提純共聚物，將提純后的共聚物溶解在溶劑C中，制得多硅共聚物溶液；單體A包括丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐或乙烯基磺酸鈉；單體B包括甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷或三乙氧基硅苯乙烯；溶劑C包括甲苯、甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亞砜；引發(fā)劑D為過氧化二苯甲酰或偶氮二異丁腈。

所述基體包括玻璃板、鋁箔、聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、多孔聚乙烯膜或無紡布。

所述涂膜的方法包括刮膜、流涎、浸漬或涂覆。