[發明專利]一種堿性離子聚合物及其制備和應用

有效

• 申請號: 201110436463.9
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN103172792A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 孫公權;柳鶴;王素力;姜魯華
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C08F259/08
• 分類號: C08F259/08;C08F8/44;C08F2/46;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種堿性離子聚合物，其特征在于：包括含氟基底材料和其上的季銨化官能團；其中，季銨化官能團通過氯甲基苯乙烯基接枝到含氟基底材料上，且季銨化官能團為通過堿化反應而得到的具有OH^-離子傳導能力的官能團；

季銨化官能團通式為

其中，R¹為R²、R³、R⁴分別為含有1-12個碳的烷基、或2-12個碳的烯烴基、或6-12個碳的芳基，X^-為OH^-，n為大于等于1的正整數。

2.一種權利要求1所述堿性離子聚合物的制備方法，其特征在于：包括以下制備步驟：

(1)基底材料的輻射：使用丙酮將基底材料清洗烘干后保存在惰性氣氛中進行輻射，得經輻射的基底材料粉末，并將其于-24-10℃的低溫環境中保存；

(2)單體的接枝：將步驟(1)所得經輻射的基底材料粉末浸潤在氯甲基苯乙烯上進行接枝反應，接枝反應在惰性氣氛下進行，反應溫度為40℃-80℃，反應時間為10-80小時，反應結束后，使用甲苯對經接枝反應的粉末進行清洗，清洗后于50-90℃條件下烘干，得經接枝反應制得的粉末；

(3)季銨化改性：步驟(2)所得經接枝反應制得的粉末浸潤在季銨化試劑中，使用質量濃度為20％-80％的季銨化試劑對步驟(2)所得經接枝反應制得的粉末在15℃-60℃進行季銨化處理，處理時間為10-80小時，之后使用去離子水對季銨化處理后的粉末進行沖洗，沖洗后使用濃度為0.1-5mol?L-1的HCl對其進行處理，得Cl-型離子聚合物；

(4)堿性離子聚合物的制備：使用濃度為0.1-2.0mol?L^-1的NaOH或KOH對上述步驟(3)制得的Cl-型離子聚合物在室溫下處理10-80小時，使制得的粉末轉變為OH-型，過濾洗滌，得堿性離子聚合物。

3.如權利要求2所述堿性離子聚合物的制備方法，其特征在于：基底材料為聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)中的一種；基底材料的顆粒直徑為10-1000nm。

4.如權利要求2所述堿性離子聚合物的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述輻射采用60Co衰變產生的γ射線；劑量率為0.1kGy·h^-1-10kGy·h^-1；輻射時間為3-15個小時。

5.如權利要求2所述堿性離子聚合物的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述接枝反應前，將惰性氣體通入氯甲基苯乙烯中以驅除其中的氧氣；接枝反應過程中，對反應溶液進行磁力攪拌以保含氟基底材料顆粒間不發生粘連。

6.如權利要求2所述堿性離子聚合物的制備方法，其特征在于：

步驟(3)中所述季銨化試劑為

其中，R¹為H，R²、R³、R⁴為含有1-12個碳的烷基、或2-12個碳的烯烴基、或6-12個碳的芳基。

7.如權利要求6所述堿性聚合物的制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述季銨化試劑為三甲胺、乙二胺、三乙烯二胺或芐基三甲胺。

8.如權利要求2或5所述堿性聚合物的制備方法，其特征在于：所述惰性氣體為氬氣、氦氣、氮氣中的一種或二種以上。

9.一種權利要求1所述堿性離子聚合物的應用，其特征在于：其可作為OH-的傳導載體添加到催化劑漿液中并制備成用于堿性聚合物電解質膜燃料電池的催化層。