[發明專利]具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201911423820.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111188062A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張永明;劉烽;張恒;馮威;李志勇;張波;趙彬;雷建龍;張志浩
• 申請（專利權）人: 山東東岳未來氫能材料有限公司
• 主分類號: C25B13/08
• 分類號: C25B13/08;C25B13/02;C25B1/46
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

1.一種具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：由全氟羧酸聚合物層、多孔增強材料層和功能表面涂層組成，其中功能表面涂層位于全氟羧酸聚合物層的上下表面，多孔增強材料包層埋在全氟羧酸聚合物層中；

所述全氟羧酸聚合物層的厚度為50-250μm，多孔增強材料層的厚度為40-200μm，功能表面涂層的厚度為0.01-30μm；

所述功能表面涂層是由全氟離子聚合物與金屬氧化物的混合物構成的多孔粗糙結構。

2.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：全氟羧酸聚合物層的全氟羧酸樹脂交換容量為0.6-1.5mmol/g。

3.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：多孔增強材料由全氟聚合物加強線和烴類聚合物溶棄線編織而成；成膜后，全氟聚合物加強線形成全氟聚合物增強網，烴類聚合物溶棄線形成鏤空隧道，緊鄰的全氟聚合物加強線間距為0.5-1.5mm，緊鄰的兩根全氟聚合物加強線之間含有鏤空隧道32-500根，單隧道直徑為1-50μm。

4.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：功能表面涂層的全氟離子聚合物為全氟磺酸聚合物和/或全氟磷酸聚合物；全氟離子聚合物的交換容量為0.5-1.5mmol/g。

5.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：功能表面涂層中金屬氧化物的含量大于0g/m²、小于20g/m²；金屬氧化物粉體為鋯、鉿或鈰的氧化物，其粒徑為5nm-10μm。

6.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：功能表面涂層10μm×10μm范圍內粗糙度Ra值介于10nm～5μm，240μm×300μm范圍內粗糙度Ra值介于300nm～10μm；功能表面涂層中孔的體積占涂層體積的5～95％。

7.根據權利要求1所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜，其特征在于：功能表面涂層在0-300g/L鹽水環境中，3μL體積氣泡與涂層粘附力為0-400μN。

8.一種權利要求1-7任一項所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將全氟羧酸樹脂進行擠出流延得到全氟羧酸離子交換樹脂基膜，再將多孔增強材料與全氟羧酸離子交換樹脂基膜進行復合，形成全氟羧酸離子交換膜前體；

(2)將全氟羧酸離子交換膜前體先進行超壓處理，再浸入堿性溶液中進行轉型，得到具備離子交換功能的全氟羧酸離子交換膜；

(3)將全氟磺酸聚合物加到溶劑中進行均一化處理，形成全氟離子聚合物溶液，再加入造孔劑和金屬氧化物，球磨得到分散液；

(4)將步驟(3)得到的分散液采用涂膜方式附著在步驟(2)得到的全氟羧酸離子交換膜上下表面，通過刻蝕表面形成多孔粗糙結構。

9.根據權利要求8所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜的制備方法，其特征在于：步驟(3)中造孔劑是氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、氧化鈦、碳酸鉀、碳化硅、碳酸鈉、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維、聚氨酯纖維、聚偏氟乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維中的一種或多種。

10.根據權利要求8所述的具有粗糙涂層的增強全氟羧酸離子交換膜的制備方法，其特征在于：步驟(4)中刻蝕是堿解、酸解或水解中的一種或者多種工藝的組合。