[发明专利]一种高温质子交换聚合物膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池部件及其制备方法，具体涉及一种能在高温下使用的质子交换聚合物膜及其制备方法。

背景技术

离子液体具有不挥发、不燃烧、几乎无蒸汽压，受热不会膨胀，导电性好等特性，被广泛应用于电化学、有机合成、催化及萃取分离等领域。近年来，离子液体在高分子领域也越来越受到重视。有文章报道，将甲基咪唑四氟硼酸、甲基咪唑三氟甲磺酸等亲水性离子液体和甲基咪唑六氟磷酸、甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺等疏水性离子液体掺杂到高分子膜中，得到电导率较高的聚电解质膜(参见：ChemPhysChem 2007，8，1103-1107；Macromolecules 2008，41，3389-3392；Chem.Mater.2009，21，1480-1484)。

公开号为CN101070397A的中国发明专利申请公开文件中公开了一种将离子液体掺杂到聚合物膜中的方法，然后得到一种质子交换聚合物膜。

上述现有技术方案中所述膜都有一个缺点，掺杂的离子液体都容易被燃料电池使用过程中生成的水洗出，从而影响膜的使用性能及寿命。

发明内容

本发明目的是提供一种高温质子交换聚合物膜及其制备方法。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种高温质子交换聚合物膜的制备方法，具体包括以下步骤：

将单体、离子液体、表面活性剂按重量比20～50∶15～60∶15～40混合均匀，配制成微乳液，进行微乳液聚合制备得到质子交换聚合物膜。

上述技术方案中，混合微乳液时采用超声波作用，直至微乳液呈半透明或透明状。

上述技术方案中，所述单体选自：苯乙烯、磺化苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、乙烯醇、α-甲基丙烯腈、α，β，β-三氟苯乙烯、α-甲基磺化苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基吡咯烷酮或八氟苯乙烯中的一种或两种；

所述离子液体为疏水性树枝状大分子离子液体，选自：二代聚酰胺-胺双三氟甲磺酰亚胺离子液体PAMAM G2.0-NH₃⁺Tf₂N^-、三代聚酰胺-胺双三氟甲磺酰亚胺离子液体PAMAM G3.0-NH₃⁺Tf₂N^-或四代聚酰胺-胺双三氟甲磺酰亚胺离子液体PAMAM G4.0-NH₃⁺Tf₂N^-、二代聚酰胺-胺六氟磷酸离子液体PAMAMG2.0-NH₃⁺PF₆^-、三代聚酰胺-胺六氟磷酸离子液体PAMAM G3.0-NH₃⁺PF₆^-或四代聚酰胺-胺六氟磷酸离子液体PAMAM G4.0-NH₃⁺PF₆^-中的一种；所述疏水性树枝状大分子离子液体的制备方法包括以下具体步骤：

(1)将树枝状大分子聚酰胺-胺(PAMAM-NH₂，G2.0～G4.0)溶于水中，慢慢滴加等摩尔量的硝酸，得到聚酰胺-胺硝酸(PAMAM-NH₃⁺NO₃^-，G2.0～G4.0)；

(2)然后加入等摩尔量的双三氟甲磺酰亚胺锂或六氟磷酸钾，反应完成后，乳白色混浊液变成分层的两相，分液去除水层，再用蒸馏水洗涤，然后旋转蒸发将二氯甲烷除去，真空干燥后得所述疏水性树枝状大分子离子液体。

上述技术方案中，树枝状大分子聚酰胺-胺(PAMAM-NH₂，G2.0～G4.0)的制备方法参见：周玉兰，杨永利，杨华等.聚酰胺-胺树枝状大分子化合物的合成研究.首都医科大学学报，2001，22(4)：321-326。

所述表面活性剂为含铵离子、芳杂环结构的可聚合型离子液体乳化剂，其中含铵离子的可聚合型离子液体乳化剂的通式为：

其中，R选自氢或甲基中的一种，6≤h≤18，Z选自：Br、BF₄、PF₆或CF₃SO₃中的一种；

含铵离子的可聚合型离子液体乳化剂的通式为：