[发明专利]一种掺杂、纤维改性的交联全氟离子交换膜

权利要求书

1.一种全氟离子交换膜，其特征在于：该膜以全氟离子交换树脂为基体，该树脂通过侧链上的可交联位点发生交联，从而形成化学键合的交联结构，然后该交联结构的链上的酸性基团与加入的高价金属化合物通过物理键合而形成交联网络结构，该膜中还添加了作为增强物的增强纤维和作为辅助质子传导物质的无机掺杂物；

所述全氟离子交换树脂是由四氟乙烯、一种或几种含酸性交换基团的全氟烯单体和一种或几种含交联位点的全氟烯单体共聚形成；

所述含酸性交换基团的全氟烯单体选自具有如下结构的式(A)或(B)：

CF₂＝CFO[CF₂CF(CF₃)]_fO(CF₂)_gSO₃H

f＝0或1；g＝2～4的整数    (A)

CF₂＝CFO(CF₂)₃PO₃H₂       (B)

所述含交联位点的全氟烯单体具有式(X)的结构：

其中，Y₅独立地为Br或I；

a’，b’，c’独立地为为0或1，但a’+b’+c’≠0；

X₁为F、Br或I；

n’为0或1；

R_f5、R_f6独立地为全氟烷基；

交联后的所述交联结构具有如下通式(I)的交联桥：

其中，G₁＝CF₂或O，G₂＝CF₂或O，R_f是C₂-C₁₀全氟碳链；

所述高价金属化合物的元素选自下列元素之一或组合：Ir、Y、Mn、Ru、V、Zn、La，且所述高价金属化合物选自这些金属元素的最高价态或中间价态的具有钙钛矿结构的氧化物；所述具有钙钛矿结构的氧化物为Ca_0.6La_0.27TiO₃、La_(1-y)Ce_yMnO₃或La_0.7Ce_0.15Ca_0.15MnO₃，其中y＝0.1～0.4。

2.如权利要求1所述的全氟离子交换膜，其特征在于：R_f5、R_f6独立地为C₁-C₅的全氟烷基。

3.如权利要求1所述的全氟离子交换膜，其特征在于：作为增强物的增强纤维选自玻璃纤维、氟碳化合物纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、氧化物纤维；或者选自这些纤维中的多种；所述纤维的直径为0.005μm～5μm，长度为0.05μm～3mm；纤维与全氟离子交换树脂的质量比为0.5～50∶100。

4.如权利要求3所述的全氟离子交换膜，其特征在于：所述玻璃纤维选自耐碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维。

5.如权利要求3所述的全氟离子交换膜，其特征在于：所述氟碳化合物纤维选自聚四氟乙烯纤维、聚全氟乙丙烯纤维或聚全氟丙基乙烯基醚纤维。

6.如权利要求3所述的全氟离子交换膜，其特征在于：所述陶瓷纤维选自天然焦宝石纤维或硅酸铝纤维。

7.如权利要求3所述的全氟离子交换膜，其特征在于：所述矿物纤维选自石英纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维。