[发明专利]一种纤维接枝质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维接枝质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：黄麻纤维10‑15、马来酸酐2‑4、引发剂0.8‑1、聚苯醚65‑70、氯磺酸5‑6、烯丙基聚乙二醇0.08‑0.1、接枝剂0.1‑0.3、丙烯酸甲酯30‑40，本发明以氯磺酸为磺化剂，在接枝聚合物乳液中对聚苯醚进行磺化改性，有效的改善了聚苯醚、聚丙烯酸甲酯之间的有效相容，从而提高了成膜质子膜的均匀稳定性，而通过接枝处理的纤维则进一步提高了质子膜的力学强度。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种纤维接枝质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源.用作PEM的材料应该满足以下条件:(1) 良好的质子电导率;(2)水分子在膜中的电渗透作用小;(3)气体在膜中的渗透性尽可能小;(4)电化学稳定性好;(5)干湿转换性能好;(6)具有一定的机械强度;(7)可加工性好、价格适当。现阶段分为:全氟磺酸型质子交换膜;nafion重铸膜;非氟聚合物质子交换膜;新型复合质子交换膜等；然而目前，市售的磺化聚苯醚也存在一定的缺陷，比如均匀稳定性差，力学性能较低、抑菌性能差等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种纤维接枝质子交换膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纤维接枝质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：

黄麻纤维10-15、马来酸酐2-4、引发剂0.8-1、聚苯醚65-70、氯磺酸5-6、烯丙基聚乙二醇0.08-0.1、接枝剂0.1-0.3、丙烯酸甲酯30-40。

所述的接枝剂为N-羟甲基丙烯酰胺。

所述的引发剂为过氧化二异丙苯。

一种纤维接枝质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）取黄麻纤维，加入到其重量10-20倍的、0.5-1mol/l的氢氧化钠溶液中，浸泡2-3小时，过滤，将纤维水洗，常温干燥，得活化纤维；

（2）取马来酸酐、活化纤维混合，加入到混合料重量10-15倍的氯仿中，加入接枝剂，超声3-5分钟，得纤维分散液；

（3）取引发剂，加入到其重量13-20倍的氯仿中，搅拌均匀；

（4）取丙烯酸甲酯、烯丙基聚乙二醇混合，加入到混合料重量15-20倍的氯仿中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60-70℃，加入上述纤维分散液、引发剂水溶液，保温搅拌4-5小时，出料冷却，得接枝溶液；

（5）取氯磺酸，加入到上述接枝溶液中，搅拌均匀，加入聚苯醚，超声1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，真空46-50℃下干燥10-13小时，得接枝聚苯醚；

（6）取上述接枝聚苯醚，加入到其重量20-30倍的二甲基甲酰胺中，超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，冷却至常温，即得所述纤维接枝质子交换膜。

本发明的优点：

本发明以丙烯酸甲酯为单体，在引发剂作用下聚合，在聚合过程中引入马来酸酐处理的纤维，并加入接枝剂，得到接枝聚合物乳液，然后以氯磺酸为磺化剂，在接枝聚合物乳液中对聚苯醚进行磺化改性，有效的改善了聚苯醚、聚丙烯酸甲酯之间的有效相容，从而提高了成膜质子膜的均匀稳定性，而通过接枝处理的纤维则进一步提高了质子膜的力学强度。

具体实施方式

实施例1