[发明专利]一种全氟离子型树脂

说明书

本发明公开了一种全氟离子型树脂至少包括四氟乙烯单体的结构单元、磺酰氟单体的结构单元和全氟聚醚单体的结构单元；所述的全氟聚醚单体可以用式PFPE‑(CF₂‑OCF＝CF₂)_α表示，其中α为1或2的整数，PFPE为由四氟乙烯自由基氧化获得的全氟聚醚，全氟聚醚单体的数均分子量在500以上。本发明的全氟离子型树脂由衍生自四氟乙烯的全氟聚醚单体改性获得，由该树脂制备的离子交换膜即使在较高的容量下也可以保持优良的机械强度，且制备的离子交换膜热稳定性和耐腐蚀性能好。

技术领域

本发明涉及一种全氟离子型树脂，尤其是磺酸离子型树脂，属于离子聚合物技术领域。

背景技术

上世纪60年代杜邦公司首先合成了全氟磺酸树脂，并于70年代成功开发了用于氯碱工业的全氟磺酸型离子交换膜后，全氟磺酸型离子交换膜在世界各国得到广泛关注，并投入了大量的研究开发工作。

在电池中使用离子交换膜是公知的，离子交换膜可以将电解池分割为阴极室和阳极室，离子可以选择性的通过。全氟离子交换膜由于具有独特的稳定性、耐降解性和难溶性，是用做电池隔膜的最理想产品，尤其是含有磺酸基和/或羧酸基的全氟离子交换膜。上述的离子交换膜通常由四氟乙烯与磺酰氟单体(如CF₂＝CF(OCF₂CF(CF₃))O(CF₂)₂SO₂F)的共聚树脂加工制成。

当用做燃料电池的质子交换膜时，一个重要的性能参数是它的质子电导性。为了提高导电率，理论上应该提高离子膜的离子交换容量；但随着离子交换容量的增加，其膜的机械性能下降，甚至会溶解在水中。为了在提高交换容量时尽可能的降低对机械强度的损失，通常的做法是通过交联来降低溶胀、提高机械强度和热稳定性。专利US20050228061通过加入适量的交联单体R₁R₂C＝CH(CF₂)_mCH＝CR₅R₆来改善机械强度，但由于引入了较多的氢碳键造成了热稳定性和耐腐蚀性能的下降。专利CN201511010319.3通过磺酰氟基团与氨气反应生成磺酰胺基团(-SO₂NH₂)制成全氟磺酰胺树脂，并用该树脂做为改性剂适量添加入全氟磺酸树脂中，在成膜后的碱处理过程中会形成交联结构，从而提高了膜的强度；但是由于将磺酸基团作为交联点会影响电导率，造成离子交换容量降低。

专利CN200710013128.1采用了式CF₂＝CFO(CF₂CF(CF₃)O)_a(CF₂)_bOR(其中a为0～3的整数，b为1～6的整数，R为C_xH_2x+1表示的烃基)所示的改性单体来解决机械强度与交换容量对立的矛盾，但是R的引如同样造成了热稳定性和耐腐蚀性能的下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种全氟离子型树脂。该树脂制成全氟磺酸离子膜后在较高的交换容量下仍能保持较高的机械强度，且热稳定性和耐腐蚀性能好。

为了实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种全氟离子型树脂至少包括四氟乙烯单体的结构单元、磺酰氟单体的结构单元和全氟聚醚单体的结构单元；所述的全氟聚醚单体可以用式PFPE-(CF₂-OCF＝CF₂)_α表示，其中α为1或2的整数，PFPE为由四氟乙烯自由基氧化获得的全氟聚醚，全氟聚醚单体的数均分子量在500以上。