[发明专利]一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜制备方法

说明书

本发明涉及新材料制备领域，具体关于一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜制备方法；本方法首先用商业化的聚醚醚酮树脂颗粒在氯磺酸和浓硫酸条件下反应，得到磺化聚醚醚酮材料，然后加入对氯苯胺磺酸和有机胺对材料进行碱化，得到一种硅烷接枝聚醚醚酮树脂颗粒；用这种颗粒和普通的聚醚醚酮树脂颗粒在催化下与交联剂产生网络状的交联，成膜后进行高温的热处理，使膜内部的聚醚醚酮粒子进一步熔化、粘连形成三维聚醚醚酮网络，进一步加大膜的交联程度，最后将膜酸化处理，得到一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜。本方法制备的质子交换膜能够保持低溶胀性的同时具有优良的质子电导率，解决了磺化聚醚醚酮低溶胀性和质子电导率难以平衡的问题。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体关于一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为一种新型的绿色能源越来越受到全世界人们的关注，而作为质子交换膜燃料电池的核心部件质子交换膜（PEM）则变成了广大科研工作的研究重点。

201410091942.5 公开了一种磺化聚醚醚酮-原位磷酸化二氧化钛杂化膜及制备和应用。该杂化膜厚度为厚度为45~80μm，它是由磺化聚醚醚酮膜基质和原位生成的二氧化钛组成。其制备过程包括：磺化聚醚醚酮溶液的制备，钛前驱体的预水解，二氧化钛溶胶与磺化聚醚醚酮溶液混合，加入磷酸化试剂原位生成磷酸化的二氧化钛得到铸膜液，制膜得到磺化聚醚醚酮-原位磷酸化二氧化钛杂化膜。该杂化膜用作直接甲醇燃料电池质子交换膜。该本发明的优点在于：制备过程简单可控，原位生成的磷酸化二氧化钛颗粒为纳米级，颗粒分布均匀，有效防止颗粒团聚，磷酸基团有效改善膜的性能，该杂化膜具有较好的阻醇和质子传导性能。

201610888449.5提供了一种咪唑鎓盐型聚醚醚酮/功能化介孔硅杂化膜，是以咪唑鎓化聚醚醚酮作为膜基质，功能化介孔硅作为填充剂，介孔硅含量为膜基质的1～15wt.％，所制膜厚度为60～80μm。其制备过程包括介孔硅制备：氯甲基化聚醚醚酮制备咪唑鎓盐型聚醚醚酮/功能化介孔硅杂化膜制备，其中，介孔硅制备在经典的MCM-41分子筛制备基础上结合共缩聚法可一步得到氯甲基化介孔硅颗粒，将所得氯甲基化介孔硅与聚合物共混，进行同步咪唑鎓化，为有机-无机杂化阴离子交换膜的制备提供一种更加简便的途径。制膜过程简易可行。该杂化膜同时具有良好的离子传递特性、机械强度及尺寸稳定性，可以用于碱性直接甲醇燃料电池。

201610888376.X公开了一种基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜，是以聚醚醚酮作为膜基质，采用带有疏水苯环结构的N, N, N’, N’-四甲基对苯二胺(TMPD)和1-甲基咪唑作为协同胺化试剂，TMPD由于具有双结合位点，引入膜中利于形成局部交联结构，在不牺牲膜离子交换容量和离子质子电导率的同时能有效强化膜的机械性能及尺寸稳定性。1-甲基咪唑的存在则保证聚合物链段上的活性基团完全反应而避免过度交联。两种胺化剂协同作用使膜的综合性能得以显著提高。

以上专利以及现有技术制备的聚醚醚酮膜是通过磺化来提高质子电导率的，一般磺化度越大，聚醚醚酮的质子电导率越高。但是当聚醚醚酮的磺化度增大时它的溶胀率也随之增加，时尺寸稳定性和机械强度急剧下降，致使聚醚醚酮膜难以在电池中使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜制备方法。

一种低溶胀率的聚醚醚酮基质子交换膜制备方法，制备技术方案如下：