[发明专利]一种超薄质子交换复合膜连续化制备方法

权利要求书

1.一种质子交换复合膜的制备方法，其特征在于：所述质子交换复合膜以亲水性PTFE微孔膜为基膜，所述基膜上涂布质子导体材料；所述质子导体材料上喷涂有自由基淬灭剂；所述质子交换复合膜的厚度为5-10μm；所述质子导体材料包括全氟磺酸树脂液和纳米磷酸化二氧化钛；所述质子导体材料中，纳米磷酸化二氧化钛的质量为全氟磺酸树脂液固含量的5-10％；所述自由基淬灭剂的质量为质子导体材料的0.05-0.1％；

所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)PTFE微孔膜亲水化处理：在PTFE微孔膜上喷涂一层过氧化氢醇/水溶液，置于不透光黑暗空间内经紫外线灯照射，得到亲水化改性的PTFE微孔膜；

(2)纳米磷酸化二氧化钛的制备：将钛酸正丁酯乙醇溶液滴入50-100℃的磷酸水溶液中回流，经过离心、洗涤，得到胶体，将所得胶体在200-500℃下加热，得到所述纳米磷酸化二氧化钛；

(3)质子导体材料的制备：在5-20wt％的全氟磺酸树脂液中加入纳米磷酸化二氧化钛，在30-50℃下匀速搅拌1-3h，得到混合溶液，经过静置脱泡，得到质子导体材料；

(4)将质子导体材料涂布在亲水化改性的PTFE微孔膜上，再喷涂自由基淬灭剂溶液，经过两次烘干后进行压合处理，得到所述质子交换复合膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基膜厚度为1-5μm，孔隙率为60-80％；所述自由基淬灭剂为纳米二氧化铈或纳米二氧化锰中任意一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，喷涂流量为1～5mL/min，喷涂速度为100～400mm/s；所述过氧化氢醇/水溶液浓度为0.1wt％-10wt％，其中去离子水和乙醇的质量比为1:1-10。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，紫外线灯灯源为波长为200-400nm的LED灯，照射时间为1-10min，照射距离为1-10cm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，钛酸正丁酯和磷酸的摩尔比为1-4:1；所述钛酸正丁酯乙醇溶液的质量浓度为6wt％-15wt％，磷酸水溶液的质量浓度为10wt％-20wt％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，涂布速度为1-4.9m/min，涂布厚度为10-20μm；喷涂流量为1-10mL/min，喷涂速度为100-400mm/s。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，自由基淬灭剂溶液的质量浓度为0.1wt％-0.6wt％，溶质为纳米二氧化铈或纳米二氧化锰中任意一种，溶剂为去离子水和乙醇的混合物，所述去离子水和乙醇的质量比为1:0.1-1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，第一次烘干温度为40-80℃，第二次烘干温度为80-140℃；辊压压力为2-6MPa。

9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法采用连续涂布生产装置生产质子交换复合膜，所述连续涂布生产装置中沿质子交换复合膜传送方向上依次设置有喷涂室一、暗室、涂布模头、喷涂室二、烘箱一、烘箱二、压辊和收卷辊；所述喷涂室一内设置有喷头一；所述暗室内设置有紫外灯；所述喷涂室二内设置有喷头二；所述压辊为一对复合辊；所述生产装置还设置有多个传送辊，用以将质子交换复合膜向前传送。