[发明专利]一种交联型磺化聚酰亚胺膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子交换膜技术领域，尤其涉及一种交联型磺化聚酰亚胺膜 及其制备方法。

背景技术

离子交换膜被用来隔开燃料电池的阳极室和阴极室，起到质子导通聚合 物和分开氧、氢和/或缓冲剂的作用，因此，离子交换膜必需具有以下特征： 良好的机械性能，尤其是良好的拉伸应力、模量和柔软性；较好的热稳定性 和较高的质子电导率。

目前，工业中广泛使用的离子交换膜为全氟质子交换膜，如Du Pont Company的Nafion和Asahi Chemical Company的ACIPLEX-S。全氟质子交换 膜由具有直链全氟主链并接枝了带有磺酸基的侧链的共聚物形成，具有良好 的电化学性能和化学稳定性，但是，全氟质子交换膜存在甲醇渗透性较高、 在低湿度和高温度条件下质子传导率低、价格昂贵等缺点，这些因素限制了 全氟质子交换膜的应用。

研究发现，磺化聚酰亚胺具有优异的机械性能、热性能以及较好的阻甲 醇透过性(S.Feure，US Pat 6245881，Y.Woo，J.Membrane Sci.，2003，220，31 和W.Essafi，Macromolecules 2004，37，1431)，作为全氟质子交换膜的替代产 品在燃料电池领域内具有良好的应用前景。但是，磺化聚酰亚胺水稳定性较 差，容易水解，尤其在高温条件下极易发生水解导致膜破碎降解，影响燃料 电池的使用。因此，提高磺化聚酰亚胺的水稳定性是目前磺化聚酰亚胺膜的 研究热点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种交联型磺化聚酰亚 胺膜及其制备方法，通过本发明提供的方法制备的交联型磺化聚酰亚胺膜具 有良好的力学性能和水稳定性。

本发明提供了一种交联型磺化聚酰亚胺膜的制备方法，包括：

提供磺化聚酰亚胺膜；

辐射所述磺化聚酰亚胺膜得到交联型磺化聚酰亚胺膜。

优选的，所述磺化聚酰亚胺膜的辐射剂量为1.8kGy-77kGy。

优选的，所述辐射剂量为1.8kGy-20kGy。

优选的，所述辐射剂量为1.8kGy-7kGy。

优选的，所述辐射时间为24h-480h。

优选的，所述辐射时间为24h-120h。

优选的，所述辐射源为⁶⁰Co。

优选的，所述磺化聚酰亚胺膜为具有式I)结构的化合物：

其中，Ar₁为选自下列1)-7)任意结构中的一种：

Ar₂为选自下列8)-25)任意结构中的一种：

Ar₃为选自下列26)-41)任意结构中的一种：

n为正整数；0.2≤x≤0.8。

优选的，所述磺化聚酰亚胺膜的厚度为80μm-150μm。

本发明还提供了一种交联型磺化聚酰亚胺膜，由权利要求1-9任意一项所 述的制备方法制备。

与现有技术相比，本发明通过对磺化聚酰亚胺膜进行辐射，使磺化聚酰 亚胺产生自由基，自由基偶合后得到交联型的磺化聚酰亚胺膜。本发明提供 的制备方法操作简单，效率较高。同时，通过本发明提供的方法制备的交联 型磺化聚酰亚胺膜具有良好的力学性能和水稳定性。实验表明，通过本发明 提供的方法制备的交联型磺化聚酰亚胺膜的最大拉伸强度为2.0MPa，最大拉 伸应力为90MPa，比未交联的磺化聚酰亚胺膜的最大拉伸强度和最大拉伸应 力分别提高了25％和28％；通过本发明提供的方法制备的交联型磺化聚酰亚 胺膜在100℃的去离子水中的破裂时间为450小时，是未交联的磺化聚酰亚胺 膜的破裂时间的4倍。

具体实施方式

本发明提供了一种交联型磺化聚酰亚胺膜的制备方法，包括：

提供磺化聚酰亚胺膜；

辐射所述磺化聚酰亚胺膜得到交联型磺化聚酰亚胺膜。