[发明专利]磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜的制备方法有效

专利信息
申请号: 201410838676.8 申请日: 2014-12-26
公开(公告)号: CN105789534B 公开(公告)日: 2018-07-17
发明(设计)人: 房建华;郭晓霞;应黎彬;梁乃强;宫继业;宫香山;包怡文 申请(专利权)人: 上海交通大学;上海大宫新材料有限公司
主分类号: H01M2/16 分类号: H01M2/16
代理公司: 上海旭诚知识产权代理有限公司 31220 代理人: 郑立
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 磺化聚苯乙烯 聚烯烃微孔膜 交联 复合膜 制备 质子交换膜燃料电池 表面亲水处理 聚苯乙烯树脂 全钒液流电池 复合膜制备 甲磺酸溶液 五氧化二磷 磺化反应 质子导电 综合性能 溶胀率 未交联 吸水率 拉伸 复合 应用
【权利要求书】:

1.一种磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、磺化聚苯乙烯的制备:

首先,将1,2-二氯乙烷、乙酸酐和浓硫酸的混合物于0℃下搅拌4-5小时,制得乙酰硫酸;

其次,将制备得到的乙酰硫酸缓慢滴加到聚苯乙烯树脂的1,2-二氯乙烷溶液中进行反应;

最后,将反应后的混合物倒入到有机烃类溶剂中,产生的固体产物用有机烃类溶剂多次洗涤,烘干后制得磺化聚苯乙烯;

步骤二、聚烯烃微孔膜的表面亲水处理:

首先,室温下将聚烯烃微孔膜浸泡在无水乙醇中,30分钟后,取出,烘干,以除去其表面的有机杂质;

其次,将经过乙醇预处理的聚烯烃微孔膜平铺在清洁、平整的基板上,向所述乙醇预处理的聚烯烃微孔膜表面滴加乙醇溶液,使所述乙醇溶液均匀覆盖所述乙醇预处理的聚烯烃微孔膜表面,室温下30分钟后,于50℃下烘干;重复操作3次,制得表面亲水的聚烯烃微孔膜;

步骤三、磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜复合膜的制备:

首先,将经过表面亲水处理的聚烯烃微孔膜固定在金属支架上,然后将所述金属支架平放在清洁、平整的基板上;

其次,向所述表面亲水处理的聚烯烃微孔膜的表面滴加磺化聚苯乙烯乙醇溶液,使所述磺化聚苯乙烯乙醇溶液完全覆盖所述表面亲水处理的聚烯烃微孔膜,室温放置1小时,然后于40℃烘干;

再次,重复操作1-3次,使所述表面亲水处理的聚烯烃微孔膜的微孔中全部充满所述磺化聚苯乙烯;

最后,将所述表面亲水处理的聚烯烃微孔膜在50℃下烘干,制得磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜复合膜;

步骤四、磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜的制备:

将步骤三得到的磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜复合膜浸泡在甲磺酸溶液中,浸泡时间为2-30分钟;然后将浸泡后的膜取出,用去离子水洗至中性,烘干,制得磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,所述乙酸酐和所述浓硫酸的摩尔比为0.8~1.2:1,所述1,2-二氯乙烷的体积为所述乙酸酐和所述浓硫酸总体积的1-10倍。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,所述反应的温度为40-60℃,所述反应的时间为1-30小时。

4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,所述聚苯乙烯的质量浓度为2-15%。

5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤一制得的所述磺化聚苯乙烯的磺化度为10-75%。

6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述磺化度的高低取决于包括时间和乙酰硫酸用量的反应条件。

7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,所述乙醇溶液含有质量浓度为0.5%的表面活性剂,所述表面活性剂为两性离子型表面活性剂,包括2-十一烷基-N-羟乙基-N-羟丙基磺基咪唑啉、N-十二烷基-N-(2-羟基-3-磺酸亚丙基)二甲基铵、3-甲基-3-(三甲基硅基乙基)氨基丙-1-磺酸中的一种或者几种。

8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤三中,所述磺化聚苯乙烯乙醇溶液的质量浓度为2-10%。

9.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤四中,所述甲磺酸溶液含有五氧化二磷,所述五氧化二磷与所述甲磺酸的质量比为1:8-12,所述甲磺酸溶液的温度为80℃。

10.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤一到步骤四中,所述烘干的气氛为真空或惰性气氛,所述惰性气氛包含氮气或氩气。

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