[发明专利]一种磺酸型聚偏氟乙烯接枝聚(α-甲基苯乙烯)共聚物的制备方法

说明书

本发明公开了一种磺酸型聚偏氟乙烯接枝聚(α‑甲基苯乙烯)共聚物质子交换膜的制备方法，包含以下步骤：1、碱处理；2、酸洗工艺；3、室温溶胀2～3小时；4、将溶胀后的聚偏氟乙烯膜放入异丙醇/水的混合溶剂中，加入α‑甲基苯乙烯及其共聚单体，在引发剂的催化下于50～60℃聚合60小时，得到接枝改性的聚偏氟乙烯膜；5、室温溶胀2～3小时；6、接枝膜在浓硫酸中于70℃反应5小时。本发明还公开了上述方法制得的磺酸型聚偏氟乙烯接枝聚(α‑甲基苯乙烯)共聚物，具有良好的电导性和耐甲醇透过性。

技术领域

本发明涉及氢氧燃料电池质子交换膜，具体地指一种磺酸型聚偏氟乙烯接枝聚(α-甲基苯乙烯)共聚物的制备方法及其得到的接枝共聚物。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其特点是能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。燃料电池有多种，各种燃料电池之间的区别在于使用的电解质不同。质子交换膜燃料电池以质子交换膜为电解质，其特点是工作温度低(约70～80℃)，启动速度快，在交通动力和小型电源装置等方面具有潜在的应用前景，可用作便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源、不间断电源等，适用于军事、通讯、计算机、地质、微波站、气象观测站、金融市场、医院及娱乐场所等领域，以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、高稳定性供电的需要。

目前最常用的质子交换膜是美国杜邦公司的全氟磺酸型质子交换膜nafion，它具有质子电导率高和化学稳定性好等优点。但nafion类质子交换膜仍存在制作困难、成本高、对温度和含水量要求高、甲醇渗透率较高等缺点，限制了nafion质子交换膜的进一步应用。为此，开发成本低、性能与nafion相近的高分子电解质膜就成为科研人员的研究热点。

聚偏氟乙烯是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其它少量含氟乙烯基单体的共聚物，其性质与全氟聚合物相近，具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能。此外，聚偏氟乙烯原料充足，全球年产能超过5.3万吨，是含氟塑料中产量名列第二位的产品。因此，以聚偏氟乙烯为基材来制备高电导率、性能优异的质子交换膜就成为了一种理想的选择。

聚偏氟乙烯的接枝聚合方法主要有辐射接枝法、强碱溶液接枝法等。中国专利200910195300.9、文献Joumal of Membrane Science 407-408(2012)184-192、文献Journal of Membrane Science 339(2009)68-77均报道了利用辐射接枝来制备磺酸型聚偏氟乙烯接枝改性质子交换膜的研究。但是辐射接枝需要使用放射源产生射线，对实验操作人员及设备要求较高。而强碱溶液接枝则只使用常规的碱性溶液，对人员及环境危害较小，且所使用的仪器简单、操作方便，是一种理想的接枝方法。