[发明专利]一种多层复合型质子交换膜的制备及膜和应用

权利要求书

1.一种多层复合型质子交换膜的制备方法，其特征在于：该复合膜为多层复合结构，具体包括三层或五层或七层，最内层为磺化聚醚醚酮基膜（A），最外层为全氟磺酸聚合物层（C），中间为过渡层（B），过渡层由磺化聚醚醚酮与全氟磺酸聚合物构成；具体制备过程如下：

a) 用非质子溶剂溶解磺化聚醚醚酮得到刮膜液，并向该刮膜液中不加入或加入造孔剂，利用蒸气诱导相转变法制备多孔磺化聚醚醚酮基膜（A）；

b) 取两个基底，分别在其表面喷涂上全氟磺酸聚合物层、或依次在其表面喷涂上全氟磺酸聚合物层和过渡层，或依次在其表面喷涂上全氟磺酸聚合物层、第一过渡层、第二过渡层；

c) 将步骤a) 中磺化聚醚醚酮基膜置于步骤b)中的两个基底之间，于油压机上进行热转印操作，取下基底后，即可制得该复合膜；

所选取的磺化聚醚醚酮的磺化度在0.50~0.78之间；聚醚醚酮的平均数均分子量范围为6200-15800；

该全氟磺酸聚合物为长侧链或短侧链的一种，结构简式：

其中，长侧链结构中：x=6-10，y=1，z=1，k=2；短侧链结构中：x=6-10，y=1，z=1，k=0；全氟磺酸聚合物的当量质量EW（g (eqv)^-1）为700-1100。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：a)中铸膜的非质子溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N, N-二甲基乙酰胺（DMAc）和N-甲基-2吡咯烷酮（NMP）之中的一种或二种以上，磺化聚醚醚酮于刮膜液中的质量浓度为5%~20%；刮膜液中的造孔剂为邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的一种或两种以上，其于刮膜液中的质量浓度为0.5%~ 5.0 %。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a)中，恒温恒湿箱的温度为40℃~80℃，湿度为20 %~100 %RH，处理时间为10~60 min。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤b)中，需依次、反复在两个干净的基底材料表面热喷涂全氟磺酸树脂溶液和过渡层溶液；其中，过渡层中两种聚合物树脂的质量含量比值为，磺化聚醚醚酮：全氟磺酸聚合物=1:0.6~1:1.2；全氟磺酸树脂溶液质量浓度在3%~15%。

5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤c)，热转印过程中的油压机的温度为100℃~150℃，压力设置为0.1~2.0 MPa，热压时间为1~30 min。

6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：磺化聚醚醚酮多孔基膜（A）的厚度为10~50 μm。

7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：过渡层厚度为0.8~6μm，全氟磺酸层的厚度为0.4~1 μm，二者总厚度为1.2~7μm。

8.一种权利要求1-7任一所述制备方法制备的多层复合型质子交换膜。

9.一种权利要求8所述多层复合型质子交换膜在质子交换膜燃料电池中作为隔膜的应用。