[发明专利]石墨烯掺杂的全氟磺酸-羧酸复合膜及其双层共挤吹塑及拉伸成型方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯掺杂的全氟磺酸‑羧酸复合膜及其双层共挤吹塑及拉伸成型方法。所述石墨烯掺杂的全氟磺酸‑羧酸复合膜包括全氟羧酸树脂层以及石墨烯掺杂的全氟磺酸树脂层。本发明通过采用硅烷偶联化的石墨烯先均匀分散于聚乙烯醇溶液中，再与全氟磺酸树脂混合均匀，得到的石墨烯增强全氟磺酸树脂可直接利用挤出机双层共挤吹塑成型为机械强度较大的离子交换复合膜；又采用双向拉伸成型制备出横纵向强度高，厚度薄且均匀，平整度较好的离子交换复合薄膜；本发明解决了现有吹塑技术无法生产强度高且具有实用性的离子交换复合膜的缺点，具有成膜率高、成膜速度快，环保节能，易于工业化的优点。

技术领域

本发明属于聚合物加工改性领域，具体地，涉及一种石墨烯掺杂的全氟磺酸-羧酸复合膜及其双层共挤吹塑及拉伸成型方法。

背景技术

全氟磺酸离子交换膜(PFSIEM)是以聚四氟乙烯结构为骨架，末端带有磺酸根的烯醚结构为侧链的全氟聚合物，它具有良好的化学稳定性和热稳定性，是很好的离子交换载体，因而PFSIEM已广泛的用于氯碱离子膜、燃料电池隔膜和各种膜过程领域。全氟磺酸离子交换膜在电解制备装置、电渗析、化学催化、气体分离、气体干燥、污水处理、海水淡化等方面有其它材料不可比拟的优势。美国杜邦公司的Nafion系列全氟离子交换树脂及其离子膜已经得到广泛应用，但全氟离子交换树脂及其离子膜的研究还远远不够完善。全氟磺酸离子膜通常是通过将全氟磺酸离子交换树脂溶解在溶剂中制成成膜溶液后，再将该溶液沉积在某种基体上或者将溶液浇注到模板上，然后挥发除去溶剂而制得(美国专利4731263，4178218，5643968，3849243等；中国专利1624202等)。苑会林等人发明了一种采用凝胶挤出流延薄膜制备全氟磺酸离子膜的方法和一种采用熔融挤出压延薄膜制备全氟磺酸离子膜的方法(中国专利200510162529，中国专利200510162528)。前者是通过螺杆式挤出机将树脂与溶液混合制得凝胶，然后在熔融塑化状态下经流延机头成型为薄膜制品；后者是通过螺杆式挤出机将全氟磺酸氟树脂在熔融塑化状态下经薄片机头挤出成型，再经三辊压光为薄膜制品，或经由三辊压光机与基材复合可直接制成布基复合材料。

与上述的成型方法相比，熔融挤出吹塑法设备费用小、耗能低、工艺简单，且产品具有纵横强度均匀、无需切边、厚度和宽度变化灵活等优点，但是现有的方法不能制备厚度均匀且较薄的膜，而且强度也达不到现有产品的要求，从而这些问题都极大限制该方法的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的局限性而提供一种石墨烯掺杂的全氟磺酸-羧酸复合膜及其双层共挤吹塑及拉伸成型方法，其特点是采用硅烷偶联化的石墨烯先均匀分散于聚乙烯醇溶液中，再与全氟磺酸树脂混合均匀，得到的石墨烯增强全氟磺酸树脂可直接利用挤出机双层共挤吹塑成型为机械强度较大的离子交换复合膜；又采用双向拉伸成型制备出横纵向强度高，厚度薄且均匀，平整度较好的离子交换复合薄膜；本发明解决了现有吹塑技术无法生产强度高且具有实用性的离子交换复合膜的缺点，具有成膜率高、成膜速度快，环保节能，易于工业化的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯掺杂的全氟磺酸-羧酸复合膜，其包括全氟羧酸树脂层以及石墨烯掺杂的全氟磺酸树脂层。