[发明专利]一种全氟磺酸树脂的溶液聚合制备方法

说明书

本发明公开了一种全氟磺酸树脂的溶液聚合制备方法，包括如下步骤：以四氟乙烯A、含磺酰氟端基的单体B和含磺酰氟端基的单体C为共聚单体向反应器中预加含氟溶剂和共聚单体，升温至20～120℃，压力为0.2～5MPa，加入引发剂引发聚合反应，反应过程中补加共聚单体，最终得到磺酰氟型全氟磺酸树脂；其中，单体B的结构式：CF₂＝CFO[CF₂CF(CF₃)O]_a[CF₂CF₂]_bSO₂F，其中a＝0～1的整数，b＝1～2的整数；单体C的结构式：本发明公开的全氟磺酸树脂还包含同时含有醚键的全氟烷氧基和磺酰氟基团的含氟环状单体单元，提高在通用溶剂中的可加工性，导电性高，透氧性高。为燃料电池中的质子交换膜应用提供低透氢性或为电极应用提供高透氧性全氟磺酸树脂。溶液聚合的方法危险性低，易于调节产品的分子量和分子量分布。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种全氟磺酸树脂的溶液聚合制备方法。

背景技术

质子膜燃料电池，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，膜可传导质子，它一般用铂做催化剂，工作环境温度一般为60℃-80℃，属低温燃料电池，质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极、密封圈、和带有导气通道的流场板组成，膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部分，中间是一层很薄的膜，即质子交换膜，这种膜不传导电子，是氢离子的优良导体，它既作为电解质提供氢离子的通道，又作为隔膜隔离两极反应气体，膜的两边是气体电极，由碳纸和催化剂组成，阳极为氢电极，阴极为氧电极，流场板通常由石墨制成，质子交换膜燃料电池以氢为燃料，多个电池单体根据需要串联或并联，组成不同功率的电池组。

目前质子膜燃料电池中的质子导电膜主要为全氟磺酸树脂，有关全氟磺酸树脂的研究和制备已出现相关专利和报道。

CN101220120A公开了一种带有磺酰氟及醚端基侧基的氟树脂，由烷基醚端基烯醚单体(A)、四氟乙烯(B)、磺酰氟端基烯醚单体(C)三元共聚合而成，聚合物链的分子式如下，产物具有高离子交换能力的同时维持物理强度。

其中a＝0～3的整数，c＝0～3的整数，b＝1～6的整数，d＝1～6的整数；

m，n，p是1～100的正整数；R＝C_xH_2x+1,x＝1～4。

但烷基醚端基烯醚单体(A)中不含磺酰氟端基官能团，引入后所制备的树脂难以提高电导性且透氧性不佳。

树脂的制备通常有本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合四种方法，本发明采用溶液聚合的方法，温度容易控制，危险性较小，但是需要后续分离溶剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全氟磺酸树脂的溶液聚合制备方法，所制备的全氟磺酸树脂导电性高，透氧性好。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全氟磺酸树脂的溶液聚合制备方法，包括如下步骤：以四氟乙烯A、含磺酰氟端基的单体B和含磺酰氟端基的单体C为共聚单体，向反应器中预加共聚单体，升温至30～100℃，压力为0.5～5MPa，加入引发剂引发聚合反应，反应过程中补加共聚单体，最终得到磺酰氟型全氟磺酸树脂；

其中，单体B的结构式：

CF₂＝CFO[CF₂CF(CF₃)O]_a[CF₂CF₂]_bSO₂F，其中a＝0～1的整数，b＝1～2的整数；

单体C的结构式：