一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法，以三水铝石为原料，采用硅烷偶联剂进行表面处理，以脂肪酸聚乙二醇酯为分散剂，分散到乙酸乙酯溶液中，得到活化溶液，然后以4,4′‑二苯基甲烷二异氰酸酯为交联剂，在醇溶液中对聚苯醚进行交联改性，从而提高了聚苯醚的成膜强度，交联之后再与羟基乙叉二膦酸共混，以对甲基苯磺酸为催化剂，实现醇与膦酸的酯化，本发明专利技术加入的三水铝石能够有效的提高成品质子膜的表面硬度和力学强度，从而提高成品质子膜的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法
本专利技术属于质子膜领域，具体涉及一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
燃料电池动力系统是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，对解决目前“能源短缺”和“环境污染”两大难题具有重要意义。燃料电池根据所使用的电解质不同可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池（PEMFC）。其中，PEMFC具有能量转化效率高、环境友好，可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率和比能量高等突出特点；质子交换膜是PEMFC的核心部件，PEM与一般化学电源中使用的隔膜有区别。质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源.用作PEM的材料应该满足以下条件：良好的质子电导率、水分子在膜中的电渗透作用小、气体在膜中的渗透性尽可能小、电化学稳定性好、干湿转换性能好、具有一定的机械强度、可加工性好、价格适当；然而目前，市售的磺化聚苯醚也存在一定的缺陷，比如均匀稳定性差，力学性能较低等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种磷化聚苯醚质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯1-2、乙烯基双硬脂酸酰胺3-4、乙酰丙酮钙0.8-1、羟基乙叉二膦酸5-7、聚苯醚120-140、活化填料溶液30-40、对甲基苯磺酸0.06-0.1。活化填料溶液是由下述重量份的原料组成的：三水铝石20-30、聚乙烯吡咯烷酮10-14、苯并三氮唑0.8-1、脂肪酸聚乙二醇酯1-2、硅烷偶联剂Kh5500.4-1；所述活化填料溶液的制备方法，包括以下步骤：（1）取三水铝石，在700-760℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，加入到其重量2-3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入硅烷偶联剂Kh550，升高温度为55-60℃，超声70-90分钟，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得活化填料；（2）取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量6-8倍的乙酸乙酯中，搅拌均匀，得乙酸乙酯溶液；（3）取活化填料，加入到其重量4-5倍的乙酸乙酯中，超声3-7分钟，与上述乙酸乙酯溶液共混，加入苯并三氮唑、脂肪酸聚乙二醇酯，升高温度为50-55℃，超声20-30分钟，即得所述活化填料溶液。一种磷化聚苯醚质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：（1）取乙烯基双硬脂酸酰胺，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀；（2）取4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯，加入到其重量4-7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入乙酰丙酮钙，升高温度为50-60℃，加入聚苯醚，送入到反应釜中，保温搅拌1-2小时，得交联聚苯醚溶液；（3）取羟基乙叉二膦酸，加入到上述交联聚苯醚溶液中，搅拌均匀，加入对甲基苯磺酸，升高温度为90-95℃，保温搅拌100-120分钟，冷却，得磷化交联聚苯醚溶液；（4）取上述磷化交联聚苯醚溶液，与乙烯基双硬脂酸酰胺的水溶液混合，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺分散液；（5）取上述活化填料溶液、聚苯醚酰胺分散液混合，超声20-30分钟，蒸馏，除去乙酸乙酯、乙醇、去离子水，常温干燥，得改性磷化聚苯醚；（6）取上述改性磷化聚苯醚，加入到其重量20-30倍的二甲基甲酰胺中，超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述磷化聚苯醚质子交换膜。本专利技术的优点：本专利技术以三水铝石为原料，采用硅烷偶联剂进行表面处理，以脂肪酸聚乙二醇酯为分散剂，分散到乙酸乙酯溶液中，得到活化溶液，然后以4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯为交联剂，在醇溶液中对聚苯醚进行交联改性，从而提高了聚苯醚的成膜强度，交联之后再与羟基乙叉二膦酸共混，以对甲基苯磺酸为催化剂，实现醇与膦酸的酯化，本专利技术加入的三水铝石能够有效的提高成品质子膜的表面硬度和力学强度，从而提高成品质子膜的综合性能。具体实施方式实施例1一种磷化聚苯醚质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯2、乙烯基双硬脂酸酰胺4、乙酰丙酮钙1、羟基乙叉二膦酸7、聚苯醚140、活化填料溶液40、对甲基苯磺酸0.1。活化填料溶液是由下述重量份的原料组成的：三水铝石30、聚乙烯吡咯烷酮14、苯并三氮唑1、脂肪酸聚乙二醇酯2、硅烷偶联剂Kh5501；所述活化填料溶液的制备方法，包括以下步骤：（1）取三水铝石，在760℃下煅烧2小时，冷却后磨成细粉，加入到其重量3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入硅烷偶联剂Kh550，升高温度为60℃，超声90分钟，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得活化填料；（2）取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量8倍的乙酸乙酯中，搅拌均匀，得乙酸乙酯溶液；（3）取活化填料，加入到其重量5倍的乙酸乙酯中，超声7分钟，与上述乙酸乙酯溶液共混，加入苯并三氮唑、脂肪酸聚乙二醇酯，升高温度为55℃，超声30分钟，即得所述活化填料溶液。一种磷化聚苯醚质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：（1）取乙烯基双硬脂酸酰胺，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀；（2）取4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯，加入到其重量7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入乙酰丙酮钙，升高温度为60℃，加入聚苯醚，送入到反应釜中，保温搅拌2小时，得交联聚苯醚溶液；（3）取羟基乙叉二膦酸，加入到上述交联聚苯醚溶液中，搅拌均匀，加入对甲基苯磺酸，升高温度为95℃，保温搅拌120分钟，冷却，得磷化交联聚苯醚溶液；（4）取上述磷化交联聚苯醚溶液，与乙烯基双硬脂酸酰胺的水溶液混合，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺分散液；（5）取上述活化填料溶液、聚苯醚酰胺分散液混合，超声30分钟，蒸馏，除去乙酸乙酯、乙醇、去离子水，常温干燥，得改性磷化聚苯醚；（6）取上述改性磷化聚苯醚，加入到其重量30倍的二甲基甲酰胺中，超声2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在85℃下真空干燥30小时，待膜成型后，放入105℃的恒温干燥箱处理2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述磷化聚苯醚质子交换膜。实施例2一种磷化聚苯醚质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯1、乙烯基双硬脂酸酰胺3、乙酰丙酮钙0.8、羟基乙叉二膦酸5、聚苯醚120、活化填料溶液30、对甲基苯磺酸0.0.6。所述的活化填料溶液是由下述重量份的原料组成的：三水铝石20、聚乙烯吡咯烷酮10、苯并三氮唑0.8、脂肪酸聚乙二醇酯1、硅烷偶联剂Kh5500.4；所述活化填料溶液的制备方法，包括以下步骤：（1）取三水铝石，在700℃下煅烧1小时，冷却后磨成细粉，加入到其重量2倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入硅烷偶联剂Kh550，升高温度为55℃，超声70分钟，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得活化填料；（2）取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量6倍的乙酸乙酯中，搅拌均匀，得乙酸乙酯溶液；（3）取活化填料，加入到其重量4-5倍的乙酸乙酯中，超声3分钟，与上述乙酸乙酯溶液共混，加入苯并三氮唑、脂肪酸聚乙二醇酯，升高温度为50℃，超声20分钟，即得所述活化填料溶液。一种磷化聚苯醚质子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷化聚苯醚质子交换膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：4,4′‑二苯基甲烷二异氰酸酯1‑2、乙烯基双硬脂酸酰胺3‑4、乙酰丙酮钙0.8‑1、羟基乙叉二膦酸5‑7、聚苯醚120‑140、活化填料溶液30‑40、对甲基苯磺酸0.0.6‑0.1。

【技术特征摘要】
1.一种磷化聚苯醚质子交换膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯1-2、乙烯基双硬脂酸酰胺3-4、乙酰丙酮钙0.8-1、羟基乙叉二膦酸5-7、聚苯醚120-140、活化填料溶液30-40、对甲基苯磺酸0.0.6-0.1。2.根据权利要求1所述的活化填料溶液是由下述重量份的原料组成的：三水铝石20-30、聚乙烯吡咯烷酮10-14、苯并三氮唑0.8-1、脂肪酸聚乙二醇酯1-2、硅烷偶联剂Kh5500.4-1；所述活化填料溶液的制备方法，包括以下步骤：（1）取三水铝石，在700-760℃下煅烧1-2小时，冷却后磨成细粉，加入到其重量2-3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入硅烷偶联剂Kh550，升高温度为55-60℃，超声70-90分钟，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得活化填料；（2）取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量6-8倍的乙酸乙酯中，搅拌均匀，得乙酸乙酯溶液；（3）取活化填料，加入到其重量4-5倍的乙酸乙酯中，超声3-7分钟，与上述乙酸乙酯溶液共混，加入苯并三氮唑、脂肪酸聚乙二醇酯，升高温度为50-55℃，超声20-30分钟，即得所述活化填料溶液。3.一种如...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志强，
申请(专利权)人：温州市赢创新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33