离子交换膜制造技术

本发明专利技术公开了一种离子交换膜。该离子交换膜包含一聚合物与一交联剂的反应产物。该聚合物包含一第一重复单元及一第二重复单元，其中该第一重复单元是

【技术实现步骤摘要】
离子交换膜
本专利技术关于一种离子交换膜，特别是关于一种本质型阴离子交换膜。
技术介绍
离子交换膜目前被广泛应用于电透析提纯、燃料电池以及其它电镀及食品工业中。离子交换膜具有与构成膜本体的聚合物材料连接的带负电荷或正电荷的基团，可在电势或化学势下输送阳离子或阴离子。阳离子交换膜具有固定的负电荷和移动的正电荷离子。同样地，阴离子交换膜则具有固定的带正电荷的基团和移动的带负电荷的阴离子。离子交换膜的性质受固定的离子基团的数量、类型和分布控制。然而，传统作为阴离子交换膜的高分子材料，由于溶解度、机械强度及溶剂选择性较差，并不适用于离子交换膜燃料电池中。
技术实现思路
根据本专利技术一实施例，本专利技术提供一种离子交换膜。该离子交换膜包含一聚合物与一交联剂的反应产物。该聚合物可包含一第一重复单元及一第二重复单元，其中该第一重复单元是该第二重复单元是其中R+是A-可为F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3-、HSO4-、SbF6-、BF4-、H2PO4-、H2PO3-或H2PO2-；X是i及j可独立地为0或1-6的整数，Y可为-O-、-S-、-CH2-或-NH-；R1可独立地为C1-8的烷基；以及，R2及R3可独立地为氢或C1-8的烷基。此外，该交联剂可为具有至少二个马来酰亚胺官能团的化合物。具体实施方式为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明：以下提供多个不同的实施例，以提供本专利技术的不同特征。当然，这些实施例仅为范例，而不用以限制本专利技术。本专利技术中所述的“一”表示“至少一”。本专利技术提供一种离子交换膜，例如为一本质型固态碱性阴离子交换膜。该离子交换膜是使用含高稳定性的环状共轭官能基团(例如咪唑(imidazole)基)作为离子交换基团。另外，由于使用具有至少二个酰亚胺(imide)官能团的化合物作为交联剂，可与具有环状共轭官能基团进行反应，可提高具有离子基团的聚合物的成膜性，并提升离子交换膜的机械强度、尺寸稳定性，且亦可使所得的离子交换膜保有高离子传导能力。此外，该交联剂可为高分子型交联剂，以与该聚合物形成具化学交联的互穿结构，强化该离子交换膜的机械强度及尺寸稳定性。该离子交换膜可包含一聚合物与一交联剂的反应产物。在所使用的聚合物的设计上，为增加离子交换膜的导电性，本专利技术使用的聚合物导入具有阳离子基团的重复单元。此外，为避免聚合物因为具有阳离子基团的重复单元导致在溶剂中的可溶性下降，该聚合物进一步导入具有非离子基团的重复单元。根据本专利技术实施例，该聚合物可包含一第一重复单元及一第二重复单元。该第一重复单元可为其中R+是(例如：)或(例如：)；A-可为F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3-、HSO4-、SbF6-、BF4-或H2PO4-、H2PO3-或H2PO2-；X是i及j可独立地为0或1-6的整数，Y可为-O-、-S-、-CH2-或-NH-；以及，R2及R3可独立地为氢或C1-8的烷基(例如：甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、异丙基(isopropyl)、正丁基(n-butyl)、仲丁基(sec-butyl)、异丁基(isobutyl)、叔丁基(tert-butyl)、戊基(pentyl)、己基(hexyl)、环己基(cyclohexyl)、环戊基(cyclopentyl)、庚基(heptyl)或辛基(octyl))。此外，该第二重复单元可为其中R1独立地为C1-8的烷基(例如：甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、异丙基(isopropyl)、正丁基(n-butyl)、仲丁基(sec-butyl)、异丁基(isobutyl)、叔丁基(tert-butyl)、戊基(pentyl)、己基(hexyl)、环己基(cyclohexyl)、环戊基(cyclopentyl)、庚基(heptyl)或辛基(octyl))。根据本专利技术实施例，本专利技术所述聚合物的分子量(例如数均分子量)可介于约100,000至250,000之间。根据本专利技术实施例，该第一重复单元可例如为其中R+是(例如：)或(例如：)；A-可为F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3-、HSO4-、SbF6-、BF4-、H2PO4-、H2PO3-或H2PO2-；X是Y可为-O-、-S-、-CH2-或-NH-；i及j可独立地为0或1-6的整数；以及，R2及R3可独立地为氢或C1-8的烷基。根据本专利技术实施例，该第二重复单元可例如为根据本专利技术实施例，该聚合物的该第一重复单元与该第二重复单元的数量比例可依所需的聚合物性质来加以调整。举例来说，为增加聚合物的导电性及阴离子的交换能力，可增加聚合物中第一重复单元的数量。另一方面，为增加聚合物的溶解度、机械强度以及溶剂选择性，可增加聚合物中第二重复单元的数量。该第一重复单元与该第二重复单元的数量比例可介于约1∶99至99∶1之间，例如介于约10∶90至90∶10之间、介于约20∶80至80∶20之间或介于30∶70至70∶30之间。根据本专利技术实施例，本专利技术所述的聚合物可更包含一第三重复单元，其中该第三重复单元可为该第一重复单元、第二重复单元或该第三重复单元是以此部份与其他第一重复单元、第二重复单元或该第三重复单元的部份相连。此外，该第一重复单元、第二重复单元或该第三重复单元是以无规则方式重复。举例来说，本专利技术所述聚合物包含具有结构的基团、具有结构的基团或是具有结构的基团。根据本专利技术实施例，该聚合物第三重复单元的数量与该第一重复单元及第二重复单元的数量总和之比可介于约0.1∶100至5∶100之间，例如：可介于约0.5∶100至4∶100之间或介于约0.5∶100至3∶100之间。导入该第三重复单元至该聚合物中，可使该聚合物借由结构中的双键可再行交联反应，使其交联度上升，进而提升其机械强度。此外，当第三重复单元的数量过高时，会导致该聚合物交联程度过大，而使得高分子分子量过高，无法回溶于后续加工用的溶剂。根据本专利技术实施例，本专利技术所述的交联剂可为具有至少二个酰亚胺官能团(例如作为末端基)的化合物，酰亚胺官能团可选自如邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺、N-溴代琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺或马来酰亚胺。举例来说，该交联剂可为具有至少二个马来酰亚胺官能团的化合物。根据本专利技术实施例，该具有二个马来酰亚胺官能团的化合物可为其中Z可为其中Y1是为单键、-O-、-S-、-CH2-或-NH-，R4独立为氢或C1-4的烷基；以及，n≥1、x介于1至12之间、y和z独立地介于1至5之间。举例来说，该交联剂可为此外，根据本专利技术实施例，该交联剂亦可为具有至少二个马来酰亚胺官能团的高分子型交联剂。该高分子型交联剂是起始物(a)与起始物(b)的反应产物，起始物(a)是其中Z为R4独立地为氢或C1-4的烷基；以及，n≥1、x介于1至12之间、y和z独立地介于1至5之间；以及，该起始物(b)是具有式(I)或式(II)所示的化合物，其中R5为氢或C1-4的烷基，以及R6为氢或C1-4的烷基。该起始物(b)可例如为该高分子型交联剂可与该聚合物形成具化学交联的互穿结构，强化该离子交换膜的机械强度及尺寸稳定性。根据本专利技术实施例，本专利技术所述聚合物的制备方法可包含对一组合物进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子交换膜，其特征在于，包含一聚合物与一交联剂的反应产物，其中该聚合物包含一第一重复单元及一第二重复单元，其中该第一重复单元是

【技术特征摘要】
2015.12.28 TW 1041439911.一种离子交换膜，其特征在于，包含一聚合物与一交联剂的反应产物，其中该聚合物包含一第一重复单元及一第二重复单元，其中该第一重复单元是该第二重复单元是其中R+是A-是F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3-、HSO4-、SbF6-、BF4-、H2PO4-、H2PO3-或H2PO2-；X是i及j独立地为0或1-6的整数，Y是-O-、-S-、-CH2-或-NH-；R1独立地为C1-8的烷基；R2及R3独立地为氢或C1-8的烷基；以及，该交联剂是具有至少二个酰亚胺官能团的化合物。2.根据权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于，其中该第一重复单元与该第二重复单元的比介于1∶99至99∶1之间。3.根据权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于，其中R1是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、环戊基、庚基或辛基。4.根据权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于，其中R2及R3独立地为氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、环戊基、庚基或辛基。5.根据权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于，其中该第一重复单元是其中R+是A-是F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3-、HSO4-、SbF6-、BF4-、H2PO4-、H2PO3-或H2PO2-；i及j独立地为0或1-6的整数；以及，R2及R3独立地为氢或C1-8...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡政修，蔡丽端，王邱董，苏秋珲，林月微，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71