一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：还原剂溶液15‑30、达玛树脂1.7‑2、磺化聚苯醚50‑60、正硅酸乙酯30‑45、1.3‑2mmol/l的硝酸银水溶液10‑20、丙烯腈6‑7、37％的甲醛6‑7、引发剂0.1‑0.13、聚乙烯吡咯烷酮1‑2、溶剂14‑15、苯酚4‑5、催化剂0.03‑0.04，本发明专利技术通过银掺杂能够赋予成品膜很好的导电性能，且通过本发明专利技术方法得到的银在膜中的分散均匀性好，本发明专利技术的双层膜成品伸长率高、应力强，综合性能优越。

Silver doped double-layer sulfonated polyphenylene oxide proton membrane and preparation method thereof

The invention discloses a silver-doped double-layer sulfonated polyphenylene ether proton membrane, which is composed of the following weight components: reducing agent solution 15_30, Dama resin 1.7_2, sulfonated polyphenylene ether 50_60, ethyl orthosilicate 30_45, 1.3_2 mmol/l silver nitrate aqueous solution 10_20, acrylonitrile 6_7, 37% formaldehyde 6_7, initiation. Agent 0.1 0.13, polyvinylpyrrolidone 1 2, solvent 14 15, phenol 4 5, catalyst 0.03 0.04, the invention can give the finished film good conductivity by silver doping, and the silver obtained by the method of the invention has good dispersion uniformity in the film, and the finished double-layer film of the invention has high elongation, strong stress and comprehensive properties. It can be superior.

【技术实现步骤摘要】
一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜及其制备方法
本专利技术属于膜领域，具体涉及一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜及其制备方法。
技术介绍
燃料电池是一种不经过燃烧直接将燃料和氧化剂中的化学能，通过电化学反应的方式转化为电能的高效发电装置，具有能量转化率高、环境友好等优点。质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件，它在燃料电池中所起的作用是双重的，它既是质子的通道，又是电子的绝缘体，同时又起着隔离两极反应气体的作用。质子交换膜是燃料电池的关键材料，对于质子交换膜的研究已成为燃料电池研究工作中的热点之一；目前应用最多的质子交换膜是美国Dupont公司已经商业化了的Nafion系列全氟磺酸膜。但是，Nafion膜价格过高，大约800＄/m2，这大大限制了其广泛应用的前景；聚苯醚具有刚性大、耐热性高及电性能优良等特点，介电常数和介电损耗较小，几乎不受温度和湿度的影响，适合作为阴离子交换膜的基础材料，目前研究的有以聚苯醚为聚合物主链接枝三甲胺合成了一系列用于燃料电池的碱性膜，并具有良好的性能，但聚苯醚的应力开裂及缺口冲击强度较低；为了改性该缺陷，往往会在将无机填料与聚苯醚共混成膜，但是在添加无机物后复合膜会变脆且硬，成膜性变差，同时还会影响到复合膜的质子传导率。
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，提供一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：还原剂溶液15-30、达玛树脂1.7-2、磺化聚苯醚50-60、正硅酸乙酯30-45、1.3-2mmol/l的硝酸银水溶液10-20、丙烯腈6-7、37％的甲醛6-7、引发剂0.1-0.13、聚乙烯吡咯烷酮1-2、溶剂14-15、苯酚4-5、催化剂0.03-0.04。所述的溶剂为二甲基亚砜。所述的引发剂为偶氮二异丁腈。所述的还原剂溶液为0.08-0.1mol/l的硼氢化钠水溶液。所述的催化剂为氢氧化钠。一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取达玛树脂，加入到重量5-7倍的氯仿中，搅拌均匀，加入苯酚，升高温度为50-60℃，保温搅拌3-5小时，蒸馏除去氯仿，得增粘苯酚；(2)取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量30-40倍的去离子水中，搅拌溶解，与上述1.3-2mmol/l的硝酸银水溶液混合，搅拌均匀，得预处理硝酸银溶液；(3)取丙烯腈，加入到上述预处理硝酸银溶液中，搅拌均匀，送入到冰水浴中，滴加还原剂溶液，滴加完毕后反应15-20分钟，出料，得银掺杂丙烯腈单体溶液；(4)取引发剂，加入到溶剂中，搅拌均匀，得引发剂溶液；(5)取上述银掺杂丙烯腈单体溶液，与上述增粘苯酚混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为55-60℃，加入上述引发剂溶液，搅拌反应3-4小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入65-70℃的烘箱中，干燥5-6小时，得银掺杂聚丙烯腈；(6)取上述银掺杂聚丙烯腈、磺化聚苯醚混合，加入到混合料重量20-30倍的二甲基甲酰胺中，超声30-40分钟，得聚丙烯腈复合磺化聚苯醚酰胺溶液；(7)取上述聚丙烯腈复合磺化聚苯醚酰胺溶液，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；(8)将膜置于干燥的培养皿中，将该培养皿置于旋转台上，转速为80-200转/分，加水，水的用量为正硅酸乙酯体积的6-10倍，滴加正硅酸乙酯，滴加完毕后加入37％的甲醛、催化剂，在80-95℃下保温搅拌3-4小时，降低温度至常温，旋转10-12小时，送入到烘箱中，在95-100℃下干燥2-3小时，揭膜，即得所述银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜。磺化聚苯醚的制备方法，包括以下步骤：(1)取聚苯醚，加入到其重量17-20倍的氯仿中，搅拌均匀，置于20-30℃的水浴锅中恒温10-20min；(2)取氯磺酸，加入到其重量10-13倍的氯仿中，并置于冰浴中，冷却30-60min至0℃，得到磺化溶液；(3)将磺化溶液转入恒压滴液漏斗中，滴加到上述聚苯醚的氯仿溶液中，并同时剧烈搅拌溶液，当溶液中出现橙黄色的块状沉淀，停止搅拌；待磺化溶液滴加完全后，将溶液进行抽滤，用去离子水反复冲洗滤饼，直至中性，回收滤液；将滤饼连同滤纸放在培养皿中，置于真空干燥箱中45-50℃下干燥20-24h，出料，用玻璃棒刮下滤纸上物料，即得所述磺化聚苯醚。本专利技术的优点：本专利技术以丙烯腈为单体，加入到硝酸银溶液中，采用硼氢化钠还原，得到银掺杂的丙烯腈单体溶液，然后采用苯酚处理达玛树脂，与银掺杂的丙烯腈单体溶液共混，在引发剂作用下聚合，得银掺杂聚丙烯腈，然后将其分散到溶剂中干燥成膜，该膜为第一层膜，然后将该膜加入到水中，加入正硅酸乙酯，通过正硅酸乙酯的水解作用，使得硅溶胶薄膜沉积到第一层膜表面，在水解的过程中还加入了37％的甲醛，第一层膜的聚丙烯腈在聚合的过程中引入了苯酚掺杂，在水解中加入的37％的甲醛通过与苯酚的反应，在氢氧化钠催化下得到酚醛树脂，其具有一定的胶黏性能，能够促进溶胶向第一层膜沉积，避免了资源的浪费，同时，本专利技术还可以通过调整蒸发皿与膜的大小，来实现溶胶的充分沉积，本专利技术加入的达玛树脂与酚醛树脂胶则具有很好的粘度，其可以提高两层膜之间的结合强度，从而保证成品膜的均匀稳定性；本专利技术通过银掺杂能够赋予成品膜很好的导电性能，且通过本专利技术方法得到的银在膜中的分散均匀性好，本专利技术的双层膜成品伸长率高、应力强，综合性能优越。具体实施方式实施例1一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：还原剂溶液30、达玛树脂2、磺化聚苯醚60、正硅酸乙酯45、2mmol/l的硝酸银水溶液20、丙烯腈7、37％的甲醛7、引发剂0.13、聚乙烯吡咯烷酮2、溶剂15、苯酚5、催化剂0.04。所述的溶剂为二甲基亚砜。所述的引发剂为偶氮二异丁腈。所述的还原剂溶液为0.1mol/l的硼氢化钠水溶液。所述的催化剂为氢氧化钠。一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取达玛树脂，加入到重量7倍的氯仿中，搅拌均匀，加入苯酚，升高温度为60℃，保温搅拌5小时，蒸馏除去氯仿，得增粘苯酚；(2)取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量40倍的去离子水中，搅拌溶解，与上述2mmol/l的硝酸银水溶液混合，搅拌均匀，得预处理硝酸银溶液；(3)取丙烯腈，加入到上述预处理硝酸银溶液中，搅拌均匀，送入到冰水浴中，滴加还原剂溶液，滴加完毕后反应15分钟，出料，得银掺杂丙烯腈单体溶液；(4)取引发剂，加入到溶剂中，搅拌均匀，得引发剂溶液；(5)取上述银掺杂丙烯腈单体溶液，与上述增粘苯酚混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60℃，加入上述引发剂溶液，搅拌反应4小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入70℃的烘箱中，干燥6小时，得银掺杂聚丙烯腈；(6)取上述银掺杂聚丙烯腈、磺化聚苯醚混合，加入到混合料重量30倍的二甲基甲酰胺中，超声40分钟，得聚丙烯腈复合磺化聚苯醚酰胺溶液；(7)取上述聚丙烯腈复合磺化聚苯醚酰胺溶液，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10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：还原剂溶液15‑30、达玛树脂1.7‑2、磺化聚苯醚50‑60、正硅酸乙酯30‑45、1.3‑2mmol/l的硝酸银水溶液10‑20、丙烯腈6‑7、37％的甲醛6‑7、引发剂0.1‑0.13、聚乙烯吡咯烷酮1‑2、溶剂14‑15、苯酚4‑5、催化剂0.03‑0.04。

【技术特征摘要】
1.一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：还原剂溶液15-30、达玛树脂1.7-2、磺化聚苯醚50-60、正硅酸乙酯30-45、1.3-2mmol/l的硝酸银水溶液10-20、丙烯腈6-7、37％的甲醛6-7、引发剂0.1-0.13、聚乙烯吡咯烷酮1-2、溶剂14-15、苯酚4-5、催化剂0.03-0.04。2.根据权利要求1所述的一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的溶剂为二甲基亚砜。3.根据权利要求1所述的一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈。4.根据权利要求1所述的一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的还原剂溶液为0.08-0.1mol/l的硼氢化钠水溶液。5.根据权利要求1所述的一种银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的催化剂为氢氧化钠。6.一种如权利要求1所述的银掺杂双层磺化聚苯醚质子膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取达玛树脂，加入到重量5-7倍的氯仿中，搅拌均匀，加入苯酚，升高温度为50-60℃，保温搅拌3-5小时，蒸馏除去氯仿，得增粘苯酚；(2)取聚乙烯吡咯烷酮，加入到其重量30-40倍的去离子水中，搅拌溶解，与上述1.3-2mmol/l的硝酸银水溶液混合，搅拌均匀，得预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，
申请(专利权)人：赵阳，
类型：发明
国别省市：安徽,34