一种质子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种质子交换膜及其制备方法，质子交换膜的制备原料包括：质子交换树脂、异氰酸酯、不饱和酯和光引发剂；其中，质子交换树脂中含有羟基；所述不饱和酯中含有羟基；所述异氰酸酯中至少含有两个异氰酸酯基团；对质子交换树脂、异氰酸酯和不饱和酯的反应产物进行光固化成膜，即得质子交换膜。本发明专利技术通过异氰酸酯将不饱和酯接枝在质子交换树脂上，从而在质子交换树脂中引入可光固化基团(不饱和双键)，并在质子交换膜的制备原料中引入光引发剂，在可光化济源、光引发剂存在的条件下，质子交换膜可以采用光照成膜，质子交换膜的光照成膜过程不需要高温，可以解决因传统的热固化过程造成的能量大量消耗的问题，符合绿色环保的要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种质子交换膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜电池燃料电池是一种可以将化学能转化为电能的装置，具有绿色、转化效率高、功率密度大、噪音低、可再生的优点。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心元件，质子交换膜不仅能用于传导质子交换膜电池燃料电池中的质子和阻隔燃料、氧化剂，还是质子交换膜电池燃料电池中催化剂的支撑体。
[0003]质子交换膜一般由质子交换树脂成膜制备而成，通常通过热固化方式成膜，而热固化过程所需要的温度较高，因此造成能源消耗大的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，为了解决现有技术中由于热固化成膜方式制备质子交换膜所造成的能源消耗大的问题，本专利技术提供一种低耗能的质子交换膜及其制备方法。
[0005]一种质子交换膜，所述质子交换膜的制备原料包括：
[0006]质子交换树脂；
[0007]异氰酸酯；
[0008]不饱和酯；以及
[0009]光引发剂；
[0010]其中，质子交换树脂中含有羟基；所述不饱和酯中含有羟基；所述异氰酸酯中至少含有两个异氰酸酯基团，不同所述异氰酸酯基团的反应活性不同；
[0011]对质子交换树脂、异氰酸酯和不饱和酯的反应产物进行光固化成膜，即得质子交换膜。
[0012]优选地，所述质子交换树脂包括含磺酸基的强酸阳质子交换树脂和含羧酸基的弱酸阳质子交换树脂中的至少一种。
[0013]优选地，所述异氰酸酯包括2，4
‑
甲苯异氰酸酯、2，6
‑
甲苯异氰酸酯或异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
[0014]优选地，所述质子交换膜的制备原料还包括溶剂。
[0015]优选地，所述不饱和酯包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2
‑
丙烯酸(4
‑
羟基丁基)酯中的至少一种。
[0016]本专利技术还提供一种如上所述的质子交换膜的制备方法，所述质子交换膜的制备方法包括步骤：
[0017]向所述异氰酸酯中加入不饱和酯，调节反应温度，使得所述异氰酸酯中反应活性高的异氰酸酯基团与不饱和酯反应，反应结束制得中间产物；
[0018]将所述质子交换树脂加入至所述中间产物中，增加反应温度，使得所述中间产物中反应活性低的异氰酸酯基团与质子交换树脂反应，反应结束制得低聚物树脂；
[0019]向所述低聚物树脂中加入光引发剂，并置于光照条件下成膜，即得质子交换膜。
[0020]优选地，所述异氰酸酯经改性处理制得，使得制得的质子交换膜具有更好的保水性；
[0021]所述改性处理的步骤包括：
[0022]在pH5～6的条件下，将所述异氰酸酯与聚乙二醇反应，得到改性后的异氰酸酯。
[0023]优选地，所述质子交换树脂中的固含量为60％～80％。
[0024]优选地，所述不饱和酯中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸酯基团的摩尔比为(2～2.05):1。
[0025]优选地，所述光引发剂的质量浓度为0.05％～5％。
[0026]与现有方案相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术的质子交换膜对常用的质子交换树脂使进行接枝改性，基于异氰酸酯基团(
‑
NCO)能够与羟基(
‑
OH)反应，本专利技术通过异氰酸酯将不饱和酯接枝在质子交换树脂上，从而在质子交换树脂中引入可光固化基团(不饱和双键)，并在质子交换膜的制备原料中引入光引发剂，通过光照条件和光引发剂的配合，质子交换膜可以采用光照成膜(光固化过程)，质子交换膜的光照成膜过程不需要高温，可以解决因传统的热固化过程造成的能量大量消耗的问题，降低质子交换膜的制备成本。
[0028]本专利技术异氰酸酯中的异氰酸酯基团的活性不同，可以根据异氰酸酯基团的活性设置反应温度，从而控制异氰酸酯中不同的异氰酸酯基团的反应顺序，减水反应过程中的副反应产物的产生。
[0029]异氰酸酯中的异氰酸酯基团(
‑
NCO)具有不易发生凝胶现象、副反应少的优点，通过异氰酸酯将不饱和酯接枝在质子交换树脂上，提高质子交换膜的转换速率。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值
±
标准差。
[0032]另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0033]本专利技术提供了一种质子交换膜，质子交换膜的制备原料包括质子交换树脂、异氰酸酯、不饱和酯、光引发剂以及溶剂，其中，质子交换树脂中含有羟基；所述不饱和酯中含有羟基；所述异氰酸酯中至少含有两个异氰酸酯基团，不同所述异氰酸酯基团的反应活性不同；对质子交换树脂、异氰酸酯和不饱和酯的反应产物进行光固化成膜，即得质子交换膜。
[0034]本专利技术的质子交换膜对常用的质子交换树脂使进行接枝改性，基于异氰酸酯基团
(
‑
NCO)能够与羟基(
‑
OH)反应，本专利技术通过异氰酸酯将不饱和酯接枝在质子交换树脂上，从而在质子交换树脂中引入可光固化基团(不饱和双键)，并在质子交换膜的制备原料中引入光引发剂，通过光照条件和光引发剂的配合，质子交换膜可以采用光照成膜(光固化过程)，质子交换膜的光照成膜过程不需要高温，可以解决因传统的热固化过程造成的能量大量消耗的问题，降低质子交换膜的制备成本。
[0035]本专利技术异氰酸酯中的异氰酸酯基团的活性不同，可以根据异氰酸酯基团的活性设置反应温度，从而控制异氰酸酯中不同的异氰酸酯基团的反应顺序，减水反应过程中的副反应产物的产生。
[0036]异氰酸酯中的异氰酸酯基团(
‑
NCO)具有不易发生凝胶现象、副反应少的优点，通过异氰酸酯将不饱和酯接枝在质子交换树脂上，提高质子交换膜的转换速率。
[0037]在一些实施例中，光引发剂的质量为不饱和酯质量的0.1％
‑
0.5％。
[0038]在一些实施例中，质子交换树脂包括含磺酸基的强酸阳质子交换树脂和含羧酸基的弱酸阳质子交换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜的制备原料包括：质子交换树脂；异氰酸酯；不饱和酯；以及光引发剂；其中，所述质子交换树脂中含有羟基；所述不饱和酯中含有羟基；所述异氰酸酯中至少含有两个异氰酸酯基团，不同所述异氰酸酯基团的反应活性不同；对所述质子交换树脂、所述异氰酸酯和所述不饱和酯的反应产物进行光固化成膜，即得所述质子交换膜。2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换树脂包括含磺酸基的强酸阳质子交换树脂和含羧酸基的弱酸阳质子交换树脂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述异氰酸酯包括2，4
‑
甲苯异氰酸酯、2，6
‑
甲苯异氰酸酯或异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜的制备原料还包括溶剂。5.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述不饱和酯包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2
‑
丙烯酸(4
‑
羟基丁基)酯中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓武，黄衡恢，刘湘林，尧克光，
申请(专利权)人：深圳市通用氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：