一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是：将全氟磺酸树脂固体置于高压反应釜中，以水作为溶剂，在惰性气体的保护下，高温高压搅拌溶解4～20h，得到全氟磺酸树脂水分散液；将全氟磺酸树脂水分散液置于玻璃反应釜中，与有机溶剂混合，在一定温度条件下反应2～8h，即制得经二次分散得到分子链均匀分散的全氟磺酸树脂醇水分散液。采用本发明专利技术，工艺简单、耗时短、适合产业化，制备的全氟磺酸树脂醇水分散液粒径大小适中、分子链均匀分散，适用于质子膜涂布工艺中、进而制备出机械性能和电化学性能优良的复合质子交换膜。机械性能和电化学性能优良的复合质子交换膜。

【技术实现步骤摘要】
一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法


[0001]本专利技术属于质子交换膜制备领域，涉及一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法。本专利技术制备的全氟磺酸树脂醇水分散液中的分子链均匀分散、性能优良，适用于质子膜涂布工艺中、进一步用于制备质子交换膜氢燃料电池。

技术介绍

[0002]21世纪以来，随着科技的不断进步，人们对能源的需求越来越大，化石能源匮乏的问题日益严重，世界各国纷纷将科技重点转向新能源的开发。氢能因其清洁高效、储存运输性能好等特点受到广泛关注，被誉为21世纪的终极能源。质子交换膜氢燃料电池是一种清洁高效的电化学发电装置，运行温度低、比功率大，在移动电源和汽车等行业有很好的应用前景。
[0003]全氟磺酸树脂分散液是制备质子交换膜氢燃料电池的关键材料，其溶液中溶剂对多孔聚四氟乙烯的浸润性以及树脂分子的粒径及分散状态对所制备的质子交换膜性能有很大影响。当前市售的全氟磺酸树脂分散液并不能满足以多孔聚四氟乙烯为基体的复合质子交换膜的制备需求。因此，为开发出适合复合质子交换膜制备的全氟磺酸树脂分散液，研究者对全氟磺酸树脂溶液的制备方法进行了大量研究。现有技术中，全氟磺酸树脂分散液的制备方法多是采用有机溶剂将全氟磺酸树脂固体在一定温度和压力条件下直接溶解(参见CN103146001A公开的一种分子链均匀分散的全氟磺酸树脂分散液的制备方法、CN104140542A公开的一种全氟磺酸树脂分散液的制备方法)。但其过程中会产生由有机溶剂脱羟基生成的醚类等杂质，需要后续的分液进行处理才能得到澄清的全氟磺酸树脂分散液，耗时较长、操作过程复杂，并且全氟磺酸树脂分散液的性能得不到保证。因此，需要开发一种成本低廉、耗时短、操作简单，分子链均匀分散的全氟磺酸树脂分散液的制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的旨在克服上述现有技术中全氟磺酸树脂分散液制备方法中容易产生醚类等杂质、溶解后处理工艺复杂等不足，提供一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法。本专利技术方法特点是工艺简单、耗时短、适合产业化；所制备的全氟磺酸树脂醇水分散液粒径大小适中、分子链均匀分散，在制备以e
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PTFE(膨体聚四氟乙烯的简称)为基体的复合质子交换膜时，对PTFE(聚四氟乙烯的简称)浸润效果好，能促进树脂分子与基体更好的结合，进而制备出机械性能和电化学性能优良的复合质子交换膜。
[0005]本专利技术的内容是：一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是包括下列步骤：
[0006]a、将全氟磺酸树脂固体置于高压反应釜中，以水作为溶剂，在惰性气体的保护下，高温高压搅拌溶解4～20h，得到全氟磺酸树脂水分散液；
[0007]b、将步骤a得到的全氟磺酸树脂水分散液置于玻璃反应釜中，与有机溶剂混合，在一定温度条件下反应2～8h，即制得(经二次分散得到分子链均匀分散的)全氟磺酸树脂醇
水分散液。
[0008]本专利技术的内容中：步骤a中所述的所述的全氟磺酸树脂固体是以聚四氟乙烯结构(
‑
CF2‑
CF2‑
)为主链，
‑
[OCF2C(CF3)F]m
‑
O[CF2CF2]n
‑
SO3H为侧链组成的，其中m＝0或1，n＝1或2。
[0009]本专利技术的内容中：步骤a中所述的全氟磺酸树脂固体可以是美国杜邦的NR50、索尔维(化工)上海有限公司的PW
‑
79S、日本旭硝子的F
‑
9010中的任一种或两种以上的混合物。
[0010]本专利技术的内容中：步骤a中所述的全氟磺酸树脂固体的重量百分比含量为5％～30％(即：全氟磺酸树脂固体与溶剂水混合后，全氟磺酸树脂固体在其中的重量百分比含量为5％～30％)。
[0011]本专利技术的内容中：步骤a中所述的惰性气体可以是氮气、氦气、氩气中的任一种或两种以上的混合物。
[0012]本专利技术的内容中：步骤a中所述的高温高压搅拌溶解4～20h，是在反应温度为100～300℃、压力为1～10MPa的条件下搅拌溶解4～20h。
[0013]本专利技术的内容中：步骤b中所述的有机溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇中的任一种或两种以上的混合物，有机溶剂的重量百分比含量为20％～60％(即：步骤a得到的全氟磺酸树脂水分散液与有机溶剂的混合物中，有机溶剂在其中的重量百分比含量为20％～60％)。
[0014]本专利技术的内容中：步骤b中所述的在一定温度条件下反应2～8h，是在反应温度为20～120℃的条件下反应2～8h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有下列特点和有益效果：
[0016](1)本专利技术仅以水为溶剂在高温高压的条件下将全氟磺酸树脂固体溶解，得到全氟磺酸树脂水分散液，制备过程中不会产生醚类化合物等杂质，不需要分离处理；之后通过在全氟磺酸树脂水分散液中加入有机溶剂的方式进行二次分散，可以简单高效的调控全氟磺酸树脂溶液的黏度、粒径大小和分散程度；
[0017](2)采用本专利技术，通过二次分散可以得到粒径在50
‑
300nm之间，黏度在100
‑
1000之间，分子链均匀分散、黏度可控的全氟磺酸树脂醇水分散液；
[0018](3)采用本专利技术，以水作为溶剂将全氟磺酸树脂固体溶解得到全氟磺酸树脂水分散，之后通过有机溶剂对全氟磺酸树脂水分散液进行二次分散，能够得到粒径大小适中、分子链均匀分散的全氟磺酸树脂醇水分散液，方法简单高效；本专利技术全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法可以满足以e
‑
PTFE为基体的复合质子交换膜制造工艺，在实现质子交换膜的产业化、提高性能等方面具有重要意义；
[0019](4)本专利技术产品制备工艺简单，工序简便，容易操作，实用性强。
附图说明
[0020]图1为实施例1中所得的全氟磺酸树脂醇水分散液动态光散射测试的粒径数据图；
[0021]图2为实施例2中得到的全氟磺酸树脂醇水分散液动态光散射测试的粒径数据图。
具体实施方式
[0022]下面给出的实施例拟对本专利技术作进一步说明，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本专利技术的内容对本专利技术作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。
[0023]实施例1：
[0024]一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，步骤是：将120g全氟磺酸树脂固体(为美国杜邦的NR50)和680g水置于高温高压反应釜中，通氮气排尽釜内空气后加热至180℃，反应压力为2MPa，在此条件下搅拌反应8h即得全氟磺酸树脂水分散液。之后向全氟磺酸树脂水分散液中加入960g异丙醇和640g乙醇，在50℃的条件下搅拌反应3h得到了粒径在50
‑
250nm之间均匀分散的全氟磺酸树脂醇水分散液(粒径分布见附图1)。
[0025]实施例2：
[0026]一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，步骤是：将150g全氟磺酸树脂固体(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是包括下列步骤：a、将全氟磺酸树脂固体置于高压反应釜中，以水作为溶剂，在惰性气体的保护下，高温高压搅拌溶解4～20h，得到全氟磺酸树脂水分散液；b、将步骤a得到的全氟磺酸树脂水分散液置于玻璃反应釜中，与有机溶剂混合，在一定温度条件下反应2～8h，即制得全氟磺酸树脂醇水分散液。2.按权利要求1所述的全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是：步骤a中所述的所述的全氟磺酸树脂固体是以聚四氟乙烯结构(
‑
CF2‑
CF2‑
)为主链，
‑
[OCF2C(CF3)F]
m
‑
O[CF2CF2]n
‑
SO3H为侧链组成的，其中m＝0或1，n＝1或2。3.按权利要求1所述的全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是：步骤a中所述的全氟磺酸树脂固体是美国杜邦的NR50、索尔维(化工)上海有限公司的PW
‑
79S、日本旭硝子的F
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9010中的任一种或两种以上的混合物。4.按权利要求2所述的全氟磺酸树脂醇水分散液的制备方法，其特征是：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何通，王明，杨冬冬，雷雪英，蒋绍强，杨超，范盈，
申请(专利权)人：四川东材新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：