【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氢燃料电池，具体涉及一种改性膨体聚四氟乙烯膜及其制备方法和质子交换膜。
技术介绍
1、膨体聚四氟乙烯(expanded ptfe)缩写为eptfe，是将分散的ptfe树脂经一定的生产加工工艺膨胀而成的一种微孔材料。eptfe膜是氢燃料电池的关键原材料之一，已经被广泛用作氢燃料电池的核心部件——质子交换膜的增强基材。目前的质子交换膜主要由eptfe膜增强基材和全氟磺酸树脂等复合组成，而超疏水的eptfe膜与亲水性的全氟磺酸树脂界面相容性较差，全氟磺酸树脂难以充分地填充到eptfe膜的孔隙结构中，并且两者因表面能差异较大，易产生相分离。
2、eptfe膜之所以能够表现出很强的疏水性，是因为它具有非常小的表面能。具体地，eptfe膜的表面采用多孔结构设计，在多孔结构中，微孔之间相互分离，而且它们的直径非常小，朝向表面的孔的大小可以控制在0.2-5μm之间。这种特殊的结构设计使eptfe膜的表面能形成高度疏水的防护层，当水接触到eptfe膜表面时，会被eptfe膜完全排斥，无法渗透进入膜的内部。
3、所以通常需要对eptfe膜进行改性后降低其疏水性，再将改性eptfe膜与全氟磺酸树脂进行复合制备成质子交换膜。eptfe膜的改性方法一般分为化学改性方法和物理改性方法。
4、化学改性方法通常是在eptfe膜的聚合物链上引入亲水基团(如羧酸、羟基等)，从而实现eptfe膜的改性。例如专利申请文件cn 114369276 a公开了一种燃料电池膜用eptfe膜亲水改性方法，使用硅酸对eptfe膜进
5、或者是在eptfe膜的聚合物链上接枝引入亲水性较强的聚合物(如聚乙烯醇、聚丙烯酸等)，从而实现eptfe膜的改性。例如专利申请文件cn108993174a公开了一种耐次氯酸钠的eptfe亲水膜，所述eptfe膜表面包裹有亲水性聚合物，所述eptfe膜表面附着有亲水性有机金属螯合物。所述亲水性聚合物为聚乙烯醇、醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物、聚丙烯酸、二乙醇胺中的至少一种。能赋予eptfe亲水性能的基团众多，如前述含有胺基、羧基、羟基、磺酸基、季铵盐等亲水性基团的亲水性聚合物均可以通过交联反应的方式包裹在eptfe表面，提高eptfe的亲水性能。
6、物理改性方法可以是在eptfe膜表面增加微纳结构，如微米级的刻槽、纳米级的多孔结构等，通过增加膜表面的比表面积，降低表面张力，从而增强膜的亲水性。又可以是将eptfe膜与具有亲水性的膜(如sio2和/或tio2)进行复合，对eptfe膜进行亲水改性。例如专利申请文件cn113903939a公开了一种质子交换膜，包括磺酸树脂、膨体聚四氟乙烯微孔膜、磺酸树脂类三明治结构，所述的膨体聚四氟乙烯微孔膜的表面包含二氧化硅和/或二氧化钛层。所述的质子交换膜的制备，首先对eptfe微孔膜进行等离子体处理，再利用原子层沉积在其表面沉积sio2和/或tio2，最后将磺酸树脂溶液双面涂布在亲水性eptfe微孔膜表面，浸润后固化成膜。eptfe微孔膜经过sio2/tio2亲水改性，提高了与磺酸树脂的相容性，同时提高质子交换膜的保水能力和力学性能。
7、但以上改性方法的效果还不够好，仍有进一步提升的空间。因此，对eptfe膜进行改性，降低其疏水性，进一步降低eptfe膜与全氟磺酸树脂之间的表面能差异，具有重要应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种改性膨体聚四氟乙烯膜及其制备方法和质子交换膜。
2、本专利技术实施例的改性膨体聚四氟乙烯膜包括膨体聚四氟乙烯膜和分布于所述膨体聚四氟乙烯膜中的聚乙二醇。
3、本专利技术实施例的改性膨体聚四氟乙烯膜带来的优点和技术效果为：
4、本专利技术实施例使用具有两亲性的聚乙二醇对膨体聚四氟乙烯膜进行改性，使得膨体聚四氟乙烯膜的表面及孔隙结构中包含聚乙二醇，从而明显降低改性膨体聚四氟乙烯膜的疏水性，增加膨体聚四氟乙烯膜与全氟磺酸树脂等树脂材料的界面相容性，促使全氟磺酸树脂等树脂材料能充分填充至改性膨体聚四氟乙烯膜的孔隙结构中；而且改性膨体聚四氟乙烯膜和全氟磺酸树脂等树脂材料的表面能差异较小，不容易产生相分离。
5、在一些实施例中，所述聚乙二醇的重均分子量为200-6000。
6、在一些实施例中，所述膨体聚四氟乙烯膜和所述聚乙二醇的质量之比为25:1-3:1。
7、另外，本专利技术实施例还提供了一种改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，包括以下步骤：
8、s1.将所述聚乙二醇和溶剂进行混合，得到聚乙二醇溶液；
9、s2.采用所述聚乙二醇溶液对所述膨体聚四氟乙烯膜进行物理改性处理，得到聚乙二醇溶液填充的膨体聚四氟乙烯膜；待所述聚乙二醇溶液填充的膨体聚四氟乙烯膜干燥后得到所述改性膨体聚四氟乙烯膜。
10、本专利技术实施例的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法带来的优点和技术效果为：
11、(1)步骤s1使用的改性材料为聚乙二醇，使具有两亲性的聚乙二醇分散至膨体聚四氟乙烯膜的表面和孔隙中，降低改性膨体聚四氟乙烯膜的疏水性。
12、(2)步骤s1先配制聚乙二醇溶液是为了降低聚乙二醇的粘度，使步骤s2进行物理改性处理时聚乙二醇溶液能渗透到膨体聚四氟乙烯膜内部，进而使物理改性处理后的膨体聚四氟乙烯膜干燥后，不仅能黏附在膨体聚四氟乙烯膜表面，还能黏附在膨体聚四氟乙烯膜的孔隙结构中，降低改性膨体聚四氟乙烯膜的疏水性。
13、(3)步骤s2中将聚乙二醇溶液和膨体聚四氟乙烯膜物理共混后，聚乙二醇黏附在膨体聚四氟乙烯膜的表面及孔隙结构中，实现对膨体聚四氟乙烯膜的改性，从而在干燥后得到改性膨体聚四氟乙烯膜。
14、(4)步骤s2中待聚乙二醇溶液填充的膨体聚四氟乙烯膜干燥后，溶剂被挥发除去，聚乙二醇黏附在膨体聚四氟乙烯膜的表面及孔隙结构中，得到改性膨体聚四氟乙烯膜。
15、(5)本专利技术实施例的制备方法操作简单、条件温和，适用于大规模生产。
16、在一些实施例中，步骤s1中，所述聚乙二醇溶液中聚乙二醇的质量分数为0.01-10％。
17、在一些实施例中，步骤s1中，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、甲醇、正丁醇、异丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种；和/或，在加热和/或超声的条件下进行混合；优选地，加热温度为30-150℃；超声功率为50-800w。
18、在一些实施例中，步骤s2中，所述物理改性处理为浸泡、刮涂、喷涂和旋涂中的至少一种。
19、在一些实施例中，步骤s2中，当所述物理改性处理为浸泡时，浸泡时间为1-10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，包括膨体聚四氟乙烯膜和分布于所述膨体聚四氟乙烯膜中的聚乙二醇。
2.根据权利要求1所述的改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为200-6000。
3.根据权利要求1或2所述的改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，所述膨体聚四氟乙烯膜和所述聚乙二醇的质量之比为25:1-3:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚乙二醇溶液中聚乙二醇的质量分数为0.01-10％。
6.根据权利要求4或5所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、甲醇、正丁醇、异丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种；和/或，在加热和/或超声的条件下进行混合；优选地，加热温度为30-150℃；超声功率为50-800W。
7.根据权利要求4或5所述的改性膨体聚四氟乙
8.根据权利要求7所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，当所述物理改性处理为浸泡时，浸泡时间为1-10min；当所述物理改性处理为刮涂时，刮涂的狭缝宽度为5-120μm，刮涂速率为1-80cm/min；当所述物理改性处理为喷涂时，喷涂的流量为10-200mL/min；当所述物理改性处理为旋涂时，滴液量为20-500mL/min，转速为300-900rmp。
9.根据权利要求4或5所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在30-150℃的条件下进行干燥。
10.一种质子交换膜，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的改性膨体聚四氟乙烯膜，或者包括权利要求4-9任一项所述的制备方法得到的改性膨体聚四氟乙烯膜。
...【技术特征摘要】
1.一种改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，包括膨体聚四氟乙烯膜和分布于所述膨体聚四氟乙烯膜中的聚乙二醇。
2.根据权利要求1所述的改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为200-6000。
3.根据权利要求1或2所述的改性膨体聚四氟乙烯膜，其特征在于，所述膨体聚四氟乙烯膜和所述聚乙二醇的质量之比为25:1-3:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述聚乙二醇溶液中聚乙二醇的质量分数为0.01-10％。
6.根据权利要求4或5所述的改性膨体聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、甲醇、正丁醇、异丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种；和/或，在加热和/或超声的条件下进行混合；优选地，加热温度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴双雄，夏丰杰，刘昊，杨丽华，朱晶晶，李道喜，唐浩林，周明正，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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