一种具有离子交换功能的含氟离聚物复合材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种复合材料，该复合材料由一种或多种离子交换树脂和含氟聚合物纤维构成，其特点是纤维与成膜树脂将形成三嗪环交联结构，从而使该复合材料制备的膜具有优异的气密性和稳定性，同时还具有高离子交换能力和高电导率。本发明专利技术还提供该复合材料制备方法和该复合材料制备的产品及其用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能高分子复合材料领域，涉及一种功能基团接枝的纤维和离子交换树脂复合的全氟离子交换复合材料。 
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种通过电化学方式直接将化学能转化为电能的发电装置，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池(proton exchangemembrane fuel cell，PEMFC)的关键材料。 现在所使用全氟磺酸质子交换膜在较低温度下(80℃)和较高的湿度下具有良好的质子传导性和化学稳定性。但是，它们也有很多的不足，如尺寸稳定性差，机械强度不高，化学稳定性差等。膜在不同的湿度下吸水率和因吸水而导致的尺寸膨胀不同，当膜在不同工况下变换时，膜的尺寸也将因此发生变化。如此反复最终导致质子交换膜的机械破损。此外，燃料电池的正极反应常常产生大量的氢氧自由基和过氧化氢等具有强氧化性的物质，这些物质会进攻成膜树脂分子上非氟基团，导致膜的化学降解和破损、起泡。最后，当全氟磺酸交换膜的工作温度高于90℃时，由于膜的迅速失水导致膜的质子传导性急剧下降，从而使燃料电池的效率大大下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其特征在于：（ａ）所述复合材料由一种或多种具有离子交换功能的离子交换树脂和作为增强材料的含氟聚合物纤维构成；（ｂ）所述含氟聚合物纤维表面被含腈基的功能单体接枝修饰；（ｃ）组成复合材料的离子交换树脂中至少有一种离子交换树脂含有腈基基团，该腈基基团和含氟聚合物纤维上接枝的功能单体的腈基形成三嗪环交联结构。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于：(a)所述复合材料由一种或多种具有离子交换功能的离子交换树脂和作为增强材料的含氟聚合物纤维构成；(b)所述含氟聚合物纤维表面被含腈基的功能单体接枝修饰；(c)组成复合材料的离子交换树脂中至少有一种离子交换树脂含有腈基基团，该腈基基团和含氟聚合物纤维上接枝的功能单体的腈基形成三嗪环交联结构。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述含腈基的功能单体是如下通式(I)表述的物质的一种或多种组合：e＝1～3；所述含有腈基基团的离子交换树脂是如下通式(II)和/或(III)表述的树脂的一种或多种组合：其中e＝1～3；n＝0或1；m＝2～5；x、y＝3-15的整数；其中a、b、c＝3-15的整数；a’、b’、c’＝1-3的整数；j＝0～3。3.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还可以含有以下通式(IV)和/或(V)和/或(VI)表述的树脂的一种或多种组合：其中x＝315；n＝0～2；p＝2～5；其中c、d＝315的整数；c’、d’＝1～3的整数，其中f、g、h＝3～15的整数；f’、g’、h’＝1～3的整数；i＝0～3；M、M’＝H、K、Na或NH4。4.如权利要求1至3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述通式II、III、IV、V和VI所表示树脂的离子交换容量为0.80～1.60mmol/g，数均分子量为150000～450000。5.如权利要求1至4任一项所述的复合材料，其特征在于，所述含氟聚合物纤维选自：聚四氟乙烯纤维、聚全氟乙丙烯纤维、聚全氟丙基乙烯基醚纤维和/或氟碳聚合物纤维中的一种或几种；直径为0.005μm～50μm，长度为0.05μm～3mm；优选的直径为：0.01～20μm；含氟聚合物纤维与离子交换树脂的质量比为0.5～50∶100，优选为0.5～20∶100。6.如权利要求1至5任一项所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料含有高价金属化合物，离子交换树脂中的部分酸性交换基团通过高价金属化合物形成物理键合，部分高价金属化合物同时也是形成三嗪环交联结构的催化剂，并和三嗪环形成络和键；优选地，所述的形成物理键合的高价金属化合物选自下列元素的化合物的一种或多种组合：W，Zr，Ir，Y，Mn，Ru，Ce，V，Zn，Ti和La元素；进一步优选地，高价金属离子化合物选自这些金属元素的最高价态和中间价态的硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐中的一种或组合复盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永明，唐军柯，刘萍，张恒，王军，
申请(专利权)人：山东东岳神舟新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：37