CN108417869A - 一种溴化嵌合聚苯醚质子膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：辛基异噻唑啉酮0.8‑1、酯化改性磷酸锆7‑10、溴化十六烷基三甲基咪唑0.1‑0.4、聚苯醚50‑70、氯磺酸3‑4、二盐基亚磷酸铅0.1‑0.2、硅烷偶联剂1‑2，本发明首先将磷酸锆表面改性，然后再进行溴化十六烷基三甲基咪唑嵌合，有效的提高了嵌合的稳定性，提高了成品质子膜的抑菌性能。

Description

一种溴化嵌合聚苯醚质子膜及其制备方法
技术领域
本发明属于质子膜领域，具体涉及一种溴化嵌合聚苯醚质子膜及其制备方法。
背景技术
质子交换膜是PEMFC的核心部件，PEM与一般化学电源中使用的隔膜有区别。质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源.用作PEM的材料应该满足以下条件：良好的质子电导率、水分子在膜中的电渗透作用小、气体在膜中的渗透性尽可能小、电化学稳定性好、干湿转换性能好、具有一定的机械强度、可加工性好、价格适当；
质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取代动力源.用作PEM的材料应该满足以下条件:(1)良好的质子电导率；(2)水分子在膜中的电渗透作用小；(3)气体在膜中的渗透性尽可能小；(4)电化学稳定性好；(5)干湿转换性能好；(6)具有一定的机械强度；(7)可加工性好、价格适当。
现阶段分为:全氟磺酸型质子交换膜；nafion重铸膜；非氟聚合物质子交换膜；新型复合质子交换膜等；然而目前，市售的磺化聚苯醚的导电率，相比全氟磺酸Nafion重铸膜来说，有比较大的差距，因此，如何提高聚苯醚质子膜的导电率，提高其综合性能就显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种溴化嵌合聚苯醚质子膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
辛基异噻唑啉酮0.8-1、酯化改性磷酸锆7-10、溴化十六烷基三甲基咪唑0.1-0.4、聚苯醚50-70、氯磺酸3-4、二盐基亚磷酸铅0.1-0.2、硅烷偶联剂1-2。
所述的乙基纤维素的取代度为2.5-2.8。
所述酯化改性磷酸锆是由下述重量份的原料组成的：
乙基纤维素3-4、纳米磷酸锆10-15、三梨醇酐单油酸脂0.4-1、季戊四醇3-5、三氯化磷3-4；
所述的酯化改性磷酸锆的制备方法，包括以下步骤：
取乙基纤维素，加入到其重量10-15倍的甲苯中，搅拌均匀，加入三氯化磷，升高温度为50-55℃，保温搅拌30-40分钟，加入季戊四醇、纳米磷酸锆，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为30-35℃，保温反应10-15小时，出料，加入三梨醇酐单油酸脂，搅拌至常温，蒸馏除去剩余的甲苯，即得所述酯化改性磷酸锆。
所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的一种。
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取辛基异噻唑啉酮，加入到其重量40-59倍的氯仿中，搅拌均匀，加入氯磺酸，升高温度为50-55℃，保温搅拌10-15分钟，得氯仿分散液；
(2)取酯化改性磷酸锆，加入到上述氯仿分散液中，搅拌均匀，加入溴化十六烷基三甲基咪唑，超声2-3小时，得溴化嵌合溶液；
(3)取聚苯醚，加入到上述纤维嵌合溶液中，加入硅烷偶联剂，加入超声1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，真空50-55℃下干燥4-6小时，得溴化嵌合改性聚苯醚；
(4)取上述溴化嵌合改性聚苯醚，与二盐基亚磷酸铅混合，加入混合料重量13-20倍的二甲基甲酰胺中，超声1-2小时，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，将膜水洗，常温干燥，即得所述溴化嵌合聚苯醚质子膜。
本发明的优点：
本发明以三氯化磷、季戊四醇为原料，在酯化过程中引入纳米磷酸锆，得到酯化改性磷酸锆，从而将磷酸锆表面充分有机化，然后将该酯化改性磷酸锆分散到氯仿中，通过加入溴化十六烷基三甲基咪唑，实现咪唑对磷酸锆的嵌合，而磷酸锆的充分有机化，则能够更好的促进嵌合，从而提高咪唑嵌合的稳定性强度，本发明将聚苯醚分散到嵌合溶液中，然后采用硅烷偶联剂改性，进一步改善了磷酸锆在聚苯醚间的相容性，从而提高了成品质子膜的均匀稳定性，本发明首先将磷酸锆表面改性，然后再进行溴化十六烷基三甲基咪唑嵌合，有效的提高了嵌合的稳定性，提高了成品质子膜的抑菌性能。
具体实施方式
实施例1
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
辛基异噻唑啉酮0.8、酯化改性磷酸锆7、溴化十六烷基三甲基咪唑0.1、聚苯醚50、氯磺酸3、二盐基亚磷酸铅0.1、硅烷偶联剂1。
所述的乙基纤维素的取代度为2.5。
所述酯化改性磷酸锆是由下述重量份的原料组成的：
乙基纤维素3、纳米磷酸锆10、三梨醇酐单油酸脂0.4、季戊四醇3、三氯化磷3；
所述的酯化改性磷酸锆的制备方法，包括以下步骤：
取乙基纤维素，加入到其重量10倍的甲苯中，搅拌均匀，加入三氯化磷，升高温度为50-55℃，保温搅拌30分钟，加入季戊四醇、纳米磷酸锆，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为30℃，保温反应10小时，出料，加入三梨醇酐单油酸脂，搅拌至常温，蒸馏除去剩余的甲苯，即得所述酯化改性磷酸锆。
所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取辛基异噻唑啉酮，加入到其重量40倍的氯仿中，搅拌均匀，加入氯磺酸，升高温度为50℃，保温搅拌10分钟，得氯仿分散液；
(2)取酯化改性磷酸锆，加入到上述氯仿分散液中，搅拌均匀，加入溴化十六烷基三甲基咪唑，超声2小时，得溴化嵌合溶液；
(3)取聚苯醚，加入到上述纤维嵌合溶液中，加入硅烷偶联剂，加入超声1小时，抽滤，将滤饼水洗，真空50℃下干燥4小时，得溴化嵌合改性聚苯醚；
(4)取上述溴化嵌合改性聚苯醚，与二盐基亚磷酸铅混合，加入混合料重量13倍的二甲基甲酰胺中，超声1小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70℃下真空干燥20小时，待膜成型后，放入95℃的恒温干燥箱处理1小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述溴化嵌合聚苯醚质子膜。
实施例2
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
辛基异噻唑啉酮1、酯化改性磷酸锆10、溴化十六烷基三甲基咪唑0.4、聚苯醚70、氯磺酸4、二盐基亚磷酸铅0.2、硅烷偶联剂2。
所述的乙基纤维素的取代度为2.8。
所述酯化改性磷酸锆是由下述重量份的原料组成的：
乙基纤维素4、纳米磷酸锆15、三梨醇酐单油酸脂1、季戊四醇5、三氯化磷4；
所述的酯化改性磷酸锆的制备方法，包括以下步骤：
取乙基纤维素，加入到其重量15倍的甲苯中，搅拌均匀，加入三氯化磷，升高温度为55℃，保温搅拌40分钟，加入季戊四醇、纳米磷酸锆，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为35℃，保温反应15小时，出料，加入三梨醇酐单油酸脂，搅拌至常温，蒸馏除去剩余的甲苯，即得所述酯化改性磷酸锆。
所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570。
一种溴化嵌合聚苯醚质子膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取辛基异噻唑啉酮，加入到其重量59倍的氯仿中，搅拌均匀，加入氯磺酸，升高温度为55℃，保温搅拌15分钟，得氯仿分散液；
(2)取酯化改性磷酸锆，加入到上述氯仿分散液中，搅拌均匀，加入溴化十六烷基三甲基咪唑，超声3小时，得溴化嵌合溶液；
(3)取聚苯醚，加入到上述纤维嵌合溶液中，加入硅烷偶联剂，加入超声2小时，抽滤，将滤饼水洗，真空55℃下干燥6小时，得溴化嵌合改性聚苯醚；
(4)取上述溴化嵌合改性聚苯醚，与二盐基亚磷酸铅混合，加入混合料重量20倍的二甲基甲酰胺中，超声2小时，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105℃的恒温干燥箱处理2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述溴化嵌合聚苯醚质子膜。
性能测试：
对实施例1-2制备得到的质子膜进行性能测定，耐热性测试按照GB/T13464-92测试，膜力学性能按照GB4456-1996测试；
实施例1的质子交换膜的质子导电率为3.87×10-2Scm-1、机械力学性能33.7Mpa、对金黄色葡萄球菌的抑制率达80.4％；
实施例2的质子交换膜的质子导电率为3.91×10-2Scm-1、机械力学性能35.2Mpa、、对金黄色葡萄球菌的抑制率达82.5％；
市售聚苯醚质子交换膜的质子导电率为2-2.5×10-2Scm-1机械力学性能20-25Mpa、对金黄色葡萄球菌的抑制率达10-20％。

Claims (5)

1.一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
辛基异噻唑啉酮0.8-1、酯化改性磷酸锆7-10、溴化十六烷基三甲基咪唑0.1-0.4、聚苯醚50-70、氯磺酸3-4、二盐基亚磷酸铅0.1-0.2、硅烷偶联剂1-2。
2.根据权利要求1所述的一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的乙基纤维素的取代度为2.5-2.8。
3.根据权利要求1所述的一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，其特征在于，所述酯化改性磷酸锆是由下述重量份的原料组成的：
乙基纤维素3-4、纳米磷酸锆10-15、三梨醇酐单油酸脂0.4-1、季戊四醇3-5、三氯化磷3-4；
所述的酯化改性磷酸锆的制备方法，包括以下步骤：
取乙基纤维素，加入到其重量10-15倍的甲苯中，搅拌均匀，加入三氯化磷，升高温度为50-55℃，保温搅拌30-40分钟，加入季戊四醇、纳米磷酸锆，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为30-35℃，保温反应10-15小时，出料，加入三梨醇酐单油酸脂，搅拌至常温，蒸馏除去剩余的甲苯，即得所述酯化改性磷酸锆。
4.根据权利要求1所述的一种溴化嵌合聚苯醚质子膜，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的一种。
5.一种如权利要求1所述的溴化嵌合聚苯醚质子膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取辛基异噻唑啉酮，加入到其重量40-59倍的氯仿中，搅拌均匀，加入氯磺酸，升高温度为50-55℃，保温搅拌10-15分钟，得氯仿分散液；
(2)取酯化改性磷酸锆，加入到上述氯仿分散液中，搅拌均匀，加入溴化十六烷基三甲基咪唑，超声2-3小时，得溴化嵌合溶液；
(3)取聚苯醚，加入到上述纤维嵌合溶液中，加入硅烷偶联剂，加入超声1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，真空50-55℃下干燥4-6小时，得溴化嵌合改性聚苯醚；
(4)取上述溴化嵌合改性聚苯醚，与二盐基亚磷酸铅混合，加入混合料重量13-20倍的二甲基甲酰胺中，超声1-2小时，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，将膜水洗，常温干燥，即得所述溴化嵌合聚苯醚质子膜。
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