强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法
【专利摘要】本发明涉及一种强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法。该方法采用强磁场对未改性或稀土改性的中高磺化度磺化聚苯硫醚质子交换膜进行处理，所得质子交换膜在30°C～110°C下的质子传导率为1.1×10-2～6.2×10-2Scm-1，阻醇系数为1.0×10-7～6.9×10-7cm2s-1。
【专利说明】强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磺化聚苯硫醚质子交换膜的制备方法，特别是一种强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法。
【背景技术】
[0002]质子交换膜(PEM)作为目前能源领域研究和开发的热点直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部分，其材料必须具有良好的质子传导性、适宜的甲醇透过率以及良好的抗水溶胀性即质子传导率至少应达到10_2 S/cm,甲醇渗透系数低于10_6 cm2/S。使质子交换膜在DMFC中具有较长使用寿命。
[0003]磺化聚苯硫醚(SPPS)材料因具有高机械强度、优异的热稳定性及化学稳定性成为直接甲醇燃料电池用质子交换膜的重点研究材料。用浓硫酸对聚苯硫醚磺化，将磺酸基团引入到聚苯硫醚的主链上，由于磺酸基亲水相与聚合物骨架上苯环、碳硫键等疏水相的存在，可使得聚苯硫醚材料具有一定的质子传导率，并且聚苯硫醚制备成本较低、耐热稳定性优异能满足燃料电池对质子交换膜材料的要求。但是，这种材料的磺化度(DS)会直接影响质子交换膜的性能，因此要选择合适的磺化度来进行掺杂制膜。在磺化聚苯硫醚质子交换膜的方案设计上，通常需要对磺化聚苯硫醚磺化度及改性的方法进行综合考虑，得到最佳的质子交换膜。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种强磁场下制备中高磺化度磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于该方法的具体步骤
为:
(1).将磺化度为57%-80%的磺化聚苯硫醚SPPS溶解在制膜溶剂中，配制成质量百分比浓度为10%-25%的SPPS制膜液；
(2).在步骤(1)所得的制膜液中，加入二氧化钛粉末，其加入量为磺化聚苯硫醚质量的0%-12%，在30 ° 0-100 ° C下，充分搅拌，使TiO2粉末在制膜液中分散均匀，得到混合制膜液；
(3).将经步骤(2)配制成的混合制膜液制成膜，在30°C-90 ° C下挥发溶剂，得到SPPS湿膜；再将湿膜在80 ° C-200 °C下恒温干燥2 h-24 h ;
(4).将步骤(3)得到的SPPS干膜在强度为15-20T的恒定磁感应强度条件下进行磁场处理，且SPPS干膜与磁场方向的夹角为O ---90 --;温度控制方式为:在30 ° C-120° C温度下，保温0.5-24 h ;冷却至室温，即得到经强磁场处理的磺化聚苯硫醚质子交换膜。
[0006]所述的磺化聚苯硫醚的结构式为:
【权利要求】
1.一种强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: (1).将聚苯硫醚SPPS溶解在制膜溶剂中，配制成质量百分比浓度为10%-25%的SPPS制膜液； (2).在步骤(I)所得的制膜液中，加入二氧化钛粉末，其加入量为磺化聚苯硫醚质量的0%-12%，在30 ° 0-100 ° C下，充分搅拌，使TiO2粉末在制膜液中分散均匀，得到混合制膜液； (3).将经步骤(2)配制成的混合制膜液制成膜，在30°C-90 ° C下挥发溶剂，得到SPPS湿膜；再将湿膜在80 ° C-200 ° C下恒温干燥2 h-24 h ; (4).将步骤(3)得到的SPPS干膜在强度为15-20T的恒定磁感应强度条件下进行磁场处理，且SPPS干膜与磁场方向的夹角为O ---90 --;温度控制方式为:在30 ° C-120° C温度下，保温0.5-24 h ;冷却至室温，即得到经强磁场处理的磺化聚苯硫醚质子交换膜。
2.根据权利要求1所述的强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于所述的磺化聚苯硫醚的结构式为:
3.根据权利要求1所述的强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于所述的制膜溶剂为:四氯乙烷(TeCA)。
4.根据权利要求1所述的强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于上述的磁场处理是在常压-10_3 Pa真空环境中进行。
5.根据权利要求1所述的强磁场下制备磺化聚苯硫醚质子交换膜的方法，其特征在于所述的步骤(4)中的温度控制方式为:先在30 ° C-80 ° C范围内，保温0.5飞h，再在80 ° C-120 ° C范围内，保温0-6h。
【文档编号】H01M8/02GK103456972SQ201310432749
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】郭强, 李夏, 钱君质, 毕宸洋, 张天骄, 陈新新 申请人:上海大学