專利名稱：一種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物電解質(zhì)膜的制備方法。
背景技術(shù)：
強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜是電解、電池、電化學(xué)傳感器等多個(gè)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料。傳統(tǒng)的強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜都是季銨型聚合物，即固定在聚合物鏈上的陽離子是季銨基團(tuán)。季銨型強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)的缺點(diǎn)是耐溫耐堿能力差，在較高溫度或堿性條件下工作季銨基團(tuán)會(huì)發(fā)生霍夫曼降解。(T.Sata，et al.，J.Membrane Sci.，1996，112，161.)例如商品化的I型強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的最高工作溫度為40℃；而商品化的II型強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的最高工作溫度也僅為60℃。這些缺點(diǎn)大大地限制了強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種新型強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法，制得的強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜具有較好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐堿性、離子電導(dǎo)率。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法，將線型冠醚聚合物溶解于揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑或混和揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑，冠醚聚合物的重量百分比濃度為0.1％至30％，然后涂鑄成膜，將膜浸于濃度為10-6mol/l至102mol/l的堿金屬或堿土金屬化合物溶液中1至24小時(shí)，將膜取出水洗去除表面的溶液，即得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜；或者直接將線型冠醚聚合物與堿金屬或堿土金屬化合物共同溶解于揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑或混和揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑，冠醚聚合物的重量百分比濃度為0.1％至30％，堿金屬或堿土金屬化合物的摩爾數(shù)為與之共同溶解的冠醚聚合物所含冠醚摩爾數(shù)的0.1至10倍，然后涂鑄成膜，即得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
上述溶解冠醚聚合物的溶劑和共同溶解冠醚聚合物與堿金屬或堿土金屬化合物的溶劑為揮發(fā)性溶劑或混和揮發(fā)性溶劑。上述將冠醚聚合物溶解后涂鑄成膜的方法為常規(guī)制膜方法，如澆鑄法、流延法等。上述堿金屬或堿土金屬化合物最好采用堿金屬或堿土金屬的氫氧化物。上述用于浸泡冠醚聚合物膜的堿金屬或堿土金屬化合物溶液的溶劑為極性溶劑或混和極性溶劑如水或低級(jí)醇或水與低級(jí)醇的混和溶劑等。
本發(fā)明利用冠醚聚合物對(duì)堿金屬或堿土金屬離子的螯合作用將陽離子固定到聚合物鏈上，游離的陰離子起離子導(dǎo)電作用。所得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐堿性、熱穩(wěn)定性、離子電導(dǎo)率等方面均遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的季銨型聚合物電解質(zhì)膜。例如，實(shí)施例中所得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率大于10-2S/cm、機(jī)械強(qiáng)度極佳、耐高溫濃堿、空氣中分解溫度高達(dá)300℃。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1先制備結(jié)構(gòu)為 的主鏈型冠醚聚合物將等摩爾數(shù)的二苯并18冠6醚與癸二酸在多聚磷酸中60℃加熱攪拌4小時(shí)；倒入水中沉淀出反應(yīng)產(chǎn)物；將沉淀物溶于乙二醇單甲醚，加入2倍癸二酸摩爾數(shù)的KBH4回流1小時(shí)；倒入水中沉淀出所需冠醚聚合物。
將0.5克這種冠醚聚合物與0.1克KOH共同溶解于10毫升甲醇，然后流延成膜，即得所需強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
實(shí)施例2先制備結(jié)構(gòu)為
的主鏈型冠醚聚合物將等摩爾數(shù)的二苯并18冠6醚與癸二酸在多聚磷酸中60℃加熱攪拌4小時(shí)；倒入水中沉淀出反應(yīng)產(chǎn)物；將沉淀物溶于乙二醇單甲醚，加入2倍癸二酸摩爾數(shù)的KBH4回流1小時(shí)；倒入水中沉淀出所需冠醚聚合物。
將0.5克這種冠醚聚合物溶于10毫升乙二醇單甲醚，然后澆鑄成膜，所得聚合物膜在0.1mol/l Ba(OH)2溶液(溶劑為體積比1∶1的水與甲醇)中浸泡12小時(shí)，最后用水洗去物理性吸附的Ba(OH)2，即得所需強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
實(shí)施例3先制備結(jié)構(gòu)為 的側(cè)鏈冠醚聚合物將等摩爾數(shù)的丙烯酸與苯乙烯通過自由基聚合方式共聚；將所得聚合物溶于丙酮，加入與丙烯酸等摩爾數(shù)的苯并15冠5醚和P2O5，60℃加熱攪拌4小時(shí)；倒入水中沉淀出所需冠醚聚合物。
將0.5克這種冠醚聚合物溶于10毫升氯仿與甲醇的混和溶劑(體積比1∶1)，然后澆鑄成膜，所得聚合物膜在1mol/l NaOH水溶液中浸泡24小時(shí)，最后用水洗去物理性吸附的NaOH，即得所需強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法，其特征是將線型冠醚聚合物溶解于揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑或混和揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑，冠醚聚合物的重量百分比濃度為0.1％至30％，然后涂鑄成膜，將膜浸于濃度為10-6mol/l至102mol/l的堿金屬或堿土金屬化合物溶液中1至24小時(shí)，將膜取出水洗去除表面的溶液，即得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜；或者直接將線型冠醚聚合物與堿金屬或堿土金屬化合物共同溶解于揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑或混和揮發(fā)性極性有機(jī)溶劑，冠醚聚合物的重量百分比濃度為0.1％至30％，堿金屬或堿土金屬化合物的摩爾數(shù)為與之共同溶解的冠醚聚合物所含冠醚摩爾數(shù)的0.1至10倍，然后涂鑄成膜，即得強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是上述將冠醚聚合物溶解后涂鑄成膜的方法為常規(guī)制膜方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征是上述堿金屬或堿土金屬化合物為堿金屬或堿土金屬的氫氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征是上述用于浸泡冠醚聚合物膜的堿金屬或堿土金屬化合物溶液的溶劑為水或低級(jí)醇或水與低級(jí)醇的混和溶劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜的制備方法。該方法利用冠醚聚合物對(duì)堿金屬或堿土金屬離子的螯合作用將陽離子固定到聚合物鏈上，游離的陰離子起離子導(dǎo)電作用。這種強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜在熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐堿性、離子電導(dǎo)率等方面均遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的季銨型強(qiáng)堿性聚合物電解質(zhì)膜。
文檔編號(hào)C08J5/18GK1560117SQ20041001277
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者莊林, 黃愛賓, 盧善富, 陸君濤, 肖超渤, 莊 林 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)