[发明专利]氯甲基化聚醚醚酮/咪唑化碳纳米管杂化膜及制备和应用

摘要

本发明公开了一种氯甲基化聚醚醚酮/咪唑化碳纳米管杂化膜，该杂化膜厚度为70～120μm，由氯甲基化聚醚醚酮与咪唑化改性的碳纳米管构成，其中咪唑化碳纳米管与氯甲基化聚醚醚酮的质量比为0.05～0.2:1。制备步骤包括：制备氯甲基辛基醚作为氯甲基化试剂；将聚醚醚酮与氯甲基辛基醚反应，得氯甲基化聚醚醚酮；制备咪唑化改性碳纳米管；咪唑化改性碳纳米管与氯甲基化聚醚醚酮共混得到铸膜液，经流延法制得该杂化膜。本发明杂化膜的制备过程操作简单、绿色便捷，得到的氯甲基化聚醚醚酮/咪唑化碳纳米管杂化膜应用于离子交换膜燃料电池，具备较高的氢氧根离子传导率和理想的抗溶胀性能。

主权项

1.一种氯甲基化聚醚醚酮/咪唑化碳纳米管杂化膜的制备方法，该杂化膜厚度为70～120μm，由氯甲基化聚醚醚酮与咪唑化改性的碳纳米管构成，咪唑化碳纳米管与氯甲基化聚醚醚酮的质量比为0.05～0.2:1；其特征在于，该杂化膜的制备包含以下步骤：步骤一、氯甲基化试剂的制备：采用氯甲基辛基醚作氯甲基化试剂，合成方法是：将圆底烧瓶置于低温恒温反应槽中，机械搅拌下，以(3～8)mL:1g:(2～5)g的比例依次加入正辛醇、多聚甲醛和40～80目无水氯化钙粉末，持续通入氯化氢气体2～5h，反应结束后，静置、过滤，即可得氯甲基辛基醚；步骤二、氯甲基化聚醚醚酮的制备：在浓硫酸中加入聚醚醚酮粉末，其中，聚醚醚酮质量体积浓度为10～25g/L，充分搅拌3～6h后加入步骤一中制得的氯甲基辛基醚，其中，氯甲基辛基醚含量占混合溶液的体积百分比为20～40％，反应20～160min后，将得到的混合物沉淀于过量5～10倍的冷去离子水中，并用水洗涤，将所得的氯甲基化聚醚醚酮高分子晾干备用；步骤三、咪唑化碳纳米管的制备：将3‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和多壁碳纳米管以1mL：1g的体积质量比加入到无水乙醇中，3‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与无水乙醇的体积比为1:100；置于油浴中反应24～48h，使多壁碳纳米管上修饰有碳碳双键；将乙烯基咪唑、乙二醇二甲基丙烯酸酯和上述修饰有碳碳双键的多壁碳纳米管加入到乙腈‑水混合溶液中，多壁碳纳米管、乙烯基咪唑、乙二醇二甲基丙烯酸酯和乙腈‑水混合溶液的质量体积比为1g:(4～15)mL:(4～15)mL:(300～800)mL，乙腈蒸出后，离心分离，得到的乙烯基咪唑包覆的多壁碳纳米管即为咪唑化碳纳米管；步骤四、杂化膜的制备与成膜：称取步骤二中制得的氯甲基化聚醚醚酮溶解于N,N‑二甲基甲酰胺中配制成质量体积浓度为0.1～0.3g/mL的混合溶液A，室温下搅拌24h，与此同时，称取一定量的步骤三制得的咪唑化碳纳米管加入到N,N‑二甲基甲酰胺中配制质量体积浓度为0.01～0.2g/mL的混合溶液B，室温下搅拌24h；将混合溶液A和混合溶液B混合均匀，得到铸膜液，将铸膜液延流在干净的玻璃板上，在60℃烘箱加热12h，调至80℃，12h后拿出将膜轻轻揭下，最终得到氯甲基化聚醚醚酮/咪唑化碳纳米管杂化膜。