【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于含氟高分子材料的，具体的涉及一种含氟树脂分散液及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种电化学发电装置，其工作原理是将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能。质子交换膜燃料电池(pemfc)作为燃料电池的一种，具有高功率密度、高能量转换效率、环保无污染、低热辐射和低排放、无噪音等特点，不仅成为未来纯电动汽车、小型固定基站和便携式用电设备的最理想能源，具有广阔的市场前景。质子交换膜燃料电池是由质子交换膜、电极和流场板构成。
2、质子交换膜通过全氟、部分氟化或者非氟化的磺酸型树脂制备而来。基于长链型全氟磺酸树脂开发的全氟磺酸质子交换膜最为广泛，该树脂是四氟乙烯与全氟烯醚磺酸单体共聚而得，具有聚四氟乙烯骨架和以醚键连接的末端为亲水磺酸的全氟侧链结构，其离子传导性较高且化学稳定性好。
3、现有燃料电池的工作温度通常为25～80℃，属低温pemfc。与低温pemfc相比，高温pemfc(100～120℃)将大大简化电池堆的水热管理系统，克服低温pemfc难以解决的许多困难，如提高催化剂活性和利用率，增强电极催化剂抗一氧化碳(co)中毒性能等。
4、高温pemfc对全氟磺酸树脂的机械稳定性和成膜性有了更高要求，现有技术中采用复合膜的方式将多层不同离子交换容量的膜进行复合，内部的膜具有低iec值，承担机械强度的作用，外部的膜为高iec值，起离子传到作用，但是复合膜在离子传导的均匀性及电导率的提高上仍无法满足高温pemfc的要求。而且受限于磺酸基团质子传导和理化特性，由全氟磺酸树脂全
5、通过膦酸掺杂芳杂环聚合物质子膜可提高高温质子传导能力较强，但是存在低温工作效率低无法快速启动、稳定性差寿命短等缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种含氟树脂分散液及其制备方法。所述的含氟树脂分散液，其分散均匀，并无白色未完全溶解的树脂残留，存储稳定性好，且由所述分散液制得的膜材料具有高的化学稳定性、高的离子交换容量。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种含氟树脂分散液，包括树脂、有机溶剂和水；其中，树脂的重复单元如下式所示：
4、
5、式中，k为0～3的整数，f为1～4的整数；
6、a、b和c为独立的1～20的整数，a'、b'和c'为独立的1～3的整数；
7、x/(x+y+z)＝0.1～0.8，y/(x+y+z)＝0.05～0.5，z/(x+y+z)＝0.1～0.6；
8、式中r为—(ocf2)m(cf2)nx，其中x为cl或f；m和n为0～3的整数。
9、进一步的，所述含氟树脂分散液中的含氟树脂质量百分数为5％-50％，有机溶剂的质量百分数为5％-60％，水的质量百分数为20％-75％。
10、优选的，所述含氟树脂分散液中的含氟树脂质量百分数为10％-45％，有机溶剂的质量百分数为15％-50％，水的质量百分数为30％-50％。
11、进一步的，所述含氟树脂分散液中的有机溶剂为乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、正丙醇、异丙醇、丙酮、丙三醇、丁二醇、二乙胺、二甲基乙酰胺、乙醛、丙二醇、环乙烷或n-甲基吡咯烷烔(nmp)中的一种或者几种。
12、上述含氟树脂分散液的制备方法，包括以下步骤：
13、(1)首先配置由水和有机溶剂组成的混合溶剂，然后将上述含氟树脂加入至该混合溶剂中并转入高压釜内；
14、(2)在惰性气体保护的条件下，机械搅拌，控制温度在100℃-260℃，压力2-5mpa条件下溶解2-15小时，停止加热和搅拌后冷却至室温并恢复至常压，得到混合溶液；
15、(3)将混合溶液转移到分液漏斗中，通过四氯化碳常温常压萃取分离后，取下层溶液，即得到分散均匀、具有高化学稳定性、高交换容量的树脂分散液。
16、进一步的，惰性气体为氮气、氩气或氙气中的一种。
17、进一步的，溶解温度为160℃-250℃，溶解时间为4-10小时。
18、上述含氟树脂分散液可用于聚四氟乙烯表面亲水性处理、催化剂涂覆、电化学传感器生产以及其他电解装置，电化学装置，电渗析装置等领域和其他相同或类似的领域。
19、所述的含氟树脂分散液，其分散均匀，并无白色未完全溶解的树脂残留，存储稳定性好，且具有高的化学稳定性、高的离子交换容量。
20、为提高离子交换膜离子传导的均匀性及电导率，采用本专利技术所述分散液用于流延成膜，其成膜性能好，机械稳定性高，抗介质化学腐蚀性能优良，宽温域下均具有高离子传导性，通过该分散液制备所得的离子交换膜可用于燃料电池膜，尤其是高温燃料电池膜。
21、一种含全氟丁基乙基醚的多元共聚物，其重复单元如下式所示：
22、
23、式中，k为0～3的整数，f为1～4的整数，p为1～3的整数；
24、a、b和c为独立的1～20的整数，a'、b'和c'为独立的1～3的整数；
25、x/(x+y+z)＝0.1～0.8，y/(x+y+z)＝0.05～0.5，z/(x+y+z)＝0.1～0.6；
26、式中r为—(ocf2)m(cf2)nx，其中x为cl或f；m和n为0～3的整数。
27、所述多元共聚物中同时含有直链型磺酰氟侧基、支链型磺酰氟侧基以及膦酸酯侧基，则共聚物，通过直链和支链结构的磺酸基团和膦酸基团的配合，赋予树脂优异的熔融加工性能和高温质子传导性。
28、进一步的，所述含全氟丁基乙基醚的多元共聚物由氟烯烃/氟烯醚单体、含磺酰氟直链型烯醚单体、含磺酰氟支链型烯醚单体及含膦酸酯烯醚单体共聚形成；
29、其中，氟烯烃/氟烯醚单体的结构式为：cf2＝cf-(ocf2)m(cf2)nx，x为cl或f，m和n为独立的0～3的整数；
30、优选的，m＝0，n＝0，x为cl或f；
31、优选的，m＝1，n＝2，x为f；
32、优选的，m＝1，n＝0，x为f；
33、含磺酰氟直链型烯醚单体的结构式为：cf2＝cf-ocf2cf2cf2cf2so2f；
34、含磺酰氟支链型烯醚单体的结构式为：cf2＝cf-ocf2cf(cf3)ocf2cf2so2f；
35、含膦酸酯烯醚单体的结构式为：
36、其中k为0～3的整数，f为1～4的整数，p为1～3的整数；
37、优选的，k＝1，f＝2，p＝2。
38、进一步的，所述含全氟丁基乙基醚的多元共聚物中氟烯烃/氟烯醚单体聚合单元所占摩尔含量百分数为45～90％，含磺酰氟直链型烯醚单体聚合单元所占摩尔含量百分数为4～35％，含磺酰氟支链型烯醚单体聚合单元所占摩尔含量百分数为1～35％，含膦酸酯烯醚单体聚合单元所占摩尔含量百分数为5～45％本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含氟树脂分散液，其特征在于，包括树脂、有机溶剂和水；其中，树脂为含氟树脂，该含氟树脂的重复单元如下式所示：
2.根据权利要求1所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述含氟树脂质量百分数为5％-50％，有机溶剂的质量百分数为5％-60％，水的质量百分数为20％-75％。
3.根据权利要求2所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述含氟树脂质量百分数为10％-45％，有机溶剂的质量百分数为15％-50％，水的质量百分数为30％-50％。
4.根据权利要求1所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、正丙醇、异丙醇、丙酮、丙三醇、丁二醇、二乙胺、二甲基乙酰胺、乙醛、丙二醇、环乙烷或N-甲基吡咯烷烔中的一种或者几种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的含氟树脂分散液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的含氟树脂分散液的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的惰性气体为氮气、氩气或氙气中的一种。
7.根据权利要求5所述的含氟树脂分散液的制备方法，其特征在于，所
8.如权利要求1-4任一项所述的含氟树脂分散液或者权利要求5-7任一项所述制备方法制得的含氟树脂分散液在聚四氟乙烯表面亲水性处理、催化剂涂覆、电化学传感器和电渗析装置中的应用。
9.一种高温燃料电池膜，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的含氟树脂分散液或者权利要求5-7任一项所述制备方法制得的含氟树脂分散液流延成膜。
...【技术特征摘要】
1.一种含氟树脂分散液，其特征在于，包括树脂、有机溶剂和水；其中，树脂为含氟树脂，该含氟树脂的重复单元如下式所示：
2.根据权利要求1所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述含氟树脂质量百分数为5％-50％，有机溶剂的质量百分数为5％-60％，水的质量百分数为20％-75％。
3.根据权利要求2所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述含氟树脂质量百分数为10％-45％，有机溶剂的质量百分数为15％-50％，水的质量百分数为30％-50％。
4.根据权利要求1所述的含氟树脂分散液，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、正丙醇、异丙醇、丙酮、丙三醇、丁二醇、二乙胺、二甲基乙酰胺、乙醛、丙二醇、环乙烷或n-甲基吡咯烷烔中的一种或者几种。
5.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永明，张恒，邹业成，苏璇，史翔，赵淑会，张卫东，
申请(专利权)人：山东东岳未来氢能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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