【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及离子交换膜，尤其涉及一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、传统的全氟磺酸离子交换膜具有两种形式，一种是自支撑形式，即全部由全氟磺酸树脂组成，另一种是聚合物膜或者网支撑形式，称为“填充型复合”离子交换膜，即全氟磺酸树脂填充在膜或者网的孔穴内并且包裹在其两表面；传统的全氟磺酸离子交换膜制备方法主要有流涎法和热熔法两种。
2、现有技术制造的全氟磺酸离子交换膜普遍存在的问题是：①产品浸渍于电解液或者水后溶胀率比较高，有支撑膜或网的溶胀率指标为4％-5％，自支撑膜的溶胀率指标为8％-12％，实际应用时，表现为膜的干湿尺寸不稳定；②全氟磺酸离子交换膜的功能层厚度大，氢离子传递的路径长，如用于燃料电池的膜功能层厚度在25μm-50μm，用于液流电池的膜功能层厚度在50μm-100μm，因此，尽管离子交换膜的电导率不低，但是，离子传递的效率依然不高；③离子交换膜单位面积中全氟磺酸树脂含量大，全氟磺酸树脂是一种合成工艺较为复杂的高分子材料，市场价格高，离子交换膜的树脂含量一般在30g/m2-80g/m2，单一的全氟磺酸树脂主材成本严重制约了该种膜的大规模推广使用。
3、鉴于此，亟需开发一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜及其制备方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于揭示一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。
2、本专利技术的第一个专利技术目的，是开发一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜。
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4、为实现上述第一个专利技术目的，本专利技术提供了一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，包括亲水的多孔支撑膜及设置于所述多孔支撑膜表面的改性全氟磺酸离子交换功能层；
5、改性全氟磺酸离子交换功能层先后通过相转化和热交联工艺附着于所述多孔支撑膜的一个表面。
6、优选地，所述多孔支撑膜为聚四氟乙烯膜或聚丙烯膜；
7、所述多孔支撑膜厚度为20μm-100μm，孔径0.02μm-1.0μm，孔隙率35％-80％，水自发湿润时间5s以内。
8、优选地，所述改性全氟磺酸离子交换功能层的装载量为1g/m2-5g/m2。
9、优选地，所述多孔支撑膜和所述改性全氟磺酸离子交换功能层的总厚度为21μm-103μm。
10、基于相同的专利技术原理，为实现上述第二个专利技术目的，本专利技术提供了一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，包括以下步骤：
11、步骤s1：将亲水的多孔支撑膜浸渍入质量比为1％-5％的全氟磺酸树脂改性液中，并用刮刀进行定量，得到浸渍膜；
12、步骤s2：在浸渍膜的一个表面复合无孔薄膜，并将复合后的膜以0.5m/min-3m/min的速度先后经过温度递升的第一蒸发箱、第二蒸发箱和第三蒸发箱，将全氟磺酸树脂改性液中的溶剂进行单面蒸发，得到复合膜；
13、步骤s3：复合膜以0.5m/min-3m/min的速度经过温度为100℃-160℃的反应箱，进行化学交联，剥离无孔薄膜，得到层叠型改性全氟磺酸离子交换膜。
14、基于相同的专利技术原理，为实现上述第二个专利技术目的，本专利技术还提供了一种层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，包括以下步骤：
15、步骤a1：在亲水的多孔支撑膜的一个表面涂覆质量比为1％-5％的全氟磺酸树脂改性液，得到涂覆膜；
16、步骤a2：在涂覆膜的一个表面复合无孔薄膜，并将复合后的膜以0.5m/min-3m/min的速度先后经过温度递升的第一蒸发箱、第二蒸发箱和第三蒸发箱，将全氟磺酸树脂改性液中的溶剂进行单面蒸发，得到复合膜；
17、步骤a3：复合膜以0.5m/min-3m/min的速度经过温度为100℃-160℃的反应箱，进行化学交联，剥离无孔薄膜，得到层叠型改性全氟磺酸离子交换膜。
18、优选地，所述第一蒸发箱的温度为30℃-45℃，所述第二蒸发箱温度为50℃-65℃，所述第三蒸发箱温度为70℃-85℃，所述第一蒸发箱、第二蒸发箱和第三蒸发箱湿度为5％-15％、风速度0.5m/s-2m/s。
19、优选地，所述无孔薄膜为pet无孔膜、pp无孔膜或不锈钢无孔膜。
20、优选地，所述全氟磺酸树脂改性液在所述多孔支撑膜上的装载量为40ml/m2-150ml/m2。
21、优选地，所述全氟磺酸树脂改性液包括全氟磺酸树脂改性料和溶剂；
22、所述全氟磺酸树脂改性料包括质量比为100:(5-15):(4-8):(2-6)的全氟磺酸树脂、聚乙烯醇、三乙醇胺鳌合锆和对苯二甲醛，所述溶剂包括乙醇、二甲基亚砜和水；
23、或，所述全氟磺酸树脂改性料包括质量比为100:(5-15):(4-8):(2-6)的全氟磺酸树脂、聚乙烯醇、三乙醇胺鳌合钛和戊二醛，所述溶剂包括乙醇、二甲基亚砜和水；
24、或，所述全氟磺酸树脂改性料包括质量比为100:(5-15):(4-8):(2-6)的全氟磺酸树脂、聚乙烯醇、三乙醇胺鳌合锆和马来酸，所述溶剂包括乙醇、二甲基亚砜和水。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、(1)与现有的全氟磺酸离子交换膜的“填充型复合”结构，本专利技术采用新型的“层叠型复合”结构，使全氟磺酸离子交换功能层超薄化，超薄化有助于降低全氟磺酸离子交换膜的溶胀率，离子传递路径大幅缩短，并大幅度减少全氟磺酸离子树脂的使用量，从而大幅降低全氟磺酸离子交换膜的成本，与此同时，通过单面相转化和热交联工艺控制全氟磺酸离子交换功能层的成膜过程，使全氟磺酸离子交换功能层实现缺陷自修复，并保障超薄化后全氟磺酸离子交换功能层的使用可靠性。
27、(2)全氟磺酸树脂改性液中混合物所携带的功能基团形成配位-络合-预交联作用，实现以下技术效果：全氟磺酸树脂改性料的自组装沉积使全氟磺酸离子交换功能层上存在的缺陷实现自动修复，明显提高了超薄化全氟磺酸离子交换功能层的可靠性；全氟磺酸离子交换功能层与亲水的多孔支撑膜表面孔纤维形成无差别、饱和的点状物理锚合，大大增加了两种材料之间的结合强度又使有效传递通道最大化；亲水的多孔支撑膜主体中的全氟磺酸树脂改性料残留非常低，没有产生新增加的离子传递阻力。
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1.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，包括亲水的多孔支撑膜及设置于所述多孔支撑膜表面的改性全氟磺酸离子交换功能层；
2.如权利要求1所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述多孔支撑膜为聚四氟乙烯膜或聚丙烯膜；
3.如权利要求2所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述改性全氟磺酸离子交换功能层的装载量为1g/m2-5g/m2。
4.如权利要求1-3所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述多孔支撑膜和所述改性全氟磺酸离子交换功能层的总厚度为21μm-103μm。
5.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求5或6所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，所述第一蒸发箱的温度为30℃-45℃，所述第二蒸发箱温度为50℃-65℃，所述第三蒸发箱温度为70℃-85℃，所述第一蒸发箱、第二蒸发箱和第三蒸发箱湿度为5％-15％、风速度0.5m/s-2m/s。
8.如权利要求5或6任一所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，所述无孔薄膜为PET无孔膜、PP无孔膜或不锈钢无孔膜。
9.如权利要求5或6任一所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸树脂改性液在所述多孔支撑膜上的装载量为40ml/m2-150ml/m2。
10.如权利要求5或6任一所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸树脂改性液包括全氟磺酸树脂改性料和溶剂；
...【技术特征摘要】
1.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，包括亲水的多孔支撑膜及设置于所述多孔支撑膜表面的改性全氟磺酸离子交换功能层；
2.如权利要求1所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述多孔支撑膜为聚四氟乙烯膜或聚丙烯膜；
3.如权利要求2所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述改性全氟磺酸离子交换功能层的装载量为1g/m2-5g/m2。
4.如权利要求1-3所述的层叠型改性全氟磺酸离子交换膜，其特征在于，所述多孔支撑膜和所述改性全氟磺酸离子交换功能层的总厚度为21μm-103μm。
5.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.层叠型改性全氟磺酸离子交换膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：马炳荣，马剑波，张帅，顾文静，施晴，
申请(专利权)人：苏州名列膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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