PPS膜增强材料专利检索-增强材料建筑材料专利检索查询-专利查询网

积极推动地理标志专门立法

2022-03-10 地理标志，立法，知识产权
保护知识产权是对创新最大的激励

2022-03-10 保护知识产权，创新，激励
谢商华：加快制定知识产权基本法

2022-03-10 知识产权基本法
擦亮“双奥之城”品牌

2022-03-10 双奥，知识产权
让冰雪运动“热”力全开

2022-03-10 冰雪运动，知识产权
携手共奋进　走好强国路

2022-03-10 强国，知识产权
坚持创新引领　方能稳中求进

2022-03-10 创新，稳中求进，知识产权
答好“两张卷” 奋进新征程

2022-03-10 知识产权
专家解读政府工作报告中的创新和知识产权相关部署

2022-03-10 政府工作报告，创新，知识产权
今年政府工作报告指出：加强知识产权保护和运用

2022-03-10 政府工作报告，知识产权保护

PPS膜增强材料

阅读：919发布：2020-05-12

IPRDB可以提供PPS膜增强材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了PPS膜增强材料，还提供了用于燃料电池的金属电极组件，包括阴极催化剂层、阳极催化剂层和设置在阴极催化剂层和阳极催化剂层之间的离子导电膜。该离子导电膜包括第一聚合物和分散在第一聚合物中的含聚苯硫醚结构，该第一聚合物包括生质子基团。还提供了用于制造该离子导电膜的方法。，下面是PPS膜增强材料专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于燃料电池的金属电极组件，所述金属电极组件包括：阴极催化剂层；

阳极催化剂层；和

设置在阴极催化剂层和阳极催化剂层之间的离子导电膜，所述离子导电膜包括第一聚合物和分散在第一聚合物中的含聚苯硫醚结构，所述第一聚合物包括生质子基团。

2.根据权利要求1所述的金属电极组件，其中所述含聚苯硫醚结构包括选自纤维、珠粒、球体和长圆形体的组分。

3.根据权利要求1所述的金属电极组件，其中生质子基团添加到聚苯硫醚结构中。

4.根据权利要求3所述的金属电极组件，其中所述生质子基团是-SO2X、-PO3H2或-COX，其中X是-OH、卤素或酯。

5.根据权利要求1所述的金属电极组件，其中所述第一聚合物选自全氟磺酸聚合物、包含全氟环丁基的聚合物及它们的组合。

6.根据权利要求5所述的金属电极组件，其中所述全氟磺酸聚合物包括包含基于全氟乙烯基化合物的聚合单元和基于四氟乙烯的聚合单元的共聚物，所述全氟乙烯基化合物表示为：1

CF2=CF-(OCF2CFX)m-Or-(CF2)q-SO3H，1

其中m表示0到3的整数，q表示1到12的整数，r表示0或1，且X 表示氟原子或三氟甲基。

7.根据权利要求5所述的金属电极组件，其中所述包含全氟环丁基的聚合物包括聚合物链段，其包含聚合物链段1： 1

其中：

E0为具有生质子基团如-SO2X、-PO3H2和-COX等的结构部分，且特别是含烃的结构部分；

P1、P2各自独立地不存在或者为-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；

R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；

R3是C2-25亚烷基、C2-25全氟亚烷基、C2-25全氟烷基醚、C2-25烷基醚或C6-25亚芳基；

X为-OH、卤素、酯或

；

R4是三氟甲基、C1-25烷基、C2-25全氟亚烷基、C6-25芳基；且Q1是全氟环丁基结构部分。

8.一种方法，包括：

将包含聚苯硫醚的树脂与水溶性载体树脂合并以形成树脂混合物；

将所述树脂混合物成形以形成成形的树脂混合物，所述成形的树脂混合物具有位于载体树脂中的含聚苯硫醚结构；

将所述成形的树脂混合物与水接触以从载体树脂中分离所述含聚苯硫醚结构；

任选地磺化所述含聚苯硫醚结构；

将所述含聚苯硫醚结构与第一聚合物合并以形成聚合物组合物；以及将所述聚合物组合物成形为具有分散在载体树脂内的含聚苯硫醚结构的膜。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述含聚苯硫醚结构包括选自纤维、珠粒、球体和长圆形体的组分。

10.根据权利要求8所述的方法，其中生质子基团添加到包含聚苯硫醚的树脂中。

说明书全文

PPS膜增强材料

技术领域

[0001] 本发明涉及用于制造燃料电池离子导电膜的方法。

背景技术

[0002] 在质子交换膜类型的燃料电池中，氢气供给到阳极作为燃料，和氧气供给到阴极作为氧化剂。氧气可以是纯形式(O2)或者空气(O2和N2的混合物)。质子交换膜("PEM")燃料电池通常具有膜电极组件("MEA")，其中固体聚合物膜在一个面上具有阳极催化剂以及在相对面上具有阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极层和阴极层由多孔导电材料形成，例如编织石墨(woven graphite)、石墨化片或者炭纸以使燃料能够分散在朝向燃料供给电极的膜表面上。通常，离子导电聚合物膜包含全氟磺酸(PFSA)离聚物。

[0003] 各催化剂层具有负载在碳颗粒上的、细粒催化剂颗粒(例如铂颗粒)以促进阳极处的氢气氧化，和阴极处的氧气还原。质子从阳极透过离子导电聚合物膜流动到阴极，在此所述质子与氧气结合形成从电池排放的水。

[0004] MEA夹持在一对多孔气体扩散层(GDL)之间，所述多孔气体扩散层夹持在一对导电流场元件或者板之间。所述板充当阳极和阴极的集流器，并包括形成在其中的适当的通道和开口，用于在相应的阳极和阴极催化剂的表面上分配燃料电池的气体反应物。为了有效地产生电，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须薄、化学稳定、可传导质子、不导电和气体不可渗透。在典型的应用中，燃料电池以堆叠的许多单个燃料电池的阵列设置以提供高的电功率水平。

[0005] 在许多燃料电池应用中，电极层由包含贵金属和全氟磺酸聚合物(PFSA)的油墨组合物形成。例如，在质子交换膜燃料电池的电极层制造中，PFSA通常添加到Pt/C催化剂油墨中以给分散的Pt催化剂纳米颗粒提供质子传导性，以及提供多孔碳网络的结合。传统的燃料电池催化剂将碳黑与碳表面上的铂沉积物，以及离聚物组合。碳黑提供(部分地)高表面积的导电基材。铂沉积物提供了催化剂性能，并且离聚物提供了质子传导组分。电极由包含碳黑催化剂和离聚物的油墨形成，它们通过干燥结合形成电极层。虽然目前制造离子导电膜的技术效果相当不错，但仍然有需要改进的地方。

[0006] 因此，本发明提供了制造可用于燃料电池应用的膜的改进方法。

发明内容

[0007] 本发明通过在至少一个实施方式中提供用于燃料电池的金属电极组件解决了现有技术中的一个或多个问题。该金属电极组件包括阴极催化剂层、阳极催化剂层以及设置在阴极催化剂层和阳极催化剂层之间的离子导电膜。该离子导电膜包括第一聚合物和分散在第一聚合物中的含聚苯硫醚结构，该第一聚合物包括生质子基团（protogenic group）。

[0008] 在另一实施方式中，提供了形成离子导电膜的方法。该方法包括将包含聚苯硫醚的树脂与水溶性载体树脂合并以形成树脂混合物的步骤。然后将该树脂混合物成形以形成成形的树脂混合物。该成形的树脂混合物具有分散在载体树脂中的含聚苯硫醚结构。将该成形的树脂混合物与水接触，以从载体树脂中分离含聚苯硫醚结构。任选地将该含聚苯硫醚结构磺化。将该含聚苯硫醚结构与第一聚合物合并以形成聚合物组合物。将该聚合物组合物制成离子导电膜，其具有分散在载体树脂中的含聚苯硫醚结构。

[0009] 有利地，将包含聚苯硫醚和/或磺化聚苯硫醚（S-PPS）的结构纤维添加到离聚物膜中以提高耐用性和短路抗性。PPS和S-PPS纳米纤维比目前用于增强聚合电解质膜的膨体聚四氟乙烯纤维网（ePTFE）的结构更稳定，因为PPS和S-PPS纳米纤维在压力下不变形。向PPS中添加硫酸基团（以形成S-PPS）所提供的优点是该纤维与膜本身类似是质子导电性的，而作为膜支撑体使用的ePTFE不是如此。此外，PPS和S-PPS纳米纤维易于分散在水和醇中并且是不导电的，使它们成为优良的膜增强添加剂。

[0010] 具体地，本发明提供了以下方面的技术方案：● 1.用于燃料电池的金属电极组件，所述金属电极组件包括：
阴极催化剂层；
阳极催化剂层；和
设置在阴极催化剂层和阳极催化剂层之间的离子导电膜，所述离子导电膜包括第一聚合物和分散在第一聚合物中的含聚苯硫醚结构，所述第一聚合物包括生质子基团。

[0011] ● 2.根据方面1所述的金属电极组件，其中所述含聚苯硫醚结构包括选自纤维、珠粒、球体和长圆形体的组分。

[0012] ● 3.根据前述方面中任一项所述的金属电极组件，其中生质子基团添加到聚苯硫醚结构中。

[0013] ● 4.根据方面3所述的金属电极组件，其中所述生质子基团是-SO2X、-PO3H2或-COX，其中X是-OH、卤素或酯。

[0014] ● 5.根据前述方面中任一项所述的金属电极组件，其中所述含聚苯硫醚结构具有约5纳米至约10微米的平均空间尺寸。

[0015] ● 6.根据前述方面中任一项所述的金属电极组件，其中所述离子导电膜具有约5微米至约25微米的平均厚度。

[0016] ● 7.根据前述方面中任一项所述的金属电极组件，其中所述第一聚合物选自全氟磺酸聚合物、包含全氟环丁基的聚合物及它们的组合。

[0017] ● 8.根据方面7所述的金属电极组件，其中所述全氟磺酸聚合物包括包含基于全氟乙烯基化合物的聚合单元和基于四氟乙烯的聚合单元的共聚物，所述全氟乙烯基化合物表示为：1
CF2=CF-(OCF2CFX)m-Or-(CF2)q-SO3H，
1
其中m表示0到3的整数，q表示1到12的整数，r表示0或1，且X 表示氟原子或三
氟甲基。

[0018] ● 9.根据方面7所述的金属电极组件，其中所述包含全氟环丁基的聚合物包括聚合物链段，其包含聚合物链段1：1
其中：
E0为具有生质子基团如-SO2X、-PO3H2和-COX等的结构部分，且特别是含烃的结构部分；
P1、P2各自独立地不存在或者为-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C1-25芳基或C1-25亚芳基；
R3是C2-25亚烷基、C2-25全氟亚烷基、C2-25全氟烷基醚、C2-25烷基醚或C6-25亚芳基；
X为-OH、卤素、酯或
；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C2-25全氟亚烷基、C6-25芳基；且
Q1是全氟环丁基结构部分。

[0019] ● 10.包括方面1-9中任一项所述的金属电极组件的燃料电池。

[0020] ● 11.一种方法，包括：将包含聚苯硫醚的树脂与水溶性载体树脂合并以形成树脂混合物；
将所述树脂混合物成形以形成成形的树脂混合物，所述成形的树脂混合物具有位于载体树脂中的含聚苯硫醚结构；
将所述成形的树脂混合物与水接触以从载体树脂中分离所述含聚苯硫醚结构；
任选地磺化所述含聚苯硫醚结构；
将所述含聚苯硫醚结构与第一聚合物合并以形成聚合物组合物；以及
将所述聚合物组合物成形为具有分散在载体树脂内的含聚苯硫醚结构的膜。

[0021] ● 12.根据方面11所述的方法，其中所述含聚苯硫醚结构包括选自纤维、珠粒、球体和长圆形体的组分。

[0022] ● 13.根据方面11或12所述的方法，其中生质子基团添加到包含聚苯硫醚的树脂中。

[0023] ● 14.根据方面13所述的方法，其中所述生质子基团是-SO2X、-PO3H2或-COX，其中X是-OH、卤素或酯。

[0024] ● 15.根据方面11-14中任一项所述的方法，其中所述载体树脂是水溶性聚酰胺。

[0025] ● 16.根据方面11-15中任一项所述的方法，其中所述载体树脂包括聚(2-乙基-2-噁唑啉)。

[0026] ● 17.根据方面11-16中任一项所述的方法，其中包含聚苯硫醚的树脂与载体树脂的重量比为约1:10至约10:1。

[0027] ● 18.根据方面11-17中任一项所述的方法，其中所述含聚苯硫醚结构具有约5纳米至约10微米的平均空间尺寸。

[0028] ● 19.根据方面11-18中任一项所述的方法，其中所述膜具有约5微米至约50微米的平均厚度。

附图说明

[0029] 根据详细说明和附图可以更全面地理解本发明的示例性实施方式，其中：图1提供了具有分隔件的燃料电池的示意图；
图2是显示使用聚苯硫醚纤维的膜的制造的示意性流程图；
图3A提供了聚苯硫醚纳米纤维的扫描电子显微照片；且
图3B提供了ePTFE纤维的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

[0030] 现在将详细参照本发明目前优选的组合物、实施方式和方法，它们构成了发明人目前已知的实施本发明的最佳模式。附图不必按比例绘制。但是，应当理解，所公开的实施方式只是本发明的示例，本发明可以各种形式和可选形式来实施。因此，本文所公开的特定细节不能解释为限定，而只能作为本发明任一方面的代表性基础和/或者作为教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。

[0031] 除了在实施例中，或者有明确的其它表示，本说明书中表示材料量或者反应和/或使用条件的所有数量应理解成在描述本发明的最宽范围时被措词“大约”所修饰。在所述的数值界限内的实践通常是优选的。同样，除非有明确的相反表示：百分比、“份数”和比例值是以重量计的；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；一组或者一类材料被描述为适于或者优选与本发明结合用于给定目的，意味着所述组或者类成员中的任何两个或者更多个的混合物同样也是适合的或者优选的；除非有其它表示，对任何聚合物提供的分子量均指重均分子量；以化学术语描述的组分指在添加到说明书中限定的任意组合中时的组分，且不必然排除一旦混合后在混合物各组分之间存在化学相互作用；首字母缩写词或者其他缩写的首次定义适用于相同缩写在本文中的所有后续使用，且经过必要修改后也适用于初始限定的缩写的正常语法变型；且除非有明确的相反表示，性质的测量是通过前文或后文对相同性质提及的相同技术测定的。

[0032] 还应该理解，本发明不限于下述的特定实施方式和方法，因为特定的组分和/或者条件毫无疑问可以变化。此外，本文所使用的术语仅用于描述本发明的特定实施方式的目的而不意于以任何方式限制本发明。

[0033] 还必须注意的是，在说明书和所附权利要求中使用时，单数形式“a（一）”、“an（一个/种）”和“the（该）”涵盖了复数个指示物的情形，除非上下文有明确的其它表示。例如以单数形式提及某组分也意于包括复数个组分。

[0034] 在整个本申请中，在提及出版物时，这些出版物的公开内容通过引用整体并入到本申请中，以更全面地描述本发明所属领域的状况。

[0035] 参照图1，提供了具有纤维片的实施方式的燃料电池的示意性截面图。质子交换膜(PEM)燃料电池10包括设置在阴极催化剂层14和阳极催化剂层16之间的聚合物离子导电膜12。燃料电池10还包括流场板18和20、气体通道22和24和气体扩散层26和28。有利地，聚合物离子导电膜12包括聚苯硫醚结构，特别是如下所述的聚苯硫醚纤维。由阳极催化剂层16产生的氢离子迁移穿过聚合物离子导电膜12，它们在阴极催化剂层14处反应形成水。这个电化学过程产生通过连接到流场板18和20的负载的电流。

[0036] 参照图2，提供了用于制造包含聚苯硫醚的膜的方法示意性流程图。在步骤a）中，将包含聚苯硫醚的树脂40与水溶性载体树脂42合并以形成树脂混合物44。在一细化方案中，包含聚苯硫醚的树脂40与水溶性载体树脂42的重量比是1:100至约10:1。在另一细化方案中，包含聚苯硫醚的树脂40与水溶性载体树脂42的重量比是1:50至约10:1。在又一细化方案中，包含聚苯硫醚的树脂40与水溶性载体树脂42的重量比是1:10至约10:1。在步骤b）中，将树脂混合物44成形。树脂混合物的成形通过传递到包含聚苯硫醚的树脂的各种力（例如摩擦、剪切力等）的作用影响其内的包含聚苯硫醚的树脂的形状。图2描述了特定实例，其中挤出树脂混合物44形成纤维。因此在步骤b）中，从挤出机46挤出树脂混合物44以形成挤出的树脂混合物48。在其它变型中，该聚苯硫醚是珠粒、球体和长圆形的形式。在这些变型的细化方案中，聚苯硫醚具有约5纳米至约10微米的平均空间尺寸（例如宽度）。挤出的树脂混合物48包括位于载体树脂42内的包含聚苯硫醚的纤维50。在步骤c）中，任选地将该挤出纤维从挤出机46中分离。在步骤d）中，通过接触水/水洗从该纤维中释放出包含聚苯硫醚的纤维50。步骤e）中，任选地将生质子基团（PG）加入到包含聚苯硫醚的纤维中以形成改性的包含聚苯硫醚的纤维52：
其中PG为-SO2X、-PO3H2和-COX，其中X是-OH、卤素或酯，n是约20至约500的平均数。特别地，在此步骤中将包含聚苯硫醚的纤维磺化（SO3H）。通常情况下，包含聚苯硫醚的纤维50和/或52具有约5纳米至约30微米的平均宽度。在另一细化方案中，聚苯硫醚纤维32具有约5纳米至约10微米的平均宽度。在又一细化方案中，聚苯硫醚纤维32具有约
10纳米至约5微米的平均宽度。在又一细化方案中，聚苯硫醚纤维32具有约100纳米至约5微米的平均宽度。在另一种变型中，聚苯硫醚纤维32具有约50纳米至约400纳米的平均宽度。

[0037] 在步骤f）中，将包含聚苯硫醚的纤维50和/或52与第一聚合物合并。在图2中所示的实例中，聚合物组合物60包含溶剂、第一聚合物和分散于其中的包含聚苯硫醚的纤维50和/或52。该分散可通过超声处理、混合及它们的组合来进行。通常情况下，该第一聚合物是包含上述生质子基团的离子导电聚合物。合适的溶剂包括醇类（例如甲醇、乙醇、丙醇等）和水。第一聚合物的实例包括但不限于全氟磺酸聚合物例如NAFIONTM、包含全氟环丁基的聚合物（PFCBs）及它们的组合。有用的PFSA聚合物的实例包括包含基于全氟乙烯基化合物的聚合单元和基于四氟乙烯的聚合单元的共聚物，所述全氟乙烯基化合物表示为：CF2=CF-(OCF2CFX1)m-Or-(CF2)q-SO3H
其中m表示0到3的整数，q表示1到12的整数，r表示0或1，且X1表示氟原子或
三氟甲基。美国专利公开2007/0099054号、2011年3月1日授权的美国专利7897691号、
2011年3月1日授权的7897692、2011年2月15日授权的7888433、2011年3月1日授权的7897693和2011年11月8日授权的8053530中公开了具有环丁基结构部分的合适聚合物，它们的全部公开内容通过引用的方式并入本文。在变型中，具有全氟环丁基结构部分的离子导电聚合物包括聚合物链段，其包含聚合物链段1：
1
其中：
E0为具有生质子基团如-SO2X、-PO3H2和-COX等的结构部分，且特别是含烃的结构部分；
P1、P2各自独立地不存在或者为-O-、-S-、-SO-、-CO-、-SO2-、-NH-、NR2-或-R3-；
R2是C1-25烷基、C6-25芳基或C 6-25亚芳基；
R3是C1-25亚烷基、C2-25全氟亚烷基、C2-25全氟烷基醚、C2-25烷基醚或C6-25亚芳基；
X为-OH、卤素、酯或
；
R4是三氟甲基、C1-25烷基、C2-25全氟亚烷基或C6-25芳基；且
Q1是全氟环丁基结构部分。

[0038] 在上述结构式中的Q1和Q2的实例是：或。

[0039] 在一细化方案中，E0是包含C6-30芳族（即芳基）的基团。

[0040] 在步骤g）中，组合物60随后涂覆在基体上，然后干燥（即允许蒸发或除去溶剂）以形成离子导电性膜12。在本实施方式的变型中，膜12具有约5微米至约2毫米的厚度。在一细化方案中，膜30具有约5微米至约500微米的厚度。在另一细化方案中，膜30具有约5微米至约50微米的厚度。在步骤h）中，将步骤g）中形成的膜引入到燃料电池10中。

[0041] 如上所述，本发明的方法利用了水溶性树脂。合适的水溶性树脂的实例包括但不限于水溶性聚酰胺（例如聚(2-乙基-2-噁唑啉)“PEOX”）。在一细化方案中，该PEOX具有约40,000至约600,000的数均分子量。已发现200,000和500,000的数均分子量特别有用。

[0042] 在本发明的上述变型和实施方式的细化方案中，聚苯硫醚纤维（带或不带生质子基团）具有约5纳米至约30微米的平均横截面宽度（即当纤维具有圆形横截面时的直径）。在另一细化方案中，该纤维具有约5纳米至约10微米的平均宽度。在又一细化方案中，该纤维具有约10纳米至约5微米的平均宽度。在又一细化方案中，该纤维具有约100纳米至约5微米的平均宽度。纤维的长度通常会超过宽度。在进一步的细化方案中，由本实施方式的方法所产生的纤维具有约1毫米至约20毫米或以上的平均长度。可使用其它离聚物如TM
TCT 891（来自Tetramer Technologies, LLC的PFSA 多嵌段PFCB聚合物）来代替NAFIONDE2020离聚物溶液，其为在极性非质子溶剂或醇溶剂中的具有或没有Kynar Flex 5721的溶液。

[0043] 在一变型中，该离子导电膜还包括第二聚合物。第二聚合物的实例包括含氟弹性体。该含氟弹性体可以是包含氟原子的任何弹性体材料。该含氟弹性体可包括具有约25℃以下或优选0℃以下的玻璃态转变温度的含氟聚合物。该含氟弹性体在室温下在拉伸模式中可表现出至少50％或优选至少100％的断裂伸长率。该含氟弹性体通常是疏水性的并基本上不含离子性基团。该含氟弹性体可通过聚合至少一种含氟单体如偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟甲基乙烯基醚和三氟乙烯来制备。该含氟弹性体也可通过共聚至少一种含氟单体和至少一种不含氟单体如乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、苯乙烯、氯乙烯等来制备。该含氟弹性体可通过在本体、乳液、悬浮液和溶液中的自由基聚合或阴离子聚合来制备。含氟弹性体的实例包括聚(四氟乙烯-共-乙烯)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)、聚(四氟乙烯-共-丙烯)，偏二氟乙烯、六氟丙烯与四氟乙烯的三元共聚物以及乙烯、四氟乙烯与全氟甲基乙烯基醚的三元共聚物。一些® ®含氟弹性体可以如下商标购得，Arkema旗下的商标Kynar Flex 和Solvay Solexis 旗下® ® ®
的商标Technoflon、3M旗下的商标Dyneon 和DuPont旗下的商标Viton。例如，Kynar ®
Flex2751是偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，具有约130℃到约140℃之间的熔融温度。
®
Kynar Flex2751的玻璃态转变温度为约-40至约-44℃。所述含氟弹性体可进一步包含固化剂以允许与第二聚合物共混后的交联反应。在一细化方案中，第一聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约1至约50wt％，且第二聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约50至约99 wt％。在进一步的细化方案中，第一聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约2至约40 wt％，且第二聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约60至约98 wt％。在更进一步的细化方案中，第一聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约5至约25wt％，且第二聚合物的存在量为第一和第二聚合物总重量的约75至约
95 wt％。

[0044] 下面的实施例示出了本发明的各种实施方式。本领域的技术人员将认识到在本发明精神和权利要求范围之内的许多变型。

[0045] PPS纳米纤维的制备。

[0046] 聚苯硫醚（PPS）热塑性纤维通过首先将PPS分散在500,000MW的水溶性聚(2-乙基-2-噁唑啉)（PEOX）中产生。具体而言，首先将5g的PPS与15g的500,000 MW的PEOX在韦林式搅拌器中共混（比例为1比3）。混合后的共混物加入到实验室混合挤出机（Dynisco，LME）中得到该共混物的挤出线料，该挤出机在240℃的模头和转子温度下运行，驱动电机以50％的容量运行。将这种挤出线料添加到搅拌器中使其返回到颗粒形式，然后将颗粒再挤出两次，产生均匀的挤出线料。在最后的挤出过程中，拉伸纤维并以约10cm/秒纺丝到收线(take-up)轮（Dynisco Take-Up System（TUS））上。将所得的挤出线料用反渗透（R.O.）水洗涤并反复漂洗，直到除去PEOX，得到PPS纳米纤维的样品。然后将该纤维在异丙醇中漂洗、过滤并使其完全干燥过夜。图3A提供了聚苯硫醚纳米纤维的显微照片，而图3B提供了ePTFE纤维的显微照片。

[0047] 磺化PPS纳米纤维的制备。

[0048] 以不降低回复到片材形式的PPS的高表面积形式的方式对聚苯硫醚纳米纤维进行磺化。聚苯硫醚（2g）的纳米纤维悬浮在具有聚四氟乙烯密封盖的旋盖瓶中的二氯甲烷（50g）中。氯磺酸首先分散在二氯甲烷（约100g中有1g）中。在剧烈搅拌下，将二氯甲烷（50ml）中的氯磺酸分散体（1g酸）加入到二氯甲烷中的PPS纤维分散体中并将所述盖盖紧。该瓶经辊式研磨（roll-milled）4小时，然后将暗蓝绿的纤维混合物加入水（1L）中，煮沸
1小时，并在23℃下搅拌16小时。用水彻底洗涤该磺化纤维，并过滤到聚丙烯垫（America +
SeFar）上。该纤维的离子交换容量为1.03meq H/g。使用2g氯磺酸和2g聚苯硫醚纳米+
纤维来重复该反应。所得纤维的离子交换容量为1.3 meq H/g。所得的带有磺酸基团的聚苯硫醚纳米纤维称为S-PPS纤维。

[0049] PPS纳米纤维的超声处理。

[0050] 有效分散所述纤维是将它们引入到膜中作为增强组分的过程中的重要步骤。将PPS纳米纤维（0.10g）加入到3.33g水和6.67克乙醇中。使用Misonix 3000超声均化器对混合物进行5分钟的超声处理，设置为18瓦的10秒开和10秒关的脉冲模式。

[0051] 实施例1 PPS纳米纤维PEM增强。

[0052] 基于离聚物固体的质量，加入Nafion DE2020离聚物溶液（DuPont de Nemours）和5-25wt％的PPS纳米纤维。然后使用Misonix 3000超声均化器对该纳米纤维进行5分钟的超声处理，设置为18瓦的10秒开和10秒关的脉冲模式。通过使用3-mil的Bird型涂布器将离聚物-纳米纤维分散体涂覆到位于以12.5mm/s运行的Erichsen涂布机的真空压板上的Kapton-PTFE背衬片（American Durofilm）上而流延成膜。然后将涂覆后的湿膜和背衬片在压板上加热至80℃，然后将背衬上的涂层膜转移到烘箱中并加热至140℃。在140℃下16小时后，从烘箱中取出涂膜，从背衬上剥离并用作燃料电池中的聚合电解质膜。

[0053] 实施例2 S-PPS纳米纤维PEM增强。

[0054] 基于离聚物固体的质量，加入Nafion DE2020离聚物溶液（DuPont de Nemours）和5-25wt％的S-PPS纳米纤维。然后使用Misonix 3000超声均化器对该纳米纤维进行5分钟的超声处理，设置为18瓦的10秒开和10秒关的脉冲模式。通过使用3-mil的Bird型涂布器将离聚物-纳米纤维分散体涂覆到位于以12.5mm/s运行的Erichsen涂布机的真空压板上的Kapton-PTFE背衬片（American Durofilm）上而流延成膜。然后将涂覆后的湿膜和背衬片在压板上加热至80℃，然后将背衬上的涂层膜转移到烘箱中并加热至140℃。在
140℃下16小时后，从烘箱中取出用纳米纤维S-PPS增强的涂膜，从背衬上剥离并用作燃料电池中的聚合电解质膜。

[0055] 尽管已经说明和描述了本发明的实施方式，这不意味着这些实施方式说明和描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所使用的措词只是描述性的措词而不是限制性的，且应当理解，可以在不背离本发明的精神和范围的前提下作出各种改变。

标题	发布/更新时间	阅读量
多孔材料的增强-专利编号CN101184606B	2020-05-13	401
玻纤增强PET材料-专利编号CN106893267A	2020-05-11	98
PPS膜增强材料-专利编号CN103579634A	2020-05-12	919
多孔材料的增强-专利编号CN101184606A	2020-05-12	424
增强复合材料-专利编号CN102731803B	2020-05-13	63
增强材料-专利编号CN101977762A	2020-05-11	1029
玻纤增强PET材料-专利编号CN106800749A	2020-05-11	237
增强复合材料-专利编号CN102731803A	2020-05-12	976
增强复合材料-专利编号CN101331176B	2020-05-13	102
钢板增强材料-专利编号CN203960116U	2020-05-11	1033

PPS膜增强材料

PPS膜增强材料

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

IPRDB

热门服务

关于我们

友情链接

联系方式