[发明专利]一种基于聚氨酯的互穿网络离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种基于聚氨酯的互穿网络离子交换膜，其特征在于：是由全氟磺酸离子交换树脂 分子与一种聚氨酯交联聚合物组成互穿网络结构，所述的全氟磺酸型离子交换树脂的化学 结构如结构式1所示：

其中x、y、z分别为1～10000的整数；且x/(x+y+z)＝40％～85％，y/(x+y+z)＝10％～50％， z/(x+y+z)＝0.01％～10％，均为摩尔比；其中，m为0、1或2，n为1-6的整数；Rf为-F、 -CF₃、-CF₂CF₃、-CF₂CF₂CF₃或-CF(CF₃)₂；根据m、n取值及结构中单体比例的不同，所 形成的全氟磺酸离子交换树脂交换容量在0.8-2.6mmol/g；X为H⁺或Na⁺；

所述的全氟磺酸离子交换树脂为干树脂，数均分子量为6万到30万；

所述的一种聚氨酯交联聚合物是指由多元异氰酸酯与多元醇聚合而生成的交联聚氨酯 聚合物。

2.制备权利要求1所述的一种基于聚氨酯的互穿网络离子交换膜的方法，包括如下步 骤：

(1)将全氟磺酸型离子交换树脂溶解于有机溶剂中，然后在无水条件下加入无水多元异 氰酸酯与无水多元醇，搅均溶液待用；

(2)使用流延法把步骤(1)得到的溶液在水平且平滑的玻璃板或哈氏合金钢板表面流延 成薄膜；

(3)把步骤(2)得到的薄膜加热到一定温度，一段时间后从平板表面剥离得到互穿网络 结构的磺酸离子交换膜。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于在步骤(3)之后加如下步骤：

(4)把步骤(3)得到的离子交换膜，用氟气进行氟化得到互穿网络结构离子交换膜。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的有机溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或多种溶 剂的混合溶剂。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的全氟磺酸离子交 换树脂为干树脂，数均分子量为6万到30万，为H+型或Na+型，交换容量为0.8-2.60mmol/g， 在溶液中的浓度用重量百分数表示时为5％～50％，与步骤(1)中所述的多元异氰酸酯和多 元醇总质量比为1∶1～15∶1。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的多元异氰酸酯， 选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、六亚甲基二异氰 酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或上述多元异氰酸酯的部分氟化及全氟化物中的一种或几种的 混合物。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的多元醇选自乙二 醇、一缩二乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、三乙醇胺、聚乙烯醇中的一种或 者几种的混合物，所述多元醇加入量与多元异氰酸酯加入量之功能官能团数量比即羟基-0H 数与氰酸酯基-NCO数之比为1∶0.8～1∶2。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所得到的薄膜，膜厚在 15～250微米之间；干燥后从所述平板表面剥离。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的加热温度为50℃～ 180℃，加热时间在10分钟到12个小时，其中升温过程包括梯度升温。