Мембрана и ее применение

Мембрана и ее применение

Реферат

 

Изобретение относится к технологии изготовления мембран и может быть использовано в производстве топливных элементов, высокопроизводительных конденсаторов, оборудования для диализа и ультрафильтрации. Мембрана толщиной по крайней мере 5 мкм получена из композиции, содержащей 30-99,5 мас.% сульфированного ароматического полиэфиркетона, обладающего ионообменной емкостью от 1,3 до 4,0 мг-экв (-SO₃H)/г полимера, и 0,5-70 мас.% полибензимидазола в органическом растворителе. Мембрана обладает ионной проводимостью, измеренной в контакте с жидкой водой при комнатной температуре с помощью 4-Pol импедансспектроскопии при фазовом угле <1^{, не менее 50 мСм/см. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 1 табл.}

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)т

Формула изобретения

1. Мембрана, содержащая 30-99,5 мас.% сульфированного ароматического полиэфиркетона, который обладает ионообменной емкостью от 1,3 до 4,0 мг-экв (-SO₃H)/г полимера, и 0,5-70 мас.% полибензимидазола, полученная способом, включающим следующие приемы: а) получение раствора, содержащего 30-99,5 мас.% сульфированного полиэфиркетона и 0,5-70 мас.% полибензимидазола путем растворения соли сульфированного полиэфиркетона и полибензимидазола в пригодном органическом растворителе, b) изготовление мембраны с толщиной, по крайней мере, 5 мкм с помощью раствора, полученного согласно приему а) посредством известных способов, с) промывание мембраны, полученной согласно приему b), водой или разбавленной 0,1-20%-ной кислотой, причем указанная мембрана обладает ионной проводимостью, измеренной в контакте с жидкой водой при комнатной температуре с помощью 4-Ро1 импедансспектроскопии при фазовом угле ||<1, не менее 50 мСм/см.

2. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что она обладает толщиной, по крайней мере, 30 мкм.

3. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что она обладает Е-модулем (определенным как подъем касательной при 1,2 МПа) в сухом состоянии при 23С и 50% отн. влажности по крайней мере 600 МПа.

4. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что она обладает Е-модулем (определенным как подъем касательной при 1,2 МПа) в воде при 60С, по крайней мере, 90 МПа и относительным удлинением при разрыве свыше 200%.

5. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что она имеет остаточное содержание растворителя менее чем 0,5 мас.%.

6. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что сульфированный полиэфиркетон содержит повторяющиеся элементы формулы I

где Аr¹ и Аr² являются независимо друг от друга двухвалентными ароматическими или гетероароматическими остатками, замещенными в случае необходимости в зависимости от условий использования одной или более инертными одновалентными органическими группами, и причем, по крайней мере, часть остатков Ar¹ и Ar² замещена остатками формулы -(SO₃)_wM, причем М является катионом металла валентности w или катионом аммония, и w означает целое число 1 или 2.

7. Мембрана по п.6, отличающаяся тем, что Аr¹ и Аr² являются нафтиленом или, особенно, фениленом.

8. Мембрана по п.6, отличающаяся тем, что Аr¹ и Аr² замещены от одной до четырех аминогруппами, спиртовыми группами, группами простых эфиров, алкильными группами, арильными группами, сульфонильными группами, фосфонильными группами, карбонильными группами, нитрогруппами, карбоксильными группами, и/или атомы азота полибензимидазола замещены этими группами.

9. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что полибензимидазол содержит повторяющиеся структурные элементы формулы II

где Аr’’ является четырехвалентным ароматическим остатком;

Ar’ является двухвалентным ароматическим остатком;

R является водородом или одновалентным инертным органическим остатком.

10. Мембрана по п.9, отличающаяся тем, что Ar’’ означает 1,2,4,5-фенилен или 3,4,3’,4’ бифенилен, Ar’ означает 1,3- или 1,4-фенилен и R является водородом.

11. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сульфированного ароматического полиэфиркетона используется полимер типа полиэфиркетон, который обладает ионообменной емкостью от 1,3 до 4,0 мг-экв (-SO₃H)/г полимера.

12. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что сульфированный полиэфиркетон используется в форме литиевой, натриевой, калиевой или аммониевой соли.

13. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что доля полибензимидазола в зависимости от степени сульфирования сульфированного полиэфиркетона выбирается по следующей формуле III:

Массовый процент полибензимидазола =

при этом x означает ионообменную емкость сульфированного полиэфиркетона в мг-экв (SO₃H)/г полимера.

14. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что раствор, полученный согласно приему а), обладает вязкостью 500-5000 мПа (измеренной при 80С в растворе полимеров в NMП (N - метилпирролидоне) ротационном вискозиметром по Сouette).

15. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что согласно приему с) используется азотная кислота, серная кислота или фосфорная кислота.

16. Мембрана по любому из пп.1-11, предназначенная для топливных элементов, в частности для прямых метанольных топливных элементов.

17. Мембранно-электродный узел, содержащий мембрану по любому из пп.1-16.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21