PL181094B1

PL181094B1 - Membrana polimerowa i sposób otrzymywania membrany polimerowej

Info

Publication number: PL181094B1
Application number: PL96315206A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Florjańczyk; Wojciech Bzducha; Ewa Zygadło-Monikowska; Jan Przyłuski; Regina Borkowska
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2001-05-31
Also published as: PL315206A1

Abstract

1. Membrana polimerowa zawierająca kwas fosforowy oraz ewentualnie środki wytwarzające dodatkową siać palimauswatekia, yek: cztauaataekreazam, matekuylen glicydylz, ataa ellilawaglicrdylowy, ekarloemid, N,N'-matylanobikekarloemid, znemianne tym, ża skłede się z ataaz diglicydylowago dienz A w ilości 10-90% molowych, kwesz fosfouowago w ilości 10-90% molowych ouez tuodków wytweazaZących dodetkbwą siać polimauową w ilości 0-80% wegowych. 2. Sposób btuzymywanie mambumy polimaubwaz puzaz polimauyzecZę, wylmia ne płeską powieuzchnię i delszą polimauyzecZę, z zżyciam kwesz fosforowago i awantzelnia środków wytweuząjących dodetkową siać pblimauową tekich jek: cztaubetoksykazam, mataeaylen glicydylz, atau allilowoglicydylbwy, ekuylbamid, N,N'-matylarbbikeeuyloemid, znemianny tym, ża atau diglicydylowy dimz A w ilości 10-90% molowych i kwes fasfoubwy w ilości 10-90% molowych uozpzkzcze się w uozpzszcząlniku o wysokiaj stełaj dialaktiycznaż i miaszn się puzaz 4-8 godzin w tampauetzuza 15-35°C, po czym do roztworz dodaZa się środak siacizjący orez awantzelnia środki wytwaΓzająca dodetkowąsiać w ilości 0,80% wegowych, uoztwóu miesza się do uzyskeniaZadrouadratci, wylawe się ne płeską powiauzchnię; OdpeuowzZa uozpukzczelnie i poddąja się oguzawaniz w tampauetzuza 60-70°C puzaz 0,5 godziny lzb neświatla się UV puzaz 5-30 minzt.

Description

Przedmiotem wynalazku jest membrana polimerowa oraz sposób jej otrzymywania. Taka membrana może znaleźć zastosowaniem jako elektrolit w ogniwie paliwowym.

Znanych jest wiele stałych polimerowych elektrolitów protonowych, takichjak: uwodnione heteropolikwasy np. kwas polifosforowolframowy, amfoteryczne uwodnione tlenki np. SnO₂, kompozyty polimerowe np. modyfikowany politlenek etylenu z H3PO4 lub elektrolity polimerowe np. Naftion (fluorowany polietylen).

Ciekawą grupę elektrolitów protonowo przewodzących stanowią polimerowe żele oparte na matrycy poliakryloamidowej (W. Wieczorek, Z. Florjańczyk, J.R. Stevens; Elektrochimica Acta, Vol. 40, Nr 13^14,2327-2327-2330,1995 r). Sposób ich otrzymywania polega na tym, że akryloamid i N,N'-metylenobisakryloamid miesza się ze środkiem żelującym, jakim jest agar, dodaje się roztwór H3PO4 w wodzie destylowanej i wodę utlenionąjako katalizator, po czym mieszaninę polimeryzuje się w temperaturze 70-80°C przez 1 godzinę i dodaje się stężony H2SO4. Następnie wylewa się na płaską powierzchnię i dalej polimeryzuje około 1 godziny.

Do znanych elektrolitów można dodawać również środki wytwarzające dodatkową sieć polimerową, takie jak: czteroetoksykrzem, metakrylan glicydylu, eter allilowoglicydylowy, akryloamid, N,N'-metylenobisakryloamid.

Znane elektrolity polimerowe charakteryzują się przewodnością protonową rzędu 10-3 - 10-2 S/cm i na ogół dobrymi właściwościami mechanicznymi. Posiadają jednak pewne wady jak np. możliwość pracy tylko w wysokich temperaturach, brak odporności na wilgoć, wysokie koszty wytwarzania lub niższą od wymaganej wartość przewodności protonowej.

Membrana polimerowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z eteru diglicydylowego dianu A w ilości 10-90% molowych, kwasu fosforowego w ilości 10-90% molowych oraz ewentualnie środków wytwarzających dodatkową sieć polimerową w ilości 0-80% wagowych.

181 094

Sposób otrzymywania membran polimerowych według wynalazku charakteryzuje się tym, że eter diglicydylowy dianu A w ilości 10-90% molowych i kwas fosforowy w ilości 10-90% molowych rozpuszcza się w rozpuszczalniku o wysokiej stałej dielektrycznej i miesza się przez 4-8 godzin w temperaturze 15-35°C, po czym do roztworu dodaje się środek sieciujący oraz ewentualnie środki wytwarzające dodatkową sieć w ilości 0-80% wagowych, roztwór miesza się do uzyskaniajednorodności, wylewa się napłaskąpowierzchnię, odparowuje rozpuszczalnik i poddaje się ogrzewaniu w temperaturze 60-70°C przez 0,5-2 godzin lub naświetla się UV przez 5-30 minut. Jako rozpuszczalnik korzystnie stosuje się aceton lub dioksan.

Otrzymana membrana protonowo przewodząca ma postać elastycznej folii.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

Przykładl .Do reaktora wypełnionego azotem, zaopatrzonego w mieszadło magnetyczne wprowadzono 0,71 g eteru diglicydylowego dianu A i 5 cm³ bezwodnego acetonu. Po całkowitym wymieszaniu dodano roztwór 0,34 H3PO4 w 5 cm3 acetonu. Mieszanmę reakcyjną mieszano przez 6 godzin. Następnie wkroplono za pomocą strzykawki 1,2 cm3 Si(OC2H₅)4 oraz 2 cm3 wody destylowanej. Po całkowitym wymieszaniu mieszaninę wylano na płaską powierzchnię i pozostawiono na powietrzu w celu utworzenia sieci krzemowej i odparowania rozpuszczalnika. Otrzymano membranę w postaci elastycznej folii, charakteryzującą się przewodnością protonową po nasączeniu wodą 9x10- S/cm w temperaturze 20°C.

Przykład II. Do reaktora z mieszadłem magnetycznym wprowadzono w atmosferze azotu 1,75 g eteru diglicydylowego dianu A i 5 cm3 dioksanu. Po całkowitym rozpuszczeniu dodano 0,5 g H3PO4 w 3 cm3 dioksanu. Układ mieszano przez 6 godzin, a następnie dodano 0,2 cm3 metakrylanu glicydylu. Mieszanie kontynuowano przez 0,5 godziny, po czym wkroplono 0,5 cm3 Si(OC₂H5)4 oraz dodano inicjatora UV (Irgacure 184). Następnie roztwór wylano na płaską powierzchnię umieszczoną z wypełnionym azotem autoklawie i oddestylowano pod zmniejszonym ciśnieniem dioksan. Otrzymaną próbkę poddano naświetlaniu UV przez 15 minut i wystawiono na powietrze w celu utworzenia sieci krzemowej. Otrzymano przezroczystą, bezbarwną, elastyczną folię o pochłanialności wody rzędu 25% wagowych i przewodności 5x103 S/cm w temperaturze 20°C.

Przykład III. Reakcję prowadzono w sposób analogiczny jak w przykładzie 2, przy czym zamiast metakrylanu glicydylu dodano eteru allilowoglicydylowego w ilości 0,5 cm3 oraz 0,02 g 4-winylopirydyny i 0,6 cm3 Si/OCTk^. Otrzymano elastyczną folię o dobrych właściwościach mechanicznych o pochłanialności wody 50% wagowych oraz przewodności 2x103 S/cm w temperaturze 20° C.

Przykład IV. Do wypełnionego azotem reaktora zaopatrzonego w mieszadło magnetyczne wprowadzono 0,87 eteru diglicydylowego dianu A i 3 cm3 dioksanu. Po dokładnym wymieszaniu dodano 0,25 g H3PO4 w 3 cm3 dioksanu. Mieszaninę mieszano przez 6 godzin, po czym dodano 0,25 cm³ eteru allilowoglicydylowego i mieszano przez 0,5 godziny. Następnie w atmosferze azotu wprowadzono 0,012 g N,N'-metylenobisakryloamidu, 0,09 g akryloamidu oraz inicjator sieciowania AIBN. Następnie roztwór wylano na płaską powierzchnię umieszczoną w wypełnionym azotem aiutoklawie i usunięto rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem, po czym układ ogrzewano przez 1 godzinę utrzymując temperaturę 60-70°C w celu otrzymania sieci akryloamidowej. Otrzymano elastyczną folię o dobrych właściwościach mechanicznych, pochłanialności wody rzędu 10% wagowych i przewodności protonowej 6x10'3 S/cm w temperaturze 20°C.

181 094

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Membrana polimerowa zawierająca kwas fosforowy oraz ewentualnie środki wytwarzające dodatkową sieć polimerową takie, jak: czteroetoksykrzem, metakrylan glicydylu, eter allilowoglicydylowy, akryloamid, N,N'-metylenobisakryloamid, znamienna tym, że składa się z eteru diglicydylowego dianu A w ilości 10-90% molowych, kwasu fosforowego w ilości 10-90% molowych oraz środków wytwarzających dodatkową sieć polimerową w ilości 0-80% wagowych.
2. Sposób otrzymywania membrany polimerowej przez polimeryzację, wylanie na płaską powierzchnię i dalszą polimeryzację, z użyciem kwasu fosforowego i ewentualnie środków wytwarzających dodatkową sieć polimerową takich jak: czteroetoksykrzem, metakrylan glicydylu, eter allilowoglicydylowy, akryloamid, N,N'-metylenobisakryloamid, znamienny tym, że eter diglicydylowy dianu A w ilości 10-90% molowych i kwas fosforowy w ilości 10-90% molowych rozpuszcza się w rozpuszczalniku o wysokiej stałej dielektrycznej i miesza się przez 4-8 godzin w temperaturze 15-35°C, po czym do roztworu dodaje się środek sieciujący oraz ewentualnie środki wytwarzające dodatkową sieć w ilości 0,80% wagowych, roztwór miesza się do uzyskania jednorodności, wylewa się na płaską powierzchnię, odparowuje rozpuszczalnik i poddaje się ogrzewaniu w temperaturze 60-70°C przez 0,5 godziny lub naświetla się UV przez 5-30 minut.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik o wysokiej stałej dielektrycznej stosuje się aceton łub dioksan.

* * *