[发明专利]磺化聚吡咙质子传输膜及其制备方法

权利要求书

1、磺化聚吡咙质子传输膜，其特征在于，构成该传输膜的聚合物的结构式I、II或III如下：

其中，R₂为一种基团，它的结构式是下列结构中的任意一个：-、-o-、

其中，R₄为一种基团，它的结构式是下列结构中的任意一个：

2、如权利要求1所述的磺化聚吡咙质子传输膜，其特征在于，构成该传输膜的聚合物如下：

(1)

(2)

其中m不能为0；

(3)

其中n不能为0；

(4)

(5)

其中，m不能为0；或

(6)

，其中n不能为0。

3、如权利要求1所述的磺化聚吡咙质子传输膜的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：

使用材料为：

(a)单体1是如下结构的磺化二酐：

(b)单体2是具有如下结构的芳香四胺中的任意一种：

(c)单体3是具有如下结构的磺化四胺：

(d)单体4是具有如下结构的二酐中的任意一种：

(1)磺化聚吡咙的制备

I，将单体1和单体2按摩尔比1∶1加入到三口反应器中，充氮除氧，加入溶剂间甲酚，使得溶液的固含量为100-150mg/mL，加入2倍摩尔量于单体1的苯甲酸作为催化剂，2倍摩尔量于单体1的三乙胺以破坏聚合物形成内盐，80℃条件下机械搅拌到溶解，然后将温度升到180-200℃，在此温度条件下反应10-15小时，然后加入间甲酚溶剂稀释高黏度的溶液，使其溶液的固含量为50-80mg/mL，待溶液冷却到80℃，将溶液倒入丙酮中，搅拌，过滤，收集沉淀，以丙酮回流洗涤沉淀4～8h，过滤，收集沉淀，干燥，得到具有结构I的产物磺化聚吡咙；

II，将定量的单体3加入到三口反应器中，充氮除氧，加入间甲酚使其固含量为100-150mg/mL，搅拌，加入2倍摩尔量于单体3的三乙胺，待单体3完全溶解后，加入与单体3等摩尔量的单体4和2倍摩尔量于单体3的苯甲酸作为催化剂，80℃条件下机械搅拌到溶解，然后将温度升到180-200℃，在此温度条件下反应10-15小时，然后加入间甲酚溶剂稀释高黏度的溶液使其固含量为50-100mg/mL，待溶液冷却到80℃，将溶液倒入丙酮中，搅拌，过滤，收集沉淀，以丙酮回流洗涤沉淀4～8h，过滤，收集沉淀，干燥，得到具有结构II的产物磺化聚吡咙；

III，将单体2和单体3分别按照按任意比加入到三口反应器中，充氮除氧，加入溶剂间甲酚，使其固含量为100-150mg/mL，室温搅拌，加入是单体3的2倍摩尔量的三乙胺，待单体2和单体3完全溶解后，加入单体1，其中单体2与单体3的摩尔量之和等于单体1的摩尔量，然后加入是单体1的2倍摩尔量的三乙胺，以防止聚合物形成内盐而不溶，最后，再加入是单体1的2倍摩尔量的苯甲酸作为催化剂，80℃条件下机械搅拌到溶解，然后将温度升到180-200℃，在此温度条件下反应10-15小时，然后加入间甲酚溶剂稀释高黏度的溶液，使其溶液的固含量为50-100mg/mL，待溶液冷却到80℃，将溶液倒入丙酮中，搅拌，过滤，收集沉淀，以丙酮回流洗涤沉淀4～8h，过滤，收集沉淀，干燥，得到具有结构III的产物磺化聚吡咙；

(2)磺化聚吡咙质子交换膜的制备：将干燥的磺化聚吡咙聚合物溶于间甲酚中，聚合物的固含量为80-100mg/mL，过滤，将滤液倒在干净的玻璃板上，在70℃干燥24小时，再于120℃干燥12小时，然后真空条件下150℃干燥24小时，从玻璃板上将膜揭下，然后放于浓度为2mol/L的硫酸溶液中，室温条件下保持2天，然后用大量的水清洗，得到磺化聚吡咙质子传输膜。