[发明专利]一种硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜，其特征在于，通过如下方法制备得到：首先让烯丙基缩水甘油醚和烯丙基膦酸二乙酯发生加聚反应，形成膦酸酯基共聚物；再通过环氧开环反应将有机硅氧烷接枝到膦酸酯基共聚物上，最后将膦酸酯基共聚物上的膦酸酯水解并通过溶胶-凝胶工艺制备得到硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜，所述烯丙基缩水甘油醚、烯丙基膦酸二乙酯、有机硅氧烷的摩尔比为1:1:1～1:2:3。

2.如权利要求1所述硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照烯丙基缩水甘油醚、烯丙基膦酸二乙酯、有机硅氧烷的摩尔比为1:1:1～1:2:3称取原料；

（2）将烯丙基缩水甘油醚和烯丙基膦酸二乙酯分别溶于有机溶剂后倒入三角烧瓶，向三角烧瓶内通入氮气并加入适量的偶氮二异丁腈进行加聚反应，反应结束后，向反应物中加入过量无水乙醚沉淀产物，离心取沉淀，沉淀经多次洗涤并干燥后得到膦酸酯基共聚物；

（3）将步骤（2）获得的膦酸酯基共聚物和有机硅氧烷一同溶于有机溶剂，搅拌反应后，得到硅氧烷接枝的膦酸酯基共聚物；

（4）将步骤（3）获得的硅氧烷接枝的膦酸酯基共聚物上的膦酸酯水解后得到硅氧烷接枝的膦酸基共聚物，将硅氧烷接枝的膦酸基共聚物溶于有机溶剂，搅拌12~24h后得到溶胶；最后采用溶胶-凝胶工艺制备得到硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述加聚反应的条件为：60~100℃，反应8~12h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述搅拌反应的条件为：80~100℃，反应2~6h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述水解反应为：向硅氧烷接枝的膦酸酯基共聚物中加入适量三甲基溴硅烷，在室温下搅拌反应24~36h，然后再向混合液中加入过量的盐酸溶液，继续搅拌反应24~36h，反应结束后，经过滤、洗涤、干燥处理后得到硅氧烷接枝的膦酸基共聚物。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的有机硅氧烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶胶-凝胶成膜工艺为：将溶胶倒入聚四氟乙烯膜盘，在室温下陈化1~3天，然后在40℃~60℃真空条件下干燥1~2天，升温至80℃干燥3~6h，随后在100℃、120℃与150℃温度条件下各热处理2~3h，冷却后将膜从聚四氟乙烯膜盘上剥离，得到硅氧烷接枝的膦酸基共聚物高温质子交换膜。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烯丙基缩水甘油醚和烯丙基膦酸二乙酯均为分析纯，纯度大于98wt％。