[发明专利]一种适用于中高温燃料电池的结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜高温低湿条件下燃料电池发电的用途，其特征在于，所述结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜的化学结构式如下：

其中Ar₁是二酐单体，Ar₂是磺化二胺单体，x＝5-30，m＝5-50，n＝5-100；

所述Ar₁型二酐单体为以下任意一种：

2.如权利要求1所述的结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜高温低湿条件下燃料电池发电的用途，其特征在于，所述Ar₂型磺化二胺单体包括但不限于以下3种：

3.如权利要求1所述的结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜高温低湿条件下燃料电池发电的用途，其特征在于，所述结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜的制备方法包括以下步骤：

步骤1、在氮气保护下向干燥的三颈瓶中依次加入Ar₁型二酐单体、脂肪二胺单体、间甲酚、苯甲酸和异喹啉，控制两种单体的摩尔比，且所述Ar₁型二酐单体过量，在室温下搅拌一段时间，然后加热到第一温度反应一段时间，进一步升温到第二温度反应一段时间，最后将反应体系冷至室温，再倒入有机溶剂中析出沉淀物，所述析出沉淀物用该有机溶剂反复洗涤、抽滤、真空干燥，制得酸酐封端的聚酰亚胺疏水嵌段预聚物，反应式如下：

步骤2、在氮气保护下向干燥的三颈瓶中依次加入Ar₂型磺化二胺单体、间甲酚和三乙胺，室温下搅拌使所述Ar₂型磺化二胺单体完全溶解，然后加入1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)、苯甲酸和异喹啉，控制所述Ar₂型磺化二胺单体与NTDA的摩尔比，且所述Ar₂型磺化二胺单体过量，反应混合物在室温下搅拌一段时间，然后升温到第三温度反应一段时间，再升温到第四温度反应一段时间，生成氨基封端的磺化聚酰亚胺亲水嵌段预聚物溶液，冷至室温，反应式如下：

步骤3、按计量比向步骤2所述三颈瓶中加入步骤1所述酸酐封端的聚酰亚胺疏水嵌段预聚物和间甲酚溶剂，室温下搅拌一段时间，升温至第五温度反应一段时间，然后降温至第六温度再倒入有机溶剂中，析出丝状沉淀物，所述丝状沉淀物用该有机溶剂反复洗涤、抽滤、真空干燥，制得结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物，反应式如下：

步骤4、将步骤3所述结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物溶解于间甲酚中，浇铸制得铸膜，然后进行质子交换，最后洗涤、真空干燥，制得结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜。

4.如权利要求3所述的结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜高温低湿条件下燃料电池发电的用途，其特征在于，步骤1所述Ar₁型二酐单体与所述脂肪二胺单体的摩尔比为6:5～51:50，所述脂肪二胺与所述苯甲酸和异喹啉的摩尔比均为1:2，所述脂肪二胺和二酐单体在间甲酚溶剂中的总质量浓度为5-40％，所述室温下搅拌时间为0.5h，所述第一温度为80℃，反应时间为4h，所述第二温度为180℃，反应时间为20h，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种，所述真空干燥温度为160℃，时间为20h。

5.如权利要求3所述的结晶性磺化聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜高温低湿条件下燃料电池发电的用途，其特征在于，步骤2所述磺化二胺单体与所述NTDA的摩尔比为6:5～101:100，所述磺化二胺单体与所述三乙胺的摩尔比为1:2～1:3；所述NTDA与所述苯甲酸和异喹啉的摩尔比均为1:2，所述室温下搅拌时间0.5h，所述第三温度为80℃，反应时间为4h，所述第四温度为180℃，反应时间为20h。