[发明专利]磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料及制备方法

权利要求书

1.一种磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料，其特征在于，所述质子交换膜材料的结构式如下所示：

其中n为5000-10000之间的整数。

2.一种权利要求1所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

制备芳香族四胺单体；

将所述芳香族四胺单体和羟基杯芳烃进行接枝反应，得到羟基杯芳烃接枝的四胺单体；

将所述羟基杯芳烃接枝的四胺单体进行烷基化反应，得到烷基化杯芳烃接枝的四胺单体；

将所述烷基化杯芳烃接枝的四胺单体进行接枝杯芳烃的磺化反应，得到磺化杯芳烃接枝的四胺单体；

将所述磺化杯芳烃接枝的四胺单体和对苯二甲酸进行聚合反应，得到磺化杯芳烃接枝的聚苯并咪唑，即所述质子交换膜材料；

其中，所述芳香族四胺单体的结构式如下所示：

所述羟基杯芳烃的结构式如下所示：

所述羟基杯芳烃接枝的四胺单体的结构式如下所示：

所述烷基化杯芳烃接枝的四胺单体的结构式如下所示：

所述磺化杯芳烃接枝的四胺单体的结构式如下所示：

所述磺化杯芳烃接枝的聚苯并咪唑的结构式如下所示：

3.根据权利要求2所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，所述将所述芳香族四胺单体和羟基杯芳烃进行接枝反应，得到羟基杯芳烃接枝的四胺单体的步骤，具体包括：

将羟基杯芳烃和甲醇钠溶于乙腈中，搅拌均匀，得到混合液，然后加热直至所述混合液变澄清，得到澄清液；

向澄清液中加入芳香族四胺单体，进行接枝反应，得到所述羟基杯芳烃接枝的四胺单体。

4.根据权利要求2所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，所述将所述羟基杯芳烃接枝的四胺单体进行烷基化反应，得到烷基化杯芳烃接枝的四胺单体的步骤，具体包括：

将所述羟基杯芳烃接枝的四胺单体溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后，加入氢化钠进行反应，待反应至无气体生成后，继续反应1小时；

向反应体系中加入1-溴丁烷，搅拌2小时后，接着加热至90℃，反应24小时，得到所述烷基化杯芳烃接枝的四胺单体。

5.根据权利要求2所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，所述将所述烷基化杯芳烃接枝的四胺单体进行磺化反应，得到磺化杯芳烃接枝的四胺单体的步骤，具体包括：

将烷基化杯芳烃接枝的四胺单体溶于三氯甲烷中，并搅拌，得到烷基化杯芳烃接枝的四胺单体溶液，将所述烷基化杯芳烃接枝的四胺单体溶液于冰浴环境中反应，得到第一反应液；

将氯磺酸和三氯甲烷混合，搅拌均匀后，加入第一反应液中，进行反应，得到第二反应液；

除去所述第二反应液中液体，将得到的固体溶于乙醇中，得到固体溶液；

将氢氧化钠的乙醇溶液滴加到固体溶液中，进行反应，得到所述磺化杯芳烃接枝的四胺单体。

6.根据权利要求2所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，所述将所述磺化杯芳烃接枝的四胺单体和对苯二甲酸进行聚合反应，得到磺化杯芳烃接枝的聚苯并咪唑的步骤，具体包括：

将多聚磷酸和P₂O₅混合，在惰性气氛下进行搅拌，直至得到透明澄清溶液；

向所述透明澄清溶液中加入磺化杯芳烃接枝的四胺单体和对苯二甲酸，进行聚合反应，得到所述磺化杯芳烃接枝的聚苯并咪唑。

7.根据权利要求6所述的磺化杯芳烃接枝聚苯并咪唑的质子交换膜材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的条件包括：于90℃搅拌反应3小时、130℃反应3小时、200℃反应10小时。