[发明专利]一种交联型聚砜阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种交联型聚砜阴离子交换膜及其制备方法，具体为：首先，将聚砜溶解在N，N‑二甲基乙酰胺中，加入氯乙基异氰酸酯和四氯化锡进行反应，得到侧链含有异氰酸酯基团的改性聚砜，加热，加入二月桂酸二丁基锡和4‑二乙基氨基苯酚进行反应，得到侧链末端含有叔氨基团的改性聚砜，之后将其溶解在有机溶剂中，加入交联剂，搅拌后浸泡，干燥，脱膜，得到交联型聚砜膜材，最后将膜材放入NaOH溶液中浸泡，洗涤，得到交联型聚砜阴离子交换膜。该交联型聚砜阴离子交换膜，离子传导基团远离聚合物主链，能够形成亲水区域与疏水区域分离明显的相分离结构，形成一层致密的交联网状结构，有效地阻止了氢氧根进入膜内部进行腐蚀。

技术领域

本发明属于燃料电池阴离子交换膜制备技术领域，具体涉及一种交联型聚砜阴离子交换膜，还涉及该聚砜阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将物质化学能转化为电能的能量转化装置，具有启动速度快、转化效率高、环境污染小等优点，它的出现大大缓解了化石燃料短缺以及环境污染等问题，具有很好的发展前途。早在20世纪50年代，阴离子交换膜燃料电池已经被用于双子星和阿波罗飞船上的供能装置，具有其他燃料电池不可取代的优点，它可使用非铂金属作为催化剂，具有电极反应速度快和一氧化碳耐受性强等优点。作为它的核心部件的阴离子交换膜(AEM)起着决定性作用，从某种意义上讲，开发新型的阴离子交换膜燃料电池实际上是开发一种高性能的阴离子交换膜。目前开发高性能的阴离交换膜面临量大难题，质子传导率和尺寸稳定性，为了使阴离子交换膜获得很好的质子传导率，需在膜材键合较多的离子传导基团，但是离子传导基团多导致膜材的尺寸稳定性下降，有的甚至发生溶解破裂，严重影响膜材的使用，迫切需要开发出在高质子传导率下具有较好尺寸稳定性和耐碱性能的阴离交换膜。近年来，采用酸碱复合、无机掺杂、化学接枝、物理共混等方法来解决该问题，依然无法解决离子传导率与尺寸稳定性之间的不平衡问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交联型聚砜阴离子交换膜，解决了传统阴离子交换膜在高质子传导率下尺寸稳定性和耐碱性差的问题。

本发明的另一目的是提供上述交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种交联型聚砜阴离子交换膜，其结构式为：

本发明所采用的另一技术方案是，一种交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：制备侧链含有异氰酸酯基团的改性聚砜；

步骤2：制备侧链末端含有叔氨基团的改性聚砜；

步骤3：制备交联型聚砜膜材；

步骤4：将步骤3得到的交联型聚砜膜材放入1mmol/L的NaOH溶液中浸泡24-30h，用蒸馏水进行冲洗，直到洗涤液的pH值不发生变化为止，得到交联型聚砜阴离子交换膜。

本发明的特点还在于，

步骤1中，具体为：将干燥的聚砜溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，待其溶解后通入氮气进行保护，通入氮气30min后，向其中滴加氯乙基异氰酸酯和四氯化锡的混合物，滴加结束后，在50-60℃的条件下反应24-30h，得到侧链含有异氰酸酯基团的改性聚砜；聚砜、N，N-二甲基乙酰胺、氯乙基异氰酸酯和四氯化锡的质量比为1：47：1.9：0.58。

步骤2中，具体为：将步骤1得到的侧链含有异氰酸酯基团的改性聚砜加热至90-110℃，采用一锅法，加入二月桂酸二丁基锡催化剂和4-二乙基氨基苯酚，在90-110℃的条件下反应10-24h，得到PSF-BN的混合液，再将混合液用异丙醇作为沉淀剂进行沉淀，将沉淀物进行洗涤、干燥，得到侧链末端含有叔氨基团的改性聚砜。

沉淀剂为无水甲醇、无水乙醇、异丙醇中的任意一种或者多种；沉淀剂与混合液的体积比为3～5：1。