[发明专利]一种长侧链交联型聚砜阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种长侧链交联型聚砜阴离子交换膜及其制备方法，具体为：将聚砜溶解在三氯甲烷中，加入氯戊酰氯和AlCl₃进行反应，得到氯代酰基化聚砜；之后将其溶解在DMSO中，加入3‑N,N二甲氨基丙醇进行反应，得到改性聚砜；再将其溶解在DMSO中，加入4,4‑二甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，用蒸馏水脱模，得到交联型聚砜膜材；最后将膜材置于NaOH溶液中浸渍，得到长侧链交联型聚砜阴离子交换膜。该阴离子交换膜膜材亲水基团距离疏水基团较远，形成亲水离子远离聚合物主链的相分离结构，同时通过交联反应形成致密的交联网状结构，使得阴离子交换膜在高的OH‑传导下保持很好的尺寸稳定性和耐碱性。

技术领域

本发明属于碱性燃料电池阴离子交换膜制备工艺技术领域，具体涉及一种长侧链交联型聚砜阴离子交换膜，还涉及该长侧链交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧殆尽以及人们环保意识的增强，寻找一种新型的清洁能源迫在眉睫，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，具有转化效率高、低噪音、零污染排放等优点，具有很好的发展前途。碱性燃料电池是第一个实用化的燃料电池，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。阴离子交换膜作为核心部件起着传导OH^—、隔绝燃料气和氧气的作用，开发新型的碱性燃料电池本质上开发一种新型的阴离子交换膜。传统的阴离子交换膜，为了获得较高的OH^—传导率，需要键合较高的离子传导基团，但是过高离子传导基团键合量会导致阴离子交换膜尺寸稳定性差、耐碱性差的问题，严重影响了膜材的使用。近年来，通过结构设计、酸碱复合、无机掺杂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，通过结构设计，将传导OH^—亲水部分远离聚合物主链，降低了亲水基团对主链的影响，使得所制备的阴离子交换膜在质子传导率下仍能保持很好的稳定性。聚砜是一种主链含有砜基的芳香族聚合物，具有优越的抗氧化稳定性、耐热性、耐酸碱腐蚀性等，且价格低廉容易成膜，是常用的制膜高性能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长侧链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。

本发明的另一目的在于提供上述长侧链交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法。

本发明采用的技术方案是，一种长侧链交联型聚砜阴离子交换膜，其结构式为：

本发明采用的另一技术方案是，一种长侧链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，制备氯代酰基化聚砜；

步骤2，制备具有较长柔性侧链的改性聚砜；

步骤3，制备交联型聚砜膜材；

步骤4，将交联型聚砜膜材置于1mol/l的NaOH溶液中浸渍24小时，得到长侧链交联型聚砜阴离子交换膜。

本发明的特点还在于，

步骤1中，制备氯代酰基化聚砜，具体为：将聚砜溶解在三氯甲烷中，待溶解后滴加氯戊酰氯和AlCl₃催化剂的混合物，进行冷凝回流反应，反应结束后，加入2mol/L的稀盐酸，再用异丙醇作为沉淀剂沉淀出聚合物，采用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤聚合物数次，干燥，得到氯代酰基化聚砜；

聚砜、三氯甲烷、氯戊酰氯和AlCl₃的质量比为2：44.5：4.74：0.9；反应温度为50℃，反应时间为40h。