[发明专利]一种可溶性聚苯并咪唑阴离子交换膜材料及其合成和应用

说明书

本发明公开一种可溶性聚苯并咪唑阴离子交换膜材料及其合成和应用。所述聚苯并咪唑阴离子交换膜材料的结构如式Ⅰ所示；所述聚苯并咪唑阴离子交换膜材料可用于燃料电池和/或全钒液流储能电池中。

技术领域

本发明涉及新型高分子材料及膜产品技术领域，具体涉及不同结构侧链含季铵盐基团、主链含醚键的可溶性聚苯并咪唑材料合成及阴离子交换膜的制备。

背景技术

阴离子交换膜作为核心部件，可以应用于燃料电池和全钒液流储能电池领域。聚苯并咪唑材料是一种线形无定形聚合物，具备优异的热学、力学性能和出色的化学稳定性。因此本领域迫切需要基于聚苯并咪唑的具有良好的离子传导性和加工性能的离子交换膜。

发明内容

本发明旨在提供一种新型结构的聚苯并咪唑材料，以及具有良好的离子传导性和加工性能的离子交换膜制备方法。

在本发明的第一方面，提供一种结构如式Ⅰ所示的聚苯并咪唑阴离子交换膜材料：

其中，n的范围为3-500的整数

R选自下述的一种或两种以上的基团：

X为CH₃或N(CH₃)₃⁺OH^-。

在本发明的第二方面，提供一种如上所述的本发明提供的聚苯并咪唑阴离子交换膜材料的制备方法，所述方法包括步骤：

(i)使结构如式5所示的聚合物在N-溴代丁二酰亚胺(NBS)和过氧化二苯甲酰(BPO)的存在下反应得到结构如式6所示的聚合物；

(ii)使结构如式6所示的聚合物溶解、浇铸得到薄膜；和

(iii)使薄膜浸没于三甲胺水溶液后取出再浸没于碱性溶液中得到如上所述的本发明提供的聚苯并咪唑阴离子交换膜材料。

在另一实施方式中，步骤(i)中结构如式5所示的聚合物的含甲基摩尔数与NBS的摩尔比为1:1-1.1；和/或

在另一实施方式中，步骤(i)中结构如式5所示的聚合物的含甲基摩尔数与BPO的摩尔比为17-19:1；和/或

在另一实施方式中，步骤(i)的反应温度在80-90℃；和/或

在另一实施方式中，步骤(i)的反应时间为8-12小时；和/或

在另一实施方式中，(i)中所述的结构如式5所示的聚合物溶解于有机溶剂中，所述有机溶剂选自下述的一种或两种以上：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N-N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)。

在另一实施方式中，步骤(ii)中使结构如式6所示的聚合物溶解于有机溶剂中，所述有机溶剂选自下述的一种或两种以上：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N-N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)；1克结构如式6所示的聚合物所需有机溶剂提及为10-20毫升。

在另一实施方式中，步骤(iii)中，薄膜在三甲胺水溶液或碱性溶液中的浸没时间为48-72小时。

在另一实施方式中，步骤(i)中所述结构如式5所示的聚合物通过将结构如式4所示的化合物与3,3’-二氨基联苯胺共聚得到。

在另一实施方式中，所述共聚在含有多聚磷酸的溶剂体系存在下进行。

在另一实施方式中，结构如式4所示的化合物和3,3’-二氨基联苯胺在所述含有多聚磷酸的溶剂体系中的质量占比为8-20％。