[发明专利]嵌段型磺化聚酰亚胺-聚苯并咪唑质子交换膜材料的合成方法

摘要

本发明涉及一种嵌段型聚苯并咪唑-磺化聚酰亚胺的质子导电材料的制备方法。采用溶液缩聚法以四胺、二酸为单体，加入封端剂制备氨基封端的聚苯并咪唑；以二酐、非磺化二胺、磺化二胺为单体制备酸酐封端的磺化聚酰亚胺，采用饱和氯化钠溶液置换法将磺酸型的磺化聚酰亚胺转换成钠盐型的磺化聚酰亚胺，再将氨基封端的聚苯并咪唑与酸酐封端的聚酰亚胺进一步聚合，制备嵌段型聚苯并咪唑-磺化聚酰亚胺，聚苯并咪唑链段具有一定的高温质子传递功能且对水不具依赖性，能提高膜材料在高温低湿度条件下的电导率。较之传统磺化聚酰亚胺膜，能够显著提高膜材料的水解稳定性、尺寸稳定性以及机械性能。在聚合物电解质膜燃料电池中具有广阔的应用前景。

主权项

一种嵌段型磺化聚酰亚胺‑聚苯并咪唑质子交换膜材料的合成方法，其特征在于具体步骤如下： (1)将1当量的四胺、多聚磷酸置于三颈烧瓶中，连接气体入口、干燥管、气体出口和机械搅拌器，在通入惰性气体的同时开始搅拌升温，至145‑155℃保持25‑35min，当四胺均匀地分散溶解在多聚磷酸中后，加入0.8‑1.0倍当量的二酸和0‑0.2倍当量的封端剂，升温至190‑210℃后加入五氧化二磷以增强对反应产物水的吸收，加入三苯基膦，保持190‑210℃反应18‑22h；待反应体系温度冷却至室温后，倒入去离子水中，反复洗涤去除多聚磷酸；将所得产物聚苯并咪唑在真空烘箱中40℃下烘干备用； (2)在完全干燥的三口烧瓶中加入1当量的磺化二胺、酚类溶剂和质子化保护试剂，在惰性气体保护下搅拌，当磺化二胺完全溶解后，加入1.0‑2.0倍当量的二酐、0‑1.0倍当量的非磺化二胺和2.0‑4.0倍当量的催化剂，在室温下搅拌 30 min后，加热至75‑85℃，反应3.5‑4.5 h，再在175‑185℃下，反应18‑22h；反应结束后，降温到75‑85℃，加入有机溶剂稀释高粘度的溶液，把溶液倒入丙酮中，有丝状沉淀析出；用丙酮反复洗涤去除溶剂后，置于饱和氯化钠溶液中，不断搅拌，置换48h；过滤后，用去离子水反复冲洗3~5遍，真空烘箱中100 ℃下烘干22‑24h，即得钠盐化的磺化聚酰亚胺；通过改变磺化单体以及磺化单体与非磺化单体的摩尔比，得到不同磺化度的酸酐封端型磺化聚酰亚胺；(3)在完全干燥的三口烧瓶中加入步骤(2)所得的钠盐化的磺化聚酰亚胺，有机溶剂，在惰性气体的保护下搅拌，当钠盐化的磺化聚酰亚胺完全溶解后，加入步骤(1)所得的聚苯并咪唑、催化剂，在室温下搅拌 25‑35 min后，加热至75‑85℃，反应3.5‑4.5 h，再在175‑185℃下，反应18‑22h；将所得聚合物溶液在100℃下直接浇铸成10cm×10cm大小的膜，所得聚合物膜先用200mL甲醇溶液75‑85℃下洗涤22‑26小时，然后用200 mL 1mol/L的盐酸溶液洗涤24小时；烘干即得嵌段型磺化聚酰亚胺‑聚苯并咪唑质子交换膜。