[发明专利]磺化聚苯并咪唑-聚酰亚胺嵌段共聚物质子交换膜材料的合成方法

摘要

本发明涉及一种磺化聚苯并咪唑-聚酰亚胺嵌段共聚物质子导电材料的合成方法。采用溶液缩聚法以磺化四胺、二酸为单体，加入封端剂制备氨基封端的磺化聚苯并咪唑；采用溶液缩聚法以二酐、二胺为单体制备酸酐封端的聚酰亚胺，采用10%氢氧化钠溶液浸泡将磺酸型的磺化聚苯并咪唑转换成钠盐型的磺化聚苯并咪唑，再将氨基封端的磺化聚苯并咪唑与酸酐封端的聚酰亚胺进一步聚合，制备嵌段型磺化聚苯并咪唑-聚酰亚胺。聚酰亚胺链段能改善聚苯并咪唑的溶解性，同时共聚物还具有了磺化聚苯并咪唑的优秀的质子传导能力和力学性能，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

一种嵌段型磺化聚苯并咪唑‑聚酰亚胺质子交换膜材料的合成方法，其特征在于具体步骤如下：(1)将一定量的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，通入惰性气体，3‑5min后加入四胺，所述多聚磷酸与四胺的比例为180g/10mmol，当四胺均匀地分散溶解在多聚磷酸中后，加入1.0倍当量的磺化二酸和0.0256倍当量的封端剂，之后加入五氧化二磷以增强对反应产物水的吸收，同时开始搅拌升温，升温至200℃，在该温度下反应20h；待反应体系温度冷却至150℃后，倒入去离子水中，反复洗涤去除多聚磷酸；之后将产物倒入质量分数为7%‑10%的氢氧化钠水溶液中搅拌24h，之后用去离子水反复洗涤除去氢氧化钠，将所得产物磺化聚苯并咪唑在真空烘箱中60℃下烘干备用；(2)在完全干燥的三口烧瓶中加入二胺和N‑甲基吡咯烷酮，连接氮气入口、干燥管、氮气出口和机械搅拌器，在惰性气体保护下搅拌，当二胺完全溶解后，加入1.1‑1.2倍当量的二酐、1.0倍当量催化剂，在室温下搅拌 8h后，加热至215℃，使溶剂回流，反应12h；通过改变二酐与二胺的摩尔比得到不同聚合度的聚酰亚胺；本步反应得到的产物不处理，直接进行下一步反应；(3)将步骤(2)所得产物降温至100℃，而后加入与封端二酐等当量的sPBI，并加入0.2倍当量的催化剂，升温至215℃使溶剂回流，反应20h；反应结束后加入少量溶剂稀释反应体系同时使体系降温，至100℃时，将产物缓慢倾倒入丙酮中，反复洗涤除去催化剂和溶剂，之后将所得产物磺化聚苯并咪唑‑聚酰亚胺嵌段共聚物在真空烘箱中60℃下烘干；(4)将步骤(3)中的产物溶解于有机溶剂中，控制溶液中步骤(3)所得产物的质量分数为2%‑5%，过滤溶液得到膜液；将膜液浇筑于10cm×10cm的膜框中，在80℃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80℃下洗涤24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(sPBI‑b‑PI)质子交换膜。