[发明专利]一种以双醚交联型多孔聚苯并咪唑酰亚胺为基底的填孔型质子交换膜的制备方法

摘要

本发明属于功能高分子材料和电化学技术领域，具体涉及一种以双醚交联型多孔聚苯并咪唑酰亚胺膜为基底的质子交换膜的制备方法。本发明首先合成主链上具可交联基团咪唑基团的聚苯并咪唑酰亚胺，将其配置成膜液，加入双醚交联剂，与咪唑基团反应，在成膜过程中使磺化聚酰亚胺聚合物交联，同时加入致孔剂，形成交联型多孔聚苯并咪唑酰亚胺膜，最后再将膜与全氟磺酸树脂复合得到填孔型质子交换膜。基底膜给填孔膜赋予了良好的力学性能并具有较高的尺寸稳定性，同时并未大幅降低全氟磺酸膜的质子传导能力。本发明所描述的方法其制备工艺可控性好，较传统的全氟磺酸膜相比，力学强度高，尺寸稳定性好，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

一种以双醚交联型多孔聚苯并咪唑酰亚胺膜为基底的质子交换膜的制备方法，其特征在于所述质子交换膜是在聚酰亚胺类聚合物主链上引入苯并咪唑结构，并在成膜过程中利用咪唑基上的活泼N‑H结构与双醚交联剂发生反应，使其交联，同时加入水溶性致孔剂，在经过水浸润后得到多孔结构，最后将全氟磺酸类聚合物溶液浇铸在这种多孔膜上蒸发溶剂得到填孔型质子交换膜；具体步骤如下：（1）在完全干燥的三口烧瓶中加入有机溶剂和含有苯并咪唑结构的二胺，连接气体入口、干燥管、气体出口、回流冷凝管和机械搅拌器，通入惰性气体并开始搅拌，当二胺完全溶解后，加入等当量的二酸和催化剂；升温至80℃反应4h，之后升温使溶剂回流，反应20h；反应结束后降温至100℃，将产物缓慢倒入丙酮中沉淀，将沉淀用丙酮进行索式提取除去残余溶剂、催化剂和小分子量物质，之后将产物在真空烘箱中60℃条件下烘干备；（2）将（1）中所得的聚合物溶解于有机溶剂中，溶液的质量分数为2%‑5%；待聚合物完全溶解后，加入双醚型交联剂，其可交联基团与高分子链中的咪唑环中氮氢键的摩尔比为0‑0.8；同时加入致孔剂，其质量分数为聚合物的0%‑70%；室温搅拌使得交联剂和致孔剂完全溶解且分散均匀；将膜液在80℃时浇铸在10cm×10cm的膜框中，保温6h，再升温至150℃使得交联反应进行完全，再将所得到的膜用去离子水浸泡24h，取出后再用甲醇浸泡24h，最后将膜在60℃条件下烘干，制得交联的聚苯并咪唑酰亚胺多孔膜；（3）将全氟磺酸树脂溶解于有机溶剂中，溶液质量分数为2%‑5%；先加入部分膜液于10cm×10cm的膜框中，再把（2）中的交联多孔膜加入到膜液上方，再将剩余膜液加入到交联多孔膜上方，完全浸润，80℃条件下烘干，之后将所得到的膜用去离子水浸泡24h，取出后再用甲醇浸泡24h，最后将膜在60℃条件下烘干，得到以双醚交联型多孔聚苯并咪唑酰亚胺膜为基底的质子交换膜。