[發明專利]一種高溫聚酰亞胺質子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310694575.3
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103694490A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 雷瑞;鄭化安;李國法;孫欣新;袁聰;付東升
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: C08J7/14
• 分類號: C08J7/14;C08J5/22;C08L79/08;C08G73/10;H01M8/02;H01M2/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種高溫聚酰亞胺質子交換膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）含氮雜環聚酰亞胺物料的制備

在氮氣氣氛下，將二酐單體、磺化二胺單體、含氮雜環二胺單體、苯甲酸和三乙胺加入反應器中，其中二酐單體、磺化二胺單體、含氮雜環二胺單體的摩爾比為1:x:(1-x)，0≤x<1，苯甲酸為二酐單體摩爾量的1-3倍，三乙胺為磺化二胺單體摩爾量的2-4倍；采用非質子性極性溶劑高溫聚合，聚合溫度為150-200℃，聚合時間為6-16h；反應完成后，待反應物冷卻加入丙酮中析出，過濾、洗滌得含氮雜環聚酰亞胺物料；

（2）高溫聚酰亞胺質子交換膜的制備

將所得含氮雜環聚酰亞胺物料溶于非質子性極性溶劑中，溶解脫泡后固化成膜，經質子化除去三乙胺，再充分水洗，真空干燥后得含氮雜環聚酰亞胺膜，將含氮雜環聚酰亞胺膜在磷酸體系中浸泡，浸泡后干燥得磷酸摻雜聚酰亞胺膜，即為高溫聚酰亞胺質子交換膜；

或者，將所得含氮雜環聚酰亞胺物料經質子化后溶于非質子性極性溶劑中得混合溶液，混合溶液固含量為5-10%；向混合溶液中加入濃磷酸，加熱攪拌，然后經超聲處理后固化得磷酸摻雜聚酰亞胺膜，即為高溫聚酰亞胺質子交換膜。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述磷酸體系為8-12mol/L的H₃PO₄、EtOH混合溶液；浸泡溫度為60-130℃，浸泡時間為20-40h。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述濃磷酸加入量為含氮雜環聚酰亞胺物料摩爾量的2-3倍，固化溫度為60-130℃。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述非質子性極性溶劑為間甲酚、N,N'-二甲基乙酰胺（DMAc）或N-甲基吡咯烷酮（NMP）。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述二酐單體為均苯四酸二酐（PMDA）或1,4,5,8-萘四酸二酐（NTDA）。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述磺化二胺單體為4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸（ODADS）、4,4'-二氨基聯苯-2,2'-二磺酸（BDSA）、2,4-二氨基-苯氧基乙磺酸（DAPPS）、4,4'-二(4-氨基苯氧基)-2,2'-二磺酸基聯苯（BAPBDS）、或2,5-二(4-氨基苯氧基)-苯磺酸（BAPBS）中的一種。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述含氮雜環二胺單體為2-（3-氨基苯基）-5-氨基嘧啶（APPA）、2-（3-氨基苯基）-5-（5-氨基苯基）嘧啶（APPRA）、2-（3-氨基苯基）-5-（3-氨基吡啶基）吡啶（APBPA）、3-（3-氨基苯基）-5-（4-氨基甲苯基）-1,2,3-三唑（ABTA）、4-（4-甲氧基苯基）-3,5-二（3-氨基苯基）-1,2,4-三唑（MPTDA）中的一種。

8.一種如權利要求1制備方法制得的高溫聚酰亞胺質子交換膜，其特征在于：高溫聚酰亞胺質子交換膜拉伸強度為50-106MPa，120℃時質子導電率為10^-6-10^-3S/cm。