[发明专利]一种聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种制备聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料的方法，包括下述步骤：

1)在惰性气氛保护下，使芳香四胺单体、芳香二酐单体及催化剂在磺酸盐聚合物溶液中进行原位聚合反应，得到含有聚吡咙预聚物的制膜液；

2)将所述制膜液涂布于载体上进行热处理制膜，制膜结束后冷却脱膜，将所得膜经酸溶液洗涤转型，得到所述聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述芳香四胺单体与所述芳香二酐单体的摩尔比为1∶1，所述芳香四胺单体与芳香二酐单体的质量之和与所述磺酸盐聚合物的质量之比为(1-40)∶100；

所述催化剂的用量为所述芳香四胺单体与芳香二酐单体总质量的1-20％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述热处理的程序升温步骤如下：60℃6-8h，100℃2-4h，160℃1-4h，200℃1-4h，300℃1-4h。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述芳香二酐单体选自下述至少一种：

所述芳香四胺基单体选自下述至少一种：

所述催化剂选自下述至少一种：三甲基胺、三乙基胺、三苯基磷、吡咯、吡啶和喹啉。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述磺酸盐聚合物溶液是按照下述方法制备得到的：将磺化聚合物经碱溶液处理转型为磺酸盐聚合物，再溶于有机溶剂中得到磺酸盐聚合物溶液；

所述磺酸盐聚合物溶液的质量浓度优选5％-20％；

所述磺化聚合物优选为含磺酸取代基的下述聚合物中的至少一种：聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚芳醚酮砜、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚苯并喹噁啉和聚芳醚；

所述磺化聚合物的磺化度优选45％-95％；所述磺化聚合物的数均分子量为10000-150000。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述含有聚吡咙预聚物的制膜液的制备方法包括下述步骤：

1)将所述芳香二酐单体溶于有机溶剂配制成质量浓度为5-30％的芳香二酐单体溶液；

2)在惰性气氛保护下，向所述磺酸盐聚合物溶液中加入所述芳香四胺单体及催化剂并溶解，得到混合反应体系；在-10～40℃及惰性气氛保护下，向所述混合反应体系中滴加所述芳香二酐单体溶液，滴毕后在0-50℃下继续搅拌反应4～48小时，得到含聚吡咙预聚物的制膜液。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：

1)将所述芳香二酐单体溶于有机溶剂配制成质量浓度为5-30％的芳香二酐单体溶液；

2)将所述芳香四胺单体、所述催化剂与有机溶剂混合，得到混合体系；在惰性气氛保护下，于-10℃～40℃向所述混合体系中滴加所述芳香二酐单体溶液，滴毕后在0-50℃继续搅拌反应20分钟-4小时，得到聚吡咙预聚物溶液；

3)将所述聚吡咙预聚物溶液加入到所述磺酸盐聚合物溶液中，在惰性气氛保护下，于10℃～50℃反应4-48小时，得到含聚吡咙预聚物的制膜液。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂选自下述至少一种：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二苯砜、环丁砜、N-甲基吡咯烷酮和间甲酚。

9.权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料。

10.权利要求9所述的聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料在制备质子交换膜燃料电池中的应用。