[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

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤(1)、(2)和(3)中所述惰性气体为氮气或氩气中的一种。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述酚类溶剂为间甲酚、苯酚、混合甲酚或对氯酚中的一种。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述质子化保护试剂为三乙胺、三丁胺、吡啶或吡咯中的一种。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤(2)和(3)中所述催化剂为苯甲酸、喹啉或异喹啉中的一种。

6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤(3)中所述有机溶剂为间甲酚、苯酚、混合甲酚、对氯酚或氮甲基吡咯烷酮中的一种。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于磺化二胺为4,4'-二氨基二苯基-2,2'-二磺酸、4,4'-二氨基-3,3'-二甲基二苯甲烷-2,2'-二磺酸、4,4'-二氨基-2,2',3,3'-二甲基二苯甲烷-2,2'-二磺酸、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯-2,2'-二磺酸、4,4'-二氨基-3,3'-二甲基联苯-2,2'-二磺酸、4,4'-二氨基联苯-3,3'-二磺酸、2,6'-二氨基-1,3,5-三甲基苯磺酸、3,5-二氨基苯磺酸、4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸、3,4'-二氨基二苯醚-2,3'-二磺酸、4,4'-二氨基-1'',3''二苯氧基苯-5''-磺酸、3,3'-二氨基-1'',3''-二苯氧基苯-5''-磺酸、9,9'-双(4-氨基苯基)芴-2,7'-二磺酸、4,4'-二氨基-4'',4'''-二苯氧基联苯-3'',3'''-二磺酸、4,4'-二氨基-4'',4'''-二苯氧基-二苯基异丙烷-5'',5'''-二磺酸或4,4'-二氨基-1'',4''-二苯氧基-苯-2''-磺酸中任意一种。