[发明专利]一种用于燃料电池的嵌段共聚物阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的嵌段共聚物阴离子交换膜，其特征在于其分子结构中包括含酚酞侧基的亲水段以及含苯甲腈结构的疏水段，其分子结构式如下：

其中，m＝5～50的整数，n＝5～50的整数，R为H、选自(a)～(d)中任意一种；

2.如权利要求1所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)亲水段的合成：将3,3-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)苯酞与具有Ar₁结构的二氟单体以m/(m+1)的摩尔比进料，在氮气保护及2.5～4摩尔的无水碳酸钾及甲苯的存在下，溶解于极性非质子溶剂，先于140～150℃反应4～6h，再升温到160～180℃反应10～12h，然后加入5％(m+1)摩尔的含Ar₁结构的二氟单体，在160～180℃继续反应1～2h，冷却后用醇水溶液沉淀、过滤、洗涤、干燥，即得到亲水段；

2)疏水段的合成：将2,6-二氟苯腈与具有Ar₂结构的双羟基芳环单体以m/(m+1)的摩尔比进料，在氮气保护及2.5～4摩尔的无水碳酸钾及甲苯的存在下，溶解于极性非质子溶剂，先于140～150℃反应4～6h，再升温到160～180℃反应10～12h，然后加入5％(m+1)摩尔的含Ar₂结构的双羟基芳环单体，在160～180℃继续反应1～2h，冷却后用醇水溶液沉淀、过滤、洗涤、干燥，即得到疏水段；

3)嵌段共聚物的合成：将步骤1)制备的亲水段与步骤2)制备的疏水段以等摩尔比进料，在氮气保护及2.5～4摩尔的无水碳酸钾及甲苯的存在下，溶解于极性非质子溶剂，先于140～150℃反应3～4h，再升温到160～180℃反应18～20h，冷却后用醇水溶液沉淀、过滤、洗涤、干燥，得到嵌段共聚物；

4)溴甲基化嵌段共聚物的合成：将步骤3)得到的嵌段共聚物溶解于1,1,2,2-四氯乙烷，然后加入N-溴代琥珀酰亚胺和引发剂，反应后，冷却，用甲醇沉淀、过滤、洗涤、干燥，得溴甲基化嵌段共聚物；

5)嵌段共聚物阴离子交换膜的制备：将步骤4)得到的溴甲基化嵌段共聚物与功能化试剂加入到极性非质子溶剂中溶解，反应后得铸膜液，再将铸膜液涂覆在玻璃板上，加热挥发溶剂得到固态膜，然后将固态膜浸于碱液中反应后洗涤，即得到嵌段共聚物阴离子交换膜。

3.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述具有Ar₁结构的二氟单体选自4,4'-二氟二苯砜、4,4'-二氟二苯甲酮、4,4'-二氟联苯、3,3'-二氟联苯中的一种。

4.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述具有Ar₂结构的双羟基芳环单体选自4,4'-磺酰基二苯酚、4,4'-二羟基二苯甲酮、双酚A、4,4'-联苯酚中的一种。

5.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述嵌段共聚物、N-溴代琥珀酰亚胺和引发剂的摩尔比为1∶(0.1～1.5)∶(0.01～0.075)。

6.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述引发剂选自过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。

7.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述反应的条件是在85℃下反应4～6h。

8.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述溴甲基化嵌段共聚物与功能化试剂的摩尔比为1∶5；所述功能化试剂可选自三甲胺水溶液、五甲基胍、1-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑中的一种。

9.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述反应的条件是在40～50℃反应12～24h；所述碱液可选自氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液；所述将固态膜浸于碱液中反应的时间可为24～48h；所述洗涤可采用去离子水洗涤。

10.如权利要求2所述一种嵌段共聚物阴离子交换膜的制备方法，其特征在于在步骤1)、2)、3)、5)中，所述极性非质子溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜中的一种。