[发明专利]一种聚吡咙/磺化聚醚砜质子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚吡咙/磺化聚醚砜质子交换膜的制备方法，主要包括以下步骤(1)将四酸单体和四胺单体溶解于溶剂中，制得聚吡咙前驱体溶液；(2)向上述聚吡咙前驱体溶液中，加入磺化聚醚砜，形成纺丝混合溶液，并进行静电纺丝，制得复合纳米纤维；(3)将得到复合纳米纤维膜真空干燥后，经过热处理，得到聚吡咙/磺化聚醚砜复合膜；(4)将上述复合膜浸入到多聚磷酸中，进行交联处理，得到交联的聚吡咙/磺化聚醚砜复合膜。本发明制备的聚吡咙/磺化聚醚砜复合膜具有优良的化学稳定性、机械性能、阻醇性以及较高的质子传导率等性能。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜的制备方法，尤其涉及一种聚吡咙/磺化聚醚砜质子交换膜的制备方法。

背景技术

目前广泛使用的全氟磺酸型质子交换膜尽管具有优异的化学稳定性和质子传导率,但是其成本昂贵,并且在高温低湿条件下电导率明显下降以及甲醇透过率增大等缺点，限制了其在商业中的进一步应用。因此,寻求一种低成本、电导率高、阻醇性能好、综合性能优异的新型质子交换膜成为研究热点。

聚吡咙是一类刚性的梯形或半梯形聚芳杂环大分子聚合物，具有良好的耐高温性和抗氧化性，由于部分聚吡咙(BBB或BBL)既不熔融，也不溶于普通有机溶剂，聚吡咙的可加工性受到了极大的限制。聚醚砜分子中同时具有苯环的刚性、醚基的柔性以及砜基与整个结构单元形成的大共轭体系，所以整个分子具有相当好的稳定性，特别是能够在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持稳定，并且能够耐水解，可耐150℃～160℃热水或蒸汽，在高温下也不受酸、碱的腐蚀。

因此，非常需要通过配方以及生产工艺的改进，开发出一种聚吡咙/磺化聚醚砜质子交换膜，同时具有的优良的化学稳定性、机械性能、阻醇性以及较高的质子传导率,制得的质子交换膜取代全氟磺酸膜。

发明内容

本发明的目的在于制备一种具有优良的化学稳定性、机械性能、阻醇性以及较高的质子传导能力的质子交换膜。提供一种聚吡咙/磺化聚醚砜质子交换膜的制备方法。在普通溶剂中溶解等摩尔比的四酸单体和四胺单体，并加入磺化聚醚砜，调节溶液的浓度和粘度，制得的混合纺丝液，经高压静电纺丝，高温热亚胺化处理，制得聚吡咙/磺化聚醚砜纳米纤维膜。具体主要包括以下步骤：

(1)将四酸单体和四胺单体溶解于溶剂中，制得聚吡咙前驱体溶液；

(2)向上述聚吡咙前驱体溶液中，加入磺化聚醚砜，形成纺丝混合溶液，并进行静电纺丝，制得复合纳米纤维膜；

(3)将上述复合纳米纤维膜真空干燥后，经过热处理，得到聚吡咙/磺化聚醚砜复合膜；

(4)将上述步骤(3)中得到的复合膜浸入到多聚磷酸中，进行交联处理，得到交联的聚吡咙/磺化聚醚砜复合膜。

在步骤(1)聚吡咙前驱体溶液的制备中，所述四胺和四酸单体必须在混合时能很好的溶解在所述有机溶剂中以形成羧酸铵盐溶液，并且所述磺化聚醚砜溶液能够与该羧酸铵盐溶液能相容混合。所述有机溶剂优选极性有机溶剂，更优选为非质子极性溶剂。适宜的有机溶剂对反应物(四酸或四胺)是惰性的。在一个实施例中，所述溶剂为羧酸铵盐以及四酸和四胺的溶剂。示例性的有机溶剂包括但不限于N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、N，N-二丙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-正丙基-2-吡咯烷酮、N-异丙基-2-吡咯烷酮、N-正丁基-2-吡咯烷酮、N-异丁基-2-吡咯烷酮、N-环己基-2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、二甘醇二甲醚、二甲基亚砜、二乙基亚砜、环丁砜、二苯砜等有良好溶解性的溶剂。

优选地，所述有机溶剂包括：N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甘醇二甲醚、环丁砜类中的任一种或多种的混合物。