[发明专利]一种碱性阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种碱性阴离子交换膜，其特征在于：包括聚苯乙烯或聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物主链；于聚苯乙烯或聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物主链有苯基的部分对位通过亚甲基键合有阳离子官能团和聚乙二醇单甲醚，一个阳离子官能团通过亚甲基与一个苯基的对位键合连接，一个聚乙二醇单甲醚通过亚甲基与一个苯基的对位键合连接；所述阳离子官能团与聚乙二醇单甲醚的摩尔比为9：1 -2：1；所述阳离子官能团和聚乙二醇单甲醚的数量之和与主链上未键合阳离子官能团和聚乙二醇单甲醚的苯基的摩尔比为1：1-1：10；所述聚苯乙烯的分子量大于100,000；所述聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物的分子量大于40,000。

2.如权利要求1所述碱性阴离子交换膜，其特征在于：所述阳离子官能团为季铵型阳离子、咪唑型阳离子、胍型阳离子中的一种，与所述阳离子官能团对应的阴离子X^-为Cl^- 或OH^-。

3.如权利要求1所述碱性阴离子交换膜，其特征在于：所述聚乙二醇单甲醚，其通过亚甲基与主链上苯基的对位键合；所述聚乙二醇单甲醚的分子量为350-5000；所述阳离子官能团和聚乙二醇单甲醚的数量之和与主链上未键合阳离子官能团和聚乙二醇单甲醚的苯基的摩尔比为2：3-1：9；所述聚苯乙烯的分子量100,000-700,000；所述聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物的分子量40,000-220,000。

4.一种如权利要求1-3任一项所述碱性阴离子交换膜的制备方法，其特征在于： 包括以下步骤，

（1）氯甲基化聚合物的制备：

于聚苯乙烯或聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物溶液中，加入氯甲基化试剂和催化剂进行氯甲基化反应，反应结束后将其置于溶剂B中析出得氯甲基化聚合物；

（2）带聚乙二醇单甲醚长侧链的氯甲基化聚合物的制备：

将步骤（1）所得的氯甲基化聚合物溶于溶剂C中，于所得溶液中加入强碱和聚乙二醇单甲醚进行反应，反应结束后将其置于溶剂D中析出得带聚乙二醇单甲醚长侧链的氯甲基化聚合物；

（3）碱性阴离子交换膜的制备

将步骤（2）所得带聚乙二醇单甲醚长侧链氯甲基化聚合物溶于溶剂E中，加入相对于氯甲基过量的三甲胺、咪唑或胍溶液进行官能团化反应，反应结束后铸膜；

或，对步骤（2）所得带聚乙二醇单甲醚长侧链氯甲基化聚合物进行热压铸膜，将所得膜置于相对于氯甲基过量的三甲胺、咪唑或胍的溶液中浸泡后洗涤、干燥得氯型带聚乙二醇单甲醚长侧链的碱性阴离子交换膜；

（4）氢氧型碱性阴离子交换膜的制备：

将步骤（3）所得氯型带聚乙二醇单甲醚长侧链的碱性阴离子交换膜置于氢氧化钾或氢氧化钠溶液中浸泡，得氢氧型碱性阴离子交换膜；

所述氯甲基化试剂为氯甲醚、氯甲基丁醚、氯甲基己醚、1,4-二氯甲氧基丁烷中的一种；

步骤（1）中所述反应温度0-20 ^oC；步骤（1）所述反应时间不小于0.5 h；

步骤（1）中，所述聚苯乙烯或聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物与氯甲基化试剂的质量比为1:2-1:10，氯甲基化试剂的量相对于希望得到的产物的氯甲基化程度过量；

步骤（2）所述氯甲基化聚合物与强碱的质量比为20:1-2:1；步骤（2）所述氯甲基化聚合物与聚乙二醇单甲醚的质量比为10:1-1:4，聚乙二醇单甲醚的量相对于希望得到的带聚乙二醇单甲醚长侧链氯甲基化聚合物的侧链接枝程度过量；

步骤（3）所述铸膜热压温度为100 ^oC-200 ^oC，压力为10000-32000 psi。

5.如权利要求4所述碱性阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述聚苯乙烯或聚(苯乙烯-乙烯-丁烯)嵌段共聚物溶液中的溶剂为98 wt%浓硫酸、四氢呋喃、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷中的一种；所述溶剂B为乙酸乙酯、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上；

步骤（1）所述催化剂为无水四氯化锡、氯化锌、三氟乙酸、98 wt%浓硫酸、三氯化磷中的一种。