[发明专利]一种带侧铵基的聚苯并咪唑及其阴离子交换膜及制备方法

说明书

本发明属于高分子电解质及离子交换膜技术领域，涉及一种带侧铵基的聚苯并咪唑及其阴离子交换膜及其制备方法。以芳香杂环聚苯并咪唑为主链，侧链上接枝多个铵基长链结构，合成带侧铵基的聚苯并咪唑，经过碱离子交换，制备阴离子交换膜。按照本发明方法制备的侧铵基聚苯并咪唑及其阴离子交换膜具有较高离子传导率，溶胀度较低，机械性能较好，从而使离子膜的稳定性提高，在燃料电池、液流电池、电解及其它电化学器件领域具有应用前景。

技术领域

本发明属于高分子电解质及离子交换膜技术领域，涉及一种带侧铵基的聚苯并咪唑及其阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来由于能源环境危机，清洁的发电、储能及电解制氢等电池技术越来越受到各国重视，例如碱性燃料电池可以使用廉价的镍、银等金属代替昂贵的铂金属催化剂，还有碱性燃料电池水管理更容易、燃料透过率低等受到广泛关注。其中的阴离子交换膜普遍存在离子导电率较低，一般使用季铵盐类聚合物，在强碱环境下化学稳定性不佳，一直是尚未解决的主要问题之一。

目前氯苯乙烯季铵化后的阴离子交换膜已经商业化，但是其力学性能差，季铵盐容易降解等缺点使得膜的寿命缩短。聚苯并咪唑具有较稳定的主链杂环结构，近年来国内外开展了聚苯并咪唑阴离子膜的研究，文献(Polym.Chem.，2011，2，1641)中以聚苯并咪唑为主链，赋予了膜优良的机械性能和稳定性，但是主链咪唑环上氮原子改性为离子基团，或将影响离子膜的寿命，而且离子基团的数量受到主链的限制，离子交换容量较低，导电率较低。专利[王彪等，专利公开号CN 101392060A]公开了一种季铵化聚苯并咪唑及其制备方法，在氢化锂等试剂作用下，聚苯并咪唑与卤代烷反应制备季铵化的聚苯并咪唑阴离子膜，但该方法存在氢化锂等氢化试剂不易储存等安全局限。

发明内容

根据目前碱性阴离子树脂及其离子交换膜存在的问题，本发明提供了带侧铵基的聚苯并咪唑，及其阴离子交换膜及其制备方法。针对阴离子交换膜的导电率较低，化学稳定性不佳等问题提供一种改进的方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种带侧铵基的聚苯并咪唑及其阴离子交换膜，具有以下的结构单元(Ⅲ)：

其中，n是大于1的整数；n₁＝0，1，2，3，n₂＝0，1，2，3，且n₁，n₂不同时为零；优选的，n₁＝0，1，2，n₂＝0，1，2，且n₁，n₂不同时为零；

P₁，P₂分别是大于零小于等于18的整数；即0＜P₁≤18，0＜P₂≤18的整数；式Ⅲ中R₁，R₃是相同或不相同的甲基或乙基基团，R₂是C₁-C₂₀的脂肪烷烃或烯烃；R₄，R₅为相同或不相同的甲基或乙基基团。

B为单键、亚甲基-CH₂-，醚键-O-，羰基-CO-或砜基-SO₂；

A具有如下结构：

其中，n’是大于零小于或等于14的整数。

本发明第二个目的是提供一种带侧铵基的聚苯并咪唑及其阴离子交换膜的制备方法，该方法具体为：

步骤一，铵离子化合物的合成