一种膦酸接枝聚酰亚胺高温质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种膦酸接枝聚酰亚胺高温质子交换膜及其制备方法，所述质子交换膜通过如下方法制备得到：首先对普通二胺单体进行苯环上溴代反应得到溴代二胺；再用正丁基锂和氯代磷酸酯将溴代二胺上的溴置换成膦酸酯，得到接枝膦酸酯的二胺；然后利用接枝膦酸酯的二胺、普通二胺及二酐进行缩聚反应，制备聚酰亚胺；最后通过三甲基溴硅烷和盐酸使聚酰亚胺上的膦酸酯水解，制备得到膦酸接枝聚酰亚胺高温质子交换膜。本发明制备的质子交换膜在高温下具有优异的质子传导能力，膦酸被化学键合在聚合物中，不容易渗漏，具有良好的耐水解稳定性；膦酸还可以与聚酰亚胺中的N通过协调作用，形成连续的氢键网络，实现无水质子传导。

主权项

一种膦酸接枝聚酰亚胺高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将1份普通二胺溶解在乙酸中，边搅拌边缓慢滴加1~1.2份液溴，搅拌反应2‑4h后，过滤、水洗并烘干得到溴代二胺；（2）将步骤（1）所得产物按1wt%溶解在四氢呋喃中，通入氮气，在‑78℃下冷却，缓慢滴加适量的正丁基锂并搅拌30min，加入2~4份氯代磷酸酯，搅拌反应3h~5h，反应结束后，将反应后物料倒入沉淀剂中，产生絮状沉淀，过滤取沉淀并反复洗涤，干燥后得到产物；（3）在氮气的保护下，将步骤（2）所得产物、间甲酚、质子保护试剂加入到反应器中，于室温下搅拌至固体溶解，加入2~4份苯甲酸、1~2份二酐和0~1份普通二胺，在室温下搅拌1h后，在80℃下搅拌3h，在160℃下反应12h，在200℃下反应3h，反应结束后，降温到75~85℃，将反应后物料倒入沉淀剂中，产生絮状沉淀，过滤并反复洗涤，干燥后得到产物；（4）在氮气的保护下，将步骤（3）所得的产品溶解于四氢呋喃中，并加入5~20份三甲基溴硅烷，在室温下搅拌溶液24h，在混合液中加入过量的的盐酸溶液，搅拌反应24h，反应产物经过滤，洗涤，干燥后得到膦酸接枝的聚酰亚胺；（5）将步骤（4）所合成的膦酸接枝的聚酰亚胺溶解于溶剂中搅拌2h，倒入四氟乙烯膜盘烘干成膜，得到膦酸接枝聚酰亚胺高温质子交换膜。