一种复合型阴离子交换膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于燃料电池的新型复合型阴离子交换膜的制备方法。聚合物合成通过三步完成：（1）通过芳香亲核取代反应合成具有可氯甲基化反应活性点的聚醚砜聚合物；（2）通过傅克烷基化反应在聚醚砜聚合物中引入氯甲基合成氯甲基化聚醚砜聚合物；（3）将聚醚砜聚合物与氯甲基化聚醚砜聚合物按一定质量比混合，通过溶液浇铸法浇膜、季铵化及碱化得到复合型阴离子交换膜。通过改变芳族二卤代物单体和芳族二元酚单体的结构、比例及投料方式，得到不同结构的聚醚砜聚合物。本发明合成工艺简单、离子交换容量可控、制得的阴离子交换膜具有结构均一、尺寸稳定性好、离子传导率高、稳定性较好的优点。

主权项

一种复合型阴离子交换膜，其特征在于：通过以下步骤制得：第一步，制备聚醚砜聚合物前驱体PES：在反应器中加入芳族二卤代物I、芳族二元酚II、芳族二元酚III、碳酸钾及非质子型极性有机溶剂，加入无水甲苯作为带水剂，进行反应；反应结束后，加入非质子型极性有机溶剂稀释并缓慢倒入去离子水中，析出纤维状产物，经过滤、水洗后，真空烘干得到聚醚砜聚合物前驱体PES；所述的芳族二卤代物单体I包括以下的结构：其中X为Cl或F；芳族二元酚单体II结构为：其中—Y—为以下结构中的一种：‑O‑，芳族二元酚单体III结构如下：其中—Z—为以下结构中的一种：第二步，制备氯甲基化聚醚砜CMPES：将干燥的PES与卤代烃类有机溶剂加入反应器中，待完全溶解后将反应器置于冰水浴中；将氯甲基乙醚、催化剂SnCl₄及卤代烃类有机溶剂加入滴液漏斗中，待完全溶解后，缓慢滴加入反应器中，进行反应；反应结束后将反应液缓慢倒入甲醇水溶液中，析出纤维状产物，经过滤、水洗后，烘干，得到氯甲基化聚醚砜CMPES；第三步，制备复合型阴离子交换膜：将PES与CMPES混合后溶解在卤代烃类有机溶剂中，脱泡过滤后浇铸于干净的玻璃平板表面，在空气中干燥后，将膜从玻璃板上剥离，依次用胺类单体IV水溶液、氢氧化钠溶液室温浸渍，水洗至中性，真空烘干，得到复合型阴离子交换膜；其中，季铵化的胺类单体IV的结构如下：