一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110224166A(43)申请公布日2019.09.10(21)申请号201910507018.3(22)申请日2019.06.12(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人刘佰军曹凯悦彭金武石埕荧王鹏(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人刘世纯王恩远(51)Int.Cl.H01M8/124(2016.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法(57)摘要一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法，属于特种高分子功能膜技术领域。是将聚苯并咪唑和超支化聚合物聚对氯甲基苯乙烯按一定比例溶解于有机溶剂中，然后将超支化聚合物溶液加入到聚苯并咪唑溶液中，充分混合过滤后浇筑在干净玻璃板上成膜，再在磷酸溶液中于一定温度下浸泡一定时间干燥后得到。本发明以富含氯原子的超支化聚合物为交联剂，可以通过调节支化聚合物在咪唑基团中的百分占比实现交联度的调节，在成膜过程中形成三维网状结构；同时交联反应剩余的氯原子能够转化为利于质子传导的功能基团。本发明制备的磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜兼具优异的力学强度和质子传导能力，可用于高温质子交换膜燃料电池。CN110224166ACN110224166A权利要求书1/2页1.一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其步骤如下：1)分别将聚苯并咪唑和超支化聚合物聚对氯甲基苯乙烯按一定比例溶解于有机溶剂中，然后将超支化聚合物溶液加入到聚苯并咪唑溶液中，充分混合过滤后浇筑在干净玻璃板上，55～125℃下成膜，得到聚苯并咪唑交联膜；2)将步骤1)所得到的聚苯并咪唑交联膜在磷酸溶液中于一定温度下浸泡一定时间，干燥后得到磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜。2.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中的聚苯并咪唑为可溶性芳醚型聚苯并咪唑，数均分子量50.0～100.0KDa，其反应过程及结构式如下所示，n为正整数，表示聚合度。3.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的交联剂为超支化聚合物聚对氯甲基苯乙烯，数均分子量1.0～8.0KDa，其合成过程及结构式如下所示，4.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：用于溶解超支化聚合物聚对氯甲基苯乙烯的溶剂与用于溶解聚苯并咪唑的溶剂相同，为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上。5.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中聚苯并咪唑中的咪唑基的摩尔数按100％计算，聚对氯甲基苯乙烯重复单元的氯摩尔数为聚苯并咪唑中咪唑基摩尔数的1～5％；通过调节超支化聚合物与聚苯并咪唑的用量比例来调控复合膜的交联度。6.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述聚苯并咪唑溶液与聚对氯甲基苯乙烯溶液是超声30min～1h或8000～12000转/分搅拌30min～1h，使两者均匀分散充分混合。7.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述55～125℃下成膜是在55～65℃下干燥10～15h、75～85℃下干燥10～15h、95～105℃下干燥10～15h，最后真空115～125℃下干燥10～15h。2CN110224166A权利要求书2/2页8.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的磷酸溶液是质量分数85％的磷酸水溶液，用磷酸溶液浸泡膜的温度为110～130℃，浸泡膜时间为48～72h；然后在70～90℃条件下干燥10～20h。9.如权利要求1所述的一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：将步骤1)所得到的聚苯并咪唑交联膜先在三甲胺溶液中在室温下浸泡24～96h，然后再在磷酸溶液中浸泡，得到力学和尺寸稳定性好、质子传导率高的高温质子交换膜。10.一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜，其特征在于：是由权利要求1～9任何一项所述的方法制备得到。3CN110224166A说明书1/6页一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法技术领域[0001]本发明属于特种高分子功能膜技术领域，具体涉及一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法。背景技术[0002]燃料电池最初被成功应用于航