專利名稱：磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜、其制備方法及應用的制作方法
磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜、其制備方法及應用技術領域
本發明屬于高分子材料領域，具體涉及一種磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜、其制備及應用。所述復合膜具有電導率高、離子選擇性強、機械強度高等優點，可應用于燃料電池、解制備裝置、氯堿工業、電滲析、化學催化、污水處理、 海水淡化等領域。
背景技術：
質子交換膜燃料電池是一種新型能源轉換裝置，具有高能量轉化效率、高能量密度、清潔無污染等突出優點，作為新一代能源被廣泛應用，例如可用作交通工具動力系統、 可移動小型供電系統、電子設備的不間斷電源，也可用作軍事、醫療、娛樂場所等的應急電源等，因此應用前景廣闊，市場潛力巨大。
離子交換膜作為燃料電池的核心組件，同時起到分隔燃料和氧化劑、傳導質子的雙重作用。正是由于這種重要需求，高性能離子交換膜作為新能源材料，在近十多年來引起科技界大力關注。另外，高性能離子交換膜還在許多傳統領域，諸如電解制備裝置、氯堿工業、電滲析、氣體分離等具有其它材料不可替代的作用。
近年來，以芳香族聚合物為主鏈的離子交換膜越來越引起科學家們的興趣，它們不僅成本低、易大規模生成，而且環境污染相對較小，是離子交換膜研究的熱點之一。公開號為CN102336923A的中國專利申請公開了一種側鏈含氟磺酸芳香族聚合物離子交換膜， 該離子交換膜成本低、工藝簡單、處理效果好，易于實現市場化。公開號為CN101864163A的中國專利申請公開了一種磺化聚醚醚酮基復合質子交換膜，該復合質子交換膜具有較高的電導率，比Nafion膜更低的甲醇滲透率。公開號為CN102110823A和CN101057357A的專利申請也分別提出了聚芳香族類聚合物和芳香族烴類聚合物作為離子交換膜的研究。這些通過荷電劑來引進離子基團的聚合物，其合成與應用的研究進展不斷公開發表，它的應用領域也越來越廣，除 了在燃料電池有所應用外，污水處理、海水淡化、氣體干燥等也引起人們的關注。
磺酰亞胺是一種超強酸且導電性能不依靠水的存在，在芳香族聚合物側鏈上引入磺酰亞胺基團可以在不提高離子交換容量的情況下，增加聚合物膜的質子電導性。因此，側鏈含有磺酰亞胺的芳香族聚合物作為離子交換膜是非常具有前途的，但是有關其的研究卻鮮有報道。發明內容
本發明的技術目的是針對目前芳香族聚合物離子交換膜的導電率有待提高的技術現狀，提出一種磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜、其制備方法及應用，該類共混離子交換膜具有較高的導電率。
本發明實現上述技術目的所采用的技術方案為一種磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，以側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物，即側鏈含磺酰亞胺基團的芳族聚合物為基體，在其中共混磺化芳族聚合物，按照質量百分比計，所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物的5°/Γ200%。
所述的芳族聚合物包括但不限于聚聯苯、聚砜、聚苯并咪唑、聚芳醚酮、聚醚砜、聚芳砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺、聚芳香酰亞胺，以及聚聯苯的衍生物、聚砜的衍生物、聚苯并咪唑的衍生物、聚芳醚酮的衍生物、聚醚砜的衍生物、聚芳砜的衍生物、聚醚酮的衍生物、聚醚醚酮的衍生物、聚苯醚的衍生物、聚苯硫醚的衍生物、聚芳香酰胺的衍生物、聚芳香酰亞胺的衍生物中的任意一種或幾種的混合物。
所述的磺酰亞胺基團的分子式為R1SO2NMSO2R2,結構如下所示。
其中，η表示重復單元數，為正整數；R1、R2為烷基、全氟烷基、全氟醚基或芳香基的鏈式結構；M為H+或者金屬離子，包括但不限于H+、Li+、Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe3+、Cu2+等。
所述的磺化芳族聚合物包括但不限于磺化聚聯苯、磺化聚砜、磺化聚苯并咪唑、磺化聚芳醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚芳砜、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯醚、磺化聚苯硫醚、磺化聚芳香酰胺、磺化聚芳香酰亞胺、磺化聚聯苯的衍生物、磺化聚砜的衍生物、磺化聚苯并咪唑的衍生物、磺化聚芳醚酮的衍生物、磺化聚醚砜的衍生物、磺化聚芳砜的衍生物、磺化聚醚酮的衍生物、磺化聚醚醚酮的衍生物、磺化聚苯醚的衍生物、磺化聚苯硫醚的衍生物、磺化聚芳香酰胺的衍生物、磺化聚芳香酰亞胺的衍生物中的任意一種或幾種的混合物。
所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物質量百分比優選為 10% 180%，進一步優選為20% 150%。
本發明一種磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜的制備方法如下·
首先，將適量側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物溶于有機溶劑，得到基體溶液；然后， 在基體溶液中共混磺化芳族聚合物，得到混合溶液，其中，按照質量百分比計，所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物的5°/Γ200% ;最后，將混合溶液流延成膜，烘干后得到磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜。
上述制備方法中，側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物是通過將芳香族聚合物經過磺化反應后得到的磺化芳香族聚合物先后經過酰氯化反應和取代反應而得到的。
上述制備方法中，有機溶劑包括但不限于二甲基亞砜、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮以及二甲基甲酰胺、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、甲基乙基酮、四氫呋喃或甲醇。
上述制備方法中，按照質量百分比計，磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物的5% 200%。
綜上所述，本發明提供了一種新型結構的離子交換膜，該離子交換膜以側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物為基體，在其中共混磺化芳族聚合物，得到磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜。該共混離子交換膜通過磺化芳族聚合物的協同作用，在保證離子交換膜具有良好的機械性和較低的甲醇滲透率的同時，有效提高了離子交換膜的質子導電率，因此與傳統的芳族聚合物離子交換膜相比，是一種新型的性能更加優越的復合離子交換膜材料，能夠作為新能源材料，在諸如電解制備裝置、氯堿工業、電滲析、 化學催化、氣體分離等技術領域具有良好的應用前景。


圖1是本發明實施例1中的磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的電導率圖2是本發明實施例2中的磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的電導率圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。
實施例1 :
本實施例中，離子交換膜以側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮為基體，在其中共混磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚醚醚酮占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的 59Γ200%。上述磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺，形成質量百分比 為20%的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的N，N- 二甲基乙酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混N，N-二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚醚醚酮占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的質量百分比為5°/Γ200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混N，N- 二甲基乙酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干，得到磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜。
上述制備得到的磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的電導率詳見附圖1。圖1中B-SPEEK指代側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮離子交換膜，SPEEK/B-SPEEK指代磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜。由圖1中數據可以發現，該系列離子交換復合膜都具有較高的電導率，達到 10_2s/cm。在測試溫度為2(T90°C區間，與側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮離子交換膜相比，磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的電導率均得到較大提高。尤其是，該磺化聚醚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜在80°C下顯示出了最高的電導率值，達到O. 227S/cm，超過了 Nafion 117的電導率。
實施例2
本實施例中，離子交換膜以側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮為基體，在其中共混磺化全氟醚基聚砜，形成磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化全氟醚基聚砜占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的5% 200%。
上述磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮溶于16. Og 二甲亞砜，形成質量百分比為20%的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的二甲亞砜溶液；在該溶液中共混一定量的磺化全氟醚基聚砜，形成磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混二甲亞砜溶液，其中磺化全氟醚基聚砜占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的質量百分比為5% 200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混二甲亞砜溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到5 200wt%磺化全氟醚基聚砜/側鏈含磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜。
上述制備得到的磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的電導率詳見附圖2。圖2中B-SPEEK指代側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮離子交換膜，PSU-PSA/B-SPEEK指代磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜。類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化全氟醚基聚砜/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜與未共混磺化全氟醚基聚砜的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例3
本實施例中，離子交換膜以側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜為基體，在其中共混磺化聚醚砜，形成磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚醚砜占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜的59Γ200%。
上述磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:聚醚砜先后經過磺化反應、酰氯化反應和取代反應，得到側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜；
步驟2 :取4. Og步驟I得到的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜溶于16. Og N-甲基吡咯烷酮，形成質量百分比為20%的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜的N-甲基吡咯烷酮溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚醚砜，形成磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混N-甲基吡咯烷酮溶液，其中磺化聚砜占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜的質量百分比為5°/Γ200% ；
步驟3 :將步驟2得到的磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混 N-甲基吡咯烷酮溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚醚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混離子交換膜與未共混磺化聚醚砜的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。實施例4:
本實施例中，離子交換膜以側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯為基體，在其中共混磺化聚砜，形成磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚砜占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯的59Γ200%。
上述磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含全氟丁基酰亞胺基聚聯苯溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺， 形成質量百分比為20%的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯的N，N-甲基乙酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚砜，形成磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯共混 N, N- 二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚砜占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯的質量百分比為 5% 200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯共混 N, N-甲基乙酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚聯苯共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚砜/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜共混離子交換膜與未共混磺化聚砜的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚醚砜離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例5
本實施例中，離子交換膜以側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜為基體，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚芳砜占側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜的59Γ200%。
上述磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜溶于16. Og 二甲基甲酰胺，形成質量百分比為20%的側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜的二甲基甲酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混二甲基甲酰胺溶液，其中磺化聚芳砜占側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜的質量百分比為 5%"200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混二甲基甲酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚芳砜/側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜共混離子交換膜與未共混磺化聚芳砜的側鏈含全氟醚基磺酰亞胺基聚芳砜離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例6
本實施例中，離子交換膜以側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚為基體，在其中共混磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚醚醚酮占側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚的59Γ200%。
上述磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺， 形成質量百分比為20%的側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚的N，N-甲基乙酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混N，N-甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚醚醚酮占側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚的質量百分比為5% 200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混 N, N- 二甲基乙酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚醚醚酮/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚共混離子交換膜與未共混磺化聚醚醚酮的側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯硫醚磺化聚醚砜的離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例7
本實施例中，離子交換膜以側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮為基體，在其中共混磺化聚醚酮，形成磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚醚酮占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮的59Γ200%。
上述磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮溶于16. Og N-甲基吡咯烷酮， 形成質量百分比為20% 的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮的N-甲基吡咯烷酮溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚醚酮，形成磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混N-甲基吡咯烷酮溶液，其中磺化聚醚酮占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮的質量百分比為5% 200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混 N-甲基吡咯烷酮溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚醚酮/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮共混離子交換膜與未共混磺化聚醚酮的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚酮離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例8
本實施例中，離子交換膜以側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑為基體，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚芳砜占側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑的59Γ200%。
上述磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺，形成質量百分比為20%的側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑的N，N-甲基乙酰胺溶液； 在該溶液中共混一定量的磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混N，N-二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚芳砜占側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑的質量百分比為5% 200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混 N, N- 二甲基乙酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚芳砜/側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑共混離子交換膜與未共混磺化聚芳砜的側鏈含丁基磺酰亞胺基聚苯并咪唑離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例9:
本實施例中，離子交換膜以側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺為基體，在其中共混磺化聚芳香酰胺，形成磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚芳香酰胺占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺的5% 200%。
上述磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺溶于16. Og 二甲基甲酰胺，形成質量百分比為20%的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺的二甲基甲酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚芳香酰胺，形成磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混二甲基甲酰胺溶液，其中磺化聚芳香酰胺占側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺59Γ200%的二甲基甲酰胺溶液；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混二甲基甲酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混離子交換膜。 0076]類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚芳香酰胺/側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺共混離子交換膜與未共混磺化聚芳香酰胺的側鏈含全氟丁基磺酰亞胺基聚芳香酰胺離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
實施例10
本實施例中，離子交換膜以側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮為基體，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚苯醚/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜，其中，按照質量百分比計，磺化聚苯醚占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的 59^200%。
上述磺化聚苯醚/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜的制備方法包括如下步驟
步驟1:取4. Og側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮溶于16. Og N, N-甲基乙酰胺，形成質量百分比為20%的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的N，N-甲基乙酰胺溶液；在該溶液中共混一定量的磺化聚苯醚，形成磺化聚苯醚/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混N，N-甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚苯醚占側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮的質量百分比為5°/Γ200% ；
步驟2 :將步驟I得到的磺化聚苯醚/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混 N, N- 二甲基乙酰胺溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到磺化聚苯醚/側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜。
類似圖1所示的電導率對比結果，上述制備得到的磺化聚苯醚/對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮共混離子交換膜與未共混磺化聚苯醚的側鏈含對甲基苯磺酰亞胺基聚醚醚酮離子交換膜相比，其電導率得到較大提高。
類似上述實施例1，與相同條件下共混磺化芳族聚合物的側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物離子交換膜的電導率相比，上述實施例2 10制備得到的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離 子交換膜的電導率得到提高。
權利要求
1.一種磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是以側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物為基體，在其中共混磺化芳族聚合物，按照質量百分比計，所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物的5°/Γ200%。
2.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是所述的芳族聚合物為聚聯苯、聚砜、聚苯并咪唑、聚芳醚酮、聚醚砜、聚芳砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺、聚芳香酰亞胺，以及前述聚合物中任意一種的衍生物。
3.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是所述的磺酰亞胺基團的分子式為R1SO2^SO2R2，其中％、R2為烷基、全氟烷基、全氟醚基或芳香基鏈式結構；Μ為H+或者金屬離子。
4.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是所述的金屬離子包括H+、Li+、Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe3+、Cu2+。
5.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是所述的磺化芳族聚合物為磺化聚聯苯、磺化聚砜、磺化聚苯并咪唑、磺化聚芳醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚芳砜、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯醚、磺化聚苯硫醚、磺化聚芳香酰胺、磺化聚芳香酰亞胺、磺化聚聯苯的衍生物、磺化聚砜的衍生物、磺化聚苯并咪唑的衍生物、磺化聚芳醚酮的衍生物、磺化聚醚砜的衍生物、磺化聚芳砜的衍生物、磺化聚醚酮的衍生物、磺化聚醚醚酮的衍生物、磺化聚苯醚的衍生物、磺化聚苯硫醚的衍生物、磺化聚芳香酰胺的衍生物、磺化聚芳香酰亞胺的衍生物中的任意一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜，其特征是所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物基體的109^180%。
7.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜的制備方法，其特征是首先，將適量側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物溶于有機溶劑，得到基體溶液；然后，在基體溶液中共混磺化芳族聚合物，得到混合溶液，其中，按照質量百分比計，所述的磺化芳族聚合物占側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物的59Γ200% ;最后，將混合溶液流延成膜，烘干后得到磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜。
8.根據權利要求7所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜的制備方法，其特征是所述的有機溶劑為二甲基亞砜、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、甲基乙基酮、四氫呋喃或甲醇。
9.根據權利要求1所述的磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜在燃料電池、電解制備裝置、氯堿工業、電滲析、化學催化、氣體分離技術中的應用。
全文摘要
本發明提供了一種新型結構的離子交換膜，該離子交換膜以側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物為基體，與磺化芳族聚合物共混，得到磺化芳族聚合物/側鏈含磺酰亞胺基芳族聚合物共混離子交換膜。該共混離子交換膜通過磺化芳族聚合物的協同作用，在保證離子交換膜具有良好的機械性和較低的甲醇滲透率的同時，有效提高了基體離子交換膜的導電率，因此與傳統的芳族聚合物離子交換膜相比，是一種性能更加優良的復合離子交換膜材料，能夠作為新能源材料，在諸如燃料電池、電解制備裝置、氯堿工業、電滲析、化學催化、氣體分離等技術領域具有良好的應用前景。
文檔編號C08J5/22GK103013039SQ201210333479
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者陶慷, 章勤, 薛立新, 石倩茹, 聶鋒 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所