专利名称：磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜、其制备方法及应用的制作方法
磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜、其制备方法及应用技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜、其制备及应用。所述复合膜具有电导率高、离子选择性强、机械强度高等优点，可应用于燃料电池、解制备装置、氯碱工业、电渗析、化学催化、污水处理、 海水淡化等领域。
背景技术：
质子交换膜燃料电池是一种新型能源转换装置，具有高能量转化效率、高能量密度、清洁无污染等突出优点，作为新一代能源被广泛应用，例如可用作交通工具动力系统、 可移动小型供电系统、电子设备的不间断电源，也可用作军事、医疗、娱乐场所等的应急电源等，因此应用前景广阔，市场潜力巨大。
离子交换膜作为燃料电池的核心组件，同时起到分隔燃料和氧化剂、传导质子的双重作用。正是由于这种重要需求，高性能离子交换膜作为新能源材料，在近十多年来引起科技界大力关注。另外，高性能离子交换膜还在许多传统领域，诸如电解制备装置、氯碱工业、电渗析、气体分离等具有其它材料不可替代的作用。
近年来，以芳香族聚合物为主链的离子交换膜越来越引起科学家们的兴趣，它们不仅成本低、易大规模生成，而且环境污染相对较小，是离子交换膜研究的热点之一。公开号为CN102336923A的中国专利申请公开了一种侧链含氟磺酸芳香族聚合物离子交换膜， 该离子交换膜成本低、工艺简单、处理效果好，易于实现市场化。公开号为CN101864163A的中国专利申请公开了一种磺化聚醚醚酮基复合质子交换膜，该复合质子交换膜具有较高的电导率，比Nafion膜更低的甲醇渗透率。公开号为CN102110823A和CN101057357A的专利申请也分别提出了聚芳香族类聚合物和芳香族烃类聚合物作为离子交换膜的研究。这些通过荷电剂来引进离子基团的聚合物，其合成与应用的研究进展不断公开发表，它的应用领域也越来越广，除 了在燃料电池有所应用外，污水处理、海水淡化、气体干燥等也引起人们的关注。
磺酰亚胺是一种超强酸且导电性能不依靠水的存在，在芳香族聚合物侧链上引入磺酰亚胺基团可以在不提高离子交换容量的情况下，增加聚合物膜的质子电导性。因此，侧链含有磺酰亚胺的芳香族聚合物作为离子交换膜是非常具有前途的，但是有关其的研究却鲜有报道。发明内容
本发明的技术目的是针对目前芳香族聚合物离子交换膜的导电率有待提高的技术现状，提出一种磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜、其制备方法及应用，该类共混离子交换膜具有较高的导电率。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为一种磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，以侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物，即侧链含磺酰亚胺基团的芳族聚合物为基体，在其中共混磺化芳族聚合物，按照质量百分比计，所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物的5°/Γ200%。
所述的芳族聚合物包括但不限于聚联苯、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、聚芳香酰亚胺，以及聚联苯的衍生物、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、聚芳香酰亚胺的衍生物中的任意一种或几种的混合物。
所述的磺酰亚胺基团的分子式为R1SO2NMSO2R2,结构如下所示。
其中，η表示重复单元数，为正整数；R1、R2为烷基、全氟烷基、全氟醚基或芳香基的链式结构；M为H+或者金属离子，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联苯、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、磺化聚芳香酰亚胺、磺化聚联苯的衍生物、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、磺化聚芳香酰亚胺的衍生物中的任意一种或几种的混合物。
所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物质量百分比优选为 10% 180%，进一步优选为20% 150%。
本发明一种磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜的制备方法如下·
首先，将适量侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物溶于有机溶剂，得到基体溶液；然后， 在基体溶液中共混磺化芳族聚合物，得到混合溶液，其中，按照质量百分比计，所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物的5°/Γ200% ;最后，将混合溶液流延成膜，烘干后得到磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜。
上述制备方法中，侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物是通过将芳香族聚合物经过磺化反应后得到的磺化芳香族聚合物先后经过酰氯化反应和取代反应而得到的。
上述制备方法中，有机溶剂包括但不限于二甲基亚砜、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、四氢呋喃或甲醇。
上述制备方法中，按照质量百分比计，磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物的5% 200%。
综上所述，本发明提供了一种新型结构的离子交换膜，该离子交换膜以侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物为基体，在其中共混磺化芳族聚合物，得到磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜。该共混离子交换膜通过磺化芳族聚合物的协同作用，在保证离子交换膜具有良好的机械性和较低的甲醇渗透率的同时，有效提高了离子交换膜的质子导电率，因此与传统的芳族聚合物离子交换膜相比，是一种新型的性能更加优越的复合离子交换膜材料，能够作为新能源材料，在诸如电解制备装置、氯碱工业、电渗析、 化学催化、气体分离等技术领域具有良好的应用前景。
图1是本发明实施例1中的磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的电导率图2是本发明实施例2中的磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的电导率图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1 :
本实施例中，离子交换膜以侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮为基体，在其中共混磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚醚醚酮占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的 59Γ200%。上述磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺，形成质量百分比 为20%的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的N，N- 二甲基乙酰胺溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混N，N-二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚醚醚酮占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的质量百分比为5°/Γ200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混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/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜。
上述制备得到的磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的电导率详见附图1。图1中B-SPEEK指代侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮离子交换膜，SPEEK/B-SPEEK指代磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜。由图1中数据可以发现，该系列离子交换复合膜都具有较高的电导率，达到 10_2s/cm。在测试温度为2(T90°C区间，与侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮离子交换膜相比，磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的电导率均得到较大提高。尤其是，该磺化聚醚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜在80°C下显示出了最高的电导率值，达到O. 227S/cm，超过了 Nafion 117的电导率。
实施例2
本实施例中，离子交换膜以侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮为基体，在其中共混磺化全氟醚基聚砜，形成磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化全氟醚基聚砜占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的5% 200%。
上述磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮溶于16. Og 二甲亚砜，形成质量百分比为20%的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的二甲亚砜溶液；在该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/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混二甲亚砜溶液，其中磺化全氟醚基聚砜占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的质量百分比为5% 200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混二甲亚砜溶液流延成膜，在60°C下烘干成膜，得到5 200wt%磺化全氟醚基聚砜/侧链含磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜。
上述制备得到的磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的电导率详见附图2。图2中B-SPEEK指代侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮离子交换膜，PSU-PSA/B-SPEEK指代磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜。类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化全氟醚基聚砜/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜与未共混磺化全氟醚基聚砜的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例3
本实施例中，离子交换膜以侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜为基体，在其中共混磺化聚醚砜，形成磺化聚醚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚醚砜占侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜的59Γ200%。
上述磺化聚醚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:聚醚砜先后经过磺化反应、酰氯化反应和取代反应，得到侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜；
步骤2 :取4. Og步骤I得到的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜溶于16. Og N-甲基吡咯烷酮，形成质量百分比为20%的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜的N-甲基吡咯烷酮溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚醚砜，形成磺化聚醚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混N-甲基吡咯烷酮溶液，其中磺化聚砜占侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜的质量百分比为5°/Γ200% ；
步骤3 :将步骤2得到的磺化聚醚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混 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/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚醚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混离子交换膜与未共混磺化聚醚砜的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。实施例4:
本实施例中，离子交换膜以侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯为基体，在其中共混磺化聚砜，形成磺化聚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚砜占侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯的59Γ200%。
上述磺化聚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含全氟丁基酰亚胺基聚联苯溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺， 形成质量百分比为20%的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯的N，N-甲基乙酰胺溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚砜，形成磺化聚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯共混 N, N- 二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚砜占侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯的质量百分比为 5% 200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯共混 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/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚联苯共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚砜/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜共混离子交换膜与未共混磺化聚砜的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚醚砜离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例5
本实施例中，离子交换膜以侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜为基体，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚芳砜占侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜的59Γ200%。
上述磺化聚芳砜/侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜溶于16. Og 二甲基甲酰胺，形成质量百分比为20%的侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜的二甲基甲酰胺溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜共混二甲基甲酰胺溶液，其中磺化聚芳砜占侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜的质量百分比为 5%"200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚芳砜/侧链含全氟醚基磺酰亚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/侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚芳砜/侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜共混离子交换膜与未共混磺化聚芳砜的侧链含全氟醚基磺酰亚胺基聚芳砜离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例6
本实施例中，离子交换膜以侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚为基体，在其中共混磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚醚醚酮占侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚的59Γ200%。
上述磺化聚醚醚酮/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺， 形成质量百分比为20%的侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚的N，N-甲基乙酰胺溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚醚醚酮，形成磺化聚醚醚酮/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混N，N-甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚醚醚酮占侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚的质量百分比为5% 200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚醚醚酮/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混 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/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚醚醚酮/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚共混离子交换膜与未共混磺化聚醚醚酮的侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯硫醚磺化聚醚砜的离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例7
本实施例中，离子交换膜以侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮为基体，在其中共混磺化聚醚酮，形成磺化聚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚醚酮占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮的59Γ200%。
上述磺化聚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮溶于16. Og N-甲基吡咯烷酮， 形成质量百分比为20% 的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮的N-甲基吡咯烷酮溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚醚酮，形成磺化聚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混N-甲基吡咯烷酮溶液，其中磺化聚醚酮占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮的质量百分比为5% 200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混 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/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚醚酮/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮共混离子交换膜与未共混磺化聚醚酮的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚酮离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例8
本实施例中，离子交换膜以侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑为基体，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚芳砜占侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑的59Γ200%。
上述磺化聚芳砜/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑溶于16. Og N, N- 二甲基乙酰胺，形成质量百分比为20%的侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑的N，N-甲基乙酰胺溶液； 在该溶液中共混一定量的磺化聚芳砜，形成磺化聚芳砜/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑共混N，N-二甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚芳砜占侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑的质量百分比为5% 200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚芳砜/侧链含丁基磺酰亚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/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚芳砜/侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑共混离子交换膜与未共混磺化聚芳砜的侧链含丁基磺酰亚胺基聚苯并咪唑离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例9:
本实施例中，离子交换膜以侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺为基体，在其中共混磺化聚芳香酰胺，形成磺化聚芳香酰胺/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚芳香酰胺占侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺的5% 200%。
上述磺化聚芳香酰胺/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺溶于16. Og 二甲基甲酰胺，形成质量百分比为20%的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺的二甲基甲酰胺溶液；在该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/侧链含全氟丁基磺酰亚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侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺59Γ200%的二甲基甲酰胺溶液；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚芳香酰胺/侧链含全氟丁基磺酰亚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/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺共混离子交换膜。 0076]类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚芳香酰胺/侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺共混离子交换膜与未共混磺化聚芳香酰胺的侧链含全氟丁基磺酰亚胺基聚芳香酰胺离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
实施例10
本实施例中，离子交换膜以侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮为基体，在其中共混磺化聚芳砜，形成磺化聚苯醚/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜，其中，按照质量百分比计，磺化聚苯醚占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的 59^200%。
上述磺化聚苯醚/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜的制备方法包括如下步骤
步骤1:取4. Og侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮溶于16. Og N, N-甲基乙酰胺，形成质量百分比为20%的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的N，N-甲基乙酰胺溶液；在该溶液中共混一定量的磺化聚苯醚，形成磺化聚苯醚/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混N，N-甲基乙酰胺溶液，其中磺化聚苯醚占侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮的质量百分比为5°/Γ200% ；
步骤2 :将步骤I得到的磺化聚苯醚/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混 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/侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜。
类似图1所示的电导率对比结果，上述制备得到的磺化聚苯醚/对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮共混离子交换膜与未共混磺化聚苯醚的侧链含对甲基苯磺酰亚胺基聚醚醚酮离子交换膜相比，其电导率得到较大提高。
类似上述实施例1，与相同条件下共混磺化芳族聚合物的侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物离子交换膜的电导率相比，上述实施例2 10制备得到的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离 子交换膜的电导率得到提高。
权利要求
1.一种磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是以侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物为基体，在其中共混磺化芳族聚合物，按照质量百分比计，所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物的5°/Γ200%。
2.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是所述的芳族聚合物为聚联苯、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、聚芳香酰亚胺，以及前述聚合物中任意一种的衍生物。
3.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是所述的磺酰亚胺基团的分子式为R1SO2^SO2R2，其中％、R2为烷基、全氟烷基、全氟醚基或芳香基链式结构；Μ为H+或者金属离子。
4.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是所述的金属离子包括H+、Li+、Na+、K+、Ca+、Mg2+、Fe3+、Cu2+。
5.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是所述的磺化芳族聚合物为磺化聚联苯、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、磺化聚芳香酰亚胺、磺化聚联苯的衍生物、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、磺化聚芳香酰亚胺的衍生物中的任意一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜，其特征是所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物基体的109^180%。
7.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜的制备方法，其特征是首先，将适量侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物溶于有机溶剂，得到基体溶液；然后，在基体溶液中共混磺化芳族聚合物，得到混合溶液，其中，按照质量百分比计，所述的磺化芳族聚合物占侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物的59Γ200% ;最后，将混合溶液流延成膜，烘干后得到磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜。
8.根据权利要求7所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜的制备方法，其特征是所述的有机溶剂为二甲基亚砜、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、四氢呋喃或甲醇。
9.根据权利要求1所述的磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜在燃料电池、电解制备装置、氯碱工业、电渗析、化学催化、气体分离技术中的应用。
全文摘要
本发明提供了一种新型结构的离子交换膜，该离子交换膜以侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物为基体，与磺化芳族聚合物共混，得到磺化芳族聚合物/侧链含磺酰亚胺基芳族聚合物共混离子交换膜。该共混离子交换膜通过磺化芳族聚合物的协同作用，在保证离子交换膜具有良好的机械性和较低的甲醇渗透率的同时，有效提高了基体离子交换膜的导电率，因此与传统的芳族聚合物离子交换膜相比，是一种性能更加优良的复合离子交换膜材料，能够作为新能源材料，在诸如燃料电池、电解制备装置、氯碱工业、电渗析、化学催化、气体分离等技术领域具有良好的应用前景。
文档编号C08J5/22GK103013039SQ201210333479
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者陶慷, 章勤, 薛立新, 石倩茹, 聂锋 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所