[发明专利]一种燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜，所述低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶含有有序支化型聚芳烃哌啶骨架、侧链型阳离子及带有极性基团的侧链；所述有序支化型聚芳烃哌啶骨架为二联苯、对三联苯或间三联苯；所述侧链型阳离子为1-(2-溴乙基)-1-甲基哌啶、1-(3-溴丙基)-1-甲基哌啶、1-(4-溴丁基)-1-甲基哌啶、1-(5-溴戊基)-1-甲基哌啶、1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶、1-(7-溴乙庚基)-1-甲基哌啶、1-(8-溴辛基)-1-甲基哌啶或1-(9-溴壬基)-1-甲基哌啶；所述低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶分别为有序支化型侧链阳离子全接枝聚芳烃哌啶、低溶胀有序支化型20%羟基侧链接枝聚芳烃哌啶、低溶胀有序支化型40%羟基侧链接枝聚芳烃哌啶或低溶胀有序支化型60%羟基侧链接枝聚芳烃哌啶。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜，其特征在于：所述低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶的分子量在5-80万之间。

3.权利要求1所述燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）有序支化型聚芳烃哌啶骨架-聚芳烃哌啶聚合物的制备

取一定量的联苯与1，3，5-三苯基苯，溶解于二氯甲烷中，加入过量的N-甲基哌啶酮，混合均匀后，滴加足量的10∶1的三氟甲磺酸与三氟乙酸混合液，进行缩聚反应；反应结束后，将聚合物溶液在K₂CO₃水溶液中沉淀，室温下浸泡12-36h，过滤得到白色固体样品，用去离子水充分洗涤后，烘干，得到聚芳烃哌啶聚合物；

（2）侧链型阳离子的制备

将卤代烷烃、N-甲基哌啶、乙酸乙酯加入圆底烧瓶中，通入氮气，室温下充分反应，得到白色固体沉淀物；抽滤，用乙酸乙酯纯化，除去过量的反应物，真空干燥，得到侧链型阳离子；

（3）有序支化型聚芳烃哌啶聚合物的制备

将步骤（1）制备的有序支化型聚芳烃哌啶骨架-聚芳烃哌啶聚合物溶解在第一有机溶剂中，待聚合物完全溶解后，加入步骤（2）所得的侧链型阳离子以及极性链段原料，进行季铵化反应；充分反应后，在乙酸乙酯中沉淀，得到淡黄色固体，通过去离子水对其进行多次洗涤，抽滤，烘干，得到有序支化型聚芳烃哌啶聚合物；

（4）低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备

将步骤（3）制得的有序支化型聚芳烃哌啶聚合物溶解在第二有机溶剂中，配成一定浓度的铸膜液，随后，将铸膜液浇铸或流延于基底上，固化，剥离；最后，将得到的碱性膜在碱液中浸泡，得到低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜。

4.根据权利要求3所述的燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述反应温度为0℃，所述反应时间为5-12h，所述K₂CO₃水溶液浓度为2M；所述联苯为二联苯、对三联苯或间三联苯。

5.根据权利要求4所述的燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述卤代烷烃为1，2-二溴乙烷、1，3-二溴丙烷、1，4-二溴丁烷、1，5-二溴戊烷、1，6-二溴己烷、1，7-二溴庚烷、1，8-二溴辛烷或1，9-二溴壬烷中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述第一有机溶剂为二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、丙酮或三氯甲烷中的任意一种或至少两种任意比例的混合；所述极性链段原料为3-溴-1-丙醇、4-溴-1-丁醇、5-溴-1-戊醇、6-溴-1-己醇、7-溴-1-庚醇、8-溴-1-辛醇或2-（2-氯乙氧基）乙醇中的任意一种或至少两种任意比例的混合；所述季铵化反应的反应时间为96h，反应温度为90℃。

7.根据权利要求6所述的燃料电池用低溶胀有序支化型聚芳烃哌啶碱性膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述第二有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、甲醇、乙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种任意比例的混合；所述铸膜液浓度为0.1g/mL；所述基底包括但不限于耐热玻璃板、钢板、聚四氟乙烯板；所述碱性膜厚度为10-50μm；所述碱性膜浸泡在碱液中，所述碱液为NaOH水溶液，所述碱液浓度为2M，所述浸泡时间为48h。