侧链含氮原子磺化聚酰亚胺膜材料的制备及其性能研究

以对苯二酚为原料经过三步反应,合成了含叔胺取代基的二胺单体2,5-二((二甲氨基)亚甲基)-1,4-二(对氨基苯氧基)苯(DMAPB),并与1,4,5,8-四酸萘二酐(NTDA)、磺化二胺4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸(ODADS)高温聚合,通过改变磺化二胺单体(ODADS)的含量,制备了一系列具有不同磺化度的侧链含氮原子磺化聚酰亚胺.采用间甲酚为溶剂,通过溶液浇铸法制备成膜.由于将N-原子引入到聚酰亚胺的侧链,使得其与磺酸基更易形成较强的离子交联,从而有效地控制膜溶胀,提高了膜稳定性.新的磺化聚酰亚胺的热稳定性高达330℃并显示了良好的氧稳定性,其阻醇性能也得到了提高,在20℃下,膜的甲醇渗透系数为2.05×10-7至5.11×10-7cm2/s,远低于Nafion 117(2×10-6cm2/s)一个数量级.磺化度40%的磺化聚酰亚胺膜在100℃去离子水中测试1000 h以上仍能保持较好的机械性能.膜在高湿条件下也显示了良好的机械性能.然而,膜的质子传输率有所下降,这应该是较强的离子交联导致膜产生较致密的结构,减少了含水量并阻碍了水和H+的移动.同时,磺酸基与氮原子发生离子交联,减少了参与质子传输的磺酸基数量,降低了聚合物膜的酸性.