[發明專利]具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物材料及其制備與應用

有效

• 申請號: 201210506901.9
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103012772A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李秀華;余英鳳;劉群方
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G65/48
• 分類號: C08G65/48;C08G65/40;H01M8/10;C08J5/22
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及堿性聚芳醚離聚物材料，特別涉及具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物及其制備方法與應用。

背景技術

21世紀以來，人類社會對能源的需求持續上升。在傳統能源岌岌可危的地球上，為了緩解能源危機以及保持國民經濟可持續發展，人類急需一種能量轉化效率高但又沒有污染或者低污染的能源利用新技術。燃料電池以其能量轉換效率高、環境友好、比能量高、壽命長、安裝周期短，可廣泛應用于電動汽車、軍事領域、移動電源，成為近年來備受矚目的新能源技術。由Dupont公司研發的全氟骨架的磺酸型質子交換膜（Nafion）為代表的一類質子交換膜以其優異的電化學性能以及良好的導質子性能，廣泛應用于質子交換膜燃料電池（PEMFC），然而全氟質子交換膜的高成本、高環境污染、較差的阻醇性能、復雜的制作工藝以及使用昂貴金屬Pt基催化劑和極板材料等缺陷大大阻礙了質子交換膜燃料電池（PEMFC）的大規模商業化。

堿性陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）在堿性環境下工作，避免了質子交換膜燃料電池的缺陷和不足，譬如，燃料電池所使用的燃料（H₂或CH₃OH等）在堿性條件下更容易被氧化，可以采用廉價的非Pt催化劑如Ag、Fe、Ni、Co等，降低了燃料電池的成本。此外多數材料在堿性環境下的耐腐蝕性能遠遠優于在酸性環境下的耐腐蝕性能，而且在堿性體系下，OH^-由陰極向陽極移動，也極大減輕了以醇類作燃料時的滲透問題。陰離子交換膜是一種選擇性透過的功能高分子膜，是陰離子交換膜燃料電池的關鍵材料之一，被視為陰離子交換膜燃料電池的核心，而現已報道的陰離子交換膜材料制備復雜，價格高，膜在堿性環境中穩定性不好，離子電導率不高。

聚芳醚因其卓越的熱穩定性、機械性能、耐腐蝕性能，在燃料電池應用領域受到廣泛關注，是制備陰離子交換膜的優良母體材料。現已開發的堿性聚芳醚離聚物由于親水相和疏水相的互相混雜，導致阻醇性能下降，工作環境的長期化學穩定性降低，同時導致離子電導率下降。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的之一在于提供一種具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物，該聚合物具有高的阻醇性、高溫保濕能力、良好化學穩定性和熱穩定性。

本發明的目的之二在于提供上述具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物的制備方法。

本發明的目的之三在于提供上述具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物的應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物，其分子結構中包含長序列親水鏈段和長序列疏水鏈段，其分子結構式如下：

其中m=8～100的整數，n=8～100的整數;R為H、或

選自（a）~(f)中的任一種：

選自I~IV中的任一種：

所述的具有微相分離結構的堿性聚芳醚離聚物的制備方法，包括以下步驟：

（1）將二（4,4’-羥基苯基）二苯基甲烷與具有Ar₁結構的二鹵單體以(m+1):m的摩爾比投料，在氮氣保護以及1.5m～2m摩爾量的無水碳酸鉀和甲苯存在下，于極性非質子溶劑里，先在140～150℃反應3～6小時，由甲苯帶出反應過程生成的水，然后繼續升溫到180℃~200℃反應12小時，然后加入5%（m+1）摩爾量的二（4,4’-羥基苯基）二苯基甲烷，繼續在180℃~200℃反應3小時，至反應體系冷卻，反應液在1:1（v/v）的甲醇/3%濃鹽酸溶液里沉淀，過濾，收集粗產物并干燥，然后用氯仿溶解，用硅藻土過濾，在甲醇中沉淀，過濾收集產物并干燥，即得到親水鏈段；

所述具有Ar₁結構的二鹵單體的結構式為（a1）~(f1)中的任一種；

其中，X為Cl或F；

所述親水鏈段具有以下結構：