[發(fā)明專利]一種側鏈含季銨基團的聚苯并咪唑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310025225.8
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103214673A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 徐銅文;張正輝
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C08G73/18
• 分類號: C08G73/18;C08L79/04;H01M8/02;H01M8/10;H01M2/16
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發(fā)明涉及聚合物及其制備領域，尤其涉及一種側鏈含季銨基團的聚苯并咪唑及其制備方法。?

背景技術

陰離子交換膜是一種膜體固定帶有正電荷離子基團，可選擇透過陰離子的膜狀材料，其具有優(yōu)異的離子選擇性和機械性能，近年來在電解、燃料電池等多個領域中得到廣泛研究和應用。?

陰離子交換膜通常是由含季銨基團的聚合物制備。從結構上來說，傳統(tǒng)的陰離子交換膜所含的季銨基團為芐基型季銨基團如最常用的芐基三甲基季銨基團，但是這種陰離子交換膜中的芐基型季銨基團的耐堿性不夠，無法滿足堿性燃料電池工作環(huán)境下的長期使用要求（J.R.Varcoe?and?R.C.T.Slade,FuelCells,2005,5,187-200.），這也是目前限制堿性陰離子交換膜燃料電池發(fā)展的一個瓶頸性問題。從合成方法上來說，傳統(tǒng)的含季銨基團的聚合物通常需要先合成聚合物主鏈，然后對所述聚合物主鏈上的芳基進行氯甲基化，然后再與三級銨反應將芐基氯轉化為季銨基團，不僅步驟復雜而且季銨基團的引入量難于準確控制，另外氯甲基化過程中通常還需使用具有致癌性的氯甲醚試劑。?

聚苯并咪唑中的苯并咪唑結構具有很強的耐堿性，同時能與季銨基團產(chǎn)生離子相互作用，使得聚苯并咪唑基陰離子交換膜具有高的耐溶脹性。但是目前文獻中報道的含季銨基團的聚苯并咪唑中的季銨基團為苯并咪唑型季銨基團（Owen?D.Thomas,Kristen?J.W.Y.Soo,Timothy?J.Peckham,Mahesh?P.Kulkarni?and?Steven?Holdcroft,PolymerChemistry,2011,2,1641-1643;Dirk?Henkensmeier,Hyoung-Juhn?Kim,Hye-Jin?Lee,Dong?Hoon?Lee,In-Hwan?Oh,Seong-Ahn?Hong,Suk-Woo?Nam,Tae-Hoon?Lim,Macromolecular?Materials?and?Engineering,2011,296,899-908.），如下式所示：?

但是這種苯并咪唑型季銨基團的耐堿性很差，很容易在堿性溶液中降解。?

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種側鏈含季銨基團的聚苯并咪唑及其制備方法，所述聚苯并咪唑的季銨基團與苯并咪唑基團的含量可控，這種聚合物能夠用于制備電導率高、耐堿性好、機械性能好、價格低廉的陰離子交換膜。?

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了一種式I所示的側鏈含季銨基團的聚苯并咪唑：?

式I?

其中x=0.01～0.99;n為1~400；其中Q為季銨基團；p為3、4、5或6；A_j1、A_j2分別為二元羧酸形成的取代基中的一種或多種；A_k為二苯并咪唑化合物形成的取代基中的一種或多種。?

優(yōu)選的，所述季銨基團為式II、式III或式IV所示的取代基：?

式II?????式III?????式IV?

其中T為帶-1價電荷的陰離子。?

優(yōu)選的，所述帶-1價電荷的陰離子為Cl^-、Br^-或I^-。?

優(yōu)選的，所述二元羧酸形成的取代基式1~式13所示的取代基中的一種或多種：?

式1??????式2??????式3?

式4??????式5?

式6??????式7??????式8?

式9??????式10??????式11?

式12??????式13?

其中，W為式a~式i所示的取代基：?

式a????式b????式c????式d?

式e????式f????式g????式h????式i?

qa為4～12的整數(shù)；qb為1～5的整數(shù)；qc為1～6的整數(shù)；qd為1～10的整數(shù)；qe為1～3的整數(shù)；qf為2～12的整數(shù)；qg為2～10的整數(shù)。?

優(yōu)選的，所述二苯并咪唑化合物形成的取代基為式14~式18所示的取代基中的一種或多種：?

式14?

式15?

式16?