[發(fā)明專利]側(cè)鏈型聚苯醚酮/砜聚合物膜

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611165805.7
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN108219136A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何斌;吳聰聰;李欣澤;張軒
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08G75/23
• 分類號: C08G75/23;H01M8/1027
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國

本發(fā)明公開了一種側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜聚合物膜及其合成方法，屬于氫氧及甲醇燃料電池的領(lǐng)域。合成方法如下：（1）親核縮聚反應(yīng)合成高分子聚合物；（2）去甲基化反應(yīng)生成酚羥基型聚合物；（3）后磺化反應(yīng)引入側(cè)鏈型磺酸基團。本發(fā)明制得的質(zhì)子交換膜具有較好的機械強度和化學穩(wěn)定性，合成工藝簡單，磺化度穩(wěn)定，燃料電池性能優(yōu)異等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜聚合物膜及其合成方法。

背景技術(shù)

能源短缺、環(huán)境污染已成為全球日益關(guān)注的問題，隨著人類對能源需求的日益增長，能源短缺問題亟待解決。燃料電池可以將化學能轉(zhuǎn)化為熱能，是具有應(yīng)用前景的清潔能源。質(zhì)子交換膜作為燃料電池關(guān)鍵部件，直接影響到燃料電池的性能，其開發(fā)具有關(guān)鍵意義。磺化型質(zhì)子交換膜在燃料電池、氯堿工業(yè)、膜分離技術(shù)和航空航天技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的用途。

目前被廣泛采用的是杜邦公司的Nafion膜。雖然全氟磺酸膜作為商品化的產(chǎn)品具有許多優(yōu)點，但是高昂的制備工藝，以及較高的甲醇透過率限制了Nafion膜的推廣與運用，并且它含有環(huán)境污染程度大的氟元素，還對重金屬催化劑的依賴性很高，導致其成本大大增加。磺化聚芳醚砜具有良好的熱穩(wěn)定性和較好的質(zhì)子傳導性，但是大多數(shù)磺化聚芳醚砜都是無歸共聚體系的，要想將電導率控制在一個較高的水平上，就要提高IEC，尺寸穩(wěn)定性收到挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的主鏈型磺化聚芳醚類聚合物的磺酸基團受限于聚合物的主鏈,很難形成像Nafion膜那樣顯著的親疏水微相分離結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜聚合物及其合成方法。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜(SPPEK)聚合物膜，其結(jié)構(gòu)式如下：

其中，-Ar₁-代表

-Ar₂-代表

其中，-R＝-H或-OCH₃；

-Ar₃-代表,

-P代表l＝1-10；

m+n＝1,m,n大于0。

上述結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜聚合物膜的合成方法，包括如下步驟：

(1)利用前驅(qū)體Ar₁、Ar₂和Ar₃在120～160℃下脫水，再在150～200℃下縮聚反應(yīng)得到化合物A；

(2)將化合物A在冰浴條件下利用去甲基化試劑去甲基化得到化合物B；

(3)最后在100～150℃條件下將去化合物B與溴代烷烴磺化鈉鹽前驅(qū)體混合反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。

進一步的，步驟(1)中，脫水反應(yīng)時間為2～3h，縮聚反應(yīng)時間為6～8h，前驅(qū)體Ar₁、Ar₂和Ar₃的摩爾量關(guān)系為n_Ar1+n_Ar2＝n_Ar3。

進一步的，步驟(2)中，冰浴反應(yīng)時間為1～10h，去甲基化試劑包括稀硫酸、稀鹽酸、二甲基溴化硼和三氯化鋁中任意一種。

進一步的，步驟(3)中，反應(yīng)時間為1～10h。

進一步的，步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)中的反應(yīng)還需在溶劑下進行，所述的溶劑選自DMF、DMAc、NMP、DMSO中的一種或多種。

上述結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈型磺化聚苯醚酮/砜聚合物膜在燃料電池質(zhì)子交換膜中應(yīng)用。