[發明專利]一種提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的方法

有效

• 申請號: 201710927807.3
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107513167B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 何榮桓;葉妮雅;張登驥;徐一鑫;楊景帥;楊云菲;萬瑞英
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J5/22;C08F212/14;C08F8/44;C08L25/18;C08L71/12;C08L71/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發明屬于膜制備技術領域，提供一種提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的方法，以對乙基苯酚、苯酚、叔丁基鄰苯二酚等酚類阻聚劑的一種或者幾種為自由基抑制劑，采用小分子添加劑法，以自由基抑制劑為小分子，加入堿溶液中，配制成自由基抑制劑?堿溶液；或者采用結構設計法，將自由基抑制劑結構引入陽離子型聚合物中，制備帶有抗自由基功能團的陽離子型聚合物，本發明操作簡單方便，實現簡便有效地提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的目的。

技術領域

本發明屬于膜制備技術領域，具體涉及一種提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的方法。

背景技術

燃料電池由于具有幾乎零排放的優勢而成為新型綠色能源裝置，在緩解能源危機和保護環境方面有很大的發展潛力。堿性燃料電池是燃料電池的一種，以其可以使用非貴金屬催化劑，氧氣在堿性介質中還原動力學活性高等優勢，近幾年得到了較廣泛地研究。堿性燃料電池中的隔膜是其關鍵部件之一，具有阻隔氧化劑與催化劑及傳遞OH^-的作用，常采用陽離子型聚合物制備而成。

用于堿性燃料電池隔膜的陽離子型聚合物，因工作環境是堿性條件，所以對其耐堿性能的要求較高。然而，陽離子型聚合物在堿性條件下，易受OH^-攻擊發生降解，使傳導OH^-的能力變差。

為提高陽離子型聚合物的耐堿穩定性，研究人員對陽離子型聚合物的降解機理進行了研究，總結出季銨型陽離子型聚合物主要有Hofmann消去反應，S_N2反應和形成內鎓鹽等幾種降解方式[J.R.Varcoe,et al.,Energy Environ.Sci.,7(2014)3135]。近年來，也有研究發現季銨型陽離子型聚合物的降解過程中涉及到自由基的降解[R.Espiritu,et al.,J.Mater.Chem.A,5(2017)1248-1267]。根據陽離子型聚合物的降解機理，研究人員通過對聚合物的結構進行設計與優化，提高陽離子型聚合物的耐堿性能。如采用芐基-三甲銨結構作為陽離子傳導基團，使結構中不含有β-H，從而避免了Hofmann消去反應的發生，提高了陽離子型聚合物的耐堿性能[T.Sata,et al.,J.Membr.Sci.,112(1996)161]。研究表明[M.Zhang,et al.,ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)23321]，通過增加陽離子型聚合物中季銨陽離子與主鏈間的距離，亦可提高聚合物的電導率和耐堿穩定性。此外，制備無機有機復合膜，如摻雜高達20wt％的二氧化鋯制備的無機有機復合膜[X.Li et al.,ACSAppl.Mater.Interfaces,5(2013)1414]，具有較好的保水性能，其電導率和耐堿性能也得到了一定程度地提高。

隨著對陽離子型聚合物耐堿性研究的不斷深入，提高陽離子型聚合物耐堿性能的方法也越來越多。但目前采用的對聚合物結構進行設計與優化的合成過程中，對技術要求較高且操作比較繁瑣，如需要無水無氧的實驗條件且需在催化劑存在下來完成；而制備無機有機復合膜則面臨有機無機物的相容性技術難題，而且該方法受無機摻雜量的限制對膜材料耐堿性能的提高有限。因此，尋找一種通用、且能有效地提高陽離子型聚合物耐堿性能的方法是十分必要的。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的方法，以對乙基苯酚、苯酚、叔丁基鄰苯二酚等酚類阻聚劑的一種或者幾種為自由基抑制劑，采用小分子添加劑法，以自由基抑制劑為小分子，加入堿溶液中，配制成自由基抑制劑-堿溶液；或者采用結構設計法，將自由基抑制劑結構引入陽離子型聚合物中，制備帶有抗自由基功能團的陽離子型聚合物，實現簡便有效地提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的目的。

具體技術方案如下：

一種提高陽離子型聚合物耐堿穩定性的方法，以對乙基苯酚、苯酚、叔丁基鄰苯二酚等酚類阻聚劑的一種或者幾種為自由基抑制劑，采用小分子添加劑法，以自由基抑制劑為小分子，加入堿溶液中，配制成自由基抑制劑-堿溶液；或者采用結構設計法，將自由基抑制劑結構引入陽離子型聚合物中，制備帶有抗自由基功能團的陽離子型聚合物。