[發明專利]一種含哌啶叔胺基團的聚合物、陰離子交換聚合物及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010070173.6
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111269401A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 汪瀛;莊林;袁中直;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州市億緯新能源研究院
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;B01J41/13
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種含哌啶叔胺基團的聚合物、陰離子交換聚合物及其制備方法和應用，所述含哌啶叔胺基團的聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴類結構單元，以及式(3’A)所示的哌啶叔胺類結構單元；所述陰離子交換聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴類結構單元，以及式(3A)所示的哌啶季銨類結構單元。本發明提供的含哌啶叔胺基團的聚合物和陰離子交換聚合物在主鏈化學結構上包含芴類基團，使得材料具有優異的機械強度，且主鏈上苯環的扭曲性和轉動性弱，聚合物成膜后的微觀結構規整度較高，從而具有良好的主鏈穩定性。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種含哌啶叔胺基團的聚合物、陰離子交換聚合物及其制備方法和應用。

背景技術

氫能具有環保、物質來源廣泛等優點，在新能源產業中占據重要地位。目前，基于質子交換膜的燃料電池和水電解器是用氫和產氫環節的重要裝置，全氟磺酸聚合物是其中的核心材料。全氟磺酸聚合物的成本高昂，且其強酸性環境導致必須使用鉑等貴金屬作催化劑，限制上述裝置的大規模應用，不利于氫能產業的發展。陰離子交換聚合物的材料成本低廉，可作為堿性聚合物電解質應用于燃料電池和水電解器，堿性條件下可使用非貴金屬材料作為催化劑，能夠有效降低燃料電池和水電解器的成本，有利于氫能產業的迅速發展。除氫能利用外，陰離子交換聚合物還可應用于水處理和電滲析等，上述領域均對高性能的陰離子交換聚合物提出了迫切需求。

離子電導率、化學穩定性和機械性能是陰離子交換聚合物的關鍵性質，直接影響燃料電池和水電解器等裝置的能量轉化效率和壽命性能。目前，已有較多類型的陰離子交換聚合物在80℃下的OH^-電導率超過100mS/cm(J.Pan,et al.Energy Environ.Sci.,2014,7,354)，能夠滿足應用需求。但在高溫強堿條件下的化學穩定性和機械強度等方面，陰離子交換聚合物的性能仍有待進一步提升(M.G.Marino,K.D.Kreuer.ChemSusChem.2014,7,1)。

專利CN107910576A公開了一類高化學穩定性的陰離子聚合物膜的制備方法，采用芳基類單體與N-烷基-4-哌啶酮共聚后得到主鏈不含醚鍵的聚合產物，而后使用鹵代烷烴進行季銨化反應制得陰離子交換聚合物。該陰離子交換聚合物的主鏈不含極性基團，且以高化學穩定性的哌啶環作為季銨陽離子，具有良好的化學穩定性。

專利CN109070022A公開了用作氫氧化物交換膜和離聚物的聚(芳基哌啶鎓)聚合物，在芳基類單體和N-烷基-4-哌啶酮的基礎上，加入三氟苯乙酮類單體共聚得到主鏈不含醚鍵的聚合產物，而后使用鹵代烷烴進行季銨化反應制得化學穩定性良好的陰離子交換聚合物。

雖然利用上述專利可獲得化學穩定性良好的陰離子交換聚合物，但是機械強度有待進一步提升。

因此，需要開發一種兼具優異的機械強度、高離子電導率和高化學穩定性的陰離子交換聚合物，從而提升相關電化學裝置的性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種含哌啶叔胺基團的聚合物，所述含哌啶叔胺基團的聚合物兼具優異的機械強度和高化學穩定性。

為達此目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種含哌啶叔胺基團的聚合物，所述含哌啶叔胺基團的聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴類結構單元，以及式(3’A)所示的哌啶叔胺類結構單元；

所述R₁和R₂各自獨立地選自氫、C1-C10(例如C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8或C9等)鏈狀烷基或C3-C10(例如C4、C5、C6、C7、C8或C9等)環烷基中的任意一種；