含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮、制備方法及其應(yīng)用，屬于高分子材料領(lǐng)域。本發(fā)明是首先通過親核縮聚反應(yīng)，以三官能團(tuán)的1,3,5-三氟苯羰基苯作為支化單元，制備不同磺化度以及不同支化度的含丙烯基支化磺化聚芳醚酮，隨后將苯并噁唑環(huán)引入到聚合物的側(cè)基位置。本發(fā)明的含苯并噁唑環(huán)側(cè)基支化磺化聚芳醚酮聚合物膜具有較好的尺寸穩(wěn)定性、較低的甲醇滲透性和較高的氧化穩(wěn)定性及良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率，能夠滿足材料作為燃料電池質(zhì)子交換膜的要求。
【專利說明】含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于燃料電池質(zhì)子交換膜材料的含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，由于采用高分子膜材料作為固態(tài)電解質(zhì)，因而具有低溫啟動(dòng)、無電解液泄露、能量轉(zhuǎn)化率高、壽命長(zhǎng)、低污染等優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的最有希望成為軍事、電動(dòng)汽車、航天等領(lǐng)域的首選電源。作為PEMFC的核心部件，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作受到廣泛的關(guān)注。
[0003]聚芳醚酮由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致其具有高的濕熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能。將磺酸基團(tuán)引入到聚芳醚酮的主鏈中既可以保持聚芳醚酮的優(yōu)異特性，又可以使其具有一定的傳導(dǎo)性。因此磺化聚芳醚酮被看作最具潛力并有可能取代全氟磺酸膜(Nafion)的質(zhì)子交換膜材料。
[0004]但是高磺化度的磺化聚芳醚酮材料遇水溶脹嚴(yán)重，使得材料的機(jī)械性能降低，抗氧化穩(wěn)定性降低，燃料透過率增大，大大降低了膜材料的壽命。因此，為了滿足實(shí)際應(yīng)用需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了將苯并噁唑環(huán)和支化結(jié)構(gòu)引入到聚合物的結(jié)構(gòu)中，有效提高材料的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能、抗氧化穩(wěn)定性，大大降低了材料的燃料的透過率，進(jìn)而提升材料的綜合應(yīng)用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是從分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)出發(fā)，通過設(shè)計(jì)、優(yōu)化化學(xué)結(jié)構(gòu)，制備了含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮共聚物，并且提供了該類型材料在質(zhì)子交換膜材料方面的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明所得到的含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮共聚物是由以下五種結(jié)構(gòu)單體以單醚鍵連接構(gòu)成，如下所示:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮，其特征在于:是由以下五種結(jié)構(gòu)單體以單醚鍵連接構(gòu)成，
2.含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮的制備方法，其步驟如下: 1)在反應(yīng)容器中，加入amol雙酹單體，b mol 二烯丙基雙酹A, c mo I的4，4’ -二氟二苯酮，d mo I的3，3’ - 二磺酸鈉_4，4’ - 二氟二苯酮，e mo I的支化單體，以1.05 (a+b)mol~1.2(a+b)mol的碳酸鉀為成鹽劑，以二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜或環(huán)丁砜為溶劑，以甲苯為帶水劑，反應(yīng)體系固含量為15%~30% ;在120°C~140°C帶水3~6小時(shí)，然后蒸出甲苯，再升溫至140°C~180°C繼續(xù)反應(yīng)6~10小時(shí)；反應(yīng)完全后將混合物倒入蒸餾水或丙酮中，得到淡黃色條狀固體，粉碎成細(xì)粉后，用丙酮洗滌3~5次，再用蒸餾水洗滌3~5次；最后在60°C~80°C烘干，即得到含烯丙基支化磺化聚芳醚酮材料； 2)在反應(yīng)容器中，加入上一步驟中得到的支化磺化聚芳醚酮材料，mmol的苯并噁唑單體，以5%。!!!~20%。!!！ mol過氧化二苯甲酰為催化劑，以二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜或環(huán)丁砜為溶劑，反應(yīng)體系固含量為20%~30% ;在60~80°C反應(yīng)5~8小時(shí)，隨后升溫100°C~130°C繼續(xù)反應(yīng)3~6小時(shí)；反應(yīng)完全后將混合物導(dǎo)入蒸餾水或丙酮中，得到的淡黃色條狀固體粉碎成細(xì)粉后，用丙酮洗滌3~5次，再用蒸餾水洗滌3~5次；最后在烘箱中40°C~60°C烘干，即得到含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮材料；
在上述步驟中，a+b=c+d+e,且 a > O, d > O, 2 > 2d/ (c+d+e) > O, 0.2 (a+b) > e >`O, 0.2 > e/ (c+d+e) > 0, 2b ^ m > 0, 2 ^ m/ (a+b) > 0。
3.如權(quán)利要求2所述的含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮的制備方法，其特征在于:雙酚單體為四甲基聯(lián)苯二酚、六氟雙酚A、雙酚A、三氟甲基苯基對(duì)苯二酚或二烯丙基雙酚A，支化單體為1，3，5-三氟苯羰基苯，苯并噁唑單體為巰基苯并噁唑。
4.權(quán)利要求1所述的含苯并噁唑環(huán)側(cè)基的支化磺化聚芳醚酮在用于燃料電池質(zhì)子交換膜方面的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C08G65/48GK103642032SQ201310571321
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王策, 李野, 劉新才, 王喜濤, 謝敏, 梁源 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)