一類含芴基和三氟甲基結(jié)構(gòu)磺化聚芳酰胺及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同時(shí)含芴基和三氟甲基結(jié)構(gòu)磺化聚芳酰胺，其制備方法為：將含芴基結(jié)構(gòu)的磺化二胺單體、含三氟甲基結(jié)構(gòu)的芳香二胺單體和芳香二酸加入有機(jī)溶劑中，在催化劑和增溶劑作用下，于100～130℃縮聚4～8h得到纖維狀的聚合物，進(jìn)一步經(jīng)酸溶液交換即可得到磺化聚芳酰胺聚合物。該類磺化聚芳酰胺具有良好的成膜性，所制聚合物薄膜具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐化學(xué)氧化性能以及較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率，可作為燃料電池用質(zhì)子交換膜材料。
【專利說(shuō)明】一類含芴基和三氟甲基結(jié)構(gòu)磺化聚芳酰胺及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬芳香型磺化聚合物及其制備領(lǐng)域，特別涉及一類同時(shí)含有芴基和三氟甲 基結(jié)構(gòu)的磺化聚芳酰胺聚合物及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)子交換膜燃料電池是近年來(lái)發(fā)展很快的一種新能源電池，具有啟動(dòng)快、能量密 度高、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，可應(yīng)用于交通工具、固定電站、便攜式電源等領(lǐng)域。質(zhì)子交換膜是質(zhì) 子交換膜燃料電池中的關(guān)鍵性技術(shù)材料，在燃料電池中起著傳導(dǎo)質(zhì)子、阻隔燃料的重要作 用，其性能直接影響燃料電池的綜合性能。目前商品化的質(zhì)子交換膜主要為脂肪族全氟磺 酸類聚合物膜，該類質(zhì)子交換膜存在合成制備工藝復(fù)雜、成本高、燃料滲透率高和使用溫度 較低等不足，因此開(kāi)發(fā)新型高性能質(zhì)子交換膜材料具有重要的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意 義。
[0003] 芳香型磺化聚合物由于具有良好的熱性能、機(jī)械性能、分子結(jié)構(gòu)易于設(shè)計(jì)，被認(rèn)為 是一類有可能替代商品化脂肪族全氟磺酸類膜的質(zhì)子交換膜材料。近年來(lái)已報(bào)道的芳香型 磺化聚合物主要有磺化聚芳醚酮、磺化聚芳醚砜和磺化聚酰亞胺。這類芳香型磺化聚合物 在離子交換容量大于I. 5mmol/g后，通常都會(huì)存在較大的溶脹和尺寸形變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明專利旨在改善芳香型磺化聚合物的尺寸穩(wěn)定性，提供了一類同時(shí)含有芴基 和三氟甲基結(jié)構(gòu)磺化聚芳酰胺及其制備方法；通過(guò)引入剛性的芴基和疏水性的三氟甲基結(jié) 構(gòu)，有效的改善了聚合物的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)利用該類磺化聚合物所制薄膜還具有良好的 耐化學(xué)氧化性能和較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率，可作為燃料電池用質(zhì)子交換膜材料。
[0005] 本發(fā)明提供了一類同時(shí)含有芴基和三氟甲基結(jié)構(gòu)磺化聚芳酰胺聚合物膜材料，其 結(jié)構(gòu)式為：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 一類磺化聚芳酰胺，其特征在于：所述的磺化聚芳酰胺同時(shí)含有芴基和三氟甲基結(jié) 構(gòu)，其結(jié)構(gòu)式為
;其中磺化結(jié)構(gòu)單元的含量X=O. 5?0. 7,非磺化結(jié)構(gòu)單元的含量（I-X) =0. 3?0. 5， 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元η= 30?60。
2. 如權(quán)利要求1所述的磺化聚芳酰胺的制備方法，其特征在于：所述的制備方法的步 驟為， 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將〇. 5?0. 7摩爾份的含芴基結(jié)構(gòu)的磺化二胺單體、0. 3?0. 5摩爾份的 含三氟甲基結(jié)構(gòu)的非磺化芳香二胺單體和1摩爾份的芳香二酸單體溶于有機(jī)溶劑中，在催 化劑和增溶劑作用下于100?130°C共縮聚反應(yīng)4?8h后，將反應(yīng)物倒入乙醇中，得到纖維 狀聚合物；進(jìn)一步將所得聚合物放入lmol/L的酸性溶液中交換12?24h，即得到含有芴基 和三氟甲基結(jié)構(gòu)的磺化聚芳酰胺聚合物。
3. 如權(quán)利要求2所述的磺化聚芳酰胺的制備方法，其特征在于：所述的含芴基結(jié)構(gòu) 的磺化二胺單體為9, 9-雙（4-胺基苯基）芴-2, 7-二磺酸；所述的含三氟甲基結(jié)構(gòu)的非 磺化芳香二胺單體為1,4-雙（4-胺基-2-三氟甲基苯氧基）苯；所述的芳香二酸單體為 4, 4' -二苯醚二酸。
4. 如權(quán)利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制備方法，其特征在于：所述的溶劑為N，N-二 甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮，溶劑的質(zhì)量為9, 9-雙（4-胺基苯基）芴-2, 7-二磺酸、 1，4_雙（4-胺基-2-三氟甲基苯氧基）苯和4, 4' -二苯醚二酸三種單體質(zhì)量和的4?9 倍。
5. 如權(quán)利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制備方法，其特征在于：所述的催化劑為亞磷 酸三苯酯和吡啶，其中，亞磷酸三苯酯和吡啶的用量均為4, 4'-二苯醚二酸物質(zhì)量的2?4 倍。
6. 如權(quán)利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制備方法，其特征在于：所述的增溶劑為三乙 胺和無(wú)水氯化鈣，其中，三乙胺的用量為4, 4' -二苯醚二酸物質(zhì)的量的2?4倍，氯化鈣的 用量為4, 4' -二苯醚二酸物質(zhì)的量的1?3倍。
【文檔編號(hào)】C08K3/16GK104311819SQ201410554639
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】汪稱意, 沈斌, 張海文, 陳文濤, 徐常, 李堅(jiān), 任強(qiáng) 申請(qǐng)人:常州大學(xué)