[发明专利]一种季铵化芳香化合物以及一种含季铵化芳香基团的聚酮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物及其制备方法领域，具体涉及一种季铵化芳香化合物以及一种含季铵化芳香基团的聚酮及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜是一种膜体固定带有正电荷离子基团，可选择透过阴离子的膜状材料，其具有优异的离子选择性和机械性能，近年来在电解、燃料电池等多个领域中得到广泛研究和应用。

阴离子交换膜通常是由含季铵基团的聚合物制备。传统的含季铵基团的聚合物通常需要先对合成聚合物主链，然后对所述聚合物主链上的芳基进行氯甲基化，然后再与三级铵反应将苄基氯转化为季铵基团，不仅步骤复杂而且季铵基团的引入量难于准确控制，另外氯甲基化过程中通常还需使用具有致癌性的氯甲醚试剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种含季铵基团的芳香化合物以及用该化合物作为单体聚合得到的季铵化芳香族聚酮化合物，季铵基团含量可控，这种含季铵化芳香基团的聚合物能够用于制备电导率高、机械性能好、价格低廉的阴离子交换膜。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种如式I所示的季铵化芳香化合物：

式I

其中，Q为季铵基团；p为3、4、5或6。

优选的，所述季铵基团为式II、式III或式IV所示的取代基：

式II    式III    式IV

其中T为带-1价电荷的阴离子。

优选的，所述带-1价电荷的阴离子为Cl^-、Br^-或I^-。更优选为Cl^-、Br^-。

本发明还提供了一种如式I所示的季铵化芳香化合物的制备方法，其特征在于，包括：

将2，2`-二羟基联苯、碳酸钾、季铵化试剂与乙腈混合，发生醚化反应得到式I所示的化合物。

其中所述2，2`-二羟基联苯、碳酸钾、季铵化试剂按摩尔比为(1～2)∶(2～4)∶(2～4)，且所述2，2`-二羟基联苯与乙腈的摩尔/体积比为1∶15；

所述季铵化试剂为Br(CH₂)_pQ；Q为季铵基团；p为3、4、5或6。

按照本发明，所述制备方法具体为：依次将2，2`-二羟基联苯、碳酸钾、季铵化试剂及乙腈加入通氮气的反应瓶中，70～80℃下搅拌反应24小时，过滤，减压蒸馏除去乙腈，所得固体经乙腈重结晶，过滤，真空干燥后即得式I所示的季铵化芳香化合物。按照本发明，所述2，2`-二羟基联苯、碳酸钾、季铵化试剂按摩尔比为(1～2)∶(2～4)∶(2～4)。优选为：1∶2∶2；每摩尔2，2`-二羟基联苯加入15升乙腈；所述的季铵化试剂为Br(CH₂)_pQ。Q为季铵基团，优选不能含有羟基，伯胺或仲胺基团，因为羟基、伯胺或仲胺基团会与羧基反应，影响后面的羧基与芳基的酰基聚合反应；p为3、4、5或6。

按照本发明，所述式I所示的化合物的合成反应式如下：

所述季铵化试剂为Br(CH₂)_pQ；Q为季铵基团；p为3、4、5或6。按照本发明，所述季铵化试剂可以选用Cl(CH₂)_pQ也可以为Br(CH₂)_pQ，在碱性条件下，将季铵化试剂与联苯二酚反应，发生醚化反应，使联苯环上形成含有季铵基团的侧链。

按照本发明，使用式I所示的季铵化芳香化合物作为单体制备侧链含有季铵基团的聚合物，由于单体本身被季铵化，所以季铵基团的数量可控，只要调整单体的用量，就能够控制季铵基团的数量、同时控制分子量。由于单体分子中含有苯环，所以分子量越高，机械性能和耐温性能越好。另外，本发明提供的式I所示的季铵化芳香化合物制备方法简单，使用的原料易得，成本低廉，适合大规模工业化生产。

本发明还提供了一种式V所示的含季铵化芳香基团的聚酮：

式V

其中x＝0.01～1.0；y＝0～0.99；x+y≤1；n为1～220；Q为季铵基团；p为3、4、5或6；A_j1、A_j2分别为二元酸形成的取代基中的一种或多种；A_k为多芳香化合物形成的取代基中的一种或多种；A_i为芳香醚一元酸形成的取代基中的一种或多种。