[发明专利]多磺酸基取代化合物的纯化工艺

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种多磺酸基取代化合物的纯化方法。 

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，即PEMFC)是以氢气/氧气为燃料和氧化剂的高效、低污染的发电装置。PEMFC主体由质子交换膜，催化剂pt、集流板和冷却板等组成。质子交换膜作为PEMFC的关键部件，它起着隔离燃料和氧化剂、以及传导质子的作用，它的性能决定着燃料电池的性能。 

全芳香类聚合物，因其具有良好的可用性、加工性、化学组成的多样性及在燃料电池工作环境下可预期的稳定性，而被认为是最有前途的高性能的质子交换膜之一。特别是聚芳醚酮，如磺化聚醚醚酮（SPEEK），磺化聚醚砜（SPEES）及它们的衍生材料，已成为质子交换膜材料研究的焦点。 

由于聚合法获得聚合物的磺化度直接受单体磺化程度的影响，即单体的磺酸基团含量越高所获得聚合物的磺化程度就越高。所以，作为制备SPEEK和SPEES材料的单体—多磺酸基取代的芳基化合物的研究也引起了广泛的重视。目前4，4’-二氟-3，3’-二磺酸二苯甲酮钠盐，1，3-二（3-磺酸钠基-4-氟苯）甲酰基苯和3,3’-二磺酸-4,4’-二氯二苯砜钠盐分别是用于 SPEEK和SPEES直接聚合的主要单体： 

结构A：4，4’-二氟-3，3’-二磺酸二苯甲酮钠盐： 

结构B：1，3-二（3-磺酸钠基-4-氟苯）甲酰基苯： 

结构C：3,3’-二磺酸-4,4’-二氯二苯砜钠盐： 

目前报道的单体A，B和C或其相类似结构，在后处理中主要的方式有：（1）盐析方法（1，3-二（3-磺酸钠基-4-氟苯甲酰基苯、共聚物及合成方法，CN1654454；含两个磺酸基（盐）结构的4,4’-二取代基二苯砜及其制备方法，CN1470505）。盐析方法主要利用磺化单体在NaCl溶液中溶解性降低的原理将单体与无机盐分离。一方面，对于溶解性更强的多磺酸基取代化合物4，4’-二氟-3，3’,5，5’-四磺酸钠二苯甲酮（PCT/CN2012/081062）使用盐析法会造成磺化单体不析出，从而无法实现完全分离。此外，氯化钠的加入量及盐析次数都存在不确定性，并且在最终产物中残留的无机盐的量无法控制。（2）使用二甲亚砜除去硫酸钠的方法（CN101717354），该方法的是 利用磺化单体和硫酸钠在DMSO的溶解性不同，进而分离和除硫酸钠的方法。但是，一方面硫酸钠在DMSO中有一定的溶解度，也会造成一定量的无机硫酸盐残留；另一方面该方法中由于使用DMSO属高沸点溶剂，完全除去的条件苛刻，不完全去除会影响后续纯化操作。 

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种多磺酸基取代化合物的纯化方法，通过色谱柱法和重结晶法将多磺酸基取代化合物粗产品进行纯化，最终得到高纯度的多磺酸基取代化合物。 

多磺酸基取代化合物具有易潮解、极性大等特点。除在水及DMSO(二甲基亚砜)具有一定溶解性外，在多数常规有机溶剂（如甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿、或乙酸乙酯等）中溶解性差。因此，在后处理过程中，采用萃取-洗涤等液液两相分离磺化单体和无机盐的方法是不可行的。经过发明人研究发现，尽管多磺酸基取代化合物有着很强的极性，但其在硅胶和中性氧化铝的色谱板上与无机盐及部分有机杂质有较好的分离效果。因此，本发明通过将多磺酸基取代化合物粗产品经色谱柱法和重结晶法纯化，最终得到高纯度单一多磺酸基取代化合物方法，所述多磺酸基取代化合物，其结构如（M1）所示： 

在通式（M1）中，X为酮基、砜基、直接键合、-PO（R¹）-（R¹为任意的有机基团）、-（CF₂）_f-（f为1～5的整数）或-C（CF₃）₂-中的一种；Y为 F、Cl、Br或I中的至少一种；m为1或者2；n为0、1或者2；M为金属阳离子或者铵阳离子。