[发明专利]二氟取代磺化单体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二氟取代磺化单体及其制备方法。

背景技术

随着生活条件的日益改善，人们对能源的需求量逐渐增加。由于世界各国的能源储备非常有限，因此科技工作者们纷纷把目光投向了新能源的开发和利用，诸如光伏电池、燃料电池等。在聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)中，质子交换膜是其关键部件，它起着阻隔燃料、传导质子的作用。电池的输出功率、效率、使用寿命和成本都与所使用的质子交换膜密切相关，而质子交换膜性能取决于所用磺化聚合物。

目前，燃料电池用磺化聚合物的合成有两种方法，一种是通过磺化单体聚合反应得到，另一种是通过聚合物后磺化反应得到。然而聚合物后磺化得到的磺化聚合物存在缺陷，例如磺化度不能有效控制以及磺化过程中聚合物的降解，因此需要开发新型磺化单体。通过磺化单体聚合反应制备的磺化聚合物有两种类型，即主链型磺化聚合物和侧链型磺化聚合物。相对于主链型磺化聚合物而言，侧链型磺化聚合物具有明显的相分离结构，从而使得磺化聚合物性能优异。然而用于制备侧链型磺化聚合物的磺化单体类型较少，因此开发制备新型高性能磺化聚合物用侧链磺化单体受到国内外研究者的广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种二氟取代磺化单体，以及该磺化单体的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：上述二氟取代磺化单体的结构式如下所示：

其中，n为1或2，R为Na或K。

上述二氟取代磺化单体的合成路线如下：

具体合成步骤如下：

(1)制备化合物a

在氮气保护下，将镁粉、3,5-二甲氧基苄溴在-10℃反应，得到格氏试剂，然后加入2,6-二氟苯腈，室温反应7～10小时，用盐酸水解，分离纯化产物，得到化合物a。

(2)制备化合物b

以溴化铜为氧化剂，将化合物a在75℃下氧化，得到化合物b。

(3)制备化合物c

将化合物b、氢溴酸在冰乙酸中回流反应8～12小时，分离纯化产物，得到化合物c。

(4)制备二氟取代磺化单体

将化合物c、1,4-丁磺酸内酯或1,3-丙磺酸内酯、碱在无水乙醇中回流反应5～7小时，分离纯化产物，得到二氟取代磺化单体。

上述步骤(1)中，优选3,5-二甲氧基苄溴、镁粉、2,6-二氟苯腈的摩尔比为1:1.5:0.9。

上述步骤(2)中，优选化合物a与溴化铜的摩尔比为1:1.5。

上述步骤(4)中，优选化合物c、1,4-丁磺酸内酯或1,3-丙磺酸内酯、碱的摩尔比为1:3:4。

上述的碱优选氢氧化钠、碳酸钾、氢氧化钾、叔丁醇钾中的任意一种。

在本发明化合物a和b的制备过程中，由于向苄溴中引入了两个甲氧基，使得格氏试剂的亲核加成反应和其后的氧化反应条件相当复杂，我们基于前期专利(申请号：201010213538.2，发明名称为2,6-二氟苯偶酰及其制备方法和应用)的研究经验，经过大量实验条件摸索，通过改进实验方案，从而成功的制备出化合物a和b。

本发明的二氟取代磺化单体具有可聚合的二氟基团和亲水的磺酸基团，并含有可交联的偶酰官能团，可与其他单体聚合(如4,4'-联苯二酚和4,4'-二氟二苯砜)，所得磺化聚合物可用于制备燃料电池用质子交换膜。

附图说明

图1是实施例1制备的二氟取代磺化单体的1H核磁共振图。

图2是实施例1制备的二氟取代磺化单体的红外光谱图。

图3是采用实施例1的二氟取代磺化单体制备的磺化聚合物的1H核磁共振图。

图4是采用实施例1的二氟取代磺化单体制备的磺化聚合物的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

以制备结构式如下的二氟取代磺化单体为例，具体制备方法如下：

1、制备化合物a