[发明专利]一种含磺酸基的二酚化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含磺酸基的二酚化合物，具体为一种含磺酸基的二酚 化合物及其制备方法。

背景技术

质子交换膜作为燃料电池中的重要组成部分，一直以来都是相关领域的 研究热点。全氟磺酸型质子交换膜是目前综合性能最好的质子交换膜，并已 实现商业化，如：美国DuPont公司的Nafion膜、美国Dow化学公司的Dow 膜、日本Asahi公司的Aciplex膜及日本AsahiGlass公司的Flemion膜。全 氟磺酸膜具有良好的性能，但是其也存在价格昂贵，使用温度低及甲醇渗漏 率高等不足(ProgressinPolymerScience，25(2000)1463-1502)。因此开发 高效、低成本、环境友好的新型质子交换膜材料是燃料电池技术亟待解决的 关键问题。

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，如聚醚醚酮(PEEK)，聚醚砜(PEES) 及它们的衍生材料，已成为了很多研究的焦点，关于这些材料的合成了也已 经被广泛报道。但现有的传统磺化芳香主链聚合物(即：磺酸基位于聚合物 主链上)膜材料的综合性能很难达到Nafion类氟磺酸膜的水平，要达到高的 质子传导率就必须要引入足够多的磺酸基团，这将导致膜的水溶胀性过大， 进而降低膜材料的尺寸稳定性和物理机械性能。而如果磺酸基团连接在聚合 物侧链上，则有利于聚合物形成更稳固的内部相形态，减小聚合物的水溶胀， 且提高质子传导能力。因此有关侧链型磺化芳香聚合物的研究也受到重视， 此类研究多从单体分子设计角度出发，将具有磺酸基团的侧基引入聚合所需 单体之后，再实施聚合，从而获得侧链型磺化芳香聚合物质子交换膜材料 (CN201210447949.7，CN201310713704.9)。现有技术多是先在聚合物主链 上引入具有活性点的结构单元，然后利用这些活性点进行接枝，从而将侧链 引入。这样合成出来的侧链型磺化芳香聚合物的缺点是，侧链的位置数量可 能是不固定的；且聚合物主链上的活性点很难全部消耗，残留的部分对于后 续的成膜及在燃料电池中的应用都会有影响。

发明内容

为了克服传统磺化芳香主链聚合物质子交换膜材料的不足，获得新型侧 链型磺化芳香聚合物质子交换膜材料，本发明提供一种侧链含磺酸基的二酚 化合物及其制备方法，该化合物可作为单体与二卤化物等进行聚合，从而获 得链型磺化芳香聚合物及其质子交换膜材料。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种含磺酸基的二酚化合物，其结构如通式(M1)式所示：

在通式(M1)中，R为酮基、砜基、亚甲基、直接键合、-PO(R¹)-、 -(CF₂)_f-(f为1～5的整数)、-C(CH₃)₂-或-C(CF₃)₂-中的一种；其中， R¹为C1-C6的烃基、C3～C10的环烷基、C2～C6的链烯基、C3～C6的环烯 基、C1-C6的烃氧基、芳基或芳基取代的亚烷基中的至少一种；n为大于等于 1的整数；M为金属阳离子或者铵阳离子。

从化学角度出发，R优选为酮基、砜基、亚甲基、直接键合、-C(CH₃)₂- 或-C(CF₃)₂-中的一种；从结构稳定性方面考虑，R进一步优选为酮基、砜 基或直接键合中的一种。

从原料的获得难易程度考虑，n优选为大于等于1且小于等于12的整数； 从含磺酸基的二酚化合物的反应活性，即低空间位阻反应活性高的观点出发， n进一步优选为大于等于1且小于等于6的整数。

M为金属阳离子或者铵阳离子。其中所述金属阳离子中的金属优选为： 钠、钾、铝、镁、钙、铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、银、铂、钌、铑、 钯、锇、钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒、钛、铟、铊、锗、硒或碲中的至少 一种，从原料价格及获得难易程度等因素考虑，所述金属阳离子中的金属进 一步优选为：钠或钾的一种。

本发明的另一目的是提供上述含磺酸基的二酚化合物的制备方法。

所述含磺酸基的二酚化合物的方法，至少包括下述(1)～(3)的步骤：