[发明专利]含有苯并三氮唑基团的聚醚砜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了式(Ⅰ)所示的含有苯并三氮唑基团的聚醚砜，该含有苯并三氮唑基团的聚醚砜的制备方法是：氮气保护下，在反应器中依次加入4‑羟基苯并三氮唑、含砜基的二氟单体、成盐剂、溶剂和甲苯，搅拌混匀，加热至130℃～150℃反应3～5h，蒸出甲苯，再升温到170℃～190℃反应3～8h，将反应后物料冷至室温，倒入去离子水中沉淀，抽滤，得到的固体物再用甲醇抽提，抽滤得到的固体产物经干燥，即为制得的含有苯并三氮唑基团的聚醚砜。本发明含有苯并三氮唑基团的聚醚砜具有良好的热稳定性和化学稳定性、优良的溶解性能，制成透明的高强度薄膜具有较高的质子传导率，用于高温质子交换膜燃料电池、光电子器件、电极材料等领域。

技术领域

本发明属于高分子化合物及其制备和用途，涉及含有苯并三氮唑基团的聚醚砜及其制备方法和用途。本发明高分子材料—含有苯并三氮唑基团的聚醚砜可以制成透明的高强度薄膜，用于高温质子交换膜(燃料电池)、光电子器件、电极材料等领域。

背景技术

随着人类社会的发展，地球资源的消耗逐步加快，多种不可再生资源都面临着资源匮乏的囧境。所以人们致力于寻找和开发新型资源，质子交换膜燃料电池近几年备受研究者的青睐。质子交换膜燃料电池是将化学能直接转变成电能的能量转换装置，除具有一般燃料电池的能量转化效率高，环境友好的特点外，还具有启动快、工作过程中无电解液流失、电池寿命长、电池中的水容易排除等优点。因此，可以应用于电动汽车、固定发电站的能源。质子交换膜是质子交换膜燃料电池系统中核心部件，起到传导质子、分隔燃料和氧化剂的作用。

目前使用最多的质子交换膜是杜邦公司生产的Nafion膜，Nafion膜具有良好的机械性能、优异的化学稳定性和较高的质子传导率。但是当温度超过80℃时由于失水造成质子传导率下降以及机械性能和化学稳定性差。因此，近年来专家学者们致力于开发质子传导率高、机械性能良好、化学稳定性高且能用于高温环境的质子交换膜。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种含有苯并三氮唑基团的聚醚砜及其制备方法和用途。本发明克服了现有在温度较高的条件下膜的质子传导率比较低、热稳定性较差等缺点；提供一种含有苯并三氮唑基团的聚醚砜，该含有苯并三氮唑基团的聚醚砜用作质子交换膜，在高温下具有较高的质子传导率以及良好的化学稳定性和热稳定性，可满足高温环境中质子交换膜燃料电池的应用要求。

本发明的内容是：含有苯并三氮唑基团的聚醚砜，其特征是：该含有苯并三氮唑基团的聚醚砜具有式(Ⅰ)所示的化学结构式：

式(Ⅰ)中：

本发明(制备的)含有苯并三氮唑基团的聚醚砜(聚合物)重复单元排列状态为芳香亲核取代共缩聚，分子链呈“Z”字型排列，分子量分布较为均匀(重均分子量M_w为196500～342700)，玻璃化转变温度较高(T_g240℃)，同时具有良好的热稳定性和溶解性能(T_D5％450℃，能溶解于常用有机溶剂二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和环丁砜中)，既可以实现熔融加工成型，也可实现溶液加工成型，成型方式的多样化拓宽了该类聚合物的应用领域；此外，聚合物主链中成功引入既可作为质子供体又可作为质子受体的两性三氮唑基团，使其成为质子交换膜中质子传输的主要通道，含有苯并三氮唑基团的聚醚砜具有比较高的质子传导率；并且三氮唑基团较高的氮含量也赋予了聚合物较高的热稳定性，从而使该聚醚砜质子交换膜可以应用在高温环境下的质子交换膜燃料电池中。

本发明的另一内容是：含有苯并三氮唑基团的聚醚砜制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：按10mmol含砜基的二氟单体、10mmol 4-羟基苯并三氮唑、20～80mmol成盐剂、10～30mL溶剂、以及2～6mL(带水剂)甲苯的配比取各组分原料，备用；