[发明专利]一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物及其制备方法

说明书

本发明属于质子交换膜材料领域，具体涉及一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物及其制备方法。本发明首先利用十氟联苯，2,2'‑二烯丙基双酚A和双酚A的缩聚反应来制备可交联含氟聚芳醚化合物，然后与一定量的4‑羟基苯磺酸钠进行反应，从而在聚合物中引入磺酸基，最终制得可交联含氟磺化聚芳醚化合物。该可交联含氟磺化聚芳醚化合物可以用溶液浇铸成膜。所得质子交换膜具有制备工艺简单、热稳定性好、氧化稳定性好，质子传导率高、力学性能好等特点。通过加入自由基引发剂，可制备交联型质子交换膜，提高耐溶剂能力。

技术领域

本发明涉及一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物及其制备方法，属于质子交换膜材料领域。

背景技术

质子交换膜在质子交换膜燃料电池、全钒液流电池、电渗析、电解水制氢、海水淡化等领域都有重要的应用。目前应用较广的商业化质子交换膜主要是美国杜邦公司生产的全氟磺酸基Nafion膜，因为它有着良好的氧化稳定性和质子传导率。然而，Nafion膜的生产成本较高，生产工艺较为复杂，在高温高湿下的机械性能较低，燃料渗透率大，这些缺点限制了它的大规模应用。

磺化聚芳醚是被报道得较多的一类质子交换膜材料，其在合成工艺、成本、热稳定性、机械性能、选择透过性等方面相对Nafion膜有一定的优势。常见的制备磺化聚芳醚的路径有两种：（1）先合成含有磺酸基的单体，然后与其它单体通过聚合反应制备磺化聚芳醚，如文献1（Wang F et al，Journal of Membrane Science，2002，197：231~242）所述。该方法的优点是产物的离子交换容量可以精确控制，但聚合物的分子量有限。（2）先合成高分子量的聚合物，再使用磺化试剂对所得到的聚合物进行后磺化，如文献2（Chen D et al，Journal of Materials Chemistry，2011，21：12068~12077）所述。该方法的优点是聚合物的分子量较高，分子设计策略多，但反应过程产生的环境污染较多，产物的离子交换容量难以精确控制。开发一种温和、环保、便捷的化学方法来给聚合物引入磺酸基，从而制备质子交换膜，具有重要的实际意义。

耐溶剂性是一项重要的质子交换膜性能，对质子交换膜的应用场合和使用寿命有重要的影响。化学交联是提高质子交换膜耐溶剂性的有效办法，如文献3（Ramly NN et al,International Journal of Hydrogen Energy,2017,42: 9284~9292）所述。因此，可交联型的质子交换膜材料具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物及其制备方法，所述可交联含氟磺化聚芳醚化合物具有高的质子传导率和化学稳定性，并可通过自由基引发剂进行交联，在质子交换膜领域有重要的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物，其化学结构如式1所示。

式Ⅰ中，x=5~50，y=20~100，R为 或 -F。

所述可交联含氟磺化聚芳醚化合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）以十氟联苯，2,2'-二烯丙基双酚 A和双酚A为原料，以氟化铯为催化剂，在惰性气体保护下，在极性非质子溶剂中进行聚合得到可交联含氟聚芳醚化合物。

（2）将步骤（1）所得化合物溶解于N-甲基吡咯烷酮中，加入4-羟基苯磺酸钠和碳酸钾进行反应，得到可交联含氟磺化聚芳醚化合物。

为了更好的实现本发明，所述步骤（1）中的极性非质子溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜中的一种。