側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物及其制備方法、陰離子交換膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物及其制備方法、陰離子交換膜，該側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物如式I所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，首先，本發(fā)明提供的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物，其主鏈含有剛性而憎水的聯(lián)二萘結(jié)構(gòu)，使得其所制備的陰離子交換膜在具有較高的離子交換容量時(shí)，仍然能保持較低的溶脹率；其次，由式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物制備的陰離子交換膜，含有較多的季銨基團(tuán)，提高了陰離子交換膜的導(dǎo)電率；再次，由于式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物中含有較多的萘環(huán)與醚鍵，因此其分子量較高，制備的陰離子交換膜的機(jī)械性能較好。
【專利說明】側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物及其制備方法、陰離子交換膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚合物及離子交換膜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物及其制備方法、陰離子交換膜。
【背景技術(shù)】
[0002]陰離子交換膜是一種膜體固定帶有正電荷離子基團(tuán)，可選擇透過陰離子的膜狀材料，其具有優(yōu)異的離子選擇性和機(jī)械性能，近年來在電解、燃料電池等多個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的研究與應(yīng)用，如電解法對(duì)鹽溶液進(jìn)行濃縮或脫鹽、作為氯堿工業(yè)中電解液電解的隔膜、從廢酸中回收酸、作為陰離子選擇電極、作為電池隔膜等。陰離子交換膜一般是由3部分組成:高分子基體、荷正電的活性基團(tuán)以及活性基團(tuán)上可移動(dòng)的陰離子(反離子)。
[0003]現(xiàn)有，陰離子交換膜通常是由含季銨基團(tuán)的聚合物制備。傳統(tǒng)的含季銨基團(tuán)的聚合物通常需要先合成聚合物的主鏈，然后對(duì)所述聚合物主鏈上的芳基進(jìn)行氯甲基化，然后再與三級(jí)銨反應(yīng)將芐基轉(zhuǎn)化為季銨基團(tuán)，此方法不僅步驟復(fù)雜而且季銨基團(tuán)的引入量難以準(zhǔn)確控制，另外氯甲基化過程中通常還需使用具有致癌性的氯甲醚試劑，更重要的是，傳統(tǒng)的含季銨基團(tuán)的陰離子交換膜的耐堿性水解能力差，難以滿足在新興的堿性陰離子交換膜燃料電池領(lǐng)域的使用要求。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110310237.6的中國(guó)專利公開了一種季銨化芳香化合物以及一種
含季銨化芳香基團(tuán)的聚酮及其制備方法，其由側(cè)鏈季銨化的聯(lián)苯單體的聚?；磻?yīng)合成側(cè)鏈季銨化聚合物的方法。該方法中側(cè)鏈季銨化的聯(lián)苯單體由2，2' -二羥基聯(lián)苯、碳酸鉀、季銨化試劑與乙腈混合，發(fā)生醚化反應(yīng)得到，該方法合成及聚合條件簡(jiǎn)單；該含季銨化方向基團(tuán)的聚酮制備得到的陰離子交換膜耐堿能力強(qiáng)，但當(dāng)聚合物中季銨基團(tuán)的含量很高時(shí)(如離子交換容量即IEC > 2.0mmol/g時(shí))，所得的陰離子交換膜在80°C或更高溫度情況下的溶脹度大于30%，因而會(huì)限制其使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物及其制備方法、陰離子交換膜，該陰離子交換膜的溶脹率較低且導(dǎo)電率較高。
[0006]本發(fā)明提供了一種式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物，其特征在于，所述AyAj2分別選自式I~式5所示的基團(tuán)中的一種或多種:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物，其特征在于，所述Ak選自式3~式23所示的基團(tuán)中的一種或多種:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物，其特征在于，所述Ai選自式1、式3與式24~式31所示的基團(tuán)中的一種或多種:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物，其特征在于，所述Q選自式II~式IV所示的取代基團(tuán)中的一種:
6.一種式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物的制備方法，其特征在于，將式V所示的側(cè)鏈季銨化聯(lián)二萘單體、二元羧酸化合物、多芳基化合物、一元羧酸化合物和酸性溶劑混合，進(jìn)行共聚反應(yīng)，得到式I所示的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述酸性試劑選自五氧化二磷、多聚磷酸、甲磺酸與三氟甲磺酸中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述式V所示的側(cè)鏈季銨化聯(lián)二萘單體按照以下方法制備: 將2，2' - 二羥基聯(lián)萘、季銨化試劑、縛酸劑及二甲基亞砜混合，在惰性氣體保護(hù)的條件下，加熱進(jìn)行反應(yīng)，得到式V所示的側(cè)鏈季銨化聯(lián)二萘單體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述季銨化試劑為Br(CH2)pQ;其中，P為2~10的整數(shù)；Q為季銨基團(tuán)。
10.一種陰離子交換膜，其特征在于，由權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物或由權(quán)利要求6~9任意一項(xiàng)所制備的側(cè)鏈季銨化的聚酮化合物制備而成。
【文檔編號(hào)】C08G61/00GK103804631SQ201410056924
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】張正輝, 徐銅文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)