侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜技术

本发明专利技术提供了一种侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜，该侧链季铵化的聚酮化合物如式I所示。与现有技术相比，首先，本发明专利技术提供的侧链季铵化的聚酮化合物，其主链含有刚性而憎水的联二萘结构，使得其所制备的阴离子交换膜在具有较高的离子交换容量时，仍然能保持较低的溶胀率；其次，由式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物制备的阴离子交换膜，含有较多的季铵基团，提高了阴离子交换膜的导电率；再次，由于式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物中含有较多的萘环与醚键，因此其分子量较高，制备的阴离子交换膜的机械性能较好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜，该侧链季铵化的聚酮化合物如式I所示。与现有技术相比，首先，本专利技术提供的侧链季铵化的聚酮化合物，其主链含有刚性而憎水的联二萘结构，使得其所制备的阴离子交换膜在具有较高的离子交换容量时，仍然能保持较低的溶胀率；其次，由式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物制备的阴离子交换膜，含有较多的季铵基团，提高了阴离子交换膜的导电率；再次，由于式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物中含有较多的萘环与醚键，因此其分子量较高，制备的阴离子交换膜的机械性能较好。【专利说明】侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜
本专利技术属于聚合物及离子交换膜
，尤其涉及侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜。
技术介绍
阴离子交换膜是一种膜体固定带有正电荷离子基团，可选择透过阴离子的膜状材料，其具有优异的离子选择性和机械性能，近年来在电解、燃料电池等多个领域中得到广泛的研究与应用，如电解法对盐溶液进行浓缩或脱盐、作为氯碱工业中电解液电解的隔膜、从废酸中回收酸、作为阴离子选择电极、作为电池隔膜等。阴离子交换膜一般是由3部分组成:高分子基体、荷正电的活性基团以及活性基团上可移动的阴离子(反离子)。现有，阴离子交换膜通常是由含季铵基团的聚合物制备。传统的含季铵基团的聚合物通常需要先合成聚合物的主链，然后对所述聚合物主链上的芳基进行氯甲基化，然后再与三级铵反应将苄基转化为季铵基团，此方法不仅步骤复杂而且季铵基团的引入量难以准确控制，另外氯甲基化过程中通常还需使用具有致癌性的氯甲醚试剂，更重要的是，传统的含季铵基团的阴离子交换膜的耐碱性水解能力差，难以满足在新兴的碱性阴离子交换膜燃料电池领域的使用要求。申请号为CN201110310237.6的中国专利公开了一种季铵化芳香化合物以及一种含季铵化芳香基团的聚酮及其制备方法，其由侧链季铵化的联苯单体的聚酰基化反应合成侧链季铵化聚合物的方法。该方法中侧链季铵化的联苯单体由2，2' -二羟基联苯、碳酸钾、季铵化试剂与乙腈混合，发生醚化反应得到，该方法合成及聚合条件简单；该含季铵化方向基团的聚酮制备得到的阴离子交换膜耐碱能力强，但当聚合物中季铵基团的含量很高时(如离子交换容量即IEC > 2.0mmol/g时)，所得的阴离子交换膜在80°C或更高温度情况下的溶胀度大于30%，因而会限制其使用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜，该阴离子交换膜的溶胀率较低且导电率较高。本专利技术提供了一种式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物:【权利要求】1.一种式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物: 2.根据权利要求1所述的侧链季铵化的聚酮化合物，其特征在于，所述AyAj2分别选自式I~式5所示的基团中的一种或多种: 3.根据权利要求1所述的侧链季铵化的聚酮化合物，其特征在于，所述Ak选自式3~式23所示的基团中的一种或多种: 4.根据权利要求1所述的侧链季铵化的聚酮化合物，其特征在于，所述Ai选自式1、式3与式24~式31所示的基团中的一种或多种: 5.根据权利要求1所述的侧链季铵化的聚酮化合物，其特征在于，所述Q选自式II~式IV所示的取代基团中的一种: 6.一种式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物的制备方法，其特征在于，将式V所示的侧链季铵化联二萘单体、二元羧酸化合物、多芳基化合物、一元羧酸化合物和酸性溶剂混合，进行共聚反应，得到式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物； 7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酸性试剂选自五氧化二磷、多聚磷酸、甲磺酸与三氟甲磺酸中的一种或多种。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述式V所示的侧链季铵化联二萘单体按照以下方法制备: 将2，2' - 二羟基联萘、季铵化试剂、缚酸剂及二甲基亚砜混合，在惰性气体保护的条件下，加热进行反应，得到式V所示的侧链季铵化联二萘单体。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化试剂为Br(CH2)pQ;其中，P为2~10的整数；Q为季铵基团。10.一种阴离子交换膜，其特征在于，由权利要求1~5任意一项所述的侧链季铵化的聚酮化合物或由权利要求6~9任意一项所制备的侧链季铵化的聚酮化合物制备而成。【文档编号】C08G61/00GK103804631SQ201410056924【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日 【专利技术者】张正辉, 徐铜文 申请人:中国科学技术大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种式I所示的侧链季铵化的聚酮化合物：其中，0.01≤x≤0.99；0≤y≤0.99；x+y≤1；n为聚合度，1≤n≤400；p为2～10的整数；Q为季铵基团；Aj1、Aj2分别为二元羧酸化合物除两个羧基以外的基团；Ak为多芳基化合物通过酰基化反应后形成的取代基团；Ai为一元羧酸化合物除羧基以外的基团。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张正辉，徐铜文，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：