一种含哌啶叔胺基团的聚合物、阴离子交换聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种含哌啶叔胺基团的聚合物、阴离子交换聚合物及其制备方法和应用，所述含哌啶叔胺基团的聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴类结构单元，以及式(3’A)所示的哌啶叔胺类结构单元；所述阴离子交换聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴类结构单元，以及式(3A)所示的哌啶季铵类结构单元。本发明专利技术提供的含哌啶叔胺基团的聚合物和阴离子交换聚合物在主链化学结构上包含芴类基团，使得材料具有优异的机械强度，且主链上苯环的扭曲性和转动性弱，聚合物成膜后的微观结构规整度较高，从而具有良好的主链稳定性。

A polymer containing piperidine tertiary amine group, anion exchange polymer and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种含哌啶叔胺基团的聚合物、阴离子交换聚合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种含哌啶叔胺基团的聚合物、阴离子交换聚合物及其制备方法和应用。
技术介绍
氢能具有环保、物质来源广泛等优点，在新能源产业中占据重要地位。目前，基于质子交换膜的燃料电池和水电解器是用氢和产氢环节的重要装置，全氟磺酸聚合物是其中的核心材料。全氟磺酸聚合物的成本高昂，且其强酸性环境导致必须使用铂等贵金属作催化剂，限制上述装置的大规模应用，不利于氢能产业的发展。阴离子交换聚合物的材料成本低廉，可作为碱性聚合物电解质应用于燃料电池和水电解器，碱性条件下可使用非贵金属材料作为催化剂，能够有效降低燃料电池和水电解器的成本，有利于氢能产业的迅速发展。除氢能利用外，阴离子交换聚合物还可应用于水处理和电渗析等，上述领域均对高性能的阴离子交换聚合物提出了迫切需求。离子电导率、化学稳定性和机械性能是阴离子交换聚合物的关键性质，直接影响燃料电池和水电解器等装置的能量转化效率和寿命性能。目前，已有较多类型的阴离子交换聚合物在80℃下的OH-电导率超过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含哌啶叔胺基团的聚合物，其特征在于，所述含哌啶叔胺基团的聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴类结构单元，以及式(3’A)所示的哌啶叔胺类结构单元；/n

【技术特征摘要】
1.一种含哌啶叔胺基团的聚合物，其特征在于，所述含哌啶叔胺基团的聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴类结构单元，以及式(3’A)所示的哌啶叔胺类结构单元；



所述R1和R2各自独立地选自氢、C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种；
所述R3选自C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的含哌啶叔胺基团的聚合物，其特征在于，所述含哌啶叔胺基团的聚合物还包括式(4A)和/或式(5A)所示的芳基类结构单元；



所述m为0～3的整数。


3.根据权利要求1或2所述的含哌啶叔胺基团的聚合物，其特征在于，所述芴类结构单元与哌啶叔胺类结构单元的摩尔比为(0.01～1):1；
优选地，所述芴类结构单元和芳基类结构单元的摩尔分数的总和等于哌啶叔胺类结构单元的摩尔分数；
优选地，所述含哌啶叔胺基团的聚合物的数均分子量为0.5万～35万；
优选地，所述R1和R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基中的任意一种；
优选地，所述R3选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、环丙基、环丁基、环戊基或环己基中的任意一种。


4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的含哌啶叔胺基团的聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：使单体发生聚合反应，得到含哌啶叔胺基团的聚合物；
所述单体包括式(1a)和/或式(2a)所示的芴类单体，以及式(3a)所示的哌啶酮单体；



所述R1和R2各自独立地选自氢、C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种；
所述R3选自C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种；
优选地，所述单体还包括芳基类单体；
优选地，所述芳基类单体包括苯、联苯、对三联苯、间三联苯或对四联苯中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述芴类单体包括芴、9-甲基芴、9,9-二甲基芴、9-乙基芴、9,9-二乙基芴、9-丙基芴、9,9-二丙基芴、9-丁基芴、9,9-二丁基芴、9-戊基芴、9,9-二戊基芴、9-己基芴、9,9-二己基芴或9,9-螺二芴中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述哌啶酮单体包括N-甲基-4-哌啶酮、N-乙基-4-哌啶酮、N-丙基-4-哌啶酮或N-异丙基-4-哌啶酮中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述聚合反应的溶剂包括二氯甲烷、氯仿、四氯乙烷、甲苯、三氟乙酸或三氟甲磺酸中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述聚合反应在催化剂存在下进行，所述催化剂包括三氟乙酸、甲基磺酸、三氟甲磺酸、五氟丙酸或七氟丁酸中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述聚合反应的温度为-10～30℃；
优选地，所述聚合反应的时间为0.5～24h。


5.一种根据权利要求1～3中任一项所述的含哌啶叔胺基团的聚合物的应用，其特征在于，所述含哌啶叔胺基团的聚合物应用于高温质子膜燃料电池、水处理器、气体分离器或制备阴离子交换聚合物。


6.一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述阴离子交换聚合物包括式(1A)和/或式(2A)所示的芴类结构单元，以及式(3A)所示的哌啶季铵类结构单元；



所述R1和R2各自独立地选自氢、C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种；
所述R3和R4各自独立地选自C1-C10链状烷基或C3-C10环烷基中的任意一种；
所述X-为阴离子；
优选地，所述阴离子交换聚合物还包括式(4A)和/或式(5A)所示的芳基类结构单元；



所述m为0～3的整数；
优选地，所述芴类结构单元与哌啶季铵类结构单元的摩尔比为(0.01～1):1；
优选地，所述芴类结构单元和芳基类结构单元的摩尔分数的总和等于哌啶季铵类结构单元的摩尔分数；
优选地，所述阴离子交换聚合物的数均分子量为0.5万～35万；
优选地，所述X-选自OH-、Cl-、Br-、I-、F-、NO3-或HCO3-中的任意一种，进一步优选为OH-；
优选地，所述X-为OH-，所述阴离子交换聚合物的离子交换容量为0.7～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪瀛，庄林，袁中直，刘金成，
申请(专利权)人：惠州市亿纬新能源研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44