本发明专利技术的侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料及其制备方法属于高分子材料的技术领域。利用亲核缩聚反应合成了一系列聚芳醚酮聚合物，该聚合物的侧链的苯环上有两个甲基，通过对侧链的苯环上的甲基的溴化、胺化、碱化、水洗等过程后得到可应用于阴离子传导膜燃料电池的阴离子传导膜。本发明专利技术使用的聚芳醚酮体系是一类亚苯基环通过醚键和羰基连接而成的聚合物，分子结构中含刚性的苯环，因此具有优良的热性能、电绝缘性、力学性能、耐辐射和强化学稳定性等，由该聚合物体系制得的用于阴离子传导膜燃料电池的阴离子传导膜有优异的热稳定性和机械性能，为高温条件下使用的阴离子燃料电池提供了必要的基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料的
，具体涉及侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮聚合物的合成与侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜的制备方法
技术介绍
燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置，只需连续供给燃料，使燃料与氧化剂发生反应，就能高效、环保的将化学能直接转化为电能。它不受卡诺循环的限制，实际能量转换效率可达50%以上，优于常规发电和化学电源。目前燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等，其中应用最多的是质子交换膜燃料电池。与质子交换膜燃料电池相比，阴离子交换膜燃料电池有着可使用非贵重金属催化剂，避免产生碳酸盐沉淀，氧还原反应速率快等优点，但是在研究阴离子传导膜的过程中，传导率的提高必然会提高阴离子传导膜的吸水率，从而导致膜机械性能的下降，所以很多国家陆续开展了对阴离子交换膜的研制，希望克服现在有阴离子传导膜的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，由侧链含甲基的聚芳醚酮制备了一系列新型侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮燃料电池阴离子传导膜材料，该阴离子传导膜具有较高的传导率和极低水溶胀率。本专利技术利用亲核缩聚反应合成了一种性能优良的侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物，将该聚合物侧链的甲基溴化后到侧基含溴甲基的聚芳醚聚合物，与三甲胺发生胺化，经过后处理，得到可应用于阴离子传导膜燃料电池的阴离子传导膜材料。本专利技术阴离子传导膜材料的技术方案如下。一种侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料，是侧链的苯环含有季铵盐基团的聚芳醚酮聚合物；具体结构为， -OxO■脅。 [ 3 Jl-X \=/ N, ^ /@e 尸—e oh OH ，其中X=O. 6 0. 75。本专利技术阴离子传导膜材料的制备方法的技术方案是一种侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料的制备方法，过程有侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成、侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成和侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜制备；所述的侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成过程，是以摩尔比为X :l-x 1的3，5- 二甲基苯基对苯二酚单体、2，2-双-(4-羟苯基)六氟丙烷单体和4，4’ - 二氟二苯甲酮单体为反应物，与按摩尔计I. I倍4，4’- 二氟二苯甲酮单体的无水碳酸钾、3倍于反应物质量的溶剂、溶剂体积20 100%的共沸脱水剂放入装有机械搅拌和带水器的容器中，通氩气，升温到共沸脱水剂回流，反应3 4小时，排除共沸脱水剂，升温到170 190°C，继续反应7 10小时；得到的聚合物溶液在去离子水中析出，经粉碎，洗涤，干燥，得到侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物；所述的侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成过程，是将侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物与有机溶剂放入装有机械搅拌的容器中，通氩气，升温到聚合物完全溶解，降温 至室温，投入N-溴代丁二酰亚胺和过氧化二苯甲酰,反应温度80 90°C,反应时间4 8小时，将反应容器降温至室温；将得到的聚合物溶液在无水甲醇中析出，粉碎，热丙酮洗5次，干燥，得到侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物；其中，有机溶剂的用量按质量计为侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的10 15倍；N-溴代丁二酰亚胺用量按摩尔计为聚合物中含甲基链段的结构单元数的2. 2倍，过氧化二苯甲酰用量按摩尔计为聚合物中含甲基链段的结构单元数的0. 11倍；所述的侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜制备，是将侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物溶解在铸膜溶剂中，在室温下搅拌12小时，待溶液均匀后过滤，在玻璃板上浇铸铺膜，烘干；将制得薄膜浸入质量浓度50%的三甲胺水溶液中，室温放置48小时，取出薄膜，浸入IM KOH水溶液中，室温放置48小时，取出薄膜，在去离子水中洗至中性，保存在去离子水中，得到侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜。在侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物合成过程中，所用的溶剂，可以是二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮或环丁砜，所用的共沸脱水剂，可以使用甲苯或二甲苯。在侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成过程中，所述有机溶剂是三氯甲烷或1,1,2,2-四氯乙烷。在侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜制备过程中，所述的铸膜溶剂是N，N-二甲基乙酸胺(DMAc)、N，N-甲基甲酸胺(DMF)、二氯甲烧或I, I, 2, 2-四氯乙烧。本专利技术的侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成反应式如下(以X=O. 75为例)r=z\O/ZZZTV CF^ /=ZVNMP 07 HOA>°H ++o.25hH>^1>oh kco ^ > ;” OOCF-OxOo^To---QxOoOtOo-L J °-751 ^ 'O 本专利技术的侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成反应式如下(以X=O. 75为例)权利要求1.一种侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料，是侧链的苯环含有季铵盐基团的聚芳醚酮聚合物；具体结构为，2.—种权利要求I的侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料的制备方法，过程有侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成、侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成和侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜制备； 所述的侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成过程，是以摩尔比为X I-X I的3，5- 二甲基苯基对苯二酚单体、2，2-双-(4-羟苯基)六氟丙烷单体和4，4’ - 二氟二苯甲酮单体为反应物，与按摩尔计I. I倍4，4’- 二氟二苯甲酮单体的无水碳酸钾、3倍于反应物质量的溶剂、溶剂体积20 100%的共沸脱水剂放入装有机械搅拌和带水器的容器中，通氩气，升温到共沸脱水剂回流，反应3 4小时，排除共沸脱水剂，升温到170 190°C，继续反应7 10小时；得到的聚合物溶液在去离子水中析出，经粉碎，洗涤，干燥，得到侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物； 所述的侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物的合成过程，是将侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物与有机溶剂放入装有机械搅拌的容器中，通氩气，升温到聚合物完全溶解，降温至室温，投入N-溴代丁二酰亚胺和过氧化二苯甲酰，反应温度80 90°C，反应时间4 8小时，将反应容器降温至室温；将得到的聚合物溶液在无水甲醇中析出，粉碎，热丙酮洗5次，干燥，得到侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物；其中，有机溶剂的用量按质量计为侧链含甲基苯基聚芳醚酮聚合物的10 15倍；N-溴代丁二酰亚胺用量按摩尔计为聚合物中含甲基链段的结构单元数的2. 2倍，过氧化二苯甲酰用量按摩尔计为聚合物中含甲基链段的结构单元数的0. 11倍； 所述的侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜制备，是将侧链含溴甲基苯基聚芳醚酮聚合物溶解在铸膜溶剂中，在室温下搅拌12小时，待溶液均匀后过滤，在玻璃板上浇铸铺膜，烘干；将制得薄膜浸入质量浓度50%的三甲胺水溶液中，室温放置48小时，取出薄膜，浸入IM KOH水溶液中，室温放置48小时，取出薄膜，在去离子水中洗至中性，保存在去离子水中，得到侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜。3.按照权利要求2所述的侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料的制备方法，其特征是，所述的溶剂，是二甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种侧链含季铵盐基团的聚芳醚酮阴离子传导膜材料，是侧链的苯环含有季铵盐基团的聚芳醚酮聚合物；具体结构为，其中X=0.6～0.75。FDA00001820454500011.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜振华，沈困知，庞金辉，冯嗣男，王阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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