具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物材料及其制备与应用制造技术

技术编号:8525606 阅读:215 留言:0更新日期:2013-04-04 06:28
本发明专利技术公开了具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物,其分子结构中包含长序列亲水链段和长序列疏水链段。本发明专利技术还公开了碱性聚芳醚离聚物的制备方法,先由二(4,4’-羟基苯基)二苯基甲烷与具有Ar1结构的二卤单体聚合制备亲水链段,以及具有Ar2结构的双羟基芳香单体与具有Ar1结构的二卤单体聚合制备疏水链段,然后亲水链段与疏水链进行缩合聚合反应得到聚芳醚,再经氯甲基化、季铵化、碱化等功能化工艺得到。本发明专利技术还公开了碱性聚芳醚离聚物的应用。本发明专利技术碱性聚芳醚离聚物的具有明显的微相分离结构,实现了亲水结构和疏水结构的分离,应用于碱性燃料电池阴离子交换膜具有良好的耐醇性、化学稳定性、热稳定性、力学性能及电学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碱性聚芳醚离聚物材料,特别涉及具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物及其制备方法与应用。
技术介绍
21世纪以来,人类社会对能源的需求持续上升。在传统能源岌岌可危的地球上,为了缓解能源危机以及保持国民经济可持续发展,人类急需一种能量转化效率高但又没有污染或者低污染的能源利用新技术。燃料电池以其能量转换效率高、环境友好、比能量高、寿命长、安装周期短,可广泛应用于电动汽车、军事领域、移动电源,成为近年来备受瞩目的新 能源技术。由Dupont公司研发的全氟骨架的磺酸型质子交换膜(Nafion)为代表的一类质子交换膜以其优异的电化学性能以及良好的导质子性能,广泛应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC),然而全氟质子交换膜的高成本、高环境污染、较差的阻醇性能、复杂的制作工艺以及使用昂贵金属Pt基催化剂和极板材料等缺陷大大阻碍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的大规模商业化。碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)在碱性环境下工作,避免了质子交换膜燃料电池的缺陷和不足,譬如,燃料电池所使用的燃料(H2或CH3OH等)在碱性条件下更容易被氧化,可以采用廉价的非Pt催化剂如Ag、Fe、N1、Co等,降低了燃料电池的成本。此外多数材料在碱性环境下的耐腐蚀性能远远优于在酸性环境下的耐腐蚀性能,而且在碱性体系下,0H—由阴极向阳极移动,也极大减轻了以醇类作燃料时的渗透问题。阴离子交换膜是一种选择性透过的功能高分子膜,是阴离子交换膜燃料电池的关键材料之一,被视为阴离子交换膜燃料电池的核心,而现已报道的阴离子交换膜材料制备复杂,价格高,膜在碱性环境中稳定性不好,离子电导率不高。聚芳醚因其卓越的热稳定性、机械性能、耐腐蚀性能,在燃料电池应用领域受到广泛关注,是制备阴离子交换膜的优良母体材料。现已开发的碱性聚芳醚离聚物由于亲水相和疏水相的互相混杂,导致阻醇性能下降,工作环境的长期化学稳定性降低,同时导致离子电导率下降。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本专利技术的目的之一在于提供一种具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物,该聚合物具有高的阻醇性、高温保湿能力、良好化学稳定性和热稳定性。本专利技术的目的之二在于提供上述具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供上述具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物,其分子结构中包含长序列亲水链段和长序列疏水链段,其分子结构式如下本文档来自技高网
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【技术保护点】
具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物,其特征在于,其分子结构中包含长序列亲水链段和长序列疏水链段,其分子结构式如下:其中m=8~100的整数,n=8~100的整数;R为H、或选自(a)~(f)中的任一种:FDA00002499180700011.jpg,FDA00002499180700012.jpg,FDA00002499180700013.jpg,FDA00002499180700014.jpg,FDA00002499180700015.jpg

【技术特征摘要】
1.具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物,其特征在于,其分子结构中包含长序列亲水链段和长序列疏水链段,其分子结构式如下2.如权利要求1所述的具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤 (I)将二(4,4’ -羟基苯基)二苯基甲烷与具有Ar1结构的二卤单体以(m+1) :m的摩尔比投料,在氮气保护以及1. 5m 2m摩尔量的无水碳酸钾和甲苯存在下,于极性非质子溶剂里,先在140 150°C反应3 6小时,由甲苯带出反应过程生成的水,然后继续升温到1800C 200°C反应12小时,然后加入5% (m+1)摩尔量的二(4,4’-羟基苯基)二苯基甲烷,继续在180°C 200°C反应3小时,至反应体系冷却,反应液在1:1 (v/v)的甲醇/3%浓盐酸溶液里沉淀,过滤,收集粗产物并干燥,然后用氯仿溶解,用硅藻土过滤,在甲醇中沉淀,过滤收集产物并干燥,即得到亲水链段; 所述具有Ar1结构的二卤单体的结构式为(al) (f I)中的任一种;3.根据权利要求1所述的具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物的制备方法,其特征在于,所述极性非质子溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、环丁砜、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或者N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:李秀华余英凤刘群方
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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