一类含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种同时含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺，其制备方法为：将含芴基结构的磺化二胺单体、含三氟甲基结构的芳香二胺单体和芳香二酸加入有机溶剂中，在催化剂和增溶剂作用下，于100～130℃缩聚4～8h得到纤维状的聚合物，进一步经酸溶液交换即可得到磺化聚芳酰胺聚合物。该类磺化聚芳酰胺具有良好的成膜性，所制聚合物薄膜具有优异的尺寸稳定性、良好的耐化学氧化性能以及较高的质子传导率，可作为燃料电池用质子交换膜材料。
【专利说明】一类含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属芳香型磺化聚合物及其制备领域，特别涉及一类同时含有芴基和三氟甲 基结构的磺化聚芳酰胺聚合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 质子交换膜燃料电池是近年来发展很快的一种新能源电池，具有启动快、能量密 度高、绿色环保等特点，可应用于交通工具、固定电站、便携式电源等领域。质子交换膜是质 子交换膜燃料电池中的关键性技术材料，在燃料电池中起着传导质子、阻隔燃料的重要作 用，其性能直接影响燃料电池的综合性能。目前商品化的质子交换膜主要为脂肪族全氟磺 酸类聚合物膜，该类质子交换膜存在合成制备工艺复杂、成本高、燃料渗透率高和使用温度 较低等不足，因此开发新型高性能质子交换膜材料具有重要的学术研究价值和实际应用意 义。
[0003] 芳香型磺化聚合物由于具有良好的热性能、机械性能、分子结构易于设计，被认为 是一类有可能替代商品化脂肪族全氟磺酸类膜的质子交换膜材料。近年来已报道的芳香型 磺化聚合物主要有磺化聚芳醚酮、磺化聚芳醚砜和磺化聚酰亚胺。这类芳香型磺化聚合物 在离子交换容量大于I. 5mmol/g后，通常都会存在较大的溶胀和尺寸形变。
【发明内容】
[0004] 本发明专利旨在改善芳香型磺化聚合物的尺寸稳定性，提供了一类同时含有芴基 和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺及其制备方法；通过引入刚性的芴基和疏水性的三氟甲基结 构，有效的改善了聚合物的尺寸稳定性，同时利用该类磺化聚合物所制薄膜还具有良好的 耐化学氧化性能和较高的质子传导率，可作为燃料电池用质子交换膜材料。
[0005] 本发明提供了一类同时含有芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺聚合物膜材料，其 结构式为：
[0006]
【权利要求】
1. 一类磺化聚芳酰胺，其特征在于：所述的磺化聚芳酰胺同时含有芴基和三氟甲基结 构，其结构式为
;其中磺化结构单元的含量X=O. 5?0. 7,非磺化结构单元的含量（I-X) =0. 3?0. 5， 重复结构单元η= 30?60。
2. 如权利要求1所述的磺化聚芳酰胺的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的步 骤为， 氮气保护下，将〇. 5?0. 7摩尔份的含芴基结构的磺化二胺单体、0. 3?0. 5摩尔份的 含三氟甲基结构的非磺化芳香二胺单体和1摩尔份的芳香二酸单体溶于有机溶剂中，在催 化剂和增溶剂作用下于100?130°C共缩聚反应4?8h后，将反应物倒入乙醇中，得到纤维 状聚合物；进一步将所得聚合物放入lmol/L的酸性溶液中交换12?24h，即得到含有芴基 和三氟甲基结构的磺化聚芳酰胺聚合物。
3. 如权利要求2所述的磺化聚芳酰胺的制备方法，其特征在于：所述的含芴基结构 的磺化二胺单体为9, 9-双（4-胺基苯基）芴-2, 7-二磺酸；所述的含三氟甲基结构的非 磺化芳香二胺单体为1,4-双（4-胺基-2-三氟甲基苯氧基）苯；所述的芳香二酸单体为 4, 4' -二苯醚二酸。
4. 如权利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为N，N-二 甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮，溶剂的质量为9, 9-双（4-胺基苯基）芴-2, 7-二磺酸、 1，4_双（4-胺基-2-三氟甲基苯氧基）苯和4, 4' -二苯醚二酸三种单体质量和的4?9 倍。
5. 如权利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为亚磷 酸三苯酯和吡啶，其中，亚磷酸三苯酯和吡啶的用量均为4, 4'-二苯醚二酸物质量的2?4 倍。
6. 如权利要求3所述的磺化聚芳酰胺的制备方法，其特征在于：所述的增溶剂为三乙 胺和无水氯化钙，其中，三乙胺的用量为4, 4' -二苯醚二酸物质的量的2?4倍，氯化钙的 用量为4, 4' -二苯醚二酸物质的量的1?3倍。
【文档编号】C08K3/16GK104311819SQ201410554639
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】汪称意, 沈斌, 张海文, 陈文涛, 徐常, 李坚, 任强 申请人:常州大学