[发明专利]含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种化工技术领域的化合物及其制备方法，具体是一种含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚及其制备方法。

背景技术

磺化聚芳醚是一类高性能的芳香族聚合物，其热稳定性高、化学稳定性好并且质子传导率高，被认为是优良的质子交换膜基体材料。到目前为止，磺化聚芳醚质子交换膜材料已经在燃料电池领域显示了良好的应用前景。其中，磺化聚芳醚三苯基氧膦质子交换膜材料尤为受到关注，因为三苯基氧膦基团使得聚合物具备很强的吸水保湿能力，和与无机材料或聚合物粘结的能力。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200510023287.0和200810207215.5分别记载了基于三苯基氧膦结构单元的磺化聚芳醚(硫醚)及其制备方法，上述文献中记载的磺化聚芳醚(硫醚)三苯基氧膦都是由不同的二羟基(巯基)单体和含三苯基氧膦基的二卤素(氟、氯、溴)单体以及磺化二卤素(氟、氯、溴)单体共聚制备得到的。也就是说，这些聚合产物中的三苯基氧膦基团都是来自二卤素(氟、氯、溴)单体或是磺化二卤素(氟、氯、溴)单体。

但是该现有技术涵盖的聚合物种类相对较少，结构也较为单一。针对一些新型的聚合物的合成，本发明提供了一种新的合成路线，拓展了该技术的应用范畴。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚及其制备方法，首先制备一种含三苯基氧膦基的二羟基单体，再用其与不同的二卤素(氟、氯、溴)单体以及磺化二卤素(氟、氯、溴)单体进行缩聚反应，从而的到磺化聚芳醚三苯基氧膦。与以往不同的是，这类聚合物中的三苯基氧膦基团是来自二羟基单体。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚，其结构式如下式所示：

其中：M为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子或铵离子；m和n均为自然常数，m≥1且m+n≥10。

Ar₁的结构选自以下任一一种：

Ar₁-SO₃M的结构选自以下任一一种：

Ar₂的结构选自以下任一一种：

所述的含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚的结构式优选如下任意一种所示：

其中：m和n均为自然常数，m≥1且m+n≥10。

本发明涉及上述含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚的制备方法，通过在惰性气体保护下将二羟基单体、二卤素单体、磺化二卤素单体、碳酸盐、有机溶剂和芳烃加热至回流温度，随后蒸出芳烃和水分，最后采用沉淀法收集得到含三苯基氧膦基的磺化聚芳醚。

所述制备方法的反应方程式如下：

其中：M为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子或铵离子，X为F、Cl或Br。

所述的二羟基单体为二(4-羟基苯基)苯基氧膦和(2，5-二羟基苯基)二苯基氧膦，其摩尔浓度为0.1～2.0mol/L；

所述的二卤素单体的结构通式为：

Ar₁的结构同上所述，X为F、Cl或Br，该二卤素单体的摩尔浓度为0～2.0mol/L；

所述的磺化二卤素单体结构通式为：

Ar₁-SO₃M的结构同上所述，M为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子或铵离子，X为F、Cl或Br，该磺化二卤素单体摩尔浓度为0.01～2.0mol/L；

所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮或二甲亚砜中的一种或其混合；

所述的芳烃为甲苯或二甲苯中的一种或其组合。

所述的碳酸盐的摩尔浓度为0.1～3.0mol/L；

所述的蒸出芳烃和水分是指：在150～200℃环境下反应12～72小时，使得芳烃分解且水分蒸发。

所述的磺化二卤素单体与二卤素单体摩尔比为：0.01～1。