[发明专利]一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种高侧链密度含氟聚芳醚单价选择性阴离子交换膜，其特征在于：所述高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜是由结构如式(I)所示的高侧链密度含氟聚芳醚制成：所述高侧链密度含氟聚芳醚的数均分子量Mn＝40,000～100,000；

式中，x和100-x分别代表两种链节所占的摩尔百分比为x％和(100-x)％，x＝10～100；当x≠100时，所述高侧链密度含氟聚芳醚为无规共聚物。

2.一种如权利要求1所述的高侧链密度含氟聚芳醚单价选择性阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)含氟聚芳醚化合物的合成：

将十氟联苯、2,2’-二(4-羟苯基)六氟丙烷和4,4’-((2,3,5,6-四(4-甲基苯氧基)-1,4-亚苯基)二(氧))二酚)单体，溶解于高沸点非质子溶剂中，以碳酸钾为成盐剂，以甲苯为带水剂，在氮气保护下于100～180℃条件下反应3～24h，反应结束后经分离、干燥得到结构如式(II)所示的含氟聚芳醚化合物；其中，2,2’-二(4-羟苯基)六氟丙烷和4,4’-((2,3,5,6-四(4-甲基苯氧基)-1,4-亚苯基)二(氧))二酚)的投料摩尔比为0～90％：100～10％；

(2)改性含氟聚芳醚化合物的制备：

将步骤(1)得到的含氟聚芳醚聚合物溶于极性溶剂A中，加入N-溴代丁二酰亚胺和偶氮二异丁腈，所述N-溴代丁二酰亚胺和偶氮二异丁腈的摩尔用量分别为含氟聚芳醚聚合物物质的量的0.5～50％和0.5～3％，于40～100℃条件下搅拌3～10h，将含氟聚芳醚化合物上的-CH₃溴化转变为-CH₂Br，所得反应混合物经分离、干燥得到改性含氟聚芳醚化合物；

(3)高侧链密度含氟聚芳醚的制备

将步骤(2)所得改性含氟聚芳醚化合物和式(III)所示的1-咪唑-6-甲基咪唑盐按摩尔投料比1：(0.35～5)溶解于极性溶剂B中，在氮气氛围中，在60～120℃进行反应3～24h，然后冷却到室温，经分离、干燥得到即得到所述高侧链密度含氟聚芳醚；

(4)高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜的制备：

利用溶液浇铸法将步骤(3)中得到的高侧链密度含氟聚芳醚制成高侧链密度含氟聚芳醚单价选择性阴离子交换膜。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，步骤(1)中所述的高沸点非质子溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，十氟联苯的物质的量与2,2’-二(4-羟苯基)六氟丙烷和4,4’-((2,3,5,6-四(4-甲基苯氧基)-1,4-亚苯基)二(氧))二酚)的总物质的量之比为1:1，碳酸钾与十氟联苯的投料摩尔比为2～5：1，甲苯与高沸点非质子溶剂的体积比为0.2～0.7：1。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述极性溶剂A为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、三氯甲烷中的至少一种。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述极性溶剂B为N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的混合溶剂，其中N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的体积比为(1～3)：1。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述改性含氟聚芳醚化合物和1-咪唑-6-甲基咪唑盐的摩尔投料比为1：0.6–1。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，反应条件为：85℃回流5h；步骤(3)中，反应在80℃进行24h。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的溶液浇铸法按照如下实施：将步骤(3)中得到的高侧链密度含氟聚芳醚溶解于NMP和DMSO的混合溶剂中，配置成质量/体积浓度为w/v＝2％～20％的铸膜液，将铸膜液浇铸于玻璃平板上，在40～200℃下烘干12～96h后，冷却后在水中将膜从玻璃平板上揭下，即得到高侧链密度含氟聚芳醚单价选择性阴离子交换膜，其膜厚为70–150μm。