[发明专利]一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物及其合成方法

说明书

本发明公开了一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物及其合成方法，涉及合成技术领域。本发明是利用3,3’‑二磺酸钠‑4,4’‑二氟二苯砜二钠盐、4,4'‑二氟二联苯砜和4,4'‑硫代双苯硫酚为原料，经过合成工艺获得磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物。合成工艺简便且可操作性强，本申请通过利用该工艺合成出的聚合物产品可作为质子交换膜使用，具有优异的电导率。

技术领域

本发明属于合成技术领域，具体涉及一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物及其合成方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是一种能源转换装置，由于其能效和环境相容性，该产品特别适用于低操作温度下(60–100℃)的各种能源需求。质子膜是PEMFC中最关键的元件之一。PEMFC通过阳极(燃料)的氧化和阴极的氧还原来实现其电子化学功能。燃料电池的中心是膜电极组(MEA)，它包括质子交换膜，催化剂层和气体扩散层(GDL)。该膜的主要功能是允许阳极产生的质子传导，同时禁止与燃料和氧化剂直接接触。因此，作为电解质和隔板的有机PEM的性能对于此类燃料电池的运转至关重要。

目前，基于全氟化离聚物的Nafion-H是市场有售的最先进的PEMFC膜。尽管它具有良好的化学和物理性能，可以用于燃料电池，但在温度高于80度和低湿度时，它的性能受到很大限制。由于膜的脱水，这些条件会导致质子电导率大幅降低。此外，由于它的合成需要复杂和广泛的化学要求，Nafion膜的成本非常高。如果烃聚合物含有的极性基团在高温下保持大量的水分，则会非常具有吸引力，并且成本比全氟聚合物合成便宜很多。

发明内容

基于此，本发明提供了一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物的合成方法，其是利用3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氟二苯砜二钠盐、4,4'-二氟二联苯砜和4,4'-硫代双苯硫酚为原料，经过合成工艺制备而成，具体的合成工艺如下：

1)将3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氟二苯砜二钠盐、4,4'-二氟二联苯砜和4,4'-硫代双苯硫酚、无水碳酸钾混合后，置于圆底烧瓶中通入氮气；

2)将烧瓶配有磁力搅拌器，然后加入环丁砜，在室温下搅拌0.3-2小时，然后在100-150℃下搅拌0.3-3小时，过滤后得到反应产物；

3)将反应产物加热至160-180℃，并保持2.5-4.5小时，冷却至室温，然后用乙酸淬灭，并在甲醇中沉淀；

4)过滤、干燥后得到无封端基的磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物。

优选地，所述3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氟二苯砜二钠盐、4,4'-二氟二联苯砜和4,4'-硫代双苯硫酚的摩尔比为1-4：1-4：1-4。

优选地，步骤2)将过滤后的反应产物中加入了4-氟二苯甲酮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物的合成方法，该合成工艺简便且可操作性强，本申请通过利用该工艺合成出的聚合物产品可作为质子交换膜使用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种磺化聚亚芳基硫醚砜聚合物的制备方法，步骤如下：

1)将3.6666g3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氟二苯砜二钠盐、0.5085g4,4'-二氟二联苯砜和2.5041g4,4'-硫代双苯硫酚、2.7642g无水碳酸钾混合后，置于250ml圆底烧瓶中通入氮气；

2)将烧瓶配有磁力搅拌器，然后加入100mL环丁砜，在室温下搅拌45min，然后在140℃下搅拌1小时，过滤后得到反应产物；