[发明专利]一种芳香侧链型无氟聚芴醚酮质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种芳香侧链型无氟聚芴醚酮质子交换膜，其特征在于，其化学结构式如下所示：

其中，m=10~50、n=10~80。

2.根据权利要求1所述的芳香侧链型无氟聚芴醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）把双酚芴、4,4'-二氟二苯甲酮、四甲氧基双酚芴加入到三口烧瓶中，再加入N,N’-二甲基乙酰胺搅拌溶解，接着加入无水碳酸钾和甲苯，在氮气的保护下将体系温度升至140~150 ℃反应2~3 h，并通过分水器除去反应中生成的水，然后将甲苯蒸出，把体系温度升至160~170 ℃继续反应12~36 h；反应结束后将粘稠的反应物倒入去离子水中析出固体，过滤收集固体，使用二氯甲烷重新溶解，再倒入甲醇中析出，再过滤收集固体，在真空下80 ℃干燥24~48 h，即得含甲氧基的无氟聚芴醚酮化合物；

所得含甲氧基的无氟聚芴醚酮化合物的化学结构式如下所示：

其中，m=10~50、n=10~80；

（2）把含甲氧基的无氟聚芴醚酮化合物和无水二氯甲烷以质量比为1：10~30加入到装有恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，搅拌溶解后把温度降到-40~-80℃，然后向恒压滴液漏斗中加入质量百分浓度为6~12 %的三溴化硼的二氯甲烷溶液，并逐滴加入三口烧瓶中，然后让温度自然升至室温，反应24~48 h，再将反应物缓慢倒入甲醇中析出，过滤收集沉淀，用去离子水洗涤3~5遍，在真空下80 ℃干燥24~48 h，即得含酚羟基的无氟聚芴醚酮化合物；

所得含酚羟基的无氟聚芴醚酮化合物的化学结构式如下所示：

其中，m=10~50、n=10~80；

（3）把含酚羟基的无氟聚芴醚酮化合物与二甲基亚砜加入到三口烧瓶中，搅拌溶解，再加入NaOH搅拌10~30 分钟，最后加入对氯苯磺酸钠，氮气保护下在100 ℃反应24~48 h，然后倒入乙醇中析出沉淀，过滤收集沉淀，接着用去离子水洗涤3~5遍，在真空下80 ℃干燥24~48 h，即得含磺酸钠的芳香侧链型无氟聚芴醚酮化合物；

所得含磺酸钠的芳香侧链型无氟聚芴醚酮化合物的化学结构式如下所示：

其中，m=10~50、n=10~80；

（4）将含磺酸钠的芳香侧链型无氟聚芴醚酮化合物溶解于N,N’-二甲基乙酰胺中，配置浓度为5~10 wt%，过滤后，浇铸在水平放置的玻璃板上，置于80 ℃烘箱24~48 h，将玻璃板浸泡在去离子水中，使膜吸水脱落，随后将膜浸泡在1 M的硫酸溶液中，在80 ℃下酸化24~48 h，再用去离子水洗去膜中残留的硫酸，即得所述芳香侧链型无氟聚芴醚酮质子交换膜。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中双酚芴和四甲氧基双酚芴的摩尔量之和与4,4'-二氟二苯甲酮的摩尔量相等；无水碳酸钾的摩尔量是4,4'-二氟二苯甲酮的摩尔量的2~6倍。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中N,N’-二甲基乙酰胺的体积：4,4'-二氟二苯甲酮的质量=10~30 ml：1g；甲苯的体积是N,N’-二甲基乙酰胺的体积的10~50%。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中含甲氧基的无氟聚芴醚酮化合物与三溴化硼的摩尔比为1:4~6。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中含酚羟基的无氟聚芴醚酮化合物：NaOH：对氯苯磺酸钠的摩尔比为1：4~6：4~8。