一类磺化萘醚接枝含氟聚醚类质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一类磺化萘醚接枝含氟聚醚类质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜通过以下步骤合成：（1）通过亲核取代反应合成含有全氟取代苯环的聚醚聚合物；（2）利用二磺化萘酚与全氟取代苯环上氟之间的亲核取代反应合成二磺化萘醚接枝含氟聚醚聚合物；（3）将得到的聚合物按一定配比溶于有机溶剂中，通过溶液浇铸法成膜。本发明通过改变二磺化萘酚与含氟聚醚聚合物的比例，合成出一系列离子交换容量的二磺化萘醚接枝含氟聚醚聚合物，合成工艺简单，磺化度可控，利用芳香取代氟原子的反应性及疏水性，制得的质子交换膜吸水率适中、尺寸稳定性优异、化学稳定性好、电导率高。

主权项

一类磺化萘醚接枝含氟聚醚类质子交换膜，其特征在于，由以下步骤制备：步骤1、含氟疏水主链聚合物的制备将干燥的十氟联苯、芳香族二酚单体Ⅱ和4,4’‑对苯二酚溶于N,N‑二甲基乙酰胺中形成混合溶液，加入相对于十氟联苯摩尔数1.0‑1.5倍的碳酸钾，同时加入N,N‑二甲酰胺等体积量的环己烷作为共沸带水剂，90±10℃反应10小时以上，反应结束后，用N,N‑二甲基乙酰胺稀释反应液、降至室温后缓慢倒入去离子水中，析出纤维状产物，经过滤、水洗、真空干燥后得到含氟疏水聚醚聚合物Ⅰ，其中，十氟联苯、4,4’‑对苯二酚及芳香族二酚单体Ⅱ的摩尔比为2：1：1；式I中，Ar1为芳香族二酚单体Ⅱ中的任意一种脱氢后的产物：步骤2、磺化萘醚接枝含氟聚醚的制备将干燥的含氟疏水聚醚聚合物Ⅰ溶于N,N‑二甲基乙酰胺中，然后加入相当于含氟疏水聚醚聚合物Ⅰ中全氟单元0.5～0.8摩尔倍数的二磺化萘酚单体Ⅳ，加入相对于二磺化萘酚单体Ⅳ摩尔数1.0～1.5倍的碳酸钾，加入与N,N‑二甲基乙酰胺等体积的环己烷作为共沸带水剂，110±10℃反应10小时以上，反应结束后，用N,N‑二甲基乙酰胺稀释反应液、降至室温后缓慢倒入去离子水中，析出纤维状产物，经过滤、水洗、真空干燥后得到二磺化萘醚接枝含氟聚醚聚合物Ⅲ；式Ⅲ中，x的取值为0.5～0.8；Ar2为二磺化萘酚单体Ⅳ中的任意一种脱氢后的产物：Ar3为下列基团组合中任意一种：步骤3、磺化萘醚接枝含氟聚醚类质子交换膜的制备将二磺化萘醚接枝含氟聚醚聚合物Ⅲ溶解在非质子型极性有机溶剂中，超声脱泡后浇铸于玻璃平板上，在80±10℃空气中干燥，干燥后取出，将膜浸渍于去离子水中剥离，室温下采用酸浸泡后水洗至中性，真空烘干，得到质子型磺化萘醚接枝含氟聚醚交换膜。