CN109293577A - 一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途 - Google Patents

一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途 Download PDF

Info

Publication number
CN109293577A
CN109293577A CN201810819332.0A CN201810819332A CN109293577A CN 109293577 A CN109293577 A CN 109293577A CN 201810819332 A CN201810819332 A CN 201810819332A CN 109293577 A CN109293577 A CN 109293577A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
compound
ion exchange
added
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810819332.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郑长风
杨辉
单倩倩
林小雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shengbo (shenzhen) Technology Co Ltd
Original Assignee
Shengbo (shenzhen) Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shengbo (shenzhen) Technology Co Ltd filed Critical Shengbo (shenzhen) Technology Co Ltd
Publication of CN109293577A publication Critical patent/CN109293577A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0006—Organic membrane manufacture by chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C231/00—Preparation of carboxylic acid amides
    • C07C231/12—Preparation of carboxylic acid amides by reactions not involving the formation of carboxamide groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C233/00—Carboxylic acid amides
    • C07C233/01—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms
    • C07C233/34—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having the nitrogen atom of at least one of the carboxamide groups bound to a carbon atom of a hydrocarbon radical substituted by amino groups
    • C07C233/35—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having the nitrogen atom of at least one of the carboxamide groups bound to a carbon atom of a hydrocarbon radical substituted by amino groups with the substituted hydrocarbon radical bound to the nitrogen atom of the carboxamide group by an acyclic carbon atom
    • C07C233/38—Carboxylic acid amides having carbon atoms of carboxamide groups bound to hydrogen atoms or to acyclic carbon atoms having the nitrogen atom of at least one of the carboxamide groups bound to a carbon atom of a hydrocarbon radical substituted by amino groups with the substituted hydrocarbon radical bound to the nitrogen atom of the carboxamide group by an acyclic carbon atom having the carbon atom of the carboxamide group bound to a carbon atom of an acyclic unsaturated carbon skeleton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D239/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings
    • C07D239/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings not condensed with other rings
    • C07D239/04—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D243/00—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D243/04—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms having the nitrogen atoms in positions 1 and 3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D245/00—Heterocyclic compounds containing rings of more than seven members having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D245/02—Heterocyclic compounds containing rings of more than seven members having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms not condensed with other rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D245/00—Heterocyclic compounds containing rings of more than seven members having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D245/04—Heterocyclic compounds containing rings of more than seven members having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D245/06—Heterocyclic compounds containing rings of more than seven members having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms condensed with carbocyclic rings or ring systems condensed with one six-membered ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D333/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom
    • C07D333/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D333/04—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom
    • C07D333/06—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings not substituted on the ring sulphur atom with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to the ring carbon atoms
    • C07D333/22—Radicals substituted by doubly bound hetero atoms, or by two hetero atoms other than halogen singly bound to the same carbon atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10—Esters
    • C08F220/34—Esters containing nitrogen, e.g. N,N-dimethylaminoethyl (meth)acrylate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30—Cross-linking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/42—Ion-exchange membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2601/00—Systems containing only non-condensed rings
    • C07C2601/12—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/14—The ring being saturated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及离子交换膜领域。具体地，本发明涉及制备离子交换膜所用的水溶性交联剂、其制备方法及其用途。

Description

一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途
技术领域
本发明涉及离子交换膜领域。具体地，本发明涉及制备离子交换膜所用的水溶性交联剂、其制备方法及其用途。
背景技术
离子交换膜是具有离子交换性能的、由高分子材料制成的薄膜。由于其独特的电荷特性，离子交换膜可以对离子进行分离和分级。目前，离子交换膜已经广泛应用于清洁生产、环境保护、能量转换和组成等方面。具体地，以离子交换膜为基础的电渗析技术可以用于水回收和深度处理、酸碱废液废气的处理、实现有机反应的绿色合成、以及用作燃料电池或液流电池的隔膜。
离子交换膜一般可按照相态分为异相离子交换膜和均相离子交换膜。异相离子交换膜主要由离子交换树脂、热塑性粘合剂和支撑布网组成，成膜电阻大，能耗高，质量差，寿命短。在均相离子交换膜中，由于离子交换功能基团与膜基体以化学键相连，膜结构均匀，膜电阻小，能耗低，寿命长。历经多年的发展，均相离子交换膜逐渐取代异相离子交换膜，已经在膜分离技术领域中占据重要地位。
均相离子交换膜一般由含有离子交换功能基团的离子交换单体、交联剂、溶剂和引发剂制成。常用的单体包括三甲基乙基丙烯酸氯化铵(TMAEMC)、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)、3-甲基丙烯酸磺酸钾盐、苯乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸锂和2-磺乙基甲基丙烯酸等可以实现离子交换的乙烯基类单体。常用的交联剂包括二乙烯基苯(DVB)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDM)和亚甲基双丙烯酰胺(MBA)等具有交联作用的双烯类化合物。
由于含有离子交换功能基团，离子交换单体具有高极性和亲水性。另一方面，交联剂则是非极性的疏水性化合物。因此，离子交换单体和交联剂是不相容的，由于其极性的差异一般不能大量溶解在一起。于是，需要溶剂或混合的溶剂系统来溶解离子交换单体和交联剂，以产生均相溶液，从而进一步制备均相离子交换膜。用于溶解离子交换单体和交联剂的合适溶剂的选择非常有限。此外，通常需要大量的溶剂(多达混合物重量的50％以上)来制备均相溶液。最后，离子交换膜制成后需要除去溶剂，这极大地增加了处理成本和环境成本。
因此，需要制备水溶性交联剂。美国专利US 4,310,631,公开一种离子交换膜的制备方法，其中采用甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯在酸催化条件下制备水溶性的离子交联剂，从而用于制备离子交换膜。美国专利US 7,968,663和8,138,291也公开了类似的交联剂制备方法，采用环氧化合物与氨基反应，有效地连接两个乙烯基，形成可以在水中溶解的交联剂。此类方法实现了交联剂和离子交换单体作用的整合，但是该方法采用大量的酸，并且此交联剂只能用于阴离子交换膜的制备，大大局限了交联剂的应用范围。
美国专利US 5,118,717公开了一种制备常规阴离子交换膜的方法，其中采用水和醇-水溶液作为溶剂。在该方法中，采用甲基丙烯酸二甲胺乙酯和乙烯基苄氯(VBC)反应，形成水溶性的季铵盐双乙烯基交联剂。然而，该方法使用的乙烯基苄氯具有高毒性，这大大增加了环境成本。
美国专利US 4,617,321公开了一种均相离子交换膜的制备方法，使N-羟甲基丙烯酰胺在酸催化下，在聚合过程中进行脱醛反应获得均相离子交换膜。虽然N-羟甲基丙烯酰胺在水中具有很高的溶解度，但是生成交联剂的过程会有甲醛脱出，在生产和应用中会限制成膜的应用。
美国专利US 5,037,858公开了一种均相离子交换膜的制备方法，采用N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，采用水或者混合溶剂使其与离子交换单体互溶，进而聚合形成均相离子交换膜。美国专利US 8,956,782公开了一种均相离子交换膜的制备方法，采用异丙醇和氢氧化锂提高N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的溶解性，再将其与AMPS混合以制备离子交换膜。在这些方法中，虽然可以用N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，但是由于其结构对称性，造成水溶性有限，仍然不足以制备高质量的离子交换膜。
因此，需要一种高水溶性的、安全的交联剂，从而提高离子交换膜的质量。同时，由于可以直接使用水而不需要使用有毒或难以处理的有机溶剂来溶解水溶性交联剂和离子交换单体，因此也能够降低离子交换膜生产工艺中的生产成本和环境成本。
发明内容
本发明公开了一种高水溶性乙烯基交联剂、其制备方法及其用于制备均相离子交换膜的用途。具体地，本发明采用双丙烯酰胺类化合物与二元醛发生加成反应，形成具有高水溶性的二乙烯基交联剂。本发明的特点在于二元醛与酰胺类化合物的氨基发生加成反应，形成多羟基的构造或增加产物的不对称性，从而提高交联剂的极性，在水中具有较高的溶解性。并且，极性的提高不影响乙烯基的电子结构，因此该水溶性交联剂可以用于均相离子交换膜的制备，有效避免大量有机溶剂的使用，使离子交换膜的制备过程更加环保，成本更低。
因此，在第一个方面，本发明提供一种用作水溶性交联剂的具有下式(A)的化合物或其盐：
其中，X选自
R1、R2、R12和R15各自独立地选自H、C1-C22烷基、芳基和杂芳基；
R3是取代或未取代的亚甲基；
R4是取代或未取代的亚甲基或不存在；
R6、R8和R9各自独立地选自C1-C22亚烷基、亚芳基、亚环烷基、亚烯基、亚杂芳基和不存在；
R5和R7各自独立地选自C1-C22亚烷基、亚芳基和亚杂芳基；
R10和R11各自独立地选自H和C1-C22烷基，或R10和R11相互键合而形成环；
R13和R14各自独立地选自H和C1-C22烷基，或R13和R14相互键合而形成环。
在一个实施方案中，R1、R2、R12和R15为H。在另一个实施方案中，R1、R2、R12和R15各自独立地选自C1-C22烷基，优选C1-C6烷基。
在一个实施方案中，R6、R8和R9各自独立地选自C1-C22亚烷基，优选C1-C6亚烷基。在另一个实施方案中，R6、R8和R9各自独立地选自亚芳基、C3-10亚环烷基、C2-6亚烯基和5-6元亚杂芳基。
在一个实施方案中，当R10和R11或R13和R14相互键合而形成环时，形成的环是饱和或不饱和的5-10元环。
在一个实施方案中，与R10连接的C原子和与R11连接的C原子之间是单键或双键。在另一个实施方案中，与R13连接的C原子和与R14连接的C原子之间是单键或双键。
在一个实施方案中，R3、R5和R7各自独立地选自C1-C22亚烷基，优选C1-C6亚烷基，最优选亚甲基。
在一个实施方案中，本发明的化合物或其盐的实例包括但不限于以下式(A-1)至(A-24)所示的结构：
如本文所用，术语“烷基”是指直链或支链的饱和一价烃基。在某些实施方案中，烷基包含1至22个碳原子。例如，“C1-C22烷基”表示包含仅1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子等，直至包含22个碳原子的烷基基团。例如，C1-C22烷基包含C1-C6烷基。C1-C6烷基是指包含1个、2个、3个、4个、5个或6个碳原子的烷基基团。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、叔戊基、戊基、己基、庚基、辛基等。在本发明中，该术语包括取代或未取代的烷基。
如本文所用，术语“取代或未取代的”是指所述基团可以是未取代的，或所述基团中的H被一个或多个取代基所取代。
如本文所用，术语“取代”是指所述基团具有一个或多个选自以下的取代基：卤素、羟基、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、-NH2、硝基、-CN、芳基、环烷基。
如本文所用，术语“卤素”或“卤代”包括氟、氯、溴和碘。
如本文所用，术语“亚烷基”是指直链或支链的饱和二价烃基。在某些实施方案中，烷基包含1至22个碳原子。例如，“C1-C22亚烷基”表示包含仅1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子等，直至包含22个碳原子的烷基基团。例如，C1-C22亚烷基包含C1-C6亚烷基。C1-C6亚烷基是指包含1个、2个、3个、4个、5个或6个碳原子的亚烷基基团。烷基的实例包括但不限于亚甲基、亚乙基、正亚丙基、异亚丙基、正亚丁基、异亚丁基、仲亚丁基、叔亚丁基、叔亚戊基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基等。在本发明中，该术语包括取代或未取代的亚烷基。
如本文所用，术语“芳基”包含至少一个芳香碳环的一价单环芳香基和/或一价多环芳香基。在某些实施方式中，芳基具有6至20(C6-20)、6至15(C6-15)或6至10(C6-10)个环原子。芳基的实例包括但不限于：苯基、萘基、芴基、薁基、蒽基、菲基、芘基、联苯基和三联苯基。芳基也指双环或三环碳环，其中一个环是芳香族的，其他环可以是饱和的、部分饱和的或芳香族的，例如，二氢萘基、茚基、茚满基或四氢萘基(tetralinyl)。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“亚芳基”是指包含至少一个芳香族碳环的二价单环芳香基和/或二价多环二价芳香基。在某些实施方式中，亚芳基具有6至20(C6-20)、6至15(C6-15)或6至10(C6-10)个环原子。亚芳基的实例包括但不限于：亚苯基、亚萘基、亚芴基、亚奥基、亚蒽基、亚菲基、亚芘基、亚联苯基和亚三联苯基。亚芳基也指双环或三环碳环，其中一个环是芳香族的，其他环可以是饱和的、部分饱和的或芳香族的，例如，亚二氢萘基、亚茚基、亚茚满基或亚四氢萘基(tetralinylene)。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“杂芳基”是指包含至少一个芳香环的一价单环芳香基和/或一价多环芳香基，其中至少一个芳香环的环中包含一个或多个独立地选自O、S和N的杂原子。杂芳基经由芳香环键合至分子的其他部分。杂芳基的每个环可以包含一个或两个O原子、一个或两个S原子、和/或一个至四个N原子，条件是每个环中的杂原子总数为四个或更少,且每个环包含至少一个碳原子。在某些实施方式中，杂芳基具有5至20、5至15、5至10个或5-6个环原子(即，五元杂芳基或六元杂芳基)。杂芳基的实例包括但不限于：吡啶基、吡咯基、吲哚基、噻吩基、吩嗪基和呋喃基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“亚杂芳基”是指包含至少一个芳香环的二价单环芳香基和/或二价多环芳香基，其中至少一个芳香环的环中包含一个或多个独立地选自O、S和N的杂原子。亚杂芳基的每个环可以包含一个或两个O原子、一个或两个S原子、和/或一个至四个N原子，条件是每个环中杂原子的总数为四以下，且每个环包含至少一个碳原子。在某些实施方式中，亚杂芳基具有5至20、5至15、5至10个或5-6个环原子(即，五元亚杂芳基或六元亚杂芳基)。亚杂芳基的实例包括但不限于：吡啶亚基、吡咯亚基、亚吲哚基、噻吩亚基、亚吩嗪基和呋喃亚基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“环烷基”是指环状一价烃基。在某些实施方式中，环烷基具有3至20(C3-20)、3至15(C3-15)、3至10(C3-10)或3至7(C3-7)个碳原子。环烷基的实例包括但不限于，环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯基、环己基、环己烯基、环己二烯基、环庚基、环庚烯基、二环[2.1.1]己基、二环[2.2.1]庚基和金刚烷基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“亚环烷基”是指环状二价烃基。在某些实施方式中，亚环烷基具有3至20(C3-20)、3至15(C3-15)、3至10(C3-10)或3至7(C3-7)个碳原子。亚环烷基的实例包括但不限于，亚环丙基、亚环丁基、亚环戊基、亚环己基、亚环庚基和亚金刚烷基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“烯基”是指包含一个或多个(在一种实施方式中，包含1至5个，在另一种实施方式中，包含1个)碳-碳双键的直链或支链单价烃基。例如，C2-6烯基是指2至6个碳原子的直链不饱和一价烃基或3至6个碳原子的支链不饱和一价烃基。在某些实施方式中，烯基为具有2至20(C2-20)、2至15(C2-15)、2至10(C2-10)或2至6(C2-6)个碳原子的直链一价烃基，或具有3至20(C3-20)、3至15(C3-15)、3至10(C3-10)或3至6(C3-6)个碳原子的支链一价烃基。烯基的实例包括但不限于，乙烯基、丙烯-1-基、丙烯-2-基、烯丙基、丁烯基、和4-甲基丁烯基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
如本文所用，术语“亚烯基”是指包含一个或多个(在一种实施方式中，包含1至5个，在另一种实施方式中，包含1个)碳-碳双键的直链或支链的二价烃基。例如，C2-6亚烯基是指2至6个碳原子的直链不饱和二价烃基或3至6个碳原子的支链不饱和二价烃基。在某些实施方式中，亚烯基为具有2至20(C2-20)、2至15(C2-15)、2至10(C2-10)或2至6(C2-6)个碳原子的直链二价烃基，或具有3至20(C3-20)、3至15(C3-15)、3至10(C3-10)或3至6(C3-6)个碳原子的支链二价烃基。亚烯基的实例包括但不限于，亚乙烯基、亚丙烯基、亚烯丙基、亚丁烯基、和4-甲基亚丁烯基。该术语包括取代或未取代的形式，其中取代基的定义如上。
本发明的水溶性交联剂在分子结构中增加了羟基的数量(至少两个)从而提高亲水性，或者在分子结构上具有不对称性从而提高极性，均极大地增加了它的水溶性。
在第二个方面，本发明提供制备用作水溶性交联剂的本发明化合物或其盐的方法，包括使具有下式(C)的双丙烯酰胺类化合物与具有下式(D)的二元醛在催化剂和溶剂存在下反应，
其中R10和R12各自独立地选自H、C1-C22烷基、芳基和杂芳基；
R11选自C1-C22亚烷基、亚芳基和亚杂芳基；
R13选自C1-C22亚烷基、亚芳基、亚烯基、亚杂芳基、亚环烷基和不存在，其中各基团定义如上所述。
在一个实施方案中，本发明的溶剂是水和/或其他水溶性极性溶剂。可用于本发明的其他水溶性极性溶剂包括但不限于：醇类溶剂和作为非质子性极性溶剂的醚类溶剂。优选水及醇类溶剂。醇类溶剂的实例例如是甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、二丙二醇等。醇类溶剂中，更优选乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇。本发明可以使用一种或两种以上溶剂，优选单独使用水或同时使用水和极性溶剂，尤其是醇类溶剂。在一个实施方案中，本发明的制备水溶性交联剂的方法还包括加入阻聚剂。
因此，本发明也提供通过上述方法制备的用作水溶性交联剂的化合物或其盐。
在另一个实施方案中，合适的丙烯酰胺类化合物包括但不限于：N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N'-亚乙基双丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双甲基丙烯胺、N,N’-乙烯基双丙烯酰胺或N,N’-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)等。在一个优选的实施方案中，本发明的双丙烯酰胺类化合物是N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N’-乙烯基双丙烯酰胺或N,N’-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)。
如本文所用，术语“二元醛”是指具有两个醛基的化合物，具体的实例包括但不限于乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、2-丁烯二甲醛、邻苯二甲醛、1,2-环己二醛、2,5-噻吩二甲醛等。在一个优选的实施方案中，二元醛是乙二醛、丙二醛或丁二醛。
在一个实施方案中，双丙烯酰胺类化合物和二元醛可以同时或分批加入溶剂。
在一个实施方案中，双丙烯酰胺类化合物的酰胺基与多元醛的醛基的摩尔比例为1:1-2.5。溶剂的含量为适合使各组分溶解的任何量。在一个实施方案中，溶剂的量为基于反应物混合物总重量的约10-90％重量。在另一个实施方案中，溶剂的量为基于反应物混合物总重量的约20-70％重量。
如本文所用，术语“阻聚剂”是指使烯类单体的自由基聚合反应完全终止的化合物。合适的阻聚剂包括但不限于：对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、对苯二酚单甲基醚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基邻苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、吩噻嗪、4-氧代-2,2,6，6-四甲基-1-哌啶醇氧自由基、4-羟基-2,2,6,6-四甲基1-哌啶醇氧自由基、2,6-二硝基-仲丁基苯酚、三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐以及它们的混合物。在一个实施方案中，合适的阻聚剂是对羟基苯甲醚。
在一个实施方案中，阻聚剂的含量为10-3000ppm。
在一个实施方案中，丙烯酰胺类化合物与二元醛反应的pH为大于8或小于6。
催化剂选自有机酸、无机酸、有机碱或无机碱。合适的催化剂包括但不限于：NaOH、NaHCO3、HCl、三乙胺、乙酸等。
在一个实施方案中，双丙烯酰胺类化合物和二元醛的反应在35-95℃，优选70℃进行。
在一个实施方案中，双丙烯酰胺类化合物和二元醛的反应进行0.5-10小时，例如2-5小时。根据需要，双丙烯酰胺类化合物和二元醛的反应温度和反应时间可以由本领域技术人员通过常规实验进行调整。
在第三个方面，本发明提供水溶性交联剂在制备离子交换膜中的用途。此外，发明人还发现，根据本发明制备的水溶性交联剂也可以广泛应用于其他需要良好的水解稳定性的领域，例如用于制备涂料、粘合剂、离子交换树脂等。
在第四个方面，本发明提供用于制备离子交换膜的组合物，包括根据本发明的水溶性交联剂、离子交换单体和任选的引发剂。
如本文所用，术语“离子交换单体”是指具有带电荷离子基团的可以发生离子交换的单体，包括带正电荷离子基团的单体和带负电荷离子基团的单体。合适的带正电荷离子基团的单体包括但不限于选自以下的一种或多种：三甲基乙基丙烯酸氯化铵(TMAEMC)、3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化钠(MAPTAC)、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、二甲基苯甲基-2-甲基丙烯酸乙胺酯氯化铵、N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺、N，N，N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵、二甲胺基丙基丙烯酰胺、(3-丙烯酰胺丙基)-三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、四烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯和乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTMAC)。合适的带负电荷离子基团的单体包括但不限于选自以下的一种或多种：(甲基)丙烯酸、丙烯酸羧基乙酯、3-磺基丙基丙烯酸钾盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸锂和乙烯基磺酸。
在一个实施方案中，离子交换单体与本发明的水溶性交联剂的摩尔比为20-0.1:1。
如本文所用，术语“引发剂”是指可以产生自由基聚合活性中心的物质，包含不限于2,2’-氮杂环(2-咪唑啉)二盐酸盐、2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、2,2’-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺)。
在一个实施方案中，离子交换单体与水溶性交联剂的摩尔比例为约1:1，引发剂的含量为所述组合物总重量的0.1-10％。
在第五个方面，本发明提供制备离子交换膜的方法、由此制成的离子交换膜以及离子交换膜的用途。本发明所述的制备离子交换膜的方法包括将根据本发明的组合物涂布于增强织物上，使其固化成膜。可以用本领域技术人员熟知的任何涂布技术进行涂布。此外，本发明的制备离子交换膜的方法还包括使本发明的组合物在没有增强织物的情况下直接固化成膜。可以用本领域技术人员已知的任何固化技术，例如通过加热、光照、辐射、等离子、微波等进行固化。根据本发明的方法制备的离子交换膜可以用于各种电化学装置，例如电渗析器、电池等。
如本文所用，术语“增强织物”是指由纤维制成的增强支持层，或具有多孔结构的增强支持层。合适的增强织物包括但不限于纤维布和多孔膜材料。增强织物的实例包括玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或其他高分子合金纤维布或多孔膜材料。
本发明的组合物是基于自由基的聚合反应过程，直接采用离子交换单体和交联剂聚合，避免有机溶剂的使用，有效地降低了污染，节约成本，简化制备流程。同时，采用本发明的交联剂与离子交换单体能够形成稳定的均相溶液，由此聚合形成的膜具有更加均匀的物理结构，有效避免现有技术中由于增强高分子材料难以被磺化或氯甲基化，成膜基本为半均相膜，容易在膜上形成缺陷的问题。最后，与现有技术的离子交换膜相比，本发明的离子交换膜的离子交换容量可达1.7-3.0meq/g树脂，水含量为40-60％。
具体实施方式
实施例1.制备本发明的水溶性交联剂
将30g冰醋酸和6.32g乙二醛(40％水溶液)混合后，于60℃加入6.71g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(99％)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将温度升高至65℃，反应2小时后，加入1.38g乙二醛(40％)和200ppm的对羟基苯甲醚(99％)，然后于68℃反应4小时，70℃反应6小时，停止反应。加入19.06g去离子水，于50℃减压蒸发。重复加入去离子水和减压蒸发的过程，直至溶液粘稠，无固体析出。NMR数据分析显示所得产物为式(A-1)所示的化合物。
实施例2.制备均相阴离子交换膜
将0.35g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸盐(98+％)溶于1.09g水中，然后加入实施例1中所得产物和11.30g 2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(80％)。混合均匀后，形成均相溶液，将12cm*12cm聚酯布作为支撑层均匀浸渍于该均相溶液中，采用聚酯膜隔绝空气后，置于烘箱85℃高温固化1h，得到外观平整光滑的均相阴离子交换膜。
根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阳离子交换膜的离子交换容量和含水量，结果如下：离子交换容量为2.307meq/g，含水量为54.69％。
实施例3.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和3.17g丙二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-2)所示的化合物。
将0.40g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.32g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量46％，离子交换容量容量1.82meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例4.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和4.3g戊二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-3)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量容量1.79meq/g，电阻为12Ω.CM2。
实施例5.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.69g丁二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-4)所示的化合物。
将0.41g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量47％，离子交换容量容量1.77meq/g，电阻为12Ω.CM2。
实施例6.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和5.76g邻苯二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-5)所示的化合物。
将0.42g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量46％，离子交换容量1.81meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例7.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和6.02g 1,2-环己二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-6)所示的化合物。
将0.43g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量47％，离子交换容量1.82meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例8.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.61g 2-丁烯二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-7)所示的化合物。
将0.38g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量48％，离子交换容量1.91meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例9.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和3.17g丙二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-8)所示的化合物。
将0.38g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量1.88meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例10.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.69g丁二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-9)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量48％，离子交换容量1.91meq/g，电阻为9Ω.CM2。
实施例11.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和5.76g邻苯二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23gN,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-10)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量46％，离子交换容量1.75meq/g，电阻为12Ω.CM2。
实施例12.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和6.02g 1,2-环己二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-11)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量46％，离子交换容量1.81meq/g，电阻为13Ω.CM2。
实施例13.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.61g 2-丁烯二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-12)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量50％，离子交换容量1.93meq/g，电阻为10Ω.CM2。
实施例14.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和6.02g 2,5-噻吩二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入6.72g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-13)所示的化合物。
将0.43g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量1.79meq/g，电阻为13Ω.CM2。
实施例15.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和6.02g 2,5-噻吩二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-14)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量1.80meq/g，电阻为13Ω.CM2。
实施例16.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和4.3g戊二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入7.23g N,N’-乙烯基双丙烯酰胺，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-15)所示的化合物。
将0.38g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量46％，离子交换容量1.81meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例17.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和3.17g丙二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64g N,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-16)所示的化合物。
将0.35g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量48％，离子交换容量1.92meq/g，电阻为12Ω.CM2。
实施例18.根据本发明的均相阴离子交换膜
将35g冰醋酸和4.3g戊二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64g N,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-17)所示的化合物。
将0.36g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量47％，离子交换容量1.89meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例19.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.69g丁二醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64g N,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-18)所示的化合物。
将0.37g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量49％，离子交换容量1.82meq/g，电阻为12Ω.CM2。
实施例20.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和6.02g 2,5-噻吩二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64g N,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-19)所示的化合物。
将0.43g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量1.80meq/g，电阻为13Ω.CM2。
实施例21.根据本发明的均相阴离子交换膜
将48g冰醋酸和5.76g邻苯二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64gN,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-20)所示的化合物。
将0.42g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量45％，离子交换容量1.72meq/g，电阻为11Ω.CM2。
实施例22.根据本发明的均相阴离子交换膜
将50g冰醋酸和6.02g 1.2-环己二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64g N,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-21)所示的化合物。
将0.35g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其均匀涂布在聚酯织布上，并在聚酯两边从里向外依次覆盖PET薄膜和玻璃板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，然后分离PET薄膜和玻璃板，获得外观平整且光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量49％，离子交换容量1.76meq/g，电阻为14Ω.CM2。
实施例23.根据本发明的均相阴离子交换膜
将38g冰醋酸和3.61g丁烯二甲醛混合后，水浴升温至60℃并磁力搅拌。加入9.64gN,N′-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，然后再次加入冰醋酸直至溶液澄清。将反应温度升高至65℃，反应2小时。然后加入200ppm对羟基苯甲醚，68℃反应4小时，70℃反应6小时。加入去离子水，在50℃条件下减压蒸馏。重复加入去离子水进行减压蒸发，直至溶液粘稠，无固体析出。所得产物为式(A-22)所示的化合物。
将0.35g 2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸(VA-044)作为引发剂溶于1.10g去离子水，加入上述粘稠溶液和11.5g作为离子交换单体的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(TMAEMC)。混合均匀后，将其倒入深度为0.35mm的PET型腔。在20℃条件下真空脱泡3分钟，然后覆盖上PET盖板。将所得组合件放置在预热为80℃的烘箱中保温100分钟，取出冷却后将组合物放入水中，去掉盖板，获得外观平整光滑的均相阴离子交换膜，厚度为0.40mm。根据中华人民共和国海洋行业标准HY/T166.1-2013测定该阴离子交换膜的离子交换容量、含水量和电阻，结果如下：水含量49％，离子交换容量1.81meq/g，电阻为10Ω.CM2。
需要指出的是,上述实施例仅为本发明优选的特定实施方式,并不构成对本发明的限制,任何落入本发明权利要求的特征或者等同特征构成的本发明的保护范围内的实施方式均构成对本发明专利权的侵犯。对于本发明领域的技术人员，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相对应的改变，而所有的这些相应改变都应在本发明要求的保护范围之内，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种具有下式(A)的化合物或其盐：
其中，X选自
R1、R2、R12和R15各自独立地选自H、C1-C22烷基、芳基和杂芳基；
R3是取代或未取代的亚甲基；
R4是取代或未取代的亚甲基或不存在；
R6、R8和R9各自独立地选自C1-C22亚烷基、亚芳基、亚环烷基、亚烯基、亚杂芳基和不存在；
R5和R7各自独立地选自C1-C22亚烷基、亚芳基和亚杂芳基；
R1C和R11各自独立地选自H和C1-C22烷基，或R1C和R11相互键合而形成环；
R13和R14各自独立地选自H和C1-C22烷基，或R13和R14相互键合而形成环。
2.权利要求1所述的化合物或其盐，其中R1、R2、R12和R15为H或C1-C22烷基。
3.权利要求1所述的化合物或其盐，其中R5和R7为C1-C22亚烷基。
4.权利要求1所述的化合物或其盐，其中R6、R8和R9各自独立地选自C1-C6亚烷基、亚芳基、C3-10亚环烷基、C2-6亚烯基和5-6元亚杂芳基。
5.权利要求1所述的化合物或其盐，其中所述式(A)的化合物具有选自以下的结构：
6.一种化合物或其盐，其通过具有下式(C)的双丙烯酰胺类化合物与具有下式(D)的二元醛的反应来制备：
其中R10和R12各自独立地选自H、C1-C22烷基、芳基和杂芳基；
R11选自C1-C22亚烷基、亚芳基和亚杂芳基；
R13选自C1-C22亚烷基、亚芳基、亚烯基、亚杂芳基、亚环烷基、和不存在。
7.一种制备权利要求1-4任一项所述的化合物的方法，包括使具有下式(C)的双丙烯酰胺类化合物与具有下式(D)的二元醛在催化剂和溶剂存在下反应，
其中R10和R12各自独立地选自H、C1-C22烷基、芳基和杂芳基；
R11选自C1-C22亚烷基、亚芳基和亚杂芳基；
R13选自C1-C22亚烷基、亚芳基、亚烯基、亚杂芳基、亚环烷基、和不存在。
8.权利要求7所述的方法，其中所述溶剂是水和/或醇类溶剂。
9.权利要求7所述的方法，其中所述双丙烯酰胺类化合物为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、N,N’-乙烯基双丙烯酰胺或N,N’-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)。
10.权利要求7所述的方法，其中所述二元醛是乙二醛、丙二醛、丁二醛、2-丁烯二甲醛、戊二醛、邻苯二甲醛、1,2-环己二醛或2,5-噻吩二甲醛。
11.权利要求7所述的方法，其中所述催化剂选自NaOH、NaHCO3、HCl、三乙胺、乙酸中的至少一种。
12.权利要求7所述的方法，还包括在反应体系中加入阻聚剂。
13.权利要求12所述的方法，其中所述阻聚剂选自对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、对苯二酚单甲基醚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4-叔丁基邻苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、吩噻嗪、4-氧代-2,2,6，6-四甲基-1-哌啶醇氧自由基、4-羟基-2,2,6,6-四甲基1-哌啶醇氧自由基、2,6-二硝基-仲丁基苯酚、三(N-亚硝基-N-苯基羟胺)铝盐以及它们的混合物。
14.权利要求7所述的方法，其中所述双丙烯酰胺类化合物的酰胺基与二元醛的醛基的摩尔比例为1:1-2.5。
15.权利要求1-6任一项所述的化合物或其盐或根据权利要求7-14任一项所述的方法制备的化合物或其盐用作水溶性交联剂的用途。
16.权利要求1-6任一项所述的化合物或其盐或根据权利要求7-14任一项所述的方法制备的化合物或其盐在制备离子交换膜、涂料、粘合剂和离子交换树脂中的用途。
17.一种组合物，包括权利要求1-6任一项所述的化合物或其盐或根据权利要求7-14任一项所述的方法制备的化合物或其盐和离子交换单体和任选的引发剂。
18.权利要求17所述的组合物，其中所述离子交换单体选自乙烯基阳离子单体、乙烯基阴离子单体或具有碱性的乙烯基单体。
19.权利要求18所述的组合物，其中所述引发剂选自具有水溶性的自由基引发剂。
20.一种用于制备离子交换膜的方法，包括将权利要求16-19任一项所述的组合物涂布于增强织物上，使其固化成膜。
21.权利要求20所述的方法，其中所述增强织物选自纤维布和多孔膜材料。
22.一种用于制备离子交换膜的方法，包括使权利要求16-19任一项所述的组合物在没有增强织物的情况下直接固化成膜。
23.一种离子交换膜，包括由权利要求17-19任一项所述的组合物固化得到的聚合物层。
24.一种离子交换膜，通过权利要求20-22任一项所述的方法获得。
25.一种电化学装置，包括至少一个如权利要求23或24所述的离子交换膜。
CN201810819332.0A 2017-07-25 2018-07-24 一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途 Pending CN109293577A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2017106147944 2017-07-25
CN201710614794 2017-07-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109293577A true CN109293577A (zh) 2019-02-01

Family

ID=65167875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810819332.0A Pending CN109293577A (zh) 2017-07-25 2018-07-24 一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109293577A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110081780A (zh) * 2019-06-18 2019-08-02 东华镜月（苏州）纺织技术研究有限公司 一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法
CN114917764A (zh) * 2022-04-29 2022-08-19 浙江理工大学 一种利用单体自交联制备高选择性高通量pes超滤膜的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110081780A (zh) * 2019-06-18 2019-08-02 东华镜月（苏州）纺织技术研究有限公司 一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法
CN114917764A (zh) * 2022-04-29 2022-08-19 浙江理工大学 一种利用单体自交联制备高选择性高通量pes超滤膜的方法
CN114917764B (zh) * 2022-04-29 2023-10-24 浙江理工大学 一种利用单体自交联制备高选择性高通量pes超滤膜的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5118717A (en) High ion exchange capacity polyelectrolytes having high crosslink densities and caustic stability
Kwak et al. Synthesis and electrical properties of NaSS–MAA–MMA cation exchange membranes for membrane capacitive deionization (MCDI)
CN102671718B (zh) 一种具有季胺基团的特大孔结构强碱阴离子交换树脂及其制备工艺
FR2543354A1 (fr) Membranes echangeuses d'ions renforcees par des fibres de carbone non tissees
CN109293577A (zh) 一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途
CN101831023B (zh) 一种燃料电池质子交换膜及其制备方法
CN102580572A (zh) 一种阴离子交换膜及其制备方法
CN102206386A (zh) 一种基于咪唑阳离子的聚合物阴离子交换膜及其制备方法
KR20140016883A (ko) 산 차단 음이온 막
CN109293523A (zh) 一种离子型交联单体、其制备方法及其用途
CN108794784B (zh) 一种阴离子交换膜
CN101191017B (zh) 一种聚苯胺介孔分子筛复合物的制备
CN103724644A (zh) 一种基于聚乙烯亚胺和聚乙烯醇燃料电池复合质子传导膜的制备方法
CN103804631B (zh) 侧链季铵化的聚酮化合物及其制备方法、阴离子交换膜
CN103113588B (zh) 一种侧链含季铵基团的聚砜及其制备方法
CN109337103A (zh) 一种水溶性交联剂、其制备方法及其用途
KR20160056292A (ko) 카테콜 그룹을 갖는 이온교환고분자, 이의 제조방법 및 응용
CN103073702A (zh) 一种侧链磺酸化的聚酰亚胺及其制备方法
CN114426680B (zh) 一种用于盐水淡化的热响应聚离子液体水凝胶
CN103044292B (zh) 一种磺酸化芳香族化合物以及一种含磺酸化芳香基团的聚酮及其制备方法
CN105037781A (zh) 一种新型离子交换膜的制备方法
CN102983345B (zh) 疏水凝胶基中高温质子交换膜及其制备方法和应用
CN106378212B (zh) 一种含支化结构的弱酸性阳离子交换树脂及其制备方法
CN103044275A (zh) 一种季铵化芳香化合物以及一种含季铵化芳香基团的聚酮及其制备方法
CN112546872B (zh) 一种单价选择性阳离子交换膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190201

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication