CN109438696A - 一种磺化含蒽酮结构聚芳醚及其制备方法 - Google Patents

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刘新琦
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    • C08G65/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
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Abstract

一种磺化含蒽酮结构聚芳醚及其制备方法，涉及一种高分子材料及其制备方法，本发明通过对具有大体积刚性扭曲蒽酮结构的含蒽酮结构聚芳醚聚合物进行磺化制备出磺化含蒽酮结构聚芳醚。通过调节磺化反应时间，可以制备出磺化度不同的磺化含蒽酮结构聚芳醚。所获得的磺化含蒽酮结构聚芳醚具有良好的成膜性，优异的抗溶胀性能和高稳定性，可作为电驱动膜和压力驱动膜的膜材料在水处理（超滤膜、纳滤膜）、燃料电池、液流电池、微生物燃料电池、电渗析、扩散渗析等领域具有很好的应用前景。

Description

一种磺化含蒽酮结构聚芳醚及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，特别是涉及一种磺化含蒽酮结构聚芳醚及其制备方法。
背景技术
聚芳醚类聚合物具有优异的机械性能、耐热性能、耐化学性能和加工性能，可作为特种工程塑料，可在承受机械应力和较为苛刻的化学物理环境中长期使用。聚芳醚经过磺化改性可获得磺化聚芳醚。磺化聚芳醚作为膜材料在水处理（超滤膜、纳滤膜）、燃料电池、液流电池、电渗析、扩散渗析、微生物燃料电池等领域具有重要用途。磺化聚醚醚酮、磺化聚砜等膜材料，膜溶胀大，稳定性差，应用受到极大限制。在聚芳醚主链中引入大体积刚性扭曲蒽酮结构，获得的新型含蒽酮结构聚芳醚机械强度高，可溶解，具有优异成膜性。在聚芳醚主链中引入大体积刚性蒽酮结构，不但提高聚合物玻璃化转变温度，提升其耐热性能，而且蒽酮结构的共轭结构可提高聚合物的耐热和耐氧化稳定性，提高其在极端环境下稳定性。将含蒽酮结构聚芳醚进行磺化改性合成磺化含蒽酮结构聚芳醚，具有优异的抗溶胀性能，高稳定性，该磺化聚合物材料可用于制备高性能分离膜（超滤膜、纳滤膜）和电驱动膜在水处理、燃料电池、液流电池、电渗析、扩散渗析、微生物燃料电池等领域具有十分广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磺化含蒽酮结构聚芳醚及其制备方法，该方法通过对具有大体积刚性扭曲蒽酮结构的含蒽酮结构聚芳醚聚合物进行磺化制备出磺化含蒽酮结构聚芳醚。所获得的磺化含蒽酮结构聚芳醚具有良好的成膜性，优异的抗溶胀性能和高稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种磺化含蒽酮结构聚芳醚，构成该聚芳醚的重复结构单元为：
其中，x=0.01-1.0，R1为H或SO3H。
一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，该制备磺化含蒽酮结构聚芳醚的方法是以含蒽酮结构聚芳醚聚合物为原料，用溶剂溶解完全后加入磺化剂，在一定温度下进行磺化反应，反应结束后将反应溶液倒入沉淀剂，搅拌下将磺化聚合物沉淀出来，过滤分离，得到磺化聚合物。
所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N， N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷、环丁砜、质量分数为50%-98%的硫酸中的一种或两种以上的混合物。
所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，所述磺化剂包括质量分数为50%-98%的硫酸、发烟硫酸、氯磺酸中的一种或两种以上的混合物。
所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，所述沉淀剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮。
所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，所述磺化反应温度为0℃-100℃，反应时间为1-72小时。
本发明的优点与效果是：
本发明通过对具有大体积刚性扭曲蒽酮结构的含蒽酮结构聚芳醚聚合物进行磺化制备出磺化含蒽酮结构聚芳醚。通过调节磺化反应时间，可以制备出磺化度不同的磺化含蒽酮结构聚芳醚。所获得的磺化含蒽酮结构聚芳醚具有良好的成膜性，优异的抗溶胀性能和高稳定性，可作为电驱动膜和压力驱动膜的膜材料在水处理（超滤膜、纳滤膜）、燃料电池、液流电池、微生物燃料电池、电渗析、扩散渗析等领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的磺化含蒽酮结构聚芳醚薄膜的红外吸收光谱；
图2为实施例2的磺化含蒽酮结构聚芳醚薄膜的红外吸收光谱；
图3为实施例3的磺化含蒽酮结构聚芳醚薄膜的红外吸收光谱。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。实施例列出了磺化含蒽酮结构聚芳醚制备工艺，这些实例仅仅是为了对本发明进行说明，并不是限定本发明保护范围。
实施例1
将10 g含蒽酮结构聚芳醚酮，100 mL硫酸（98%）加入到装有机械搅拌器、温度计的三口烧瓶中，室温下搅拌，溶解完全后，升温至25℃反应10小时，反应结束后，将溶液倒入大量水中，磺化聚合物沉淀析出，用大量去离子水反复浸泡直至中性，然后经60℃真空干燥，得到磺化含蒽酮结构聚芳醚酮。将磺化蒽醌聚芳醚酮溶于N-甲基吡咯烷酮中，配制成聚合物含量为10 wt%的溶液，用刮刀在水平玻璃板上铸膜，70℃加热9小时挥干溶剂，得到厚度为40-45微米的磺化含蒽酮结构聚芳醚酮膜。
实施例2
将10 g含蒽酮结构聚芳醚酮，100 mL硫酸（98%）加入到装有机械搅拌器、温度计的三口烧瓶中，室温下搅拌，溶解完全后，升温至25℃反应14小时，反应结束后，将溶液倒入大量水中，磺化聚合物沉淀析出，用大量去离子水反复浸泡直至中性，然后经60℃真空干燥，得到磺化含蒽酮结构聚芳醚酮。将磺化蒽醌聚芳醚酮溶于N-甲基吡咯烷酮中，配制成聚合物含量为10 wt%的溶液，用刮刀在水平玻璃板上铸膜，70℃加热9小时挥干溶剂，得到厚度为40-45微米的磺化含蒽酮结构聚芳醚酮膜。
实施例3
将10 g含蒽酮结构聚芳醚酮，100 mL硫酸（98%）加入到装有机械搅拌器、温度计的三口烧瓶中，室温下搅拌，溶解完全后，升温至25℃反应20小时，反应结束后，将溶液倒入大量水中，磺化聚合物沉淀析出，用大量去离子水反复浸泡直至中性，然后经60℃真空干燥，得到磺化含蒽酮结构聚芳醚酮。将磺化蒽醌聚芳醚酮溶于N-甲基吡咯烷酮中，配制成聚合物含量为10 wt%的溶液，用刮刀在水平玻璃板上铸膜，70℃加热9小时挥干溶剂，得到厚度为40-45微米的磺化含蒽酮结构聚芳醚酮膜。
将磺化含蒽酮结构聚芳醚酮膜组装成全钒液流电池，测试了其单电池性能，测试电流密度100mAcm-2，电解液浓度为1.5M 钒电解质的3 M硫酸溶液，结果如下表所示：
以上对本发明的具体实施方式作了说明，但这些不能被理解为限制了本发明的保护的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磺化含蒽酮结构聚芳醚，其特征在于，构成该聚芳醚的重复结构单元为：
其中，x=0.01-1.0，R1为H或SO3H。
2.一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，其特征在于，该制备磺化含蒽酮结构聚芳醚的方法是以含蒽酮结构聚芳醚聚合物为原料，用溶剂溶解完全后加入磺化剂，在一定温度下进行磺化反应，反应结束后将反应溶液倒入沉淀剂，搅拌下将磺化聚合物沉淀出来，过滤分离，得到磺化聚合物。
3.根据权利要求3所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，其特征在于，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷、环丁砜、质量分数为50%-98%的硫酸中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，其特征在于，所述磺化剂包括质量分数为50%-98%的硫酸、发烟硫酸、氯磺酸中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求2所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮。
6.根据权利要求2所述的一种磺化含蒽酮结构聚芳醚制备方法，其特征在于，所述磺化反应温度为0℃-100℃，反应时间为1-72小时。
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