一种聚烯烃接枝苯并咪唑类聚合物质子交换膜及其制备方法与应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111635531A(43)申请公布日2020.09.08(21)申请号202010470899.9(22)申请日2020.05.28(71)申请人珠海冠宇电池股份有限公司地址519180广东省珠海市斗门区井岸镇珠峰大道209号(72)发明人莫肇华李素丽李俊义徐延铭(74)专利代理机构北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)11535代理人刘元霞谢怡婷(51)Int.Cl.C08G81/02(2006.01)C08G73/18(2006.01)H01M8/103(2016.01)H01M8/1072(2016.01)权利要求书5页说明书19页附图2页(54)发明名称一种聚烯烃接枝苯并咪唑类聚合物质子交换膜及其制备方法与应用(57)摘要本发明提供一种聚烯烃接枝苯并咪唑类聚合物质子交换膜及其制备方法与应用，本发明所述材料由于使用较为柔软的聚烯烃类为主链，以刚性的线性苯并咪唑类聚合物和超支化聚苯并咪唑类聚合物为支链合成软-硬接枝共聚物。利用两种性质的聚合物将发生微观相分离形态构建质子传输通道，从而提高质子电导率；另外，在高温下柔性主链带动苯并咪唑类聚合物支链运动以降低质子迁移活化能，促进磷酸或质子的迁移提高质子电导率。而利用超支化结构容纳更多的磷酸的同时还能在不影响质子迁移的条件下限制磷酸在其中的运动从而降低磷酸的流失。通过本发明创造可以在较低的磷酸掺杂水平和较低体积溶胀率时获得高质子电导率)和较高的质子电导率保持率。CN111635531ACN111635531A权利要求书1/5页1.一种接枝共聚物，其是通过含氨基的线性苯并咪唑类聚合物和含氨基的超支化苯并咪唑类聚合物中的端氨基与侧链含羧基的烯烃类聚合物的羧基的缩合反应而得到的苯并咪唑类聚合物接枝到侧链含羧基的烯烃类聚合物主链上的接枝共聚物。2.根据权利要求1所述的接枝共聚物，其中，所述接枝共聚物含有下述式(I)所示的结构单元：式(I)中，R”选自H、烷基；R’选自不存在、取代或未取代的亚芳基、取代或未取代的亚烷基，其中的取代基可以选自烷基、羧基、卤素；R1为通过端氨基(-NH2)与R’上的-COOH发生缩合反应后连接到烯烃类聚合物主链上的含氨基的线性苯并咪唑类聚合物侧链；R2为通过端氨基(-NH2)与R’上的-COOH发生缩合反应后连接到烯烃类聚合物主链上的含氨基的超支化苯并咪唑类聚合物侧链；m＝100～50000之间的整数；当R’为不存在时，z＝0，1≥x1+x2>0，y＝1-x1-x2；当R’为亚芳基或亚烷基时，1>z≥0，1≥x1+x2>0，y＝1-z-x1-x2。3.根据权利要求1或2所述的接枝共聚物，其中，所述接枝共聚物的分子结构式为下列中的一种：其中，R1、R2、x1、x2、y、m、z的定义同前；Ar为下述结构中的一种：*代表连接点。4.根据权利要求1-3任一项所述的接枝共聚物，其中，所述超支化苯并咪唑类聚合物选2CN111635531A权利要求书2/5页自下述式(VI)～式(VII)结构中的至少一种：式(VI)和式(VII)中，X的定义如上所述；n2为1-100之间的整数；**代表支化点；R3选自含有三个羧基的化合物的残基。5.根据权利要求4所述的接枝共聚物，其中，R3选自下述结构中的至少一种：*代表连接点。6.根据权利要求1-5任一项所述的接枝共聚物，其中，所述线性苯并咪唑类聚合物选自下述式(VIII)、式(IX)或式(X)结构中的至少一种：3CN111635531A权利要求书3/5页式(VIII)～式(X)中，X选自不存在、-S-、-O-、卤素取代或未取代的C1-6烷基；R4选自卤素取代或未取代的C1-8亚烷基、卤素取代或未取代的C6-20亚芳基；n1为1-5000之间的整数。7.根据权利要求1-6任一项所述的接枝共聚物，其中，所述线性苯并咪唑类聚合物选自下述结构中的至少一种：4CN111635531A权利要求书4/5页其中，n1＝1～5000之间的整数；R4选自下述结构中的一种：5CN111635531A权利要求书5/5页*代表连接点。8.一种质子交换膜，其包括权利要求1-7任一项所述的接枝共聚物。9.根据权利要求8所述的质子交换膜，其中，所述质子交换膜中还掺杂有磷酸；所述磷酸的掺杂水平ADL小于10；所述质子交换膜的体积溶胀率小于200％。10.权利要求8或9所述的质子交换膜在燃料电池或液流电池领域中的应用。6CN111635531A说明书1/19页一种聚烯烃接枝苯并咪唑类聚合物质子交换膜及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及质子交换膜领域，尤其是涉及一种聚烯烃接枝苯并咪唑类聚合物质子交换膜及其制备方法和应用。背景技术[0002]苯并咪唑类聚合物(PBIs)是一类主链结