[发明专利]一种离子聚合物及其作为质子交换纤维材料的应用

权利要求书

1.一种侧链具有磺酸基团的含氟树脂，该聚合物含有一种聚合物主链和与聚合物主链相连接的支链，其主链为全氟烷基，其特征是，具有式(I)所示的通式：

式中R为-CF₃、-C₂F₅、-C₃F₇、-OCF₃、-OC₂F₅或-OC₃F₇；x、y、z分别为1～10000的整数；且x/(x+y+z)＝85～97％，y/(x+y+z)＝0.8～8％，z/(x+y+z)＝0～10％，均为摩尔比；其中，m为1或2，n为1-6的整数；

2.如权利要求1所述的侧链具有磺酸基团的含氟树脂，其特征是，侧链具有磺酸基团的含氟树脂的数均分子量为80000-1000000；侧链具有磺酸基团的含氟树脂的离子交换容量为0.05-0.50mmol/g；

3.如权利要求1所述的具有磺酸基团的含氟树脂的制备方法，包括下列步骤：

1)将四氟乙烯、四氟乙烯衍生物及α，β，β-三氟苯乙烯在分散剂、水和引发剂存在下经自由基引发共聚合得到前体聚合物，所述分散剂为含有三聚氰胺结构的全氟烷基醚分散剂；四氟乙烯、α，β，β-三氟苯乙烯及四氟乙烯衍生物的投料比为85～97∶0.8～8∶0～10，摩尔比；

2)在催化剂存在下和氮气气氛中，在无水溶剂中，将步骤1)得到的前体聚合物与磺烷基化试剂接触反应，分离出得到的磺烷基化的聚合物，然后酸化；得到具有磺酸基团的含氟树脂；

4.如权利要求3所述的具有磺酸基团的含氟树脂的制备方法，其特征是，步骤1)所述的四氟乙烯衍生物选自六氟丙烯、全氟1-丁烯、全氟1-戊烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚；步骤1)所述的引发剂选自偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；

5.如权利要求3所述的具有磺酸基团的含氟树脂的制备方法，其特征是，步骤2)中前体聚合物与磺烷基化试剂接触反应的反应温度为0-200℃，反应的时间为1-200小时；

6.如权利要求3所述的具有磺酸基团的含氟树脂的制备方法，其特征是，步骤2)中所述催化剂选自无水三氯化铝、无水氯化铁、固体磷酸、氟化氢、硅酸铝中的一种或几种；步骤2)中所述磺烷基化试剂选自1，3-全氟丙烷磺内酯、1，4-全氟丁烷磺内酯、1，5-全氟戊烷磺内酯、1，6-全氟己烷磺内酯中的一种或几种；步骤2)中无水溶剂选自无水氯仿、无水二氯乙烷、无水环己烷、无水二甲亚飒(DMSO)、无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、无水N-甲基吡咯烷酮(NMP)、无水丙酮、无水环己酮、无水硝基苯中的一种或几种；

7.如权利要求3所述的具有磺酸基团的含氟树脂的制备方法，其特征是，步骤2)中磺烷基化试剂、催化剂、含有苯环的聚合物和无水溶剂的摩尔比为1∶(0.1～5)∶(0.01～2)∶(4～25)；

8.权利要求1所述的侧链具有磺酸基团的含氟树脂的应用，该含氟树脂采用通用熔融纺丝设备进行熔融纺丝制各聚合物纤维，聚合物纤维通过纺织技术编织成纤维网，作为质子交换膜及氯碱离子膜的增强网材料；

9.权利要求8所述的侧链具有磺酸基团的含氟树脂的应用，其特征是，该树脂可以在200-400℃范围内通过熔融挤出纺丝，制备出具有离子交换功能的含氟聚合物纤维材料；其熔融挤出模头温度至少350℃；纺丝速度为0.75～750m/min；纺丝时纺丝设备在高温且与树脂接触的部分采用高镍合金材质，防止在树脂中引入杂质离子污染纤维。