[发明专利]有机-无机杂化磺化聚芳醚酮质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种有机-无机杂化磺化聚芳醚酮质子交换膜，其特征在于：该杂化材料的原料主要由如下质量份的组分组成：

磺化聚芳醚酮          100；

低聚倍半硅氧烷        1～20；

二缩水甘油醚          1～20；

其中所述二缩水甘油醚的通式为：

式(1)；

其中R₁为

2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于：所述磺化聚芳醚酮为磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚酮酮、磺化聚醚醚酮酮、磺化聚醚酮醚酮酮、磺化聚醚醚酮砜或磺化聚醚醚酮酮砜中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的质子交换膜，其特征在于：所述磺化聚芳醚酮的磺化度为40-90％。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于：所述低聚倍半硅氧烷的通式为

[(R’SiO_1.5)_m(X’SiO_1.5)_n]      式(2)；

其中：m≥3，n≥0，12≥m+n≥6，且m+n为偶数；

R’为氢原子、有取代基或无取代基的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为3-10的环烷基、碳原子数为2-6的链烯基、碳原子数为3-6的环烯基、芳基、硅烷基、丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基的一种或多种；其中，所述取代基选自于C1～C10的烷基、C3～C10的环烷基、C2～C6的链烯基、C3～C6的环烯基、芳基、环氧基、或硅烷基中的一种或多种；

X’为羟基、羧基、卤素、氟烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、腈基、硫醇基、氨基、磺酸基，或者含有羟基、羧基、卤素、氟烷基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、腈基、硫醇基、氨基或磺酸基的R’基团中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于：所述低聚倍半硅氧烷的通式为

[(R’SiO_1.5)_m(X’SiO_1.5)_n]          式(2)；

其中：m≥3，n≥0，12≥m+n≥6，且m+n为偶数；

R’为氢原子、有取代基或无取代基的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为3-10的环烷基、芳基或硅烷基的一种或多种；其中，所述取代基选自于C1～C10的烷基、C3～C10的环烷基、C2～C6的链烯基、C3～C6的环烯基、芳基或硅烷基的一种或多种；

X’为羟基、卤素、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、硫醇基、氨基、磺酸基，或者含有羟基、卤素、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、硫醇基、氨基或磺酸基的R’基团中的一种或多种。

6.一种制备权利要求1中所述有机-无机杂化磺化聚芳醚酮质子交换膜的方法，其特征在于：

(1)将磺化聚芳醚酮，低聚倍半硅氧烷和二缩水甘油醚溶解到有机溶剂中，得到磺化聚芳醚酮/低聚倍半硅氧烷/二缩水甘油醚的混合溶液；

(2)将所得到的磺化聚芳醚酮/低聚倍半硅氧烷/二缩水甘油醚的混合溶液在100-250℃下进行0.5～8小时的热处理，而后经过酸化处理，水洗并烘干得到有机-无机杂化磺化聚芳醚酮质子交换膜；

其中所述二缩水甘油醚的通式为：

式(1)；

其中R₁为

其中各组分的质量份数为：磺化聚芳醚酮100份；低聚倍半硅氧烷1～20份；二缩水甘油醚1～20份；

所述酸化处理中，酸选自于稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸或稀硝酸中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述磺化聚芳醚酮为磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚酮酮、磺化聚醚醚酮酮、磺化聚醚酮醚酮酮、磺化聚醚醚酮砜或磺化聚醚醚酮酮砜中的一种或几种；磺化聚芳醚酮的磺化度为30-90％。