[发明专利]嵌段的聚(醚醚酮)共聚物及相应的合成方法和制品

说明书

本文描述了嵌段的PEEK共聚物以及相应的合成方法。出人意料地发现，在相对于PEEK为非溶剂环境中合成嵌段的PEEK共聚物产生具有高的官能化度和结晶度的嵌段的PEEK共聚物。相对于用其他已知方法合成的相应的PEEK共聚物，这些嵌段的PEEK共聚物具有增加的嵌段的结构。此外，由这些嵌段的PEEK聚合物形成的膜在燃料电池应用中是特别希望的。例如，由这些嵌段的PEEK聚合物形成的膜具有出人意料地大的离子电导率以及显著改进的耐化学性和耐热性，至少部分由于改进的官能化和结晶度。

相关申请

本申请要求于2016年10月11日提交的美国临时申请号62/406,634的优先权，出于所有目的将所述申请的全部内容通过援引方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及嵌段的PEEK共聚物以及用于形成嵌段的PEEK共聚物的方法。本发明还涉及由这些嵌段的PEEK共聚物形成的膜。

背景技术

质子交换膜燃料电池(“PEMFC”)在如车辆和便携式装置的应用环境中是有吸引力的电源。目前在PEMFC应用中使用的膜是基于全氟化聚合物，如PFSA。虽然此类膜具有良好的离子电导率，但它们的长期稳定性是问题并且它们具有相对高的生产成本。

已经作为PEMFC应用中全氟化聚合物膜的替代物研究了磺化的聚(醚醚)酮(“PEEK”)聚合物。一般而言，基于无规磺化的PEEK的膜已被研究并且已经显示出了相对于它们的全氟化对应物的改进的机械特性、热稳定性和导电性。虽然此类膜是有前景的，但存在找到具有进一步改进的机械性能、热稳定性、耐化学性同时具有增加的离子导电性能的膜组合物的持续希望。

具体实施方式

本文描述了嵌段的官能化PEEK共聚物以及相应的合成方法。出人意料地发现，在相对于PEEK为非溶剂环境中合成嵌段的官能化PEEK共聚物产生具有高的官能化度和结晶度的嵌段的官能化PEEK共聚物。相对于用其他已知方法合成的相应的PEEK共聚物，这些嵌段的官能化PEEK共聚物具有增加的嵌段的结构。由这些嵌段的官能化PEEK共聚物形成的膜在燃料电池应用中是特别令人希望的。例如，由这些嵌段的官能化PEEK共聚物形成的膜具有出人意料地大的离子电导率以及显著改进的耐化学性和耐热性，至少部分由于同时改进的官能化和结晶度。

如本文使用的，“嵌段的”共聚物是指具有统计上显著的相同重复单元序列的共聚物。另一方面，无规共聚物具有相同重复单元的无规统计分布。嵌段的共聚物与“嵌段”共聚物之间的差异主要是程度差异。一般而言，对于至少一种重复单元，相对于相应的嵌段的共聚物，嵌段共聚物沿聚合物骨架具有更窄的分布(例如相同重复单元的重复序列的局部密度在嵌段共聚物中较大。例如，含有-(A)-和-(B)-重复单元的嵌段共聚物可以具有如A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-B-B的结构，无规共聚物可以具有如B-A-A-B-A-B-B-A-B-A-A-A-B-A-B-A-A-B-B-B的结构，并且嵌段的共聚物可以具有如A-A-A-A-B-B-B-B-A-B-B-B-B-A-A-A-A-A-B-B的结构)。如本文使用的，“官能化”是指用官能化剂Y官能化重复单元-(A)-以生成第二重复单元-(B)-的结果。对于本文描述的嵌段的官能化PEEK共聚物，官能化重复单元的分布产生嵌段的共聚物架构。为了清楚起见，如本文使用的，官能化共聚物是具有以下至少2种类型的重复单元的聚合物：非官能化-(A)-和官能化-(B)-，如以下更详细地描述的。