一類新型聚芳酰胺的合成及其作為質(zhì)子交換膜的性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜在質(zhì)子交換膜燃料電池中既是電解質(zhì)，又是隔離物，起著傳遞質(zhì)子并阻隔兩極反應(yīng)氣體的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響電池的性能、能量轉(zhuǎn)化效率和使用壽命等。目前商品化的質(zhì)子交換膜主要是全氟磺酸膜，以Nafion膜為代表，這一類膜合成成本高，單體合成困難，制約了其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，尋找可替代Nafion膜的新材料的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。
　　本文合成了一類磺化聚芳酰胺，研究了其作為質(zhì)子交換膜的性能，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，合成了1，

2、4-二(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)苯，然后與商品化的對(duì)苯二甲酸(PTA)和間苯二甲酸-5-磺酸鈉（5-SSIPA）通過Yamazaki的磷酸化縮聚制備聚芳酰胺，通過調(diào)節(jié)PTA和5-SSIPA的比例，獲得一系列具有不同磺酸基團(tuán)的磺化聚芳酰胺，成功將磺酸基團(tuán)引入聚合物分子鏈。所獲得的聚芳酰胺具有較高的分子量、良好的溶解性和熱穩(wěn)定性。然后通過溶液澆注法制備薄膜，經(jīng)鹽酸酸化后所獲得的SPAs磺酸型膜具有比較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率，較高的離子交換容

3、量(IEC)，和比較低的溶脹比率。例如磺化度為100％的SPA-10的質(zhì)子傳導(dǎo)率高達(dá)38.2mS/cm，IEC高達(dá)1.0223meq/g。
　　SPAs系列磺酸膜的機(jī)械強(qiáng)度良好，拉伸強(qiáng)度為46.63-104.21MPa，楊氏模量≥2.03GPa，但其斷裂伸長(zhǎng)率僅為2.81-11.89％，作為膜材料，其柔韌性能尚待進(jìn)一步提高，特別是在水合狀態(tài)下，機(jī)械性能亟需增強(qiáng)。為了提高SPAs系列膜水合狀態(tài)下機(jī)械性能，分別通過添加POSS和超支化

4、聚酯BoltornH20對(duì)聚合物進(jìn)行共混改性。向SPAs中加入POSS和BoltornH20制備共混膜，發(fā)現(xiàn)BoltornH20的加入對(duì)改善膜的力學(xué)性能有貢獻(xiàn)，共混膜斷裂伸長(zhǎng)率增加，斷裂強(qiáng)度有所增加，說明BoltornH20在一定程度上起到了增強(qiáng)增韌的作用。對(duì)共混膜的吸水率和溶脹度的研究表明，SPAs/BoltornH20共混膜的吸水率有所增加，而溶脹度有所下降，說明加入BoltornH20后SPAs膜的尺寸穩(wěn)定性增加。
　　在S

5、PAs中加入BoltornH20之后，共混膜質(zhì)子傳導(dǎo)率有所上升，添加量為4％和8％時(shí)SPAS/BoltornH20共混膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率均比SPAs要高，且質(zhì)子傳導(dǎo)率隨著IEC而增加，SPAs/8％BoltornH20共混膜具有比較高的IEC值和質(zhì)子傳導(dǎo)率，表現(xiàn)出很好的應(yīng)用潛力。通過FE-SEM對(duì)共混膜的微觀結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，BoltornH20的加入，使SPAs大分子鏈?zhǔn)杷畢^(qū)親密堆砌，實(shí)現(xiàn)了親水區(qū)和疏水區(qū)更好的微觀相分離結(jié)構(gòu)，有利于質(zhì)子的傳輸