ATRP法合成聚偏氟乙烯接枝苯乙烯質子交換膜及其膜性能研究.pdf

1、目前，市場上主流的質子交換膜是美國Dupont公司生產的Nafion膜，由磺酸型全氟高分子鏈組成，具有非常高的質子電導率和穩(wěn)定性。但是由于價格昂貴和制備工藝復雜，在一定程度上限制了它在燃料電池中的廣泛應用。因此，開發(fā)高性能的新型質子交換膜材料用來取代Nafion膜具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　本文首先采用聚偏氟乙烯和三氟氯乙烯的共聚物作為大分子引發(fā)劑，通過原子轉移自由基接枝法，以主鏈上的氯原子為引發(fā)點，將苯乙烯單體接枝到大分

2、子鏈上，再對接枝的苯乙烯單元進行磺化，通過控制磺化反應的時間來控制磺化度，制備了一系列的磺化離聚體。通過紅外、核磁、熱重分析儀等測試對磺化的接枝聚合物進行表征；并觀察磺化接枝聚合物質子交換膜在不同濕度空氣下的質子電導率，來分析其在質子交換膜燃料電池應用上的可能性。通過改變反應溫度、反應時間、配體體系，并綜合接枝率、產物提純難度及實驗效率等諸多因素，確定了反應溫度為120℃時、反應時間為72h時是最佳實驗條件。由于三氟氯乙烯的引入，碳氯鍵

3、相較于碳氟鍵更加容易打開，游離的氯離子與亞價銅離子結合形成鹽，高聚物則形成大分子自由基，在此條件下接枝率在50％以上，因此比純PVDF體系要高出很多。通過改變單體的投入量，合成出了側鏈長度不同的接枝共聚物。通過溶液澆筑法將磺化后的產物制備成膜后，觀察膜在水中的形變和吸收，發(fā)現(xiàn)質子交換膜的磺化度越高，對應的形變和吸收率也越高，當接枝側鏈長度達到25個苯乙烯時，膜的力學性能也呈現(xiàn)明顯下降。我們綜合膜的強度、形變和質子電導率，發(fā)現(xiàn)接枝側鏈長度