側(cè)鏈型磺化含氟聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備及性能.pdf

1、質(zhì)子交換膜是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的關(guān)鍵部件之一，要求具有高的電導(dǎo)率，熱、化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度且成本經(jīng)濟(jì)。本論文借鑒全氟磺酸膜材料的含氟疏水主鏈-磺化親水側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)，選取聚芳醚類聚合物為基體材料，在含氟聚芳醚側(cè)鏈引入磺化萘酚基團(tuán)，制備了幾類側(cè)鏈磺化型含氟聚芳醚聚合物，采用溶液澆鑄法制膜并對膜進(jìn)行了表征和分析。
　　首先，以十氟聯(lián)苯、4，4'-二羥基二苯砜及4，4'-二羥基聯(lián)苯經(jīng)芳香親核取代反應(yīng)制備了含氟聚芳醚砜，再利用聚合物中的剩

2、余氟原子與二磺酸萘酚(2-萘酚-6，8-二磺酸鉀和1-萘酚-3，6-二磺酸鈉)反應(yīng)，成功合成了一系列側(cè)鏈磺化型含氟聚芳醚砜質(zhì)子交換膜(sSPFAES)。1H NMR和FTIR表征表明二磺酸萘酚被成功引入含氟聚芳醚砜側(cè)鏈。酸堿滴定結(jié)果表明所制備的sSPFAES膜離子交換容量(IEC)為1.28～1.73 mmol/g，柔韌結(jié)實(shí)，楊氏模量均高于1.0 GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到29～37 MPa，斷裂伸長率為10～64％;同時(shí)膜的熱、氧化穩(wěn)定性良

3、好，TGA測試中在320-360℃時(shí)重量損失低于5％，經(jīng)Fenton試劑80℃處理1h后失重率不超過7％。吸水性及膨脹性測試結(jié)果表明該系列膜具有較低的吸水率和良好的尺寸穩(wěn)定性，在測試溫度范圍內(nèi)(30-90℃)吸水率為31～68％，尺寸變化率低于17％。該系列膜也表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率水平，在80℃時(shí)質(zhì)子導(dǎo)電率均高于135 mS/cm。
　　其次，以剛性及空間位阻效應(yīng)較大的雙酚芴代替4，4'-二羥基二苯砜，采用相似步驟合成了一系列新型側(cè)

4、鏈磺化型含氟聚芳醚聚合物(sSPFAE)質(zhì)子交換膜。制備的sSPFAE膜經(jīng)酸堿滴定IEC達(dá)到1.27～1.65mmol/g，均柔韌結(jié)實(shí)，楊氏模量超過1.0 GPa，斷裂伸長率達(dá)到66-105％，同時(shí)熱穩(wěn)定性良好。在測試溫度范圍內(nèi)(30-90℃)吸水率為21～51％，尺寸變化率低于7％，經(jīng)在Fenton試劑80℃處理1h后的失重率低于3％，在水中的電導(dǎo)率達(dá)到50～250 mS/cm。同時(shí)該系列膜表現(xiàn)出優(yōu)良的耐水解穩(wěn)定性，經(jīng)140℃高溫水處