磺化聚芳醚砜質(zhì)子交換膜的制備及性能.pdf

1、本論文致力于燃料電池用質(zhì)子交換膜的制備及性能研究，針對(duì)磺化聚芳醚砜類聚合物電解質(zhì)膜材料，通過(guò)交聯(lián)、復(fù)合、接枝等方法進(jìn)行改性，詳細(xì)表征了溶解性、吸水率、尺寸變化、水解穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和質(zhì)子電導(dǎo)率等性能。
　　 選用一系列親水鏈段長(zhǎng)度不同的多嵌段磺化聚芳醚砜(bSPAES)為膜基質(zhì)，以P2O5為交聯(lián)劑，通過(guò)磺酸基團(tuán)與聚合物主鏈上活潑氫的脫水縮合反應(yīng)，得到交聯(lián)型多嵌段磺化聚芳醚砜膜(cbSPAES)。結(jié)果表明，在相同交聯(lián)劑含量下，cb

2、SPAES膜的吸水率和質(zhì)子電導(dǎo)率隨著親水鏈段長(zhǎng)度的增加呈上升的趨勢(shì)，并且相對(duì)于相似離子交換容量(IEC)的無(wú)規(guī)型rSPAES膜，其綜合性能更優(yōu)。相對(duì)于未交聯(lián)處理的bSPAES膜，cbSPAES膜在吸水率、尺寸穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性方面都有明顯的提高。在水中(30-90℃)，所有的交聯(lián)膜均顯示出與Nafion112膜相近或更高的質(zhì)子電導(dǎo)率。其中cbSPAES(30/10)-10膜在60℃水中的吸水率為65％，平面方向和厚度方向的尺寸變化分別為

3、0.16和0.18，質(zhì)子電導(dǎo)率為163 mS/cm，表現(xiàn)出更好的綜合性能。
　　 在無(wú)規(guī)型磺化聚芳醚砜(RSPAES)聚合物溶液中摻雜一定量的納米級(jí)二氧化鈦（1-10 wt％），采用球磨工藝，再通過(guò)溶液澆鑄的方法，制備了磺化聚芳醚砜/TiO2復(fù)合膜。結(jié)果表明，適量納米TiO2的摻入，抑制了膜在高溫水中的膨脹，提高了膜的尺寸穩(wěn)定性。隨納米TiO2含量的增加，復(fù)合膜的吸水率和尺寸變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。其中納米TiO2含量為2％

4、的RSPAES-2復(fù)合膜顯示了較好的綜合性能。
　　 以4'4-二羥基二苯砜(SDP)、十氟聯(lián)苯(DFBP)及2-萘酚-6，8-二磺酸鉀(NDS-K)為原料通過(guò)低溫親核取代反應(yīng)合成了IEC=0.91-1.77 mmol/g的側(cè)鏈型磺化聚醚砜(SPES)。再通過(guò)溶液澆鑄的方法，制備了側(cè)鏈型磺化聚醚砜膜。性能測(cè)試結(jié)果表明，在60℃下，所有聚醚砜膜的吸水率范圍在33-76％，質(zhì)子電導(dǎo)率最高達(dá)到228 mS/cm（IEC=1.77 mm