磺化聚芳醚酮及共混磺化聚芳醚氧膦质子交换膜的制备与表征

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1、上海应用技术大学硕士学位论文第I页磺化聚芳醚酮及共混磺化聚芳醚氧膦质子交换膜的制备与表征摘要芳香聚合物质子交换膜是质子交换膜目前的研究重点。它具有传统全氟磺酸膜无法达到的性能，是潜在可替换昂贵的Nafion膜的理想材料。通过直接缩聚法合成了含萘磺化聚芳醚酮（酮）（sPEK/sPEKK）系列聚合物。对膜的离子交换容量（IEC）、吸水率、溶胀率、质子电导率以及耐氧化稳定性分别进行了测试表征。结果表明，磺化度较高的膜性能较好。但由于分子结构的不同，IEC相近的sPEK综合性能比sPEKK好。例如：sPEK-50在80ºC下的吸水率为46.7%，溶胀率为2

2、1.3%，质子电导率0.048S/cm。此外，sPEK-50膜在Fenton试剂中浸泡1h后没有质量损耗，耐氧化稳定性优于同类型芳香族聚芳醚酮膜，表现了较好的综合性能。将疏水性的含氟树脂——聚偏氟乙烯PVDF加入磺化聚芳醚氧膦聚合物中制备了一系列新型聚芳醚氧膦/聚偏氟乙烯复合质子交换膜。以NMR、FTIR、DSC和XRD等对复合聚合物进行了表征。微观结构通过AFM进行分析，适量疏水性PVDF使膜具有更好的亲水疏水微观相分离结构，改善了膜的宏观性能。对复合膜的吸水率、溶胀率、耐氧化性、质子电导率、甲醇渗透率等进行了研究。结果表明，含PVDF（5.0%

3、）的sPEPOF/PVDF5.0复合膜表现了较好的性能。80°C下，sPEPOF/PVDF5.0的质子电导率为0.135Scm−1，高于相同条件下原sPEPOF膜的电导率0.124Scm−1和Nafion117膜的电导率0.114Scm−1。此外，sPEPOF/PVDF5.0膜在尺寸稳定性、耐氧化稳定性、甲醇渗透率等性能均得到提升。sPEPOF/PVDF5.0是一种综合性能优异的复合质子交换膜。利用物理共混制备了一系列新型聚芳醚氧膦/聚二氮杂萘酮醚氧膦（sPEPOF/tsPPEPOx）复合质子交换膜，引入了分子间氢键作用。并对其性能进行研究。结果表

4、明，sPEPOF/tsPPEPO7具有相对较好的性能，80°C下的电导率为0.171Scm−1，溶胀率控制在了11%以内，此外，膜在耐氧化稳定性和甲醇渗透率等方面的性能都有提升。关键词：萘；二氮杂萘酮；PVDF；质子交换膜；电导率第II页上海应用技术大学硕士学位论文SynthesisandPropertiesofSulfonatedPoly(aryleneetherketone)andBlendSulfonatedPoly(aryleneetherphosphineoxide)sforPolymerElectrolyteFuelCellAbstra

5、ctRecently,thearomaticpolymerprotonexchangemembranehasbecometheresearchprioritiesofprotonexchangemembrane.Ithastheperformancethatthetraditionalperfluorosulfonatedmembranecan’tachieve,whichistheidealmaterialforthepotentialreplacementoftheexpensiveNafionmembrane.Seriesofsulfonat

6、edpoly(aryleneetherketone)(sPEK)andsulfonatedpoly(aryleneetherketoneketone)(sPEKK)weresynthesizedviadirectpolycondensation.Theirpropertiesasprotonexchangemembranesincludingionexchangecapacity,wateruptake,swelling,protonconductivityandoxidativestabilitywereevaluated.Itdemonstra

7、tedthattwoseriesofmembraneswithhighsulfonationdegreedisplayedgoodproperties.AndsPEKmembranesexhibitedbetteroverallpropertiesthansPEKKwithsimilarIEC.Forexample,sPEK-50showedaswellingof21.3%andprotonconductivityof0.048S/cmat80ºC.Moreover,italsodisplayedexcellentoxidativestabilit

8、ycomparedtomanyotheraromaticpoly(aryleneetherketone)membranes