一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征.pdf

《一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、4082007年第3期38卷一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征。梁勇芳朱秀玲张守海潘海燕张耀霞蹇锡高大连理工大学化工学院高分子材料系辽宁大连116012摘要!将自制的二氮杂萘酮类双酚(D~PZ>~磺化44,-二氯二苯砜(SDCS-Na>与商用双酚A(BPA>及2实验44,-二氟二苯酮(DFK>进行溶液直接共缩聚反应合成一系列磺化度可任意调控的新型磺化聚芳醚砜酮2.1试剂及仪器(SPBESKS>共聚物将此聚合物与聚醚酮(PPEK>以含二氮杂萘联苯酮类双酚D~PZ大连宝力摩7=3(质量比>溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP>中配新材料有

2、限公司生产;44,-二氟二苯酮DFK市售;成10(质量分数>的成膜液60下刮制成膜用33,-二磺酸钠基-44,-二氯二苯砜SDCS-Na按照1文献7合成;聚芳醚酮PPEK自制;双酚ABPAFTIR~~-NMR和特性粘度(*>等手段对聚合物进行了表征并对膜的性能进行了研究研究结果表明掺市售1~-NMR由型号为VarianINOVA400M~Z溶杂PPEK后成膜性提高膜的含水率~溶胀率~离子交剂为氘代二甲基亚砜DMSO-内标为TMS的核磁6换能力(IEC>~水解稳定性~抗氧化性等随磺化度的变共振波谱仪测得聚合物红外光谱FT-IR由日本化呈一定的

3、规律性聚合物磺化度0.70和0.80的膜JASCO公司生产的型号为FT-IR-430波数范围350-1IEC值分别为1.04和1.29mmolg7800cmS/N=15000=1光谱仪测得膜材料的关键词!磺化聚芳醚"质子交换膜"二氮杂萘酮"杂化水解稳定性用~WS24型电热恒温水浴锅在80测膜定膜材料的抗氧化性在芬顿试剂含3.0>10-6Fe-中图分类号!O631"TB332文献标识码!ASO4的30的~2O2水溶液中测定文章编号!1001-9731#2007$03-0408-042.2磺化聚合物#SPBESKS$制备以二氮杂萘联苯酮类双酚4

4、4,-二氟二苯酮31引言3,-二磺酸钠基-44,-二氯二苯砜和双酚A的投料摩尔比为5=6=4=5聚合反应为例:将5mmolD~PZ日益严重的能源危机和环境污染问题使研发可持4mmolSDCS-Na和5mmolBPA加入到100ml的三口续发展环境友好的氢能源迫在眉睫质子交换膜燃料烧瓶中装上机械搅拌高纯氮通气管和一个下端连接1电池PEMFC是重要的氢能源技术其中质子交换分水器的冷凝回流装置加入一定量的碳酸钾和7ml膜主要采用美国DUPont公司的Nafiona系列膜该环丁砜作为溶剂在195预聚4h加入6mmolDFK膜尽管价格昂贵由于在80及

5、以下温度运行综合性升至反应温度反应至预定粘度反应结束后将聚合能优异目前在商业及学术研究中仍被广泛采用但物稀释后慢慢成细流状倒入冷水中凝结成条状固是Nafiona膜制备过程中存在对环境的污染以及在体将固体烘干即得粗产品粗产品需要用去离子80以上工作时存在甲醇渗透系数高质子导电率急水反复洗涤以除去无机盐和溶剂然后将聚合物过滤23剧降低等问题所以研发电池性能好成本较低在真空烘箱中100下烘48h反应方程式如图1所制备中对环境无污染可替代Nafiona系列膜的新型示离子导电膜材料受到广泛关注2.3杂化膜制备本研究组近年来致力于燃料电池质子交换膜的研

6、为了提高聚合物膜的韧性采用注膜法将磺化聚4究已报道了磺化改性聚芳醚酮磺化聚芳醚腈芳醚砜酮与聚醚酮PPEK结构如图2所示以质量56酮磺化聚芳醚腈砜酮等通过高温二步缩合共比7=3溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮NMP中配成聚反应合成出了一系列磺化度可控的新型耐高温磺10质量分数的膜液60下在洁净的玻璃板上刮化聚芳醚砜酮SPBESKS共聚物并将其与热稳定性制成膜再经真空干燥然后将膜小心转移到去离子水及力学性能优异的聚醚酮掺杂制得非氟膜材料文中中使其从玻璃板上自然脱落最后将膜浸入1mol/L报道了初步研究结果的硫酸溶液中48h将膜从钠型转化成氢型。基金

7、项目!国家自然科学基金资助项目50373005;国家高技术研究发展计划863计划资助项目2003AA33G030收到初稿日期!2006-09-05收到修改稿日期!2006-12-03通讯作者!蹇锡高作者简介!梁勇芳1979-女山西祁县人在读博士师承朱秀玲蹇锡高教授从事功能高分子材料研究梁勇芳等I一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征409图1磺化聚芳醚砜酮共聚物合成Fig1SyntheSiSofSUlfonatecopoly!etherSUlfoneketone"S!SPBESKS"大9共聚物的特性粘度从0.21Lg增加到0.66Lg9稳

8、定地略有提高o在共聚合反应中应该存在几种作用力I(1是磺酸基团SO的空间位阻效应(2是3Na磺酸基团SO的吸电子效应以及共聚物大分子3Na链之间荷电的磺酸基团所引起的静电作用力o