含咪唑聚离子液体的星型POSS嵌段共聚物基阴离子交换膜的制备与性能

以聚甲基丙烯酸甲酯嵌段聚乙烯基咪唑为臂,低聚倍半硅氧烷(POSS)为核的星型嵌段共聚物POSS-(PMMA-bPVIm)8为基膜材料,通过季铵化反应和离子交换过程对其进行改性,制备2种咪唑聚离子液体嵌段不同的阴离子交换膜,分别记作PMV-1、PMV-2,研究其吸水率、溶胀度、离子交换容量、力学性能、电导率及耐碱性。结果表明,膜在90℃时仍保持适当的吸水强度,2种膜的吸水率分别为18.09%和25.81%,厚度方向溶胀度分别为25.31%,35.45%;30℃时PMV-1、PMV-2的离子交换容量分别为2.38 meq/g,3.12 meq/g,力学性能良好;2种膜室温下均已具有良好的离子传输性能,90℃时电导率分别达44.02 m S/cm和255.0 m S/cm;耐碱性测试表明,含聚离子液体嵌段较短的膜PMV-1稳定性较好,60℃强碱溶液中浸泡120 h后电导率下降不超过30%。     

蝌蚪型POSS嵌段共聚物的合成及其质子交换膜的性能

以聚倍半硅氧烷(POSS)为引发剂,用原子转移自由基聚合方法(ATRP)合成聚甲基丙烯酸甲酯与聚苯乙烯嵌段共聚物(PMMA-b-PS)为臂的蝌蚪型POSS嵌段共聚物,并使用红外光谱、核磁共振及GPC等手段分析其结构。结果表明,合成的蝌蚪型POSS嵌段共聚物结构规整。以蝌蚪型POSS嵌段共聚物为基体制备质子交换膜,研究了离子交换容量、吸水率及溶胀率,质子传导率及热性能。结果表明,蝌蚪型POSS嵌段共聚物质子交换膜在高温具有较高的质子传导率、较高的初始热分解温度和耐高温性能。     

氧化石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物复合质子交换膜的制备与性能

通过共混的方法制备了含笼型聚倍半硅氧烷(POSS)星型拓扑结构嵌段共聚物的氧化石墨烯(GO)/笼型聚倍半硅氧烷-(聚甲基丙烯酸甲酯-共聚-磺化聚苯乙烯)(POSS-(PMMA₂₆-b-SPS₁₅₆)₈)复合质子交换膜。通过研究复合质子交换膜的离子交换容量(IEC)、质子传导率、吸水率与溶胀率,考察了GO含量对复合质子交换膜性能的影响。研究发现:复合质子交换膜的离子交换容量随GO含量的增加而升高,吸水率和溶胀率随着GO加入而降低,在测定温度范围内复合质子交换膜均表现出较高的尺寸稳定性,GO的添加改善了纯聚合物膜在80℃失水导致传导率下降的问题,提高了质子交换膜的质子传导率,发现在相对湿度为100%、80℃时,GO含量为0.3wt%的复合质子交换膜的质子传导率约为纯聚合物膜的3.2倍。      

含笼型倍半硅氧烷星型嵌段共聚物/聚偏二氟乙烯复合质子交换膜的性能

通过共混的方法制备了含倍半硅氧烷(POSS)星型拓扑结构的嵌段共聚物POSS-(PMMA26-b-SPS156)8/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合质子交换膜。通过研究复合膜的离子交换容量(IEC)、质子传导率、吸水率、溶胀率及其在低湿度下的自旋-自旋弛豫时间(T2),考察了PVDF含量对复合膜性能的影响。结果表明,随PVDF添加量的增加,质子交换膜的IEC、吸水率和溶胀率降低,在测定温度下复合膜尺寸稳定性提高;PVDF还可以提高共聚物膜在高温下的电导率,降低膜对湿度的依赖性;在湿度30%,温度80℃时,添加PVDF50%的复合膜比纯共聚物膜的质子传导率高约1个数量级;由复合质子交换膜结合水的状态差异剖析了复合膜在低湿度下质子传导率高的原因。     

镁离子对质子交换膜性能的影响

以质子交换膜(PEM)为研究对象,研究Mg²⁺对PEM性能的影响。将PEM浸泡在3种不同浓度(100 mg/L,300 mg/L和500 mg/L)的MgSO₄溶液中,测定污染前后PEM的离子交换容量(IEC)、结晶情况和热稳定性的变化,并利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜研究了Mg²⁺不同污染浓度和污染时间对PEM性能影响的机理。实验结果表明,随着Mg²⁺浓度的增加,PEM的H⁺交换能力、结晶情况和热稳定性均变差,且PEM的化学损伤程度增加。尤其是经500 mg/L的Mg²⁺溶液污染20 h后,PEM的IEC降低了59.7%,且其热降解速率增加了47.4%。Mg²⁺对PEM性能影响可能的机理是,Mg²⁺攻击PEM中的磺酸基团(-SO₃H),与-SO₃H上的H⁺进行交换反应生成了新的物质,同时损伤膜中的聚四氟乙烯(PTFE)骨架,使膜...     

质子交换膜中的离子传递

采用分光光度法研究了几种有色离子在质子交换膜内的离子交换，并考虑离子交换膜中两种对离子的伴生扩散，给出了这几种离子的扩散系数。同时，讨论了几种因素对离子交换传递的影响。     

多嵌段磺化聚醚砜质子交换膜材料的制备及性能研究

制备出一系列磺化度为44.6%、49.7%和54.4%的磺化-非磺化四嵌段聚芳醚砜材料,并将其用于直接甲醇燃料电池的质子交换膜.这种四嵌段聚芳醚砜薄膜具有互穿网络微观结构,亲-疏水相分离尺度较小.与具有类似结构的两嵌段聚芳醚砜相比,其质子传导相关性能更为优异.随温度和磺化度升高,所制备的质子交换膜的吸水率、甲醇透过率、离子交换容量和质子传导率均有所升高.当温度为90℃,磺化度为54.4%时,相应薄膜的质子传导率较高,为9.38mS/cm,且甲醇透过率依然较低,仅为3.80×10-8 L/m·s.     

线型与星型聚酰胺6-聚氨酯嵌段共聚物的性能比较

以聚醚多元醇(PPG)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)以及己内酰胺为单体,在碱性催化剂条件下,通过单体浇铸(MC)工艺制备了线型和星型聚酰胺6/聚氨酯(PA 6-PU)嵌段共聚物。使用差热分析(DSC),扫描电镜分析(SEM)研究了两者的结晶和熔融行为以及微观结构,并进行了比较。研究发现,与线型PA 6-PU嵌段共聚物相比,随着PU组分含量的增加,星型PA 6-PU嵌段共聚物具有较高的熔融温度(Tm)和结晶温度(Tc),并且,两共聚物中的PU与PA的相容性好。比较两者的力学性能,结果显示,同等PU添加量时,星型PA 6-PU嵌段共聚物冲击性能的提高更为明显。     

星型嵌段共聚物PEO_4-b-PNIPAAm_4的合成

通过可逆加成-裂解链转移自由基聚合（RAFT）和活性阴离子开环聚合（ROP）方法合成了星型嵌段共聚物PEO4-b-PNIPAAm4。首先通过活性阴离子聚合合成了分子量为8000、分子量分布为1.1的四臂星型聚环氧乙烷（PEO4）,PEO4的末端羟基和DDAT进行酯化反应,得到大分子RAFT引发剂。然后引发N-异丙基丙烯...     

苯乙烯基嵌段共聚物在均孔膜中的应用

分离膜的孔径均一性决定着膜的分离精度,是目前高精度分离的研究热点。高分子嵌段共聚物具有自组装特点,通过微观相分离可以实现孔径均一的均孔膜的制备。其中,以苯乙烯基为代表的嵌段共聚物是目前使用最为普遍的均孔膜膜材料。基于此,本文从苯乙烯基嵌段共聚物膜材料的角度出发,归纳总结苯乙烯基嵌段共聚物均孔膜制备方法,并着重论述了国内外的苯乙烯基嵌段共聚物均孔膜的研究现状,详细介绍了非溶剂诱导相分离、选择性刻蚀、选择性去除和选择性溶胀的均孔膜制膜方法,并对其成膜过程进行阐述与分析。在此基础上,进一步探讨了利用苯乙烯基嵌段共聚物均孔膜的发展方向。     

燃料电池质子交换膜中物质传导过程探讨

本文通过对合成的磺酸型质子交换膜吸性和导电性的分析 ,发现膜中水的存在对质子导电性有很大的影响 ,并从理论上分析了水与质子在膜中的传递过程 ,认为质子在膜中的传递遵循“似液体”理论 ,水的存在对导质子起促进作用。水在膜中有液态和气态两种存在形式 ,电渗作用和扩散作用分别使水向相反的方向运动 ,从而保持膜中水平衡。     

丙烯酸酯三嵌段共聚物改性环氧树脂及其性能

通过原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了硬-软-硬结构的ABA型嵌段共聚物(PMG-PBA-PMG)。采用核磁共振波谱仪、凝胶渗透色谱仪、傅里叶变换红外光谱仪分析确定了嵌段共聚物分子的结构及成分。利用嵌段共聚物改性环氧树脂,研究其热性能、流变学性能、力学性能、微观形貌、相容性及增韧机制。结果表明,丙烯酸酯三嵌段共聚物用量为10 phr时,共混体系的综合性能达到最佳,确定体系固化工艺为150℃×1 h+180℃×3 h;缺口冲击强度可达7.34 k J/m2,弯曲强度118 MPa,断裂伸长率4.8%,拉伸强度为80 MPa,弹性模量为2931 MPa;共混体系保持较宽的温度加工窗口,可作为复合材料预浸料树脂基体;此外,扫描电镜断面出现大量的锯齿,可有效阻碍裂纹的扩展并吸收大量的断裂能,从而提高环氧树脂的韧性。     

磺化聚醚砜膜的制备及其质子传导性能

以氯磺酸为磺化剂、浓硫酸为溶剂对聚醚砜进行磺化,得到具有良好亲水性能的磺化聚醚砜SPES膜。磺化度和湿度对磺化聚醚砜膜的电导率具有显著影响,磺化度为31.5%时,膜的电导率达到0.0163S.cm-1。当膜的亲水性能和吸水率增大,更多的水分子扩散到SPES的骨架体系中,并在含有-SO3H的亲水区之间形成水桥,有利于质子交换通道的形成和水合质子的传递,促进了电导率的提高。     

亲水链段对磺化聚砜质子交换膜性能的影响

制备了萘磺酸型和芘磺酸型磺化聚砜(PSf-NS和PSf-TS)质子交换膜(PEM),探讨了在相同的磺酸基团含量下,亲水链段结构对PEM的吸水率、吸水溶胀率、质子传导率和抗氧化稳定性等的影响.结果显示,由于亲水基团远离聚合物主链,能够在纳米水平形成类似于Nafion膜的相分离结构,PSf-NS和PSf-TS PEM在高磺化度下能保持良好的尺寸稳定性.在相同的磺酸含量下, PSf-TS由于亲水链段少,吸水效率更高,亲水链段的磺酸基团数目多,有利于吸收水分的聚集,相分离结构更明显, PSf-TS在高吸水率下的尺寸稳定性、抗氧化稳定性和阻醇性能更好.其中PSf-TS-3膜在25和85℃的溶胀率仅为20.3%和48.1%,室温时的甲醇扩散系数(DK)仅为7.54×10~(-7) cm~2/s,优于商业化Nafion115膜在相同条件下的性能(16.8×10~(-7) cm~2/s),有望应用于燃料电池.     

离子液体在质子交换膜中的应用研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件之一,以Nafion为代表的全氟磺酸膜的电导率强烈依赖于水含量,而以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为代表的磺化芳香族聚合物膜电导率依然有需要改善的空间,这些限制了PEMFC进一步的发展.离子液体具有较高的电导率,优异的热稳定性、电化学稳定性,且不挥发,因此可以替代水在高温下作为质子传递介质,应用于传统质子交换膜性能提升的改性,提高膜的质子电导率和使用温度.文章对近年来离子液体在SPEEK、PS、PBI、PI、PVDF、Nafion等树脂中的应用及质子传递机理进行了综述,阐述了应用中存在的问题及对策,并对研究前景进行了展望.     

聚合离子液体嵌段共聚物的合成研究进展

聚合离子液体嵌段共聚物(PILs-block-copolymer)是一种集离子液体和高聚物特性为一体的新型材料,在电池、吸附分离、药物释放等领域有诸多应用。近年来,新型聚合离子液体嵌段共聚物的合成受到研究者广泛的关注,迄今为止,已有多种类型的含有聚合离子液体链段的嵌段共聚物被报道。活性可控聚合技术是合成具有明确结构的离子液体嵌段共聚物的主要方法。对近年来该领域的研究进行了综述。     

蝌蚪型POSS丙烯酸酯嵌段共聚物及其蜂窝状多孔膜的制备和性能

采用一锅逐步加料的原子转移自由基聚合方法(ATRP)制备了一种蝌蚪型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)丙烯酸酯嵌段共聚物, 并用静态呼吸图法制备该共聚物蜂窝状结构的多孔膜, 研究成膜条件如溶剂种类、聚合物浓度、相对湿度等对聚合物多孔膜形貌的影响, 以及空气/硅片、空气/水和空气/冰3种成膜界面对膜形貌的影响。结果表明, 在空气/硅片界面上, 以三氯甲烷为溶剂, 环境相对湿度为80%, 浓度为20 mg·mL^-1时, 可形成圆形孔的多孔膜, 孔排列成六方形; 在相同的条件下在空气/水和空气/冰界面上均可制备出类似规整形貌的多孔结构, 但多孔膜的孔径、孔间距有很大的不同, 在空气/冰界面上的孔径更小、孔间距更窄。这种多孔膜具有良好的疏水性, 且其接触角随着孔径的减小而增大; 该多孔膜还具有良好的耐强酸强碱性和耐热性能。     

质子传导膜制备方法放大与膜性能表征

为了满足新能源电池对质子选择性导电膜的需要,提出一种质子传导膜的新型制备工艺,并进行质子传导膜的制备工艺放大.以聚偏氟乙烯(PVDF)和烯丙基磺酸钠(SAS)为原料,成功制备长1 000mm、宽800mm的质子传导膜.膜性能测试结果显示,质子传导膜电导率随SAS质量分数变化显著.当SAS质量分数为20%时,膜电导率3.0×10-2 S/cm;膜化学稳定性良好,使用Fenton试剂氧化法测得膜剩余质量分数97.5%;屈服强度23N/mm2,膜爆破强度为2MPa;TGA分析膜分解温度高于400℃.该膜应用于全钒液流电池,自放电实验测得开路电压下降速率为1.41×10-3 V/h,库伦效率93%.结果表明,膜材料综合性能良好,有望在全钒液流电池产业化过程中得到大规模应用.     

嵌段共聚物LB膜的气体透过性

采用LB 累积层膜技术把嵌段共聚物沉积在微孔基质材料丙烯膜上,制成非对称膜并用之进行气体透过实验。20层LB 膜未能复盖住基质的微孔,气体的透过仍是Knudsen 扩散过程。增加LB 膜的层数,使基质的微孔完全被复盖,则CH_4/N_2的透过选择性有显著提高。适宜的后处理可能消除LB 膜的残余缺陷,提高气体透过选择性。