磺化联苯侧基双二氮杂萘酮聚芳醚酮膜的制备

以1′,4-二(1,1′-联苯基)-6,6′-双二氮杂萘-1,4′-二酮、4-(4-羟苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮和4,4′-二氟二苯酮进行共聚合，经磺化改性制备了新型磺化联苯侧基双二氮杂萘酮聚醚酮(SPDPEKs).通过核磁共振波谱、红外光谱对SPDPEKs的结构进行表征.采用溶液浇铸法制备了SPDPEKs质子交换膜，对其离子交换容量(IEC)、溶胀率、质子传导率以及耐氧化性进行了测试.结果表明：SPDPEK质子交换膜的IEC介于0.75～1.77 mmol/g之间，在80℃下的吸水率介于9.2%～30.2%之间，溶胀率低于10%;SPDPEKs膜在95℃的质子传导率介于53.3～146.2 mS/cm,在80℃芬顿试剂中的破裂时间在3.4～5.3 h之间，溶解时间则介于12～36 h.SPDPEKs膜表现出良好的尺寸稳定性、质子传导性和耐氧化稳定性.     

磺化含侧苯基杂萘联苯聚醚砜质子交换膜材料的合成与性能

以4-(3-苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮和4,4’-二氯二苯砜为单体,合成了一系列含侧苯基杂萘联苯聚醚砜,然后以浓硫酸为磺化剂,制备磺化含侧苯基杂萘联苯聚醚砜(SPPES-P)。采用FT-IR、1 H NMR对聚合物的结构进行了表征,表明磺酸基被成功地引入到聚合物侧链苯基上。采用溶液法制备了SPPES-P质子交换膜。考察了SPPES-P膜的吸水率、溶胀率、质子传导率,以及甲醇渗透性能和耐氧化性能,SPPES-P膜具有较好的阻醇性和耐氧化性能。     

磺化聚酰亚胺序列共聚物的合成与性能研究

通过成醚反应制备了一种新型含砜基的萘酐:4,4'-(砜基双(4,1-亚苯基)双氧)-双(1,8-萘酐)(SPNDA)。利用这种新的萘酐先与己二胺(HDA)反应形成疏水段,再与4,4'-二(4-氨基苯氧基)-3,3'-联苯二磺酸(BAPBDS)和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)共聚,合成了一系列磺化聚酰亚胺序列共聚物。所得的共聚物具有良好的成膜性,XRD表明了非晶相聚合物中存在部分准晶体。共聚物膜具有良好的化学稳定性和热稳定性,尺寸变化率和吸水率较文献中具有相似结构相同IEC的聚合物膜均有一定程度的减少。质子传导率80℃下达到0.11~0.16S/cm。     

一类含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺的合成与表征

利用磺化二胺单体9,9-双(4-氨基苯基)芴-2,7-二磺酸和1,4-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯、4,4’-二甲酸二苯醚通过磷酰化共缩聚,制备了一系列同时含芴基和三氟甲基结构的磺化聚芳酰胺(SPA-50~SPA-70)。该类磺化聚芳酰胺特性黏度在0.80~0.94dL/g,离子交换容量(IEC)在1.44~1.98mequiv/g,并具有良好的溶解性和成膜性。进一步研究了该类磺化聚芳酰胺薄膜的吸水率、尺寸稳定性、化学稳定性、热稳定性以及质子传导性。研究发现,磺化度为70%的聚合物样品具有优良的综合性能:其在80℃时的吸水率为23.5%,溶胀率为8.6%,质子传导率为123mS/cm,在Fenton试剂中的耐氧化时间超过6h。     

一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征

将自制的二氮杂萘酮类双酚(DHPZ)、磺化4,4'-二氯二苯砜(SDCS-Na),与商用双酚A(BPA)及4,4'-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(SPBESKs)共聚物.将此聚合物与聚醚酮(PPEK)以7∶3(质量比)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中配成10%(质量分数)的成膜液,60℃下刮制成膜.用FTIR、1H-NMR和特性粘度(η)等手段对聚合物进行了表征,并对膜的性能进行了研究.研究结果表明掺杂PPEK后成膜性提高,膜的含水率、溶胀率、离子交换能力(IEC)、水解稳定性、抗氧化性等随磺化度的变化呈一定的规律性,聚合物磺化度0.70和0.80的膜IEC值分别为1.04和1.29mmol/g.     

苯环侧基磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备及性能研究

以1,1-二(4-羟苯基)-1-苯基乙烷,对苯二酚和4,4’-二氯二苯砜为单体,通过亲核取代反应,制备出一系列带有苯环侧基的聚芳醚砜共聚物。以氯磺酸为磺化剂对聚合物进行磺化得到了磺酸基在苯环侧基上的磺化聚芳醚砜树脂。用红外光谱(FT-IR),核磁共振谱(1 H-NMR)表征了聚合物结构。通过观察透射电镜发现离子簇无规律地分散在膜中。性能测试结果表明,这些侧链磺化的质子交换膜具有优异的耐热性、机械性能,高的电导率及低的甲醇渗透率。     

含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的结构与性能关系研究

将1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTDA)与4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯-3,3’二磺酸(BAPBDS)及3种共聚用二胺单体:2-(4-氨基苯基)-5-氨基-苯并咪唑(APABI)、1,3-二(4-氨基苯氧基)-5-(2-苯并咪唑基)苯(BAPBIB)及4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)在间甲酚中180℃进行无规共聚,分别制得了3种共聚物:主链含咪唑基磺化聚酰亚胺、含侧咪唑基磺化聚酰亚胺及不含咪唑基磺化聚酰亚胺。用溶液浇注法制得了具有良好机械性能的质子交换膜,测定了这些质子交换膜的离子交换容量、吸水率、质子导电率、水解稳定性和抗自由基氧化等性能,重点研究了含咪唑基二胺单体的化学结构对质子交换膜的抗自由基氧化性和水解稳定性的影响规律。     

新型聚芳醚酮离聚物膜材料的合成及结构表征

以二氯二苯甲烷和2,6-二甲基苯酚为原料合成了含有阻碍基团的双酚单体,用此双酚单体和1,3-二(4-氟苯甲酰基苯)在无水碳酸钾存在的条件下反应制得聚芳醚酮,然后用氯磺酸磺化,控制反应条件,使磺酸基团恰好进入苯环对位,制得新型结构的磺化聚芳醚酮。用DM SO溶解,倾于干净平整的玻璃板上制得无氟质子交换膜。     

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。      

磺化聚芳醚酮砜/PVA复合质子交换膜的制备与性能

为了进一步提高质子交换膜在中高温时的质子导电率,文中以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混法制备了PVA不同含量的磺化聚芳醚酮砜/PVA复合膜。通过对复合膜的性能测试发现,PVA的引入提高了膜的热稳定性、吸水率和保水能力。而且SPAEKS/PVA复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,在80℃时,复合膜的质子传导率都在0.07 S/cm以上,能够满足中高温质子交换膜燃料电池的使用要求。     

SPPESK/SPEEK共混质子交换膜的制备与性能

以耐溶胀性能较好的磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)和吸水性较强的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,制备了SPPESK/SPEEK共混质子交换膜。考察了共混膜的水吸收率,水溶胀度,甲醇水溶胀度,甲醇渗透率及质子传导率和力学性能。80℃时,共混膜具有适当的水吸收(101%)和溶胀度(34%),较低的甲醇水溶胀度(20%),较高的质子传导率(0.212 S/cm),与SPPESK膜相比,质子传导率提高了18%。SPEEK的加入改善了共混膜的柔韧性,断裂拉伸应变从16.48%提高到30.43%。     

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.     

主链刚性对磺化聚芳醚砜电解质膜性能的影响

以六氟双酚A(HFBPA)、9,9′-双(4-羟苯基)芴(BHPF)、4,4′-二氟二苯砜及3,3′-二磺酸钠-4,4′-二氟二苯砜为原料,经高温缩聚成功合成了一系列磺化聚芳醚砜(SPAES),并通过改变BHPF及HFBPA的比例来调节聚合物主链的刚性。结果表明,随刚性组分BHPF含量的增加,SPAES膜吸水率及质子导电率降低、但在水中的稳定性增加。在BHPF与HFBPA的比例为1∶1及磺化度为50%(SPAES50-50)条件下,膜在60℃水中平面和厚度方向的尺寸变化分别为0.12和0.13,电导率达到0.137 S/cm,而经130℃高温水处理200 h后的失重率仅为7%,表明其有望在高温燃料电池中得到应用。     

磺化杂萘联苯聚醚酮酮质子交换膜材料的合成与性能

以4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)、1,4-二(3-磺酸钠基-4-氟代苯甲酰基)苯(SBFBB)和1,4-二(4-氯代苯甲酰基)苯(BCBB)为原料,经高温溶液缩聚反应,成功制备了一系列不同磺化度的新型杂萘联苯聚醚酮酮(SPPEKKs).利用FT-IR和1H-NMR对聚合物结构进行表征.采用溶液浇铸法制备了聚合物薄膜.测定了膜的吸水率,溶胀率,离子交换容量,耐氧化性和质子传导率.结果表明该系列磺化杂萘联苯聚醚酮酮膜具有良好的抗氧化性和较高的质子传导率.     

新型质子交换膜材料磺化聚亚胺醚酮的合成与表征

以50%发烟硫酸为磺化剂,将4,4’-二氟二苯酮反应生成3,3’-二磺酸基-4,4’-二氟二苯酮,然后以3,3’-二磺酸基-4,4’-二氟二苯酮、4,4’-二氟二苯酮与3,3’-二羟基二苯胺为单体通过亲核取代反应生成了磺化聚亚胺醚酮。并且对生成的产物结构采用FT-IR、1 H-NMR、TG、DSC进行表征分析。     

磺化聚芳醚酮酮砜离子交换膜的制备与性能

采用直接缩聚的方法,通过调整磺化单体(3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氯二苯砜)和非磺化单体(1,4′-二(4′-氟苯甲酰)苯)的比例与双酚单体(2,2′-二(4-羟基苯基)丙烷)共聚合成了系列具有不同磺化度(0.2～1.2)的磺化聚芳醚酮酮砜共聚物。通过红外分析(FT-IR),差示扫描量热分析(DSC),热重分析(TGA)对其结构和性能进行了表征,研究表明,随着磺化度的增加,Na+离子的扩散系数从0.96×10-11S2/m增加到1.25×10-10S2/m,并通过透射电镜(TEM)对其进行了微观结构研究,从结构上解释了膜的物理性能,初步建立了结构与性能之间的关系。     

侧链磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

为进一步提高磺化聚醚醚酮质子交换膜的尺寸稳定性、耐氧化性和质子电导率,从侧链结构出发设计制备了一种新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.以磺化聚醚醚酮为聚合物主链,利用N,N′-羰基二咪唑(CDI)的活化作用将1-乙醇胺(MEA)与磺酸基团反应,从而延长侧链长度,再通过1,3-丙磺酸内酯的开环反应引入磺酸功能基团,最后采用溶胶-凝胶法制备出一系列新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.对所制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜分别进行了结构和性能表征.结果表明,该类侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜中产生了亲水/疏水相分离结构,并且具有适当的吸水率和较低的溶胀度(9.2%).该类质子交换膜具有更高的质子电导率,其中60℃时支化程度为80%的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率高达0.096 S/cm.此外,制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜也具有良好的机械性能、氧化稳定性和热稳定性.     

磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合膜的研究

用季胺盐改性蒙脱土和磺化酚酞型聚醚砜首次制得了磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合质子交换膜,并用1H NMR、SEM、FT-IR等分析手段对其进行了表征,测定了复合膜的质子导电率.研究结果表明:改性蒙脱土以纳米颗粒形式分散于磺化酚酞型聚醚砜聚合物基体中;在相同测试温度下,磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合质子交换膜的质子电导率随着改性蒙脱土含量增加而增加,添加10%(wt)改性蒙脱土的复合质子交换膜,在80℃下的质子电导率为8.53×10-4S/cm.     

磺化聚砜膜材料的制备与性能研究

磺化聚砜是制备亲水性滤膜的优良材料。首先以发烟硫酸为溶剂、4,4’-二氯二苯砜(DCDPS)为原料成功制备了磺化单体3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氯二苯砜(SDCDPS),并确定了最佳磺化条件,n(SO3)/n(DCDPS)=3.5,反应温度110℃,反应时间20h。以SDCDPS为单体通过亲核缩聚反应合成了一系列不同磺化度的磺化聚砜膜材料,利用红外光谱及核磁共振光谱对其结构进行了表征。热分析实验表明,该聚合物材料具有较高的分子量和热稳定性。     

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。