磺化聚芳醚砜/磺化聚乙烯醇交联膜的制备及在甲醇燃料电池中的应用

在甲醇燃料电池应用中,目前商业化的Nafion膜不仅成本高,而且质子选择性差。针对这一问题,文中选用成本较低的高磺化度磺化聚芳醚砜(SPAES)作为基体,通过简单的热处理制备了磺化聚芳醚砜(SPAES)交联聚乙烯醇(PVA)膜(SPAES-C-PVA)和磺化聚芳醚砜交联磺化聚乙烯醇(SPVA)膜(SPAES-C-SPVA)。SPAES-C-SPVA交联膜展示出良好的力学性能、尺寸稳定性及甲醇阻隔性,并且其质子选择性高达13.6×10⁴ S·s·cm^-3,约为SPAES膜的3倍、Nafion117膜的4.3倍。     

磺化聚苯醚/聚醚酰亚胺共混质子交换膜的制备与性能

以磺化聚苯醚(SPPO)和聚醚酰亚胺(PEI)为原料,采用溶液共混法制备了SPPO/PEI共混质子交换膜,并经扫描电镜(SEM)、热重分析、拉伸测试等对膜的结构和性能进行了表征。结果表明,共混膜较纯SPPO膜具有更高的热稳定性、力学性能和尺寸稳定性;SPPO与PEI之间的强烈氢键相互作用使两组分之间并未发生明显的相分离。PEI的引入虽使得共混膜的质子传导率有所下降,但对于PEI含量在40%以下的共混膜,其质子传导率仍维持在约10-2S/cm的数量级水平,能满足质子交换膜的要求。     

聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯质子交换膜的制备与表征

采用热诱导溶液聚合和相转移技术,制备了新型聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯(PVDF-SPS)质子交换膜。采用X射线衍射光电子能谱(XPS)、环境扫描电镜(ESEM)和红外光谱(FT-IR)对PVDF-SPS质子交换膜进行了表征,研究了质子膜的吸水率、质子传导率和甲醇渗透系数。结果表明,PVDF-SPS质子膜具有优良的亲水性能,较高的质子传导率和较低的甲醇渗透系数。PVDF-SPS质子交换膜在25℃的质子传导率和甲醇渗透系数分别为2.93×10-2S/cm和8.61×10-8cm2/s,其质子传导率与甲醇渗透系数比值为3.40×105S.s/cm3,超过Nafion-117膜的20倍。     

聚乙二醇/磺化聚苯醚质子交换膜的制备与性能研究

采用溶液共混浇铸法制备了一系列的聚乙二醇/磺化聚苯醚(PEG/SPPO)共混膜SPPO的红外光谱图显示了磺酸基团的成功引入;X-射线衍射图表明,加入柔性的聚乙二醇,SPPO的有序程度降低;膜的离子交换容量(IEC值)、质子传导率和吸水率等理化性能结果表明:PEG/SPPO共混膜的质子传导率和离子交换容量虽然较纯SPPO膜有所下降,但是最大也分别达到了1.80mequiv.g-1和0.061S/cm(PEG/SPPO=10/90,90℃),仍然可以满足质子交换膜的使用要求,而复合膜的吸水率和溶胀率较SPPO膜大幅降低。整体来说,复合膜的各项综合性质良好,有望应用于直接甲醇燃料电池。     

磺化SEBS质子交换膜制备和性能的研究

利用“预混法”对苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）进行了磺化,采用溶液-浇铸法成膜,并对其制备过程和膜的性能进行了研究。结果表明,FT-IR分析判断磺酸基团接入PS段的苯环对位上;该法平均磺化效率为12％;溶剂DCE与环己烷的加入量体积之比为8：1左右时磺化度达到最高;电导率、含水量、溶涨率和水合系数都以磺化度为15％左右处为一临界点,此前都增长缓慢,此后迅猛增长,然后前三者在磺化度为20％左右增加趋于缓慢,不同的是,而由于“亲水区域”的存在,水合系数在磺化度为20％左右达到最高,随后便逐渐减小;当磺化度达到40％以上,膜的几乎成为水溶性;AFM研究表明磺化后PS相以大小为20～30nm的柱状存在,并有交叉汇合的趋势。     

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。     

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.     

聚乙烯醇膜的阻醇及导电性能(Ⅱ)戊二醛交联聚乙烯醇膜

为提高直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜的阻醇性能，采用在渗透蒸发领域广泛使用且具有良好分离效果的聚乙烯醇(PVA)为主要材料，制备了戊二醛(GA)交联PVA膜，考察了此类膜的阻醇及质子导电能力。PVA(GA)膜的阻醇效果较目前在DMFC中广泛使用的Nation膜有显著提高，但其自身不具有质子导电能力，需外加电解质溶液以提高其电导率。     

交联聚乙烯醇膜材料结构与性能的相关性(Ⅰ)交联膜的红外分析

对PVA膜材料的化学结构进行了分析，建立了定量表征PVA膜交联度的新方法，探明了交联对高分子链间氢键作用的影响规律．结果表明，当交联温度为100℃，交联时间为60min时，交联反应接近平衡；交联剂分子的引入导致高分子链间氢键作用减弱．     

改性PVA超滤膜的制备与性能研究

选用聚乙烯醇、水、乙酸、硫酸铁等为原料 ,用相转化法制备了亲水性超滤膜 .在一定范围内研究了各种不同浓度的膜液组成对超滤膜性能的影响 ,确定了较佳的铸膜液组成 (质量分数 )为 :8%PVA ,6 %乙酸 ,1 5 %～ 2 %硫酸铁 .用此铸膜液制备的超滤膜 ,在操作压力为0 30～ 0 4 5MPa下 ,处理浓度为 10 0 0mg·L- 1的O/W型乳化液 ,透液速率可达 4 3L/(m2 ·h)以上 ,其除油率可达 92 %以上 .研究还表明 ,PVA超滤膜中添加适量硫酸铁 ,可改善膜的结构和耐水性能 .     

聚乙烯醇/原花青素共混物薄膜的制备及其性能研究

采用天然植物中提取的原花青素(OPC)作为自由基捕获剂,通过溶液浇铸法将OPC与聚乙烯醇(PVA)共混制膜。利用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、全反射傅里叶红外光谱仪(FTIR)、双束紫外可见分光光度计(UV-Vis)、小角X射线散射仪(SAXS)等仪器研究共混物薄膜的热力学稳定性、紫外屏蔽性能、透光率以及结晶性能等。结果表明,1.0%～2.0%原花青素的加入可有效提高PVA的热稳定性,拓宽熔融加工窗口,且PVA/OPC薄膜能保持优异的力学性能、透光率以及紫外屏蔽性能。小角X射线散射的结果进一步证明OPC的加入抑制PVA的结晶。     

聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合薄膜的制备与性能研究?

以甘油作为增塑剂,经溶液流延法加工制备出 PVA/MMT 纳米复合薄膜,研究了纳米蒙脱土(MMT)对聚乙烯醇(PVA)的改性作用。通过对薄膜的结构表征、力学、光学、吸水性、热稳定性等性能研究表明,DK4型号 MMT 与 PVA 分子有着很好的相容性,添加了不同比例的 MMT 均不同程度提高了薄膜的抗拉强度、热稳定性,降低了薄膜的断裂伸长率、吸水性、水蒸气透过系数、透光率,其中添加了1％ DK4型MMT的PVA薄膜有着最好的改性效果。     

Electrospun crosslinked polyvinyl alcohol membrane

The electrospinning of polyvinyl alcohol (PVA) was performed with maleic anhydride (MA) as a cross linker to fabricate slightly soluble nanofiber membrane. The solubility, morphology and thermal behavior of electrospun PVA and PVA/MA membranes were characterized by water durability test, scanning electron microscope (SEM) and differential scanning calorimeter (DSC), respectively. Water durability test demonstrated that 8% PVA/MA (20/1, mole/mole) membrane had the least average mass loss and standard deviation. SEM images showed that fibers in PVA/MA membrane had a larger average diameter compared to those in PVA membrane. DSC investigated that crystal structure was formed in PVA/MA membrane. The results show that rapid evaporation of water and high electric field during electrospinning process may promote crosslinking of PVA and MA.     

磺胺嘧啶银/聚乙烯醇水凝胶复合材料的制备及性能表征

采用e-Beam电子辐射和冻融循环相结合的方法制备了磺胺嘧啶银(SD-Ag)/聚乙烯醇(PVA)水凝胶。研究了制备工艺对PVA水凝胶的性能的影响。通过拉伸性能测试、吸水率检测、SEM和FT-IR等表征,考察了PVA浓度(占总质量5%~15%)、冻融与辐射处理等对PVA水凝胶拉伸强度、断裂伸长率、吸水性、凝胶含量和微观结构等的影响。结果表明:随着PVA浓度增大,PVA水凝胶的拉伸强度提高。当PVA浓度为15%、辐射剂量为25kGy时,单独辐射、辐射后冻融及冻融后辐射三种工艺制备的PVA水凝胶拉伸强度分别为0.023 MPa、0.048MPa、0.028MPa,吸水率分别为为95%、45%、63%,说明经冻融处理的水凝胶力学强度提高,吸水率有所下降。然后,选择适当的制备工艺并在PVA水凝胶中加入SD-Ag,考察了SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌性能,抑菌活性测试结果显示,随着SD-Ag含量的增加,SD-Ag/PVA水凝胶的抑菌效果增强,而且其对革兰式阴性菌(大肠杆菌)的抑菌效果优于其对革兰式阳性菌(金黄色葡萄球菌)的抑菌效果。     

功能化六方BN纳米片/聚乙烯醇复合材料的制备及力学性能

利用三聚氰胺辅助机械球磨剥离六方BN （h-BN）,对剥离得到的三聚氰胺功能化h-BN纳米片（f-BNNS）的厚度、形貌及结构进行表征。对f-BNNS/聚乙烯醇（PVA）复合材料进行了研究,考察h-BN的剥离及表面改性对f-BNNS/PVA复合材料力学性能的影响,分析f-BNNS与PVA基体的界面相互作用机制。结果表明：f-BNNS呈现较规则的圆片状,厚度在1~3 nm之间,直径集中在150~400 nm。与h-BN/PVA相比,f-BNNS在PVA基体中显示出更优异的分散效果,填充相同质量分数下,f-BNNS/PVA的屈服强度及模量得到明显的提高。当f-BNNS填充质量分数为5wt%时,屈服强度和弹性模量分别达到175.2 MPa和4.52 GPa,较纯PVA分别增加了45.3%和53.7%。通过f-BNNS和PVA分子结构及断面形貌分析可以推断,f-BNNS表面大量氨基与PVA分子羟基间氢键相互作用有效提升了填料与基体间的界面作用力。     

聚乙二醇改性纳米纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及性能

通过酸碱处理和机械研磨结合的方法制备纳米纤维素(CNFs),并利用冻融循环法分别制备了聚乙烯醇(PVA)和纳米纤维素/聚乙烯醇(CNFs/PVA)复合水凝胶,以及聚乙二醇(PEG)改性PVA和CNFs/PVA复合水凝胶。考察不同配方下复合水凝胶的微观形貌变化,并对复合水凝胶的溶胀性能、压缩强度及热稳定性能进行研究。结果表明,CNFs与PEG对PVA水凝胶的微观形貌均有改善作用,加入PEG后形成的PEG/PVA凝胶产生明显的三维网络结构。当PEG与CNFs同时加入到PVA凝胶后形成的CNFs-PEG/PVA凝胶具有均匀的互穿孔洞结构,此时复合水凝胶的孔隙率最高((67.5±4.3)%),溶胀度最好(980%),且压缩强度较PVA水凝胶也有所提升。PEG对复合凝胶的热稳定性无影响,而加入CNFs后,CNFs-PEG/PVA复合凝胶的初始热分解温度从235℃上升至300℃,显著提高了PVA凝胶的热稳定性。     

Preparation and properties of microfibrillated cellulose polyvinyl alcohol composite materials

This work reports the preparation of MFC–PVA composite films, and the thermal and mechanical properties of these films. Microfibrillated cellulose (MFC), which was separated from kraft pulp by a mechanical process, was used as the reinforcement in polyvinyl alcohol (PVA) matrix. This MFC reinforcement has an interconnected web-like structure with fibrils having a diameter in the range of 10–100 nm, as observed by TEM. MFC–PVA composite films were created by casting from a water suspension to produce a homogeneous dispersion of MFC in the polymer matrix. DMA shows an increase of the storage modulus in the glassy state with increasing MFC content, but a more significant increase in modulus is detectable above the glass transition temperature. There is a steady increase in both the modulus and strength of the composite films until a plateau is reached at 10 wt% MFC. The thermal stability of the PVA composite films is slightly increased with the addition of MFC.

As a result of this research, it has been shown that MFC is an excellent reinforcement comparable to cellulose nanowhiskers. Furthermore, by combining MFC with PVA in addition to good mechanical properties, this composite has good chemical resistance and biodegradability. The water soluble characteristics of PVA combined with a water dispersion of MFC are also easily processable.     

纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇复合水凝胶的制备和性能研究

通过溶液法首次将纳米羟基磷灰石晶体与聚乙烯醇溶液复合,制备了一系列纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶材料．用TEM、IR、XRD、TG／DTG、DSC和燃烧实验对材料的结构和组成进行了表征,并对复合材料的热稳定性进行了研究。结果表明所制备的n-HA／PVA复合水凝胶材料组成均一,各相比例易于调控。是一种很有前景的生物医用复合材料。     

改性碱式次氯酸镁/聚乙烯醇抗菌复合膜的制备及性能

为解决食品、药品等易被细菌污染及其包装造成环境污染问题,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)表面改性碱式次氯酸镁(BMH),并将其与聚乙烯醇(PVA)进行复合,制备改性碱式次氯酸镁/聚乙烯醇抗菌复合膜(改性BMH/PVA抗菌复合膜).通过SEM、接触角分析、抑菌圈实验和FTIR,证明了BMH的有机改性的有效性.通...