含磺酸基杂萘联苯聚芳醚酮质子交换膜材料的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mingxing10192009
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本论文是以磺化聚芳醚酮在质子交换膜中的应用为研究背景,从分子设计的角度合成了几种含不同侧基的磺化杂萘联苯聚芳醚酮(SPPEKs)。以25%发烟硫酸为磺化剂,以4,4’-二氟苯甲酮(DFB)为原料通过亲电取代反应得到3,3’-二磺酸钠基-4,4’-二氟苯甲酮(SDFB)。以4-(3,5-二甲基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DMDHPZ)、SDFB、DFB或4,4’-二氯二苯砜(DCS)为单体,通过亲核缩聚反应合成了一系列不同磺化度、高分子量的含二甲基磺化杂萘联苯聚醚酮和聚醚砜酮(SPPEK-DM和SPPESK-DM),特性粘度都在1.0dL/g以上。不同比例的SDFB、DFB与含苯基杂萘联苯类双酚单体(DHPZ-O)进行聚合,得到不同磺化度的含苯基磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK-O);以DHPZ-O,SDFB,DFB和2,6-二氟苯腈(DFBN)为单体,通过直接聚合的方法合成了一系列不同磺化度的磺化杂萘联苯聚醚腈酮(SPPENK-O)。利用FT-IR和1H-NMR对所合成的磺化杂萘联苯聚醚酮进行了结构表征。用热失重分析仪(TGA)研究了磺化聚合物的热稳定性,5%的热失重温度分别在430℃(盐型)和318℃(酸型)以上,表明其具有良好的热稳定性。磺化杂萘联苯聚醚酮都溶于NMP,DMAC等极性非质子溶剂。以NMP为溶剂,用溶液浇铸法制备聚合物均质膜。测试了膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量、耐氧化性、力学性能、质子传导性和阻醇性能。结果表明,吸水率、溶胀率和质子传导率随着磺化度和温度的增加而增加,耐氧化性和阻醇性能随着磺化度的增加而降低。所制备的SPPEK-DMs和SPPEK-Os膜具有较好的力学性能,拉伸强度都在47Mpa以上,高于Nation膜的数值。对不同结构磺化杂萘联苯聚醚酮的性能进行了比较。由于甲基取代了酚氧原子邻位的活泼氢原子,SPPEK-DM具有最好的氧化稳定性。SPPENK-O具有相对较高的质子传导率。磺化杂萘联苯聚芳醚酮膜在温度高于85℃、磺化度大于0.9时质子传导率均高于10-2S·cm-1,达到了质子交换膜燃料电池的使用要求。
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