磺化嵌段聚醚砜质子交换膜的制备与改性

发布时间：2017-11-11 21:22

  本文关键词：磺化嵌段聚醚砜质子交换膜的制备与改性

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【摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其产电效率高与环境友好等特点,成为当前新能源方面研究的热点。其中质子交换膜作为燃料电池中的核心部件之一,直接影响到燃料电池的运行性能。本论文通过后磺化制备并表征了几类基于磺化聚芳醚砜(SPAES)共混、交联改性的质子交换膜材料,之后通过共混、交联等一系列改性方式来提高聚合物膜的性能,并详细表征了吸水率、离子交换容量、尺寸变化、水解稳定性、机械强度和质子电导率等性能。以9,9’-双(4-羟苯基)芴(BHPF)与4,4’-二氟二苯砜(DFDPS)合成具有羟端基的低聚物,之后用十氟联苯(DFBP)对其两端封端,在发烟硫酸中对其进行磺化得到亲水低聚体,以4,4"-联苯二酚(BP)与4,4’-二氟二苯砜(DFDPS)合成具有羟端基的疏水低聚物,然后通过两种低聚物的缩聚反应,制备了一系列有着刚性亲水段和柔性疏水段的磺化嵌段聚芳醚砜(bSPAES-SF).制得的bSPAES-S F膜(1.12-2.09 mmol/g)表现出较高的电导率、良好的水解和平面方向尺寸稳定性,其中bSPAES-SF (5/10)-60膜(2.09 mmol/g)在水中30℃下电导率达到182mS/cm,且平面与厚度上的尺寸变化分别为12.4%与16.6%。以上述合成出的bSPAES-SF和SPI (NTDA-BAPBDS/BAPB型)为原料,采用不同质量配比,合成出一系列新型的复合质子交换膜(bSPAES-SF/SPI)。结果表明两种聚合物具有很好的相容性,得到的共混膜表面均一、透明。相比bSPAES-SF膜,共混膜的机械性能有了很大的提升,同时在吸水率和尺寸变化上也有所下降。30℃下复合膜的电导率范围在136-191 mS/cm,都高于相应的SPI膜,且具有良好的水解稳定性,失重率不超过7.1%。以十氟联苯(DFBP)与4,4-(六氟异丙叉)双酚(HFBPA)合成出主链聚合物,以3,3'-二磺化-4,4'-二氟二苯砜(SDFDPS)与4,4'-联苯二酚(BP)合成出羟基终端亲水低聚体,然后通过亲核取代反应完成交联反应,制备出一系列M-gc-SPAES(n)-x/y支链交联型质子交换膜材料。制得的质子交换膜的滴定IEC与理论IEC十分接近,说明交联反应完全。交联膜具有着优良的尺寸和水解稳定性,其平面与厚度方向上的尺寸变化范围分别为4-8%和6-15%,水解失重率不超过1.3%。在相同条件下,电导率主要受到IEC和亲水段链段长度共同影响,亲水链段越长,膜的电导率越高。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4

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本文编号：1172937