交联型磺化聚芳醚腈的结构与性能研究

发布时间：2021-07-10 19:30

　　磺化聚芳醚腈薄膜由于具有良好的耐热性、耐化学性、绝缘性、阻燃性、耐辐射性和机械性能,并且制备工艺简单、生产成本低,是最具有潜力替代Nafion膜应用于燃料电池质子交换膜领域的材料。然而,当磺化聚芳醚腈的磺化程度较低时,磺酸基团之间的间隔相对较远,亲水通道狭窄甚至不连续,严重阻碍了H⁺的传导;当磺化程度较高时,薄膜极易发生溶胀,尺寸稳定性大幅降低,此时薄膜极易变形从而失去强度,同时会极大的增加薄膜的甲醇渗透率。这些缺点都严重阻碍了磺化聚芳醚腈薄膜在燃料电池质子交换膜领域的推广应用。因此,研发新型结构的磺化聚芳醚腈成为近年来的研究热点之一。本论文围绕磺化聚芳醚腈的上述问题,制备了可交联的新型磺化聚芳醚腈薄膜。通过控制磺化聚芳醚腈分子链上不同活性官能团的交联反应,制备了一系列具有良好的阻醇性和尺寸稳定性的交联型磺化聚芳醚腈薄膜。对交联型磺化聚芳醚腈的交联反应机理、交联结构及薄膜的综合性能进行系统研究,明确最佳的交联型磺化聚芳醚腈的结构、组成及性能。随后,利用功能纳米粒子特殊的质子传导性,在交联型磺化聚芳醚腈高分子中引入功能粒子制备复合质子交换膜,并对功能纳米粒子与聚芳醚... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

SPEN和CSPEN不同温度下的溶胀率

及其成膜后的微观结构[69-71]。赋予全氟磺酸膜诸多优点的原因如下：1）由于主链上碳氟键键能较高，而且氟原子半径（0.064 nm）相比氢原大，碳链被氟原子团团围住，形成一层稳定的氟化保护层，使稳定性差固定有质子传递基团磺酸根的侧链在电池应用时免受电池运行时产生的质（如自由基）的进攻[59, 72-74]。2）由于氟原子电负性很大，使得 -CF3基团成为强吸电子基团，可以很提高侧链上 -SO3H 的解离能力，促使聚合物膜的酸性基团在极低含水量即可充分解离，从而提高了全氟磺酸质子交换膜的质子传导率。3）超疏水的聚四氟乙烯主链和超亲水的磺酸基侧链之间强烈的亲疏水性于促进形成明显的相分离结构。聚四氟乙烯主链具有一定的结晶性，易装形成疏水区，同时带有磺酸基团的支链与周围的水分子聚集形成纳米合离子簇分布在由主链构成的有机疏水相中[75-77]。在湿润的情况下，离将会形成约 1 nm 的亲水通道从而相互连接，作为质子传输的通道，促过膜内疏水的高能垒区，提高质子传导率[78]。

11图 1-5 1,4,5,8-萘四甲酸二酐聚合得到的六元环磺化聚酰亚胺结构汇总磺化聚醚砜醚砜是一种高性能的热塑性聚合物材料，主链包含醚键和砜基，此类优异的综合性能。因此，近年来越来越多的研究投入到此类聚合物材料用中。磺化聚醚砜不仅继承了聚醚砜良好的耐热性与机械性能，而且引入能够赋予其较高的质子电导率。磺化聚醚砜的合成方法包括后磺化聚和接枝等方法[108-110]。中接枝法是在聚醚砜的侧链引入磺酸基团，如图 1-6 所示。由于亲水性团远离疏水性聚合物主链，因此结构上有助于形成明显的相分离，促使在湿态下具有良好的质子导电性和尺寸稳定性[111-114]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]耐高温磺化聚苯并咪唑的合成与表征[J]. 卿胜波,黄卫,颜德岳.  高等学校化学学报. 2005(11)

硕士论文
[1]含腈基类苯并噁嗪树脂单体、复合材料的性能研究[D]. 曹国萍.电子科技大学 2008



本文编号：3276525