基于环烯烃共聚物的阴离子交换膜的合成及性能研究

发布时间：2021-11-13 15:09

　　以外型-1,4,4a,9,9a,10-六氢-9,10（1′,2′）-桥苯亚基-1,4-桥亚甲基蒽（HBMN）和5-正己基-2-降冰片烯（HN）为单体,通过开环易位聚合、氢化、季胺化等系列反应,制备了9种阴离子交换膜（AEM）。通过核磁共振氢谱仪对聚合物的结构进行表征,并计算出聚合物的氯甲基化程度和离子交换容量,研究了阴离子交换膜的电导率、吸水率、溶胀率及力学性能随离子交换容量的变化规律。结果表明:当HBMN与HN摩尔比为65∶35时,制备的阴离子交换膜（Cl-H-HMHN-b-30）具有最优的综合性能,其离子交换容量为2.16mmol/g;20℃时阴离子交换膜的电导率、吸水率和溶胀率分别为20.6mS/cm、34.1%和3.20%;80℃时,阴离子交换膜的电导率和吸水率分别为85.4mS/cm和55.8%。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(06)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

聚合物Cl-H-HMHN样品的TG曲线图

图3为20℃时AEM吸水率随IEC变化的曲线图。从图可以看出，IEC<0.9时，AEM的吸水率表现为Cl-H-HMHN-a>Cl-H-HMHN-b>Cl-H-HMHN-c，而且Cl-H-HMHN-b和Cl-H-HMHN-c的吸水率远小于Cl-H-HMHN-a。这是因为Cl-H-HMHN-b和Cl-H-HMHN-c中HN的摩尔比例大，分散在功能化的HBMN之间，打断了亲水基团的连续性，使得吸水率相对较低。2.6 IEC对电导率的影响

图4为20℃时AEM电导率随IEC变化的曲线图，AEM的吸水率和溶胀率等物理参数见表4。由图4可以看出：IEC<1.1时，AEM电导率随IEC变化的规律与吸水率的变化规律相似，表现为ClH-HMHN-a>Cl-H-HMHN-b>Cl-H-HMHN-c。结合图4和表4可知，随着吸水率的增大，电导率随之增大，而Cl-H-HMHN-c中带有疏水碳链的单体HN摩尔比例较高，亲水基团被分散开，所以即使在IEC很大时（IEC=1.33时），20℃时其电导率仍然较小，仅为17.4mS/cm。Cl-H-HMHN-a的IEC低于1.1，是因为聚合物中HBMN摩尔比例高，分布比较密集，所以使得氯甲基化过程难以控制，当氯甲基化程度过高时（>50%），反应发生交联现象，所以氯甲基化程度只能控制在50%以下，使得AEM电导率也受到限制。当n(HBMN）∶n(HN)=65∶35时，在反应温度20℃条件下AEM具有较高的氯甲基化程度（87%）和高电导率（20.6mS/cm）。这是因为适量HN分散在HBMN之间，不仅有利于实现氯甲基化反应的控制，得到较高的功能化程度，而且打断了功能化基团的连续性，实现了对吸水率和溶胀率的有效控制，从而提高了AEM的实用性。AEM的使用环境要求薄膜在尺寸上要有一定的稳定性，从表4可知，AEM的溶胀率较低，说明其尺寸稳定性较好。3 结论


本文编号：3493236