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多嵌段型磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备及性能研究

张莎  
【摘要】: 成功制备了一系列新型的多嵌段型磺化聚芳醚砜聚合物(bSPAES),并通过bSPAES与磺化聚酰亚胺(SPI)复合,制备了具有双磺化结构的复合膜。对它们的离子交换容量(IEC),吸水率(WU),尺寸变化,质子导电率(σ)及水稳定性进行了详细的研究。 在K2CO3的存在下,通过溶液缩聚的方法合成了具有亲水/疏水链段的多嵌段型磺化聚芳醚砜共聚物(SN-bSPAES)。利用1HNMR对低聚体以及多嵌段聚合物的结构进行了验证。SN-bSPAES膜都具有良好的高温水稳定,如IEC高达2.42 meq/g的M(6/4)-b(12/8)膜在100℃水中放置24h后,仍表现了较高的机械强度。SN-bSPAES膜在水中的质子导电率都明显高于Nafion112, M(4/6)-b(8/12)在60℃水中的质子导电率为0.208S/cm,是相同条件下Nafion112 (0.142S/cm)的约1.5倍。当IEC相似时,它们的质子导电率和吸水率受链段长度影响,随着链段长度的增加,质子导电率和吸水率也随着增加。 合成了具有高磺化/低磺化链段的多嵌段型磺化聚芳醚砜共聚物(SS-bSPAES)。SEM谱图显示所有嵌段膜的横断面没有出现明显相分离区域。SS-bSPAES膜都具有良好的水稳定性,尽管IEC达到了2.08meq/g,在100℃水中放置200h后,仍保持很好的力学性能。当相对湿度达到60%以上时,SS-bSPAES膜的质子导电率要明显高于Nafion112膜。 利用溶液浇注法成功制备了一系列的双磺化型SN-bSPAES/SPI复合膜。复合膜质地均匀,表面光滑平整。SEM谱图显示复合膜没有存在明显的相分离,表明两者具有很好的相溶性。由于SPI的引入,与纯的SN-bSPAES膜相比,复合膜的尺寸稳定性和高温水稳定性方面有了很大的提高。


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