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新型磺化聚芳醚酮的合成与性能研究

李恺军  
【摘要】: 质子交换膜是质子交换膜燃料电池的“心脏”。目前的商售产品还只有Nafion系列全氟磺酸膜,但其价格奇高,在高温条件下质子传导率低,阻醇性能差导致电池效率降低。因此寻找能够替代Nafion等全氟磺酸膜的替代材料成为近年来质子交换膜研究的热点。 聚芳醚酮是一类性能优良的工程塑料,具有耐热等级高、力学性能好、尺寸稳定性好、水解稳定性好,电性能优异等特点。 聚芳醚酮可以通过磺化反应在其分子链中的苯环上引入磺酸基团,制备磺化聚芳醚酮膜,它不仅有较高的质子传导率,还能保持良好的热稳定性和力学强度。 本文通过聚合物直接磺化法和磺化单体聚合法合成了新型磺化聚芳醚酮。通过红外光谱、核磁共振、TG以及DSC等手段,对其结构和热力学性能进行了表征。并测定了磺化聚芳醚酮膜的力学性能与离子交换容量。结果表明该磺化聚芳醚酮膜具有一定的力学性能和较高的离子交换容量。 在聚合物直接磺化法中,利用双(4-(对氟苯甲酰基)苯基)苯基氧化膦(FPPPO)与对苯二酚聚合制得对苯二酚型含磷聚芳醚酮,然后利用浓硫酸直接磺化。通过改变反应时间得到一系列的磺化产物。本文对FPPPO的合成工艺进行了改进,使得中间单体BCPPO的产率大为提高。研究了磺化剂的选择、磺化反应的温度、时间、溶剂浓度等因素对磺化度的影响。 在磺化单体聚合法中,合成了磺化二氟二苯甲酮和磺化对苯二酚两种磺化单体。然后利用磺化二氟二苯甲酮、二氟二苯甲酮与双酚A进行三元共聚,通过调整磺化二氟二苯甲酮和二氟二苯甲酮的比例而得到一系列不同磺化度的磺化产物。研究了磺化单体的合成条件,纯化方法。通过核磁共振、红外光谱对结构进行分析。结果表明成功地引入了磺酸基团,并和预想的引入位置一致。


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