大尺寸亲水结构序列嵌段离聚物的结构及性能.pdfVIP

华南理工大学学报(自然科学版) JoumalofSoumChina of V01．42No．6 第42卷第6期 UniVersityTechnology Science June2014 2014年6月 (Natural Edition) 大尺寸亲水结构序列嵌段离聚物的结构及性能米 李秀华 林永华 (华南理工大学化学与化工学院∥广东省燃料电池技术重点实验室，广东广州510640) 摘要：以双酚芴、4，4’一二氯二苯砜、联苯双酚型二氮杂萘酮、二氟二苯酮磺酸钠为原料， 采用“二锅二步”法制备了一系列具有不同尺寸亲水结构的芴一联苯双酚型氮杂萘酮一 两亲序列嵌段聚芳醚砜酮离聚物质子交换膜材料．对合成的质子交换膜材料结构和性能 的研究表明：该系列新型离聚物的结构可控；离聚物膜具有明显的微相分离结构，憎水相 以小的分离的连续相包裹在亲水连续相中，且随着亲水链段尺寸的增大，其亲水区域的尺 寸增大，呈现明显的吸水溶胀状态，形成了大的质子交换通道；该系列膜具有良好的热稳 定性，合适的吸水率和溶胀率，良好的质子传导率、力学性能以及高温水解稳定性；随着大 尺寸亲水链段尺寸的增加，膜的吸醇率增加，抗氧化性能降低；该系列膜的质子传导率随 着温度的升高而增大，5c，5d在20℃下的质子传导率接近或高于N面on“7的30℃质子 mS／cm． 传导率，5d的质子传导率在80℃下达到了15．63 关键词：序列嵌段离聚物；磺化聚芳醚砜酮；联苯双酚；氮杂萘酮；质子交换膜燃料电池 中图分类号：TB324 质子交换膜燃料电池具有功率密度高、能量转 明，随着疏水及亲水链段尺寸的同步增长，聚合物表 化效率高、环境友好等优点，在交通、航天、移动电站 现出更加优越的抗氧化性及耐水解性，但其质子传 等领域作为能源供给具有广泛的应用前景…．质子 导率在同等条件下仍低于Nafion膜¨21．质子交换膜 交换膜作为质子交换膜燃料电池的核心组成部件之 材料的已有研究成果表明，提高聚合物的磺化度和 一，自20世纪90年代以来成为世界各国科研人员采用具有更高质子传导率的聚合物骨架都是提高聚 研究开发的热点‘2。J．目前所使用的质子交换膜主 合物质子传导率的有效方法¨3。15|．chen等¨6。171发 要为以N娟on为代表的全氟磺酸膜，但价格昂贵、 现，在相同磺化度的情况下，含联苯双酚二氮杂萘酮 甲醇渗透性高、高温时质子传导率急剧下降等缺点 的聚合物比含双酚AF型二氮杂萘酮的聚合物具有 限制了它的进一步发展H巧J．近年来，研究人员已经 更高的质子传导率．本研究首先以分锅等摩尔同步 开发了多种磺化聚芳烃材料，用于质子交换膜的 缩合反应分别得到相对分子质量较大的双酚芴聚芳 研究…0。． 醚砜憎水链段和联苯双酚氮杂萘酮磺化聚芳醚酮亲 笔者所在课题组前期的研究中，已经报道了系 水链段，然后通过调整亲水链段与憎水链段的摩尔 列含不同结构氮杂萘酮磺化聚芳醚酮亲水链段和不 比，采用“二锅二步”法制备了系列含不同长度的大 同结构的双酚芴聚芳醚憎水链段的嵌段磺化聚芳醚 尺寸亲水结构的芴一联苯双酚型氮杂萘酮一两亲序 酮离聚物¨1|、嵌段磺化聚芳醚砜酮作为质子交换膜 列嵌段聚芳醚砜酮离聚物，探讨了大尺寸亲水结构对 材料¨2l，特别是嵌段磺化聚芳醚砜酮的研究结果表 两亲序列嵌段聚芳醚砜酮离聚物结构和性能的影响． 收稿日期：2叭3—12一12 +基金项目：国家自然科学基金资助项目；广东省燃料电池技术重点实验室开放基金资助项目(20l104) 万方数据 80 华