新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能.pdfVIP

V01．34 高等学校化学学报 No．6 CHEMICALOF 2013年6月 JOURNALCHINESEUNIVERSITIES 1547～1554 158 doi：10．7503／cjcu20121 新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及 质子交换膜的性能 徐燕燕，于书平，韩克飞，于景华，朱 红，汪中明 (北京化工大学理学院，北京100029) 摘要采用微波合成法，调整己二酸和2，6-吡啶二甲酸2种二酸单体的配比，使其与联苯四胺进行三元共 聚，制备出一系列新型含脂肪链结构的聚苯并咪唑(PBI)类质子交换膜，并用红外光谱、热重分析进行了表 征，对膜的吸水率、溶胀率、质子传导率、机械强度及抗氧化性能等进行了测试．当己二酸与2，6．吡啶二甲 酸的摩尔比为3：2时，所制备的PBI-C：膜掺杂磷酸后在160℃下的质子传导率可达30mS／cm，拉伸强度在 常温下可达77．54 MPa，断裂伸长率为39．25％，最大储能模量为9．0623MPa，最大损耗模量为8．36MPa， 玻璃化转变温度为360oC，芬顿试验192 h后膜的降解率仅为0．21％，表明PBI—C，膜在高温质子交换膜燃 料电池中具有较好的应用前景． 关键词 质子交换膜；聚苯并咪唑；微波合成；质子传导率 中图分类号0631．5 文献标志码A 质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有轻便、高效、启动温度低及环境友好等优点，广泛应用于航 空、军事、交通和分布电站等领域¨’21．质子交换膜(PEM)是PEMFC的核心组件之一，目前已商业化 的全氟磺酸膜(如杜邦公司的Nation膜)虽然具有较好的热稳定性和质子传导性能，但其成本昂贵且工 作温度较低(80 oC)，使PEMFC存在一些严重的缺陷如水热管理复杂、CO对电极毒化严重及电化学 动力学较低等，限制了其商业化应用口，4j．研究发现，开发新型的耐高温PEM材料，以提高燃料电池 的操作温度(100oC)是解决这些问题行之有效的方法M。J．近年来，聚苯并咪唑(PBI)树脂因具有出 色的热稳定性、化学稳定性、机械性能和高的玻璃化转变温度(t)且与磷酸复合后还具有良好的质子 传导性能而成为研究的热点旧一2|．采用传统的溶液常规加热聚合法合成PBI时，不仅操作繁琐而且反 h 应周期长，不利于工业化生产，He等¨3，141利用微波合成法将聚合时间由传统的20h以上缩减至3 以内，大大提高了反应效率．由于PBl分子链刚性太强，只能溶于少数的有机溶剂和强酸，成膜性能 较差，Bhavsar等¨5’16o将柔性基团引入到PBI主链中，在很大程度上改善了PBI的可加工性能．在膜的 电化学性能方面，磷酸掺杂的PBI膜的质子传导能力还有待提高．Xiao等m一引证实了吡啶结构的引 入会增加磷酸的掺杂量，进而提高PBI膜的质子传导率．本文采用微波合成法，引入不同比例的己二 酸和2，6一吡啶二甲酸，使其与联苯四胺进行三元共聚，合成了一系列含脂肪链结构的PBI并制备成膜， 用红外、热重、溶解性和成膜性等对其进行了表征，研究了其质子传导率、力学性能及抗氧化性能等， 以及均苯三酸加入聚合体系后对膜性能的影响． 1 实验部分 1．1试剂与仪器 联苯四胺(DAB)，A．R．级，上海晶纯试剂有限公司，分别用浓盐酸和碳酸氢钠提纯3次后使用； 己二酸，A．R．级，上海晶纯试剂有限公司，依次用乙醇和丙酮进行重结晶提纯；2，6一吡啶二甲酸， 收稿日期：2012．12．24． 联系人简介