磺化雙酚A聚砜質(zhì)子交換膜的性能及其交聯(lián)特性研究.pdf

1、本文用后磺化的方法制備了高離子交換容量(IEC)的磺化雙酚A聚砜(SPSF)，采用溶液澆鑄法成膜后浸入到甲磺酸和五氧化二磷的混合溶液(PPMA)中，制備了新型交聯(lián)質(zhì)子交換膜。從SPSF膜的制備和表征，交聯(lián)反應(yīng)的驗(yàn)證，交聯(lián)時(shí)間對(duì)SPSF膜性能的影響，最優(yōu)交聯(lián)條件的確定等幾個(gè)方面展開(kāi)，為解決磺化聚芳烴質(zhì)子交換膜中普遍存在的尺寸穩(wěn)定性與電導(dǎo)率之間的矛盾提供了有效途徑。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴以二氯甲烷為溶劑，三甲基氯磺酸硅烷

2、(TMSCS)為磺化試劑對(duì)PSF進(jìn)行磺化。分別采用傅立葉紅外(FT-IR)和氫核磁共振(1H NMR)對(duì)磺化產(chǎn)物進(jìn)行了表征，證實(shí)成功實(shí)現(xiàn)了PSF的磺化，并用酸堿滴定和1H NMR兩種方法確定了SPSF的IEC值。
　　 ⑵系統(tǒng)表征了SPSF膜的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、氧化穩(wěn)定性、親水性、吸水率、電導(dǎo)率、甲醇滲透率和表面形貌。結(jié)果表明，SPSF膜具有優(yōu)異的熱、力學(xué)穩(wěn)定性，其降解溫度達(dá)到200℃以上，拉伸強(qiáng)度超過(guò)50MPa，足以滿足質(zhì)子

3、交換膜的使用要求；SPSF膜還表現(xiàn)出良好的親水性能，在不同的溫度下，均能保持較高的吸水率；在100％RH條件下，SPSF膜保持高的電導(dǎo)率(20℃，0.01-0.11S/cm)和低的甲醇滲透率(0.09-3.06×10-6 cm2/s)，在數(shù)量級(jí)上與Nafion()112膜相當(dāng)。原子力顯微鏡(AFM)相圖可見(jiàn)SPSF膜的表面微觀結(jié)構(gòu)為由磺酸基團(tuán)聚集而成的離子簇形成的親水相和聚合物骨架形成的憎水相構(gòu)成，其親水相連續(xù)性隨IEC值的增加而增加，

4、且在IEC為1.47meq/g時(shí)出現(xiàn)逾滲結(jié)構(gòu)。
　　 ⑶通過(guò)控制SPSF膜在PPMA中的交聯(lián)時(shí)間，得到一系列不同交聯(lián)密度的新型交聯(lián)SPSF膜。酸堿滴定、衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)和溶解性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨交聯(lián)時(shí)間的增加，交聯(lián)膜的IEC值減小、抗溶劑性增強(qiáng)、1027cm-1處磺酸基團(tuán)特征吸收峰強(qiáng)度減弱，交聯(lián)反應(yīng)消耗了磺酸基團(tuán)。
　　 ⑷分別從熱穩(wěn)定性、微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、吸水率、溶脹度和電導(dǎo)率等方面討論了交聯(lián)對(duì)S

5、PSF膜性能的影響。交聯(lián)提高了SPSF的熱分解溫度、增加了SPSF膜結(jié)構(gòu)的無(wú)序度；在不同溫度下，交聯(lián)膜的吸水率和溶脹性均得到了有效控制，保持優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。形貌觀察顯示交聯(lián)反應(yīng)主要發(fā)生在SPSF膜的厚度方向，即由膜的表面向內(nèi)部進(jìn)行；交聯(lián)使SPSF膜的電導(dǎo)率發(fā)生了降低，但其幅度遠(yuǎn)小于吸水率和溶脹度，交聯(lián)時(shí)間5h以?xún)?nèi)的交聯(lián)SPSF膜，在具備良好尺寸穩(wěn)定性的前提下，電導(dǎo)率高于Nafion()112。對(duì)交聯(lián)膜相關(guān)性能的討論結(jié)果顯示：PPMA交