后磺化法精确可控制备磺化聚芳醚砜及其质子交换膜性能

以不同配比4,4'-二氟二苯砜、4,4'-联苯二酚和4,4'-二羟基二苯砜为单体,经共聚合得到具有不同高分子量的聚芳醚砜.由于聚合物上联苯和苯砜片段的电子效应差异较大,使磺化反应容易发生在电子云密度较高的联苯片段上.因此采用简单温和的后磺化法,使磺化聚芳醚砜中的磺酸基团精确接入到主链联苯片段中的醚键邻位上,并且磺化度可预测.研究结果表明,制备的磺化聚芳醚砜(M-SPAES)中的磺酸基团被精确接入到主链上联苯片段中的醚键邻位,其相对黏度均在1.2 d L/g以上.质子交换膜(PEM)的离子交换容量(IEC)测定值与理论值完全一致.膜的吸水率与尺寸变化率随IEC和温度的提高而显著增加,并且膜平面方向的尺寸变化率小于膜厚方向.热重分析显示,所制备的磺化聚芳醚砜在280℃以上开始降解.在20℃,20%相对温度(RH)下,膜的最大拉伸强度均大于50 MPa,断裂伸长率在15%以上.PEM在Fenton's试剂中的破碎时间随IEC的增加而缩短,在20℃时,IEC较小的PEM的破碎时间可达到200 h以上.PEM的质子传导率(σ)随温度和IEC的增加而显著提高.在H2/O2燃料电池性能测试中,电池温度为60℃,加湿度为80%RH,背压为0.1 MPa时,开路电压(OCV)为1.0 V以上,最大功率可达0.54 W/cm2.     

氟取代聚芳醚酮低温合成及其结构研究

通过傅克酰基化反应合成4,4'-二(4-氟苯甲酰基)二苯醚、4,4'-二(五氟苯甲酰基)二苯醚、4,4'-二(4-氟苯甲酰基)二苯硫醚以及4,4'-二(五氟苯甲酰基)二苯醚4种长链双卤单体,并进一步制备了含二氮杂萘酮聚芳醚酮聚合物.通过多氟取代双卤单体在含二氮杂萘酮聚芳醚酮聚合物主链中引入氟原子.多氟取代双卤单体具有多...     

不同合成方法对杂萘联苯结构共聚芳醚腈结构和性能的影响

以联苯二酚(BP)和2,6-二氟苯甲腈(DFBN)为原料通过假高稀释的方式合成了2,2'-[[1,1'-联苯]-4,4'-二氧基]二[6-氟-苯腈]单体,进而与4-(4-羟基-苯基)-2H-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)进行亲核取代逐步聚合反应,制得类似交替结构的共聚芳醚腈a-PPBEN.以BP、DHPZ和DFBN通过一步加料的方式,聚合得到无规共聚芳醚腈r-PPBEN.GPC结果表明,两种聚合方法均得到高分子量聚合物.利用红外、核磁、质谱、元素分析等手段对其结构进行了表征,结果与设计一致.DSC、TGA、DMA等测试表明,a-PPBEN比r-PPBEN具有更好的热稳定性,更高的玻璃化转变温度和更高的储能模量.偏光显微镜、XRD等测试表明,r-PPBEN有部分结晶,a-PPBEN则完全为无定型结构.扭曲非共平面的二氮杂萘酮结构的引入改善了聚合物的溶解性能,两种聚合物均能在常温下溶解于多种极性非质子溶剂.     

4,4′-二(2-甲基苯氧基)二苯砜/1,4-二苯氧基苯/对苯二甲酰氯三元共缩聚物的合成与表征

通过加入第三单体4,4′-二(2-甲基苯氧基)二苯砜与1,4-二苯氧基苯(DPB)和对苯二甲酰氯(TPC)进行三元无规共聚,合成了一系列分子主链带砜基和主链芳环上含甲基侧基的聚(芳醚砜醚酮酮-co-醚醚酮酮)共聚物,并用FT-IR、DSC、WAXD和TG对其进行了表征.结果表明,共聚物的玻璃化转变温度随着第三单体摩尔含量的增加而逐渐升高,熔融温度则逐渐降低,当其摩尔含量为10%~30%时,共聚物具有优良的耐热性能及耐溶剂、耐酸碱性能.     

4,4′-二(2-甲基苯氧基)二苯砜/1,4-二苯氧基苯/对苯二甲酰氯三元共缩聚物的合成与表征*

通过加入第三单体4,4'-二(2-甲基苯氧基)二苯砜与1,4-二苯氧基苯(DPB)和对苯二甲酰氯(TPC)进行三元无规共聚,合成了一系列分子主链带砜基和主链芳环上含甲基侧基的聚(芳醚砜醚酮酮-co-醚醚酮酮)共聚物,并用FT-IR、DSC、WAXD和TG对其进行了表征.结果表明,共聚物的玻璃化转变温度随着第三单体摩尔含量的增加而逐渐升高,熔融温度则逐渐降低,当其摩尔含量为10%～30%时,共聚物具有优良的耐热性能及耐溶剂、耐酸碱性能.     

磺酸基在侧链萘环上的磺化聚芳醚质子交换膜的制备与性能研究

以β-萘甲醛和2,6-二甲基苯酚为原料,合成出一种新型双酚单体.以此双酚单体和二氟单体(4,4'-二氟二苯甲酮或4,4'-二氟二苯砜)为基础,通过亲核取代反应,制备出两种高分子量聚芳醚.用氯磺酸对聚合物进行磺化,得到了2种磺酸基在侧链萘环上的磺化聚芳醚.该磺化聚芳醚能溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等常见的有机溶剂,通过溶液浇注的方法制备出光滑、柔韧的膜.用红外光谱(FTIR),核磁共振谱(1H-NMR)表征了聚合物结构.用示差扫描量热仪(DSC),热重分析仪(TGA)研究了聚合物的耐热性能.结果表明,这些侧链磺化的质子交换膜具有高的电导率(4.2×10-2S/cm)、高的机械强度、低的溶胀率和较好的氧化稳定性.     

镍催化转移缩聚合成全氟环丁基芳基醚聚合物

研究了通过镍催化转移缩聚的方法来合成全氟环丁基芳基醚聚合物.首先,我们以对溴苯酚和1,2-二溴四氟乙烷为起始原料,通过两步反应得到对溴三氟乙烯基芳基醚,进一步加热环化二聚得到单体1,2-二(4-溴苯氧基)六氟环丁烷.该二聚物再与异丙基格氏试剂发生镁交换反应,生成格氏试剂中间体,在催化剂Ni(dppe)Cl2的存在下发生镍催化转移缩聚生成聚合物.研究了反应时间、温度和单体投料比对催化缩聚反应的影响.     

一类侧链型磺化聚芳醚砜质子交换膜的合成及表征

以4,4'-二氟二苯砜和N-溴代丁二酰亚胺为起始原料,经两步有机反应设计并合成了一种新型活性二氟砜单体:3,3'-双(苯氧基苯基)-4,4'-二氟二苯砜,并由该单体与4,4'-二氟二苯砜、4,4'-二羟基二苯甲酮经亲核缩聚合成了侧链型聚芳醚砜聚合物(PAES-xx).通过较温和的后磺化反应,制得了一系列磺化聚芳醚砜质子交换膜(SPAES-xx).对所制侧链型聚芳醚砜质子交换膜的结构和性能分别进行了表征分析.结果表明,该类质子交换膜具有适中的吸水率和较好的尺寸稳定性,80℃时最高质子传导率达0.16 S/cm.此外,该类质子交换膜还具有良好的热稳定性和机械性能,起始分解温度约为250℃;膜的拉伸强度为29.5~42.0MPa,拉伸模量为0.62~1.23 GPa,断裂伸长率在9.0%~31.9%.磺化膜优良的综合性能主要归因于侧链磺化结构的引入和相分离结构的形成.     

新型直接交联磺化聚芳醚砜燃料电池用质子交换膜的合成及性能

以4,4′-二氟二苯砜、4,4′-联苯二酚、3,3′-二磺化-4,4′-二氟二苯砜二钠盐和三羟基苯为原料, 经高温溶液缩聚反应, 制备了一系列不同磺化度的新型交联磺化聚芳醚砜(CSPAES). 利用1H NMR和FTIR对聚合物结构进行表征. 采用溶液浇铸法制备了聚合物膜. 对膜的离子交换容量、吸水率、尺寸变化、机械性能和质子导电率进行了分析. 结果表明, 通过交联处理的磺化聚芳醚砜的水溶胀性明显降低, 当IEC为2.43时, CSPAES膜M(6/4-5)在水中的质子导电率达到260.5 mS/cm, 约为相同条件下Nafion112的2倍.     

开环葫芦脲在水中对芳烃和芳醛的增溶和对腙大环形成的促进作用

利用核磁实验,研究了并入四个磺酸根或羧酸根的高水溶性开环葫芦脲对疏水性芳烃和芳醛的水相增溶作用.并入四个磺酸根的开环葫芦脲acCB-1能显著提高包括三联苯、4,4’-二甲基联苯和联苯-4,4’-二甲醛在内的芳烃和芳醛的水溶性,其中4,4’-二甲基联苯的溶解度可以提高到8.9 mmol/L,联苯-4,4’-二甲醛的溶解度可以提高到11.2 mmol/L.并入四个羧酸根的acCB-2可以把五氟甲苯和六氟苯在水中的溶解度提高到5.6和3.0 mmol/L.acCB-1还可以通过增溶芳香醛,促进其与酰肼反应形成腙.这一促进作用可以进一步应用于促进两个芳香二醛和一个芳香二酰肼在水中的反应,制备常规条件下不能形成的两个芳香腙大环.     

含氟磺化双三蝶烯型聚芳醚砜质子交换膜的制备及性能

利用3,3,4,4-四氟二苯砜、十氟联苯、6F-双酚A及6,13-双三蝶烯二酚,通过亲核取代共聚及后磺化方法制备了2个系列不同磺化度的磺化双三蝶烯型聚芳醚砜,并通过氢核磁共振波谱(1H NMR)对其化学结构进行了表征.研究发现,所得磺化聚芳醚砜均表现出了优异的热稳定性.此类膜材料具有优良的机械性能、尺寸稳定性、氧化稳定性及高温低湿度条件下高的质子传导率.透射电子显微镜的结果表明,聚合物主链中大量氟原子的引入显著改善了聚合物的相分离结构,并且随着聚合物主链中氟含量的增加,亲水区域明显增大.这也是含氟磺化双三蝶烯型聚芳醚砜质子交换膜材料在高温低湿度条件下具有高质子传导率的主要原因.     

用于燃料电池质子交换膜材料的磺化聚芳醚酮砜的合成与性能研究

以叔丁基对苯二酚(TBHQ)为双酚单体,1,4-二(4′-氟苯甲酰基)苯,3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氧二苯砜(SDCDPS)为原料,采用亲核缩聚反应,通过调整磺化单体和非磺化单体的比例与叔丁基对苯二酚共聚,合成了一系列具有不同磺化度的聚芳醚酮砜.通过红外光谱(FTIR),TGA,DSC等分析方法对其结构及性能进行了表征.并用TEM对其内部形态进行了研究,建立了结构与性能之间的关系.通过对膜进行综合性能评价发现,磺化度为0.8的磺化聚芳醚酮砜膜的质子传导率在80℃时达到了0.061 S/cm接近了Nafion 117,而且其甲醇渗透系数为3.4×10-7cm2/s远低于Nafion 117,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料(DMFC)电池中表现出了好的应用前景.     

三元共聚脲序列分布及二胺反应活性比的研究

以己二胺(HDA)、间苯二胺(MPD)、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'-二氨基二苯砜及2,4-甲苯二异氰酸酯为原料,合成了一系列三元共聚脲,以三元共聚序列结构分析的理论为基础,建立了一套普适性较强的利用核磁氢谱分析和计算机分峰处理,研究三元共聚脲在不同反应条件下的序列结构方法,计算了无规度B值和链段序列长度L_na与L_nb.定量关联了不同反应条件下二胺单体间的反应活性比.结果表明,二胺单体间的反应活性比随反应条件的变化而变化     

带功能基的全氟烷基乙烯基醚的研究——4.四氟乙烯与全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-△~7-辛基磺酰氟溶液共聚反应单体竞聚率的测定

在乙烯-四氟乙烯溶液共聚合体系研究中,我们曾编制了一个简易的计算机程序,用于测定二种单体的共聚竞聚率,这一方法计算方便,而且可以避免原先作图法中的误差,结果较为可靠。前文我们报道了四氟乙烯与两个新的全氟烷基乙烯基醚的共聚合反应,并对其中一个新单体——7,7-二氯-3-氧杂-全氟庚烯-1——与四氟乙烯的共聚进行了单体竞聚率的测定。结果表明,这一新的含氟烯醚单体的聚合活性较其它已有报道的同类单体大。为了验证这一     

两亲性树形-线团大单体的合成及其丙烯酸共聚乳液的流变行为

将3,4,5-三(十六烷基氧基)苯甲酰氯先后与分子量为1000的聚乙二醇、甲基丙烯酰氯反应合成了一种新的可聚合两亲性树形-线团大单体——3,4,5-三(十六烷氧基)苯甲酰氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯(6).通过核磁、红外、元素分析等对产物进行了表征.然后将其与甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯进行乳液共聚合,制备了一种疏水树形侧链改性...     

含全氟环丁烷环可溶性聚酰亚胺的合成与表征

以乙酰氨基苯酚为原料,经过BrCF2CF2Br氟烷基化、Zn催化脱卤、热环化二聚,以及水解去保护,合成了一种含全氟环丁烷环的二胺单体1,2,3,3,4,4-六氟-1,2-双[4-(氨基)苯氧基]环丁烷.用该单体分别与酯环二酐双环[2·2·1]辛烷-2,3,5,6-四羧基2,3,5,6-二酐(BHDA)、芳香性二酐3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)和3,3′,4,4′-二苯酮四酸二酐(BTDA)通过“一步法”制备了3种新型含全氟环丁烷环聚酰亚胺.通过粘度测试、溶解性实验、FT-IR、热失重分析(TGA)和差热扫描量热(DSC)分析等手段,对所合成的聚酰亚胺的结构与性能进行了表征.结果显示该类聚酰亚胺可溶于大多数常用极性有机溶剂,热分解温度高于480℃,其中两种聚合物玻璃化温度低于150℃,表明含全氟环丁烷环聚酰亚胺具有良好的溶解性和可加工性.     

酚酞聚芳醚酮酮环状齐聚物的合成及开环聚合

从4,4’-二氟三苯二酮(DFTBDK)和酚酞出发,利用"拟高稀(pseudo high dillution)"技术,一步法制备酚酞聚芳醚酮酮环状齐聚物(c-PEKK-C),成环率78%。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱MALDI-TOF MS数据表明,聚合产物系聚合度为n=2~8的环状低聚物,其中以二、三聚体为主要成分(占环化产物的85%)。运用J-S高分子环化理论证实4,4’-二氟三苯二酮的单体结构有利于形成环状化合物。以4,4’-联苯二酚钾盐为催化剂,在300~350℃范围内,N2气保护下,环状齐聚物进行熔融开环聚合反应得到相应的线性高相对分子质量酚酞聚芳醚酮酮(ROP-PEKK-C),GPC测得其Mw为1.2×105。     

双酚A二炔丙基醚与4,4''''-联苯二苄叠氮的合成及聚合反应研究

合成了两种单体-双酚A二炔丙基醚与4,4'-联苯二苄叠氮,研究了一种新的低温聚合体系--双酚A二炔丙基醚与4,4'-联苯二苄叠氮在烘箱中的本体聚合行为.通过红外、核磁共振以及质谱、元素分析等表征了单体的结构.利用傅立叶红外技术(FT-IR)跟踪了聚合反应过程中特征基团的变化,采用差示扫描量热技术(DSC)研究了聚合反应工艺及其动力学,热失重分析(TGA)考察了聚合产物的热稳定性能.通过Kissinger法和Ozawa法获得了反应的一些动力学参数.结果表明,双酚A二炔丙基醚与4,4'-联苯二苄叠氮易发生1,3-偶极环加成聚合反应,在聚合物结构中形成三唑五元环,它们的聚合起始温度在70℃左右,聚合反应的主反应是一级反应,表观活化能△E=84.6kJ/mol,指前因子A=4.865×1010min-1.同时发现,聚合物具有较好的热稳定性能.     

二甲基取代杂环联苯聚芳醚的合成与性能

由自制的二甲基取代类双酚4-(3,5-二甲基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DM-HPPZ)单体和4,4'-二氟二苯酮、4,4'-二氯二苯砜进行亲核缩聚反应,制备了一类新型的二甲基取代聚芳醚酮、聚芳醚砜及其共聚物聚芳醚砜酮树脂材料.在适宜的聚合条件下,获得了高分子量的聚合物,其特性粘度为0.44～0.75DL·g^-1.利用DSC和TGA研究了聚合物的耐热性能,结果表明,新型聚芳醚玻璃化温度高(568～595K),耐热稳定性好(5%热失重温度大于416℃);拉伸强度为45.4～85.0MPa,力学性能优良.新型聚芳醚在氯仿、DMAc等极性有机溶剂中可溶解并浇铸得到透明、韧性高的薄膜.共聚物结合了聚醚酮好的力学性能和聚醚砜高的耐热性的特点,因此综合性能更佳.     

新型燃料电池质子交换膜──含叔丁基的磺化聚芳醚砜

以3,3'-二磺酸钠基-4,4'-二氯二苯砜(SDCDPS)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、二氟二苯酮(DFBP)为原料,利用亲核缩聚反应,通过调整磺化单体(SDCDPS)和非磺化单体(DFBP)的比例与叔丁基对苯二酚(TBHQ)共聚,合成了不同磺化度的聚芳醚砜.聚合物成膜后的研究结果表明,该膜具有良好的机械性能和电化学性能,可能在质子交换膜燃料电池中得到应用.