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.     

含磺酸钠基的杂萘联苯聚芳醚砜酮的合成与表征

对4,4'-二氯二苯砜进行磺化改性制得磺化二氯二苯砜,不同比例的4,4'-二氯二苯砜和磺化二氯二苯砜与含二氮杂萘酮结构的类双酚单体(DHPZ)及4,4'-二氟二苯酮共聚合制得不同磺化度的磺化聚醚砜酮.对磺化单体及聚合物进行了IR和¹HNMR表征,并研究了聚合物的溶解性和成膜性能.     

磺化聚酰胺的合成及性能

以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料, 合成了芳香二羧酸单体1,4-二(4-羧基苯氧基)苯(BCPOB-COOH), 再经磺化反应合成了磺化芳香二羧酸单体1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na). 另外, 以芳香二胺单体4,4'-二氨基二苯醚(ODA)为原料, 合成了磺化芳香二胺单体4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸(ODADS). 以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂、 亚磷酸三苯酯(TPP)与吡啶(Py)为缩合剂, 氯化钙或氯化锂或二者的组合为催化剂, 通过Yamazaki-Higashi直接缩聚, 使芳香二羧酸和芳香二胺中的磺化单体与非磺化单体反应, 制得了两种磺化芳香聚酰胺(Sulfonated polyamide, SPA). 通过红外光谱、 核磁共振波谱及热重分析等手段对聚合物的结构及性能进行了表征与分析, 并研究了聚合物的特性黏度、 溶解性、 成膜性及聚合物薄膜的力学性能等. 结果表明, 通过Yamazaki-Higashi直接缩聚制备的2种磺化芳香聚酰胺在极性非质子性溶剂中具有优良的溶解性能、 较高的耐热性能及优异的力学性能.     

反相高效液相色谱-荧光法同时测定食品中叔丁基对苯二酚和叔丁基羟基茴香醚的含量

1 引言 油溶性抗氧化剂叔丁基对苯二酚(tert-butyl hydroquinone,TBHQ)、叔丁基羟基茴香醚(butylated hydroxyanisole,BHA)和2,6-二叔丁基对甲酚(butylated hydroxytoluene,BHT)是目前最常用的化学合成抗氧化剂,能够有效阻止或延迟油脂氧化变质.     

新型磺化聚苯并咪唑的合成及性能

以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料, 合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯, 再经磺化反应合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na), 并以4,4'-二羧基二苯醚(DCDPE)作为非磺化二酸单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了一系列磺化聚苯并咪唑(SPBI). 通过红外光谱、 核磁共振及热重分析等手段对聚合物的结构及性能进行了分析. 研究了聚合物的特性黏度、 溶解性、 成膜性及聚合物薄膜的力学性能.     

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.     

侧链含氮原子磺化聚酰亚胺膜材料的制备及其性能研究

以对苯二酚为原料经过三步反应,合成了含叔胺取代基的二胺单体2,5-二((二甲氨基)亚甲基)-1,4-二(对氨基苯氧基)苯(DMAPB),并与1,4,5,8-四酸萘二酐(NTDA)、磺化二胺4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸(ODADS)高温聚合,通过改变磺化二胺单体(ODADS)的含量,制备了一系列具有不同磺化度的侧链含氮原子磺化聚酰亚胺.采用间甲酚为溶剂,通过溶液浇铸法制备成膜.由于将N-原子引入到聚酰亚胺的侧链,使得其与磺酸基更易形成较强的离子交联,从而有效地控制膜溶胀,提高了膜稳定性.新的磺化聚酰亚胺的热稳定性高达330℃并显示了良好的氧稳定性,其阻醇性能也得到了提高,在20℃下,膜的甲醇渗透系数为2.05×10-7至5.11×10-7cm2/s,远低于Nafion 117(2×10-6cm2/s)一个数量级.磺化度40%的磺化聚酰亚胺膜在100℃去离子水中测试1000 h以上仍能保持较好的机械性能.膜在高湿条件下也显示了良好的机械性能.然而,膜的质子传输率有所下降,这应该是较强的离子交联导致膜产生较致密的结构,减少了含水量并阻碍了水和H+的移动.同时,磺酸基与氮原子发生离子交联,减少了参与质子传输的磺酸基数量,降低了聚合物膜的酸性.     

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.     

用于燃料电池质子交换膜的含萘及氮杂环结构的新型磺化聚酰亚胺的合成及性能

将自制的4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸基(ODADS)、 含氮杂环芳香二胺1,2-二氢-2-(4-氨基苯基)-4-[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-二氮杂萘-1-酮(DHPZ-DA)和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)进行直接缩合聚合反应, 通过改变磺化二胺单体的含量来改变聚合物的磺化度, 成功地合成了一系列高分子量的不同磺化度的六元环聚酰亚胺(SPIs), 其特性粘度在0.55-1.47 dL/g. 采用FTIR和 1H NMR技术表征了聚合物的结构. 研究了经溶液浇铸成磺化聚合物膜的理化性质. 结果表明, 随着聚合物磺化度的增大, 膜的含水率和离子交换能力增大, 尺寸稳定性、 对水的稳定性以及抗氧化性降低.     

一种新型的用于质子交换膜燃料电池的磺化聚醚醚酮酮

以发烟硫酸和4,4-二(4-氟苯甲酰基)苯[1,4-bi(4-fluorobenzoyl)benzene]为原料,通过磺化反应,制得磺化二氟三苯二酮[1,4-bi(3-sodiumsulfonate-4-fluorobenzoyl)benzene].利用亲核缩聚反应,调整磺化单体和非磺化单体的比例,与酚酞进行聚合,制取了具有不同磺化度的聚醚醚酮酮,并对聚合物的结构进行了表征.结果表明,此系列磺化聚醚醚酮酮的膜制品具有良好的离子交换特性,可望应用于燃料电池膜.     

以亲核取代反应制备质子交换膜用磺化聚酰亚胺

本文先通过缩合反应合成羟端基的二酰亚胺单体, 然后利用亲核缩聚反应, 与4,4′-二氯二苯砜及3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氯二苯砜共聚, 制备聚合物. 该合成路线反应周期短, 对温度和溶剂等条件要求不高, 简便易得.     

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.     

一种用于质子交换膜材料的磺化聚醚醚砜的合成

以发烟硫酸和4,4′-二氯二苯砜为原料,通过磺化反应,制得磺化二氯二苯砜,然后利用亲核缩聚反应,调整磺化单体和非磺化单体的比例,与四甲基联苯二酚进行聚合,制取了系列具有不同磺化度的聚醚醚砜,并对聚合物的结构进行了研究.     

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.     

含苯乙炔的可自交联高温高性能聚芳醚酮的合成与性能

将可交联的苯乙炔结构引入到热塑性聚芳醚酮链中, 并对其交联前后的性能进行了深入研究.     

含蒽醌结构聚芳醚砜的合成及表征

以4,4'-二氟二苯砜,4,4'-联苯二酚及1,5-二氯蒽醌为原料,采用亲核缩聚方法将具有良好热稳定性的蒽醌生色团分子以共价键方式引入到聚芳醚砜体系中,制备出了蒽醌含量分别为10%、20%及30%的热分解温度在500℃以上的新型耐高温有机高分子染料.该系列聚合物具有较高的分子量和良好的溶解性.利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H-NMR)等表征方法确定了聚合物的结构;利用紫外-可见光谱测试(UV-Vis)初步研究了聚合物的光谱学特性;利用差示扫描量热测试(DSC)和热失重分析测试(TGA)研究了聚合物的热性能.     

Synthesis and mesogenic properties of four series of polyesters derived from dicarboxylic and dihydroxylic aromatic monomers

Some members of four series of polyesters were synthesized by the direct polycondensation of two types of dicarboxylic acids (4,4′-dicarboxy-α,ω-diphenoxyalkanes and 4,4′-dicarboxy-α,ω-dibenzoyloxyalkanes) with two types of bisphenols (4,4′-dihydroxy-α,ω-diphenoxyalkanes and 4,4′-dihydroxy-α,ω-dibenzoyloxyalkanes) using tosyl chloride in pyridine in the presence of N, N-dimethylformamide. The ¹H-NMR spectra of the polymers synthesized showed that these polymers have an ordenated structure. The mesogenic properties of these polymers were studied by optical microscopy and differential scanning calorimetry. Many of the polymers show nematic mesomorphism.     

Synthesis and characterization of poly(aryl ether ketone) ionomers with sulfonic acid groups on pendant aliphatic chains for proton-exchange membrane fuel cells

A series of parent poly(aryl ether ketone)s bearing different content of unsaturated pendant propenyl groups were synthesized via nucleophilic substitution polymerization from 3,3′-diallyl-4,4′-dihydroxybiphenyl, 9,9′-bis(4-hydroxyphenyl) fluorene and 4,4′-difluorobenzophenone. The polymers with pendant aliphatic sulfonic acid groups were further synthesized by free radical thiol-ene coupling reactions between 3-mercapto-1-propanesulfonic sodium and the parent propenyl functional copolymers. The resulting sulfonated polymers with high inherent viscosity (1.83-4.69 dL/g) were soluble in polar organic solvents and can form flexible and transparent membranes by casting from their solutions. The copolymers with different ion exchange capacity could be conveniently synthesized by varying the monomers ratios. Transmission electron microscopy (TEM) was used to examine the microstructures of the membrane and the results revealed that significant hydrophilic/hydrophobic microphase separation with spherical, uniform-sized (5-10 nm) and well-dispersed hydrophilic domains was afforded. The proton conductivities of the as-prepared membranes and the state-of-the-art Nafion 117 membrane in fully hydrated state were investigated. The results revealed that the proton conductivity of the synthesized membranes increased more remarkably than that of Nafion 117 membrane with increasing temperature. The membrane with 1.69 mequiv/g of IEC had a conductivity of 2.5 × 10⁻² Scm⁻¹ at 100 °C. The membranes also possessed excellent mechanical properties, good thermal, oxidative, hydrolytic and dimensional stabilities.     

Thermally stable polymers from 1,4,5-naphthalene–tricarboxylic acid and aromatic tetramines

New thermally stable polymers that contained benzimidazole and benzimidazobenzoisoquinoline fragments in polymer chains were synthesized by one-stage cyclopolycondensation of aromatic tetramines (3,3′, 4,4′-tetraminodiphenyl ether, 3,3′,4,4′-tetraminodiphenyl methane, 3,3′,4,4′-tetraminodiphenyl sylfone, and 3,3′-diaminobenzidine) with 1,4,5-naphthalene tricarboxylic acid 4:5–anhydride in polyphosphoric acid and with 1,4,5-naphthalene tricarboxylic acid 4:5–anhydride 1-phenyl ester. All polymers obtained were soluble in concentrated sulfuric acid, 85% phosphoric acid, polyphosphoric acid, methane sylfonic acid. Some were soluble in formic acid. Thermogravimetric analyses indicated that these polymers were stable up to 450–500°C in air. The polymers had good hydrolytic stability.     

含甲基磺化杂萘联苯聚醚砜酮质子交换膜材料的合成与性能

以4-(3,5-二甲基-4-羟基苯基)2,3-二氮杂萘-1-酮,3,3′-二磺酸钠-4,4′-二氟苯甲酮和4,4′-二氯二苯砜为原料,利用亲核缩聚反应,通过改变磺化单体的含量,制备出一系列不同磺化度的杂萘联苯聚醚砜酮(SPPESK-DM).采用FTIR、1H-NMR表征了聚合物的结构,热失重分析仪研究了聚合物的耐热稳定性,以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂采用溶液浇铸法成膜研究该系列聚合物膜的性能.结果表明,SPPESK-DM磺酸基的热分解温度在260℃以上,主链分解温度在410℃以上;膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量和质子传导率均随着磺化度的增大而增大,磺化度为1.0的SPPESK-DM50的质子传导率达到1.08×10-2S/cm(85℃),且甲醇渗透系数为2.06×10-7cm2/s,低于Nafion117膜的甲醇渗透系数(2×10-6cm2/s).此系列膜的耐氧化性比较优异,可望用于质子交换膜燃料电池中.