侧链型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备

本文通过对聚合物的结构设计, 采用均聚的途径将柔顺的大侧基(甲氧基苯基)引入聚芳醚酮侧链, 然后通过室温后磺化的方法成功制备出侧链型磺化聚芳醚酮材料. 此类材料表现出较好的热稳定性; 力学性能优异; 聚合物的质子传导率比报道过的类似材料有较大程度的提高; 于80 ℃时的质子传导率在0.190 S/cm以上, 超过了Nafion 117 薄膜的传导率(0.175 S/cm). 因此这类材料有望在质子交换膜领域得到应用.     

侧链结构对磺化聚芳醚性能及微观形貌的影响

比较了3种主链结构相同而侧链结构不同的磺化聚芳醚(SPAE)材料的性能. 分析了侧链结构对聚合物的吸水、 溶胀及质子传导行为的影响. 结果表明, 在相同的离子交换容量(IEC)条件下, 具有柔顺脂肪族侧链的聚芳醚材料具有较高的质子传导率. 其原因是由于柔顺的脂肪族侧链比刚性的芳香族侧链更易运动, 有利于侧链末端磺酸基团的聚集, 进而形成离子簇. 3种聚合物微观形貌的分析结果表明, 含柔顺侧链结构的聚合物薄膜具有更大的质子传输通道, 其结果与聚合物的宏观吸水和传导现象相吻合.     

侧链磺化型含氟聚芳醚质子交换膜的制备及性能

在含氟聚芳醚侧链引入磺化萘酚基团,制备了一类侧链磺化型含氟聚芳醚(s SPFAE),采用溶液浇铸法制膜并对膜进行了表征和分析.制备的膜材料离子交换容量达到1.42~2.03 mmol/g,均透明柔韧,杨氏模量高于1.0 GPa,拉伸应变达到66%~105%.吸水性及膨胀性测试结果表明该系列膜具有较低的吸水率和良好的尺寸稳定性,在测试温度范围内(30~90℃)吸水率为21%~51%,尺寸变化率低于7%.s SPFAE膜具有良好的热稳定性及氧化稳定性,TGA测试中320~360℃时的重量损失低于5%,在Fenton溶液中80℃处理1 h后的失重率小于2%.同时,该系列膜表现出较高的电导率水平,如SPFAE-0.8膜(IEC=2.03 mmol/g)在80℃时电导率达到217 m S/cm.     

磺化聚芳醚砜/磺化聚酰亚胺复合质子交换膜的制备与性能研究

利用溶液浇铸法制备了一系列双磺化型磺化聚芳醚砜/磺化聚酰亚胺(SPAES/SPI)复合质子交换膜.扫描电子显微镜(SEM)结果显示复合膜不存在明显的相分离,表明二者具有很好的相容性.由于SPI的引入,复合膜在甲醇中稳定性较纯SPAES具有大幅的提高,比Nafion112低得多的甲醇吸收率表明了这些复合膜具有比后者更低的甲醇透过率.复合膜显示了与单组分膜相类似的高温分解稳定性,磺酸基团的分解温度达到了290℃以上.复合膜显示出远高于纯SPAES膜的尺寸稳定性能,在130℃高温中200h处理后,所有的复合膜均保持了高的机械性能,而此时纯SPAES膜已经溶解于水中.而且由于两种磺化聚合物间的复合,复合膜维持了较高的IEC水平,显示了较高的质子导电率,在80%相对湿度时的质子导电率与Nafion112相近,而在水中的质子导电率均高于Nafion112.     

质子交换膜用磺化聚芳醚的合成与性能研究

合成了一种用于质子交换膜的新型磺化聚芳醚. 由于特殊单体结构的设计, 在聚合物主链上引入取代基对主链进行保护, 用氯磺酸直接磺化方法在聚芳醚高分子侧基上引入磺酸功能基, 实现了聚合物磺化结构的可控定位合成, 得到了稳定性较好的磺化聚芳醚. 用溶液浇膜法制备了质子交换膜, 考察了质子交换膜的各种性能. 结果表明, 这种膜具有良好的成膜性, 水解性稳定性和优异热稳定性能, 5%的热失重温度为362.3 ℃. 氧化稳定性在80 ℃的Fenton’s试剂(3%的过氧化氢和2 mg/L的FeSO₄)中进行, 膜在69 min时才开始变碎, 表现出良好的氧化稳定性.     

磺化聚芳醚酮砜/ZrO2复合型质子交换膜的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了纳米ZrO2无机粒子,再通过溶胶共混法制备了不同ZrO2含量的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)复合膜,红外光谱显示复合膜中存在Zr-O-Zr吸收峰,扫描电镜照片显示纳米ZrO2无机粒子能够均匀地分散在SPAEKS聚合物基体中,未发生团聚现象.通过对复合膜的性能测试发现,纳米ZrO2无机粒子的引入提高...     

用于燃料电池的磺化聚芳醚砜质子交换膜材料的直接合成与性能研究

将磺化二氯二苯砜(SDCDPS)、二氯二苯砜(DCDPS)与4,4′-联苯酚(BP)通过亲核缩聚反应得到一系列具有不同磺化度的磺化聚芳醚砜(SPAES)共聚物.通过FT-IR,TGA和DSC等分析方法对其结构及性能进行表征.并用透射电镜对其内部形态进行分析,建立了结构与性能之间的关系.研究了不同磺化度对膜性能的影响.结果表明,聚合物中磺酸基团的增多导致了磺化聚芳醚砜膜的吸水率、离子交换容量、质子传导率和甲醇渗透系数的增加.通过对膜的综合性能评价发现,磺化度为0.8的磺化聚芳醚砜膜在80℃时的质子传导率为0.116S/cm,100℃时的质子传导率为0.126S/cm,均高于Nafion117膜(0.114S/cm和0.117S/cm),且甲醇渗透系数为8.4×10-7cm2/s,远远低于Nafion117膜(2.1×10-6cm2/s).     

磺化聚芳醚酮砜/聚吡咯复合型直接甲醇燃料电池用质子交换膜的制备与性能研究

以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和吡咯(Py)为原料,通过原位聚合的方法制备了含有不同吡咯含量的SPAEKS/PPy复合膜.红外谱图表明SPAEKS聚合物中的磺酸基团与聚吡咯(PPy)中的亚氨基基团之间形成了强烈的相互作用.扫描电镜照片显示PPy能够均匀地分散在SPAEKS聚合物基体中,没有发生团聚现象.通过对复合膜的性能测试发现PPy的引入提高了复合膜的热稳定性,降低了复合膜的吸水率,改善了其水溶胀性.同时膜中水的脱附系数下降,提高了膜的保水能力.SPAEKS/PPy-3复合膜的甲醇渗透系数达到了1.18×10-7cm2/s,明显低于纯SPAEKS膜的8.52×10-7cm2/s,而其质子传导率虽有所降低,但在25℃和80℃仍然分别达到了0.039S/cm和0.061S/cm,能够满足质子交换膜对质子传导率的要求.研究结果表明,聚吡咯与SPAEKS中磺酸基的摩尔比为0.99的复合膜有望在直接甲醇燃料电池中得到应用.     

酸碱型磺化聚芳醚腈酮质子交换膜材料的性能研究

以合成的一系列不同磺化度的碘化聚芳醚腈酮(SPPENKs)为acidic聚合物,以聚芳醚酰亚胺(PEI)为basic聚合物,并将其溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中配成质量分数为10%的成膜液,60℃下刮制成膜,制得acid-base型磺化聚芳醚腈酮质子导电了聚合物膜.用红外(FT-IR)谱图表征了acid-base型质子导电聚合物的结构,并测试了acid-base型质子导电聚合物膜的溶胀率、含水率、水解、氧化和热稳定性以及膜材料的离子交换容量IEC(IEC=meqSO3H/gdrymembrane)值等.测试结果初步表明新型质子导电聚合物膜具有良好的物化性能和较高的质子导电性,在80℃下acid-base型质子导电聚合物膜的水解断裂时间除SPPENK-40/PEI外,都超过2000h;SPPENK-60/PEI和SPPENK-80/PEI膜(IEC分别为1·08mmol/g、1·32mmol/g)与Nafion117相比,在具有较高质子交换能力的同时具有较低的溶胀率。     

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.     

含苯乙炔基的可交联聚芳醚酮交替共聚物的合成与热性能

以耐高温高性能树脂-聚芳醚酮作为研究对象, 从改善材料的加工工艺性及提高材料的使用温度出发, 对含有苯乙炔基的交替共聚物进行了系统研究. 实验结果表明, 该系列聚合物固化前具有较好的溶解性, 固化过程中显示出较好的热稳定性, 固化后具有较高的玻璃化转变温度和优异的热稳定性与热氧稳定性, 且降低聚合物的分子量没有对固化物的热性能产生明显影响, 在高性能复合材料基体树脂方面具有潜在的应用价值.     

(夹)二氧蒽改性聚芳醚酮酮

共聚物;合成;(夹)二氧蒽改性聚芳醚酮酮     

Highly phenylated poly(aryl ether phthalazine)s

Two series of novel amorphous poly(aryl ether phthalazine)s have been prepared via an intramolecular ring closure reaction of poly(aryl ether ketone)s (PAEKs) with hydrazine monohydrate. Fluorinated PAEKs, which display solubility in solvents incorporating a ketone functionality such as acetone or ethyl acetate, were converted to poly(aryl ether phthalazine)s to observe if these polymers would display similar solubility characteristics. The poly(aryl ether phthalazine)s have glass transition temperatures in the range of 278–320°C and show 5% weight loss points greater than 500°C in air and nitrogen atmospheres. The fluorinated poly(aryl ether phthalazine)s were not soluble in ketonic solvents. A series of poly(aryl ether phthalazine)s incorporating pendant 2-naphthalenyl moieties has been prepared in an attempt to produce amorphous, thermally stable polymers with high glass transition temperatures. The polymers have glass transition temperatures in the range of 287–334°C and show 5% weight loss points greater than 500°C in air and nitrogen atmospheres. Poly(aryl ether phthalazine)s undergo an exothermic reaction above the glass transition temperature. The major product of this reaction is a rearrangement of the phthalazine moieties to quiazoline moieties, however some crosslinking of the polymers occurs. Cured samples of the poly(aryl ether phthalazine)s show a small increase in the polymer T_g and are insoluble in all solvents tested. © 1996 John Wiley & Sons, Inc. J Polym Sci A: Polym Chem 34:1897–1905, 1996     

Synthesis and Properties of Novel Side‐Chain Sulfonated Poly(Arylene Ether Sulfone)s for Proton Exchange Membranes

A series of novel side‐chain sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) multiblock and random copolymers were synthesized by condensation polymerization from a new disulfonated aryl sulfone monomer, 4,4′‐difluoro‐2,2′‐bis(3‐sulfobenzoyl)diphenyl sulfone disodium salt (DFBSPS). The chemical structures of DFBSPS and the SPAESs were characterized by proton nuclear magnetic resonance (¹H NMR) and Fourier transform infrared (FTIR) spectra. The SPAES membranes prepared by solution cast method exhibited high tensile strength (50–71 MPa) and high radical oxidative stability. They could keep their morphology and maintain proton conductivities after hydrolysis test in 95 °C water for 1000 h. They also showed smaller swelling ratio in in‐plane direction than in through‐plane direction and such an anisotropic effect was more significant for the multiblock copolymers than for the random ones. The multiblock copolymer membranes exhibited higher proton conductivity than the random ones with similar ion exchange capacities (IECs). Preliminary hydrogen‐oxygen fuel cell tests were performed at 60 °C and 80% relative humidity (RH). The results showed that the single cell equipped with the multibiock copolymer membrane SB3 exhibited 0.12 W cm^?2 higher maximum output power density than the one equipped with the random copolymer membrane SR3 (with the same IEC), indicating much better performance of the former. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2019, 57, 2304–2313     

电活性聚芳醚酮类环状分子的合成和性质

将电活性苯胺四聚体链段引入聚芳醚酮类刚性大环分子中, 得到了含电活性苯胺链段的聚芳醚酮类大环状分子低聚物C-1, 并通过循环伏安和紫外滴定法证明了这种新型环状分子具有电活性.     

含间苯基聚芳醚酮的合成与性能研究

含间苯基聚芳醚酮的合成与性能研究林权，张万金，吴忠文，尹玖梅（吉林大学化学系，长春，１３００２１）（中国科学院长春应用化学研究所）关键词聚芳醚酮，间苯基，熔点，结晶度聚芳醚酮作为一类耐高温特种工程塑料，由于具有优异的热、电、机械性能，已被广泛应用于电...     

新型可溶性聚芳醚酮的合成与表征

聚芳醚酮是一类具有独特的耐热性、耐疲劳性、耐辐射性、化学稳定性、阻燃性和介电性等诸多优异性能的工程塑料 ,广泛应用于航天、军事、电子、信息、核能和精密仪器等领域[1,2 ] .具有不同性质并有不同应用特性的聚芳醚酮的研究已有报道 [3～ 8] .将甲基、苯基和叔丁基等不同取代基引入到聚芳醚酮中可提高溶解性 ,改善加工性能 ,其中引入一些功能型侧基也可实现聚芳醚酮的功能化 .我们合成了一种含甲苯取代基的新型聚芳醚酮 ,大侧基的引入含影响到玻璃化转变温度 ( Tg)、结晶性和介电性能 ,可改善溶解性、成膜性及加工流动性等诸多性能 .…     

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.     

侧链含卤素基团聚芳醚酮的合成及性能

通过分子设计, 合成了新型含碘基苯基的双酚单体4-碘苯基对苯二酚(I-Ph-HQ), 利用上述单体与含氟双酚单体(3-三氟甲基)苯基对苯二酚和氟酮通过亲核取代缩聚反应合成了一系列侧链含卤素基团的聚芳醚酮共聚物(PEEK-CF₃-I). 通过FTIR和 ¹H NMR等测试手段, 表征了共聚物的化学结构. 研究了所合成的PEEK-CF₃-I共聚物的介电性能、热性能和机械性能, 探讨了共聚物中含碘侧基和含氟侧基含量的变化及对材料各项性能的影响. 研究表明, 共聚物中含碘侧基含量的增加能够显著提升共聚物的玻璃化转变温度, 其中共聚物材料PEEK-CF₃-I-10%的玻璃化转变温度为153 ℃, 同时材料依然能够保持优异的机械性能和较低的介电常数.