交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜的制备

采用简便环保的方法制备了具有低溶胀、高离子交换容量(IEC)的交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜.随着交联度的提高,膜的吸水率和溶胀率降低,说明交联可以抑制膜的溶胀.20℃时所有交联膜的离子传导率均达0.045 S/cm以上,拉伸强度在50.1 MPa以上,表明在高IEC值下,交联膜仍具有良好的力学性能和较高的离子传导能力.同时,交联度提高会加强膜的甲醇阻隔性能.     

钒电池用季铵化杂萘联苯聚芳醚酮酮阴离子交换膜

以氯甲基辛醚为氯甲基化试剂, 对杂萘联苯聚芳醚酮酮(PPEKK)进行改性, 制备了氯甲基化杂萘联苯聚芳醚酮酮(CMPPEKK). 考察了氯甲基辛醚用量对氯甲基化程度的影响. ¹H NMR表明氯甲基成功引入到聚合物结构中. 采用溶液法制备了CMPPEKK基膜, 然后将其进行三甲胺胺化, 制备了季铵化杂萘联苯聚芳醚酮酮(QAPPEKK)阴离子交换膜. 表征了QAPPEKK的基本性能: 离子交换容量, 含水率, 面电阻. QAPPEKK膜的含水率随离子交换容量增加而升高, 面电阻随离子交换容量的增加而降低. 将QAPPEKK膜应用于全钒液流电池(VRB)中, 电池的能量效率达到85.0%, 电流效率为98.5%, 电压效率为86.3%.     

交联型哌啶功能化聚芳醚阴离子交换膜的制备与性能

将氯甲基化率为150%的聚芳醚砜（PSF）依次与对羟基苯甲醇、二氯亚砜反应,通过哌啶季铵化、碱化制备侧链型哌啶功能化聚芳醚砜阴离子交换膜（QPSF-Pip150）。控制交联剂与哌啶的比例,制备不同交联度的交联型阴离子交换膜（cQPSF-Pipx-TAPy）。通过核磁共振氢谱（1HNMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）等对聚合物的结构及性能进行了表征与测试。结果表明：所制得的交联型阴离子交换膜在80℃下的离子传导率最高可达到131.5 mS/cm,而溶胀率仅有19.7%,在60℃、1 mol/L NaOH溶液中浸泡20 d,其离子传导率仍保持初始的73.1%～85.9%。交联有效提高了阴离子交换膜的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性和碱性稳定性。     

局部密集交联含氟聚芳醚阴离子交换膜的制备与性能

为开发同时具有阴离子传导率高、钒离子渗透率低、机械性能和化学稳定性优异的阴离子交换膜(AEM),本文以逐步缩聚法合成了含叔胺基的含氟聚芳醚(FPAE),然后以十溴丙基柱[5]芳烃(P5Br)作为交联剂,通过P5Br上的溴烷基与FPAE上的叔胺基之间的亲核取代反应进行交联,最后用碘甲烷将剩余叔胺基季铵化,制得一系列局部密集交联含氟聚芳醚阴离子交换膜QAFPAE-P5Br-x.研究结果表明,所有膜在极性非质子溶剂中都具有较高的凝胶含量,证明已形成高效交联结构.随着交联剂含量从0.5%增加到5%,膜的吸水率、溶胀率、阴离子传导率和VO2+透过率逐渐降低,而离子选择性、拉伸强度、面电阻和氧化稳定性逐渐增加.交联剂含量为1%的QAFPAE-P5Br-1%膜同时具有较低的面电阻和VO²⁺透过率,综合性能优异.以QAFPAE-P5Br-1%组装的全钒液流电池(VRFB)在80 mA·cm^?2的电流密度下具有86.5%的能量效率,比以Nafion 212组装的VRFB高出7.7%.另外,以QAFPAE-P5Br-1%组装的VRFB还具有优异的循环稳定性、放电容量保持率和抗自放电性能.可见,局部密集交联是一种提高VRFB用AEM综合性能的有效方法.     

燃料电池质子交换膜用新型磺化聚芳醚酮的合成和性能表征

报道了一种新型磺化聚芳醚酮材料的合成方法, 通过引入取代基对聚芳醚主链进行保护，用氯磺酸直接磺化方法在聚芳醚酮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酮. 通过核磁共振(NMR)、 热重(TG)和凝胶渗透色谱(GPC)等分析方法对其结构及性能进行了表征. 用溶液浇膜法制备了质子交换膜, 考察了膜的各种性能, 并与商用Nafion膜进行了比较, 其导电性、 热稳定性和吸水性远优于Nafion膜, 抗氧化性、抗水解性和机械强度也达到了较高的指标.     

序列式含芴季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜的制备及交联改性

为得到具有高电导率和稳定性的阴离子交换膜,采用两步聚合法合成了含芴的序列式聚芳醚砜,经付克氯甲基化、季铵化及碱化制备了季铵化聚芳醚砜,并以脂肪族二胺(N,N,N′,N′-四甲基丙二胺(TMPDA)及N,N,N′,N′-四甲基己二胺(TMHDA))为交联剂,通过直接交联及后交联法分别制备了2类序列交联型阴离子交换膜.制得的膜材料离子交换容量为1.59~2.12 mmol/g,柔韧结实.与具有相似离子交换容量的非交联膜相比,交联膜的抗溶剂性能、尺寸稳定性、离子电导率等性能均得到了提高.交联膜在高温水中的水解稳定性、强碱性条件下的化学稳定性显著增强.探讨了直接浇铸交联处理及成膜后交联处理2种交联方式对膜性能的影响,结果表明,后交联处理可以有效避免浇膜过程凝胶的形成,而且膜的稳定性相对于未交联膜有大幅度提高.尤其以TMHDA为交联剂的后交联膜的各项性能均优于相应非交联膜,IEC为2.17 mmol/g的PCL-M(H)膜,在30°C时吸水率为99%,膜径向尺寸变化率为15%,电导率为23.8 mS/cm,90°C时电导率达到82 mS/cm,经过4 mol/L的NaOH溶液室温处理240 h后,离子电导率损失为7.6%,100°C水处理24 h后重量损失为5.1%,表现出较好的稳定性.     

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.     

一种聚芳醚酮齐聚物的合成和晶体结构(英文)

合成了一种聚芳醚酮齐聚物 4 ,4′-双 (对氟苯甲酰基 )二苯醚 ,并以IR ,DSC ,13CNMR等技术对其进行了表征。运用多晶粉末X射线衍射方法 ,对其晶体结构进行了确定 ,其晶体结构为首次报道。     

含双(2-二苯基膦苯基)醚的Ag(Ⅰ)配合物的合成和表征

合成了2个含有双膦配体的Ag（Ⅰ）配合物,分别是[Ag（DPEphos）（dppe）]₂SO₄（1）和[Ag（DPEphos）（SCN）]₂·CH₂Cl₂（2）（DPEphos=双（2-二苯基膦苯基）醚,dppe=双（二苯基膦）乙烷）,并通过红外光谱,核磁氢谱,元素分析,X射线单晶衍射及荧光光谱表征分析。通过热重分析了2个配合物的热稳定性。结构分析表明配合物1具有简单的单核结构,每个Ag和2个膦配体中的4个P原子螯合配位。配合物2具有双核结构,在配合物2中存在微弱的金属与金属间的作用。在Ag₂S₂环中,4个原子相互之间形成的内角之和为360°,形成的环[-Ag-S-Ag-S-]是一个平行四边形。荧光光谱显示配合物中的发射峰主要来源于双膦配体中的π-π^*跃迁。热重分析结果表明,在340℃附近,2个配合物开始分解,具有良好的稳定性。     

含双(2-二苯基膦苯基)醚的Ag(Ⅰ)配合物的合成和表征

合成了2个含有双膦配体的Ag(Ⅰ)配合物,分别是[Ag（DPEphos）（dppe）]₂SO₄（1）和[Ag（DPEphos）（SCN）]₂·CH₂Cl₂（2）（DPEphos=双（2-二苯基膦苯基）醚,dppe=双（二苯基膦）乙烷）,并通过红外光谱,核磁氢谱,元素分析,X射线单晶衍射及荧光光谱表征分析。通过热重分析了2个配合物的热稳定性。结构分析表明配合物1具有简单的单核结构,每个Ag和2个膦配体中的4个P原子螯合配位。配合物2具有双核结构,在配合物2中存在微弱的金属与金属间的作用。在Ag₂S₂环中,4个原子相互之间形成的内角之和为360°,形成的环[-Ag-S-Ag-S-]是一个平行四边形。荧光光谱显示配合物中的发射峰主要来源于双膦配体中的π-π^*跃迁。热重分析结果表明,在340℃附近,2个配合物开始分解,具有良好的稳定性。     

Chloromethylation and Quaternization of Poly(aryl ether ketone sulfone)s with Clustered Electron-rich Phenyl Groups for Anion Exchange Membranes

Ion segregation is critically important for achieving high ion conductivity for anion exchange membranes(AEMs).Herein,a new bisphenol monomer bearing ten electron-rich phenyl groups was designed and polymerized with various amounts of electron-deficient 4,4′-dihydroxydiphenylsulfone and 4,4′-difluorobenzophenone to yield dense and selective reaction sites for chloromethylation and quaternization.As the most challenging step,chloromethylation was optimized by tuning the reaction temperature,reaction time,and reactant ratios.Ion exchange capacity,water uptake,anion conductivity,mechanical stability,and alkaline stability of the resulting AEMs were characterized in detail.It is found that chloromethylation reaction needed to be carried out at low equivalent of chloromethylation agents to avoid undesirable crosslinking.The QA-PAEKS-20 sample with an IEC of 1.19 mmol·g^-1 exhibited a Cl^–conductivity of 11.2 mS·cm^-1 and a water uptake of 30.2%at80°C,which are promising for AEM applications.     

Novel Crosslinked Alkaline Exchange Membranes Based on Poly(phthalazinone ether ketone) for Anion Exchange Membrane Fuel Cell Applications

Novel crosslinked anion exchange membranes based on poly(phthalazinone ether ketone) (PPEK) were successfully prepared through chloromethylation, quaternization, membrane casting and OH‐ ionic exchange reaction from the quaternized PPEK (QPPEK) membrane. The quaternization was performed with N‐methylimidazolium (MIm) as ammonium agent and tetramethylethylenediamine (TMEDA) as crosslinking agent. The ion‐exchange capacity, swelling ratio (SR), water uptake (WU), and ionic conductivity of the QPPEK alkaline membranes have been systematically investigated. The results showed that QPPEK membranes have a high hydroxide conductivity and very low SR. For the QPPEK‐4 alkaline membrane with ion‐exchange capacity (IEC) 2.63 mmol/g, the WU was 35.8%, and the hydroxide conductivity was 0.028 S/cm at 30 °C and 0.032 S/cm at 70 °C, while its SR was only 7.6%. The thermal properties of the QPPEK alkaline membrane and CMPPEK were characterized using thermo‐gravimetric analysis measurements in a nitrogen atmosphere. The alkaline resistance of membrane QPPEK ?4 was also briefly investigated in 6 M KOH at 60 °C. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2013 , 51, 1632–1638     

Preparation of Anion Exchange Membrane Based on Imidazolium Functionalized Poly(arylene ether ketone)

The authors presented a novel synthetic route for the imidazolium functionalized poly(arylene ether ketone)s, derived from an engineering plastics polymer, a poly(arylene ether ketone) with 3,3',5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxybiphenyl moiety(PAEK-TM). The preparation of anion exchange membranes comprised converting benzylic methyl groups to bromomethyl groups by a radical reaction, followed by the functionalization of bromomethylated PAEK with alkyl imidazoles, i.e., methyl, butyl or vinyl imidazole. The structure of imidazolium functionalized PAEK was proved by ¹H NMR spectra. A class of flexible and tough membranes was then achieved by subsequent film-forming and anion exchange processes. The water uptake and hydroxide conductivities of membranes are comparable or superior to those of quaternary ammonium(QA) anion exchange membranes. This work demonstrated a new route for non-QA anion exchange membrane design, avoiding the chloromethylation reagent and precisely controlling the degree and location of imidazolium groups.     

基于自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜制备及其物理化学性质

以氯甲基杂环聚醚酮(CMPPEK)为原料,加入三乙胺进行铵化,并分别加入二乙烯三胺(DETA)和二乙胺(DEA),生成的仲胺基(或叔胺基)与邻近分子链氯甲基团进行自交联.经过制膜和离子交换反应,制备了DETA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DETA-QPPEK-OH)和DEA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DEA-QPPEK-OH).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱对制备自交联膜的化学结构进行表征.研究了DETA-QPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的理化性质,结果表明前者具有较低吸水率和更低溶胀度.通过研究DETAQPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的离子传导率随温度的变化规律,结果表明在80°C时其离子传导率分别达到0.060和0.028 S cm-1,表明本文制备的自交联膜具有较高离子传导率.此外还通过热重分析(TGA)对两类自交联膜的热稳定性进行了研究.     

Synthesis and Thermal Crosslinking Behavior of Poly（aryl ether ketone）s Containing 1,4-Naphthalene Moieties

A new monomer, 1,4-bis(4-fluorobenzoyl) naphthalene (compound 2) was synthesized via a two-step reaction. 1,4-Naphthalenedicarboxylic acid chloride (compound 1) was prepared by using the acyl chlorization reaction of 1,4-naphthalenedicarboxylic acid with thionyl chloride. The Friedel-Crafts acylation of compound 1 with fluorobenzene afforded compound 2 in a 80% yield. The polycondensation of compound 2 with various bisphenols in tetramethylene sulfone(TMS) in the presence of excess potassium carbonate as a condensation reagent was carried out at 210℃ to quantitatively afford the corresponding poly(aryl ether ketone)s (compounds 3-8) containing 1,4-naphthalene moieties. Thermal analyses showed that the polymers have Tg values ranging from 496 to 500 K and are thermally stable in air with initial mass loss above 500℃. These novel polymers exhibited an excellent solubility in organic solvents including NMP, DMAc, and chloroform, etc. In addition, the glass transition temperatures of these polymers increased and the polymers became insoluble in chloroform after treated at 260℃, indicating the occurrence of a thermal crosslinking reaction.     

含间苯连接的聚醚醚酮酮的等温结晶过程和形态结构

用透射电子显微镜和电子衍射方法研究了含间苯连接的聚醚醚酮酮（PEEKmK）溶液浇铸薄膜的等温结晶过程和形态结构．结果表明，PEEKmK无论从玻璃态结晶还是从熔体结晶均能形成2种不同取向的结晶形态结构，即平放片晶和侧放片晶；前者c轴垂直于膜平面，后者c轴平行于膜平面．其结晶发展过程为先形成平放单晶状片晶，随着时间的增长，在单晶上开始生长侧放片晶，逐渐发展形成球晶，最终形成2种不同取向的单晶和球晶共存的结晶形态结构．     

复合型季铵化聚醚砜碱性聚合物电解质膜的制备及性能

利用4,4?-二氟二苯砜(DFDPS)、9,9?-双(4-羟苯基)芴(BHPF)、2,2?-二(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)及4,4?-(六氟异丙叉)双酚(双酚AF)为原料,制备了2类具有不同主链刚性的聚醚砜材料.以聚醚砜及其氯甲基化产物按一定质量比采用溶液浇铸法,制备了2类新型共混阴离子交换膜,并避免了成膜过程中的相分离现象.在高分子主链上通过引入双酚芴(BQPAES系列)及双酚A(BQPES系列)结构调整主链的刚性,探讨了主链刚性对性能的影响;表征了共混膜的离子交换容量(IEC)、吸水及溶胀特性与离子电导率,并考察了它们的耐水解和耐碱稳定性.结果表明:2种聚合物相容性良好,共混膜质地均一,柔韧透明,吸水率和溶胀率适中,均随着温度的升高逐渐增加、随着聚醚砜含量增加逐渐减小;在90?C时,离子电导率最高达到89 m S/cm.经过沸水处理24 h后,均保持高机械强度,失重率低于5%;经2 mol/L的Na OH溶液30?C处理168~240 h后离子电导率仍可保持65%~80%.由于含双酚芴结构的高分子主链具有更高的刚性,在类似IEC条件下,BQPAES膜显示了比BQPES膜更好的尺寸稳定性和化学稳定性,同时维持了较高的电导率水平.由此表明,复合处理及适度提高高分子主链的刚性,有利于提高膜的性能.