聚合物熔体膜在基体表面的润湿和铺展行为

聚合物熔体膜在基体表面上的润湿和铺展行为受铺展系数和Hamaker常数影响。对于不能在基体表面上铺展的聚合物膜,当处于其玻璃化温度以上时,聚合物熔体膜将破裂,出现非连续区域。随着体系处于聚合物玻璃化温度以上时间的延长,非连续部分尺寸不断增长,增长速率与表面张力、聚合物粘度、聚合物液滴在基体表面的平衡接触角等因素有关,平衡后聚合物以液滴的形式在基体表面稳定存在。将带功能端基聚合物加入不能在基体表面上铺展的聚合物中,通过修饰聚合物与基体界面或改变聚合物熔体膜的表面张力,可以使原来不能在基体表面铺展的聚合物保持稳定。本文综述了聚合物熔体膜的铺展和润湿动力学研究进展,并归纳了使聚合物熔体膜稳定的方法。     

可在90℃工作的自交联碱性聚合物电解质膜的制备及表征

报道了一种具有短程自交联结构的碱性聚合物电解质.由于聚合物的交联仅发生在成膜过程且不需要外加交联剂,因此既可获得稳定的聚合物溶液供电化学器件制作使用,又可获得具有优异耐高温抗溶胀性能的交联型聚合物膜.此碱性聚合物电解质膜在室温纯水中电导率超过20mScm^-1,在90℃热水中电导率达到63mScm^-1且经过1000h后仅下降4%.在90℃水中膜溶胀率仅3%且具有良好的机械性能.     

含羧基交联型质子交换膜的制备及其性能

合成了一种含酯基的磺化聚合物,利用后水解的方法得到了含有羧基侧基的聚合物;将磺化聚合物与聚乙烯醇通过溶液共混,热处理后得到交联型的共混膜材料。 研究结果表明,膜材料的玻璃化转变温度(Tg)有明显的上升,证明了交联反应的发生;同时,膜的吸水率和溶胀率有一定的下降,力学性能和热稳定性也有一定的提升。 通过共价交联的方法,制备了综合性能优异的磺化聚芳醚质子交换膜材料。 在100 ℃,交联膜的质子传导率为0.072~0.065 S/cm,吸水率为51%~89%,溶胀率为19%~30%。     

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.     

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。     

聚酰亚胺多层膜的制备及其在非线性光学中的应用

报道了一种通过旋涂制备NLO聚合物多层膜的方法.紫外-可见吸收光谱及膜的厚度表征说明,在所得多层膜的结构中,聚合物单层膜的厚度可以较好地控制在100~200nm之间,所得含有5个双层的NLO多层膜(厚度1.6μm)具有良好的结构均一性,光学显微镜下没有观察到明显的结构缺陷.与单层具有较大厚度的NLO聚合物薄膜(如2~4μm)相比,所得聚合物多层膜可以允许掺杂更多的发色团而不发生相分离.     

可修复纤维损伤的防霜和防雾聚合物复合膜

聚合物材料内部具有的微/纳米尺度的结构赋予了它们独特的功能.然而，聚合物材料在使用时不可避免地会遭受机械损伤，这会使得聚合物材料的微/纳米结构受到破坏，导致聚合物材料自身功能的丧失.为了解决上述问题，我们利用聚丙烯酸(PAA)与聚丙烯酰胺(PAAm)的嵌段共聚物(PAA-b-PAAm)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)形成的复合物溶液，通过提拉成膜，然后在25℃、相对湿度为～100%的环境中退火处理，制备了可修复纳米纤维损伤的防霜和防雾聚合物复合膜(PAA-b-PAAm/PDDA).亲水的PAA-b-PAAm/PDDA膜的纳米纤维结构可以增加水滴和膜表面的接触面积并促进膜对水分子的快速吸收，从而赋予了该膜优异的防雾防霜性能.得益于聚合物链间静电与氢键作用的动态性，PAA-b-PAAm/PDDA膜具有优异的自修复性能，不仅能修复宽度为几十微米的划痕，还能使断裂的纤维重新连接并恢复其原有的纳米纤维结构.     

含有联苯侧基聚乙炔的合成及其气体渗透性能

合成了含有取代联苯及烷基硅取代基的二芳基乙炔单体（1a~1d）,以TaCl5-n-Bu4Sn作催化剂聚合得到聚合物2a、2b和2d。 所得聚合物在常规有机溶剂中具有良好的溶解性。 用聚合物2a和2b的甲苯溶液浇铸制备了均质膜。 采用三氟乙酸对聚合物2a和2b膜进行去硅化反应,制备了不溶性膜3a和3b。 热重分析表明,所得聚合物均具有高的热稳定性,在空气中的热失重起始温度分别为340和430 ℃。 聚合物2a和2b的氧气渗透系数（PO2)分别为260和390 barrers,去硅化膜3a和3b的PO2分别下降至73和180 barrers。 聚合物膜的O2/N2分离系数为2.4~3.3,并随PO2的增加而减小。 由气体在聚合物膜中的扩散系数和溶解系数的测定,扩散系数的降低是导致去硅化膜气体渗透系数下降的主要原因。     

用于渗透气化法分离水—乙醇混合物的含离子膜

合成了乙烯醇和顺丁烯二酸的交替共聚物,并制成膜,使其与BaCl_2,CaCl_2,SrCl_2及CuSO_4的水溶液反应。将反应产物—含离子聚合物膜用于渗透气化法分离乙醇-水混合物。结果表明,离子膜在渗透速率及分离系数两方面均好于纯聚合物膜。在以上四种离子膜中,含Ba~(2 )离子膜的性能最好,这表明Ba~(2 )离子不仅使膜更加亲水,增加了对水的溶解度,而且由于Ba~(2 )离子引起聚合物分子链间的交联,而使膜变得更加致密,从而提高了膜的分离系数。     

聚偏氟乙烯电纺膜及其电化学性能的研究

用电纺的方法制备了聚偏氟乙烯纳米纤维膜,它们具有多微孔结构,能够作为锂电池聚合物电解质.电纺中聚合物溶液的浓度对制备的电纺膜的结构形态有很大的影响,低浓度(10 wt%)时得到珠丝结构的膜,浓度15 wt%时则为纤维结构,而高浓度(18 wt%)时,电纺膜为交联的网状结构.用电纺法制备的聚偏氟乙烯纳米纤维微孔膜具有较高的孔隙率,而且它们与锂金属电极具有良好的界面稳定性;在25℃时吸液率最高可达340%,以这种膜制备的聚合物电解质室温电导率可达到1.57×10-3S.cm-1;由该电解质组装的扣式电池以0.5 mA.cm-2恒流充放电,25℃时50次循环后几乎无容量损失,具有良好的循环性能;即使60℃时,电池仍能保持良好的工作稳定性.     

锂离子电池PMMA-VAc聚合物电解质的制备与性质研究

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和醋酸乙烯酯(VAc)为单体, 用乳液聚合法合成聚甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯聚合物(PMMA-VAc), 并以此聚合物制备了新型聚烯烃膜支撑的聚合物膜及聚合物电解质. 用红外光谱(FTIR)、凝胶色谱(GPC)、差热和热重分析(DSC/TG)、扫描电镜(SEM)及电池充放电实验等方法研究了聚合物、聚合物膜和聚合物电解质的性质. 红外光谱结果表明, MMA与VAc通过各自的C＝C双键打开聚合成PMMA-VAc. PMMA-VAc易于分散在混合碳酸酯溶剂中并形成凝胶, 凝胶粘度随PMMA-VAc浓度的增加而增加, 当浓度为4%时成膜效果最佳. PMMA-VAc膜具有大量的微孔结构, 具有极强的吸液性能. PMMA-VAc膜具有良好的热稳定性: 在380 ℃范围内保持稳定. 聚烯烃膜支撑的PMMA-VAc膜室温下的离子电导率为1.85×10^－3 S•cm^－1, 用作为锂离子电池的聚合物电解质时, 电池具有良好的循环稳定性和倍率性能.     

DMFC用PES/SPEEK共混阻醇质子交换膜

将磺化聚醚醚酮(SPEEK, 磺化度DS为68.3%)和聚醚砜(PES)两种聚合物共混制得PES/SPEEK共混膜. DSC研究表明两种聚合物之间具有较好的相容性, 因而共混膜均匀致密, 未发生大尺度相分离. PES的混入能有效降低膜的溶胀度及甲醇透过系数. 纯SPEEK 膜40 ℃时在1 mol•L−1甲醇水溶液中溶胀度达到160%, 45 ℃时就完全溶解, 而含30%(w)PES的共混膜在80 ℃时的溶胀度仅有15%. 室温下含20%−30%(w)PES的共混膜的甲醇透过系数为1×10−7 cm2•s−1左右, 比Nafion 115膜的透过系数小一个数量级. 尽管80 ℃下30%(w)PES/SPEEK共混膜的电导率与Nafion 115膜相当, 但由于共混膜的厚度比Nafion 115膜小1/3左右, 膜电阻较小, 因而其电池性能比Nafion 115膜的好.     

天然橡胶/丁苯橡胶基隔膜材料的制备与性能

采用相转换法制备出了以天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)为基的多孔状聚合物锂离子电池隔膜材料,系统研究了成膜的工艺参数及机理.利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了该聚合物隔膜的微观结构,同时考察了该聚合物膜的吸液保液能力、热稳定性及电化学性能.结果表明,该聚合物膜呈多孔蜂窝状,具有较高的吸液能力,在电解液中浸泡5h后的吸液率达320%,此时该聚合物多孔隔膜的室温电导率也达到了3.93×10-4S/cm;并且保液能力良好,在50℃的空气中保持5h的质量损失仅为31%.同时该聚合物多孔膜具有较宽的电化学稳定窗口和较高的热分解温度,在4.8V和157℃以下能安全使用.与金属锂电极间的界面阻抗在存放10天或经过20次循环伏安扫描内迅速增加,而后趋于稳定,表现出了良好的界面稳定性,有效地抑制了电极与隔膜间的钝化膜(SEI)的进一步生长.     

热致胆甾液晶的蓝相

简述了小分子蓝相的研究现状及聚合物稳定的小分子蓝相和聚合物蓝相的研究进展.通常小分子蓝相温域较窄,仅1℃左右.聚合物稳定的小分子蓝相温域达66℃,而我们展现的聚合物蓝相宽达300℃以上,甚至低于室温也有蓝相存在.所有的蓝相全部展示可见光的布拉格反射.     

超高温(200-250 ℃)聚合物电解质膜燃料电池的机遇与挑战

低温质子交换膜燃料电池的商业化受到高纯度氢气制取、储存、运输及加注的制约。将燃料电池工作温度提高到200-250 ℃可显著提高电极动力学,提高对一氧化碳等杂质气体的耐受性,降低氢气制取成本,简化水和热管理,为燃料电池提供更多燃料选择,使得高温质子交换膜燃料电池有望实现原位甲醇重整制氢系统与燃料电池系统的无温差耦合,同时较高的运行温度为直接甲醇燃料电池和非贵金属催化剂替代铂基催化剂提供了有利条件。但超高温（200-250 ℃）聚合物电解质膜燃料电池的发展依然面临着艰巨的挑战,为促进超高温聚合物电解质膜燃料电池的发展,本文将系统总结近年的相关进展,探讨超高温聚合物电解质膜燃料电池面临的机遇与挑战。     

二甲氧基聚乙二醇增塑的P（EO—PO—AGE）—LiClO4聚合物膜的离子电导

本文研究了二甲氧基聚乙二醇(PEGDME)对聚合物电解质膜的影响。结果表明,PEGDME增塑的(环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚)三元共聚物-LiClO_4络合物具有较低的玻璃化转变温度,室温导电率≥10~(-4)Scm~(-1),热稳定性及力学性能良好,在100℃下无相分离,室温下在干燥器中放置一年无蠕变。     

老化对聚(1-三甲基硅基-1-丙炔)气体渗透性能的影响

采用溶液浇铸法,制备了厚度为50~202 μm的聚(1-三甲基硅基-1-丙炔)(PTMSP)膜,研究了膜厚度、储存温度以及储存气氛对其气体渗透性能的影响。 在室温下储存时,PTMSP膜发生物理老化,气体渗透系数先是迅速下降,然后缓慢降低并趋向平稳。 在空气气氛中的下降速率要略大于在N2气气氛中。 气体渗透系数的下降速率随膜厚度的减小而增大。 在高温(100 ℃)空气气氛中,受物理及化学老化的共同作用,PTMSP膜气体渗透系数的下降速率进一步增大,IR谱图表明,聚合物氧化生成了C=O等极性基团。 随储存时间的延长,溶解度系数基本不变,扩散系数的下降是导致气体渗透系数下降的主要原因,这与聚合物体积松弛和(或)致密化及极性基团的形成所造成的自由体积的减小紧密相关。     

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.     

一种杂环磺化聚芳醚腈酮质子交换膜材料的合成及表征

用含二氮杂萘酮结构类双酚DHPZ,3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氟二苯酮,2,6-二氯苯腈以及4,4′-二氟二苯酮,通过缩合共聚合反应合成了一系列不同磺化度、高分子量的磺化聚芳醚腈酮.聚合物特性粘数为0·58~2·0dL/g.用红外光谱(FT-IR),核磁共振谱(1H-NMR)表征了聚合物结构.用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)研究了聚合物的耐热性能,研究表明其玻璃化温度(Tg)可达352℃,5%热失重温度大于500℃.以N-甲基吡咯烷酮为溶剂,溶液浇铸法制备了聚合物膜,并测定了膜的溶胀率以及质子交换能力.结果表明,与Nafion膜相比,磺化聚芳醚腈酮膜在相同的质子交换能力条件下,溶胀率显著降低.     

聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

利用静电纺丝技术,制备了不同的聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜,吸附液体电解质后形成聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜准固态电解质,应用于制备准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs).测试了电纺聚合物纳米纤维微孔膜电解质的吸液率、孔隙率、离子电导率等参数,研究了纳米纤维微孔膜准固态电解质DSSCs的光伏性能.结果显示,TiO2的掺入可提高聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜对液态电解质的浸润扩散性能,从而提高纳米纤维微孔膜对液态电解质的吸附能力.组装的DSSCs的光电转换效率可达液态电解质的90%以上,并具有较好的长期工作稳定性.