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本论文主要制备了复合型和嵌段型的新型磺化聚砜(SPAES)类质子交换膜,研究了磺酸盐形式以及双酚结构对SPAES类质子交换膜的性能影响,并详细考察了膜的吸水率、尺寸变化、电导率等性能。
通过4,4-二氟-3,3-二磺酸二苯砜二钠盐(SDFDPS)、4,4-二氟二苯砜(DFDPS)与4,4-联苯二酚(BP)缩聚反应制备了磺酸钠盐形式(N型)的SPAES,N型SPAES经过质子交换及三乙胺中和后,得到了三乙胺盐形式(T型)的SPAES。利用具有不同磺化度的N型SPAES和T型SPAES,分别制备了N型和T型复合膜。在IEC相似的条件下,与N型膜相比,T型复合膜的透明性、尺寸稳定性较好,在高湿度条件下电导率较高,这说明T型的聚合物相容性更好。在IEC值相似的情况下,两类复合膜的吸水率要低于相对应的非复合膜,而尺寸变化没有明显的区别。
利用SDFDPS、DFDPS与六氟双酚A(HFBPA)的缩聚反应,制备了具有HFBPA结构的无规共聚型聚合物(HSPAES-r)和嵌段型聚合物(HSPAES-b)。这些聚合物显示了很好的成膜性。在相同IEC条件下,HSPAES-r的吸水率和纵向尺寸变化均小于HSPAES-b,但后者显示了更高的电导率。例如,在60℃的纯水中,HSPAES-r(5/5)的电导率为160mS/cm,而相应的HSPAES-b(5/5)-10的电导率为204 mS/cm。
通过改变双酚结构合成了不同结构的聚合物,并对不同结构的SPAES膜进行了性能比较。在相似IEC值情况下,4,4-(9-芴)二苯酚(BHPF)结构的FSPAES膜尺寸稳定性最好,但电导率偏低,而4,4-联苯二酚(BP)结构的BSPAES膜电导率较大,磺化度为40%的质子交换膜在纯水中的电导率达到了122mS/cm。
通过SDFDPS、DFDPS与BP和BHPF的缩聚反应,制备了同时具有BHPF和BP结构的无规共聚型聚合物膜(FSPAES-r)和嵌段共聚型聚合物(FSPAES-b)。结果表明,这两类膜的在尺寸稳定性、电导率均比只含有单一双酚结构的SPAES膜有明显的提高,在60℃的纯水中,FSPAES-r(5/5)电导率为154mS/cm,高于相同条件下的Nafion膜(142mS/cm)。在相同IEC条件下,与FSPAES-r相比,FSPAES-b膜在具有类似的吸水率和尺寸变化,但显示了更高的电导率。