熱塑性互穿網(wǎng)絡(luò)聚苯并咪唑陰離子交換膜研究.pdf

1、陰離子交換膜（AEM）是陰離子交換膜燃料電池的核心部件，研發(fā)具有優(yōu)異離子傳導(dǎo)率、高機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性能的陰離子交換膜成為陰離子交換膜燃料電池的研究核心。本文以二苯醚基聚苯并咪唑（OPBI）作為基材，提出熱塑性互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)制備AEM的新方法，設(shè)計(jì)合成小空間位阻的互穿單體，解決現(xiàn)有互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)AEM存在的離子傳導(dǎo)率低、尺寸穩(wěn)定性差等問(wèn)題。
　　設(shè)計(jì)合成1,2-二甲基-3-（4-乙烯芐基)咪唑離子單體（DVIm），于OPBI體系中原位

2、聚合，制備了一系列TIPN結(jié)構(gòu)的陰離子交換膜（PBI/DVIm TIPN），具有優(yōu)良尺寸穩(wěn)定性。最優(yōu)反應(yīng)配比的PBI/DVIm TIPN-4/2膜堿吸收率為3.26%，80℃溶脹率為10.5%，水吸收率18.3%，離子傳導(dǎo)率達(dá)到86.7mS cm-1。
　　設(shè)計(jì)合成烯丙基咪唑型離子互穿單體1,2-二甲基-3-烯丙基咪唑（DAIm），使其在OPBI基材溶液中原位聚合，制備了一系列熱塑性互穿網(wǎng)絡(luò)堿性咪唑型聚苯并咪唑（PBI/DAIm

3、TIPN）陰離子交換膜，兼具互穿網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)迫相容特性以及熱塑性結(jié)構(gòu)的鏈段靈活性。PBI/DAIm TIPN膜的IEC為0.30-0.62mmol g-1，在最優(yōu)制備條件下（引發(fā)劑用量占總體系的0.5wt%、單體起始濃度為65wt%。反應(yīng)配比18.6：1），PBI/DAIm TIPN-65/0.5膜80℃溶脹率僅4.4%，離子傳導(dǎo)率達(dá)到96.7mS cm-1；拉伸強(qiáng)度達(dá)到48.2MPa，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，60℃中1M KOH中浸泡96h，離子

4、傳導(dǎo)率僅輕微下降（小于6%）。選用堿吸收率為2.7%的PBI/DVIm TIPN-4/1膜與PBI/DAIm TIPN-65/0.5膜（堿吸收率2.89%）進(jìn)行電性能對(duì)比，80℃DAIm膜（96.7mS cm-1）明顯高于DVIm膜（72.1mS cm-1）。這可能是由于DVIm中苯環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致空間位阻較大，分子鏈空間靈活性下降，而DAIm脂肪鏈的靈活性有利于親水基團(tuán)聚集形成離子簇。
　　進(jìn)而，制備了引發(fā)劑用量為0.25wt%、單體

5、起始濃度65wt%的半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（PBI/DAIm sIPN）及共混（PBI/DAIm Blend）陰離子交換膜，并與相同配比的TIPN膜進(jìn)行比較。SEM和DSC分析表明，TIPN膜的相容性優(yōu)于Blend，而引入化學(xué)交聯(lián)的sIPN膜則由于其分子鏈靈活程度受交聯(lián)鍵的牽制而發(fā)生了明顯的分相。膜結(jié)構(gòu)對(duì)性能產(chǎn)生影響，80℃下TIPN的離子傳導(dǎo)率（59.3mS cm-1）高于Blend膜（47.5mS cm-1）與sIPN膜（33.6mS c