ATRP法合成聚偏氟乙烯接枝苯乙烯質(zhì)子交換膜及其膜性能研究.pdf

1、目前，市場(chǎng)上主流的質(zhì)子交換膜是美國(guó)Dupont公司生產(chǎn)的Nafion膜，由磺酸型全氟高分子鏈組成，具有非常高的質(zhì)子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性。但是由于價(jià)格昂貴和制備工藝復(fù)雜，在一定程度上限制了它在燃料電池中的廣泛應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)高性能的新型質(zhì)子交換膜材料用來(lái)取代Nafion膜具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文首先采用聚偏氟乙烯和三氟氯乙烯的共聚物作為大分子引發(fā)劑，通過(guò)原子轉(zhuǎn)移自由基接枝法，以主鏈上的氯原子為引發(fā)點(diǎn)，將苯乙烯單體接枝到大分

2、子鏈上，再對(duì)接枝的苯乙烯單元進(jìn)行磺化，通過(guò)控制磺化反應(yīng)的時(shí)間來(lái)控制磺化度，制備了一系列的磺化離聚體。通過(guò)紅外、核磁、熱重分析儀等測(cè)試對(duì)磺化的接枝聚合物進(jìn)行表征；并觀察磺化接枝聚合物質(zhì)子交換膜在不同濕度空氣下的質(zhì)子電導(dǎo)率，來(lái)分析其在質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用上的可能性。通過(guò)改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、配體體系，并綜合接枝率、產(chǎn)物提純難度及實(shí)驗(yàn)效率等諸多因素，確定了反應(yīng)溫度為120℃時(shí)、反應(yīng)時(shí)間為72h時(shí)是最佳實(shí)驗(yàn)條件。由于三氟氯乙烯的引入，碳氯鍵

3、相較于碳氟鍵更加容易打開(kāi)，游離的氯離子與亞價(jià)銅離子結(jié)合形成鹽，高聚物則形成大分子自由基，在此條件下接枝率在50％以上，因此比純PVDF體系要高出很多。通過(guò)改變單體的投入量，合成出了側(cè)鏈長(zhǎng)度不同的接枝共聚物。通過(guò)溶液澆筑法將磺化后的產(chǎn)物制備成膜后，觀察膜在水中的形變和吸收，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子交換膜的磺化度越高，對(duì)應(yīng)的形變和吸收率也越高，當(dāng)接枝側(cè)鏈長(zhǎng)度達(dá)到25個(gè)苯乙烯時(shí)，膜的力學(xué)性能也呈現(xiàn)明顯下降。我們綜合膜的強(qiáng)度、形變和質(zhì)子電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)接枝側(cè)鏈長(zhǎng)度