可溶性聚苯并咪唑基磺酸膜的制備和表征.pdf

1、聚苯并咪唑（PBI）基質(zhì)子交換膜（PEM）性能優(yōu)良，備受重視，大致包括四大類，即摻雜型聚苯并咪唑基PEM、接枝型聚苯并咪唑基PEM、共混型聚苯并咪唑基PEM和直接縮聚型聚苯并咪唑基PEM。溶解性是磺化聚苯并咪唑應(yīng)用的關(guān)鍵問題，而直接縮聚法設(shè)計性強(qiáng)，可根據(jù)質(zhì)子交換膜性能的要求而設(shè)計各種結(jié)構(gòu)的可溶性聚苯并咪唑基質(zhì)子交換膜。但用該方法制備磺化聚苯并咪唑的文獻(xiàn)報道不多。 本論文首先合成了2-磺酸鈉對苯二甲酸單體，其結(jié)構(gòu)得到IR和NMR譜

2、的確認(rèn)。然后將3,3'-二氨基聯(lián)苯胺與2-磺酸鈉對苯二甲酸單體和4,4'-二羧基二苯基醚（或2,2'-雙（4-羧基苯基）六氟丙烷）直接縮聚，制備磺化聚苯并咪唑（sPBI），從而將磺酸基團(tuán)通過化學(xué)鍵連接到聚苯并咪唑主鏈上；同時將柔順的醚鍵或六氟異亞丙基結(jié)構(gòu)單元引入到磺化聚苯并咪唑的主鏈結(jié)構(gòu)中，提高產(chǎn)物的柔順性，以期達(dá)到增加產(chǎn)物的溶解性、改善成膜性的目的。二苯醚基磺化聚苯并咪唑的溶解性差，無法用溶液流延法成膜。含六氟異亞丙基結(jié)構(gòu)單元的磺化聚

3、苯并咪唑（sPBI-F）溶解性較好，磺化度為20％-60％的產(chǎn)物（sPBI-20 ~ sPBI-60）可用溶液流延法成膜。隨著磺化度的升高，聚合物膜的微觀相分離結(jié)構(gòu)變得更明顯，微觀相分離結(jié)構(gòu)有利于聚合物的吸水保濕和質(zhì)子傳導(dǎo)。此外，其熱穩(wěn)定性優(yōu)良，熱失重5％的溫度均高于520℃，并隨著產(chǎn)物磺化度的增大而降低。在120～380℃范圍內(nèi)均未出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，且沒有吸熱峰和放熱峰，為無定形聚合物。溶脹率很小，耐氧化性能很好，有潛在應(yīng)用前景。

4、 本文最后將5-羥基間苯二甲酸、2,2'-雙（4-羧基苯基）六氟丙烷和3,3'-二氨基聯(lián)苯胺直接共縮聚，制備帶羥基的可溶性聚苯并咪唑（PBI-OH）。再對其羥基進(jìn)行接枝改性，把丙磺酸、苯磺酸基團(tuán)接枝到聚苯并咪唑的羥基氧原子上，制備可溶性接枝型磺化聚苯并咪唑。該接枝方法比以往對咪唑基團(tuán)的活潑氫改性接枝的條件要溫和得多，可控性強(qiáng)，有重要實用意義。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)得到IR譜和NMR的確認(rèn)。含羥基的PBI的熱穩(wěn)定性較好，但接枝產(chǎn)物熱穩(wěn)定性一般。含羥基