咪唑鹽型光敏性聚芳醚砜陰離子交換膜的制備及性能.pdf

1、陰離子交換膜（AEM）作為陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）的核心部件之一，其結(jié)構(gòu)和性能直接決定燃料電池的性能及壽命。目前，離子傳導(dǎo)率低和堿性穩(wěn)定性差是陰離子交換膜面臨的兩個最大的問題。聚芳醚砜（PSF）是一種具有好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性的特種工程塑料，經(jīng)氯甲基化后可以用多種陽離子功能基團(tuán)進(jìn)行季銨化制備AEM。陽離子功能基團(tuán)的數(shù)量越多，離子傳導(dǎo)率越大，即氯甲基化率（DC）越大，陽離子介入位點越多離子傳導(dǎo)率越高。但當(dāng)DC較高時，聚芳醚砜陰離子交

2、換膜的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性、堿性穩(wěn)定性和阻醇性能變差，因此制備咪唑型交聯(lián)聚芳醚砜陰離子交換膜是一種有效的方法。
　　1．本文采用Claisen-Schmidt縮合，合成了單體4-羥基查爾酮（4-HC）。以氯甲基甲基醚為氯甲基化試劑對聚芳醚砜（PSF）進(jìn)行氯甲基化，合成了氯甲基化率分別為160％、170%，180%和200%的高取代度的氯甲基化聚芳醚砜（CMPSF）。然后將CMPSF與4-HC反應(yīng)，合成了在側(cè)鏈上引入查耳酮結(jié)構(gòu)的一系

3、列UV光可交聯(lián)的光敏性聚芳醚砜（CMPSFx-HCy，其中x表示氯甲基化率為120-140，y表示查耳酮的接枝率為40-60）。通過1H-NMR、FT-IR對單體及聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。CMPSFx-HCy系列聚合物具有良好的光敏性，在339nm波長處有最大吸收峰，紫外光照射下，在側(cè)鏈查爾酮中的>CH=CH<發(fā)生[2+2]環(huán)加成反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，光交聯(lián)程度可達(dá)到58%～73%。
　　2．以N-甲基咪唑?qū)MPSFx-HCy進(jìn)行季銨

4、化，經(jīng)溶液澆鑄法鋪膜、堿性化得到咪唑鹽型光敏性陰離子交換膜（QPSFx-HCy-Im）。然后在常溫溶脹狀態(tài)下，用UV光對其照射不同時間，進(jìn)行光交聯(lián)，得到交聯(lián)型陰離子交換膜cQPSFx-HCy-Im。未交聯(lián)的PSFx-HCy-Im具有良好的溶解性，溶于DMF、DMAc等非質(zhì)子性溶劑中，交聯(lián)后聚合物膜不溶于任何溶劑。交聯(lián)型和未交聯(lián)型陰離子交換膜初始分解溫度在202～218℃之間，與未接查爾酮的陰離子交換膜QPSFx-Im相比，分解溫度提高了

5、5～17℃，顯示出了較好的熱穩(wěn)定性。
　　3．本文測試了QPSFx-Im、QPSFx-HCy-Im和cQPSFx-HCy-Im系列的陰離子交換膜的離子交換容量（IEC）、吸水率（WU）、溶脹率（SR）、水和常數(shù)（λ）、離子傳導(dǎo)率（σ）、堿性穩(wěn)定性、機(jī)械性能及甲醇滲透率（P）等。測試結(jié)果顯示，交聯(lián)之后陰離子交換膜的機(jī)械性能、堿性穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性以及阻醇性均得到提高，而其吸水率和溶脹率分別降低4.24～64.55%、7.36～27.