主链组成对低磺化度磺化芳香族聚合物质子交换膜性能的影响

摘要

通过改变共聚单体种类,探究主链元素种类对聚合物质子交换膜性能的影响.以3,3'-二磺酸基钠盐-4,4'-二氟二苯砜为磺化单体,4,4'-二氟二苯砜为非磺化单体,4,4'-二羟基二苯醚或4,4'-二巯基二苯硫醚为共聚单体,通过亲核缩聚反应成功可控制备出磺化度分别为30％和50％的磺化聚芳醚砜(SPES)与磺化聚芳硫醚砜(SPTES).采用流延法制备了两种聚合物的透明坚韧的质子交换膜.研究发现两种聚合物膜均显示出了良好的力学性能以及较为适中的吸水率与溶胀度.两种聚合物质子交换膜的起始分解温度达到250℃,具有良好的热稳定性.随磺化度的升高,两种聚合物膜的吸水率、溶胀率以及质子传导率均升高.由于主链硫较氧原子与苯环的共轭作用更强以及供电子硫原子与吸电子基团的相互作用,SPTES膜较SPES膜表现出更高的玻璃化转变温度(Tg)、更低的溶胀率以及更高质子传导率.其中SPES-50与SPTES-50在80℃、100％RH条件下,质子传导率分别为0.136S/cm与0.142S/cm,表明其作为质子交换膜具有潜在的应用前景.