大侧基链接剂制备嵌段磺化聚芳醚砜质子交换膜及其性能研究

摘要

以含苯侧基的对二(苯羰基四氟苯)为链接剂,以4,4’-二氟二苯砜分别与4,4’-二羟基二苯砜和4,4’-联苯二酚作为疏水和亲水嵌段前体,合成一系列高分子量的有序和无序的嵌段磺化聚芳醚砜(SPAES).1H-NMR显示所制备的嵌段型SPAES的磺化位点和预测的一致,且离子交换容量(IEC)的滴定值是理论值的95%以上,说明磺化位置和磺化度精确可控.SPAES质子交换膜的杨氏模量、拉伸应力和断裂伸长率高达1.92 GPa、75 MPa和58%.TGA结果表明嵌段SPAES具有两段失重,分别对应320℃左右磺化基团脱出,以及500℃以上聚合物骨架分解.相似IEC,具有苯环大侧基链接剂的SPAES的吸水率随温度变化要明显小于无链接剂SPAES,在膜面方向尺寸变化率两者相当,均为8%左右.具有相似IEC的有链接剂的有序嵌段型SPAES,如MB9(IEC=1.68 mmol·g^(-1))的质子传导率为无链接剂嵌段型SPAES B2(IEC=1.70 mmol·g^(-1))的1.2倍以上.这是由于链接剂苯环侧链结构使得膜内自由体积增加有利于质子传导.同样,有序嵌段型SPAES PEM的质子传导率高于相同IEC的无序嵌段型.