ISSN 1000-3304CN 11-1857/O6

后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究

刘璐 陈康成

引用本文: 刘璐, 陈康成. 后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究[J]. 高分子学报, 2020, 51(4): 393-402. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19203 shu
Citation:  Lu Liu and Kang-cheng Chen. Post-sulfonation for Precisely Controllable Preparation of Main-chain Type Sulfonated Poly(phenylquinoxaline)s and Their Properties for Proton Exchange Membrane[J]. Acta Polymerica Sinica, 2020, 51(4): 393-402. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19203 shu

后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究

    通讯作者: 陈康成, E-mail: chenkc@bit.edu.cn
摘要: 以不同摩尔比的4,4′-双(4-(2-苯基乙二酮基)苯氧基联苯、4,4′-双(2-苯基乙二酮基)二苯醚与3,3′,4,4′-四氨基联苯共聚制备聚喹喔啉,经后磺化法得到一系列磺化度可控的磺化聚苯基喹喔啉(SPPQ). 模型化合物确认,磺酸基团精确接入电子云密度较高的含醚键的联苯片段的2,2′-位上,证明通过单体分子结构设计与后磺化法结合,可使磺酸基团在温和条件下,按预想接入到聚合物主链上,达到磺化度和磺化位置精确可控的目的. SPPQ的相对黏度均在3.8 dL/g以上. 通过溶液涂膜法制备的主链型磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜(SPPQ PEM)的吸水率都低于39%,尺寸变化率为2.1% ~ 13%,且随着IEC和温度的提高而线性增加. 如,80 ℃下,IEC高达2.21 meq/g的SPPQ-5的膜面和膜厚方向的尺寸变化率仅为11%和13%,具有良好的形状维持能力. 热重分析表明,SPPQ PEM在320 ℃左右脱去磺酸基团,550 ℃左右发生聚合物主链降解,具有良好的热稳定性. Fenton试剂测试表明,SPPQ PEM开始破碎的时间随IEC的增加而缩短,在20 ℃时,IEC较低的SPPQ-1 (1.29 meq/g)破碎时间可达151 h,而IEC较高的SPPQ-5(2.21 meq/g)破碎时间缩短至81 h. PEM的质子传导率随温度和IEC的增加而显著提高,最高可达64 mS/cm,由于磺酸基团和喹喔啉酸碱对的形成以及吸水率偏低的原因,这一数值远低于Nafion.

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图(12)表(3)
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  • 通讯作者:  陈康成, chenkc@bit.edu.cn
  • 收稿日期:  2019-12-02
  • 修稿日期:  2020-01-01
  • 刊出日期:  2020-04-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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