磺化聚苯并噁唑质子交换膜的制备及性能

《磺化聚苯并噁唑质子交换膜的制备及性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10255学号：2110302东华大学硕士学位论文AThesisSubmittedtoDonghuaUniversityfortheMaster’SDegree@磺化聚苯并嗯唑质子交换膜的制备及性能SYNTHESISANDCHARACTElUZATIONoFSULFONATEDPOLYBENZoXAZOLESBYDIRECTPoLYCoNDENSATIONFORPRoToNEXCHANGEMEMBRANES专业：材料加工工程Major：MaterialProcessingEegineering导师：金俊弘副研究员Supervisor：Assoc．Prof．JinJunho

2、ng作者：王文峰Author：WangWenfeng日期：2014年01月Date：January2014东华大学学位论文原创性声明fHY2／M5。6IW86HIH。I本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：乏细磊日期：1口lLf年1月I丫日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文

3、的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密、彰学位论文作者签名：乏‰霪指导教师签名：今庋勿日期：1口I下年1月l牛日日期：删中年／月f丫磺化聚苯并嗫唑质子交换膜的制备及性能摘要质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEmc)中的关键材料，迄今为止，已商业化的Nation膜(杜邦公司)因具有成本较高，运行过程中矿的传递严重依赖于水的存在(低温下会造成水／热管理复

4、杂，催化剂中毒)等缺陷使其应用范围受限。因此，研发能在高温下运行的质子交换膜就非常地重要。聚苯并嗯唑(PBO)具有耐高温、化学性及机械强度好等优异性能，是高温质子交换膜的一种潜在材料。本文从分子设计角度出发，成功将六氟异丙基与磺酸基团引入聚苯并嗯唑主链上。旨在制备出可高温操作、并具有较高质子传导率的新型高温质子交换膜，提高质子交换膜燃料电池的操作温度。具体研究内容如下：1．以4,4’一二苯醚二甲酸(ODBA)为原料，通过磺化反应合成了2，2’．二磺酸．4，4’二苯醚二甲酸(SODBA)。通过以间苯二甲酸一5．磺酸钠(SIPA)、对苯二甲酸(TPA)和4,6．二氨基间苯二酚盐酸盐(D

5、AR)为原料，改变SIPA／TPA的比例，以多聚磷酸(PPA)为聚合介质，合成了不同磺化度的聚苯并噫唑(SPBO)。通过红外光谱、元素分析等方法分析了聚合物的结构。将SPBO／PPA溶液直接热压成型得到多聚磷酸掺杂的聚合物膜。SPBO的特性粘度随着磺化度的增大而减小，其值在1．12～2．56dL／g之间，分子量较低。TGA分析表明SPBO具有优良热稳定性能。在氮气氛围下，损失5％的温度都在246---,351℃。SPBO／PPA膜在170℃时质子传导率都保持在0．12S／cm以上，具有优异高温质子传导能力。但膜的拉伸强度最高只有9．5MPa，氧化稳定性也较差。2．为改善磺化PBO聚

6、合物膜的机械性能，在SPBO大分子链上引入了含氟结构单元：对苯二甲酸．氟异丙烷(BIS—B—AF)。以SIPA、丕堡盔堂亟±堂焦迨塞磺丝鐾苤羞哇唑厦王銮筮熊笪剑釜量丝篚TPA、DAR和BIS．B．AF为原料，改变BIS．B．AF／TPA／SIPA比例，制备了不同磺化度的聚合物(SPBO．6F)。通过红外光谱、元素分析等方法验证了聚合物的结构。SPBO．6F聚合物的特性粘度在9．7～1．44dL／g，与SPBO相比有所提高。TGA分析表明SPBO．6F聚合物具有优良的热稳定性能，在氮气气氛下，5％失重的温度在368"-557℃。SPB015．6F3／PPA膜在170℃时的质子传导率高

7、达O，153S／cm。膜的拉伸强度在34．5～3．4MPa，氧化稳定性较SPBO／PPA膜也有所提高。3．由于磺酸基团的引入会导致聚合物大分子链的伸直链结构被破坏，无法获得高分子量的聚合物，含氟结构单元的引入可以改善膜的力学性能和氧化稳定性。以BIS．B—AF、TPA、DAR为原料，改变TPA／BIS．B．AF的比例，制备了不同含氟量的PBO．6F聚合物。通过红外光谱、元素分析等方法验证了聚合物的结构。PBO．6F的特性粘度在15．53～6．19dL／g，显示较高的分