直接缩聚法制备磺化聚苯并咪唑及其性能表征

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质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的关键材料之一。目前广泛应用的Nafion等全氟质子交换膜高温下质子传导性能差,限制了它在100oC以上温度使用;非氟质子交换膜中的聚苯并咪唑(PBI)由于其可按Grotthuss机理传导质子,即可在无水条件下传导质子,可望作为高温工作条件下使用的质子交换膜材料。聚苯并咪唑基质子交换膜可大致分为三类,即酸碱掺杂型、接枝型和直接缩聚型,虽各具特色,但仍然难以满足应用要求,其溶解性能即是一限制性因素。本文从分子设计着手,设计并合成一系列溶解性能良好的聚苯并咪唑基质子交换膜,并对其性能进行了初步的表征。首先,本文合成了2,2’-二磺酸钠-4,4’-氧苯甲酸,其分子结构得到了1H-NMR谱、13C-NMR谱、Dept135谱和IR谱的证实。本文采用直接缩聚法将2,2’-二磺酸钠-4,4’-氧苯甲酸和二羧基二苯基醚与3,3’-二氨基联苯二胺聚合,制备了相应的二苯醚基磺化聚苯并咪唑。从而将柔性的醚基团引入到磺化聚苯并咪唑大分子链结构中,提高产物的柔顺性,增加产物的溶解性,为制备具有良好溶解性的磺化聚苯并咪唑提供了方法和实例。聚合物结构得到了NMR谱和IR谱的确认。初步研究表明,二苯醚基磺化聚苯并咪唑为非晶态结构,溶解性好、热稳定性好、溶胀小,具有潜在应用前景。
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