复合型阴离子交换膜的制备及性能研究(4)

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（1）通过将两种或两种以上聚合物共混，利用它们各自的优点，得到具有高性能的交换膜材料。

张海峰等[15]用壳聚糖和环氧丙基三甲基氯化铵反应而合成了季铵型壳聚糖,然后再与聚乙烯醇共混而制备得到了不同组成的季铵型壳聚糖-聚乙烯醇阴离子交换膜，测定了膜的导电率与甲醇渗透率。结果表明：壳聚糖分子链上引入了羟丙基三甲基氯化铵的季铵盐侧链，并能与聚乙烯醇较好地共混。膜的导电率随季铵型壳聚糖的含量增大而增加，含60％季铵型壳聚糖的阴离子膜在70oC时导电率可达3.21×10-2 S·cm-1。膜的甲醇渗透系数为2.19-3.62×10−7 cm2 ·s−1，远低于Nafion 膜的甲醇渗透系数。

董锐等[16]制备了季铵化羟乙基纤维素与季铵化聚乙烯醇不同配比的共混阴离子交换膜。实验结果表明，膜的表面均一致密，在低于300oC下，膜基本保持稳定状态。并且随着膜中季铵化羟乙基纤维素含量的增加，膜的离子传导率随之增大，并且离子传导率随着温度的升高而升高，离子传导率值在（2.0～7.8）×10-2 mS·cm-1之间。但是随着季铵化羟乙基纤维素含量的增加，膜的甲醇渗透率也略有增大。

（2）通过加入无机纳米材料，杂化膜能够继承有机—无机各自的优点，有利于研究出性能更好的阴离子交换膜。

Wu等[17]将SiO2引入聚苯醚（PPO）后，该杂化膜的IEC达到2.01～2.27 mmol·g-1，体现出了更好的热稳定性、机械稳定性。在室温条件下，膜的离子传导率为11 mS·cm-1，90oC时能够达到35 mS·cm-1。研究发现，当膜中硅的含量在2.7～7.8%之间时，膜在186oC体现出了最好的水稳定性，拉伸强度在20～23MPa，伸长率为5.2%。

（3）通过控制单体连接的次序和聚合物的链接长度来优化膜的性能。

嵌段共聚物是由两种或两种以上化学结构不同的链段通过共价键相互连接而得到的。常见的嵌段聚合物结构有AB、ABA、ABAB、ABABA、ABC 型。通过改变多嵌段结构中的两序列长度，可以很好的控制共聚物膜的形态,从而达到调节聚合物膜的性能的目的。[18-20]

Zhao等[23]合成了多嵌段聚醚砜阴离子交换膜，图1.4为该膜的结构式，其是由亲和性芳香取代随后采用溴化作用得到的。实验发现，同无规的共聚膜相比，序列和嵌段的共聚膜有较小的离子交换容量（IEC）值。并且嵌段型的膜显示出较高的阴离子传导性。嵌段型膜QBPES-40在高于室温温度时的电导率为29 mS·cm-1，但是有低的吸水率（12%）。这表明嵌段型共聚膜具有高的电导率和好的尺寸稳定性，有望切实应用于燃料电池中。论文网

多嵌段聚醚砜阴离子交换膜结构式

（4）交联处理，通过引入特殊的化学结构改善聚合物的性能。分子间交联是改善高分子膜稳定性的最有效的方法之一。随着膜材料分子间的互聚和交联程度增高，高聚物的水解作用就会相应减弱，从而有效地阻止了聚合物在电池工作条件下的降解，同时提高聚合物的机械强度、尺寸稳定性以及化学稳定性。[24]

1.4 研究内容及目的

本文选用了单体分子量及空间位阻较大、刚性较强的双酚芴（BHPF）、起控制分子链柔性的4,4’-(六氟异丙叉)双酚(HFBPA)及4,4’-二氟二苯砜(DFDPS)作为原料，通过无规共聚制备得到亲水疏水链段比例为2:1的一类无规型聚醚砜聚合物，随后通过傅克反应将氯甲基基团引入到聚合物分子主链上，制备得到氯甲基化聚合物。并通过控制聚合物氯甲基化过程中催化剂的用量及反应时间来控制聚合物的氯甲基化程度，以求制备得到高离子交换容量（IEC）的膜。