磷酸掺杂咪唑鎓盐聚苯醚基高温质子交换膜的制备和性能
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国家自然科学基金资助项目(51303211)


Preparation and Characterization of Phosphoric Acid Doped Imidazolium Poly(phenylene ether) Membrane for High Temperature Proton Exchange Membrane
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    摘要:

    以强度高、加工性能好的聚苯醚为原料,制备耐高温Bronsted酸碱对型质子交换膜。采用自由基反应合成不同溴化度的溴化聚苯醚(BPPO),再与N-甲基咪唑(Im)反应生成咪唑鎓盐聚苯醚,最后通过掺杂磷酸(PA)制备了BPPO-Im/PA膜。利用核磁共振谱和红外光谱对膜的结构进行表征,计算得到溴化度分别为15.33%、28.66%、36.07%。随溴化度增加,接枝的Im量增加,吸附磷酸量增加,电导率先升高后降低,力学性能逐渐降低。溴化度为28.66%的B2-Im/PA膜综合性最好,该膜在200 ℃内使用时热稳定性良好,拉伸强度为5.2 MPa,160 ℃时电导率达到了0.054 S/cm,提高了将近一半。

    Abstract:

    Poly(phenylene ether) (PPO) was chosen as raw material because of its high strength and good processing properties, to prepare the high temperature Bronsted acid-base polymer membrane. PPO was first bromomethylated by free radical reaction, then reacted with different contents of methylimidazole (Im), finally doping phosphoric acid (PA) to prepare BPPO-Im/PA membrane. The proton exchange membranes were characterized by 13C-NMR and FT-IR. The bromination degree is 15.33%, 28.66% and 36.07%, respectively. The amount of Im increases with increase of the bromination degree and the PA uptake increases from 40% to 380%. The thermal stability of the BPPO-Im membranes is proved with increase of Im. The conductivity increases first and then decreases with increase of the PA uptake, and the mechanical properties decrease gradually. The B2-Im/PA membrane with the bromination degree of 28.66% exhibits the best comprehensive properties. The B2-Im/PA membrane has good thermal stability below 200 ℃ detected by TG and good tensile strength of 5.2 MPa. A high conductivity of 0.054 S/cm is achieved at 160 ℃ for the membrane.

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引用本文

吴 薇, 邹功文, 周 琼.磷酸掺杂咪唑鎓盐聚苯醚基高温质子交换膜的制备和性能[J].高分子材料科学与工程,2018,34(1):119-124.

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  • 在线发布日期: 2018-01-20
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