分子鏈含POSS芳香族聚合物質子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、籠型聚倍半硅氧烷（POSS）由于其特殊的有機-無機雙重性質，可通過自下而上（bottom-up）的合成設計，通過POSS或功能化的POSS和有機聚合物進行摻雜，進而得到與高分子具有良好相容性和分散性的雜化高分子材料，與聚合物形成真正意義的分子級復合，并賦予聚合物耐高溫、耐氧化等無機物性質。近期的一些研究工作表明，將少量籠型倍半硅氧烷摻雜到質子交換膜當中，可提高質子交換膜的質子傳導率、耐水解性能、耐氧化性和機械性能，降低透醇率。但由于PO

2、SS大的比表面積及大的表面能，以物理混合方式將POSS摻雜到磺化芳香族聚合物的傳統(tǒng)方法易造成POSS的團聚現(xiàn)象，阻礙了POSS復合膜的質子傳導率以及機械性能的進一步提升。將POSS通過共價鍵引入聚合物，其一，可以使POSS基團以共價鍵形式更穩(wěn)定地分散于高分子膜中，提高材料的長期使用穩(wěn)定性；其二，POSS中的硅氧結構可賦予膜材料好的熱穩(wěn)定性，并促進磺化聚合物主鏈形成有序的有機-無機微相分離結構。并且，POSS較大的體積（1-3 nm）使質

3、子交換膜疏水相自由體積變大，促進了離子通道的形成，在提高質子傳導率的同時，減小磺化聚合物膜的溶脹率和透醇率，增強耐水解性能和機械性能，提高使用壽命；其三，在制備質子交換膜過程中，可直接通過調控POSS單體的含量來調整質子交換膜的化學、物理性質，制備方法更加簡單易應用。本文從將POSS以共價鍵方式引入到磺化聚合物設計出發(fā)，制備了分子鏈含POSS高性能芳香族聚合物質子交換膜，并對其質子傳導性能、穩(wěn)定性、機械性能進行了研究。具體研究內(nèi)容如下：

4、
　　1、將二胺基POSS引入聚酰亞胺主鏈，制備了主鏈含POSS磺化聚酰亞胺質子交換膜。結果表明，較傳統(tǒng)摻雜POSS制備質子交換膜，該方法所得材料具有更為優(yōu)異的質子傳導率和穩(wěn)定性。通過微觀結構表征分析，闡明了POSS以共價鍵引入高分子主鏈對質子傳遞通道和材料穩(wěn)定性的促進作用。
　　2、通過聚合、接枝及后磺化等方法成功制備了側鏈含磺化POSS梳狀磺化聚芳醚砜（PAES-sPOSS-x）復合膜，使磺化POSS具有更大的自由體積，

5、從而更有利于形成連續(xù)的質子傳輸通道，在保證聚合物機械性能、耐熱性能和化學穩(wěn)定性的同時，極大地提高了質子傳導率。
　　3、鑒于梳狀高分子在增大磺酸基自由體積的同時，溶脹率增大的缺點，我們又將對羥基苯磺酸和八環(huán)氧基POSS引入主鏈含羥基的聚醚醚酮，制備了側鏈含磺化POSS交聯(lián)型磺化聚醚醚酮質子交換膜。該方法一方面將交聯(lián)結構和側鏈通過一步法同時引入聚醚醚酮；另一方面，直接將磺酸基團通過對羥基苯磺酸中的羥基引入聚合物，避免了后磺化過程聚合