侧链末端为磺酸根基团的磺化改性聚砜的制备及其阳离子交换膜的基本性能

Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４２０１４年１２月功能高分子学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｏｌｙｍｅｒｓ收稿日期：２０１４－０７－２１基金项目：山西省青年科学基金资助项目（２０１３０２１００９－１）作者简介：乔宗文（１９８７－），男，江苏连云港人，博士，主要研究方向为功能高分子材料。Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉａｏｚｏｎｇｗｅｎ＠１２６．ｃｏｍ通信联系人：高保娇，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｂａｏｊｉａｏ＠１２６．ｃｏｍ侧链末端为磺酸根基团的磺化改性聚砜的制备及其阳离子交换膜的基本性能乔宗文，高保娇，陈涛（中北大学化学工程系，太原０３００５１）摘要：采用两步一锅法，在聚砜（ＰＳＦ）主链上键联了末端基为磺酸根基团的侧链，获得了疏水主链与磺酸根基团“微相分离”结构的磺化改性ＰＳＦ。以氯乙基异氰酸酯（ＣＥＩＣ）为亲电试剂，使ＰＳＦ主链上的苯环发生付－克烷基化反应，制得侧链含有活性基团—ＮＣＯ的中间产物聚合物ＰＳＦ－ｅｉｃ；通过活性基团—ＮＣＯ与对羟基苯磺酸钠（ＨＢＳＡＳ）生成氨基甲酸酯的较快速的反应，获得了侧链末端为磺酸根基团的磺化改性聚砜ＰＳＦ－ｓａｓ。采用ＦＴ－ＩＲ、１Ｈ－ＮＭＲ及紫外分光光度法对目标产物聚合物ＰＳＦ－ｓａｓ的化学结构进行了表征。以ＰＳＦ－ｓａｓ为膜材，采用流延法制备了ＰＳＦ阳离子交换膜，测定了交换膜的基本性能，包括离子交换容量、吸水率及质子传导率。研究结果表明，在路易斯酸催化剂作用下，ＣＥＩＣ与ＰＳＦ主链上苯环之间的付－克烷基化反应可顺利进行，生成中间聚合物产物ＰＳＦ－ｅｉｃ；以强极性的二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）为溶剂，反应２４ｈ，ＰＳＦ－ｅｉｃ分子链中乙基异氰酸酯（ｅｉｃ）的键合量可达２．４３ｍｍｏｌ／ｇ。在此基础上进行第２步反应，可得到磺酸根基团含量为２．２３ｍｍｏｌ／ｇ的目标产物ＰＳＦ－ｓａｓ，所制备的阳离子交换膜，具有高的离子交换容量，适当的吸水率与高的质子传导率。关键词：聚砜；微相分离；阳离子交换膜；离子交换容量；质子传导率中图分类号：Ｏ６３１文献标志码：Ａ文章编号：１００８－９３５７（２０１４）０４－０３９９－０９ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ－ＭｏｄｉｆｉｅｄＰｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＳｕｌｆｏｎａｔｅＥｎｄＧｒｏｕｐｏｎＳｉｄｅ－ＣｈａｉｎａｎｄＢａｓｉｃＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＣａｔｉｏｎ－ＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＱＩＡＯＺｏｎｇ－ｗｅｎ，ＧＡＯＢａｏ－ｊｉａｏ，ＣＨＥＮＴａｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｉｄｅｃｈａｉｎｗｉｔｈｓｕｌｆｏｎａｔｅｇｒｏｕｐａｓｅｎｄｇｒｏｕｐｗａｓｂｏｎｄｅｄｏｎｔｈｅｂａｃｋｂｏｎｅｏｆｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ（ＰＳＦ）ｂｙｔｗｏｓｔｅｐｓ－ｏｎｅｐｏｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ－ｍｏｄｉｆｉｅｄＰＳＦｗｉｔｈａｍｉｃｒｏ－ｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｍａｉｎ－ｃｈａｉｎａｎｄｈｙｄｒｏｈｉｌｉｃｓｕｌｆｏｎａｔｅｇｒｏｕｐｓｗｅｒｅｉｎａｓｅｐａｒａｔｅｓｔａｔｅｂｙｌｏｃａｔｉｎｇｔｈｅｓｕｌｆｏｎａｔｅｇｒｏｕｐｓａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｐｏｌｙｍｅｒｍａｉｎｃｈａｉｎｓ．ＴｈｅＦｒｉｅｄｅｌ－ＣｒａｔｆｓａｌｋｙｌａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｏｎｂｅｎｚｅｎｅｒｉｎｇｏｆＰＳＦｂａｃｋｂｏｎｅｗａｓａｌｌｏｗｅｄｔｏｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈ２－ｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｉｓｏｃｙａｎａｔｅ（ＣＥ－ＩＣ）ａｓｅｌｅｃｔｒｏｐｈｉｌｉｃｒｅａｇｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｐｏｌｙｍｅｒＰＳＦ－ｅｉｃ，ｉｎｗｈｏｓｅｃｈａｉｎｔｈｅａｃｔｉｖｅｇｒｏｕｐ—ＮＣＯｗａｓａｓｅｌｅｃｔｒｏｐｈｉｌｉｃｒｅａｇｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｐｏｌｙｍｅｒＰＳＦ－ｅｉｃ，ｉｎｗｈｏｓｅｃｈａｉｎｔｈｅａｃｔｉｖｅｇｒｏｕｐ—ＮＣＯｗａｓｃｏｎｔａｉｎｅｄ，ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎａｓｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ－ｍｏｄｉｆｉｅｄｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅＰＳＦ－ｓａｓ，ｉｎｗｈｏｓｅｓｉｄｅｃｈａｉｎｓｕｌｆｏｎａｔｅｇｒｏｕｐｗａｓｔｈｅｅｎｄｇｒｏｕｐ，ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆａｓｔｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｃｔｉｖｅｇｒｏｕｐ—ＮＣＯａｎｄｐ－ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃａｃｉｄｓｏｄｉｕｍ（ＨＢＳＡＳ）．Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｏｌｙ－９９３ｍｅｒＰＳＦ－ｓａｓｗａｓｆｕｌｌｙ