磺化聚醚砜质子交换膜的制备及性能研究

-22·现代塑料加工应用2006年第18卷第3期MODERNPLASTICSPROCESSINGANDAPPLICATIONS磺化聚醚砜质子交换膜的制备及性能研究代化邹华许晶管蓉(湖北大学化学与材料科学学院，湖北武汉，430062)*摘耍：以浓硫酸为溶剂、氯磺酸为磺化剂对聚醚砜(PES)进行了磺化，采用氢核磁共振谱(HNMR)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)及热重分析(TGA)对磺化聚醚砜(SPES)进行了表征。证实PES得到了磺化。制备了一系列不同磺化度的SPES膜，测试了膜的接触角、含水率和电导率。试验结果表明，SPES具有良好的热稳定性；随着磺化度的增加，膜的亲水性能增加，膜的电导率增加当SPES膜的磺化度达到37．0(摩尔分数)时，SPES膜在室温下的电导率与商业化的NatiOn儿2膜的电导率相当关键词：聚醚砜磺化成膜导电性能质子交换膜PreparationandPropertiesofSulfonatedP0lyethersulf0nleProtonExchangeMembraneDaiHuaZouHuaXuJingGuanRong(FacultyofChemistryandMaterialScience-HubeiUniversity。Wuhan。Hubei。430062)Abstract：Sulfonatedpolyethersulf0ne(SPES)waspreparedusingchlorosulfonicacidassulfonationagentandconcentratedsulfuricacidassolvent．HNMR-FTIRandTGAcon—firmedthatsulfonicacidgroupswereintroducedintothepolymerchainsuccessively．Ase—tiesofSPESmembraneswithdifferentsulfonationdegree(DS)wereprepared．Membranepropertieswerecharacterizedwithcontactangle。wateruptakeandconductivity．TheresultsshowedthehydrophilicityandconductivityofSPESmembranesincreasedastheincreaseofDS．WhentheDSofSPESmembranewas37．0(molefraction)。theconductivityofSPESmembranewasclosetOthatofcommercialNafion112membrane．Keywords：polyethersulfone；sulfonation；membranepreparation：conductivity；protonexchangemembrane．质子交换膜燃料电池由于具有环境友好和能量转化率高等优点，有望在不久的将来成为各个领域的动力源。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，目前商业化的质子交换膜为全氟磺酸膜(如美国杜邦公司的Nation膜)。全氟磺酸膜具有较高的电导率、化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，但其制备工艺复杂、价格昂贵(600~800美元／m。)，而且只能在较低温度下(<9O℃)使用，因而开发新型、高效、廉价以及能在高温环境下使用的质子交换膜已成为质子交换膜燃料电池研究的热点之一_1]。磺化的芳香族碳氢高分子化合物由于具有价格低廉、优良的机械和化学性能等优点，近年来作为质子交换膜材料得到了广泛的研究[3]。聚醚砜(PES)是一种综合性能优异的热塑性高分子材料，具有优良的耐热性能和耐水解性能。通过磺化反应将磺酸基团引入聚醚砜主链，改善其亲水性能，使其成为一种廉价的质子交换膜材收稿日期：2005一lO一08l修改稿收到日期{2006一ol—O5。作者简介：代化，男，湖北省天门人，l980年2月生，湖北大学在读硕士研究生，主要研究方向为质子交换膜的研究。*该课题属湖北省教育厅国际合作项目(020—093901)维普资讯http://www.cqvip.com代化等．磺化聚醚砜质子交换膜的制备及性能研究料，有可能将其应用于质子交换膜燃料电池。以浓硫酸为溶剂，氯磺酸为磺化剂对PES进行了磺化，制备了不同磺化度的磺化聚醚砜(SPES)。通过溶液浇铸法制备了不同磺化度的SPES膜，并对膜的结构与性能进行了表征。1试验部分1．1原料聚醚砜(UltrasonE6020P)，由德国BASF公司提供，使用前在130℃真空干燥箱中干燥10h；氯磺酸，分析纯，中国亭新化学试剂厂；浓硫酸，分析纯，洛阳市化学试剂厂；氘代二甲基亚砜，中国科学院武汉分院；N一甲基吡咯烷酮，分析纯