磺化聚醚醚酮共混膜的制备及其特性的研究

第20卷第10期2006年10月化工时刊ChemicalIndustryTimesVo1．20．No．10Oct．10．2006磺化聚醚醚酮共混膜的制备及其特性的研究高平杨玉国阎新宝李渤朱红(北京交通大学理学院，北京looo44)摘要通过溶液共混的方法，以磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚醚砜(PES)为原料，N，N一二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，制备了一系列不同比例的SPEEK与PES的共混膜，并研究了膜的组成对膜的吸水率、电导率、甲醇渗透系数的影响，与目前所使用的Nailon117膜相比，这种共混膜既可以提高阻醇性能，同时又具有一定的电导率。关键词磺化聚醚醚酮聚醚砜质子交换膜StudyonthePreparationandPropertiesofBlenMembranesofSulfonatedP0lyetheretherket0neandPolyethersuifoneGaoPingYangYuguoYanXinbaoLiBoZhuHong(SchoolofScience，BeijingjiaotongUniversity，Beijing100044)AbstractAseriesofblendmembranesofbothpolytheretherketone(SPEEK)andpolyethersulfone(PES)，Thewateruptake，protonconductivityandmethanolbarrierpropertyasafunctionofthemembranecompositionsarediscussed．Com—paredtotheNation117membranecurrentlyusedindirdctmethanolfuelcells(DMFC)，thi，sblendmembranesalealcoholrejectingabilityisbetterwhileacertainhighconductivityismaintained．Keywordspo1)rtheretherketone(SPEEK)polythersulfone(PES)protonexchangemembrane直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池，它是一种具有高效、清洁、燃料储运方便等优点的可移动动力源，已成为2O世纪9O年代以来研究与开发的热点。质子交换膜(PEM)是DMFC的关键部件，它直接影响电池性能与寿命L1J。一张好的PEM不仅作为阻隔材料分开燃料和氧化剂，防止它们直接发生反应，还是电解质(传递质子)和电极活性物质(电催化剂)的基底。现今广泛应用于燃料电池中的Nation系列膜是美国DuPont公司生产的一种全氟磺酸膜，它具有较高的电导率、化学稳定性、热稳定性和机械性能，但其阻醇性能相当差J。另外，全氟磺酸膜的价格昂贵也是致使燃料电池成本居高不下的重要原因之一J。因此，开发阻醇且成本低的质子交换膜成为DMFC的研究重点之一。近年来，许多研究者都对磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜进行了研究，发现其不仅具有较高的质子导电率L4J，良好的热稳定性，且其对甲醇吸附量少于Nation膜，这就表明非常有必要研究SPEEK膜用于DMFC的可行性。当SPEEK的磺化度较低时，其甲醇渗透系数小，电导率差，机械性好。磺化度高时，其甲醇渗透系数大，电导率好，机械性差。聚醚砜(PES)是一种热稳定性、化学稳定性、机械强度均高且具有广泛化学相容性的高分子材料。依据SPEEK和PES的这些性质，本文对SPEEK进行了一定的改性，制备了一系列不同比例的SPEEK与PES的共混膜，并考察了这些膜的性质。Ⅱ塞堕坌收稿日期：2006一l0—08作者简介：高平(1980一)，女，在读硕士，E—mail：04121568@bjtu．edu．C[1。杨玉国(1962一)，男，副教授，主要从事应用电化学、材料表面改性和危险化学品安全运输等方向的研究一15—维普资讯http://www.cqvip.com2006．Vo1．20，No．10科技进展((AdvancesScience&Technology~1．1材料与试剂N，N二甲基甲酰胺(AR)，浓硫酸(AR)，聚醚醚酮，聚醚砜。1．2试样制备1．2．1磺化聚醚醚酮(SPEEK)的合成称取一定量的聚醚醚酮(PEEK)粉末溶于浓硫酸中，室温搅拌，反应一段时间后，将溶液缓慢的倒人大量的冰水混和物中，同时不断的搅拌，静置一段时间后，再用去离子水多次洗涤，直到溶液的pH值接近7时过滤出沉降的聚合物，80℃下干燥后得到磺化产物SPEEK。1．2．2磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜的制备将一定量的SPEEK溶于N，N一二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌使其溶解，制成5％的制膜液，取一定量的