聚醚砜_磺化聚醚醚酮共混膜的制备和性能

加工与应用合成树脂及塑料，2007，24(3)：51CHINASYNTHETICRESINANDPLASTICS聚醚砜磺化聚醚醚酮共混膜的制备和性能杨武斌朱红王明赵婷杨玉国许韵华康晓红(北京交通大学理学院化学所，北京，100044)摘要：采用流延法制备了聚醚砜(PES)含量不同的PES／磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混膜。PES与SPEEK具有良好的相容性。所制备PES／SPEEK共混膜的含水率、溶胀度和甲醇透过系数均随PES含量的增加而降低。虽然共混膜的质子传导性能有所降低，但阻醇性能和溶胀性能提高，这说明PES／SPEEK共混膜是一种很好的直接甲醇燃料电池用固体高分子电解质膜材料。关键词：磺化聚醚醚酮聚醚砜共混膜甲醇透过系数直接甲醇燃料电池中图分类号：TQ028。0631文献标识码：B文章编号：1002—1396(2007)03—0051-04固体高分子电解质膜是燃料电池的关键材料之一．起着质子传导、隔离燃料与氧气和绝缘电子的作用。目前商业化固体高分子电解质是与聚四氟乙烯相似的全氟磺酸型聚合膜，由美国DuPont公司率先研制成功，商品名为Nafion。Nafion系列膜具有较高的电导率，稳定性高，寿命长，在氢氧型固体高分子型燃料电池中应用广泛【l】。但NafionR膜直接用于甲醇燃料电池(DMFC)时，由于甲醇透过率高而导致电池效率降低。磺化聚醚醚酮fSPEEK1膜的质子传导性能与NafionR膜相当，阻醇性能优于NationR膜，从而引起燃料电池研究者的特别关注。但SPEEK膜在水中溶胀度大、机械性能差，限制了其在燃料电池中的应用。为此，人们采取共混改性【4jJ、酸碱改性啕和有机／无机杂化I7,81等方法提高SPEEK膜的性能。聚醚砜fPES)是一种稳定性和机械强度均高的工程塑料。本工作把PES与SPEEK膜溶液共混，用流延法制备PES／SPEEK膜，并用差示扫描量热法(DSC)研究了共混膜的相容性，测试了其在室温下的含水率、溶胀性能、质子传导性能和阻醇性能。1实验部分1．1主要原料聚醚醚酮(PEEK)，长春吉大高新材料有限责任公司生产。浓硫酸，纯度98％；Ⅳl-二甲基甲酰胺(DMF)，均为北京益利精细化学品公司生产。PES，上海林根化工原料有限公司生产。1．2SPEEK的制备称取4gPEEK粉末于80℃烘24h后，加入到250mL的三口烧杯中，然后加入100mL浓硫酸，强烈搅拌反应一定时间后，搅拌下缓慢把棕色反应物倒入大量冰水中，棕色液体变成白色丝状物，静置过夜后，用大量去离子水洗涤白色产物至pH值约为7，然后于60℃干燥24h，得到SPEEK同。SPEEK的磺化度(DS)由反应时间控制，本工作制备了D．s分别为48％和60％的SPEEK。1-3共混膜的制备及预处理称取一定配比的SPEEK和PESw(PES)分别为0，10％，20％，30％，50％，70％，100％1，加入DMF后，加热搅拌溶解，得到SPEEK和PES的混合溶液。把溶液倒入洁净培养皿中流延成膜，然后放入恒温箱中，在60和80℃下各处理3h，再于100℃处理10h。自然冷却至室温后，在培养皿中加入去离子水，揭下膜，再进行预处理：将膜放入0．5mol／L浓硫酸溶液中浸泡24h，然后在去离子水中浸泡24h，期间多次换水，以洗去残留的浓硫酸。经过预处理后的共混膜浸泡在去离子水中备用。1．4共混膜的性能测试玻璃化转变温度(采用美国TA公司生产的收稿El期：2o07一O2—05：修回El期：2007—03—22。作者简介：杨武斌，1972年生，在读博士研究生，主要从事燃料电池关键材料研究。基金项目：国家863项目(2006hA03Z226)，北京市自然科学基金f2051001)和北京交通大学“十五”重点项目f2004SZ009)资助。女通讯联系人。联系电话：(OLO)51688469；E—mail：zhuhol28@263．net维普资讯http://www.cqvip.com；器n共T混so膜fPES的／'S影PE响EKblendmen1branes豢为琊大的s并，}龇馓散扩。为．_暑率Ⅱ避象～维普资讯http://www.cqvip.com第3期杨武斌等．聚醚砜，磺化聚醚醚酮共混膜的制备和性能532．2共混膜的含水率从图3可以看出，DS大的SPEEK，其吸水率也大。由于PES是憎水性物质，因此PES含量增加．PES／SPEEK共混膜的含水率降低。在w(PES)小于30％时，含水率急剧降低，这是由于共混膜中形成了大量的O—H⋯O，降低了一SOH基团上可迁移的氢原子浓度：但在w(PES)大于30％时．含水率降低逐步变缓。2．3共混膜的溶胀性从图4看出。DS高的PES／SPEEK共混膜的△L高于DS低的。但不论是DS低还是高的PES／SPEEK共混膜．其△L都随甲醇浓