后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究

刘璐 陈康成

引用本文: 刘璐, 陈康成. 后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究[J]. 高分子学报, 2020, 51(4): 393-402. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19203 shu
Citation:  Lu Liu, Kang-cheng Chen. Post-sulfonation for Precisely Controllable Preparation of Main-chain Type Sulfonated Poly(phenylquinoxaline)s and Their Properties for Proton Exchange Membrane[J]. Acta Polymerica Sinica, 2020, 51(4): 393-402. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19203 shu

后磺化法精确可控合成主链型磺化聚苯喹喔啉及其质子交换膜性能研究

    通讯作者: E-mail: chenkc@bit.edu.cn
摘要: 以不同摩尔比的4,4′-双(4-(2-苯基乙二酮基)苯氧基联苯、4,4′-双(2-苯基乙二酮基)二苯醚与3,3′,4,4′-四氨基联苯共聚制备聚喹喔啉,经后磺化法得到一系列磺化度可控的磺化聚苯基喹喔啉(SPPQ). 模型化合物确认,磺酸基团精确接入电子云密度较高的含醚键的联苯片段的2,2′-位上,证明通过单体分子结构设计与后磺化法结合,可使磺酸基团在温和条件下,按预想接入到聚合物主链上,达到磺化度和磺化位置精确可控的目的. SPPQ的相对黏度均在3.8 dL/g以上. 通过溶液涂膜法制备的主链型磺化聚苯基喹喔啉质子交换膜(SPPQ PEM)的吸水率都低于39%,尺寸变化率为2.1% ~ 13%,且随着IEC和温度的提高而线性增加. 如,80 ℃下,IEC高达2.21 meq/g的SPPQ-5的膜面和膜厚方向的尺寸变化率仅为11%和13%,具有良好的形状维持能力. 热重分析表明,SPPQ PEM在320 ℃左右脱去磺酸基团,550 ℃左右发生聚合物主链降解,具有良好的热稳定性. Fenton试剂测试表明,SPPQ PEM开始破碎的时间随IEC的增加而缩短,在20 ℃时,IEC较低的SPPQ-1 (1.29 meq/g)破碎时间可达151 h,而IEC较高的SPPQ-5(2.21 meq/g)破碎时间缩短至81 h. PEM的质子传导率随温度和IEC的增加而显著提高,最高可达64 mS/cm,由于磺酸基团和喹喔啉酸碱对的形成以及吸水率偏低的原因,这一数值远低于Nafion.

English


    1. [1]

      Zhang H Y, Stanis R J, Song Y, Hu W, Cornelius C J, Shi Q, Liu B J, Guiver M D. J Power Sources, 2017, (368): 30 − 37

    2. [2]

      Min C M, Lee S B, Ahn M K, Jang J, Lee J S. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 2019, 57(11): 1180 − 1188 doi: 10.1002/pola.29372

    3. [3]

      Bose S, Kuila T, Nguyen T X H, Kim N H, Laua K T, Lee J H. Prog Polym Sci, 2011, 36: 813 − 843 doi: 10.1016/j.progpolymsci.2011.01.003

    4. [4]

      Ruiz-Colón E, Pérez-Pérez M, Suleiman D. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 2018, 56(13): 1424 − 1435 doi: 10.1002/pola.29023

    5. [5]

      Huang Q, Zhang S, Yu H, Liu H, Xiao F, Liao H. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 2019, 57(10): 1097 − 1104 doi: 10.1002/pola.29364

    6. [6]

      Matsumoto K, Higashihara T, Ueda M. Macromolecules, 2009, 42(4): 1161 − 1166 doi: 10.1021/ma802637w

    7. [7]

      Matsumura S, Hlil A R, Hay A S. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 2008, 46(19): 6365 − 6375 doi: 10.1002/pola.22965

    8. [8]

      Weiber E A, Takamuku S, Jannasch P. Macromolecules, 2013, 46(9): 3476 − 3485 doi: 10.1021/ma4002929

    9. [9]

      Matsumoto K, Higashihara T, Ueda M. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 2009, 47(13): 3444 − 3453 doi: 10.1002/pola.23403

    10. [10]

      Yan Xiaobo(严小波), Zhang Xulue(张虚略), Yuan Zufeng(袁祖凤), Geng Hui(耿慧), Bi Huiping(毕慧平),Hu Zhaoxia(胡朝霞), Chen Shouwen(陈守文). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2016, (5): 577 − 583

    11. [11]

      Liu Jianhua(刘建华), Sun Meng(孙猛). Acta Optica Sinica(光学学报), 2000, 20(11): 1570 − 1574 doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2000.11.025

    12. [12]

      Bae J M, Honma I, Murata M, Yamamotoet T, Rikukawa M, Ogata N. Solid State Ion, 2002, 147(1-2): 189 − 194 doi: 10.1016/S0167-2738(02)00011-5

    13. [13]

      Matsumura S, Hlil A R, Lepiller C, Gaudet J, Guay D, Hay A S. Macromolecules, 2008, 41(2): 277 − 280 doi: 10.1021/ma071423p

    14. [14]

      Nolte R, Ledjeff K, Bauer M, Mulhaupt R. J Membr Sci, 1993, 83(2): 211 − 220 doi: 10.1016/0376-7388(93)85268-2

    15. [15]

      Xing P X, Robertson G P, Guiver M D, Mikhailenko S D, Kaliaguine S. Macromolecules, 2004, 37(21): 7960 − 7967 doi: 10.1021/ma0494941

    16. [16]

      Kopitzke R W, Linkous C A, Nelson G L. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 1998, 36(7): 1197 − 1199 doi: 10.1002/(SICI)1099-0518(199805)36:7<1197::AID-POLA17>3.0.CO;2-2

    17. [17]

      Kopitzke R W, Linkous C A, Anderson H R, Nelson G L. J Electrochem Soc, 2000, 147(5): 1677 − 1681 doi: 10.1149/1.1393417

    18. [18]

      Gong, F X, Li N W, Zhang S B. Polymer, 2009, 50(25): 6001 − 6008 doi: 10.1016/j.polymer.2009.10.033

    19. [19]

      Gil M, Ji X, Li X, Na H, Eric Hampsey J, Lu Y. J Membr Sci, 2004, 234(1-2): 75 − 81 doi: 10.1016/j.memsci.2003.12.021

    20. [20]

      Merlet S, Marestin C, Romeyer O, Mercier R G. Macromolecules, 2008, 41(12): 4205 − 4215 doi: 10.1021/ma800228u

    21. [21]

      Wang Chenyi(汪称意), Zhou Yuanpeng(周远鹏), Xu Chang(徐常), Zhao Xiaoyan(赵晓燕), Li Jian(李坚),Ren Qiang(任强). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2018, (9): 1194 − 1201 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18010

    22. [22]

      Xiao Lei(肖磊), Zhang Chen(张晨), He Meiyu(何美玉), Chen Kangcheng(陈康成). Chem J Chinese U(高等学校化学学报), 2018, 39(6): 1281 − 1289

    23. [23]

      Clair A K S, Johnston N J. J Polym Sci, Part A: Polym Chem, 1977, 15(12): 3009 − 3021 doi: 10.1002/pol.1977.170151215

    24. [24]

      Fáber R, Staško A, Nuyken O. J Macromol Chem Phys, 2000, 201(17): 2257 − 2266 doi: 10.1002/1521-3935(20001101)201:17<2257::AID-MACP2257>3.0.CO;2-X

    25. [25]

      Li L, Zhang J, Wang Y X. J Membr Sci, 2003, 226(1-2): 159 − 167 doi: 10.1016/j.memsci.2003.08.018

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  463
  • HTML全文浏览量:  11
文章相关
  • 发布日期:  2020-04-01
  • 收稿日期:  2019-12-02
  • 修回日期:  2020-01-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章