芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物合成与性能#
 

摘要：以双酚芴、双酚A 型二氮杂萘酮、二氟二苯酮和二氟二苯酮磺酸钠为原料，通过调整4 种单体的比例以及加料顺序控制缩聚反应，制备了一系列具有不同离子交换容量的含芴和二氮杂萘酮联苯单元的嵌段聚芳醚酮，简称芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物。采用黏度测试、傅里叶衰减全反射红外光谱(FTIR ATR)、氢谱（1H NMR）、热失重(TGA)等分析方法，对不同结构的芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物的分子量、结构、热稳定性进行了表征。 实验结果表明，采用控制缩聚法能够制备出不同离子交换容量高分子量芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物，该系列离聚物具有良好的热稳定性。对该系列离聚物膜进行了抗氧化性、水解稳定性、吸水率、耐醇性、离子交换容量、质子传导率测试。 测试结果表明，该系列离聚物具有良好抗氧化性、水解稳定性、耐醇性、质子传导率和适当的吸水率。
 

关键词：功能高分子材料；双酚芴；杂萘联苯聚芳醚酮；磺化；缩聚反应；离聚物

0 引言
质子交换膜是PEMFC的关键材料之一，它具有传导质子并将阴阳两极分开的双重作用，目前国际上通用商业化的质子交换膜是全氟磺酸型质子交换膜，其中最具代表性的是美国杜邦公司生产的Nafion 系列膜，但由于其造价高，甲醇渗透性高以及在高温时质子传导率大幅度降低等缺点，限制了它的进一步使用[1～3]。 近年来许多研究者利用不同的方案研制出了多种磺酸芳烃膜[4～17]，该类无氟质子交换膜的突出优点是原材料价格相对低廉，有望解决成本问题，降低其推广应用阻力。磺酸基具有强的质子传导性，含有二氮杂萘酮联苯单元的聚芳醚酮高性能材料骨架具有优异的机械性能、化学和电化学稳定性、低透醇性[8～10]，含芴结构的高性能材料具有良好的高温保湿性[11～13]，控制聚合工艺得到的特定相态结构离聚物具有比无规缩聚工艺离聚物优异的综合性能[14～17]。本论文以芴-聚芳醚酮为憎水结构,氮杂萘酮-磺化聚芳醚酮为亲水结构，采取分步直接聚合的方法，实现亲水结构和疏水结构的分离，合成了一系列具有不同离子交换容量的无氟的芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物质子交换膜材料。

3 结论
利用控制的亲核缩聚反应成功地合成了一系列具有不同离子交换容量的嵌段芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物。 黏度测试、傅里叶衰减全反射红外光谱(FTIR ATR)、氢谱（1H-NMR）、热失重( TGA)分析等实验结果表明，该系列芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物结构可控，热稳定性良好。该系列离聚物膜的抗氧化性、水解稳定性、吸水率、耐醇性、离子交换容量、质子传导率测试结果表明，该系列离聚物具有良好抗氧化性、水解稳定性、耐醇性、质子传导率和适当的吸水率。而且该论文所采用的原料为常见的化工原料，价廉易得，通过合成聚芳醚常规合成路线和官能化工艺，简单易行，解决了材料的成本问题。 特别是芴-氮杂萘酮-聚芳醚酮离聚物5d、5e、6 的室温质子传导率已超过同等条件下的Nafion 117 测试值，有望作为质子交换膜材料使用。
 

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