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磺化聚萘酰亚胺质子交换膜的制备及性能研究

作　者: 刘畅
导　师: 刘佰军
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 燃料电池磺化聚萘酰亚胺质子交换膜
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近几十年来,各国科学工作者们对于磺化芳香族质子交换膜材料的研究不断深入,其中磺化聚酰亚胺质子交换膜材料已成为了关注的热点之一。本文作者利用亲核取代反应制备含有醚酮链段的磺化二胺单体和含有三氟甲基基团的磺化二胺单体,同时利用高温一步聚合反应,制备六元环的磺化聚萘酰亚胺聚合物。为了更加清楚地探讨结构与性能之间的关系,本论文在两个章节中,分别运用相同的方法,制备了主链结构相似的聚酰亚胺聚合物,并将其相应的膜性能进行了表征,包括膜的质子传导性,甲醇透过性,抗氧化稳定性,尺寸稳定性,机械性能和膜的热性能。我们发现,在聚合物的主链中引入具有刚性的苯-酮-苯-酮-苯链段和疏水性强的三氟甲基基团都使聚合物的尺寸稳定性和甲醇透过性得到了改善。

全文目录

提要  4-5
中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-35
  1.1 燃料电池的发展历程  13-14
    1.1.1 燃料电池开发的空间阶段  13
    1.1.2 燃料电池开发的能源时代  13
    1.1.3 燃料电池开发的环境时代  13-14
  1.2 燃料电池的种类  14-15
  1.3 燃料电池的特点  15-16
  1.4 质子交换膜燃料电池  16-20
    1.4.1 质子交换膜燃料电池的组成  17
    1.4.2 质子交换膜燃料电池的工作原理  17-18
    1.4.3 质子交换膜燃料电池的应用  18-20
      1.4.3.1 质子交换膜燃料电池在电动车辆方面的应用  18-19
      1.4.3.2 质子交换膜燃料电池在军事方面的应用  19-20
  1.5 质子交换膜  20-33
    1.5.1 全氟磺酸型质子交换膜  20-22
    1.5.2 磺化芳杂环类质子交换膜  22-33
      1.5.2.1 磺化聚砜  22-24
      1.5.2.2 磺化聚苯硫醚  24-26
      1.5.2.3 磺化聚醚醚酮(SPEEK)  26-28
      1.5.2.4 磺化聚苯并咪唑  28-29
      1.5.2.5 磺化聚磷腈  29-30
      1.5.2.6 磺化聚酰亚胺  30-33
  1.6 本论文设计思想  33-35
第二章实验部分  35-39
  2.1 实验试剂  35
  2.2 实验仪器和测试方法  35-39
第三章含醚酮链段的SPI质子交换膜材料的制备和研究  39-55
  3.1 含醚酮链段的磺化二胺单体的合成  40-43
    3.1.1 单体1,4-二(4-氟-3-磺酸钠基)-苯甲酰基苯(BSFBB)的合成  40-41
    3.1.2 磺化二胺单体1,4-二[4-(4-氨基苯氧基)-3-磺酸钠基]-苯甲酰基苯(BSAPBB)的制备 #293.1.3 磺化二胺单体4,4-二[4-(4-氨基苯氧基)-3-磺酸钠基]苯甲酮(BSAPBP)的制备  41
    3.1.3 磺化二胺单体,44-二阵(4一氨基苯氧基)-3-磺酸钠基]苯甲酮 (BSApBp)的制备  41-42
    3.1.4 磺化二胺单体BSPABB的结构表征  42-43
  3.2 磺化聚酰亚胺聚合物的合成  43-47
    3.2.1 第一系列聚酰亚胺类聚合物的合成(SPI-KK-X)  43-44
    3.2.2 第二系列磺化聚酰亚胺类聚合物的合成(SPI-K-X)  44-45
    3.2.3 SPI-KK-X和SPI-K-X两个系列聚合物的结构表征  45-47
  3.3 膜的制备  47
  3.4 聚合物的热性能  47-48
  3.5 聚合物的吸水性和溶胀性  48-50
  3.6 聚合物的质子传导率性能  50-51
  3.7 聚合物的甲醇渗透率  51-53
  3.8 聚合物的机械性能  53
  3.9 小结  53-55
第四章含-CF_3/非含-CF_3的SPI质子交换膜的制备和研究  55-71
  4.1 含-CF_3磺化二胺单体的制备  55-57
    4.1.1 含-CF_3磺化二硝基单体的制备  55
    4.1.2 含-CF_3磺化二胺单体的制备  55-56
    4.1.3 不含-CF_3磺化二胺单体的制备  56-57
  4.2 两种磺化二胺单体的结构表征  57-58
  4.3 含-CF_3/非含-CF_3磺化聚酰亚胺聚合物的制备  58-59
    4.3.1 含-CF_3磺化聚酰亚胺聚合物的制备  58-59
    4.3.2 非含-CF_3磺化聚酰亚胺聚合物的制备  59
  4.4 聚合物的结构表征  59-62
  4.5 膜的制备  62
  4.6 聚合物的热性能  62-63
  4.7 聚合物的机械性能  63-64
  4.8 聚合物的吸水性和溶胀性能  64-67
  4.9 聚合物膜的质子传导率  67-68
  4.10 聚合物膜的甲醇透过性  68-69
  4.11 小结  69-71
第五章结论  71-72
参考文献  72-81
发表的文章  81-82
作者简历  82-83
致谢  83

磺化聚萘酰亚胺质子交换膜的制备及性能研究

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