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本文用两种不同的方法制备出了交联的膜,PPMA交联方法对磺化聚苯乙烯进行了交联,制备了新型质子交换膜燃料电池用交联磺化聚苯乙烯质子交换膜。并用热交联方法制备出了SPS75/PVA交联膜。对两种交联膜的膜的交联密度、IEC、含水率、溶胀度和电导率等性能进行了表征。探讨了一些原本有很好导电性能但由于尺寸稳定性能较差的磺化聚芳烃材料实际应用的可能性。
⑴以聚苯乙烯为模型聚合物,乙酰磺酸酯为磺化试剂制得了不同磺化度的磺化聚苯乙烯,由FTIR光谱和1H-NMR谱图证实磺酸基团已接在了PS主链上。由酸碱滴定法和1H-NMR谱图确定了磺化度和IEC值。制备的磺化聚苯乙烯的磺化度在15.1％-76.3％之间,IEC值为1.30～4.62meq/g。TGA图表明磺酸基团在200℃左右开始降解,聚合物主链在375℃开始降解。
⑵成功的用PPMA对磺化聚苯乙烯进行了交联,制备出了一系列不同交联密度的交联磺化聚苯乙烯膜。用三种不同的方法证明了交联反应的发生,并测定了膜的交联密度,接触角,IEC,含水率,溶胀度,TGA和电导率性能。交联很好的控制了高磺化度膜的含水率和溶胀度,在保持足够的含水率的同时增大了SPS膜的尺寸稳定性。同时交联改善了SPS膜的热稳定性,使得SPS膜的开始降解温度从200℃提高到300℃。交联前的质子交换膜由于高度溶胀甚至溶解,使得导电率已不可测量。而交联后的膜则仍可以保持良好的形态,并具有高的室温电导率(3.3～6.1×10-2S/cm)。
⑶用热交联的方法制备出了不同交联密度的SPS75/PVA交联膜。对比交联前后膜的溶解性和IEC的变化证实了交联的发生,同时计算出相关交联密度。对交联膜的相关性能进行了表征。交联后SPS75/PVA膜的IEC值略有降低。但IEC值减小幅度不大。交联使得SPS75/PVA膜的含水率得到了极大的控制,但仍高于质子交换膜在使用时所需的最低含水率。随着SPS75含量的增大(从10％增加到40％),SPS75/PVA膜的含水率不断增大。交联大大降低了SPS75/PVA膜的溶胀度。但相比于用PPMA处理得到的SPS交联膜,SPS75/PVA系列交联膜的溶胀度值仍偏高。用AFM观察了SPS75(40％)/PVA交联膜的表面形貌发现膜表面出现了明显的亲水相和憎水相相分离,且亲水相微区的聚集尺寸和连续性随交联时间的大小而变化。随交联时间的延长,SPS75/PVA交联膜的电导率值略有下降。但交联后膜的室温电导率仍高于应用所需的(10-2S/cm)。