【摘 要】
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磺化聚醚醚酮（SPEEK）是质子交换膜（PEM）的理想基体,刚性疏水主链提供优异的力学强度,亲水磺酸侧基赋予其优异的质子传导能力,相对较窄的亲-疏水相分离结构可以有效抑制甲醇燃料渗透。然而,SPEEK的质子传导能力主要依赖于磺化度,质子电导率随着磺化度提高的同时力学强度、尺寸稳定性以及甲醇阻隔率下降,因此本文以较高磺化度SPEEK作为PEM基体,针对其高温时过度吸水溶胀,导致机械性能急剧下降的问题
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磺化聚醚醚酮（SPEEK）是质子交换膜（PEM）的理想基体,刚性疏水主链提供优异的力学强度,亲水磺酸侧基赋予其优异的质子传导能力,相对较窄的亲-疏水相分离结构可以有效抑制甲醇燃料渗透。然而,SPEEK的质子传导能力主要依赖于磺化度,质子电导率随着磺化度提高的同时力学强度、尺寸稳定性以及甲醇阻隔率下降,因此本文以较高磺化度SPEEK作为PEM基体,针对其高温时过度吸水溶胀,导致机械性能急剧下降的问题,通过浸渍法将核-壳静电纺丝制备的聚醚醚酮纳米纤维（PEEKNF）包埋于SPEEK基体中,构造完整的纳米纤维网络复合结构,有效地提高PEEKNF/SPEEK复合膜的尺寸稳定性与机械强度,并利用FTIR、SEM、质子传导率、尺寸稳定性、吸水率与拉伸测试等方法研究复合膜各组分之间的相互作用及其对性能的影响。然而PEEKNF中苯环与醚键交替构成的惰性疏水分子链稀释了磺酸基团的浓度,减少了质子的迁移位点,导致复合膜质子电导率有所下降。如果对PEEKNF亲水官能化改性往往会降低其机械强度,因此利用NaA分子筛的亲水性改善PEEKNF/SPEEK复合膜电导率,通过原位生长与机械共混两种不同的方法负载分子筛。相同组分条件下,共混法制备的NaA/SPEEK/PEEKNF复合膜中NaA分散更均匀,其电导率高于原位生长法制备的NaA@PEEKNF/SPEEK复合膜,60℃时,1%NaA/SPEEK/PEEKNF复合膜电导率最高,NaA含量过多会发生团聚从而使复合膜性能下降。与PEEKNF/SPEEK相比,1%NaA/SPEEK/PEEKNF复合膜中PEEKNF与SPEEK基体结合更加紧密,因此有效的提高复合膜质子传导率的同时提高了尺寸稳定性与机械强度。利用“质子导体”磷钨酸（HPW）进一步提高PEEKNF/SPEEK复合膜电导率,PEEKNF通过限制SPEEK基体吸水与溶胀,阻碍了HPW的流失。将负载HPW后的分子筛HPW@NaA与SPEEK共混成膜,可以进一步减少HPW在高温条件下的流失,得到综合性能优异的复合膜,为质子电导率与尺寸稳定性、机械强度之间的矛盾提供了有效的解决方法。
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