聚丙烯腈_磺化聚苯醚质子交换膜的制备和性能

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乙烯制聚丙烯腈的原理

乙烯制聚丙烯腈的原理
乙烯制聚丙烯腈的原理如下：
1. 原料准备：首先，需要准备乙烯（C2H4），丙烯腈（C3H3N），和适当的催化剂。

2. 聚合反应：乙烯与丙烯腈在催化剂的存在下进行共聚反应。

催化剂通常是过渡金属催化剂，如钼、钴、铁等。

这些催化剂能够促使乙烯和丙烯腈分子聚合在一起形成聚合物。

3. 自由基引发反应：乙烯和丙烯腈分子中的双键会通过自由基引发反应被打断，形成活性自由基，进而引发聚合反应。

4. 聚合物形成：活性自由基会与乙烯或丙烯腈分子中的其他双键反应，将它们连接到一起形成长链聚合物。

这种聚合物结构中，乙烯单体和丙烯腈单体交替排列。

5. 水解处理：最后，聚合物经过水解处理，将聚合物链中的丙烯腈单体转化为丙烯酸羧基，从而得到聚丙烯腈。

乙烯制聚丙烯腈的原理主要是通过共聚反应将乙烯和丙烯腈分子连接起来形成聚合物，然后通过水解处理将聚合物中的丙烯腈转化为丙烯酸羧基，最终得到聚
丙烯腈。

该聚合物通常具有高强度、高耐热性和耐化学腐蚀等特性，因此广泛应用于纺织、塑料、涂料和环保等领域。

苯环侧基磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备及性能研究

苯环侧基磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备及性能研究∗李东升【摘要】以1,1-二(4-羟苯基)-1-苯基乙烷,对苯二酚和4,4’-二氯二苯砜为单体,通过亲核取代反应,制备出一系列带有苯环侧基的聚芳醚砜共聚物。

以氯磺酸为磺化剂对聚合物进行磺化得到了磺酸基在苯环侧基上的磺化聚芳醚砜树脂。

用红外光谱(FT-IR),核磁共振谱(1 H-NMR)表征了聚合物结构。

通过观察透射电镜发现离子簇无规律地分散在膜中。

性能测试结果表明,这些侧链磺化的质子交换膜具有优异的耐热性、机械性能,高的电导率及低的甲醇渗透率。

%Poly(aryl ether sulfone)copolymers (Co-PSFs)containing sulfonated phenyl pendent groups are syn-thesized through nucleophilic aromatic substitution polycondensation by using 1 ,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-1-phe-nylethane,hydroquinone and 4,4’-dichlorodiphenyl sulfone,followed by postsulfonation with chlorosulfonic acid at 0 ℃.The chemical structures of sulfonated poly(arylene ether sulfone)s copolymers (SCo-PSFs)are characterized by IR and 1 HNMR spectra.These ionomers generally show good thermal stability with glass tran-sition temperaturesand initial degradation temperature.Transmission electron microscopic observations reveal that SCo-PSFs membranes form well-defined microphase separated structures.The samples have moderate me-chanical property with Young’s modulus of 0.29-1.10 GPa and SCo-PSF100 with the IEC value 1.65 mmol/g shows conductivity of 1.2×10-1 S/cm at 80 ℃ and the methanol permeability values of membranes at room temperature were in the range of 2.15 × 10-7 to 5.49 × 10-7 cm2/s at 20 ℃.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)005【总页数】7页(P5217-5223)【关键词】磺化聚芳醚砜;质子交换膜;苯环侧基磺化【作者】李东升【作者单位】西安航天动力研究所陕西省特种密封技术工程研究中心，西安710100【正文语种】中文【中图分类】TQ317.3随着社会进步，能源危机和环境问题日益成为制约人类可持续发展的重要因素[1-2]。

聚丙烯腈合成方法

聚丙烯腈合成方法聚丙烯腈是一种重要的合成纤维材料，广泛应用于纺织、化工、医药等领域。

本文将介绍聚丙烯腈的合成方法及其特点。

聚丙烯腈的合成方法主要包括自由基聚合法和离子聚合法两种。

其中，自由基聚合法是目前应用较广泛的一种方法。

下面将分别介绍这两种合成方法。

自由基聚合法是通过丙烯腈单体的自由基聚合反应来合成聚丙烯腈。

首先，将丙烯腈单体与引发剂、溶剂等混合物加入反应釜中，经过适当的搅拌和加热，引发剂产生自由基，引发聚合反应。

聚合反应进行一段时间后，反应釜中生成的聚合物经过过滤和洗涤等步骤，最终得到聚丙烯腈。

自由基聚合法具有反应速度快、操作简单的优点，但聚合度较低，分子量分布较宽，所得聚丙烯腈的性能较一般。

离子聚合法是通过丙烯腈单体的离子聚合反应来合成聚丙烯腈。

离子聚合法主要包括阴离子聚合和阳离子聚合两种。

阴离子聚合是将丙烯腈单体与阴离子引发剂反应，生成负离子，进而引发聚合反应。

阳离子聚合则是将丙烯腈单体与阳离子引发剂反应，生成正离子，引发聚合反应。

离子聚合法可以得到分子量较高、分子量分布较窄的聚丙烯腈，具有优异的物理性能和化学稳定性。

除了上述两种主要的合成方法，还有其他一些改进方法，如催化剂聚合法、辐射聚合法等。

催化剂聚合法是通过添加催化剂来促进聚合反应的进行，提高聚合速度和聚合度。

辐射聚合法则是利用辐射能量引发聚合反应，可以在常温下进行，不需要引发剂和溶剂，具有环保、高效的特点。

总的来说，聚丙烯腈的合成方法多种多样，各有特点。

选择合适的合成方法，可以得到具有不同物理性能和化学性质的聚丙烯腈。

这些聚丙烯腈材料在纺织、化工、医药等领域有着广泛的应用前景。

未来，随着合成技术的不断发展和完善，聚丙烯腈的合成方法将变得更加高效、环保和经济。

磺化聚苯乙烯／聚(5-乙烯基四氮唑)共混质子交换膜的制备及其热稳定性和电导率

ｂｌｎｄｄｐｒｔｎｅｃｎｇｅｂａｅａｖｌａｉｎｏｔｅｅｏｏｘｈａｅｍｍｒｎｎｄｅａｕｔｏｆｉｓｔｅｍａｔｂｌｔｎｌｃｒｃｃｎｕｔｖｔｈｒｌｓａｉｉｙａｄｅｅｔｉｏｄｃｉｉｙ
王海洋，李金焕，王瑞海，刘道辉，兆萍吕
（京航空航天大学材料科学与技术学院，南江苏南京２００）１０６
摘
要：别制备了腈基转化率为８的聚（－分５５乙烯基四氮唑）（记为Ｐｒ）简ＶＴａ和磺化度为７的磺化聚苯乙２
ＷＡＮＧｉａｇＨａ— ｎ，ＬＩｉ— ｕｎ，ＷＡＮＧｉｈｉＩＤａ — ｕ，ＬＺａ — ｉｇｙｎｈａＪＲｕ— ａ，ＬＵｏｈｉＶｈｏｐｎ
（ｏｌｅｆＭａｅｉｌｃｅｃＣｌｇｔｒａｉｎｅ＆ＥｇｎｅｉｇｅｏＳｎｉｅｒｎ，ＮａｊｎｎｖｒｉｆＡｅｏａｔｃａｄＡｓｒｎｕｉｓｎｉｇＵｉｅｓｙｏｒｎｕｉｓｎｔｏａｔ，ｅａｅ．Ａｓｒｒｐｒｄ —
ＤｅａｅｒｐｒｄＰＶＴｎＰＳｗｅｅｔｎｍｉｅｏｐｒｐｒｌｎｍｂｒｎｓｆｒｐｒｔｎｅｈａｇｅ．ＴｈｅａｄＳｒｈｅｘｄｔｅａｅｂｅｄｍｅａｅｏｏｏｘｃｎｓｒｔｅａｄｔｒｌｓａｌｔｆａ — ｒｐａｅｏｏｘｃｎｇｅｂａｓｔｕｃｕｒｎｈｅｍａｔｂｉｉｙｏｓｐｅｒｄｐｒｔｎｅｈａｅｍｍｒｎｅｗｅｅａｌｚｄｙｒｎａｙｅｂＦｏｉｒｔａｆｒｉｆａｅｐｅｔｏｔｙａｈｅｍｏｇａｉｔｉｎａｙｉｓｗｅｌａｉｆｒｎｉｌｕｒｅｒｎｓｏｍｎｒｒｄｓｃｒｍｅｒｎｄｔｒｒｖｍｅｒｃａｌｓｓａｌｓｄｆｅｅｔａｓａｉａｏｒｍｅｒｃｎｎｎｇｃｌｉｔｙ．Ｔｈｌｃｒｃｃｄｕｔｖｔｈｅｂｅｄｅｒｏｘｃｎｇｅｍｅｂａｓｗａｅｅｅｔｉｏｎｃｉｉｙｏｆｔｌｎｄｐｏｔｎｅｈａｍｒｎｅｓｅａｕａｅｉｎｅｅｔｏｈｍｉａｒｔｔｏｖｌｔｄｕｓｎｇａｌｃｒｃｅｃｌｗｏｋｓａｉｎ．Ｒｅｕｌｓｓｗｈａｓｐｒｐａｅｒｏｎｅｈａｇｅｓｔｈｏｔｔａ — ｅｒｄｐｏｔｘｃｎｍｅｂａｓａｇｌｓｒｎｓｔｏｔｍｐｒｔｒｆａｕｔ１ｍｒｎｅｈａａｓｔａｉｉｎｅｅａｕｅｏｂｏ ℃ ａｄｔｒｌｄｃ５０ｎｈｅｍａｅｏｍｐｉｉｎｔｍ— ｏｓｔｏａＤｒｔｒｆａｕｔ２０ ℃ ．Ｗｈｅｈｏａａｉｕｌｏｔｏｔｔａｏｌｓ２：１，ｒｌｖｎｅ — ｅａｕｅｏｂｏ０ｎｔｅｍｌｒｒｔｏｏｆｓｆｎａｅｔｅｒｚｅｉｅｅａｔｂｌｎ

关于聚丙烯腈生产工艺

关于聚丙烯腈生产工艺摘要：介绍了聚丙烯腈的生产情况、工艺技术、产品应用以及市场供求情况，分析了该产品的价格趋势及竞争能力，对发展我国聚丙烯腈工业提出了建议。

介绍聚丙烯腈的性质特点、生产及加工方法和应用情况，指出了其发展前景。

关键词: 聚丙烯腈生产前景应用流程一、概述1.聚丙烯腈发展概况。

1894年，法国化学家Moureu首次提出了聚丙烯腈的合成。

直到1929年，德国的巴斯夫公司（BASF）才成功地合成了聚丙烯腈。

1942年美国的杜邦公司和德国的Herbert Rein公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺（DMF）。

1950年，在德国和美国首先实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产。

此后，各国的化学家又致力于其他溶剂的研发，如二甲基亚砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMA）、硫氰酸钠（NaSCN）浓溶液、硝酸和氯化锌溶液等。

1954年，联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与丙烯腈的共聚物制得纤维，改进了纤维性能，提高了其实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。

2.聚丙烯腈的结构。

首尾连接是聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的主要连接方式，与C≡N基相连的碳原子间隔着一个—CH2—基。

由于聚丙烯腈结构中存在极性较强体积较大的侧基——氰基，在同一大分子和相邻分子间产生斥力和引力，使的大分子活动受到极大阻碍而具有不规则的曲折和扭矩。

因此聚丙烯腈主链呈不规则螺旋状空间立体构象。

3.聚丙烯腈的性能。

聚丙烯腈有优良的耐光性，并且热稳定性高，成纤用聚丙烯腈加热至170～180℃颜色才有变化。

4.聚丙烯腈纤维的应用。

聚丙烯腈主要用途是纺制纤维。

该纤维还可以加工制成膨体纱，由于其中保存大量空气，具有高度的保暖性，可代替羊毛绒线。

聚丙烯腈纤维除民用外，在军事方面也应用广泛。

5.聚丙烯腈纤维的研发趋势及前景。

其一，是新成纤工艺研究，如采用增塑剂法，合成聚丙烯腈共聚物，以期降低聚丙烯腈大分子间的相互作用从而降低聚合物的熔点，来采用熔融纺织工艺或提高干喷湿纺工艺中纺丝浆液的浓度，达到提高成纤后原丝力学性能的目的。

丙烯腈共聚物分离膜材料的应用

纤维素酶溶液易产生酶的高活性和高保留活性；用化学键固定比静态吸收固定纤维素酶有更高的稳定性；固定化酶和未经固定化的酶相比有更好的 -. 稳定性和热稳定性。聚合物分离膜 !"H “印迹” 用印迹法（ ?@-1?<A?<+）制备的丙烯腈共聚物分离膜可用于区分手性分子、药物检测等。制备此类分离膜的基本思路是在聚合介质中加入模板分子，聚合后将模板分子除去，将在聚合物网状结构中留下模板分子的功能尺寸，同时生成的聚合物与模板分子之间存在相互作用，将此分离膜用于分离由模板分子与其它物质构成的混合物时，分离膜能识别出模板分子，从而有效地将混合物分［!"］万方数据开。
丙烯腈共聚物分离膜的制备与应用
&’()#’#*+,- #-. #))/+0#*+,-1 ,2 *3( 1()#’#*+,- 4(4$’#-(1 2’,4 #0’5/,-+*’+/( 0,),/54(’1 共聚合方法乳液聚合乳液聚合乳液聚合自由基聚合自由基聚合自由基聚合水相沉淀聚合制膜方法浇铸成膜浇铸成膜浇铸成膜相转化法相转化法相转化法相转化法用途
化、稳定性等，可用于制备性能优化优异的分离膜材料。本文重点介绍了丙烯腈共聚物分离膜材料在渗透蒸发、生物催化剂的固定、分子印迹、血液透析方面的应用。关键词丙烯腈共聚物膜分离材料渗透蒸发分子印迹酶固定化
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天津工业大学膜分离复习题

复习题1、什么是膜分离，膜材料为什么能够具有选择渗透性？膜分离是借助膜的选择渗透作用，对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。

膜材料能够选择渗透的原因： 1.膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性；2.膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附、排斥产生选择渗透性；3.被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。

2、膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点。

1.板框式膜器使用的是平板膜，其结构与板框式压滤机类似，由导流板、膜和多孔支撑板交替重叠组成。

优点：膜的组装方便、清洗更换容易，不易堵塞。

缺点：对密封要求高、结构不紧凑。

2.卷式膜器结构：由平板膜制成，在两片膜中夹入一层多孔支撑材料，将两片膜的三边密封，再在膜上铺上一层隔网，将该多层材料卷绕在多孔管上，整个组件装入圆筒形压力容器中，使用时料液沿隔网流动，与膜接触，透过膜的透过液沿膜袋内的多孔支撑材料流向中心管，然后导出。

优点：结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备费用低；缺点：浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难。

3.中空纤维膜器优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大不需要支撑材料缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高。

4.管式膜器膜器膜固定在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内结构与列管式换热器结构类似优点：能够有效地控制浓差极化，流动状态好，可大范围地调节料液的流速，膜生成污垢后容易清洗，对料液的预处理要求不高并可处理含悬浮固体的料液。

缺点：投资和运行费用较高，单位面积内膜的面积较低。

3、电渗析工作原理。

在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。

带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。

淡化室盐水中的氯化钠被除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。

聚丙烯腈与聚苯乙烯共聚生产工艺流程

聚丙烯腈与聚苯乙烯共聚生产工艺流程1.首先，需要准备好聚丙烯腈和聚苯乙烯的原料。

First, it is necessary to prepare the raw materials of acrylonitrile and polystyrene.2.然后，将两种原料按照一定比例混合均匀。

Then, mix the two raw materials in a certain proportion.3.将混合均匀的原料放入反应釜中进行共聚反应。

Put the thoroughly mixed raw materials into the reactorfor copolymerization reaction.4.在反应釜中，加入催化剂和稳定剂来控制反应过程。

Add catalyst and stabilizer into the reactor to controlthe reaction process.5.反应釜中的温度和压力需要严格控制，以确保反应的顺利进行。

The temperature and pressure in the reactor need to be strictly controlled to ensure the smooth progress of the reaction.6.当反应完成后，将产物进行冷却，形成均匀的共聚物料。

After the reaction is completed, the products are cooled to form uniform copolymer materials.7.接下来，进行共聚物料的加工和造粒处理。

Next, process and granulate the copolymer materials.8.最后，进行包装和存储，以待后续的销售和应用。

Finally, package and store the copolymer materials for future sales and applications.9.共聚生产工艺流程需要密切监控各项参数，确保产品质量。

聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺_解释说明以及概述

聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺解释说明以及概述1. 引言1.1 概述聚丙烯腈纤维是一种重要的合成纤维，在纺织、医疗和工业领域具有广泛的应用。

而聚丙烯腈纤维的预氧化过程对其后续的高温干燥、碳化等加工步骤至关重要。

因此，了解聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺对于提高纤维性能以及优化生产工艺具有重要意义。

1.2 文章结构本文将首先概述聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺的研究背景和意义。

接着，我们将详细介绍聚丙烯腈纤维的预氧化过程，并解释其中的机理。

最后，我们将概述当前使用的聚丙烯腈纤维预氧化工艺，并探讨其发展方向。

1.3 目的本文旨在系统地总结聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺方面的最新研究成果，以期为相关行业提供参考，促进相关技术与工艺的发展与创新。

同时，本文也旨在加深对聚丙烯腈纤维预氧化过程的理解，为进一步的研究提供基础。

2. 聚丙烯腈纤维预氧化机理与工艺聚丙烯腈纤维的预氧化过程是为了提高其耐热性能和炭化后的机械性能。

在这个过程中，聚丙烯腈纤维会经历高温和氧气的作用，引发一系列的物理和化学变化。

2.1 聚丙烯腈纤维的预氧化过程聚丙烯腈纤维的预氧化过程包括三个主要阶段：加温阶段、恒温阶段和冷却阶段。

加温阶段：在这个阶段，聚丙烯腈纤维会被暴露在高温条件下，通常在200°C 到300°C之间。

此时，纤维开始发生一些物理变化，如内部应力释放和链结构重排。

恒温阶段：在加温阶段结束后，将保持恒定的高温处理时间以促进进一步的反应。

这个过程中，聚丙烯腈分子中的一些功能基团会被氧原子攻击，并形成含有C-O 键和-C=O键的结构。

冷却阶段：在恒温阶段之后，将纤维冷却到室温以下。

这个过程是为了确保纤维结构的稳定性，并将其转化为预氧化纤维。

2.2 预氧化机理解释聚丙烯腈纤维的预氧化机理涉及到一系列复杂的化学反应。

在高温和氧气存在的条件下，部分聚丙烯腈分子中的亚甲基（CH2）基团会发生氧原子的攻击，形成含有C-O键和-C=O键的羰基结构。

聚丙烯腈合成工艺

聚丙烯腈纤维及其合成工艺摘要：聚丙烯腈纤维由聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%(质量百分比)的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。

丙烯腈的聚合属于自由基型链式反应，通常有丙烯腈经自由基引发剂引发聚合而成。

其聚合方法根据所用溶剂（介质）的不同，可分为均相溶液聚合（一步法）和非均相溶液聚合（二步法）。

关键词：聚丙烯腈纤维；合成工艺；均相溶液聚合；水相沉淀聚合一、前言聚丙烯腈纤维的商品名是腈纶，由聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%(质量百分比)的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。

聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛，弹性较好，伸长20%时回弹率仍可保持65%，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15%，强度比羊毛高1～2.5倍，有合成羊毛之称。

因为聚丙烯腈纤维具有柔软、膨松、不易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同的用途的要求，可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰等领域。

二、聚丙烯腈的结构和特性1、聚丙烯腈的结构聚丙烯腈自问世，因其严重的发脆、熔点高，当加热到280～290℃还未熔融就开始分解无法进行纺丝的缺点，应用受到限制。

使用第二单体与丙烯腈共聚，聚合物分子间作用力降低，克服了脆性并改善了柔性和弹性，使聚丙烯腈成为重要的合成纤维品种。

以后随着第三单体的引入，进一步改善了纤维的染色性，这样聚丙烯腈的生产才得到迅速发展。

常用的第二单体有丙烯酸甲酯(CH2＝CH-COOCH3)、甲基丙烯酸甲酯[CH2C(CH3)COOCH3]、醋酸乙烯酯(CH2＝CHOOCCH3)等中性单体，第三单体有丙烯磺酸[CH2＝C(SO3H)-CH3]、丙烯酸(CH2＝CHCOOH)、衣康酸(CH2=CHCOOHCH2COOH)等。

例：由丙烯腈、丙烯酸甲酯和丙烯磺酸聚合成的聚丙烯腈纤维的结构如下：2、聚丙烯腈的特性（1）聚丙烯腈纤维的热学性能聚丙烯腈纤维具有特殊的热收缩性，将纤维热拉伸1.1～1.6倍后骤然冷却，则纤维的伸长暂时不能恢复，若在松弛状态下高温处理，则纤维会相应地发生大幅度回缩，这种性质称为聚丙烯腈纤维的热弹性。

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聚丙烯腈／磺化聚苯醚质子交换膜的制备和性能*颜文艳1于爱丽1张秀菊2杨华军2蔡祥1谭绍早1（1.暨南大学化学系，广州 510632； 2.暨南大学材料科学与工程系，广州 510632）摘要　采用溶液共混浇铸法制备了一系列的聚丙烯腈／磺化聚苯醚（PAN／SPPO）共混质子交换膜。

结果表明，磺酸基团成功引入交换膜，共混膜有较好的相容性，没产生相分离，PAN／SPPO共混膜的吸水率和溶胀率明显降低，其热性能稳定。

与纯SPPO膜相比，虽然其质子传导率有所下降，但都在10–2～10–3S／cm数量级范围内，完全可以作为质子交换膜使用。

关键词　聚苯醚　磺化　质子交换膜　燃料电池近年来，人们对直接甲醇燃料电池（DMFC）的研究日益增多。

DMFC具有对环境友好和能量转化率高等优点，有望在不久的将来成为各个领域的动力源［1］。

质子交换膜是DMFC的心脏，理想的质子交换膜应具有较高的质子传导率、较低的甲醇渗透性、较高的力学强度、化学稳定性和热稳定性［2–3］。

目前使用最广泛的质子交换膜是杜邦公司生产的Naﬁ on膜，它具有良好的力学强度和化学稳定性，但是Naﬁ on膜的缺点也不容忽视：较高的甲醇渗透性、昂贵的价格［4–6］。

这些缺点阻止了其商业推广。

因此，开发廉价、高性能的质子交换膜成为燃料电池行业研究的重点之一。

磺化聚苯醚（SPPO）作为具有高质子传导率的膜材料，已有研究报道［7–8］。

研究发现，为了获得高的质子传导率，必须提高SPPO磺化度，但是随着磺化度的升高，SPPO在水中的溶解度增大，而且力学性能也会变差［9］。

开发SPPO的合金材料可以有效地解决这对矛盾，在保证较高的质子传导率的同时，又能获得较好的力学性能。

有文献报道［10］，聚丙烯腈（PAN）作为弹性体聚合物添加到聚膦腈中，可以改善膜的力学性能、降低膜的甲醇渗透性。

为了改善SPPO在质子交换膜领域的应用效果，笔者采用溶液共混法制备了一系列组成不同的52%磺化度的SPPO与PAN的共混膜，考察了共混膜的质子传导率和理化性质。

1　实验部分1．1　原料聚苯醚（PPO）：M w=30 000～37 000，山西蓝星化工新材料有限公司芮城分公司；三氯甲烷：分析纯，天津市科密欧化学试有限公司；氯磺酸：成都格雷西亚化学技术有限公司；N–甲基吡咯烷酮（NMP）：分析纯，精科化工科技有限公司；PAN：Mw=350 000，广州卡本复合材料有限公司。

1．2　主要设备、仪器傅里叶变换红外吸收光谱仪：EQUINOX55型，德国Bruker公司；热重分析仪器：Q500 型，美国TA仪器公司；X射线衍射仪（XRD）：D8 Advance型，德国Bruker公司；电化学工作站：Solartron SI1278–1255B型，英国Solartron公司；万能材料试验机：Zwick／Roell型，德国Zwick 公司；扫描电子显微镜（SEM）：XL30型，荷兰Philips公司。

1．3　样品的制备（1）SPPO的制备先分别用三氯甲烷溶解PPO和氯磺酸，然后在25℃下，将氯磺酸、三氯甲烷溶液在冰水中冷却一段时间后慢慢滴入到聚苯醚溶液中，1 h滴加完毕，继续反应4 h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至中性，40℃真空干燥，备用。

（2）共混膜的制备［11］共混膜的制备采用溶液共混法：以NMP为溶剂，将不同比例的SPPO和PAN配制成约10%的溶液，然后浇铸在干净的玻璃板上干燥成膜。

其中*国家自然科学基金项目（20871058，20971028，21006038）；省部（院）产学研项目（2008A010，500005，2010B090301036）；广东省自然科学基金重点项目（10251007002000000）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（21610102）收稿日期：2011–07–08以PAN／SPPO（a／b）表示共混比例，a／b为共混质量比。

所制备的样品分别表示为：PAN／SPPO (5/95)，PAN／SPPO (10/90)，PAN／SPPO (20/80)，PAN／SPPO (30/70）和PAN／SPPO (60/40)。

1．4　样品检测（1）磺化度和离子交换容量（IEC）的测试［12–14］采用酸碱滴定法测定氢离子含量，通过计算得到磺化度和IEC值。

具体方法如下：首先将膜在去离子水中浸泡24 h以除去表面多余的氢离子，并冲洗数次。

然后在NaCl溶液中浸泡24 h，冲洗数次，将洗液合并，用NaOH标准溶液滴定。

（2）质子传导率的测试用电化学工作站测试，相对湿度为100%，采用两电极法测定，频率扫描范围为1～10 MHz，交流信号振幅100 mV。

（3）热稳定性测试采用热重分析仪进行测试，先将膜烘干以去除膜中吸收的水分，然后以10℃／min的升温速率升至700℃，N2保护。

（4）吸水率和溶胀率的测试将膜于100℃真空干燥24 h，称量得到W dry，测量尺寸得到L dry，然后在去离子水中室温浸泡24 h，用滤纸拭去膜表面的水分，迅速称量得到W wet，测量尺寸得到L wet。

吸水率和溶胀率分别由以下公式1和公式2计算。

吸水率=（W wet-W dry）／W wet×100% （1）溶胀率=（L wet-L dry）／L wet×100% （2）（5）拉伸性能的测试将膜在去离子水中浸泡24 h后用滤纸拭去膜表面的水，然后在20℃测定膜的拉伸性能，标距50 mm，拉伸速度5 mm／min。

（6）抗氧化性的测试将膜置于去离子水中室温浸泡24 h后用滤纸拭去膜表面的水，然后在25℃将膜浸泡在Fenton试剂（30% H2O2＋0.003% FeSO4）中，记录膜完全碎裂的时间。

（7）XRD测试分析采用Cu Kα射线，扫描速度为1°／min，扫描范围2θ为2°～35°。

（8）SEM测试分析膜的形态结构用SEM进行表征，将膜表面喷铂后在SEM上观察其形态结构。

2　结果与讨论2．1　红外光谱图分析图1分别为PPO和SPPO的红外光谱图。

其中，PPO在1190 cm–1的强吸收带是芳醚V c-o-c的典型吸收峰，857 cm–1和1378 cm–1分别是苯环上孤立的H变形振动和甲基变形振动吸收。

磺化聚苯醚在670 cm–1和1090 cm–1处出现了中强吸收峰，这是磺酸基的伸缩振动，3400 cm–1附近出现的宽吸收峰是羟基的振动吸收峰，这些羟基基团是由于SPPO和水分子之间的氢键作用产生的。

由红外光谱图上的磺酸基团的存在证实了磺化聚苯醚的成功制备。

图1　红外光谱图2．2　质子传导率图2为膜的质子传导率。

从图2可以看出，PAN的加入使膜的质子传导率下降，且PAN的含量越高，质子传导率下降越多。

这是因为PAN中的腈基和SPPO中的磺酸基团通过共价键形成了离子交联结构，这使得磺酸基团的数量减少，且形成的交联结构阻止了质子的传输。

SPPO膜的质子传导率随着温度的升高而增加，PAN／SPPO膜随着温度的升高增加的幅度很小，可以说，这种共混膜对水的依赖性较低，这对质子交换膜很有利。

从图2可以看出PAN／SPPO膜的质子传导率都在10–3～10–2 S／cm，完全能够满足质子交换膜的要求。

a—PPO；b—PAN／SPPO（5／95）；c—PAN／SPPO（10／90）；d—PAN／SPPO（20／80）；e—PAN／SPPO（30／70）图2　膜的质子传导率2．3　拉伸强度表1列出了膜的各项理化性能。

由表1数据可以看出，加入PAN后复合膜的拉伸强度均比纯SPPO的高，纯的SPPO为10.1 MPa，当复合膜中PAN含量为20%时，拉伸强度增加到16.0 MPa，增幅达到58.4%，这主要是因为PAN本身具有较高的力学性能所致。

表1　膜的理化性质样品拉伸强度／MPa吸水率／%溶胀率／%质子交换容量／mequiv·g–1抗氧化时间／hSPPO10.14735 2.25 4.5 PAN／SPPO (5／95)13.91010 1.35 5.5 PAN／SPPO (10／90)14.83310.5 1.30 5.7 PAN／SPPO (20／80)16.028.513.5 1.13 6.0 PAN／SPPO (30／70)12.327.414.30.81＞72 PAN／SPPO (40／60)14.7 6.6 3.00.62 3.7 2．4　吸水率和溶胀率膜的质子传导率与膜的吸水率紧密相关。

膜的吸水率可以通过磺化度的增加来提高。

但是吸水率过高会使膜溶胀过度，从而大大降低其力学性能，而且也会使膜的甲醇渗透率增加，因此平衡膜的吸水率与溶胀率非常重要。

从表1中可以看出，随着PAN含量的增加，吸水率下降，这和质子传导率的结果是一样的。

同样，随着PAN含量的增加，溶胀率下降。

整体上来说，共混膜的吸水率和溶胀率比SPPO膜低很多，这对质子交换膜是有利的。

降低的原因是由于PAN中的腈基和SPPO中的磺酸基发生相互作用，使得磺酸基的数量减少所致［10］。

2．5　IEC值IEC值是离子交换容量，可以反应膜的质子传导率。

从理论上来说，IEC值和质子传导率的结果是一致的。

从表1可以看出，PAN含量的增加，IEC 值下降，原因和质子传导率下降相同，PAN中的腈基和SPPO中的磺酸基团发生作用，这样使得磺酸基团的数量减少。

2．6　抗氧化性膜的抗氧化性能代表了膜的寿命，这对膜来说是至关重要的。

膜的抗氧化性以抗氧化时间来表示，抗氧化时间越长，说明膜的抗氧化性越好，膜的使用寿命就越长，所以，膜的抗氧化性是非常重要的。

表1列出了各个膜的抗氧化时间，可以看出，PAN的加入使膜的抗氧化性有所增加。

PAN含量增加，膜的抗氧化时间增加，当PAN含量达到30%，膜的抗氧化时间超过了72 h。

这与SPPO以及PAN本身的性质有很大关系。

2．7　热稳定性图3所示为不同配比膜的热失重曲线图。

从图3可以看出，SPPO膜和共混膜都有3个明显的失重阶段。

100℃附近的降解是因为膜中的磺酸基团吸收空气中的水分造成的。

第2个失重的过程是磺酸基团的降解，纯SPPO的磺酸基团降解温度是272℃，而共混膜5／95、10／90、20／80、30／70和40／60的磺酸基团降解温度分别是260、264、269、274℃和259℃。

随着PAN含量增加，磺酸基团降解温度大致呈升高趋势；第3个阶段是高分子骨架的断裂，纯SPPO的分子主链降解温度是446℃，共混膜5／95、10／90、20／80、30／70和40／60的分子主链降解温度分别是439、447、449、448、450℃，与纯SPPO相差不大。

总体来说，PAN的加入可以略微改善复合膜的热稳定性。

a—SPPO；b—PAN／SPPO (5／95)；c—PAN／SPPO (10／90)；d—PAN／SPPO (20／80)；e—PAN／SPPO (30／70)；f—PAN／SPPO (40／60)图3　膜的热失重曲线图2．8　XRD分析图4示出膜的XRD图。