RAFT聚合法合成磺化聚醚醚酮膜的结构与性能研究

"这篇论文是2014年发表在《高等学校化学学报》上的科研成果，主题涉及可逆加成-断裂链转移自由基聚合法（RAFT）用于合成磺化聚醚醚酮（SPEEK）的梳型结构。研究者使用带有双硫酯取代基的聚醚醚酮作为大分子链转移剂，通过调控单体、链转移剂和引发剂的比例（50:4:1），在70℃下反应24小时，成功合成了不同接枝率的磺化聚醚醚酮（g-SPEEK）。实验结果显示，所得到的聚合物膜具有1.312 mmol/g的离子交换容量和43.51%的吸水率，同时溶胀率低（5.05%），优于Nafion膜。热重分析（TGA）表明g-SPEEK具有良好的热力学稳定性，并且其抗氧化性能与Nafion膜相当。此外，这种梳型结构的g-SPEEK在相同离子交换容量下，展现出比主链型SPEEK更优的质子传导性能。该研究受到国家自然科学基金和福建省多项科研项目的资助。" 本文探讨的核心知识点包括： 1. **可逆加成-断裂链转移自由基聚合（RAFT）**：这是一种先进的聚合技术，可以实现对聚合过程的精确控制，适用于各种单体，且在聚合过程中不依赖于金属催化剂，避免了金属残留问题。 2. **磺化聚醚醚酮（SPEEK）**：SPEEK是一种高性能的热塑性共聚物，具有优异的耐热性、机械性能和化学稳定性，常用于制备燃料电池和离子交换膜等应用。 3. **梳型聚合物**：与线性聚合物相比，梳型聚合物拥有更多的支链，这使得它们在离子传导、溶胀行为和热稳定性等方面可能表现出独特的性质。 4. **链转移剂**：在RAFT聚合中，链转移剂是关键成分，它能控制聚合物的分子量分布和结构，确保聚合过程的可控性。 5. **离子交换容量**和**吸水率**：这两个参数是评估离子交换膜性能的重要指标，反映了聚合物膜在水溶液中的离子交换能力和吸湿能力。 6. **热力学稳定性**：通过TGA分析，研究者确定了g-SPEEK在高温下的稳定性，这对于其在实际应用中的耐用性和可靠性至关重要。 7. **质子传导性能**：在燃料电池等应用中，聚合物膜的质子传导性能是决定其电化学性能的关键因素，梳型g-SPEEK在相同离子交换容量下表现更优，显示出其潜在的高效性能。 8. **实验条件优化**：通过调整单体、链转移剂和引发剂的比例，以及反应温度和时间，可以控制接枝率和聚合物的最终性能。 9. **与Nafion膜的比较**：Nafion是一种广泛使用的商业化离子交换膜，g-SPEEK在溶胀率和抗氧化性方面与其相当，但在某些性能上有所提升，表明其有潜力成为Nafion的替代材料。 10. **科研资助**：这项研究得到了国家自然科学基金和福建省多个科研项目的资金支持，体现了该领域研究的学术价值和实际意义。