DIC FZ-2140

磺化聚苯硫醚砜膜的耐候性

质子交换膜燃料电池(PEMFC) 内部的工作环境十分复杂和苛刻，集强酸、强氧化还原以及操作温度、相对湿度的周期性变化于一身，这对燃料电池的关键组件——质子交换膜形成了严峻挑战。因此，到目前为止仍没有令人满意的PEMFC 用质子交换膜材料。虽然被认为是用于PEMFC 的标准质子交换膜，但由于其自身固有缺陷如高燃料渗透率和高成本等限制了其广泛应用。磺化芳聚物由于廉价易得、性价比高而被广泛认为有望在PEMFC 中获得应用。然而，这些替代材料在极性溶剂中过度的溶胀行为导致了较差的热机械稳定性，日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 也阻碍了其顺利发展。因此，调变微观结构、改善热机械稳定性，也是燃料电池研究领域中一个研究热点。磺化芳聚物的主链通常由苯环和连接苯环的醚键、羰基、酰胺基或砜键等交替连接而成。其中聚苯硫醚砜(PPSS) 的主链是由硫醚键、苯环和砜基交替连接而成的一种玻璃化转变温度很高的改性工程塑料，相当于在特种工程塑料聚苯硫醚(PPS) 的分子主链中引入了强极性砜基，因而具有比PPS 更加优良的热稳定性、耐冲击及弯曲性能。进一步引入磺化基团，可以同时改善PPSS 的亲水性和离子导电能力，并拓展其在燃料电池、渗透膜、离子交换等领域的应用范围[10]。与磺化聚醚醚酮、磺化聚芳醚砜等其它磺化芳聚物材料相比，目前关于磺化PPSS 在燃料电池中的应用研究还比较少。

日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 力学稳定性

膜的力学性能是一个重要的指标。如果没有足够强的力学性能，膜很容易被撕裂甚至溶解而失效。考察了磺化PPSS 膜的力学性能在6，7，9，10 月份共5 个月期间内的力学稳定性。随着时间的延长，膜的力学性能如拉伸弹性模量和拉伸强度均表现出了先降低后增加的变化趋势，7 月份*低，而断裂伸长率总体上随着时间的增加而增加。原因可能在于，随着时间的延长，膜中的部分硫醚键在周围空气中氧气的氧化作用下，发生了缓慢氧化反应而变成了更稳定的砜键，所以拉伸弹性模量和拉伸强度总体呈现上升趋势。7 月份有一个低谷，日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 原因可能是因为7 月份湿度较高，因而力学性能也有所降低。进入9 月份后，日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 随着环境中湿度的降低，力学性能则又进入了上升阶段。断裂伸长率则是呈逐渐上升趋势，6，7，8月份受湿度影响增幅略大，进入9 月份后，湿度降低后，断裂伸长率的增加缓慢，因为空气中的少量水分具有增塑剂的作用。

日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 热稳定性

磺化芳聚物的TG 曲线通常经历3 个阶段的热分解过程[20]，其中在270～300℃之间的热重损失与磺酸基团的分解相对应，据此，可计算出样品的磺化度。根据TG 曲线，可计算得到膜的磺化度约为52%，该结果与给定的磺化度50% 基本吻合。同时，磺化PPSS 膜在初始的4 个月热稳定性没有明显变化，表现了较好的耐候性。即使在高湿的7月份也没有明显降低。到了10 月份，日本油墨 DIC FZ-2140 PPS 膜在270℃和440℃之间的热稳定性则表现出了略微升高，意味着磺酸基的稳定性得以改善。原因可能是由于膜内部分硫醚键缓慢氧化变成了砜基，该官能团可以通过苯环共轭体系吸引磺酸基上的电子，并与磺酸基形成更大的共轭体系，降低了磺酸基上的电子密度，从而改善了磺酸基的稳定性。

磺化PPSS 膜的热、力学稳定性随着时间的延长而增加，可能的微观结构原因在于膜中部分硫醚键的缓慢氧化变成了砜键，该化学键可以降低磺酸基的电子密度并形成共轭体系，改善了磺酸基的稳定性。

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