آمیخته پلی وینیل الکل-پلی‌اترسولفون سولفون‌دار شده برای کاربرد در غشای تبادل پروتون

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، پژوهشکده مهندسی کامپوزیت، صندوق پستی 1774-15875

چکیده

غشاهای تبادل پروتون، به ­عنوان جزء اصلی محرک ­های کامپوزیتی، نقش مهمی را ایفا می ­کنند که در سال­ های اخیر، مورد توجه ویژه دانشمندان قرار گرفته ­اند. در این پژوهش، آمیخته پلی ­وینیل­ الکل-پلی‌اترسولفون سولفون دارشده در مجاورت عامل شبکه ­­ساز گلوتارآلدهید، برای مطالعه خواص یونی و مکانیکی برای کاربرد در کامپوزیت ­های پلیمری یونی-فلزی ساخته شد و اثر نسبت ترکیب دو پلیمر و مقدار گلوتارآلدهید بر خواص یونی و مکانیکی بررسی شد. بدین منظور، ابتدا پلی­ اترسولفون با استفاده از کلروسولفونیک اسید، سولفون دار شد. سپس، در نسبت­ های مختلف با پلی­ وینیل ­الکل ترکیب شد. در نهایت، برای کنترل تورم پلی­ وینیل­ الکل، عامل شبکه ­­ساز گلوتارآلدهید به ترکیب اضافه شد. با استفاده از روش تیترکردن، درجه سولفون دارشدن پلی­ اترسولفون %26 به­ دست آمد. مقدار جذب آب غشاهای مختلف، با افزایش پلی­ اترسولفون سولفون دارشده و گلوتارآلدهید، روند کاهشی نشان داد و در کمترین مقدار %18بود. افزایش نسبت GA/PVA (نسبت گلوتارآلدهید به پلی­ وینیل­ الکل) از 0.03 به 0.06 در ظرفیت تبادل یون اثر چندانی نداشت. اما، باعث کاهش هدایت پروتون در هر ترکیب شد. با افزایش نسبت SPES/PVA (نسبت پلی­ اترسولفون سولفون دارشده به پلی­ وینیل ­الکل) به دلیل وجود بیشتر گروه ­های سولفونیک اسید، ظرفیت تبادل یون و هدایت پروتون افزایش یافتند که بیشترین مقدار به­ دست آمده به ترتیب 0.62meq/g و 2.63mS/cm بود. با انجام آزمون کشش و استخراج داده­ های مربوط مشخص شد، ترکیب حاوی %70 پلی­ اترسولفون سولفون دارشده با نسبت GA/PVA برابر 0.06، دارای بیشترین استحکام مکانیکی و مدول یانگ به ترتیب 30.86 و 104.18MPa است و با افزایش پلی­ اترسولفون سولفون دارشده، غشاها رفتار مکانیکی چقرمه­ تری نشان دادند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Polyvinyl Alcohol-Sulfonated Polyethersulfone Blend for Application in Proton-Exchange Membranes

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Askari
  • Mehrzad Mortazaei
  • Mohamad Reza Pourhossaini
  • Sanaz Solimannia
Department of Composite Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing Processes, Malek Ashtar University of Technology, P.O. Box: 15875-1774, Tehran, Iran
چکیده [English]

In recent years, proton-exchange membranes as the main components of composite actuators have been paid special attention because of their important role in membrane technology. Polyvinyl alcohol was blended with sulfonated polyethersulfone in the presence of glutaraldehyde as crosslinking agent. The effect of the blend ratio and glutaraldehyde content on the ionic and mechanical properties of the blend was studied. For this purpose, polyethersulfone was sulfonated by chlorosulfonic acid. The sulfonated sample was blended with polyvinyl alcohol in different ratios, and in order to control the water uptake of polyvinyl alcohol, glutaraldehyde was added into the blend mixture. Degree of sulfonation of polyethersulfone measured by titration method was found to be 26%. By increasing the sulfonated polyethersulfone and glutaraldehyde contents, the water uptake of membranes indicated a decreasing trend with a minimum of 18%. The higher glutaraldehyde/polyvinyl alcohol (GA/PVA) ratio from 0.03 to 0.06 had not much effect on the ion exchange capacity but reduced its proton conductivity. With increasing the sulfonated polyethersulfone/polyvinyl alcohol (SPES/PVA) ratio, the sulfonic acid groups were increased, and therefore, the ion exchange capacity and proton conductivity were both increased to their maximum values of 0.62 meq/g and 2.63 mS/cm. Tensile test results showed that the blend containing 70% sulfonated polyethersulfone with the GA/PVA ratio of 0.06, had the maximum mechanical strength and young modulus of 30.86 and 104.18 MPa, respectively. Besides, each membrane showed a tougher behavior when the sulfonated polyethersulfone content was increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • proton conductivity
  • polyvinyl alcohol
  • sulfonated polyethersulfone
  • crosslinking agent
  • water uptake