Page 76 - 《精细化工》2020年第1期

·62· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

应。只含 BPO 引发剂时，膜内聚合苯乙烯链与线性 换膜进行了微观结构分析，图 3 为原子力显微镜图。
4+
PVDF 链形成半互穿网络，PVDF 结构中 F 原子没有 图中颜色较暗部分为经 Pt 染色的亲水基团，颜色
变化；而 AIBN 引发剂使 F 原子脱去，引入苯乙烯， 较亮部分为疏水相。从图 3 发现，PVDF-4 离子交换
所以 F 原子数目减少，吸收峰强度减弱。 膜中亲水基团较多，这些亲水基团可以构成亲水性
2.4 AFM 分析 纳米通道，离子利用这些纳米通道进行迁移。而
用 AFM 对 PVDF-1、PVDF-3、PVDF-4 离子交 PVDF-1 和 PVDF-3 中亲水相较少。

图 3 PVDF-1(a)、PVDF-3(b)和 PVDF-4(c)阳离子交换膜原子力显微镜图
Fig. 3 AFM images of PVDF-1(a), PVDF-3 (b) and PVDF-4 (c) cation exchange membranes

2.5 膜电阻分析
膜电阻分析是离子交换膜的一项重要性能指
标，表示为单位膜面积所具有的电阻（ Ωcm 2 ）。图
4 给出含不同引发剂及其不同含量的离子交换膜的
膜电阻。图中显示 PVDF-7 离子交换膜的膜电阻最
小，为 4.2 Ωcm 2 ，此时 AIBN 含量为 0.25 g、BPO
含量为 0.1 g，当 AIBN 含量减少 BPO 含量增加时，
膜电阻增大。这是由于 BPO 作为引发剂使苯乙烯与
PVDF 形成半互穿网络聚合物，且离子通过水的渗

透穿过膜，而聚合物网状结构会限制水的渗透，即
图 5 含不同引发剂及其不同含量的离子交换膜的 IEC
限制离子通过膜，从而使膜电阻增大。 Fig. 5 IEC of different ion exchange membranes with

different initiators and contents

当 AIBN 含量为 0 时，PVDF-1 和 PVDF-2 离
子交换膜内只有 BPO 起作用发生交联反应，使膜
内形成半互穿网络结构，且 PVDF-1 离子交换膜的
IEC 比 PVDF-2 离子交换膜的 IEC 低 1.42%，说明
形成半互穿网络结构对提高离子交换膜的 IEC 有
积极作用。
当 AIBN 含量为 0.15 g 时，苯乙烯开始接枝在
PVDF 链上，BPO 的存在使部分苯乙烯发生自聚且

图 4 含不同引发剂及其不同含量的离子交换膜的膜电阻 相互交联形成网状结构，此时膜中既存在半互穿网
Fig. 4 Membrane resistance of different ion exchange 络结构又存在与线性 PVDF 链直接相连的苯乙烯。
membranes with different initiators and contents
由于 AIBN 热分解所需的能量更低，苯乙烯优先接
2.6 IEC 和含水率分析 枝在 PVDF 链上，然后再形成半互穿网络使膜结构
IEC 提供了膜中电荷密度的信息，这是影响膜电 紧密。PVDF 膜的网状结构越紧密则膜的磺化度越
导率和输运性能的一个重要因素。图 5 为不同 AIBN 低，引入的离子交换基团减少，IEC 值降低，所以
和 BPO 含量下离子交换膜的 IEC 值。 PVDF-4 的 IEC 比 PVDF-5 的 IEC 低 0.14 meq/g。