全氟磺酸树脂

全氟磺酸树脂（Nafion-H）是现在已知的最强固体超强酸，具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。全氟磺酸树脂作为绿色固体酸催化剂，对许多反应有较好的催化活性和选择性1。

基本概述一般是将带有磺酸基的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯进行共聚，得到全氟磺酸树脂。由于Nafion-H分子中引入电负性最大的氟原子，产生强大的场效应和诱导效应，从而使其酸性剧增。与液体超强酸相比，用作催化剂时，易于分离，可反复使用。且腐蚀性小，引起公害少，选择性好，容易应用于工业化生产。

全氟磺酸树脂的三相微观结构如右图，全氟磺酸树脂是一种离聚物，形成一种有序的三相微观结构，其氟碳主链形成憎水的主体，磺酸基团成为亲水的离子簇，介于这两相之间是界面区。含水的离子簇分散在树脂的基体中，离子簇之间以通道相连，离子和水分子可以通过离子簇之间的通道进行传递。

主要反应研究在95%乙醇中废弃的全氟磺酸树脂膜(简称PFSR)催化松香树脂酸异构化反应，直接结晶分离枞酸的可行性。结果表明,在常压加热反应条件下，PFSR能够较好地催化松香树脂酸的异构化反应；催化剂用量和反应温度对树脂酸异构化反应速度和异构反应平衡溶液中枞酸相对含量有较大的影响;在松香质量为20 g，溶剂体积为20 mL,PFSR用量为松香质量的20%，反应溶液沸腾温度条件下反应5 h，树脂酸异构反应达到平衡，枞酸相对含量高达78%；过滤分离回收催化剂后，将异构松香溶液直接冷却结晶，析出枞酸粗产品，再在95%乙醇中重结晶提纯3次，得到纯度为95%、产率为35%的枞酸。

性能及后处理热熔融加工性能全氟磺酸树脂通常都是在加热到熔融状态后（一般温度控制在160-230℃之间）进行挤塑成膜的，成单膜后还需加热到软化状态进行复合和增强，所以作为全氟离子膜主要基体材料的全氟磺酸树脂必须具有能熔融加工的性能。和形态的全氟磺酸树脂不能适应熔融加工的要求，只有带有末端基团为的全氟磺酸树脂适合熔融加工，基团本身不具有离子交换功能，它很容易通过与氢氧化钠水溶液反应转变成基团2。

热稳定性全氟磺酸树脂具有良好的热稳定性，它可以在200℃左右的温度下长时期保持稳定。起始分解温度是指材料在受热状态下随温度上升其质量开始发生变化的温度。一般取样品质量减少达到1%时的温度作为它的起始温度。全氟磺酸树脂起始温度多在310℃以上。

后处理对溶液聚合所得共聚物可采用降低温度和加入水等其他溶剂的办法降低其在介质中的溶解度，使之完全析出。由于在聚合过程中会产生一些热不稳定的羧酸或酰氟型端基，同时也还会由于聚合过程中不可避免的一些链转移作用存在少量的低聚物，因而与溶剂分离之后的聚合物不宜直接进行干燥、造粒和加工，必须进行必要的端基稳定化处理，以得到高质量的聚合物。

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李斌 - 副教授 - 西南大学