多功能梳状结构丁腈橡胶基固体聚合物电解质的制备及其性能和结构研究

The purpose in this works is to explore a new approach to the preparation of solid polymer electrolytes(SPE) and study on properties and structure of the solid polymer electrolytes. Some of multifunctional comblike polymers (nitrile rubber) XNBR-g-mPEG and XNBR-g-IL are synthesize by carboxylated nitrile rubber (XNBR) as the backbone, using poly (ethylene glycol) methyl ether (mPEG) and epoxy functionalized ionic liquids (e-IL) as the side chain, respectively. These structures of multifunctional comblike nitrile rubber are characterized by using FTIR, 1 H-NMR, DSC and elemental analysis. The solid polymer electrolytes (SPE) based on the multifunctional comblike nitrile rubber and LiClO4 were prepared and their properties are evaluated. The relationship between the structure of multifunctional comblike nitrile rubber and the properties of SPE are investigated.

开展以橡胶为基体的化学改性对制备高性能固体聚合物电解质及其性能和结构研究，具有十分重要的意义。本研究分别以聚乙二醇单甲醚和环氧功能化咪唑类离子液体为反应物，羧基丁腈橡胶为聚合物骨架，通过化学接枝反应将含有较多配位氧原子的聚氧化乙烯分子链和具有良好离子导电性且能提高金属盐溶解能力的离子液体分子引入到丁腈橡胶分子主链上，制备出两种多功能梳状结构的丁腈橡胶，并将其应用于聚合物/金属盐复合型聚合物固体电解质体系,以获得离子导电性能和其他综合性能优异的高性能聚合物固体电解质材料。通过本项目的研究，提出一种制备高性能聚合物基固体电解质材料的新方法。同时，通过研究该橡胶基多功能梳状聚合物固体电解质材料结构与性能的关系、探索其离子导电机理和模型，为制备高性能聚合物基固体电解质材料奠定基础。

本项目通过环氧化橡胶与羧基化聚乙二醇单甲醚或羧基化离子液体之间的开环酯化反应，分别将含有较多配位氧原子的聚氧化乙烯分子链和具有良好离子导电性且能提高金属盐溶解能力的离子液体分子接枝到橡胶（ENR、XNBR、ENBR）分子主链上，制备出了多功能梳状结构的橡胶基体，系统地研究了制备过程的化学反应动力学特性和制备工艺条件，并将其作为聚合物/金属盐复合型聚合物固体电解质体系的基体材料, 获得了离子导电性能和其他综合性能优异的高性能聚合物固体电解质材料，对其离子导电性能、力学性能、动态机械性能、热稳定性等性能进行了研究，探讨了材料的结构及其与性能的关系。通过本项目的研究，提出一种制备高性能聚合物基固体电解质材料的新方法。同时，通过研究该橡胶基多功能梳状聚合物固体电解质材料结构与性能的关系、探索其离子导电机理和模型，为制备高性能聚合物基固体电解质材料奠定基础。 .值得关注的是，研究结果表明，该多功能梳状结构的橡胶基体的化学结构是以碳链橡胶为主链，离子液体或聚乙二醇为支链的羟基酯，其本身可形成离子簇（Rubber-g-IL体系）、氢键或配位效应（Rubber-mPEG体系）自交联，其交联体系稳定、可控，从而改变了橡胶传统的配合方式，不添加硫化剂和促进剂就可使橡胶基体实现交联，避免了小分子配合剂及分解物残留在复合固体电解质材料中，影响材料的离子导电性能的稳定性，对于橡胶基体的固体电解质材料制备来说是一个最为理想的选择。另外，本研究所采用的方法简便，过程容易控制，原材料来源广泛。所得到的材料具有良好的力学性能和离子导电性能。具有良好的应用前景。