含侧基和醚键的聚苯并咪唑及其制备方法与应用的利记博彩app
【专利摘要】本发明属于高分子材料及其合成的【技术领域】。制备是用含有侧基的双酚化合物、对卤苯甲腈反应，丙酮重结晶得到含有侧基和醚键的二腈单体；含有侧基和醚键的二腈单体溶液加入氢氧化钾进行水解，1,4-二氧六环重结晶得到含有侧基和醚键的二酸单体；将含有侧基和醚键的二酸单体和3,3’-二氨基联苯胺单体溶解于五氧化二磷-甲烷磺酸溶液中反应，经后处理得到含有侧基和醚键的聚苯并咪唑。产物可用于制备燃料电池质子传导膜。本发明制得的含有侧基和醚键的聚苯并咪唑在有机溶剂中有较好的溶解性，便于制备高性能的薄膜；并在基本保持共混膜的质子传导率的同时，对膜材料的尺寸及氧化稳定性和甲醇渗透性能有较好的改善。
【专利说明】含侧基和醚键的聚苯并咪唑及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料及其合成的【技术领域】，具体涉及含侧基和醚键的聚苯并咪唑及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]聚苯并咪唑(PBI)是ー类具有优异的热稳定性、机械性能和阻燃性能的特种工程塑料，可作为高温结构胶粘剂、高強度纤维、泡沫材料、耐焰织物、耐热薄膜和增强塑料等广泛应用于航空航天工业等高【技术领域】。近年来，磺化或磷酸掺杂聚苯并咪唑在高温燃料电池用质子交换膜领域的应用研究也获得了重要进展。但PBI具有制备エ艺复杂、加工困难及价格昂贵等缺点，使这类高性能材料的应用受到了限制。
[0003]聚苯并咪唑分子结构的高強度及其分子间较强的氢键作用，使其在有机溶剂中的溶解性很差，从而导致加工困难，限制了聚苯并咪唑作为薄膜和涂层等材料的应用。在刚性的聚苯并咪唑的分子结构中引入醚键等柔性链段或破坏分子链规整性的侧基，可以制备具有良好的溶解性和热稳定性的聚苯并咪唑，同时聚合物也具有较好的成膜性和很高的力学強度。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，聚苯并咪唑分子在有机溶剂中溶解性很差限制其作为薄膜和涂层等材料的应用的缺陷。本发明提供了一种含侧基和醚键的聚苯并咪唑及其制备方法与应用。
[0005]本发明的技术方案是，首先合成具有侧基和醚键结构的ニ酸单体，再与四胺单体缩聚，在聚苯并咪唑主链结构 中引入侧基和醚键，制得含侧基和醚键的聚苯并咪唑；将所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑溶解于有机溶剂中，制得聚苯并咪唑薄膜；或将所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑与磺化聚醚醚酮通过溶液共混制得了具有不同聚苯并咪唑含量的磺化聚醚醚酮/聚苯并咪唑共混薄膜作为高性能质子传导膜。
[0006]本发明的具体技术方案如下。
[0007]一种含侧基和醚键的聚苯并咪唑，其结构式如下:
[0008]
【权利要求】
1.一种含侧基和醚键的聚苯并咪唑，其结构式如下:
2.—种权利要求1的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的制备方法，由以下步骤组成: (O将含有侧基的双酚化合物用有机溶剂溶解并加入无水碳酸钾，于150°C回流I-3小时，加入对卤苯甲腈，于160°C反应3-24小时后用丙酮重结晶得到含有侧基和醚键的二腈单体；其中含侧基的双酚化合物、无水碳酸钾，对卤苯甲腈及有机溶剂的摩尔比为I: 2-2.5: 2-2.5: 32-33 ;所述的有机溶剂，是N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，N, N- 二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮和丙酮中的一种或多种； (2)将所述含有侧基和醚键的二腈单体溶解于乙醇-水混合溶剂中，并加入氢氧化钾进行水解，水解完全后，用盐酸调节溶液的pH值为I-6后，用1，4-二氧六环重结晶，得到含有侧基和醚键的二酸单体；其中含有侧基和醚键的二腈单体、氢氧化钾、乙醇和水的摩尔比为 1: 5 -50: 0.9 -1: 3 -3.1 ; (3)在氮气保护下，将所述含有侧基和醚键的二酸单体和3，3’- 二氨基联苯胺单体溶解于五氧化二磷-甲烷磺酸溶液中，于80-120°C持续I-3小时后，再于130-180°C反应3-4小时，得到黏稠溶液；将所述黏稠溶液倒入冰水中得到细丝状聚合物；所述细丝状聚合物经粉碎、洗涤后在质量分数为10%的碳酸氢钠溶液中浸泡48小时，用去离子水洗涤至中性后先于80°C真空干燥24小时，再于120°C真空干燥12小时，得到含有侧基和醚键的聚苯并咪唑；含有侧基和醚键的二酸单体、3，3’ - 二氨基联苯胺单体、五氧化二磷和甲烷磺酸的摩尔比为1:1: 16: 2.3-2.4。
3.根据权利要求2所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的制备方法，其特征是，所述的对卤苯甲臆，是对氟苯甲腈或对氯苯甲臆。
4.根据权利要求2或3所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的制备方法，其特征是，所述的含有侧基的双酚化合物，结构式为:
5.一种权利要求1的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的应用，用于制备燃料电池质子传导膜。
6.根据权利要求5所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的应用，其特征是，所述的制备燃料电池质子传导膜，是用含侧基和醚键的聚苯并咪唑溶于有机试剂制膜；或者是用含侧基和醚键的聚苯并咪唑与磺化聚醚醚酮通过溶液共混制膜。
7.根据权利要求6所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的应用，其特征是，所述的用含侧基和醚键的聚苯并咪唑溶于有机试剂制膜，过程如下:将含侧基和醚键的聚苯并咪唑以I: 10的固液比溶解在有机试剂中，在60°C搅拌条件下使聚合物溶解成粘稠的溶液，将粘稠的溶液倾倒在玻璃板上，并在80°C下烘12小吋，120°C下烘12小时，冷却至室温得到可溶性醚键的聚苯并咪唑薄膜材料；所述的有机试剂，是ニ甲基亚砜、N，N-ニ甲基こ酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
8.根据权利要求6所述的含侧基和醚键的聚苯并咪唑的应用，其特征是，所述的用含侧基和醚键的聚苯并咪唑与磺化聚醚醚酮通过溶液共混制膜，方法如下:将磺化聚醚醚酮、含侧基和醚键的聚苯并咪唑及有机溶剂于60°C搅拌5小时后再超声30分钟，用200目的尼龙网筛过滤，得到透明的滤液；所述的有机溶剂为ニ甲基亚砜，N，N-ニ甲基こ酰胺或N-甲基吡咯烷酮；将所述滤液倾倒在玻璃板上，分别于80°C和120°C各干燥12小时，得到磺化聚醚醚酮/聚苯并咪唑共混燃料电池质子传导膜；其中磺化聚醚醚酮、含侧基和醚键的聚苯并咪唑的质量比为95?80: 5?20 ;磺化聚醚醚酮、含侧基和醚键的聚苯并咪唑的总质量与有机溶剂的质量比为·1: 10。
【文档编号】H01M8/02GK103435804SQ201310400906
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】刘佰军, 于云武, 凤鹏举, 姜振华 申请人:吉林大学