【科学课件】聚苯并咪唑的合成和表征
A-O-34_新型可溶性聚苯并咪唑的合成与性能研究
新型可溶性聚苯并咪唑的合成与性能研究 徐静，刘程 ，蹇锡高（大连理工大学高分子材料系，大连市中山路158号42信箱，116012） 关键词: 聚苯并咪唑 二氮杂萘酮 耐热性 溶解性聚苯并咪唑（Polybenzimidazole ）是一类重要的特种工程塑料，具有优异的热稳定性、阻燃性、耐腐蚀性和机械性能等特点[1-2]，广泛应用于航空航天、电子电气等领域。
聚苯并咪唑通常具有刚性的主链结构，导致其具有很高的熔点以及溶解性差的缺点，如商品化的聚苯并咪唑是由间苯二甲酸和3,3’-二氨基联苯二胺缩聚合成的，具有刚性结构，而且加工性差，使其应用范围受到一定的限制。
在分子主链中引入柔性基团（如醚键、砜基、烷基等）[3-5]或体积较大的基团[6]等可以改善聚苯并咪唑的溶解性，但会降低其耐热性能；也有文献报道了将咪唑环上的氢进行芳环取代可以提高聚苯并咪唑的耐热和氧化稳定性[7]；除此之外，在聚合物主链中引入芳杂环结构可以提高聚合物的耐热性能，如吡啶、三唑等[8]。
本文通过在聚苯并咪唑的分子主链中引入扭曲、非公平面二氮杂萘酮联苯结构，以改善其溶解性能，同时赋予其优异的耐热性，报道了一系列新型含二氮杂萘酮联苯结构的聚苯并咪唑均聚物和共聚物的合成、表征和性能。
PPBI NH N NN H O N N O n N H N N H N NN HH NN O N N O coPPBI m n Scheme 1 Structures of polybenzimidazole containing phthalazinone moiety (PPBI and coPPBI ) 本文采用溶液缩聚法合成聚苯并咪唑，以自制的二酸单体4-[4-（4-羧基苯氧基）苯基]-2-（4-羧基苯基）二氮杂萘-1-酮（DHPZ-DA ），为二酸单体，与3,3’-二氨基联苯胺（DAB ）进行缩聚反应，制备了含二氮杂萘酮联苯结构聚苯并咪唑均聚物（PPBI ）；并以DHPZ-DA 和间苯二酸（IPA ）为二酸单体，采用不用摩尔配比，与DAB 进行共缩聚（coPPBI ），制备了一系列具有不同二氮杂萘酮联苯结构含量的聚苯并咪唑共聚物。
聚苯并咪唑的合成及应用研究进展
V ol 36N o 8 36 化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S 第36卷第8期2008年8月作者简介:马涛(1978-),男,兰州大学高分子化学与物理专业在读博士,师承李彦锋教授,从事于耐高温高分子材料的研究。
联系人:李彦锋。
聚苯并咪唑的合成及应用研究进展马 涛 李彦锋* 赵 鑫 邵 瑜 宫琛亮 杨逢春(兰州大学化学化工学院,兰州大学生物化工及环境技术研究所,兰州730000)摘 要 介绍了国内外有关聚苯并咪唑高分子材料的研究状况。
论述了聚苯并咪唑的发展,二元酸和四胺单体的合成方法、聚合工艺、种类及国内外应用状况,并对聚苯并咪唑的发展方向和研究热点进行了分析。
关键词 聚苯并咪唑,单体合成,聚合,应用Progress on synthesis and application of polybenzimidazolesM a Tao Li Yanfeng Zhao Xin Shao Yu Go ng Chenliang Yang Feng chun (College of Chemistr y and Chemical Eng ineering ,Institute of Biochemical Eng ineering &Environmental Technolog y,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000)Abstract T he pro g ress of polybenzim idazoles was reviewed.T he char act er o f polybenzimizo les on phylog eny ,monomer,poly merization technolog y,and applicatio ns w ere detailedly descr ibed,meanwhile,the develo pments of po ly benzim izo les w ere obviously presented.Key words po ly benzimidazo le,monomer sy nthesis,polymer ization,applicat ion随着航天技术的发展,特别是航天器飞行速度和有效载荷与结构质量比的提高,耐高温先进复合材料正在成为最主要的航天结构新材料。
含有吡啶环的可溶型聚苯并咪唑共聚物的合成及表征
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｃｏ ｌ ｍ ｅ ｓ ｃ ｎｔ ｉ ｎ ｒｄｉ ｅ ｒｎｇｓａ ｅ ｓ ｎｔ ｓｚ ｄ ｂｙ ｔ ｏｌ ｉ ｎ ｐｏ ｙｃ ｎｄ ｎｓ ｔｏ ｆ３， ｓｒｃ ： ｐｏ ｙ ｒ ｏ ａｎｉ ｇ ｐｙ ｉ ｎ ｉ ｒ ｙ ｈｅ ｉｅ ｈｅ ｓ ｕｔｏ ｌ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ３ 一
近几 十年来 ， 随着机 械 、 电子 、 航空 等尖 端行 业对 耐热 高分 子材 料需 求 的快速 增加 ， 杂环类 聚 合物 材料 芳 的研 究得 到 了迅 猛发 展 ， 形成 了聚 酰亚胺 （ Ｉ 、 苯并 咪唑 （ Ｂ ） Ｐ ）聚 Ｐ Ｉ 以及 聚 吡 咙 （ Ｐ ） 含 杂环 的高 分子 化 合 Ｐ ｙ等 物 ， 在实 际 中得 到 了广 泛 的应 用 Ｌ 。一 般 而言 ， 有 Ｎ、 并 １ ］ 含 Ｏ等 杂原子 的芳 香环 结 构具有 优 异 的热 稳定 性 、 化 学稳定 性 ， 的还 具有 良好 的极 性 和介 电性 能 。同时 ， 有 含有 杂环 和芳 环 的高分 子材 料 由于分 子链 刚性 很大且
应 的基础上 ， 入含有 吡 啶环 的新单体 —— ２ ３ ５ ６四氨基 吡 啶（ Ｐ ， 成 了一 种新 型可 溶性共 聚 型聚 苯 加 ， ， ，一 ＴＡ ） 合
并 咪唑 。实验 表 明 ， 用 Ｄ 使 ＡＢ、 Ｐ、 ， 二羧 基 二苯 醚 （ Ｃ Ｅ ３种 单体 可 以在 较低 温 度 的 条件 下 合 成 ＴＡ ４ ４＿ ｒ Ｄ ＤＰ ）
ＰＩ Ｂ 。２年后 ， ｇ ｌ 阳 备 了具 有 优异热 性能 的 Ｐ Ｉ 聚合 物 。上述研 究 中所 合成 的 Ｐ Ｉ Ｖｏ ｅ 等口 制 Ｂ类 Ｂ 均具有 较好 的
具有烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期具有烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征朱泰忠1，张良1，黄泽权1，罗伶萍1，黄菲1，薛立新1，2（1 浙江工业大学化工学院膜分离与水科学技术中心，浙江 杭州 310014；2温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）摘要：磷酸（PA ）掺杂聚苯并咪唑（PBI ）以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs ）的首选材料。
然而，由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率，导致膜的质子传导性能不佳，电池冷启动困难。
因此，研发可在宽温湿度范围内高效运行的高温质子交换膜成为当前挑战。
特别是拓宽其低温运行窗口、实现冷启动对这类质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域的实际应用具有重要意义。
本文通过多聚磷酸溶胶凝胶工艺与内酯开环反应设计并合成了一系列磷酸掺杂的具有柔性烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜。
重点探究了烷基磺酸的引入以及侧链长度对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律。
研究结果表明，所制备的质子交换膜具有凝胶型自组装片层堆叠的多孔结构，有利于吸收大量磷酸并提供质子快速传输通道。
其中，PA/PS-PBI 展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能。
特别是常温下，其质子传导率从原膜的0.0286S/cm 提升至0.0694S/cm 。
80℃下，其质子传导率从原膜的0.1117S/cm 提升至0.1619S/cm 。
200℃下，其质子传导率从原膜的0.2609S/cm 提升至0.3578S/cm 。
此外，该膜在80℃和0%相对湿度（RH ）条件下仍可具有与Nafion 膜在100%RH 时相当的质子传导率，为打破质子交换膜经典定义、实现宽温域（25~240℃）运行提供新的方案。
聚苯并咪唑树脂的合成与性能研究
II
聚..............................................1
1.1 聚苯并咪唑树脂的概述.....................................................................................................1 1.2 聚苯并咪唑的发展概况.....................................................................................................1 1.3 合成聚苯并咪唑的主要单体与工艺.................................................................................3
学校代码 10530 分 类 号 O633.5
学 号 200706020975 密级
硕士学位论文
聚苯并咪唑树脂的合成与性能研究
学位申请人 指导教师 学院名称 学科专业 研究方向
张海 林原斌 教授
化学学院 有机化学 精细有机合成
二零一零年 五 月 二十 日
Study on the Preparation and Performance of Polybenzimidazole resin
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。
聚苯并咪唑纤维
材料性能 材料制作方法 材料发展历程与应用
2012-7-3
材料全称：聚2,2`-间亚苯基-5,5`-双苯并咪唑纤维 抗张强度：39.7～43.2cN／tex
（短纤维为27.4cN/tex） 延 伸 率：23％～24％（短纤维为30％） 吸 湿 率：高达15％，高于棉花 突出性能：尺寸稳定性、阻燃性；耐强酸、强碱、 有机溶剂； 耐高温、耐化学品腐蚀；良好的纺织性 能
ห้องสมุดไป่ตู้
湿法纺丝：PBI
拉伸、热定型
乙二醇凝固浴
（高温下） 水洗、干燥 纤维
发 展 历 程
聚苯并咪唑纤维于20世纪60年代初由美国 空军材料实验室研制成功。1983年由美国 塞拉尼斯公司正式投产，年生产能力为 460t，因生产成本高，发展缓慢。它是一 种典型的杂环高分子耐热纤维，大分子 主链上含有苯并咪唑撑，它主要作为宇 航密封舱耐热防火材料﹐由于核纤维吸 湿率高达15%﹐因此自1983年后﹐又开发 了穿著舒适的高温防护服等民用产品。
可作气体、液 体的耐腐蚀滤 材和烟道气滤 袋，可在150～ 200℃范围内使 用，在酸的露 点温度以下不 受腐蚀。
2012-7-3
聚苯并咪唑纤维还可与聚间苯二甲酰间苯二胺 纤维混织，经碳化以后的纤维可作复合材料的 高强度、高模量增强材料，其中空纤维（见化 学纤维）可用作反渗透膜。
聚 苯 并 咪 唑 纤 维
应 用
制作宇宙飞船中的绳索、耐烧蚀热屏蔽材料、 减速用阻力降落伞及宇航员的加压安全服等。 曾经用它制作阿波罗号和空间试验室宇航员的 航天服和内衣。
2012-7-3
在一般工业中可作石棉代用品，包括耐高温手 套、高温防护服、传送带等，使用温度常为 250～300℃，能在500℃下短时间使用
一种聚苯并咪唑类树脂的制备方法
专利名称：一种聚苯并咪唑类树脂的制备方法专利类型：发明专利
发明人：沈晶茹,李利红
申请号：CN202111185144.5
申请日：20211012
公开号：CN114058013A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种聚苯并咪唑类树脂的制备方法，是由具有式2所示化学结构的芳族四胺与具有式3所示化学结构的六氯丙酮在反应溶剂中、于45～55℃下反应得到具有式1所示化学结构的聚苯并咪唑类树脂，其化学反应式如下：其中，R为四价芳基核，化合物2中的四个氨基成对出现在R中相邻碳原子的邻位碳原子上，n选自10至100中的任一整数。
本发明提供的制备方法，芳族四胺与六氯丙酮在45～55℃下反应即可制得聚苯并咪唑类树脂，操作简单，绿色环保、反应条件温和、生产效率高，适用于工业化生产聚苯并咪唑类树脂。
申请人：上海工程技术大学
地址：201620 上海市松江区龙腾路333号
国籍：CN
代理机构：上海海颂知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：马云
更多信息请下载全文后查看。
聚苯并咪唑的合成_性能及在燃料电池膜材料中的应用_浦鸿汀
表 2 各种 PBI 的结构 Table 2 Different structures of PBI
R1 为以下结构 :
参考文献 R1 为杂环结构 : [2]
参考文献 R1 含杂原子结构 : [ 15 ]
[ 15 ] [2]
[2] [ 16 ]
[2]
R1 为其他结构 : [ 21 ]
[ 17 ]
1 PBI 的制备方法
PBI 的制备方法按反应种类分 ,大致有 4 种 :熔融缩聚法 (包括二步法和一步法) 、溶液缩聚法 、母体
法 、亲核取代法 , 其中对熔融缩聚和溶液缩聚的研究较多 。PBI 的合成方法按反应单体分大致有 5 种[1 ,2 ,4 ,5] :四胺与二酸 、四胺与二酯 、四胺与二醛 、四胺与二酰胺 、四胺与二腈 。其中 ,四胺与二酯的反应最
表 1 熔融一步法与二步法聚合的主要区别 Table 1 Differences between one2stage and two2stage polymerizations
一步法聚合
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
800cm-1
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Wavenumber(cm-1)
3400 cm-1 3141 cm-1 1620 cm-1
-NH2 C=C 和 C=N
N-H
1570 cm-1 1443 cm-1 798 cm-1
苯环与咪唑环共轭 苯环的C —C 特征
杂环
溶解性测试
DMSO DMF
THF
浓硫酸 NaOH溶液ຫໍສະໝຸດ 水A溶解 微溶
不溶
溶解
不溶
不溶
B
微溶 不溶 不溶 不容
不溶
不溶
C
微溶 微溶
不溶
不溶
不溶
不溶
D
溶解 微溶
微溶
不溶
不溶
不溶
E
溶解 溶解 微溶 不溶
不溶
不溶
溶解性测试
溶剂为DMF
溶剂为DMSO
研究背景 研究内容 结果与讨论
耐热聚合物材料 有着重要的应用
× 不易加工
✓ 优异的热性能和 机械性能
并 苯聚
咪
构
唑
结
超支 化
✓ 类似于树状结构， 易溶解
A2
3, 3-二氨 基联苯胺
1,3,5-均苯 三甲酸
B3
a A2：B3= 1:1
FTIR
1560 cm-1
3140cm-1
1630cm-1 1443cm-1