聚苯并咪唑的合成研究(1)

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1、CQWU/JL/JWB/ZY084-02學(xué)年論文（課程論文、課程設(shè)計(jì)）題目：聚苯并咪唑的合成研究姓名：施燕學(xué)號(hào)：200904183010專(zhuān)業(yè)年級(jí)：10級(jí)化學(xué)師范成績(jī)：指導(dǎo)教師（職稱(chēng)）：孟江平2012年12月14日聚苯并咪唑的合成研究施燕（重慶文理學(xué)院材料與化工學(xué)院化學(xué)師范1班，重慶永川402160）摘要介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)聚苯并咪唑高分子材料的研究狀況。論述了聚苯并咪唑的發(fā)展,二元酸和四胺單體的合成方法、聚合工藝、種類(lèi)及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況,并對(duì)聚苯并咪唑的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞聚苯并咪唑,單體合成,聚合,應(yīng)用中圖分類(lèi)號(hào)X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)Progressonsy

2、nthesisandapplicationofpolybenzimizolesSHIYan(DepatmentofChemistryandEnvironmealScience,ChongqingUniversityofArtsandSciences,Yongchuan,Chongqing402160,China)AbstractTheprogressofpolybenzimidazoleswasreviewed.Thecharacterofpolybenzimizolesonphylogeny,monomer,polymerizationtechnology,andapplica

3、tionsweredetailedlydescribed,meanwhile,thedevelopmentsofpolybenzimizoleswereobviouslypresented.Keywordspolybenzimidazole,monomersynthesis,polymerization,application聚苯并咪唑（PBI）是一種主鏈上具有咪唑雜環(huán)結(jié)構(gòu)的線性并具有堿性的聚合物，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫、抗燃性等特性，而且能夠與強(qiáng)酸形成一種酸摻雜體系傳導(dǎo)質(zhì)子。酸摻雜的聚苯并咪唑膜在高溫條件下（>120℃)使用時(shí)具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率，并且電滲系數(shù)

4、幾乎為零，使得酸摻雜的聚苯并咪唑質(zhì)子交換膜被廣泛應(yīng)用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。1發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)入20世紀(jì)70年代，分子結(jié)構(gòu)對(duì)PBI性能的影響成為PBI研究的特點(diǎn)。Yoel等發(fā)現(xiàn)[1]，間苯二甲酸和間苯二乙酸以3:1的比例和聯(lián)苯二胺反應(yīng)所得PBI具有最佳的耐熱性和加工型。但因分子剛性較大，難以加工、不利于應(yīng)用。20世紀(jì)90年代后，RichardW等[2]開(kāi)發(fā)了雙酚A型的PBI樹(shù)脂，將醚鍵引入PBI分子鏈提高了溶解性，制得了氣體分離膜和中空纖維。但由縮聚過(guò)程兩種單體難以聚合，無(wú)法達(dá)到較高的分子量導(dǎo)致膜較脆，應(yīng)用受到了限制。Hedrick等[3]通過(guò)合成含PBI結(jié)構(gòu)的單體，在

5、經(jīng)過(guò)芳基親核取代反應(yīng)制得了高分子量的PBI。這種方法優(yōu)點(diǎn)在于不用控制單體摩爾比投料就可達(dá)到很高的分子量。后來(lái)，有人對(duì)PBI的封端劑進(jìn)行了研究，有效的調(diào)節(jié)聚合物的分子量[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)PBI分子量的控制。PBI理論研究同時(shí)，PBI樹(shù)脂后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用受到了更廣泛的關(guān)注。20世紀(jì)70年代，研制出氣體分離膜、半滲透膜和PBI纖維，開(kāi)發(fā)陰離子染料對(duì)PBI纖維染色工藝技術(shù)。20世紀(jì)80年代，研制出高強(qiáng)度細(xì)且PBI長(zhǎng)絲[5]、PBI基活性碳纖維[6]、PBI泡沫[7]、超濾膜[8]和PBI電導(dǎo)材料[9]。20世紀(jì)90年代后開(kāi)發(fā)了PBI薄膜[10]、PBI電池元件和電化學(xué)容器[11]。2PB

6、I合成用單體PBI是通過(guò)二元羧酸及其衍生物與四元胺及其衍生物經(jīng)溶液或熔融聚合的方法制得虞鑫海等[11]利用芳香族二元胺4,4'—二氨基二苯醚（4,4'—DADPE）單體為起始原料，通過(guò)五步反應(yīng)合成3,3'，4,4'—四氨基二苯醚單體（TADE）。2.1二元酸單體的合成方法二甲基化合物氧化[12]（1）Spiliopoulos等研究可溶性聚酰及聚酰亞胺時(shí)，利用高猛酸鉀/吡啶氧化制備含有剛性棒狀結(jié)構(gòu)的二酸單體，其合成路線如圖2所示。（2）由對(duì)鹵苯甲腈與二酚合成Maglio等研究熱穩(wěn)定性芳香族聚合物，制備了一系列的二酸化合物，如圖3所示。2.2四元胺單體的合成方法（1）由二元胺反應(yīng)得四

7、元胺化合物[11]TADE的合成方法如圖4所示。（2）由鄰二氨基化合物反應(yīng)制得[14]Kumar利用圖5所示的方法制備含酰胺基的四胺化合物。（1）含有鹵素或羥基的二硝基化合物氨解見(jiàn)圖63PBI聚合工藝PBI是由二元羧酸及其衍生物與四元胺及其衍生物縮聚而得。聚合方法主要有熔融法和溶液法兩種。3.1熔融法將苯酯和四胺以及催化劑一起放在反應(yīng)器中，在N2保護(hù)和攪拌的情況下進(jìn)行階段性升溫，得到高分子量的PBI。3.2溶液法將四元胺或四元胺鹽酸鹽溶解于非質(zhì)子性溶劑中，與二元酸在高溫下反應(yīng)。溶