聚苯并咪唑的合成研究(1)

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1、CQWU/JL/JWB/ZY084-02学年论文（课程论文、课程设计）题目：聚苯并咪唑的合成研究姓名：施燕学号：200904183010专业年级：10级化学师范成绩：指导教师（职称）：孟江平2012年12月14日聚苯并咪唑的合成研究施燕（重庆文理学院材料与化工学院化学师范1班，重庆永川402160）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,应用中图分类号X703.1文献标识码B文章编号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）是一种主链上具有咪唑杂环结构的线性并具有碱性的聚合物，具有优异的机械性能、耐化学腐蚀性、耐高温、抗燃性等特性，而且能够与强酸形成一种酸掺杂体系传导质子。酸掺杂的聚苯并咪唑膜在高温条件下（>120℃)使用时具有较高的质子电导率，并且电渗系数

4、几乎为零，使得酸掺杂的聚苯并咪唑质子交换膜被广泛应用于高温质子交换膜燃料电池（PEMFC）。1发展状况进入20世纪70年代，分子结构对PBI性能的影响成为PBI研究的特点。Yoel等发现[1]，间苯二甲酸和间苯二乙酸以3:1的比例和联苯二胺反应所得PBI具有最佳的耐热性和加工型。但因分子刚性较大，难以加工、不利于应用。20世纪90年代后，RichardW等[2]开发了双酚A型的PBI树脂，将醚键引入PBI分子链提高了溶解性，制得了气体分离膜和中空纤维。但由缩聚过程两种单体难以聚合，无法达到较高的分子量导致膜较脆，应用受到了限制。Hedrick等[3]通过合成含PBI结构的单体，在

5、经过芳基亲核取代反应制得了高分子量的PBI。这种方法优点在于不用控制单体摩尔比投料就可达到很高的分子量。后来，有人对PBI的封端剂进行了研究，有效的调节聚合物的分子量[4]，实现对PBI分子量的控制。PBI理论研究同时，PBI树脂后续产品的开发及应用受到了更广泛的关注。20世纪70年代，研制出气体分离膜、半渗透膜和PBI纤维，开发阴离子染料对PBI纤维染色工艺技术。20世纪80年代，研制出高强度细且PBI长丝[5]、PBI基活性碳纤维[6]、PBI泡沫[7]、超滤膜[8]和PBI电导材料[9]。20世纪90年代后开发了PBI薄膜[10]、PBI电池元件和电化学容器[11]。2PB

6、I合成用单体PBI是通过二元羧酸及其衍生物与四元胺及其衍生物经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）单体为起始原料，通过五步反应合成3,3'，4,4'—四氨基二苯醚单体（TADE）。2.1二元酸单体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亚胺时，利用高猛酸钾/吡啶氧化制备含有刚性棒状结构的二酸单体，其合成路线如图2所示。（2）由对卤苯甲腈与二酚合成Maglio等研究热稳定性芳香族聚合物，制备了一系列的二酸化合物，如图3所示。2.2四元胺单体的合成方法（1）由二元胺反应得四

7、元胺化合物[11]TADE的合成方法如图4所示。（2）由邻二氨基化合物反应制得[14]Kumar利用图5所示的方法制备含酰胺基的四胺化合物。（1）含有卤素或羟基的二硝基化合物氨解见图63PBI聚合工艺PBI是由二元羧酸及其衍生物与四元胺及其衍生物缩聚而得。聚合方法主要有熔融法和溶液法两种。3.1熔融法将苯酯和四胺以及催化剂一起放在反应器中，在N2保护和搅拌的情况下进行阶段性升温，得到高分子量的PBI。3.2溶液法将四元胺或四元胺盐酸盐溶解于非质子性溶剂中，与二元酸在高温下反应。溶