含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料及其合成的【技術(shù)領(lǐng)域】。制備是用含有側(cè)基的雙酚化合物、對鹵苯甲腈反應(yīng)，丙酮重結(jié)晶得到含有側(cè)基和醚鍵的二腈單體；含有側(cè)基和醚鍵的二腈單體溶液加入氫氧化鉀進(jìn)行水解，1,4-二氧六環(huán)重結(jié)晶得到含有側(cè)基和醚鍵的二酸單體；將含有側(cè)基和醚鍵的二酸單體和3,3’-二氨基聯(lián)苯胺單體溶解于五氧化二磷-甲烷磺酸溶液中反應(yīng)，經(jīng)后處理得到含有側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑。產(chǎn)物可用于制備燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)膜。本發(fā)明制得的含有側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑在有機(jī)溶劑中有較好的溶解性，便于制備高性能的薄膜；并在基本保持共混膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率的同時，對膜材料的尺寸及氧化穩(wěn)定性和甲醇滲透性能有較好的改善。
【專利說明】含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料及其合成的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯并咪唑(PBI)是ー類具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和阻燃性能的特種工程塑料，可作為高溫結(jié)構(gòu)膠粘劑、高強(qiáng)度纖維、泡沫材料、耐焰織物、耐熱薄膜和增強(qiáng)塑料等廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)等高【技術(shù)領(lǐng)域】。近年來，磺化或磷酸摻雜聚苯并咪唑在高溫燃料電池用質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的應(yīng)用研究也獲得了重要進(jìn)展。但PBI具有制備エ藝復(fù)雜、加工困難及價格昂貴等缺點，使這類高性能材料的應(yīng)用受到了限制。
[0003]聚苯并咪唑分子結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度及其分子間較強(qiáng)的氫鍵作用，使其在有機(jī)溶劑中的溶解性很差，從而導(dǎo)致加工困難，限制了聚苯并咪唑作為薄膜和涂層等材料的應(yīng)用。在剛性的聚苯并咪唑的分子結(jié)構(gòu)中引入醚鍵等柔性鏈段或破壞分子鏈規(guī)整性的側(cè)基，可以制備具有良好的溶解性和熱穩(wěn)定性的聚苯并咪唑，同時聚合物也具有較好的成膜性和很高的力學(xué)強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，聚苯并咪唑分子在有機(jī)溶劑中溶解性很差限制其作為薄膜和涂層等材料的應(yīng)用的缺陷。本發(fā)明提供了一種含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑及其制備方法與應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，首先合成具有側(cè)基和醚鍵結(jié)構(gòu)的ニ酸單體，再與四胺單體縮聚，在聚苯并咪唑主鏈結(jié)構(gòu) 中引入側(cè)基和醚鍵，制得含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑；將所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑溶解于有機(jī)溶劑中，制得聚苯并咪唑薄膜；或?qū)⑺龅暮瑐?cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑與磺化聚醚醚酮通過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為高性能質(zhì)子傳導(dǎo)膜。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。
[0007]一種含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑，其結(jié)構(gòu)式如下:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑，其結(jié)構(gòu)式如下:
2.—種權(quán)利要求1的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的制備方法，由以下步驟組成: (O將含有側(cè)基的雙酚化合物用有機(jī)溶劑溶解并加入無水碳酸鉀，于150°C回流I-3小時，加入對鹵苯甲腈，于160°C反應(yīng)3-24小時后用丙酮重結(jié)晶得到含有側(cè)基和醚鍵的二腈單體；其中含側(cè)基的雙酚化合物、無水碳酸鉀，對鹵苯甲腈及有機(jī)溶劑的摩爾比為I: 2-2.5: 2-2.5: 32-33 ;所述的有機(jī)溶劑，是N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亞砜，N, N- 二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮和丙酮中的一種或多種； (2)將所述含有側(cè)基和醚鍵的二腈單體溶解于乙醇-水混合溶劑中，并加入氫氧化鉀進(jìn)行水解，水解完全后，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為I-6后，用1，4-二氧六環(huán)重結(jié)晶，得到含有側(cè)基和醚鍵的二酸單體；其中含有側(cè)基和醚鍵的二腈單體、氫氧化鉀、乙醇和水的摩爾比為 1: 5 -50: 0.9 -1: 3 -3.1 ; (3)在氮氣保護(hù)下，將所述含有側(cè)基和醚鍵的二酸單體和3，3’- 二氨基聯(lián)苯胺單體溶解于五氧化二磷-甲烷磺酸溶液中，于80-120°C持續(xù)I-3小時后，再于130-180°C反應(yīng)3-4小時，得到黏稠溶液；將所述黏稠溶液倒入冰水中得到細(xì)絲狀聚合物；所述細(xì)絲狀聚合物經(jīng)粉碎、洗滌后在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸氫鈉溶液中浸泡48小時，用去離子水洗滌至中性后先于80°C真空干燥24小時，再于120°C真空干燥12小時，得到含有側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑；含有側(cè)基和醚鍵的二酸單體、3，3’ - 二氨基聯(lián)苯胺單體、五氧化二磷和甲烷磺酸的摩爾比為1:1: 16: 2.3-2.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的制備方法，其特征是，所述的對鹵苯甲臆，是對氟苯甲腈或?qū)β缺郊滓堋?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的制備方法，其特征是，所述的含有側(cè)基的雙酚化合物，結(jié)構(gòu)式為:
5.一種權(quán)利要求1的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的應(yīng)用，用于制備燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的應(yīng)用，其特征是，所述的制備燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)膜，是用含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑溶于有機(jī)試劑制膜；或者是用含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑與磺化聚醚醚酮通過溶液共混制膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的應(yīng)用，其特征是，所述的用含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑溶于有機(jī)試劑制膜，過程如下:將含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑以I: 10的固液比溶解在有機(jī)試劑中，在60°C攪拌條件下使聚合物溶解成粘稠的溶液，將粘稠的溶液傾倒在玻璃板上，并在80°C下烘12小吋，120°C下烘12小時，冷卻至室溫得到可溶性醚鍵的聚苯并咪唑薄膜材料；所述的有機(jī)試劑，是ニ甲基亞砜、N，N-ニ甲基こ酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的應(yīng)用，其特征是，所述的用含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑與磺化聚醚醚酮通過溶液共混制膜，方法如下:將磺化聚醚醚酮、含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑及有機(jī)溶劑于60°C攪拌5小時后再超聲30分鐘，用200目的尼龍網(wǎng)篩過濾，得到透明的濾液；所述的有機(jī)溶劑為ニ甲基亞砜，N，N-ニ甲基こ酰胺或N-甲基吡咯烷酮；將所述濾液傾倒在玻璃板上，分別于80°C和120°C各干燥12小時，得到磺化聚醚醚酮/聚苯并咪唑共混燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)膜；其中磺化聚醚醚酮、含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的質(zhì)量比為95?80: 5?20 ;磺化聚醚醚酮、含側(cè)基和醚鍵的聚苯并咪唑的總質(zhì)量與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為·1: 10。
【文檔編號】H01M8/02GK103435804SQ201310400906
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】劉佰軍, 于云武, 鳳鵬舉, 姜振華 申請人:吉林大學(xué)