聚苯并咪唑的合成研究样本
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_马涛
Vol 136No 18・36・化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL 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3 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 polybenzimidazolesMa Tao Li Yanfeng Zhao Xin Shao Yu G ong Chenliang Yang Fengchun (College of Chemist ry and Chemical Engineering ,Instit ute of Biochemical Engineering &Environmental Technology ,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000)Abstract The progress of polybenzimidazoles was reviewed.The character of polybenzimizoles on phylogeny ,monomer ,polymerization technology ,and applications were detailedly described ,meanwhile ,the developments of poly 2benzimizoles were obviously presented.K ey w ords polybenzimidazole ,monomer synthesis ,polymerization ,application 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。
新型含二氮杂萘酮联苯结构聚苯并咪唑的合成的开题报告
新型含二氮杂萘酮联苯结构聚苯并咪唑的合成的开题报告一、研究背景聚苯并咪唑（PBI）是一种热稳定性非常优异的高分子材料。
它的分子结构中含有大量的芳香环和氮原子，这些结构单位能够形成稳定的半导体结构，具有良好的催化、荧光、电化学、光化学等性能，因此被广泛用于材料科学领域，例如高温燃料电池、光电子器件、膜分离和化学传感器等应用。
然而，传统PBI材料主要通过拉链聚合反应制得，无法给出多样的结构和性能，限制了其在材料设计和性能改良方面的广泛应用。
最近，一种新型含二氮杂萘酮联苯结构PBI材料被研究人员成功合成，并显示出了良好的综合性能、结构可控性和应用前景。
这种材料采用先进的脱氧戊二酸塑性形状记忆物状转换反应，通过加氢还原、选择性取代等手段合成得到，具有优秀的热稳定性、机械性能和溶解性等优良性质。
但由于其合成较为复杂，参数选择难度大，因此需要进一步深入研究。
二、研究目的和意义本研究旨在深入探索新型含二氮杂萘酮联苯结构PBI材料的合成方法和结构性能关系，进一步了解其特性和应用前景，为材料科学领域和新材料设计提供有益的信息和指导。
具体研究目标如下：1. 对新型含二氮杂萘酮联苯结构PBI材料的合成反应机理进行理论分析和优化。
2. 对所合成的材料进行化学结构分析，包括分子式、分子量、分子结构、红外光谱图等方面的表征。
3. 对所合成的材料在热稳定性、机械性能、热力学性质、电化学性能等方面进行系统研究，分析其结构性能关系。
4. 探究新型含二氮杂萘酮联苯结构PBI材料在膜分离、催化、光电子器件等可应用领域的潜在应用价值。
三、研究方法和步骤本研究采用先进的有机合成技术和材料物理化学测试手段，通过动态实验和理论分析相结合的方法对新型含二氮杂萘酮联苯结构PBI材料进行研究。
具体步骤如下：1. 选择合适的材料合成反应条件和模板，考虑反应参数如温度、压力、催化剂种类和量等进行优化设计。
2. 通过薄层色谱法、核磁共振法等手段对所合成的材料进行结构表征和纯化。
耐高温材料聚苯并咪唑的合成与表征的开题报告
耐高温材料聚苯并咪唑的合成与表征的开题报告一、研究背景随着现代工业和科技的不断发展，高温环境下的材料需求越来越大。
耐高温材料是指在高温下（通常高于1000℃）仍能保持良好性能的材料。
因此，对于一些高温环境下的应用领域，如发动机及航空航天领域，开发并应用耐高温材料显得尤为重要。
聚苯并咪唑（PBI）是一种高性能、高温材料，其具有优异的耐氧化性、耐热性、耐强酸碱性等优点。
通过改变其分子结构和化学成分，可以进一步提高其性能，从而满足特定领域高温环境下的需求。
因此，本研究拟合成和表征不同分子结构和化学成分的聚苯并咪唑，以期获得更加优异的高温性能。
二、研究目的和意义本研究旨在合成和表征不同分子结构和化学成分的聚苯并咪唑，并对其高温性能进行评估，以期为开发和应用耐高温材料提供实验基础和理论依据。
三、研究内容1. 合成聚苯并咪唑合成聚苯并咪唑的常用方法为直接聚合法、酸催化聚合法、亲核取代聚合法等。
本研究将采用一种较为简单稳定的酸催化剂为催化剂的聚合方法。
2. 表征聚苯并咪唑聚苯并咪唑的表征通常包括以下几个方面：分子结构研究、热稳定性、热膨胀系数、力学性能等。
本研究将采用核磁共振（NMR）技术、热重分析（TGA）技术、差示扫描量热法（DSC）技术等手段对合成的聚苯并咪唑进行表征。
3. 评估高温性能本研究将对不同分子结构和化学成分的聚苯并咪唑进行高温性能评估，包括抗氧化性能、热稳定性、热膨胀系数、力学性能、电性能等。
四、研究计划和进度1. 聚苯并咪唑的合成与表征步骤1：准备催化剂和反应物步骤2：将反应物加入溶液中，进行酸催化反应步骤3：制备聚苯并咪唑样品步骤4：采用核磁共振（NMR）技术、热重分析（TGA）技术、差示扫描量热法（DSC）技术等手段对样品进行表征。
2. 高温性能评估步骤1：将不同分子结构和化学成分的聚苯并咪唑样品进行高温处理步骤2：采用TGA、DSC等技术对处理后的样品进行性能评估。
3. 时间安排本研究计划在3年内完成研究，具体时间安排如下：第一年：完成聚苯并咪唑的合成和表征第二年：完成对聚苯并咪唑高温性能的评估第三年：完成实验数据的分析和论文写作。
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
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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
聚苯并咪唑材料及其展望
聚苯并咪唑材料及其展望杨金田（湖州师范学院化学系，浙江湖州313000）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，对低密度、高强度、高模量、耐高温的先进复合材料的需求越来越多。
常规的耐高温基体树脂（如双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂）一般只能在300℃以下使用，因此无法满足上述特殊领域的使用要求。
聚苯并咪唑（PBI）正是在此背景下应运而生的一类芳杂环聚合物，被认为是新一代高强度、高模量、耐高温高分子材料的代表之一。
PBI耐热性高、阻燃性好，在空气中几乎完全不燃烧。
长期使用温度达300～370℃，瞬间可耐500℃以上高温。
在400℃以上的高温条件下仍具有优良的力学性能、电学性能、耐低温性、自润滑性、耐辐射性、耐水解性、阻燃耐烧蚀性和良好的高温弯曲强度[1～2]，因此倍受青睐。
1聚苯并咪唑的发展历程PBI原指主链上连接苯并咪唑侧基的聚合物。
早在上世纪20年代，人们就研究在生化、催化剂、炼油以及橡胶、纤维和涂料等领域使用的N-乙烯基、2-乙烯基和5-乙烯基苯并咪唑类聚合物和共聚物[3～5]。
50年代中期以后，人们把越来越多的兴趣投入主链结构型PBI中，主要由芳香族四胺与二元羧酸通过缩聚反应来制备PBI。
Dupont 公司的Binker和Robinson等人对3,3′,4,4′-联苯四胺及各种双-(邻二氨基苯基)烷烃与一系列脂肪族二元羧酸之间的缩合反应进行了广泛研究[6]；Marvel与V ogel、Mulvaney 等人合成了全芳型的PBI，并将硅氧烷单元引入PBI中[7]；70年代，Yoel Tsur等人研究了分子结构对芳香脂肪型PBI树脂性能的影响，得出间苯二甲酸和间苯二乙酸以3:1摩尔比混合后与3,3′-二氨基联苯胺反应所得到的PBI树脂具有最佳耐热性、加工性以及耐高温氧化性等性能[8]；90年代，Richard W Thies等开发了双酚A型PBI，制得了性能优良的气体分离膜和中空纤维，较大地改善了其加工性能[9]；近几年来，基于PBI 的酸、碱、二氧化硅或杂多酸掺杂膜以及接枝膜的研究较多，采用磺化单体直接聚合制备磺化度可控的磺化PBI的研究也有部分报道[10～13]。
聚苯并咪唑胶粘剂的合成
聚苯并咪唑胶粘剂的合成一、聚苯并咪唑的合成及性能聚苯并咪唑是杂环高分子中第一个被考虑作为耐高温结构胶粘剂的，它是从3，3’-二氨基联苯胺（DAB）和间苯二甲酸二苯酯进行熔融缩聚反应制得。
合成聚苯并咪唑的方法除熔融缩聚以外，还可以用溶液缩聚方法合成，而不同方法制备的聚苯并咪唑，其粘度也不相同。
聚苯并咪唑的特点是瞬时耐高温性优良，在538℃不分解，而聚酰亚胺的分解温度比它低。
到目前为止，研究得比较多的是聚[2，2’-间苯基-5，5’-二苯并咪唑]。
它的预聚物能溶于二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSO），N-甲基吡咯酮（NMP）、六次甲基磷酰胺（HMPA）、甲酸、硫酸等强极性溶剂中。
在70%硫酸或25%氢氧化钾溶液中不分解，在浓盐酸中加热也不溶解。
但预聚物再400℃处理一段时间待固化完全后，分子量增大，溶解度降低，就成为不溶不熔的树脂而难以加工成型。
因此在应用过程中先制成低分子量的预聚物。
这种低分子量的预聚物，具有比较好的流动性和对基材的浸润性。
作为胶粘剂和复合材料所需的树脂，一般是二聚体和三聚体，不过这就意味着在进一步缩合中会产生挥发分（水与苯酚），致使胶层及界面上出现针孔。
若大面积胶接则必须在高温（399℃）和加压0.686MPa下固化。
研究表明聚苯并咪唑核上NH的H原子是氧化破坏的活性中心，如用苯基C6H5-或甲基CH3-来取代该H原子，则高聚物的性能发生一定的变化。
当R=C6H5-时，热稳定性比未取代的略佳，但高聚物是热塑性的，应力受到了限制。
研究还表明甲基的取代位置对高聚物的性能有很大的影响，此外，在聚苯并咪唑的主链中引入氧、硫、亚甲基或其他基团可以改变聚苯并咪唑的性能。
比如引入醚键可以增加聚苯并咪唑的溶解性和分子链的柔性，改进成膜性能，还有良好的耐热性，但醚键的位置对热稳定性有一定的影响。
间苯二乙酸和间苯二甲酸混合物与DAB起反应制得的高聚物性能较好，溶解性也有改进，所有聚合反应都是在170℃多聚磷酸（PPA）中进行的。
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CQWU/JL/JWB/ZY084-02
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: 04183010
专业年级: 10级化学师范
成绩:
指导教师( 职称) : 孟江平
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
Progress on synthesis and application of polybenzimizoles
SHI Yan
(Depatment of Chemistry and Environmeal Science, Chongqing University of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160, China)
Abstract The progress of polybenzimidazoles was reviewed. The character of polybenzimizoles on phylogeny,monomer,polymerization technology, and applications were detailedly described, meanwhile, the developments of polybenzimizoles were obviously presented.
Keywords poly benzimidazole, monomer synthesis, 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, 而且电渗系数几乎为零, 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, Richard W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]经过合成含PBI结构的单体, 在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]。
2 PBI合成用单体
PBI是经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, 经过五步反应合成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）Spilio poulos 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。
（3）含有卤素或羟基的二硝基化合物氨解见图6。