聚苯并咪唑的合成和表征

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。

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。

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。

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。

含苯并咪唑分子的合成及表征亓昭鹏;程兴;李佩玉【摘要】A novel benzimidazole-containing compound, i.e. 3-（2-benzimidazolylmethyl）-1, 5-diamino- 3-azapentane is synthesized by a four-step reaction of protection, cyclization, substitution and hydrolysis, using chemical materials like diethylenetriamine, 1,2-diaminobenzene, and chloroacetic acid, etc. And then the structure of the compound is characterized by IR and 1H NMR.%以二乙烯三胺、邻苯二胺、氯乙酸等为原材料，经过保护，环化，取代，水解等步骤，得到了一个新颖的苯并咪唑的衍生物3-（2-甲基苯并咪唑）-1，5-二胺-3-氮杂戊烷，并通过红外光谱、核磁共振确定其结构。

【期刊名称】《黄山学院学报》【年(卷),期】2012(040)003【总页数】2页(P48-49)【关键词】3-（2-甲基苯并咪唑）-1;5-二胺-3-氮杂戊烷;合成;二乙烯三胺;邻苯二胺【作者】亓昭鹏;程兴;李佩玉【作者单位】黄山学院化学化工学院,安徽黄山245041;黄山学院化学化工学院,安徽黄山245041;黄山学院化学化工学院,安徽黄山245041【正文语种】中文【中图分类】O614.241苯并咪唑类化合物是一类具有良好生物活性的杂环化合物，广泛用于药物中间体、杀菌剂、驱虫剂等，在抗癌、镇痛、抗风湿、抗病毒等方面都有重要的药用价值。

[1-3]而且，含苯并咪唑类化合物具有较强的配位能力，也是配位化学领域中一个十分活跃的课题，常被用作超氧化物歧化酶活性中心的模拟物等。

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。