[發明專利]一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201810344335.3
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108752585B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 常志宏;潘海燕;李偉葉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08G73/18
• 分類號: C08G73/18
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物及其制備方法，化合物是以苯并咪唑為主鏈結構、對三氟甲苯取代咪唑環上N?H基中的H后形成的氮雜環類聚合物；制備方法包括以下步驟：1)將聚苯并咪唑溶于有機溶劑中，得到PBI溶液；2)分別將鹵代對三氟甲苯、催化劑、脫氫劑加入至PBI溶液中，之后在110?130℃下冷凝回流反應12?24h，經純化、干燥后即可。與現有技術相比，本發明含氟側基的聚苯并咪唑化合物溶解性能好、化學穩定性優異，并具有較高的磷酸摻雜率和高溫質子電導率，在質子交換膜燃料電池、防火纖維、耐高溫膠粘劑等領域中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物及其制備方法。

背景技術

聚苯并咪唑(PBI)是以苯并咪唑為主要重復單元相互鏈接而成的大分子，其剛棒形分子結構賦予其優異的力學性能，同時，苯并咪唑的芳香結構亦賦予其優良的熱穩定性和化學穩定性，故在質子交換膜燃料電池、防火纖維、耐高溫膠粘劑等領域中具有廣闊的應用前景。其中，在質子交換膜燃料電池領域中，制約其進一步商業化應用的因素，除了高昂的制造成本以外，還有電池的耐久性(即實際使用壽命)(參見文獻W.Vielstich,A.Lamm,H.A.Gasteiger.Handbook of Fuel Cells:Fundamentals,Technology,Applications.2003,611-626.)。

質子交換膜在電池運行初期性能的下降主要是由于機械應力、不飽和增濕和氣流沖擊等原因造成的裂縫、撕裂、刺孔等物理因素，使其發生機械降解(參見文獻Laconti AB,Hamdan M,McDonald R C.Fuel Cell Handbook M.New Jersey:Wiley,2003,648-650.)。而在長期運行以后，才逐漸發生熱降解、化學氧化降解(參見文獻A Collier,H Wang,XZYuan,J Zhang,DP Wilkinson.Degradation of polymer electrolytemembranes.International Journal of Hydrogen Energy,2006,57(13),1838-1854.)。在對上述3類膜的降解研究中發現，化學氧化降解對膜的耐久性起到了決定性的作用。化學氧化降解會引起聚合物分子鏈的斷裂，進而使得膜的性能和電池性能下降。因此，如何提高聚苯并咪唑質子交換膜的抗化學氧化降解性能，是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物，該化合物是以苯并咪唑為主鏈結構、對三氟甲苯取代咪唑環上N-H基中的H后形成的氮雜環類聚合物。

進一步地，所述的聚苯并咪唑包括聚[2,2’-5,5’-間苯撐]苯并咪唑、聚[2,2’-5,5’-對苯撐]苯并咪唑、聚2,5-苯并咪唑或其衍生物中的一種或更多種。

一種含氟側基的聚苯并咪唑化合物的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將聚苯并咪唑溶于有機溶劑中，得到PBI溶液；

2)分別將鹵代對三氟甲苯、催化劑、脫氫劑加入至PBI溶液中，之后在110-130℃下冷凝回流反應12-24h，經純化、干燥后即得到所述的化合物。

進一步地，步驟1)中，所述的有機溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜或N-甲基吡咯烷酮中的一種或更多種。

進一步地，步驟2)中，所述的鹵代對三氟甲苯包括對氯三氟甲苯或對溴三氟甲苯中的一種或兩種。

進一步地，步驟2)中，所述的催化劑為納米CuO催化劑。納米CuO催化劑是一種高分散性的異相催化劑。