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.pdfVIP

　第 2 期 高 　　分 　　子 　　通 　　报 ·9 · 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 , 叶　盛 ( 同济大学材料学院功能高分子研究所 ,上海 　200092) ( ) 　　摘要 :讨论了聚苯并咪唑 PBI 的制备 、种类及其性能 ,综述了围绕 PBI 用作质子导电材料的改性 、掺杂及质 子输送机理的研究进展 ,评述了 PBI 在质子交换膜中应用的进展 。 ( ) 　　关键词 :聚苯并咪唑 PBI ;质子导电;掺杂 ;燃料电池 引言 [ 1] ( ) 1959 年 Keith 等 用二元酸与四胺反应制备了第一种含脂肪链的聚苯并咪唑 PBI 。两年后 Vogel [2 ] 等 制备了多种热性能显著的 PBI 。此后新的高性能 PBI 在美 、俄 、日等国不断出现 。1983 年 Hoechst Celanese 公司将 PBI 纤维商品化 ,用来制造防热服和阻燃材料 。上世纪 80 年代中期 Hoechst Celanese 公司 和 Alpha Performance 公司开始研发 PBI 的模塑零件技术 ,其商品名为 CelazoleR○。1995 年Alpha 公司继续完 R○ [3 ] 善 Celazole 技术 ,将 PBI 模塑零件用作高温腐蚀环境下的密封元件 。由于拥有独特的热性能 ,PBI 在上 ( ) ( ) ( ) 世纪 60～70 年代刚问世时倍受瞩目。此后 ,随着聚醚醚酮 PEEK 、液晶聚合物 LCPs 、聚酰亚胺 PI 和 ( ) 亚苯基硫化物 PPS 等高性能聚合物的出现 ,加上 PBI 成本较高 ,上世纪 80～90 年代对新型 PBI 的合成研 究逐渐降温[3 ] 。上世纪 90 年代末随着燃料电池研究热的兴起 ,改性后具有质子导电性能的 PBI 引起了 人们的注意 。本文将综述 PBI 的制备方法 、种类 、性能及其在质子交换膜上的应用 。 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 常用 。 11 　熔融聚合法 二步法熔融缩聚是将四胺 、二元酸或其衍生物 以等摩尔的量在 220 ℃左右反应 ,250 ℃以上产物开 始发泡 ,停止搅拌 ,将发泡物在 290 ℃左右保温约 15h ,得到预聚物 。将所得到的发泡状预聚物冷却 至室温 , 磨碎 , 重新放入反应器 中 , 氮气保护 , 在 380 ℃下反应 3h ,得到高分子量的 PBI[6 ,7 ]