[发明专利]聚苯并咪唑材料及其中间体有机二酸与它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料制备技术领域，涉及聚苯并咪唑材料及其中间体有 机二酸与它们的制备方法。

背景技术

聚苯并咪唑材料作为一种高性能工程塑料，具有优异的耐热稳定性能和力学机 械性能，耐酸碱、耐辐射、可广泛应用于航空、航天、电力、电子、机械等行业。 但是由于分子链的刚性太强，只能溶于很少数的有机溶剂和强酸中，由于加工成型困 难，限制了其应用范围，因此，提高聚苯并咪唑的溶解加工性能，是这类材料获得更 广泛应用的关键。

随着近年来燃料电池技术的发展，聚苯并咪唑材料在质子交换膜燃料电池 (PEMFC)中的应用逐渐受到人们的关注。质子交换膜PEMFC的核心材料，在其 中起到传输质子、阻隔燃料与空气的作用。目前唯一商品化的质子交换膜是全氟磺 酸膜，它具有高的质子电导率、优良的化学稳定，缺点是成本高、使用温度低(100℃ 以下)，较低的温度操作条件使燃料电池在实际应用时面临诸如催化剂CO中毒，系 统的水热管理困难以及热能的回收利用率低等许多问题，造成燃料电池发电系统散 热困难、结构复杂以及总能效低下等实际问题，而要提高PEMFC的运行温度，必须 开发新型耐高温质子交换膜材料。聚苯并咪唑由于玻璃化转变温度高，与磷酸等无 机酸掺杂后，可实现较无水条件及较高温度下的质子传导，被认为是耐高温质子交 换膜理想材料。但是在氢空PEMFC电池运行中，必须要考虑膜的耐氧化稳定性，这 是由于PEMFC阴极电极反应过程中生成的H₂O₂以及-OH或/和-OOH自由基会侵蚀 膜中的分子链，造成膜的氧化降解。由于聚苯并咪唑主链为碳碳键及碳氢键，其耐 氧化稳定性与全氟磺酸膜相比还有待进一步提高。

综上所述，聚苯并咪唑材料尽管拥有一系列优异性能，但若能够在PEMFC中 获得应用，必须提高其溶解加工性能和耐氧化稳定性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚苯并咪唑材料及其中间体有机二酸与它们的制备方 法。

本发明提供的侧链含氟的有机二酸化合物，其结构通式如式I所示，

(式I)

所述式I结构通式中，

本发明提供的制备上述侧链含氟的有机二酸化合物的方法，包括如下步骤：

1)在惰性气氛保护下，将结构式为R-X所示的含氟有机卤代化合物、3，5-二 甲基苯酚、催化剂及脱水剂甲苯于有机溶剂中进行回流反应，排除甲苯后升温至 120-170℃继续反应，得到式II所示化合物，为含氟侧链取代的间苯二酚衍生物；

(式II)

2)将所述式II所示化合物于溶剂中与氧化剂进行氧化反应，得到所述侧链含氟 的有机二酸化合物。

该方法的制备流程如下所示：

该方法的步骤1)中，所述结构式R-X中，

X为Cl、Br或I；

所述催化剂选自KF、KOH、NaOH、Na₂CO₃和K₂CO₃中的至少一种；所述有 机溶剂选自乙醚、氯仿、二氯甲烷、石油醚、己烷、四氢呋喃、苯和甲苯中的至少 一种；所述结构式为R-X所示的含氟有机卤代化合物、3，5-二甲基苯酚、催化剂、 甲苯及所述有机溶剂的质量份数比为110-400∶100-150∶15-80∶50-150∶600-2000， 具体可为150-350∶105-145∶16-75∶55-145∶650-1950、150-300∶110-140∶20-70∶ 60-140∶700-1900或200-300∶120-140∶25-65∶65-135∶750-1850，优选150∶100∶ 30∶80∶800；所述惰性气氛为氮气或氩气气氛；

回流反应的反应时间为2-8小时，优选6小时；所述升温至120-170℃继续反应 的反应时间为4-24小时，优选16小时；

在所述升温至120-170℃继续反应完毕后，对反应体系作如下处理：