[发明专利]一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物及其制备方法，化合物是以苯并咪唑为主链结构、对三氟甲苯取代咪唑环上N‑H基中的H后形成的氮杂环类聚合物；制备方法包括以下步骤：1)将聚苯并咪唑溶于有机溶剂中，得到PBI溶液；2)分别将卤代对三氟甲苯、催化剂、脱氢剂加入至PBI溶液中，之后在110‑130℃下冷凝回流反应12‑24h，经纯化、干燥后即可。与现有技术相比，本发明含氟侧基的聚苯并咪唑化合物溶解性能好、化学稳定性优异，并具有较高的磷酸掺杂率和高温质子电导率，在质子交换膜燃料电池、防火纤维、耐高温胶粘剂等领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物及其制备方法。

背景技术

聚苯并咪唑(PBI)是以苯并咪唑为主要重复单元相互链接而成的大分子，其刚棒形分子结构赋予其优异的力学性能，同时，苯并咪唑的芳香结构亦赋予其优良的热稳定性和化学稳定性，故在质子交换膜燃料电池、防火纤维、耐高温胶粘剂等领域中具有广阔的应用前景。其中，在质子交换膜燃料电池领域中，制约其进一步商业化应用的因素，除了高昂的制造成本以外，还有电池的耐久性(即实际使用寿命)(参见文献W.Vielstich,A.Lamm,H.A.Gasteiger.Handbook of Fuel Cells:Fundamentals,Technology,Applications.2003,611-626.)。

质子交换膜在电池运行初期性能的下降主要是由于机械应力、不饱和增湿和气流冲击等原因造成的裂缝、撕裂、刺孔等物理因素，使其发生机械降解(参见文献Laconti AB,Hamdan M,McDonald R C.Fuel Cell Handbook M.New Jersey:Wiley,2003,648-650.)。而在长期运行以后，才逐渐发生热降解、化学氧化降解(参见文献A Collier,H Wang,XZYuan,J Zhang,DP Wilkinson.Degradation of polymer electrolytemembranes.International Journal of Hydrogen Energy,2006,57(13),1838-1854.)。在对上述3类膜的降解研究中发现，化学氧化降解对膜的耐久性起到了决定性的作用。化学氧化降解会引起聚合物分子链的断裂，进而使得膜的性能和电池性能下降。因此，如何提高聚苯并咪唑质子交换膜的抗化学氧化降解性能，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物，该化合物是以苯并咪唑为主链结构、对三氟甲苯取代咪唑环上N-H基中的H后形成的氮杂环类聚合物。

进一步地，所述的聚苯并咪唑包括聚[2,2’-5,5’-间苯撑]苯并咪唑、聚[2,2’-5,5’-对苯撑]苯并咪唑、聚2,5-苯并咪唑或其衍生物中的一种或更多种。

一种含氟侧基的聚苯并咪唑化合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将聚苯并咪唑溶于有机溶剂中，得到PBI溶液；

2)分别将卤代对三氟甲苯、催化剂、脱氢剂加入至PBI溶液中，之后在110-130℃下冷凝回流反应12-24h，经纯化、干燥后即得到所述的化合物。

进一步地，步骤1)中，所述的有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种或更多种。

进一步地，步骤2)中，所述的卤代对三氟甲苯包括对氯三氟甲苯或对溴三氟甲苯中的一种或两种。

进一步地，步骤2)中，所述的催化剂为纳米CuO催化剂。纳米CuO催化剂是一种高分散性的异相催化剂。