[发明专利]聚苯并咪唑及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚苯并咪唑，包括式Ⅰ所示的重复单元结构：本发明的聚苯并咪唑含有可进行进一步改性反应的烯丙基结构，易于溶解，烯丙基结构可以进行后续的化学改性反应，引入其他功能基团，从而拓展了聚苯并咪唑的应用范围。

技术领域

本发明属于聚合物合成技术领域，具体涉及一种聚苯并咪唑及其制备方法和应用。

背景技术

聚苯并咪唑(PBI)是一类主链含有苯并咪唑环重复结构单元的芳香杂环类聚合物，主要由芳香二元羧酸与四胺基单体缩合制得，首次报道于1961年，由Vogel和Marvel等合成，全芳香族聚苯并咪唑树脂具有很好的耐热性能，力学性能优异，是一种性能优良的特种工程塑料，被广泛应用于航空航天、半导体、防火耐热材料以及燃料电池等高精尖领域。商业化的聚苯并咪唑树脂(聚[2,2’-(间-亚苯基)-5,5’-二苯并咪唑],mPBI)耐热温度高，瞬时耐热可以达到700℃以上，强度大，可以用于多种极端高温场合。但聚[2,2’-(间-亚苯基)-5,5’-二苯并咪唑]树脂制备温度高(200℃以上)，也存在难熔融，难加工的缺陷，成膜过程对实验装置要求较高，操作条件较为苛刻，制备得到的聚苯并咪唑膜材料改性难度较大，对其进一步的应用带来困难。

因此，亟待研究一种易于溶解加工的聚苯并咪唑，利于拓展其应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种易于溶解加工，后续可以进行进一步改性的聚苯并咪唑，利于拓展其应用范围。

第一方面，本发明提出了一种聚苯并咪唑，包括式Ⅰ所示的重复单元结构：

其中，R选自式Ⅱ或式Ⅲ中的任意一种：

X选自式(1)～式(7)中的任意一种：

R₂部分全部或选自式Ⅳ～式ⅰ中的任意一种：

R和R₂沿分子链相同或不同。

作为本发明的具体实施方式，所述的聚苯并咪唑，所述聚苯并咪唑的数均分子量为2000g/mol～800000g/mol，例如2000g/mol，5000g/mol，8000g/mol，10000g/mol，50000g/mol，100000g/mol，200000g/mol，300000g/mol，400000g/mol，500000g/mol，600000g/mol，700000g/mol，800000g/mol及其任意组合的范围。

本发明中的原料如无特别说明均可自制得到，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。

本发明的聚苯并咪唑含有可进行进一步改性反应的烯丙基结构，易于溶解，烯丙基结构可以进行后续的化学改性反应，引入其他功能基团，从而拓展了聚苯并咪唑的应用范围。

第二方面，本发明提出了所述聚苯并咪唑的制备方法，包括如下步骤：

在保护气体条件下，将含四胺基基团的化合物与含二酸基团的化合物以(0.8:1)～(1:1.2)的摩尔比溶解于含多聚磷酸的澄清溶液中，加热至160℃～220℃反应1h～48h，然后洗涤至中性后，过滤并收集滤渣然后干燥，得到所述聚苯并咪唑。

作为本发明的具体实施方式，所述含四胺基基团的化合物与所述含二酸基团的化合物的质量之和占所述澄清溶液的1％～20％，例如1％，5％，15％，20％及其任意组合的范围。

作为本发明的具体实施方式，所述含四胺基基团的化合物与所述含二酸基团的化合物的摩尔比优选为(1.02:1)～(1:1.02)，例如1:1，1.02:1，1:1.02及其任意组合的范围。