聚苯并咪唑固體電解質(zhì)材料的研究.pdf

1、聚苯并咪唑(PBI)是一種耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿和耐高溫的芳香族雜環(huán)聚合物，被廣泛應(yīng)用于阻燃材料、高溫樹脂、黏合劑、泡沫材料等。近年來，酸摻雜的PBI膜可用作低成本、高性能燃料電池的質(zhì)子交換膜，這種燃料電池可在120℃條件下穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了電池的性能。然而，商業(yè)化PBI的特性粘度僅為0.9 dL/g，拉伸強(qiáng)度和模量較低，限制了其在燃料電池上的應(yīng)用。PBI在常規(guī)有機(jī)溶劑中的溶解度很低，造成PBI的成形加工非常困難，尤其是高分子量的PBI。

2、r>　　 針對(duì)以上問題，我們用溶液縮聚的方法制備了聚[2，2'-(間苯基)-5，5'-聯(lián)苯并咪唑](mPBI)和其衍生物聚(2，5-苯并咪唑)(ABPBI)，并研究了反應(yīng)溫度、單體純度和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)聚合物分子量的影響，采用粘度測(cè)試、FT-IR、1H-NMR和TGA對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。在此基礎(chǔ)上研究了mPBI在不同離子液體中的溶解行為，探討了mPBI在離子液體中的溶解機(jī)理，最后，制備了堿性離子液體(BMIMOH)摻雜的mPBI

3、膜，并采用交流阻抗法測(cè)試了其導(dǎo)電性能。
　　 通過以上研究工作，我們得到了如下結(jié)論：
　　 (1)通過反應(yīng)條件的優(yōu)化，可以獲得較高分子量的mPBI和ABPBI。以間苯二甲酸(IPA)和3，3’，4，4’-二氨基聯(lián)苯胺(TAB)為單體，在多聚磷酸(PPA)體系中通過溶液縮聚，140℃預(yù)反應(yīng)3小時(shí)，200℃反應(yīng)20小時(shí)，制備出特性粘度為1.12 dL/g的mPBI；同時(shí)利用提純后的單體3，4-二氨基苯甲酸(DABA)在PPA

4、體系中自縮聚，210℃反應(yīng)10小時(shí)，得到特性粘度為2.3dL/g的ABPBI。
　　 (2)通過親電取代反應(yīng)將季銨基團(tuán)引入到ABPBI的分子鏈中，為后續(xù)接枝型OH-導(dǎo)電膜的制備提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 (3)mPBI可以溶解在具有氫鍵受體陰離子的離子液體中，如1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(BMIMC1)和1-丁基-3-甲基咪唑氫氧化物(BMIMOH)中，在140℃時(shí)，其溶解度分別達(dá)到12％、8％，比DMAc體系中高4倍以上

5、。而無氫鍵受體陰離子的離子液體如-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸(BMIMBF4)中則不能溶解mPBI。微波加熱不僅可以加快溶解速度，也可以提高聚合物的溶解度，mPBI在BMIMC1中微波加熱，1～2分鐘便可得到最大溶解度為15％的mPBI/BMIMC1溶液。
　　 (4)采用12％的mPBI/BMIMC1溶液，通過溶液擠出、凝固浴再生、牽伸和清洗，得到了表面光滑的PBI絲，通過粘度測(cè)試、FT-IR、TGA等表征發(fā)現(xiàn)再生絲的穩(wěn)定性及