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一种带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑及其合成方法.pdf

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  • 文档编号:1252778
  • 上传时间:2018-04-10
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201110193527.7

    申请日:

    2011.07.12

    公开号:

    CN102336911A

    公开日:

    2012.02.01

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C08G 73/18申请日:20110712|||公开

    IPC分类号:

    C08G73/18; C08J3/24; C08J3/28; C08J5/22

    主分类号:

    C08G73/18

    申请人:

    同济大学

    发明人:

    浦鸿汀; 苏静; 常志宏

    地址:

    200092 上海市杨浦区四平路1239号

    优先权:

    专利代理机构:

    上海正旦专利代理有限公司 31200

    代理人:

    陆飞;盛志范

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    内容摘要

    本发明属于高分子材料技术领域,具体为一种带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑及其合成方法。本发明首先合成带有可交联基团的磺酰叠氮聚苯并咪唑类聚合物,将其溶于有机溶剂中后,在成膜过程中采用特定的方法使聚苯并咪唑类聚合物交联,形成具交联网络结构的复合膜,该交联膜具有良好的力学性能与抗氧化性能。本发明方法工艺可控性好,较传统的聚苯并咪唑交联方法相比,在没有小分子交联剂参与的情况下,利用磺酰叠氮基团的反应活性,在高温下发生分解,释放出氮气,发生抽氢反应而直接形成交联网络结构。该交联网络结构膜力学强度高,尺寸稳定性好,在聚合物电解质膜燃料电池、防火纤维、耐高温胶粘剂等领域中具有广阔的应用前景。

    权利要求书

    1: 一种带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于该聚合物是在聚苯并咪唑类聚合物 的主链上引入磺酰叠氮基团, 在不需要小分子交联剂的情况下, 直接利用磺酰叠氮基团的 活性在高温下分解, 释放出氮气, 发生抽氢反应而直接使其交联得到, 其原料组成包括 : 磺化聚苯并咪唑 1 份, 按重复单元摩尔数计 酰氯化试剂 1-9 份, 摩尔数 叠氮化钠 1-5 份, 摩尔数 催化剂 0.05-1 份, 摩尔数 有机溶剂 160-500 份, 摩尔数 ) 沉淀剂 200-1000 份, 摩尔数。
    2: 根据权利要求 1 所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述的磺化聚苯 并咪唑为主链带苯并咪唑结构及磺酸基团的氮杂环类聚合物。
    3: 根据权利要求 1 或 2 所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述酰氯化 试剂为二氯亚砜、 三氯化磷、 三氯氧磷、 五氯化磷或氧氯化碳。
    4: 根据权利要求 1— 3 之一所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述有 机溶剂为 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜、 N -甲基吡咯烷酮中任意 一种, 或其中任意两种的混合液。
    5: 根据权利要求 1— 4 之一所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述催 化剂为 N, N- 二甲基甲酰胺、 三乙胺、 吡啶、 二甲胺基吡啶、 三乙胺、 吡啶、 二甲胺基吡啶、 三 乙基苄基氯化铵中的任意一种。
    6: 根据权利要求 1— 5 之一所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述有 机溶剂为苯、 甲苯、 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 酮中的任意一种, 或其中任意两种的混合液。
    7: 根据权利要求 1— 6 之一所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑, 其特征在于所述沉 淀剂为苯、 甲苯、 甲醇、 乙醇、 乙醚、 乙腈、 去离子水或丙酮中的任意一种, 或其中任意两种的 混合液。
    8: 一种如权利要求 1— 7 之一所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑的合成方法, 其特 征为具体步骤如下 : (1) 将磺化聚苯并咪唑溶于有机溶剂, 制备获得磺化聚苯并咪唑溶液, 每 100ml 有机溶 剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 0.5-2g ; (2) 按 0.1-2g/min 在 0-5℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中滴加酰氯化试剂 0.15-
    9: 36g, 同时加入催化剂 0.01-0.5g, 搅拌 10-120min, 然后加热至酰氯化试剂沸点, 利用回流混合 5-36 小时 ; 将产物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化 聚苯并咪唑产物 ; (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:160-1:500 比例溶解于有机溶剂 中, 在 0-5℃加入 NaN3 0.07-0.5g ; 搅拌 5-25 小时后倒于沉淀剂中沉淀, 过滤后再反复用去 离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑产物 ; (4) 将含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑溶解于有机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四 氟乙烯板上, 采用两种方法进行成膜 : ①在真空干燥箱中, 先于 60-90 ℃条件下烘 10 ~ 20 小时, 再升温至 120-160 ℃下烘 2 10-24h ; ②在真空干燥箱中, 先于 60-90℃条件下烘 10 ~ 20 小时, 然后取出, 上方悬空铺架一 层网状布, 在紫外光下照射 0.5-10 小时, 再放回真空烘箱中升温至 120 ~ 160℃烘干 10 ~ 24 小时, 即可得所需产品。 9. 根据权利要求 8 所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑的合成方法, 其特征在于步骤 (2) 中加入的酰氯化试剂为五氯化磷, 反应温度为 120-160℃ ; 或加入的酰氯化试剂为二氯 亚砜, 反应温度为 30-70℃。
    10: 根据权利要求 8 所述的带磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑的合成方法, 其特征在于步 骤 (1) 中所述有机溶剂为苯、 甲苯、 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜或 N -甲基吡咯烷酮中的任意一种, 或其中任意两种的混合液 ; 步骤 (3) 和步骤 (4) 中所述有 机溶剂为 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜或 N -甲基吡咯烷酮中的任 意一种。

    说明书


    一种带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑及其合成方法

        技术领域 本发明属于高分子材料技术领域, 具体涉及一种带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑及其 合成方法。
         背景技术
         聚苯并咪唑 (PBI) 是一类耐高温聚合物, 可广泛应用于中温 (100-200 ℃ ) 燃料 电池用质子交换膜、 防火纤维、 耐高温胶粘剂等领域。自从磷酸掺杂 PBI 质子交换膜报道 以来, PBI 质子交换膜引起了广泛的关注, 研究者们通过各种方法来对 PBI 进行改性。有 文献报道可以通过增加酸掺杂量或提高磺化度来提高 PBI 的质子电导率 [Asensio J.A., Borros S., Gomez-Remero P., Proton-conducting polymers based on benzimidazoles and sulfonated benzimidazoles. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 2002, 40: 3703 ~ 3710], 但高的酸掺杂量或是磺化度往往会导致膜在水汽条件下尺寸不稳定, 机械 强度下降。化学交联是提高聚合物机械强度和尺寸稳定性的重要方法之一, 适当交联的 聚苯并咪唑在机械强度等方面都会比相应的线性聚合物有所提高。Noye 等用二氯甲基磷 酸 (DCMP) 对 PBI 进行了交联 [Noye P.,Li Q.F., Pan C., Bjerrum N.J., Cross-linked polybenzimidazole membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells with dichloromethyl phosphinic acid as a cross-linker. Polym. Adv. Technol., 2008, 19: 1270 ~ 1275], Guan 等将乙烯基苄氯引入 PBI 主链, 然后与 N- 乙烯基咪唑发生自由基共聚形成交联结构 [Guan Y.S., Pu H.T., Jin M., Chang Z.H., Wan D.C., Preparation and Characterization of Proton Exchange Membranes Based on Crosslinked Polybenzimidazole and Phosphoric Acid, Fuel Cells, 2010, 10(6): 903-1180], 交联后的 PBI 的磷酸掺杂量得到提升, 因而其电导率也随之上升, 更为重要的 是, 交联的 PBI 在掺杂磷酸后其力学强度得到大大的提升。
         PBI 的交联改性方法主要有两种, 分为离子交联和共价键交联。离子交联主要是 将 PBI 与酸性聚合物或是将磺化 PBI 与碱性聚合物进行共混, 通过酸碱聚合物的反应使聚 合物通过离子交联形成柔韧的网络结构, 可以得到力学性能优良的膜。共价键交联是 PBI 交联的另一种方法, Wang 等 [Wang K.Y., Xiao Y.C., Chung T.S., Chemically modified polybenzimidazole nanofiltration membrane for the separation of electrolytes and cephalexin. Chem. Eng. Sci., 2006, 61: 5807 ~ 5817] 采用对氯二甲苯作为交联 剂, 与 PBI 中咪唑基团反应生成共价交联键, 制备性能良好的水分离膜。此外, 在交联过程 中引入质子交换基团是制备高性能 PBI 质子交换膜的一种比较好的方法, Sukumar 等采用 乙烯基磷酸作为交联剂与 PBI 苯乙烯取代物进行反应, 制备了在无水条件下具有较高质子 导电性能的 PBI 交联膜 [Sukumar P.R., Wu W.C., Markova D., Unsal O., Klapper M. & Mullen K., Functionalized poly(benzimidazole)s as membrane materials for fuel cells. Macromol. Chem. & Phys., 2007, 208: 2258 ~ 2267]。本发明着力于在聚苯并 咪唑骨架上引入可交联基团磺酰叠氮基团, 在不需要小分子交联剂存在的前提下直接发生热交联。 发明内容 本发明的目的是提供一种带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑及其合成方法。
         本发明提出的带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑, 是在聚苯并咪唑类聚合物主链上引入 磺酰叠氮基团, 在不需要小分子交联剂的情况下, 利用磺酰叠氮基团在高温下分解, 释放出 氮气, 发生抽氢反应而直接使其交联得到, 其原料组成包括 : 磺化聚苯并咪唑 1份 (重复单元摩尔数) 酰氯化试剂 1-9 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 1-5 份 ( 摩尔数 ) 催化剂 0.05-1 份 ( 摩尔数 ) 有机溶剂 160-500 份 ( 摩尔数 ) 沉淀剂 200-1000 份 ( 摩尔数 ) 。
         本发明中, 所述磺化聚苯并咪唑为主链带苯并咪唑结构的氮杂环类聚合物, 结构 如下述所示, 依次记为 s PBI (1)-- s PBI (8), 但不仅限于此。PBI 主要种类的结构式 :
         其中 : R1, R2, R3, R4 为芳环结构, 杂环或 N 杂环结构, 脂肪链结构及其他结构。
         本发明中, 所述酰氯化试剂可为二氯亚砜、 三氯化磷、 三氯氧磷、 五氯化磷或氧氯 化碳等。本发明中, 所述催化剂可为 N, N- 二甲基甲酰胺、 三乙胺、 吡啶、 二甲胺基吡啶、 三 乙胺、 吡啶、 二甲胺基吡啶、 三乙基苄基氯化铵中的任意一种。
         本发明中, 所述有机溶剂可为苯、 甲苯、 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二甲基乙酰胺、 二甲基亚砜或 N -甲基吡咯烷酮中的任意一种, 或其中任意两种的混合液。
         本发明中, 所述沉淀剂可为苯、 甲苯、 甲醇、 乙醇、 乙醚、 乙腈、 去离子水或丙酮中的 任意一种或任意两种的混合液。
         本发明提出的带磺酰叠氮基的聚苯并咪唑的合成和交联方法, 具体步骤如下 : (1) 将磺化聚苯并咪唑溶于有机溶剂, 制备获得磺化聚苯并咪唑溶液, 每 100ml 有机溶 剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 0.5-2g。
         (2)按 0.1-2g/ 分 钟 在 0-5 ℃ 下 向 磺 化 聚 苯 并 咪 唑 溶 液 中 滴 加 酰 氯 化 试 剂 0.15-9.36g, 同时加入催化剂 0.01-0.5g, 搅拌 10-120 分钟后加热至酰氯化试剂沸点, 利用 回流混合 5-36 小时。将产物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰 氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:160-1:500 重量比例溶解于 有机溶剂中, 在 0-5℃加入 NaN30.07-0.5g。搅拌 5-25 小时后倒于沉淀剂中沉淀, 过滤后再 反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑产物。 (4) 将含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑溶解于有机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到 聚四氟乙烯板上, 采用两种方法进行成膜 : ①在真空干燥箱中, 先于 60-90℃条件下烘 10 ~ 20 小时, 再升温至 120-160℃下烘 10-24h。 ②在真空干燥箱中, 先于 60-90℃条件下烘 10 ~ 20 小时, 然后取出上方悬空铺架一层网状布 (网络结构与形状可根据最后预期的网络结构 调整) , 在紫外光下照射 0.5-10 小时后, 再放回真空烘箱中升温至 120 ~ 160℃烘干 10 ~ 24 小时, 即可得所需产品。
         本发明中, 步骤 (2) 中加入的酰氯化试剂为五氯化磷时, 反应温度为 120-160℃ ; 加入的酰氯化试剂为二氯亚砜时, 反应温度为 30-70℃。
         本发明中, 步骤 (1) 中所述有机溶剂可选用苯、 甲苯、 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二 甲基乙酰胺、 二甲基亚砜或 N -甲基吡咯烷酮中的任意一种, 或其中任意两种的混合液 ; 步 骤 (3) 和步骤 (4) 中所述有机溶剂可选用 N, N- 二甲基甲酰胺、 N, N- 二甲基乙酰胺、 二甲基 亚砜或 N -甲基吡咯烷酮中的任意一种。
         本发明的特点是在聚苯并咪唑类聚合物主链上部分引入磺酰叠氮基团, 然后通过 加热反应使磺酰叠氮基团发生抽氢反应, 在不需要小分子交联剂的情况下, 利用磺酰叠氮 基团的反应活性在高温下分解, 释放出氮气, 发生抽氢反应促使磺化聚苯并咪唑产生交联, 直接形成交联网络结构。本发明方法工艺可控性好, 采用该交联方法制备所得的聚苯并咪 唑薄膜具有良好的力学性能、 抗氧化性能和保酸性能, 且尺寸稳定性好, 在聚合物电解质膜 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。
         附图说明
         图 1 聚 -2- 磺酸基 - 苯并咪唑 (SPPBI) , SPPBI-SO2N3 和交联的 SPPBI 的红外谱图。
         图 2 SPPBI 交联膜的拉伸强度随磺化度的变化图。其中, a. 不同磺化度的 SPPBI 的拉伸强度图 , b. SPPBI 掺磷酸前后交联膜拉伸强度图。图 3 SPPBI 膜和交联 SPPBI 膜的磷酸迁移性能曲线。具体实施方式
         以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明, 在不违反本发明的主旨下, 本发明 应不限于以下实验例具体明示的内容。
         所用原料如下 : 聚 -5- 磺 酸 基 - 苯 并 咪 唑 (SMPPBBI)按 照 文 献 所 述 方 法 制 备 (Juan Antonio Asensio,Salvador Borro's,et al.Proton-Conducting Polymers Based on Benzimidazoles and Sulfonated Benzimidazoles. Journal of Polymer Science, Part A, Polymer Chemistry, 2002, 40, 3703–3710) ; 聚 -2- 磺 酸 基 - 苯 并 咪 唑 (SPPBI)按 照 文 献 所 述 方 法 制 备 (Jordan A. Maderand Brian C.Sulfonated Polybenzimidazoles for High Temperature PEM Fuel Cells, Macromolecules, 2010, 43, 6706-6715.) 聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 (PBI-octa) 按照文献所述方法制备 ( 浦鸿汀, 刘 改花, 功能材料, 2005,36(2): 217) ; 五氯化磷 (PCl5) , 化学纯 (>99%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; 二氯亚砜 (SOCl2) , 化学纯 (>99%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; 甲苯, 化学纯 (>98%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; 叠氮化钠 (NaN3) , 上海景颜化工 ; 浓硫酸 (H2SO4) , 化学纯 (96%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; N,N- 二甲基乙酰胺 (DMF), 化学纯 (>98%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; N- 甲基吡咯烷酮 (NMP), 化学纯 (>98%) , 国药集团化学试剂有限公司 ; 氢氧化钠, 化学纯 (>98%) , 国药集团化学试剂有限公司。
         实施例 1 所用原料的配比如下 : 聚 -2- 磺酸基 - 苯并咪唑 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 二氯亚砜 6 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 4 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基甲酰胺 0.5 份 (摩尔数) 乙腈 250 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 250 份 ( 摩尔数 ) N -甲基吡咯烷酮 160 份 ( 摩尔数 )。
         交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -2- 磺酸基 - 苯并咪唑 (SPPBI) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪唑溶液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 0.5g。
         (2) 按 0.1g/min 在 0℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入二氯亚砜 0.87g, 同时加入 催化剂 N, N- 二甲基甲酰胺 0.1g, 搅拌 60min 后加热至 60℃, 利用回流混合 20 小时。将产 物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中,在 0℃加入 NaN30.28g。 搅拌 20 小时后倒于水中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SPPBI-SO2N3) 产物。
         (4) 将步骤 (3) 中得到的含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SPPBI-SO2N3) 溶解于有 机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 在真空干燥箱中, 先于 60℃条件下烘 15 小时, 然后取出上方悬空铺架一层网状布 (网络结构与形状可根据最后预 期的网络结构调整) , 在紫外光下照射 8 小时后, 再放回真空烘箱中升温至 150℃烘干 10 小 时, 即可得所需产品。
         交联膜的红外图谱表征 : 将交联膜在在低温下干燥处理后, 研成粉末状样品, 然后在傅里叶红外光谱仪上进行 测试。交联膜的红外图谱如图 1 所示。
         交联膜力学性能的测定 : 将交联膜按 ASTM D882-02 标准制成哑铃型薄膜试样, 在 DXLL-5000 型双丝杆电子拉力 机 ( 上海德杰仪器设备有限公司 ) 上测定交联膜的拉伸强度, 拉伸速率 2mm/min。 交联膜及 掺磷酸后的力学性能如图 2 所示。
         交联膜的保酸性能测试 : 模拟了燃料电池工作时的高温水汽环境, 测试 100℃水汽条件下交联膜的失重情况, 结 果如图 3 所示。 实施例 2 所用原料的配比如下 : 聚 -2- 磺酸基 - 苯并咪唑 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 二氯亚砜 4 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 2 份 ( 摩尔数 ) 甲醇 250 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 250 份 ( 摩尔数 ) N -甲基吡咯烷酮 160 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基甲酰胺 0.1 份 (摩尔数) 。
         交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -2- 磺酸基 - 苯并咪唑 (SPPBI) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪唑溶液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 1g。
         (2) 按 0.05g/min 在 0℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入二氯亚砜 1.16g, 同时加 入催化剂 N, N- 二甲基甲酰胺 0.02g 搅拌 60min 后加热至 60℃, 利用回流混合 24 小时。将 产物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产 物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中, 在 0℃加入 NaN30.14g。 搅拌 10 小时后倒于水中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SPPBI-SO2N3) 产物。
         (4) 将步骤 (3) 中得到的含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SPPBI-SO2N3) 溶解于有 机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 先于 80℃条件下烘 20 小时, 再升温至 150℃烘 18h, 即可得所需产品。
         交联膜性能测定与实施例 1 类似, 其红外谱图、 力学性能与图 1、 图 2 所示结果类似。 实施例 3 所用原料的配比如下 : 聚 -5- 磺酸基 - 苯并咪唑 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 五氯化磷 5 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 5 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 200 份 ( 摩尔数 ) N -甲基吡咯烷酮 160 份 ( 摩尔数 ) 甲苯 500 份 (摩尔数) 。
         交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -5- 磺酸基 - 苯并咪唑 (SMPPBBI) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪唑溶 液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 1g。
         (2) 按 1g/min 在 0℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入五氯化磷 2.5g, 搅拌 60min 后加热至 160℃, 利用回流混合 15 小时。 将产物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和去离子 水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中, 在 0℃加入 NaN30.35g。 搅拌 10 小时后倒于水中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SMPPBBI-SO2N3) 产物。
         (4) 将步骤 (3) 中得到的含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SMPPBBI-SO2N3) 溶解于 有机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 在真空干燥箱中, 先 于 60-90℃条件下烘 15 小时, 然后取出上方悬空铺架一层网状布 (网络结构与形状可根据 最后预期的网络结构调整) , 在紫外光下照射 0.5 小时后, 再放回真空烘箱中升温至 120℃ 烘干 20 小时, 即可得所需产品。
         交联膜性能测定与实施例 1 类似, 其红外谱图、 力学性能与图 1、 图 2 所示结果类 似。
         实施例 4 所用原料的配比如下 : SMPPBBI 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 五氯化磷 1 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 1 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 250 份 ( 摩尔数 ) N -甲基吡咯烷酮 160 份 ( 摩尔数 ) 甲苯 200 份 (摩尔数) 。
         交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -5- 磺酸基 - 苯并咪唑 (SMPPBBI) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪唑溶 液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 0.5g。
         (2) 按 0.05g/min 在 0 ℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入五氯化磷 0.25g, 搅拌 30min 后加热至 160℃, 利用回流混合 10 小时。将产物的溶液倒入冰水中, 反复经过过滤和
         去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中, 在 0℃加入 NaN30.07g。搅拌 5 小时后倒于水中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SMPPBBI-SO2N3) 产物。
         (4) 将步骤 (3) 中得到的含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (SMPPBBI-SO2N3) 溶解 于有机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 先于 60℃条件下烘 20 小时, 再升温至 130℃烘 24h, 即可得所需产品。
         交联膜性能测定与实施例 1 类似, 其红外谱图、 力学性能与图 1、 图 2 所示结果类 似。
         实施例 5 所用原料的配比如下 : 聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 浓硫酸 96% 200 份 ( 摩尔数 ) SOCl2 10 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 5 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 250 份 ( 摩尔数 ) N -甲基吡咯烷酮 250 份 (摩尔数) 乙腈 500 份 (摩尔数) 。 交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 (PBI-octa) 于浓硫酸中后磺化后得到的磺 化聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 (sPBI-octa) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪 唑溶液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 1g。
         (2) 按 1g/min 在 0℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入二氯亚砜 2.9g, 同时加入催 化剂吡啶 0.1g, 搅拌 120min 后加热至 60℃, 利用回流混合 10 小时。将产物的溶液倒入冰 水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中, 在 0℃加入 NaN30.35g。 搅拌 20 小时后倒于水中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (sAPBI-octa) 产物。
         (4) 将步骤 (3) 中得到的含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑 (sAPBI-octa) 溶解于有 机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 先于 60℃条件下烘 20 小时, 再升温至 130℃烘 24h, 即可得所需产品。
         交联膜性能测定与实施例 1 类似, 其红外谱图、 力学性能与图 1、 图 2 所示结果类 似。
         实施例 6 聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 1 份 ( 重复单元摩尔数 ) 浓硫酸 96% 200 份 ( 摩尔数 ) SOCl2 5 份 ( 摩尔数 ) 叠氮化钠 (NaN3) 2 份 ( 摩尔数 ) N, N- 二甲基乙酰胺 250 份 ( 摩尔数 )
         N -甲基吡咯烷酮 250 份 (摩尔数) 丙酮 1000 份 (摩尔数) 。
         交联膜的制备方法 : (1) 将聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 (PBI-octa) 于浓硫酸中后磺化后得到的磺 化聚 -2,2’ - 辛撑 -5,5’ - 二苯并咪唑 (sPBI-octa) 溶于有机溶剂制备获得磺化聚苯并咪 唑溶液, 每 100ml 有机溶剂中磺化聚苯并咪唑的加入量为 2g。
         (2) 按 2g/min 在 0℃下向磺化聚苯并咪唑溶液中加入五氯化磷 (5.07g) , 同时加入 催化剂吡啶 0.5g 搅拌 120min 后加热至 120℃, 利用回流混合 36 小时。将产物的溶液倒入 冰水中, 反复经过过滤和去离子水洗涤后, 得到酰氯化磺化聚苯并咪唑产物。
         (3) 将步骤 (2) 中得到的酰氯化磺化聚苯并咪唑按 1:200 比例溶解于有机溶剂中, 在 0℃加入 NaN30.14g。搅拌 25 小时后倒于沉淀剂中沉淀, 过滤后再反复用去离子水洗涤、 过滤, 在真空中干燥后得到含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑产物。
         (4) 将含有磺酰叠氮基团的聚苯并咪唑溶解于有机溶剂中得到均匀溶液, 浇注到 聚四氟乙烯板上, 在真空干燥箱中, 先于 90℃条件下烘 10 小时, 然后取出上方悬空铺架一 层网状布 (网络结构与形状可根据最后预期的网络结构调整) , 在紫外光下照射 0.5 小时后, 再放回真空烘箱中升温至 140℃烘干 20 小时, 即可得所需产品。
         交联膜性能测定与实施例 1 类似, 其红外谱图、 力学性能与图 1、 图 2 所示结果类似。

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    一种 带磺酰叠氮基 苯并咪唑 及其 合成 方法
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