三元共聚苯并咪唑型聚酰亚胺薄膜的合成及性能

随着柔性显示技术的快速发展,高性能透明聚酰亚胺的需求日益增大。然而,如何兼顾高透明、耐高温与高力学强度仍是当前聚酰亚胺研究的重要课题。本文以2-(4-氨基苯基)-5氨基苯并咪唑(APBIA)为改性单体,与2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(HFBAPP)和4,4′-联苯醚二酐(ODPA)进行共聚,通过调控APBIA和HFBAPP两种二胺单体的物质的量比,制备出一系列苯并咪唑型含氟透明聚酰亚胺薄膜(APBIA/HFBAPP/ODPA),并对其结构及性能进行表征。结果表明,当二胺单体中APBIA的物质的量占比在50%以下时,可获得完整的PI薄膜,在苯并咪唑基团和含氟基团的协同作用下,这些薄膜表现出良好的综合性能,紫外-可见光范围内的透光率最高可达90.16%,玻璃化转变温度最高可达277.2℃,5%和10%的热失重温度最高分别可达495和520℃,拉伸强度最高可达184.8 MPa。其中,当APBIA与HFBAPP的物质的量比为3∶7时,薄膜的综合性能最为均衡,其玻璃化转变温度为268.9℃,5%和10%的热失重温度分别为477和512℃,紫外-可见光最高透过率为88.92%,拉伸强度为184.8 MPa。

羟基磷灰石/聚苯并咪唑复合气凝胶纤维的制备及性能

以聚醚型聚苯并咪唑(OPBI)为基体,以自制的高长径比羟基磷灰石纳米线(HAPNW)为无机填料,通过氧化凝胶纺丝法和冷冻干燥的方法制备HAPNW/OPBI复合气凝胶纤维(CAFs),研究了HAPNW含量对CAFs微观结构和性能的影响。结果表明:HAPNW质量分数为5%~10%时,HAPNW在CAFs中分散均匀,CAFs表面和内部均具有均匀的多孔结构;当HAPNW质量分数为10%时,CAFs具有优异的综合性能,其比表面积、孔隙率和拉伸强度分别提高到155.45 m^(2)/g、85.51%和17.7 MPa;HAPNW的加入对CAFs的热分解行为没有明显的影响,但提高了CAFs的耐燃烧性及高温隔热性能,当HAPNW质量分数为10%时,CAFs在氮气气氛下热分解温度达575℃,在火焰中不燃烧,热导率为53.1 W/(m·K),在200℃热台上CAFs织物的表面温度稳定在159℃左右。

具有烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征

磷酸(PA)掺杂聚苯并咪唑(PBI)以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)的首选材料。然而,由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率,导致膜的质子传导性能不佳,电池冷启动困难。因此,研发可在宽温湿度范围内高效运行的高温质子交换膜成为当前挑战。特别是拓宽其低温运行窗口、实现冷启动对这类质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域的实际应用具有重要意义。本文通过多聚磷酸溶胶凝胶工艺与内酯开环反应设计并合成了一系列磷酸掺杂的具有柔性烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜。重点探究了烷基磺酸的引入以及侧链长度对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律。研究结果表明,所制备的质子交换膜具有凝胶型自组装片层堆叠的多孔结构,有利于吸收大量磷酸并提供质子快速传输通道。其中,PA/PS-PBI展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能。特别是常温下,其质子传导率从原膜的0.0286S/cm提升至0.0694S/cm。80℃下,其质子传导率从原膜的0.1117S/cm提升至0.1619S/cm。200℃下,其质子传导率从原膜的0.2609S/cm提升至0.3578S/cm。此外,该膜在80℃和0%相对湿度(RH)条件下仍可具有与Nafion膜在100%RH时相当的质子传导率,为打破质子交换膜经典定义、实现宽温域(25~240℃)运行提供新的方案。

含苯并咪唑低热胀聚酰亚胺的合成及性能

以2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PABZ)、对苯二胺(PDA)、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)为原料成功制备了一系列含苯并咪唑的高耐热低热胀聚酰亚胺(PI),并表征了其结构和性能。红外吸收光谱表明聚合物已经亚胺化;X射线衍射表明PABZ的摩尔分数超过5%的聚酰亚胺分子链之间的距离更窄,含20%PABZ的聚合物d间距仅为0.425nm;热重分析表明随着PABZ的加入,1%的失重温度从565℃降低到532℃;热机械分析表明材料线膨胀系数呈先增大再减小的趋势,随着分子链中苯并咪唑含量的增加,线膨胀系数从10.2×10^(-6)K^(-1)下降到2.7×10^(-6)K^(-1)。通过分子模拟表明:苯并咪唑中的—NH—可以与酰亚胺环的C=O产生氢键,导致分子链之间的间距更小,自由体积分数更小,相互之间作用力更大,拥有更低的线膨胀系数。力学性能测试表明,苯并咪唑的引入,薄膜的拉伸强度和模量小幅上升,断裂伸长率稍微下降。

氢气分离用聚苯并咪唑分离膜的研究进展

膜法氢气分离技术作为一种绿色分离技术,具有环保、节能、占地面积小、操作简单、运行成本低等优点,是一种极具竞争力的新型氢气净化分离技术。介绍了有机聚合物H_(2)/CO_(2)分离膜的分离机理,重点总结了氢气分离用聚苯并咪唑(PBI)分离膜,包括PBI均质膜、PBI共混膜、PBI混合基质膜及中空纤维膜的研究进展,并对氢气分离用PBI在混合基质膜开发、制膜工艺及工业应用方面的发展前景进行了展望。

含苯并咪唑基耐高温聚酰亚胺胶黏剂制备研究

文章结合现有的耐高温聚酰亚胺胶黏剂制备方法,提出了使用共聚2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、4,4’-二氨基二苯醚以及N,N-二甲基乙酰胺,结合程序化升温固化完成对PI胶黏剂产物的制备方法。同时,结合对基于该方法得到的PI胶黏剂展开性能分析,验证所述方法的可靠性,并进一步对该含苯并咪唑基耐高温聚酰亚胺胶黏剂制备方法进行了完善。

原子氧辐照对含苯并咪唑结构聚酰亚胺摩擦学性能影响研究

聚合物及其复合材料的抗原子氧辐照性是影响其在空间装备应用过程中可靠性和安全性的重要因素。研究表明含硫、氮等杂原子的芳杂环聚合物具有一定的抗原子氧辐照性能。因此,从聚合物分子链角度出发设计并制备具有抗辐照性能的聚合物是一种有效的途径。目前,关于聚醚砜、聚砜及聚酰亚胺等聚合物抗辐照性能的研究表明,引入具有良好耐热性能的化学基团能有效提高聚合物的抗原子氧辐照性能。聚苯并咪唑因结构中特殊的苯并咪唑结构赋予了其良好的耐热性能,使其表现出良好的抗原子氧辐照的潜质。但聚苯并咪唑的合成条件较为苛刻,因此将苯并咪唑结构引入聚酰亚胺的主链中成为了一种改善其抗辐照性能的良好解决方案。本工作采用传统的两步法合成了一种含苯并咪唑结构的聚酰亚胺(PMI),研究了聚合物薄膜在原子氧辐照(AO)前后的力学性能和摩擦学性能,并与不含苯并咪唑基团的聚酰亚胺(YS-20)薄膜进行了比较。结果表明,含苯并咪唑结构聚酰亚胺的抗氧化性能和力学性能均优于不含苯并咪唑基团的聚酰亚胺(YS-20)。通过对比辐照时间对薄膜的影响,发现不同辐照时间后,PMI系列表现出较低的粗糙度。这一结果通过表面三维形貌图也得到了证明。通过对辐照后表面C和O元素价态和组成分析结果表明,与YS-20相比,PMI表现出较低的碳化程度。同时主链中芳杂环结构也提高了聚合物的耐温性能和机械强度,其中PMI的玻璃化转变温度高达365℃。通过球盘摩擦实验考察了辐照前后摩擦性能的演变。结果表明,由于抗AO性能的不同,聚合物薄膜的显微硬度和模量呈现出不同的变化趋势,导致AO辐照后的摩擦学性能不同。

具有图灵结构的聚苯并咪唑耐溶剂纳滤膜的制备及性能

以聚苯并咪唑(PBI)为原料,采用配位诱导相转化法制备具有图灵结构的纳滤膜.通过改变聚合物的含量调控图灵膜的形貌,探究图灵膜的纳滤性能,并对图灵膜在有机溶剂中的稳定性进行测试.使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对制备的图灵膜的表面形貌及结构进行表征.首次将配位诱导相转化法制备的图灵膜应用于耐溶剂纳滤中.研究结果表明:制备的图灵膜具有优异的纳滤性能和溶剂稳定性,该膜对玫瑰红(RB)、溴百里香酚蓝(BTB)及亚甲基蓝(MB)的截留率均可达到99%以上,在强极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中过滤时间长达40 h时,对RB的截留率仍达到86.66%以上,在耐溶剂纳滤(SRNF)中具有良好的应用前景.

聚苯并咪唑质子交换膜改性研究进展

聚苯并咪唑(PBI)由于其耐高温、机械强度高等特点,被认为最具发展前景的燃料电池用质子交换膜材料。但是其用作质子交换膜质子传导性和溶解性较差,为了满足不同应用需求,诸多改性手段用来改善其相关性能。本文从酸掺杂改性、无机填充改性、聚合物共混改性和化学结构改性四个方面,介绍了PBI质子交换膜的研究进展和各改性特点。最后在此基础上,指出阐明微观结构与宏观性能之间的关系和多种改性方式共用是未来研究方向的重点。

基于聚苯并咪唑PBI的质子交换膜

讨论了聚苯并咪唑(PBI)的发展现状、种类、合成方法及其改性,综述了围绕PBI用作质子导电材料的改性的研究进展,评述了PBI在质子交换膜中应用的进展。

聚苯并咪唑的合成、性能及在燃料电池膜材料中的应用

讨论了聚苯并咪唑(PBI)的制备、种类及其性能,综述了围绕PBI用作质子导电材料的改性、掺杂及质子输送机理的研究进展,评述了PBI在质子交换膜中应用的进展。

耐高温磺化聚苯并咪唑的合成与表征

用不同配比的5-磺酸钠间苯二甲酸、 4,4'-二羧基二苯醚与3,3'-二氨基联苯胺在多聚磷酸中进行共缩聚反应, 制得了一系列磺化度可控的溶解性较好的磺化聚苯并咪唑(sPBI-IE). 采用FTIR, 1H NMR, GPC和TGA等手段对所合成的聚合物的结构、分子量与热稳定性能进行了表征. 结果表明, sPBI-IE的数均分子量(Mn)介于41 300～46 900之间, 多分散指数为2.15～2.54, 并且sPBI-IE具有优异的热稳定性能, 其起始分解温度、最大分解速率温度、 5%和10%热失重温度分别高于513, 586, 573和597 ℃.

磺化聚苯并咪唑/磺化聚醚砜酸碱复合质子交换膜的制备与表征

为提高膜的尺寸稳定性和阻醇性能,以磺化聚苯并咪唑(S-PBI)与高磺化度聚醚砜(ABPS)两种聚合物为原料,采用溶液共混的方法,制备了系列酸碱复合质子交换膜。研究了复合膜的甲醇溶胀性、吸水率、甲醇渗透系数、质子传导率随S-PBI含量的变化规律。研究表明,随着S-PBI含量的增加,膜的阻醇性能和尺寸稳定性明显提高;同时,复合膜具有较好的质子传导率,有望应用于直接甲醇燃料电池。

可溶性共聚型聚苯并咪唑的合成及性能

以对苯二酚和对氟苯甲腈为原料,合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯,并与4,4'-二羧基二苯醚作为共聚单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了共聚型聚苯并咪唑,通过红外光谱、核磁共振和热重分析等手段对聚合物的结构及热性能进行了分析.研究了聚合物的黏度、溶解性、成膜性及聚合物薄膜的力学性能.

聚苯并咪唑的化学改性及其应用

介绍了聚苯并咪唑的化学改性方法和应用进展。聚苯并咪唑的1-N原子上的H原子具有一定的活性,可以发生烷基取代、酰基化和交联等化学反应,从而实现聚苯并咪唑的功能化,也可改善聚苯并咪唑的光稳定性、热稳定性以及韧性和强度。综述了近年来聚苯并咪唑国内外的研究进展和应用,利用聚苯并咪唑的芳香性和聚苯并咪唑上孤对电子可以与金属形成配位化合物的特性实现了聚苯并咪唑在催化剂载体、甲醇直接燃料电池和金属分离等领域的应用;利用聚苯并咪唑良好的热稳定性和优异的力学性能实现其在结构材料领域的应用。初步探讨了聚苯并咪唑未来发展的重点方向。

ABPBI/SPEEK高温质子交换复合膜的制备与表征

采用溶剂蒸发法制备聚(2,5-苯并咪唑)/磺化聚醚醚酮(ABPBI/SPEEK)高温质子交换复合膜。考察了SPEEK的掺入对ABPBI/SPEEK质子交换复合膜的结构及性能的影响。结果表明,ABPBI膜和ABPBI/SPEEK复合膜在高温下的热稳定性能良好;随着SPEEK的掺入,ABPBI/SPEEK复合膜有更好的氧化稳定性和机械性能,ABPBI/SPEEK(20%)复合膜在芬顿试剂中96 h后的质量损失为0.84%,其拉伸强度为120.51 MPa,相较于Nafion 117膜明显提高;ABPBI/SPEEK(20%)复合膜的酸掺杂率为186.68%,该膜在160℃、0%RH时的质子电导率为3.4 mS/cm,约为ABPBI膜的1.78倍。

耐高温聚苯并咪唑树脂的研究

介绍了耐高温聚苯并咪唑(PBI)树脂的发展概况,合成PBI树脂的主要单体和聚合工艺。另外,对PBI的性能以及应用和发展前景也作了阐述。

磺化聚苯并咪唑/二氧化硅杂化质子交换膜的制备及性能

为改善磺化聚苯并咪唑的综合性能,用异氰酸丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂,正硅酸乙酯作为前驱体,在膜内生成有机-无机杂化交联网络,制备了燃料电池用高温质子交换膜。利用傅里叶转变红外光谱(FTIR)表征了聚合物膜的化学结构。用扫描电镜(SEM)观察了聚合物膜的断面形貌。利用交流阻抗(EIS)测定了聚合物膜在磷酸掺杂后的质子传导率。研究结果表明,硅烷偶联剂的加入使得界面相容性良好。由于存在有机-无机交联结构,在膜的溶胀增加不大的前提下,磷酸掺杂量得到了增加,相应地增加了聚合物膜的质子传导率。

聚苯并咪唑的研究进展

介绍了聚苯并咪唑的合成,论述了聚苯并咪唑纤维、复合材料、质子交换膜的研究状况及应用成果,展望了聚苯并咪唑的发展动向。

循环伏安法测定聚苯并咪唑膜电解质甲醇透过率

研究建立了电化学循环伏安法（CV）测定磷酸掺杂聚苯并咪唑（PBI）膜甲醇透过率的方法.以磷酸溶液为电解质,在扫描电压范围-0.2-1.2 V和扫描速度100 m V/s的条件下测试了不同磷酸掺杂水平PBI膜的甲醇透过率.研究表明,根据膜样品酸掺杂水平选择磷酸电解质溶液的浓度可使待测PBI膜的酸掺杂水平在测定过程中保持不变,进而保障结果的准确性和可靠性;与纯PBI膜的甲醇透过率（1.34×10^-8cm2/s）相比,磷酸掺杂PBI膜的甲醇透过率有所增加,当PBI膜的酸掺杂水平为2.5-3.2时,膜的甲醇透过率为3.2×10^-8-14×10^-8cm2/s.