【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種嵌段共聚物領域，具體涉及一種三元嵌段聚苯并咪唑及其制備方法。
技術介紹
1、聚苯并咪唑（pbi）具有較好的熱穩定性、機械強度和阻燃性能，可應用于耐高溫織物、防火阻燃材料、離子傳導膜等。
2、作為離子傳導膜可應用在高溫燃料電池、電解水制氫及其co2轉化等領域。但pbi離子傳導膜在實際應用中存在著離子電導率低、堿穩定性差等問題。現有技術主要是通過在聚苯并咪唑中引入離子基團，提高膜內離子基團的密度，形成高效的離子傳輸通道，得到具有較高離子交換容量的離子交換膜。然而該方法會增加膜的吸水溶脹率，降低膜的尺寸穩定性以及機械性能。
3、嵌段共聚作為一種針對分子主鏈設計改性手段常用于新型聚合物材料的改性中，能夠將嵌段共聚物中各聚合物優點同時發揮，有效改善聚合物的各項性能。嵌段共聚物其不同嵌段的不同物理化學性質，可在膜內形成納米相分離的結構，從而形成連續的離子納米通道，有利于離子的傳輸。
4、zl202010990281.5公開了一種聚苯并咪唑-聚硅氧烷嵌段共聚物及其制備方法和應用，pbi與pdms可形成化學鍵結合，提高兩者的相容性。形成的嵌段共聚物具有兩親性，形成軟-硬、親-疏的相分離結構，促進質子傳輸通道的形成。
5、202310179941.5公開了一種三元嵌段共聚聚苯并咪唑、高溫質子交換膜及其制備方法，使用端基為羧基的opbi預聚物、端基為羧基的f6-pbi預聚物與端基為二氨基的m-pbi預聚物進行聚合反應，制得的三元嵌段共聚物具有易溶解、高成膜性、高熱穩定性、高抗氧化性等
6、這兩種嵌段聚苯并咪唑共聚物都能在微觀結構上出現相分離，有效促進質子傳導與磷酸保留能力。但都沒有提及共聚物的分子量調控問題。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種三元嵌段聚苯并咪唑，該三元嵌段聚苯并咪唑使用四元胺和兩種不同類型的羧酸單體共聚而得。制得的三元嵌段聚苯并咪唑具有柔性pbi片段（有助于離子傳導）和剛性pbi片段（良好的機械性能和化學穩定性能）。不同片段具有不同的物理化學性能，相分離結構形成納米通道，構筑離子傳輸通道。
2、本專利技術的另一目的在于提供一種三元嵌段聚苯并咪唑的制備方法，包括以下步驟：
3、s1將質子性溶劑和四元胺加入到裝有回流冷凝管的三口燒瓶中，通入惰性氣體，加熱、攪拌使所述四元胺溶解；
4、s2將二元羧酸a加入到步驟s1中，升溫至t1并反應；
5、s3降溫至t2，將二元羧酸b加入到步驟s2中，待所述二元羧酸b溶解，升溫至t3開始預聚合，再升溫至t4開始縮聚反應，獲得粘稠狀溶液；
6、s4將步驟s3中所述粘稠狀溶液進行電化學還原反應制得三元嵌段聚苯并咪唑原漿；
7、s5將步驟s4中所述三元嵌段聚苯并咪唑原漿倒入去離子水中，然后依次經堿液、去離子水洗，干燥而制得。
8、根據本專利技術，步驟s1中所述質子性溶劑為多聚磷酸或者伊頓試劑。
9、進一步地，所述伊頓試劑為五氧化二磷與甲烷磺酸的混合物。
10、更進一步地，所述混合試劑中甲烷磺酸與五氧化二磷的重量比為1：0.1～0.125。
11、根據本專利技術，步驟s1中所述四元胺的結構式為。
12、進一步地，所述r1代表:、、、或。
13、進一步地，所述r2代表：?o，-ch2，c=o或ch(ch3)2。
14、根據本專利技術，步驟s1中所述質子性溶劑和四元胺的重量比為1：（0.01～0.1）。
15、根據本專利技術，步驟s1中所述惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
16、根據本專利技術，步驟s1中所述加熱溫度為40～80℃，攪拌時間為2～4h。
17、根據本專利技術，步驟s2中所述二元羧酸a中含有除羧基以外的非極性官能團。
18、根據本專利技術，步驟s2中所述二元羧酸a包括但不限于和
19、。
20、進一步地，所述r3代表：cf3-c-cf3或cf2-c-ch3。
21、根據本專利技術，步驟s2中所述二元羧酸a和步驟s1所述四元胺摩爾比為1：0.1～0.9。
22、根據本專利技術，步驟s2中所述t1為100～120℃。
23、根據本專利技術，步驟s2中所述反應時間為3～6h。
24、根據本專利技術，步驟s3中所述t2為70～90℃。
25、根據本專利技術，步驟s3中所述二元羧酸b的結構式為：、、、、或。
26、根據本專利技術，步驟s3中所述二元羧酸b與步驟s2中所述二元羧酸a的摩爾比為1：1～9。
27、根據本專利技術，步驟s3中所述t3為90～110℃。
28、根據本專利技術，步驟s3中所述預聚合時間為1～3h。
29、根據本專利技術，步驟s3中所述t4為140～160℃。
30、根據本專利技術，步驟s3中所述縮聚反應時間為2～24h。
31、根據本專利技術，步驟s4中所述電化學還原反應的電流為0.01～1a，時間為1～60min。
32、根據本專利技術，步驟s5中所述堿液為碳酸氫鈉水溶液、碳酸鈉水溶液、碳酸氫鉀水溶液或碳酸鉀水溶液。
33、根據本專利技術，步驟s5中所述堿液的重量濃度為5～40%。
34、根據本專利技術，步驟s5中所述堿液洗的條件為：室溫～80℃，1～24h。
35、根據本專利技術，步驟s5中所述去離子水洗滌次數為3～10次。
36、根據本專利技術，步驟s5中所述干燥溫度為60～100℃，干燥時間為5～24h。
37、本專利技術的再一目的是提供一種三元嵌段聚苯并咪唑在耐高溫織物、防火阻燃材料、離子傳導膜等方面的應用。
38、本專利技術與現有技術相比，具有如下優勢：
39、1）本專利技術使用四元胺和兩種不同類型的二元羧酸作為單體，經縮聚制得三元嵌段聚苯并咪唑，制得的嵌段聚苯并咪唑含有柔性親水pbi片段（有助于離子傳導）和剛性pbi片段（具有良好的機械性能和化學穩定性）兩個片段的物理化學性質不同，制得的共聚膜能形成納米通道，極大地提高離子傳導率。
40、2）本專利技術在縮聚反應制得粘稠狀溶液后使用電化學還原反應制得三元嵌段聚苯并咪唑原漿，電化學還原反應可以使得在縮聚反應中未反應的單體及其縮聚反應產生的低聚物等發生反應，從而提高三元嵌段聚苯并咪唑的產率及其縮小聚苯并咪唑的分子量分布，提高三元嵌段聚苯并咪唑的分子量。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種三元嵌段聚苯并咪唑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述質子性溶劑為多聚磷酸或者伊頓試劑；所述伊頓試劑為五氧化二磷與甲烷磺酸的混合物；所述混合試劑中甲烷磺酸與五氧化二磷的重量比為1：0.1～0.125。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述四元胺的結構式為
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述質子性溶劑和四元胺的重量比為1：0.01～0.1；步驟S1中所述惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣；步驟S1中所述加熱溫度為40～80℃，攪拌時間為2～4h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述二元羧酸A中含有除羧基以外的非極性官能團；所述二元羧酸A為
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述二元羧酸A和步驟S1所述四元胺摩爾比為1：0.1～0.9；步驟S2中所述T1為100～120℃；步驟S2中所述反應時間為3～6h；步驟S3中所述T2為70～90℃。
7.根據權利
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述二元羧酸B與步驟S2中所述二元羧酸A的摩爾比為1：1～9；步驟S3中所述T3為90～110℃；步驟S3中所述預聚合時間為1～3h；步驟S3中所述T4為140～160℃；步驟S3中所述縮聚反應時間為2～24h；步驟S4中所述電化學還原反應的電流為0.01～1A，時間為1～60min；步驟S5中所述堿液為碳酸氫鈉水溶液、碳酸鈉水溶液、碳酸氫鉀水溶液或碳酸鉀水溶液；步驟S5中所述堿液的重量濃度為5～40%；步驟S5中所述堿液洗的條件為：室溫～80℃，1～24h；步驟S5中所述去離子水洗滌次數為3～10次；步驟S5中所述干燥溫度為60～100℃，干燥時間為5～24h。
9.由權利要求1～8任一所述制備方法制得的三元嵌段聚苯并咪唑。
10.由權利要求1～8任一所述制備方法制得的三元嵌段聚苯并咪唑在耐高溫織物、防火阻燃材料、離子傳導膜方面的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種三元嵌段聚苯并咪唑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中所述質子性溶劑為多聚磷酸或者伊頓試劑；所述伊頓試劑為五氧化二磷與甲烷磺酸的混合物；所述混合試劑中甲烷磺酸與五氧化二磷的重量比為1：0.1～0.125。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中所述四元胺的結構式為
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中所述質子性溶劑和四元胺的重量比為1：0.01～0.1；步驟s1中所述惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣；步驟s1中所述加熱溫度為40～80℃，攪拌時間為2～4h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述二元羧酸a中含有除羧基以外的非極性官能團；所述二元羧酸a為
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述二元羧酸a和步驟s1所述四元胺摩爾比為1：0.1～0.9；步驟s2中所述t1為100～120℃；步驟s2中所述反應時間為3～6h；步驟s3中所述t2為70～...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王麗華，李祖鈺，何敏，汪前東，仇智，趙彤，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。