一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法及其应用，包括，以二羧酸单体和2,3,5,6‑四氨基吡啶盐酸盐为反应原料，在多聚磷酸或甲磺酸中进行缩聚反应，得到所述芳杂环聚合物，并命名为聚吡啶并咪唑。所得到的杂环聚合物具有良好的耐高温性能、机械性能、抗氧化性，以及良好的耐酸碱性性能。经过溶剂蒸干法制备成的聚合物薄膜具有高强、耐高温等多方面的优异性能，具有多方面的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法及其应用
本专利技术涉及聚合物
，具体涉及一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法及其应用。
技术介绍
杂环聚合物是一种重要的先进功能材料，因其具有优异的机械、电学以及耐化学腐蚀等多方面的特性，使其在航空航天、制造、电子和光电等多方面发挥有不可替代的作用，因此备受关注。常见的聚苯并噁唑(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)以及聚酰亚胺(PI)等杂环聚合物由于具有良好的耐酸性、热稳定性、较高的力学强度，而在精密器件、高温气体分离膜、酸掺杂燃料电池隔膜等方面有着广泛的应用。但其分子链的刚性，使其溶解性能很差，导致加工困难，限制了他们的进一步应用；繁琐的合成过程、高额的成本等也对它们的进一步应用造成了阻碍。因此制备具有新颖结构、优异性能、特殊应用、易加工和低成本的新型杂环聚合物材料具有重要的意义。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术首要目的是提供一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，该方法制备的杂环聚合物具有较好的溶解性能、耐高温、高强以及良好的耐酸碱性。本专利技术的次要目的是提供一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的应用。本专利技术采用如下技术方案：一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，包括如下步骤：S1将反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入溶剂中，在温度为50℃～90℃通N2，然后机械搅拌实现脱HCl；S2加入二羧酸单体、还原剂及P2O5，搅拌后升温进行预聚合反应，然后加入溶剂再升至高温进行闭环反应；S3闭环反应终止后，将聚合物放入蒸馏水中，中性后干燥，得到杂环聚合物。进一步地，所述溶剂为多聚磷酸、NMP、DMSO、DMF、DMAc或甲磺酸中的一种。进一步地，所述二羧酸单体为对苯二甲酸、邻苯二甲酸和4,4′-二苯醚二羧酸中的一种以上。进一步地，所述闭环反应的温度为180-220℃，所述预聚合反应的温度为100-140℃。进一步地，脱HCl的时间为0.5～4h，预聚合段的时间为8～16h，高温闭环段的时间为8～16h。进一步地，2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐与二羧酸单体的摩尔比为1：1，还原剂的量为2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐的1％～4％，P2O5与二羧酸的质量相等。进一步地，S2中，加入溶剂前，聚合物的质量占整个体系质量的20％，加入溶剂后，聚合物的质量占整个体系质量的4％～20％。一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的应用，由含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物构成薄膜应用于燃料电池、导电膜基材、绝缘膜、气体分离及胶带领域。聚合物薄膜是将杂环聚合物经过溶剂蒸干法或相分离方法得到。本专利技术的有益效果：本专利技术制备的PPI因为具有柔性醚键基团。在H2SO4和甲磺酸(MSA)等强酸中具有良好的溶解性，室温下均可完全溶解，同时在H3PO4等的中强酸以及强极性溶剂DMSO和NMP中具有一定的溶解性。甚至在DMAc、DMF和THF等溶剂中也有一定的溶解性。PPI的吡啶环和咪唑环结构的引入也使得聚合物具有更多能跟质子相互作用的位点，从而增强了聚合物在质子性溶剂中的溶解性，也使其可作为质子交换膜。因为强极性的吡啶并咪唑基团的存在，PPI分子间的作用力较强以及较柔性分子链结构使得其具有良好的力学性能。附图说明图1是本专利技术实施例1得到聚合物的红外光谱；图2是本专利技术实施例1得到聚合物的热失重分析；图3是本专利技术实施例1得到聚合物的力学性能测试。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将2g的反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入50g的PPA中，于50℃(第一段加热)下通N2，同时进行机械搅拌0.5h(脱HCl段)；随后升温至90℃并保持0.5h；(2)随后向反应体系内加入1.94g4,4′-二苯醚二羧酸单体，以及0.02gSn粉和2gP2O5，搅拌1h后，升温至120℃预聚合反应4h(预聚合段)，随后补加50g的PPA再升至180℃高温进行闭环反应10h(高温闭环段)；(3)反应终止后，趁热将聚合物转移至蒸馏水中，90℃水煮至中性，随后于80℃下干燥6h，得到一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物。其结构如下：实施例2一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将2g的反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入20g的NMP中，于90℃(第一段加热)下通N2，同时进行机械搅拌0.5h(脱HCl段)；(2)随后向反应体系内加入1.94g4,4′-二苯醚二羧酸单体，以及0.02gSn粉和2gP2O5，搅拌1h后，升温至120℃预聚合反应4h(预聚合段)，随后升至180℃高温进行闭环反应10h(高温闭环段)；(3)反应终止后，趁热将聚合物转移至蒸馏水中析出，随后于80℃下干燥6h，得到聚合物。实施例3一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将2g的反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入50g的PPA中，于50℃(第一段加热)下通N2，同时进行机械搅拌0.5h(脱HCl段)；随后升温至90℃并保持0.5h；(2)随后向反应体系内加入1.247g对苯二甲酸单体，以及0.02gSn粉和2gP2O5，搅拌1h后，升温至120℃预聚合反应4h(预聚合段)，随后补加50g的PPA再升至180℃高温进行闭环反应10h(高温闭环段)；(3)反应终止后，趁热将聚合物转移至蒸馏水中，90℃水煮至中性，随后于80℃下干燥6h，得到聚合物。实施例4一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将2g的反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入50g的PPA中，于50℃(第一段加热)下通N2，同时进行机械搅拌0.5h(脱HCl段)；随后升温至90℃并保持0.5h；(2)随后向反应体系内以摩尔比为1：1加入4,4′-二苯醚二羧酸与对苯二甲酸单体，以及0.02gSn粉和2gP2O5，搅拌1h后，升温至120℃预聚合反应4h(预聚合段)，随后补加50g的PPA再升至180℃高温进行闭环反应10h(高温闭环段)；(3)反应终止后，趁热将聚合物转移至蒸馏水中，90℃水煮至中性，随后于80℃下干燥6h，得到聚合物。实施例5取实施例1中聚合物1g，并加入24g甲磺酸(MSA)，随后在磁力搅拌，120℃条件下配置成均一溶液。将所得到的溶液通过超声脱泡后，将所得均一溶液倾倒于干净的玻璃板上，并通过刮膜器将溶液摊开，随后于120℃条件下将溶剂蒸干，即可得到均匀的聚合物薄膜。降至室温后，将玻璃板浸泡至去离子水中使膜脱离。随后于80℃条件下进行抽真空干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1将反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入溶剂中，在温度为50℃～90℃通N

【技术特征摘要】
1.一种含聚吡啶并咪唑的杂环聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将反应物2,3,5,6-四氨基吡啶盐酸盐加入溶剂中，在温度为50℃～90℃通N2，然后机械搅拌实现脱HCl；
S2加入二羧酸单体、还原剂及P2O5，搅拌后升温进行预聚合反应，然后加入溶剂再升至高温进行闭环反应；
S3闭环反应终止后，将聚合物放入蒸馏水中，中性后干燥，得到杂环聚合物。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为多聚磷酸、NMP、DMSO、DMF、DMAc或甲磺酸中的一种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二羧酸单体为对苯二甲酸、邻苯二甲酸和4,4′-二苯醚二羧酸中的一种以上。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述闭环反应的温度为180-220℃，所述预聚合反应的温度为100-140℃。

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【专利技术属性】
技术研发人员：邱志明，王成祥，严玉蓉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44