新型苯并咪唑类聚合物的合成及其质子导电性能的研究

摘要

本论文主要合成了以下几种新型的苯并咪唑类聚合物：不同脂肪链长度的聚苯并咪唑(PBI-1,PBI-He,PBI-Se,PBI-He-Se)：烷基与磺酸基团改性的聚(N-甲基苯并咪唑)(PNMBI)、聚(N-乙基苯并咪唑)(PNEBI)和磺化聚苯并咪唑(sPBI)。研究了该类型聚合物的结构和性能二者之间的关系，最后研究了磷酸掺杂苯并咪唑聚合物体系的质子导电性能。研究发现，与PBI相比，分子结构中引入了脂肪链的聚苯并咪唑以及PNMBI，PNEBI，sPBI等，虽然其耐热性相对来说略有下降，但是它们的溶解性能都有不同程度的提高。对烷基与磺酸基团改性的聚苯并咪唑而言，烷基的引入能够增强聚合物的碱性而磺酸基团的引入则会增大聚合物的酸性。研究磷酸掺杂的聚苯并咪唑的导电性能发现，在同样的温度和磷酸掺杂程度下，聚苯并咪唑的电导率会随着聚合物中脂肪链的增长而下降；同一种结构聚苯并咪唑/磷酸掺杂体系的质子电导率会随着磷酸掺杂程度的增大而升高并最终会趋向于一个稳定值：研究聚苯并咪唑/磷酸掺杂体系的质子电导率与温度的变化关系时发现，随着聚合物中脂肪链的增长，二者之间的变化规律由Arrhenius方程向VTF方程转变。对酸掺杂PNMBI，PNEBI和sPBI复合体系的质子导电性能研究发现，与PBI磷酸掺杂体系来比，在同样的磷酸掺杂程度下，PNMBI和PNEBI体系的质子电导率有所降低，并且随着烷基取代度的增大其电导率不断下降：这些磷酸掺杂体系电导率和温度的变化关系都符合Arrhenius方程，证明了该磷酸掺杂苯并咪唑类聚合物体系中质子迁移过程的“质子跃迁”机理。用红外光谱法研究磷酸掺杂PBI及PNMBI体系的热稳定性能发现，该类型酸掺杂聚苯并咪唑体系在250℃的温度以下都有很好的热稳定性。关键词：苯并咪唑类聚合物；合成；改性；磷酸；掺杂；质子导电性；质子跃迁

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1聚苯并咪唑(PBI)的合成研究进展

1.2聚苯并咪唑的应用研究进展

1.3聚苯并咪唑的改性研究进展

1.4聚合物质子导电材料

1.5研究思路

第二章不同结构聚苯并咪唑的合成及其质子导电性能研究

2.1聚（2,6-苯并咪唑）及含脂肪链聚苯并咪唑的合成

2.1.1直接缩聚法合成聚(2,6-苯并咪唑)和含脂肪链的聚苯并咪唑

2.1.2亲核取代法合成含脂肪链和醚键的聚苯并咪唑

2.2合成产物质子导电材料的制备

2.3合成的聚苯并咪唑材料的表征

2.3.1红外光谱对合成的聚苯并眯唑的结构鉴定

2.3.2合成的聚苯并咪唑的热失重分析

2.3.3合成的聚苯并咪唑的溶解性

2.4合成的聚苯并眯唑／磷酸掺杂体系的质子导电性研究

2.4.1聚苯并咪唑/磷酸掺杂体系的质子电导率和聚合物结构的关系

2.4.2聚苯并咪唑/磷酸掺杂体系的质子电导率和磷酸掺杂度的关系

2.4.3聚苯并咪唑/磷酸掺杂体系的质子电导率和温度的关系

2.5小结

第三章聚[2,2’-间苯基-5,5'-二苯并咪唑]的改性及其质子导电性能研究

3.1聚[2,2'-间苯基-5,5'-二苯并咪唑]的改性

3.1.1聚[2,2'-间苯基-5,5'-二苯并咪唑]的烷基取代改性

3.1.2聚[2,2'-间苯基-5,5'-二苯并咪唑]的磺化改性

3.2改性产物质子导电材料的制备

3.3改性聚[2,2'-间苯基-5,5'-二笨并咪唑]的表征和质子导电性能研究

3.3.1磺化聚[2,2'-间苯基-5,5’-二苯并咪唑]的表征和质子导电性能研究

3.3.2烷基取代聚[2,2’-间苯基-5,5’-二苯并咪唑]的表征和质子导电性能研究

3.4小结

第四章结论

参考文献

致谢

附录