
【化】 polybenzimidazole(PBI); polybenzoimidazole
聚苯并咪唑(Polybenzimidazole,缩写PBI)是一种高性能芳香族杂环聚合物,其英文名称由"poly-"(聚合)、"benzo-"(苯环)和"imidazole"(咪唑环)三部分构成,直接反映了该物质的化学结构特征。该材料由杜邦公司研究人员于20世纪60年代首次开发,其分子主链由苯环与咪唑环交替连接形成刚性梯形结构。
在材料科学领域,聚苯并咪唑展现出以下核心特性:
主要应用包括质子交换膜燃料电池的电解质材料、航空航天领域的热防护涂层,以及核工业中的密封组件制造。美国国家标准技术研究院(NIST)的材料数据库显示,其拉伸强度可达2.3GPa,杨氏模量为5.8GPa。
该材料的合成通常采用溶液缩聚法,主要原料包括3,3'-二氨基联苯胺和间苯二甲酸二甲酯,反应遵循以下通式: $$ n, H_2N-Ar-NH_2 + n, HOOC-Ar'-COOH rightarrow [-NH-Ar-NH-CO-Ar'-CO-]_n + 2n, H_2O $$ 式中Ar代表苯环结构,Ar'为咪唑环结构单元。
聚苯并咪唑(Polybenzimidazole,简称PBI)是一种主链含有重复苯并咪唑环的高性能聚合物,属于芳香族杂环刚性链结构材料。以下是其详细解析:
聚苯并咪唑的重复单元以苯并咪唑基为特征,通常由芳族四胺(如3,3'-二氨基联苯)与脂族或芳族二羧酸酯(如间苯二甲酸二苯酯)通过缩聚和环化反应制备。其化学结构中,苯并咪唑环通过芳基或烷基连接,形成高度刚性的分子链。
通过芳族四胺与二羧酸酯在高温熔融或极性溶剂中缩聚,先生成聚氨基酰胺,再脱水环化形成咪唑环结构。完全固化后成为不溶不熔的聚合物。
尽管性能优异,但其制备工艺复杂、成本高昂,且加工难度大,限制了大规模应用。
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