
【化】 polybenzimidazole(PBI); polybenzoimidazole
聚苯并咪唑(Polybenzimidazole,縮寫PBI)是一種高性能芳香族雜環聚合物,其英文名稱由"poly-"(聚合)、"benzo-"(苯環)和"imidazole"(咪唑環)三部分構成,直接反映了該物質的化學結構特征。該材料由杜邦公司研究人員于20世紀60年代首次開發,其分子主鍊由苯環與咪唑環交替連接形成剛性梯形結構。
在材料科學領域,聚苯并咪唑展現出以下核心特性:
主要應用包括質子交換膜燃料電池的電解質材料、航空航天領域的熱防護塗層,以及核工業中的密封組件制造。美國國家标準技術研究院(NIST)的材料數據庫顯示,其拉伸強度可達2.3GPa,楊氏模量為5.8GPa。
該材料的合成通常采用溶液縮聚法,主要原料包括3,3'-二氨基聯苯胺和間苯二甲酸二甲酯,反應遵循以下通式: $$ n, H_2N-Ar-NH_2 + n, HOOC-Ar'-COOH rightarrow [-NH-Ar-NH-CO-Ar'-CO-]_n + 2n, H_2O $$ 式中Ar代表苯環結構,Ar'為咪唑環結構單元。
聚苯并咪唑(Polybenzimidazole,簡稱PBI)是一種主鍊含有重複苯并咪唑環的高性能聚合物,屬于芳香族雜環剛性鍊結構材料。以下是其詳細解析:
聚苯并咪唑的重複單元以苯并咪唑基為特征,通常由芳族四胺(如3,3'-二氨基聯苯)與脂族或芳族二羧酸酯(如間苯二甲酸二苯酯)通過縮聚和環化反應制備。其化學結構中,苯并咪唑環通過芳基或烷基連接,形成高度剛性的分子鍊。
通過芳族四胺與二羧酸酯在高溫熔融或極性溶劑中縮聚,先生成聚氨基酰胺,再脫水環化形成咪唑環結構。完全固化後成為不溶不熔的聚合物。
盡管性能優異,但其制備工藝複雜、成本高昂,且加工難度大,限制了大規模應用。
以上信息綜合了多個權威來源,如需進一步了解具體數據或應用案例,可參考、2、5等。
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