[发明专利]聚苯并咪唑的制备方法

说明书

制备聚苯并咪唑(PBI)的方法，包括步骤：在溶液中使具有至少2个氨基基团的有机化合物与有机醛加合物反应，反应物按溶液的重量计占至少8％。溶液的溶剂可选自：N,N‑二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮(NMP)、四亚甲基砜以及它们的组合。有机醛加合物可以是有机醛亚硫酸氢盐加合物。有机醛加合物的有机醛部分为脂族、脂环族、芳族、杂环或杂芳族醛或它们的混合物。聚苯并咪唑可具有至少0.40dl/g的特性粘度。

该申请是分案申请，优先权日是2013年6月4日，原国际申请日是2014年6月3日，母案进入中国国家阶段的日期是2016年1月15日；国际申请号是PCT/US2014/040590，母案的中国国家申请号是201480040106.0；原申请的发明名称是《聚苯并咪唑的制备方法》。

发明领域

本发明涉及制备聚苯并咪唑的工艺。

发明背景

聚苯并咪唑类(PBI)是已知的一类化合物，参见下文的讨论。另参见：Powers,E.J.和Serad,G.A.，History and Development of Polybenzimidazole，Symposium on theHistory of High Performance Polymers,American Chemical Society(1986)。可通过熔融/固体聚合或溶液聚合来制备PBI。迄今而言，生产PBI最突出的商业化工艺一直是熔融/固体聚合。

熔融/固体聚合通常以两个步骤进行。例如，参见第Re.26,065；3,433,772；3,509,108；3,551,389；3,655,632；4,312,976；4,717,764和7,696,302号美国专利，上述专利内容的每一者以引用的方式并入本文。第一步是单体的反应，而第二步提高聚合物的分子量。聚合物通常要求在硫酸中测量的特性粘度(inherent viscosity,IV)大于0.4dl/g(典型地为0.50-1.20)。随后，可以使这种聚合物或树脂形成为(除了别的以外)纤维和薄膜。形成纤维和薄膜的工艺需要生产原液(在溶剂中约25重量％的聚合物用于纤维纺丝操作，约15％用于薄膜流延操作，约10％用于薄膜的手动流延)，并且原液借助于溶剂的散出挤成纤维或薄膜。虽然这种工艺生产出的PBI取得了巨大的商业化成功，但聚合物的生产成本在聚合物的广泛工业化接受程度方面受到限制。

溶液聚合也是已知的，参见Powers和Serad的上述文献第2页。然而，溶液聚合法一直不过是具有学术上的新颖性而已。显著的问题是，溶液聚合一直以来是在低单体浓度下进行的。另一个问题是，溶液中的单体浓度增加时，聚合物的IV降低。参见例如Mader,J.等，Polybenzimidazole/Acid Complexes as High-Temperature Membranes，Adv Polym Sci(2008)

216:63-124，第103页，图14(这里转载为图1)。因为溶液法未能生产出具有足够高IV的聚合物或具有足够高固体含量的溶液，所以这种方法未能得以商业化充分利用。

需要开发具有足够高IV和溶液中的高固体含量的聚苯并咪唑的制备方法。

附图说明

为说明本发明的目的，附图中显示目前优选的形式；然而要理解的是，本发明并不限于所示的精确方案及设计。

图1是显示溶液中单体浓度增加、聚合物的特性粘度(IV)降低的图表(现有技术)。

图2是本发明的实施方案的示意图。

图3是显示聚合物IV随溶液中的单体浓度变化的图表(本发明)。

图4是可用在本发明中的加合物的合成示意图。

发明内容