[发明专利]具有反应性端基的聚苯并咪唑低聚物

说明书

提供聚苯并咪唑(PBI)树脂，其包含具有至少两个反应性端基的聚苯并咪唑低聚物。还提供具有至少两个反应性端基的聚苯并咪唑低聚物的制备方法，包括步骤：使四胺、二羧基组分和反应性端基部分在高于室温的温度下于溶剂中反应一段时间；反应后，将低聚物从溶剂中沉淀出来；沉淀后，将任何反应副产物从低聚物中除去。还提供PBI成型制品的制造方法和PBI成型制品。

发明领域

本发明涉及聚苯并咪唑(PBI)树脂(特别是具有反应性端基的PBI树脂)、制备PBI树脂的方法、由PBI树脂制备成型制品的方法、以及PBI树脂成型制品。

发明的背景技术

存在对于新的聚苯并咪唑(PBI)树脂的需求，该树脂适于成型或挤出，但仍具有目前商业PBI树脂的商业上所期望的拉伸性能、热性能、氧化性能和耐化学制品性能。

发明概述

在第一实施方式中，本发明提供聚苯并咪唑(PBI)树脂，其包括具有至少两个反应性端基的PBI低聚物。该树脂适于成型成制品并表现出理想的力学性能和拉伸性能。该树脂是这样制得的：在高于室温的温度下，使四胺(tetraamine)、二羧基组分和反应性端基部分在溶剂中反应一段时间；反应后，将低聚物从溶剂中沉淀出来；沉淀后，将任何反应副产物从低聚物中除去。

在一种实施方式中，PBI树脂进一步包含一种或多种选自下列的添加剂：填料、阻燃剂、阻燃助剂、增塑剂、抗氧化剂、脱模剂、耐光剂、耐候剂、着色剂、颜料、改性剂、抗静电剂、水解抑制剂和增强剂。在一种替代的实施方式中，在成型过程中将一种或多种添加剂与PBI树脂一起加入。在成型过程中与PBI一起加入的添加剂可包括填料、阻燃剂、阻燃助剂、增塑剂、抗氧化剂、脱模剂、耐光剂、耐候剂、着色剂、颜料、改性剂、抗静电剂、水解抑制剂、加工助剂、流动控制剂和增强剂。

发明详述

聚苯并咪唑(PBI)树脂(或聚合物)通常包括具有至少两个反应性端基的聚苯并咪唑低聚物。该低聚物通常具有在下列范围内的分子量：(a)约0.015-0.60dL/g[下文每个工艺中的IV(固有粘度)]；或(b)约1000至15,000道尔顿(Da)。PBI低聚物可以是四胺、二羧基组分和反应性端基部分的反应产物。

PBI低聚物的分子量可以是小于PBI聚合物的分子量的任何分子量。在一些实施方式中，如在IV中所测量的(见下文工艺)，分子量可以在下列范围内：约0.015-0.60dL/g，或约0.020-0.55dL/g，或约0.030-0.50dL/g，或其包含的任何子集。在一些实施方式中，分子量可以在约1,000-15,000道尔顿(Da)或其包含的任何子集的范围内。

PBI低聚物可以是下列的反应产物：四胺、二羧基组分(例如，二羧酸和/或这样的酸的酯)和反应性端基部分。以下的一般反应式说明了在形成PBI低聚物时发生的缩合反应：

四胺+二羧基组分+反应性端基部分→PBI低聚物。

或者，可以通过US9,598,541中描述的醛加合物(或醛亚硫酸氢盐)工艺制备PBI低聚物，该文献通过引用并入本文。醛加合物法包括在溶液中反应的步骤。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是脂族、脂环族、芳族、杂环或杂芳族或它们的混合物。或者，可以采用AB-PBI方法，参见PBI Membranes via the PPA Process(K.Fishel等，施普林格国际出版社，瑞士，2016，其通过引用并入本文)。AB-PBI聚合物由2,5-苯并咪唑环的重复单元组成，并使用3,4-二氨基苯甲酸合成。