[发明专利]一种可溶聚（苯并咪唑-共-酰亚胺）聚合物及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种用于气体分离的高强度、高选择性可溶聚(苯并咪唑‑共‑酰亚胺)聚合物，结构式为：该聚合物由市售单体二氨基苯并咪唑、芳香二胺与芳香二酐在非质子型极性溶剂中聚合，经化学亚胺化后制得。原料易得、合成方法简单，所制得的聚合物在非质子极性溶剂中具有适当的溶解性能，与其他传统聚合物气体分离膜材料相比，具有抗塑化性能好、气体分离性能高、成本低，易于产业化等优点，可应用于多种气体混合物的分离，例如空气中氧气/氮气分离，氮气/氢气分离，在天然气纯化过程中二氧化碳与甲烷分离等。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可溶性聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)聚合物的制备及其在气体分离领域中的应用。

背景技术

气体混合物的膜分离技术的关键是膜材料的选择。自从20世纪70年代掀起气体分离膜研究的高潮以来，几乎所有现有的可以成膜的高分子材料都在气体分离方面均面临共同的问题：凡是透气性好的膜，选择性就低；反之亦然。而工业上所需的分离气体混合物的膜材料应同时具有高选择性和高气体渗透速率，而且还希望其易于加工成膜。芳香聚酰亚胺因具有优良的耐热和耐溶剂性能，已经成为商品化的膜分离材料。对于工业应用的分离气体膜而言，希望选择的分离膜材料同时具有高选择性和高气体渗透速率，同时价格低廉，还希望该类膜对溶剂具有强的耐受性并易于加工成膜。

US 4,690,873中公开了一种由四羧酸重复单元和由二氨基－二甲基－二亚苯基砜异构体得到的共聚聚酰亚胺气体分离材料。由此材料制备的膜具有很高的二氧化碳/甲烷选择性，但二氧化碳的渗透性却非常低。US 4,705,540公开了一种聚酰亚胺气体分离膜，其中膜材料由芳香二胺和2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)聚合得到。该膜具有较高的二氧化碳渗透性，但二氧化碳/甲烷的选择性较低。US 5,042,992公开了一种气体分离膜材料，该材料是由2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)与二氨基－二甲基－二亚苯基砜聚合得到的。该材料具有较高的二氧化碳渗透性和高的二氧化碳/甲烷选择性。

本发明提供了一种兼具高强度和高选择性的可溶聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)及其制备方法，用该材料制成平板膜，得到了兼具高渗透系数和适宜分离系数的新型分离膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度和高选择性的可溶聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)及其制备方法，所述膜可用于工业上重要气体混合物的分离，具有高选择性和高透过性的组合特性，同时兼具良好的溶解性能和成膜性，而且将苯并咪唑结结构引入高分子主链可在提高膜气体渗透系数的同时提高膜的机械强度和高温稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种高强度和高选择性的可溶聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)及其制备方法。其特点为：

聚合物具有如下的重复单元结构式：

式中，R₁是，

中的一种或二种以上；

R₂是，

中的一种或二种以上。

聚合物结构式中m和n表示无规共聚组成中的重复单元，并且满足0.1≤m≤0.5,0.5≤n≤0.9，且m+n＝1。聚合物重均分子量30000-350000。

聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)通过溶液缩聚制得，由苯并咪唑二胺及芳香二胺和芳香二酐溶于非质子型极性溶剂中，再经化学亚胺化制得。所得聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)在极性溶剂中溶解制膜，可应用于气体分离领域。

聚(苯并咪唑-共-酰亚胺)及平板膜的制备方法，其工艺路线如下：

1)制备聚酰胺酸溶液