Синтез новых сульфированных полиамидобензимидазолов

В последнее время растет интерес к экологически чистым источникам энергии, в частности к топливным элементам (ТЭ). Одним из ключевых компонентов ТЭ являются протонпроводящие электролитные мембраны, для изготовления которых могут использоваться полигетероарилены (ПГА). ПГА представляют собой полимеры, состоящие из ароматических карбо- и гетероциклов. Особый интерес к ПГА обусловлен тем, что помимо высоких термо- и химической стойкости они образуют волокна и пленки с уникальными прочностными показателями.

Среди ПГА [1] полибензимидазол (ПБИ) является наиболее перспективным материалом для получения протонпроводящих мембран. Однако ограниченная растворимость ПБИ в доступных органических растворителях затрудняет получение на их основе пленочных материалов. Введение амидных связей в структурное звено ПБИ позволяет улучшить его растворимость и деформационнопрочностные характеристики.

В связи с этим представляют интерес полиамидобензимидазолы (ПАБИ), макромолекула которых одновременно содержит бензимидазольные циклы и амидные связи. Пленочные материалы на их основе приобретают ионную проводимость путем кислотного допирования или введением сульфогрупп в боковую цепь макромолекулы.

В качестве исходных мономеров использованы 3,3',4,4'-тетрааминодифенилоксид (ТАДФО), бис–п–нитрофениловый эфир адипиновой кислоты (НФА), 4,4’-диаминостильбен-2,2’-дисульфокислота (ДАС) – мономер, содержащий сульфогруппы.

Ниже приведена схема двухстадийного синтеза сульфированного полиамидобензимидазола (СПАБИ), содержащего бензимидазольные и амидные фрагменты в макроцепи:

(CH 2 ) 4

n H 2 N

NH

Kt, t=1 800C

SO 3 H HO 3 S

H

N

O

II (CH 2 ) 4 C N

H

SO 3 H HO 3 S

OO

II _ .      II

C (CH )   C

полиаминоамид (П АА)

H

C

O

II (CH 2 ) 4 C N

H

СПАБИ

Строение полимера подтверждено данными ИК-спектроскопии (спектрометр Excalibur HE 3100 w/o PC фирмы Varian, USA с приставкой однократного неполного внутреннего отражения). В ИК-спектре сополимера наблюдаются полосы поглощения, характерные для колебаний С=О вторичных амидов (полоса амид I) при 1680-1630 см^-1 и характерные для деформационных колебаний групп NH (полоса амид II) 1570-1515 см^-1. В области 1154 см^-1 валентные колебания характерны для группы SO 3 H

На основе СПАА и ПАБИ были отлиты прочные и эластичные пленки и подвергнуты термической отработке с образованием СПАБИ. Для полученных пленок замерена ионная проводимость четырехзондовым методом Ван-дер Пау, которая после предварительного допирования фосфорной кислотой составила 3.4·10-2 Sm/см, что свидетельствует о возможном использовании их в качестве протонпроводящих мембран для ТЭ.