1、PBI聚苯并咪唑的历史起源

         聚苯并咪唑 (PBI) 聚合物的发展历史可以追溯到 20 世纪 60 年代初，NASA 和美国空军材料实验室赞助了 PBI 作为航空航天和国防应用的不可燃且热稳定的纺织纤维的研究，成功研制出聚苯并咪唑纤维。20世纪70年代，NASA在阿波罗号和其他航天飞机飞行中使用PBI作为宇航员服装的一部分，这标志着PBI在航空航天领域的首次重要应用。

         1983年，美国塞拉尼斯公司将由聚合物溶液纺成的PBI纤维商业化，商品名为Celazole®。随后开始开发其他形式的PBI，包括薄膜、纤维条带、纸张、微孔树脂、上浆剂、涂层、成型树脂以及增强复合材料。

         20世纪80年代，PBI被引入消防部门作为外壳防护织物，通常为40%PBI/60%对位芳族聚酰胺的混合物，聚苯并咪唑纤维因其出色的热稳定性和耐化学性而被视为高性能纤维，并用于制作宇宙飞船中的绳索、耐烧蚀热屏蔽材料、减速用阻力降落伞及宇航员的加压安全服等。

         20世纪90年代，短切PBI纤维被引入汽车制动系统，用作摩擦配方材料。此外，短切纤维被引入飞机市场，用作座椅防火层材料，轻质织物被开发用于电力和石化应用。

         2005年，美国塞拉尼斯公司将其PBI业务出售给PBI Performance Products Inc，也是世界上唯一一家 PBI 聚合物和纤维的商业生产商。

2、PBI聚苯并咪唑的定义与结构

         聚苯并咪唑( PBI) 是一类主链上含有苯并咪唑重复单元的杂环聚合物，它一般由芳族四胺与苯二甲酸二苯酯经缩聚和环化而成，反应可在熔融状态或在强极性溶剂中进行。 

         1961年，Vogel等通过熔融聚合法制备芳香型聚苯并咪唑 m-PBI；1983年，Hoechst Celanese 实现m-PBI的商业化；1995 年，Wainright等首次将其用于高温质子交换膜燃料电池( HT-PEMFC) 领域，推动了基于PBI的HT-PEMFC研究的发展。PBI的结构多样，除m-PBI 外，OPBI、AB-PBI、p-PBI（如图1）以及骨架引入磺酸根、砜基、酚羟基等官能团的PBI结构亦被大量报道。尤其是近年各种新型结构的PBI相继被制备出来，包括基于新型二羧酸、基于新型四胺、基于新型二羧酸及新型四胺制备的 PBI，包括联苯、萘、茚满、螺环等芳香单元，氟/溴等卤代芳香单元，咪唑、三氮唑、吡啶、联吡啶、二氮杂萘酮等含氮杂环单元。结构的多样性赋予 PBI 优异的性能。

图1 具有代表性的PBI结构

3、PBI聚苯并咪唑的应用

         PBI分子链的高度刚性和分子内的相互作用，共同赋予PBI 耐高温阻燃、化学稳定性好、良好的力学性、介电性、自润滑性等优良性能。同时，PBI的咪唑环结构使其具有特殊的两性特质（如图2），既可以用质子酸掺杂得到在酸性环境下使用的阳离子交换膜，也可以用碱掺杂得到在碱性环境下使用的阴离子交换膜。

图2 PBI特殊的两性特质及其应用

         山东正熵能源科技有限公司目前是国内唯一掌握PBI聚苯并咪唑批量化精准合成的科创企业，拥有国内首条年产10万平米级PBI质子交换膜产线，具备高性能高温膜电极工艺开发及生产能力。同时，针对发展迅速的新型液流储能市场，正熵能源正在加快非氟离子交换膜（PBI聚苯并咪唑基）的应用开发工作。