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Allgemeines Strukturelement von Polybenzimidazolen
Polybenzimidazol allgemein.svg
Bei der Herstellung bilden sich in der Hauptkette Benzimidazol-Einheiten.

Polybenzimidazole (Kurzzeichen PBI) sind aromatische Polymere mit Benzimidazol-Einheiten in den Hauptketten. Polybenzimidazole haben eine sehr hohe Glastemperatur und sind nicht brennbar.

Inhaltsverzeichnis

GeschichteBearbeiten

Polybenzimidazol wurde ursprünglich Ende der 1950er Jahre bei Forschungsarbeiten für die U.S. Air Force synthetisiert. In den 1960er Jahren entwickelten NASA und Air Force das Material aufgrund seiner thermischen und oxidativen Stabilität weiter, um es in Raumfahrt und Verteidigung einzusetzen. Schon kurz nach der Markteinführung 1983 wurde PBI als Oberstoff von Feuerwehranzügen und für Schutzhauben verwendet.[1]

HerstellungBearbeiten

PBI wird in einer Polykondensation beispielsweise aus 3,3′-Diaminobenzidin und Diphenylisophatalat hergestellt. Die Reaktion erfolgt in zwei Schritten: Im ersten Schritt bildet sich durch Erwärmung bis 300 °C ein noch lösliches Polyamid. Nach Verarbeitung z. B. in Fasern erfolgt im zweiten Schritt bei 350 bis 400 °C eine weitere Kondensation unter Bildung des nicht mehr löslichen Polybenzimidazols.[2] Die Glastemperatur liegt bei 425 °C.

 

EigenschaftenBearbeiten

 
Restfestigkeit von verschiedenen Fasern

Polybenzimidazol ist ein Polymer, welches vollständig aus aromatischen Monomereinheiten besteht und einen sehr hohen Schmelzpunkt besitzt. PBI ist fest, hart, druckbeständig und erholt sich schnell von den Folgen hohen Druckes. Polybenzimidazol weist unter chemisch stark belastenden Bedingungen gute Beständigkeit auf, wird jedoch von polar-aprotischen Lösungsmitteln sowie bei höheren Temperaturen von starken, wasserhaltigen Säuren und in geringerem Maße von Alkalien angegriffen. Obwohl Polybenzimidazol auch am Sättigungspunkt noch einen hohen Prozentsatz an Wasser absorbiert, ist es stabil gegenüber Hydrolyse. Der Wärmeausdehnungswert ähnelt dem von Aluminium.

AnwendungenBearbeiten

Neben dem Einsatz von PBI-Fasern in Brandschutzkleidung wird der Werkstoff auch als Hochtemperaturmembran für Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEFC) genutzt. Hierbei dient es als Matrix für Phosphorsäure, die die Protonenleitung gewährleistet.

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. NASA: Polymer Fabric Protects Firefighters, Military, and Civilians (abgerufen 1. Februar 2012).
  2. Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 35.