聚酰亞胺(PI)作為高性能聚合物之一,廣泛(fàn)應用於許多高科技領域,包括航空航天耐高溫材料、柔性顯示器、太陽能電池以及微電子製造等方麵。由於聚酰亞胺在大多數有(yǒu)機溶劑中溶解(jiě)度低,隻能溶於少數高(gāo)沸點極性有機溶劑,導致傳統聚酰亞胺難以加工,限製了其應用(yòng),因此,提高(gāo)聚酰亞胺的可溶性對於(yú)實現聚酰亞(yà)胺低成本(běn)化就顯(xiǎn)得尤(yóu)為重要。
自1961年杜邦公司申請世界(jiè)上**個(gè)聚酰亞胺在材料應用方麵的專利,聚酰(xiān)亞胺因其優異耐熱性能、力(lì)學(xué)性能和化學穩定性能,在感光(guāng)耐蝕膜、氣(qì)體分離膜、LB膜(mó)、電致發光聚酰亞胺、聚合物電(diàn)解質(zhì)、電致變色聚酰亞胺(àn)、納米材料、聚合物存儲器、纖維增(zēng)強複合(hé)材料、液晶取向劑、燃料電池質子交換膜等諸多領域獲得了廣泛應用。傳統的芳香聚酰亞胺是(shì)含有聚酰亞胺環的高度剛性結構,因此具有高耐熱性。
然而,聚酰亞胺不(難)可溶性限製了聚酰亞胺加工和應用。傳統解決方法是采用兩步法,先形(xíng)成高分子量的(de)聚酰胺酸中間(jiān)體,然後熱(rè)亞胺化或者化學亞胺(àn)化,但缺點是會有揮發(fā)性副產物生成,聚酰胺酸也因熱不穩定性和易水解,不易存儲,隻能(néng)存在於幹冷環境。
為了解決這個問題,研究聚酰亞胺可溶性有顯得尤為重要,主要的研究思路是增加分子鏈柔順性,降低分子鏈相互作用(yòng),破壞結構(gòu)共軛,從而改善聚酰(xiān)亞胺的溶解性,具體包括:引入(rù)醚鍵等柔性基團;引入含氟取代基等大位阻基團;引入苯側基等大體積(jī)側基;引入芴環等非共平麵結(jié)構;引入脂質/脂(zhī)環結構等。
在分子結構中引入脂質/脂環結構、苯(běn)等芳香基側基和氟原子等可以有效提高聚酰亞胺的溶解性能,在不嚴重損失其耐熱性能和耐化學性能的同時(shí),賦予聚(jù)酰亞(yà)胺低介電常數和高透明性。在實際應用中,通常采用多種途徑結合來改變聚酰(xiān)亞胺的溶解性,例(lì)如單純的地將芳香側基引入聚酰亞胺,並不能有效改善其溶(róng)解性。如果將這(zhè)時候芳香基團通過柔性基團,如(rú)-O-、-COO-,連接(jiē)到聚酰亞(yà)胺上,則會使其溶解性大大提高,有時也可以在引入芳香結構的同時,在氨基鄰位引入叔丁基,或者在叔丁基和主鏈引(yǐn)入柔性醚鍵或(huò)亞甲基以改善溶解性。但低成(chéng)本化還有很多路要走,需要我們探索(suǒ)新型二酐和二胺單體結合聚合物設計原理,進一步研究開發具有足夠溶解度和可加工性的聚酰亞胺,並獲得在應用領域中的**性能。