含酰胺单元聚酰亚胺薄膜的结构设计与制备

设计合成了一种含酰胺-酰亚胺结构和三氟甲基侧基的二酸,将其与4种含不同取代基的二胺单体通过一步缩聚法制备成一系列聚酰胺-酰亚胺(PAI)薄膜,研究分子链结构对PAI薄膜光学性能、尺寸稳定性、热稳定性、力学性能等的影响。结果表明:随着PAI结构中氟和酰胺单元含量的增加,PAI薄膜的透光率和尺寸稳定性得到提高,波长450 nm处的透光率均在79%以上,测试温度为50~300℃内的热膨胀系数为(22.99~33.79)×10^(-6)K^(-1);同时,分子链的刚性特征及酰胺单元的存在使PAI薄膜具有优异的力学性能,经过上万次弯折后,薄膜的拉伸强度平均值仍保持在77.1~93.6 MPa,弹性模量平均值为2.83~3.31 GPa,保持较高的力学性能。因此,通过引入三氟甲基和酰胺单元可制备出光学性能、尺寸稳定性、耐热稳定性及力学性能优异的PAI薄膜,该薄膜在柔性有机发光二极管、挠性覆铜板等领域具有广泛的应用潜力。

发泡剂含量对聚酰亚胺泡沫结构与性能的影响

为探究发泡剂含量对聚酰亚胺泡沫成型过程的影响及泡沫泡孔结构与泡沫性能之间的关系,以3,3′,4,4′-二苯酮四酸二酐(BTDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料制备了前驱体聚酰胺酯树脂(PEAS),并对PEAS中发泡剂含量进行有效控制,并以此制备了一系列聚酰亚胺泡沫(PIF)材料。利用热台显微镜对PEAS发泡剂含量对泡孔形成过程进行了可视化分析,并对制备的聚酰亚胺泡沫的机械性能、耐热性能及隔热性能进行了系统表征。结果表明,发泡剂含量增加有利于促进前驱体树脂PEAS发泡,泡孔结构与泡沫各项性能有较好的相关性。

聚对苯二甲酸丁二醇酯/锡氟磷酸盐玻璃杂化材料的结构与性能

采用熔融共混法制备了聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)/锡氟磷酸盐玻璃(Pglass)杂化材料,并对其结构和性能进行了表征。扫描电镜结果表明Pglass以亚微米级颗粒均匀分散在PBT基体中,X射线衍射测试表明当Pglass含量大于5%时,Pglass出现剪切诱导结晶峰。傅里叶变换红外光谱表明杂化材料中没有新的化学键形成。差示扫描量热仪测试表明杂化材料的熔体结晶能力得到了提高,热失重则表明Pglass的添加对杂化材料的热分解温度几乎没有影响。力学测试表明Pglass的加入可使基体的弹性模量增加70%。

溶液黏度可控的高强聚酰亚胺薄膜结构设计与制备

通过在聚合前对3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)水解预处理,使部分BPDA水解成羧酸单体,再与二胺单体缩聚反应中形成羧酸铵盐中间体,实现对聚酰亚胺前驱体溶液黏度的有效调控。此外,在传统Upilex聚酰亚胺薄膜分子结构的基础上,通过共聚反应引入高刚性4,4′-(嘧啶-2,5-二基)二苯胺(PRM),提升了薄膜的性能。系统地研究了二胺单体物质的量的比对聚酰亚胺薄膜的耐热、热尺寸稳定性、光学及力学等性能影响。该系列薄膜具有突出的综合性能,最优抗拉强度可达290 MPa,模量为6.2 GPa,玻璃化转变温度为440~460℃,其线性热膨胀系数(CTE)为(-4~6)×10-6K-1,介电常数和介电损耗均低于商品化Upilex薄膜的介电常数和介电损耗。

基于刚性脂环四羧酸二酐的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备与性能

随着柔性显示领域的不断发展,无色透明聚酰亚胺(CPI)薄膜的研究受到广泛关注.本研究以刚性脂环四羧酸二酐CpODA为主体,选用多种不同的商业化二胺单体制备出对应的聚酰胺酸(PAAs),通过梯度升温环化得到一系列半芳香聚酰亚胺薄膜(PIs),研究-CF_(3)侧基、酰胺键结构对于改善薄膜光学透明性和热稳定性能之间的相互关系.研究发现酰胺结构的引入对聚合物薄膜的玻璃化转变温度和热膨胀系数具有突出影响,使制备薄膜的玻璃化转变温度高达472℃,热膨胀系数(CTE,50~250℃)甚至小于10×10^(-6) K^(-1).三氟甲基的引入对薄膜透明性具有一定的提升作用,其光学透明性T450 nm最高达87%,截止波长λcutoff范围为289~384 nm.值得注意的是,基于CpODA刚性脂环结构的基础上,PI薄膜的最低热处理温度为350℃,依然具有良好的光学透过率和较低的CTE值,为CPI的发展提供基础.

基于金属配位作用制备高性能聚酰亚胺

通过分子结构设计合成了含金属配位交联网络的可溶性聚酰亚胺,由于Cu^(2+)与聚酰亚胺侧链羧基之间的配位交联作用限制了聚酰亚胺分子链的运动,使材料的T_(g)得到显著提升.同时,由于Cu^(2+)具有非球面对称的电子云结构,导致Cu^(2+)在与有机配体配位时存在额外的晶体场稳定能(CFSE)以及较强Jahn-Teller效应(JTE),使配位键能够在有机溶剂中稳定存在,极大地提高了薄膜的抗溶剂性能,制备的聚酰亚胺膜在DMF、DMAc等强极性溶剂中室温下浸泡48 h后质量残留率仍可高达80%.此外,在聚酰亚胺分子结构中引入金属离子配位作用使其力学性能明显提升,拉伸强度从93 MPa提高到128 MPa.研究结果为开发高性能可溶性聚酰亚胺材料提供新途径.

含聚醚链段聚酰亚胺膜的制备及气体分离性能

利用均苯四甲酸二酐(PMDA)与4,4'-二氨基二苯醚(ODA)和聚醚胺(PPO,M_(n)~2000)共聚合,合成聚酰胺酸前驱体,经热处理得到一系列含PPO链段的聚酰亚胺薄膜.研究了PPO链段的引入对薄膜结构及气体分离性能的影响.结果表明,在芳香族聚酰亚胺中引入柔性链段PPO有利于气体分子的传输.得益于PPO链段在分离膜内部形成的微相分离结构,气体分子在分离膜内的扩散系数随PPO含量的增加显著提升.当PPO含量为65 wt%时,PPO链段在分离膜内仍呈现非晶相,CO_(2)渗透系数高达131.61 Barrer,比PMDA/ODA均聚聚酰亚胺薄膜提高22倍.同时,得益于聚醚链段对CO_(2)独特的亲和作用,随着PPO含量的提高,分离膜对CO_(2)/N_(2)的分离系数由18.77提高至30.12.结果表明PPO链段的引入对于调控聚酰亚胺膜的结构和气体分离性能具有重要作用.