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芳香聚酰亚胺(PI)以其优异的耐高温性能,良好的机械和介电性能等综合性能而在电子(特别是微电子)、电器、航空、航天、机械和化工等行业,以及激光、纳米、液晶和分离膜等高新技术领域得到了广泛地研究和应用。而超支化聚合物又因其新奇的结构特征、优异的理化性能以及广泛的应用前景,成为了近年来聚合物合成化学领域的研究热点之一。本文先后对聚酰亚胺和超支化聚合物的结构和性能特点、合成方法以及应用情况进行了系统的综述,然后详细地介绍了超支化聚酰亚胺的合成和改性研究及其最新的研究进展。
本文在课题组采用微波辐射合成线性聚酰亚胺的技术基础之上,首先采用本实验室已有的含三苯胺结构的三胺——4,4,4"-三胺基三苯胺(TAPA),和芳香二酐——3,3,4,4-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)为单体,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,借助这种新型的加热手段所具有的均匀、高效、节能和安全环保等优点,在低温分别合成氨基封端和酐基封端的超支化聚酰亚胺前驱体——超支化聚酰胺酸,然后分别经化学亚胺化和高温热亚胺化制得了含三苯胺结构的两种不同端基的超支化聚酰亚胺(AM-HBPI和AD-HBPI)。以此来初步探讨微波辐射在超支化聚酰亚胺合成过程中的优势所在。通过FTIR和1HNMR分别证实两种含三苯胺结构AM-HBPI和AD-HBPI在微波辐射条件下确已合成,所得两种HBPI的结晶度非常低且分子链间距扮别为0.3580nm和0.3682nm。两种芳香HBPI具有极其优良的热稳定性,N2中10%热失重温度(T10%)在540℃以上。结果还发现化学亚胺化得到的两种HBPI具有优良的溶解性能,能够溶于DMF、DMAc、NMP和DMSO等几种强极性非质子溶剂中。光谱分析则表明此两种含三苯胺结构的HBPI在325nm处均出现非常强的UV-vis吸收峰,在370-580nm也出现极强的荧光发射峰,这预示了此种HBPI在电荷传输和有机光导材料等领域具有极大地潜在应用价值。这些与文献报道的三苯胺及其衍生物具有良好的光学性能和p型载流子传输性能一致。
然后采用已经商品化的原料,经Chichibabin反应和催化还原首次合成得到一种新型的BB2型含三苯基吡啶结构的三胺单体——2,4,6-三(4-氨基苯基)吡啶(TAPP),再由其分别与均苯四甲酸二酐(PMDA)、BTDA和4,4-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)等在微波辐射下采用上述低温溶速缩聚制备了一系列的新型的含三苯基吡啶结构的不同端基的超支化聚酰亚胺。通过FTIR和1HNMR分别验证了所得单体和聚合物的结构。进一步的研究表明:所得的的HBPI均呈现出明显的无定形聚集状态;这些无定性的HBPI能够很好的溶于间甲酚、NMP、DMSO、DMAc和DMF等常见的强极性非质子溶剂,而且对稀H2SO4和HCI也具有一定的抗腐蚀性;它们在N2中的Tg在310℃以上,T5%和T10%也分别高于482℃和559℃;此外,AM-HBPI和AD-HBPI还分别在200-400nm和200-350nm具有良好的紫外光吸收性能,以及紫、蓝色荧光发射性能,且被HCI质子化后它们的紫外光吸收谱带均扩宽至425nm,荧光发射峰的强度也大大增强。因此,这种可溶性的新型含三苯基吡啶结构的HBPI在耐高温的有机光致发光等光电材料领域具有潜在的应用价值。