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近年来，以液晶显示器(LCD)为代表的先进光电器件得到了迅猛的发展，对于相关材料的综合性能要求也日益提高。聚酰亚胺(polyimide，PI)作为一类具有优良综合性能的有机高分子材料在先进显示器件领域中具有广泛的应用前景。然而，传统的芳香族PI高度共轭的极性分子结构造成其溶解性与熔融性较差、制品颜色较深，从而限制了在光电领域中的应用。脂环PI(AlicyclicPolyimide)，尤其是采用脂环二酐单体与芳香族二胺单体聚合制备的半脂环PI兼具芳香族PI良好的耐热稳定性与力学性能和一般光学聚合物的高透明性，因此近年来在液晶显示器用取向膜、柔性显示器件以及太阳能电池用基板材料等先进光电领域中得到了广泛的重视。但由于脂环二酐单体的合成工艺较为复杂苛刻，使得脂环PI无法像芳香族PI那样灵活地进行分子结构的设计与优化，这在很大程度上限制了脂环PI的广泛应用。
为了解决制约脂环PI发展的技术瓶颈，本研究课题从分子设计角度出发，采用一条低成本合成路线制备了一系列含四氢化萘基新型脂环二酐单体。采用上述新型单体与芳香族二胺聚合制备了一系列半脂环PI。研究并揭示了脂环结构的引入对PI综合性能，包括溶解性能、耐热性能、力学性能、光学性能等的影响规律，掌握了含四氢化萘基脂环PI的化学制各技术。在此基础上，初步考察了制备的半脂环PI材料在薄膜晶体管驱动液晶显示器(TFT-LCD)用取向膜方面的应用基础问题。研究并掌握了半脂环PI的化学结构对液晶分子的取向特性，包括预倾角、电压保持率、残余直流电压的影响规律，获得了这类新型半脂环PI应用的基础数据。具体研究内容如下:
1、设计并合成了三种含有四氢化萘基结构的新型脂环二酐单体:3，4-二羧基-1，2，3，4-四氢-1-萘琥珀酸二酐(TDA)、3，4-二羧基-1，2，3，4-四氢-6-甲基-1-萘琥珀酸二酐(MTDA)与3，4-二羧基-1，2，3，4-四氢-6-叔丁基-1-萘琥珀酸二酐(TTDA)。合成路线采用低成本的工业化原料——顺丁烯二酸酐和取代苯乙烯，通过一氧化氮(NO)催化，一步即高产率地制得了高纯度的二酐单体。采用制备的二酐单体分别与四种商业化的芳香二胺单体聚合制备了一系列新型半脂环PI。研究表明，四氢化萘基团的引入赋予了该系列PI良好的溶解性、光学透明性以及较好的耐热稳定性和力学性能。在此基础上研究了该系列PI的热分解行为，给出了热降解机理。
2、设计并合成了一种含氟型四氢化萘脂环二酐3，4-二羧基-1，2，3，4-四氢-6-氟-1-萘琥珀酸二酐(FTDA)，并分别与四种商业化芳香族二胺单体聚合制备了一系列新型含氟半脂环PI。研究显示，含氟基团的引入进一步提高了PI的溶解性和光学透明性。同时PI薄膜的耐热稳定性和力学性能得到了较好的保持。良好的综合性能使得这类PI在光电显示领域中具有良好的应用前景。
3、在上述工作基础上，采用四氢化萘脂环二酐TDA、MTDA、FTDA分别与含长烷基侧链的芳香族二胺单体2，4-二胺基十六烷氧基苯(16PDA)以及4，4-二胺基二苯甲烷(MDA)，通过高温两步聚合工艺制备了带有长烷基侧链的脂环PI。初步考察了制备的脂环PI在薄膜晶体管驱动液晶显示器(TFT-LCD)用取向剂中的应用基础问题。研究显示，该系列PI在N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂中具有良好的溶解性，可以配制成PI溶液，并在相对较低的温度下固化成膜(～230℃)。PI取向膜经摩擦处理后对液晶分子具有良好的取向效果，预倾角为1.6～2.4，电压保持率≥95％，残余直流电压≤2V。良好的综合性能使得这类材料有望作为液晶取向膜应用于先进TFT-LCD中。