基于含脂环二胺型二酐的新型透明聚酰亚胺的合成及性能研究

The development of novel transparent polyimides is one of the research focus in the polyimide field. The difficulty is how to obtain polyimides with high optical transparency and low coefficient of thermal expansion. This project aims to synthesize a novel series of diamine dianhydrides and diamide diahhydrides with introduction of alicyclic diamines (1,4-diaminocyclohexanes or piperazine) into the structure of dianhydride monomers, prepare the corresponding transparent polyimides and study the thermal, mechanical, optical and other properties. The effects of alicyclic structure, trans-cis configuration, substituent, and polar bond on the properties of polyimides will be investigated in order to reveal the structure-property relationships of the polymers. On the basis of investigation, experiences would be accumulated in the monomer design, structure-property relationship for further research on the transparent polyimides with low coefficient of thermal expansion.

开发新型的透明聚酰亚胺是目前聚酰亚胺领域中的研究热点之一，其难点在于如何兼顾高的可见光透过率和低的热膨胀系数。本项目旨在二酐分子结构中引入刚性的脂环二胺结构单元，设计合成新型的含脂环二胺（1,4-环己烷二胺和哌嗪）的二胺二酐和二酰胺二酐单体，并与刚性二胺单体制备相应的聚酰亚胺，研究其热学、力学、光学等性能，考察脂环结构、顺反构型、取代基效应、极性键引入等因素对聚合物性能的影响，建立结构与性能的关系，在低热膨胀系数的透明聚酰亚胺的单体设计、结构与性能关系研究上积累经验。

聚酰亚胺由于其优异的耐热稳定性能广泛地应用在航空航天、微电子、国防民用等领域中。然而，聚酰亚胺一般具有较深的黄色，使其在柔性显示、柔性照明等领域的应用受到了极大的限制，因此，开发无色透明聚酰亚胺成为当今研究的热门方向。本项目通过设计不同结构的新型聚酰亚胺，以二酐二胺法和亲核取代法两种不同的制备方法，合成了基于环己烷二醚二酐和基于环己烷二胺的两类半芳香透明聚酰亚胺和基于二醚二酐、二酯二酐的两类全芳香透明聚酰亚胺，并表征其热学、力学、光学等性能，研究了环己烷结构、顺反构型、羰基极性键、cardo基团的引入在聚合物性能中所体现的作用，总结了这些系列透明聚酰亚胺的结构与性能的关系。本项目共培养研究生6名，参加学术会议交流6次，发表SCI论文13篇，申请专利5项。通过本项目的研究，得到了多种透明聚酰亚胺薄膜的制备方法，对透明聚酰亚胺的结构与性能之间的关系的研究，为今后新型透明聚酰亚胺的研发提供了良好的基础。