【摘 要】
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耐高温聚酰亚胺在航空航天和柔性显示面板等许多领域中具有不可取代的重要地位。研究本征耐高温聚酰亚胺的关键在于单体的分子结构设计。将杂环基团引入聚酰亚胺的单体结构中已被证实可提高聚酰亚胺材料的耐热性和力学性能。喹喔啉是一类重要的刚性苯并含氮杂环结构,其结构中的C=N相比常见杂环结构中的C-N、C-C、C-O、C-S和C=S拥有更短的键长和更高的键能,因此喹喔啉骨架具有较高的分子键断裂能垒,表现出更高的
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耐高温聚酰亚胺在航空航天和柔性显示面板等许多领域中具有不可取代的重要地位。研究本征耐高温聚酰亚胺的关键在于单体的分子结构设计。将杂环基团引入聚酰亚胺的单体结构中已被证实可提高聚酰亚胺材料的耐热性和力学性能。喹喔啉是一类重要的刚性苯并含氮杂环结构,其结构中的C=N相比常见杂环结构中的C-N、C-C、C-O、C-S和C=S拥有更短的键长和更高的键能,因此喹喔啉骨架具有较高的分子键断裂能垒,表现出更高的耐热性。设计并合成含喹喔啉结构的单体,探索其在本征耐高温聚酰亚胺方面的应用具有重要的意义。（1）本文根据耐高温化合物的结构特点,设计并制备了三种含喹喔啉结构的二胺异构体3/2-（4-氨基苯基）-2/3-喹喔啉-6-胺（QHDA）、3/2-（4-氨基苯基）-2/3-苯基喹喔啉-6-胺（QBDA）及3/2-（4-氨基苯基）-2/3-甲基喹喔啉-6-胺（QMDA）,并且从QBDA的两种构型中分离出了胺基对位的3-（4-氨基苯基）-2-苯基-6-氨基喹喔啉（p-QBDA）。单体合成的每一步化学反应均通过由小到大的稳步放大和细致的条件筛选,以确保合成路线具有最高的可操作性和效率。所得化合物的化学结构和纯度均通过了核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、傅里叶红外变换光谱、高分辨质谱和高效液相质谱的联合表征。（2）将QMDA与四种芳香二酐组合得到的聚酰胺酸溶液分别在退火温度为380℃和420℃的条件下热亚胺化得到PI-380和PI-420两个系列的聚酰亚胺薄膜。通过堆砌系数和结晶程度分析了两种聚合物的聚集态状况。在400℃以上的温度退火,聚合物基体中生成的热交联结构对聚酰亚胺的性能起主导作用。热交联增强了链段间的相互作用力,因此退火温度为420℃时的聚合物链段相对于退火温度为380℃具有更高的堆砌系数,致使材料具有更好的热性能,但是机械性能相对变差。（3）研究了三类喹喔啉聚酰亚胺的结构与性能关系。薄膜的热性能中包括热分解温度（Td）和残炭率（Rw）由热重分析测定;玻璃化转变温度（Tg）由动态热机械分析法检测;高温下的面内线性膨胀系数（CTE）由热机械分析测量;机械性能通过薄膜拉伸试验中测定的初始模量（E）、抗张强度(σmax)和断裂伸长率（εb）综合表征;介电性质中的介电常数（εr）和介电损耗（tanδ）由平行板电容法测量。喹喔啉结构的引入使得聚酰亚胺薄膜都具有优异的热性能和力学性能。其中,无侧基修饰的QHDA与不同二酐（PMDA/BPDA/BTDA/ODPA）缩聚得到的聚酰亚胺的Tg范围为413℃到444℃;Td5%范围为528℃到560℃;与PMDA组合CTE可低至1 ppm/K,初始模量可高达6.2GPa;与BTDA组合抗张强度可高达209 MPa,且具有较好断裂伸长率（8.3%）。通过对比分析QHDA、QBDA和QMDA所对应聚酰亚胺的各项性质,研究了喹喔啉侧基苯基和甲基的引入对聚酰亚胺性能的影响,并以单一构型的p-QBDA与混合构型的QBDA所得聚酰亚胺的性能进行了比较,讨论了构型对喹喔啉聚酰亚胺性能的影响。
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