解析丨耐高温无色透明PI薄膜的制备方法
作者：admin 发布日期：2022-08-08
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传统PI薄膜由于分子间和分子内的CTC作用，在可见光范围内具有强烈的吸收，呈现较深的颜色，限制了其在显示领域的应用。因此，制备耐高温无色透明PI 薄膜成为了显示技术发展中关键的科学问题之一。从分子结构设计出发，需选用带有弱吸电子基团的二酐单体和弱给电子基团的二胺单体，以降低分子链间电荷传递作用，从而制备耐高温无色透明PI薄膜。引入强电负性基团、脂环结构、大取代基团、不对称结构和刚性非共平面结构都有利于制备无色透明PI。这些基团的引入能够降低分子链的有序性和对称性，从而降低PI分子链的堆积，一定程度上增大分子链的空间自由体积，打乱链间的共轭作用，从而抑制或减少分子间或分子内的电荷转移络合物的形成，降低PI在可见光区域的吸收，提升薄膜的透光率。虽然CTC作用对PI的光学性质不利，但却使得分子链间具有强的相互作用，限制了分子链的运动，保证了PI出色的热性能。有利于材料光学透明性的分子结构设计往往会在一定程度上降低材料的热性能；而增加热性能的结构因素，例如刚性芳香族结构、高度共轭结构，会带来CTC效应，往往会损害材料的光学透明性。强电负性基团在一定程度上能够降低PI分子链的堆积，增大链间自由体积，降低分子内和分子间电荷转移相互作用，提高PI薄膜的透明度。由于三氟甲基基团具有较强的吸电子能力和较大的自由体积，在PI的结构中引入含氟基团可以降低分子内和分子间电荷转移相互作用，从而制备无色透明PI薄膜。在PI结构中引入大体积取代基团，一方面能够有效降低链间相互作用，增加链间距离，从而降低链堆积密度，另一方面大体积基团可以阻碍电子流动和分子链间的共轭作用和CTC形成的概率，从而提高材料的透明度和溶解性。同时大体积取代基团的引入不会破坏分子链的刚性，在一定程度上保持了材料的热性能。虽然引入大体积取代基团可以提高PI薄膜的透光率，但是大部分所得的聚合物薄膜仍然带有一定的颜色，同时合成带有大体积侧基的单体较为困难，这就限制了它们的应用。在传统PI中引入脂环结构可以用来制备耐高温无色透明PI薄膜，这是由于脂环结构能够破坏芳香族PI链段上的共轭结构，降低分子链间的相互作用力，增大链间自由体积，减少CTC的形成，从而提升PI薄膜的透明性和溶解度，同时也可以维持薄膜良好的耐热稳定性。传统PI一般具有刚性对称的分子结构，由于链间较强的CTC作用，分子链紧密堆积，赋予了PI良好的耐热性、力学性能和耐溶剂性，但是规整的结构一般会使其溶解性较差，给加工带来很大问题。在PI分子链上引入不对称和刚性非共平面结构，能够破坏分子链的对称性，降低规整性，增加链间自由体积，赋予其良好的溶解性。此外，链间的共轭作用也会受到破坏，减少了CTC的形成，有利于制备透明PI薄膜。引入可聚合的无机纳米粒子也是一种在维持PI良好光学性能的同时，提高其热性能的方法。无机纳米粒子一般具有刚性的内核结构，这是它提高PI热性能的主要原因，而带有可聚合基团的无机纳米粒子，能够均匀分散在PI分子链中，有效避免了无机物的团簇，有利于得到透明性良好的PI薄膜。（文章来源：聚酰亚胺在线）
