聚酰亞胺分子中的芳雜環結構所(suǒ)形成的共軛體(tǐ)係、階梯(tī)及半(bàn)階梯鏈結構,使(shǐ)其分子鏈具有很強的剛性、分子鏈段自由旋轉的能壘較(jiào)高,導致聚酰亞胺材料具有很高的玻璃化轉變溫度、較高的熔點或軟化點,從而難溶解於有機溶劑且在普通加工溫度下呈現不熔化(huà)或(huò)不軟化的性能,不利於聚酰(xiān)亞胺材料應用範圍的擴展。因此,聚酰亞胺可溶性的改善與分子設計(jì)已(yǐ)成為高性能(néng)聚酰亞胺功能材料研製開發的熱點課題之一。
改善聚酰亞胺溶解性的基(jī)本途徑有2個:一個(gè)是引入對溶(róng)劑具有親和性的結構,例如(rú)引入含氟、矽或磷的基團;另(lìng)一個是使聚合(hé)物的結構變得“鬆(sōng)散”,例如(rú)引入橋聯基團、側基、“圈”,也(yě)可以采用結(jié)構(gòu)上非(fēi)對稱的單體(tǐ)或用共聚打亂大分子的(de)有序性和(hé)對稱性等。實際上,引入含氟、矽或磷的(de)基團經常同時也具有使聚合物的(de)結構變得“鬆散”的(de)作用,尤其是六氟丙(bǐng)基。
基於上述分子設計(jì)思想,文獻中常用來合成可溶性聚酰亞胺的方法有:在主鏈(liàn)中引入柔性結構單元,如醚鏈(包括一0一基團和一S一基團)、酮基(jī)、烷基 ;引入大體積側基,如苯基、叔丁基、甲基、三氟甲基、環烷基、萘基;引入不(bú)對稱的結構;引入扭曲的(de)非共麵結構和(hé)螺旋骨架;通過共聚合反應也可以(yǐ)改善聚(jù)酰亞胺的溶解性能,兩種芳香二胺或芳香二酐與一種(zhǒng)芳香二酐或芳香二胺聚合則可以(yǐ)得到共聚型聚酰亞胺。也有研究者(zhě)通過共聚來形成聚(酰胺-酰(xiān)亞胺) 、聚(jù)(酰胺一(yī)酰亞胺(àn).酰亞胺)[26j和嵌段共聚物(wù)來改善聚酰亞胺的溶解性能。
應(yīng)當指出,聚酰亞胺的溶(róng)解性與其合成方法,尤其是環化方法有(yǒu)很大關係,通常用(yòng)化學環化所得到的聚(jù)酰亞胺有較好的溶解性,兩種方法所得的聚酰亞胺有不同(tóng)的溶解性可(kě)以(yǐ)由亞胺化機理來解釋(shì):聚酰胺酸(PAA)是帶有芳香(xiāng)胺基和羧基的線(xiàn)性聚合物,芳香胺基和羧(suō)基是在室溫下由芳香二酐和二胺(àn)在極性溶劑(jì)中共縮聚所形成的(de),但是這種PAA是一種不穩定的聚合物,PAA中羧酸的羥基和酰胺的胺基(jī),要麽通過進一步的脫水形成芳香(xiāng)酰(xiān)亞胺,要麽通過相互間的親核取代反(fǎn)應再次生成芳香酐和胺。然而,生(shēng)成(chéng)的芳香胺與(yǔ)PAA鏈中親電的羰基在加熱的過程中形成亞胺結構,從(cóng)而使聚酰亞胺(àn)交聯。換言之,用熱亞胺化法獲得(dé)的聚酰亞胺在室溫下在有(yǒu)機溶劑中表現為不溶(róng),因為(wéi)它們當中有一些交聯。當(dāng)PAA用Ac 0/Py作為脫水劑進行化(huà)學亞胺化時,Ac O會和PAA中的羧(suō)基形(xíng)成另外一種酐基團,然後這種(zhǒng)酐基團(tuán)會和PAA中(zhōng)的胺基(jī)通過親核取代反應脫去乙酸形成線性的聚酰亞胺結構(gòu),這種結構沒有胺(àn)端基(jī)和交聯,因此,大部分用化學亞(yà)胺化法(fǎ)所獲得的聚酰亞胺溶(róng)解性較好。