Page 142 - 《精细化工》2023年第6期

·1292· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

由图 8b 和表 3 可知，该类聚酰亚胺薄膜在 表 4 PI-1~PI-3 的热性能
1 MHz 下的介电常数在 2.79~3.01 F/m 之间，明显低 Table 4 Thermal properties of PI-1~PI-3
于 Kapton 薄膜的介电常数。相对低的介电常数主要 样品 T g/℃ T 5%/℃ T 10%/℃ R W/%
归因于酚酞 Cardo 结构和烷基大取代侧基的同时引 N 2 O 2 N 2 O 2
PI-1 266 410 420 434 454 26
入有效增大了聚酰亚胺分子链的自由体积，减少了
PI-2 280 413 400 435 433 37
分子链堆积，降低了单位体积内的极化率。 PI-3 289 411 415 432 453 24
2.5 聚酰亚胺的热性能及力学性能
注：T g 为玻璃化转变温度；T 5%为质量损失 5%时的温度；T 10%
对聚酰亚胺的热失重和玻璃化转变温度进行了 为质量损失 10%时的温度；R W 为 800 ℃下在 N 2 氛围下残炭量。

测试，得到相应的 TGA 和 DSC 曲线见图 9，数据
此外，PI-1、PI-2、PI-3 在 800 ℃下 N 2 氛围下
如表 4 所示。
残炭量依次为 26%、37%、24%。通过对 DSC 曲线
由图 9 和表 4 可知，该系列的聚酰亚胺在 N 2
的分析得知，该系列聚酰亚胺的 T g 在 266~289 ℃之
和 O 2 下的 T 10% 均≥432 ℃。相对于本课组之前报道 间，其较高的 T g 来源于刚性的酚酞 Cardo 结构。
的含氟聚酰亚胺 [20] 和商品化 Kapton 薄膜（起始热分
将样品制成 1 cm×5 cm 的样条，用万能试验机
解在 500 ℃以上），该类聚合物的热失重温度有一
测其力学性能，测 3 次取平均值，得到该系列聚酰
定的降低。主要由于引入的烷基侧链在 450 ℃容易
亚胺力学性能的相关数据如表 5 所示。
发生降解，比三氟甲基的稳定性要低。
表 5 PI-1~PI-3 的力学性能
Table 5 Mechanical properties of PI-1~PI-3
样品 拉伸强度/MPa 弹性模量/GPa 断裂伸长率/%
PI-1 81 1.5 9.7
PI-2 77 1.2 13.0
PI-3 95 1.4 9.1

由表 5 可见，该系列聚酰亚胺的拉伸强度在
77~95 MPa 之间、弹性模量在 1.2~1.5 GPa 之间、断
裂伸长率在 9.1%~13.0%之间。其中，含有刚性联苯
二酐的 PI-3 的拉伸强度相对较高，断裂伸长率相对
较小。与商品化 Kapton 薄膜（拉伸强度>120 MPa）
相比，该系列聚酰亚胺的力学强度有一定的降低，
主要是由于大自由体积结构单元的引入降低了聚合
物分子链之间的相互作用力，但其拉伸强度与一些
已报道的改性聚酰亚胺相当 [17,19-20] ，仍展现出较好
的力学性能。

3 结论

以相对廉价的原料百里香酚酞和对氟硝基苯为
起始原料，通过芳香亲核和氧化还原反应设计制备
了一种新型二胺单体 5,5'-二异丙基-4,4'-二氨基苯氧
基-2,2'-二甲基酚酞，其与 3 种芳香二酐进行聚合得
到一系列含酚酞 Cardo 结构及异丙基、甲基侧基的
高可溶性聚酰亚胺 PI-1~PI-3。
扭曲、非共面酚酞结构的引入减少了分子链堆
积；异丙基和甲基侧基的引入进一步增大了分子链
自由体积，降低了分子链内 CTC，使该系列聚酰亚

胺表现出高的溶解性、优良的成膜性和优异的光学
图 9 PI-1~PI-3 在 N 2 （a）和 O 2 （b）氛围下的 TGA 及
透明性。与此同时，刚性酚酞扭曲、非共平面结构
DSC 曲线（c）
Fig. 9 TGA curves of PI-1~PI-3 in N 2 (a) and O 2 (b) and 和大侧基的协同引入有效降低了聚合物分子链中单
their DSC curves (c) 位体积的极化率，较明显地降低了聚酰亚胺薄膜的