“旧瓶”酿“新酒”——主链含脂肪/脂环结构的聚酰亚胺

聚酰亚胺（PI）是1908年问世的芳杂环聚合物，是耐高温聚合物品种之一，目前它已成功实现商业化生产。聚酰亚胺由于优异的热氧化稳定性、介电性能、良好的耐辐射性和耐溶剂性及高的机械强度，已在航空、航天、微电子、气体分离、渗透汽化、水处理、电池、记忆器件等领域得到应用。全芳香聚酰亚胺因为高的热稳定性、化学稳定性和耐辐射稳定性，以及优异的机械性能而备受关注。但当它们应用于特定的领域及工作环境时，某些性能有待改善。例如，常规的全芳香聚酰亚胺树脂难溶解、难熔融，因而限制了其在特定工业上更广泛应用的可能性。

在聚酰亚胺结构中引入合适的脂肪/脂环结构是一种有效改善相关应用性能的方法。例如，通过引入适当的脂肪/脂环骨架，可有效抑制链内和/或链间电荷转移（CT）相互作用，降低分子链间堆砌密度及减小分子极化率，从而改善聚酰亚胺的溶解性、介电性、光学透明性、分离性能等。

为了拓宽聚酰亚胺材料的应用领域，提供聚酰亚胺材料结构改性与性能调控的思路，中国科学院过程工程研究所、生化工程国家重点实验室庄永兵研究员（第一作者，共同通讯）与韩国汉阳大学李永茂（Young Moo Lee）教授（通讯作者）近期通过综述的形式，以《Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains》为题目，首次系统地梳理了已报道的脂肪族/脂环类单体结构、聚合物合成方法，论述了脂肪/脂环结构对其聚集态结构（如结晶有序与取向）与性能（如溶解加工性、机械性能、热性能、热膨胀系数、光学透明性、折射指数、荧光及磷光发射、光导、介电、热导等）的影响，总结了这类含脂肪/脂环结构的聚酰亚胺在一些研究热点领域的应用，如光学透明柔性显示、液晶取向、荧光/磷光发射、低介电膜、气体分离膜、质子交换膜、渗透汽化膜、锂电池等电池构件、记忆器件、感应、气凝胶、生物医药、纳米复合/杂化材料等。最后，指出了该类聚酰亚胺研究在某些应用中的挑战和机遇。

1. 合成路线

典型的合成路线包括二步法、一步法、硅烷化法、酯酸路线、二异腈酸酯路线、Mitsunobu反应、Diels–Alder反应、高压聚合等。

2. 典型结构与性能

引入脂肪/脂环结构对聚酰亚胺的聚合、聚集态结构（如结晶有序与链取向）与性能（如溶解加工性、机械性能、热性能、线性热膨胀系数、光学透明性、折射指数、荧光及磷光发射、光导、介电、热导等）具有重要的影响。因此，需要进行系统分子工程，以实现结构与性能的调控，满足特定领域的应用对聚酰亚胺的性能要求。

3. 先进领域的应用

引入脂肪/脂环结构的聚酰亚胺在许多先进材料应用领域具有广泛的应用，如在光学透明柔性显示、液晶取向、荧光/磷光发射、低介电膜、气体分离膜、质子交换膜、渗透汽化膜、锂电池等电池构件、记忆器件、感应、气凝胶、生物医药、纳米复合/杂化材料等领域已经或者具有潜在的应用前景。

4. 展望

主链含脂肪/脂环结构的聚酰亚胺将有望在未来高光学透明电子器件、低介电柔性显示材料、荧光/磷光发射、太阳能波长转换、透明形状记忆材料、孔有机骨架材料、高性能分离膜等领域得到进一步的推广及应用。

参考文献：

Yongbing Zhuang, Jong Geun Seong, Young Moo Lee. Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains. ”, Prog. Polym. Sci., 2019.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2019.01.004来源：高分子科学前沿