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简析高耐热性透明聚酰亚胺的合成及应用研究

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简析高耐热性透明聚酰亚胺的合成及应用研究
时间:2023-08-04 21:22:19     小编:李二振

21世纪以来,以新能源、新材料等技术为代表的高新技术已成为国际竞争的焦点,高技术的发展又向各种材料提出了更多的要求。在各种光学材料中,传统的一些有机光学材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PC)虽在可见光波长范围内具有良好的光透明性,但是其耐温性不超过150℃,从而限制了其在需要在高温环境下的使用。目前用于柔性太阳能电池底板、液晶显示器的ITO底板以替代易碎、高重量玻璃的聚合物材料需要经受250℃以上的加工处理,而且其透明性需与玻璃相当。在目前可使用的有机材料中,透明聚酰亚胺是首选材料。耐高温透明PI可克服如聚酯(PET)、高温尼龙(PPA)等不耐紫外线、吸收率太高和高温加工工艺产生的与无机材料不匹配等问题。此外,由于其具有优异的耐热性、介电性、柔韧性和绝缘性,使其在航空航天、微电子和电器材料方面得到了广泛的应用。但是传统的聚酰亚胺膜材很难做到高透明性,如以均苯四酐和4,4-二苯醚二胺合成的聚酰亚胺(PMDA/4,4-ODA)为代表的那样,通常的聚酰亚胺的可见光吸收端延长至500nm左右,着色成黄褐色或茶褐色。在芳香族聚酰亚胺中一般所看到的这种从紫色可见区有较强的光吸收,例如用于宇宙用途用的多层隔热膜和太阳能电池板等应用中,它是发热的主要原因,还有在感光性聚酰亚胺中,光被聚酰亚胺的骨架所吸收,光达不到膜深处的感光基而产生问题。聚酰亚胺带色是由于在大分子主链中交替的二酐残基羰基中的吸电子作用和二胺残基的给电子作用产生的分子内与分子间的电荷转移络合物(CTC)所引起的。这样给电子能力越强的二胺与吸电子能力越强的二酐聚合所形成的聚酰亚胺膜材的颜色就会越深。合成出高耐热、高透明的聚酰亚胺膜材一直都是近年来研究的热点,科学家们提出了很多切实可行的路径。其中,通过降低分子内或分子间的作用力来设计无色耐高温透明聚酰亚胺是一个最主要的途径,本文首先对聚酰亚胺的结构与光透过性(有色的原因),特别是电荷转移(CT)作用为基础来进行说明,然后对于近年来为了增加聚酰亚胺透明性的方法进行阐述。

1PI的分子结构与光透过性

芳香族聚酰亚胺膜在可见光区的光透过性主要取决于分子间的CTC(电荷转移)强弱程度,还与薄膜的制备条件(固化温度、单体纯度、溶剂的种类、热处理气氛等)有一定的关系。1970年Bikson等最先对芳香族聚酰亚胺的光透过用科学眼光进行探析,次年Dine-Hart等指出了二胺部位和酸酐部位之间的CT作用的可能性。1977年Kotov等指出了决定CT作用强度的二胺离子化电位(IP)和可见区光透过性之间的明确关系。80年代中期St.Clair为了提高芳香族聚酰亚胺的透明性首次指出三种方法:(1)引入能使成为着色基团的官能团分开的连接基团。(2)引入非对称结构。(3)引入体积较大的取代基结构,而到目前为止,探讨光透明性聚酰亚胺几乎都是以6FDA的芳香族聚酰亚胺为中心。

2耐高温透明PI的设计方法

2.1引入不对称结构

聚酰亚胺的链结构取决于其单体分子结构,通过在其单体分子结构中引入不对称结构可以改变其对称性和规整性,使其分子链间空间和自由体积扩大,有利于溶剂分子进入,从而溶解性得到显著提高。另外,在聚酰亚胺分子结构中引入不对称结构可以减少电荷转移(CTC)的形成,不但能够提高PI膜的透明性,而且不会牺牲材料的耐热稳定性、力学性能和介电性能。

2.2引入大体积的侧基

在二胺或者二酐中引入庞大的侧基可以明显减少链间的电荷转移作用,同时对于在不明显影响聚酰亚胺热稳定性的前提下,能够进一步提高了聚酰亚胺的溶解性和加工性。目前最成熟的方式就是在二胺或者二酐的侧链上引入氟(F)基团,由于氟原子不仅具有庞大的体积,而且其C-F键的低极性化使得所得到的PI聚合物良好的溶解性、光学透明性并且具有较低的介电常数。LinSH等开发了一种带有三氟甲基取代基的联苯二酐,利用这种二酐和几种联苯二胺进行两步缩聚反应得到了一系列的透明的PI薄膜。这些薄膜不仅具有良好的溶解性,而且良好的光学透明性,薄膜在450nm处的透光率达到了80%,此类PI薄膜相比于联苯对称性PI具有更高的Tg。

2.3主链引入脂环结构

(1)由脂环二胺和芳香二酐合成的PI

有实验证明,一种氟脂环族二胺与6FDA和CBDA两种二酐进行反应得到PI。这两种PI都是无色透明的,尤其是含CBDA体系,其紫外截止波长在230nm;都有较高的玻璃化转变温度,分别为271℃和283℃。Jin等报道了芳香族二酐+脂环式二胺组合合成的聚酰亚胺的吸收段在300-400nm,上述聚酰亚胺的短波长的吸收段在含芳香族聚酰亚胺中是无法达到的。如上所述决定脂环式聚酰亚胺的吸收机理不是CT相互作用,而是要考虑与亚胺羰基上氧的孤对电子相关联的n-*吸收,因此要使吸收端波长进一步短波长化就必要考虑与控制CT相互作用完全不同的分子设计方法。

(2)由脂环二酐和芳香二胺合成的PI

HideoS合成了一系列的基于CBDA脂肪族二酐的PI薄膜。研究结果表明,CBDA基的PI薄膜材料的透光率都高于PMDA基的PI薄膜材料,CBDA与各种芳香族二胺反应的PI薄膜透光率都在80-85%之间,另外,CBDA基的PI薄膜接近无色。国内刘金刚等人采用TCAAH脂环族二酐与两种含硫的芳香族二胺通过两步法合成出的PI薄膜在可见光波长之内具有良好的光透明性,其在400nm处的光透过率超过了85%。

2.4其它改性方法

除了上述的改性方法之外,还可以通过引入砜基等强电负性的结构等方法,LiuJGang等研究表明,具有强吸电子的砜基的引入可以大大降低分子内部和分子间的CTC的形成,减弱了薄膜对可见光的吸收。Liu等报道了一种含砜基的二酐与芳香族二胺所得到的PI薄膜在450nm处具有85%的光透过率,并且此类PI具有较高的折射率。另外,近年来,也有人进行过共聚改性并制备PI薄膜材料。

3结论

透明聚酰亚胺在微电子、光学器件、液晶显示和太阳能电池板等方面具有非常广泛的应用,目前虽然价格成本偏高,但随着微电子器件的微型化和新能源的发展,将吸引越来越多的研究者进行此方面的研究。

上述的三种增加透明性的方法,通过降低分子内或者分子间的电荷转移程度(CTC)的形成,虽提高了透明性,但也在一定程度上降低了材料的耐热性,尤其是含脂环族结构的聚酰亚胺,耐热性不足尤其突出。目前,脂环式聚酰亚胺和含氟聚酰亚胺的开发得到很大的改善,另一方面,通过以含氟聚酰亚胺为中心的严密的分子设计,共聚技术或精密拉伸技术的进步,各种光学型的PI薄膜研发取得了很大的进步。含氟的聚酰亚胺虽能解决大部分问题,但由于像6FDA型的含氟单体价格太贵,所以寻求新的价格低廉的原料单体是未来的一个发展方向。此外,聚酰亚胺的光功能化和光能动部件方面的应用等方面的课题还很多,期待取得更大的进步。

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高校的建设工作一向是我国教育工作的重要组成部分。近些年来,伴随高校规模的持续激增以及土地能源不可再生的冲突加剧,对高校教学楼的设计的需要也与日俱增; 同时,高等学校教学革命以及科目整合的不稳定性,都对教学楼的设计提出了更......
微柱凝胶法与凝聚胺法在交叉配血中的比较研究
发布时间:2022-10-30
关键词 微柱凝胶法;凝聚胺法;交叉配血;敏感性 交叉配血试验包括主侧和次侧试验,主侧试验指检测供血者的红细胞与受血者的血清是否存在抗体一抗原反应。次侧试验指检测供血者的血清与受血者的红细胞是否存在抗体一抗原反应。两侧均......
谷氨酰胺结合低渗口服补液盐治疗小儿腹泻的临床效果
发布时间:2023-06-27
[关键词] 谷氨酰;肠黏膜;屏障;消化 [Key words] Glutamine; Intestinal mucosa;Barrier;Digestion 1.1 一般资料 1.3 观察指标 1.4 统计学方法 2 结果 2.1 两组患者症状改善情况的比较 观察组患儿治疗3 d后,腹泻次......
相变沥青混合料储热性能研究
发布时间:2023-02-14
【摘要】相变材料虽然在不同领域已经得到了广泛应用,但在公路桥梁等领域还处于探索研究阶段。本文通过综合热分析和红外光谱,选择聚乙二醇2000(PEG2000)作为相变材料,测试其相变潜热与相变起始点温度,同时采用溶胶凝胶法,以硅溶......
对混凝土结构耐久性的研究
发布时间:2023-03-24
摘 要:本文从混凝土结构耐久性设计,总结了国内外研究现状及混凝土结构耐久性评估和寿命预测,并展望了混凝土结构耐久性研究的发展趋势,提出了混凝土结构耐久性的几个亟待解决的问题,为更深入地研究混凝土结构的耐久性提供参考和借......
简析课中渗透民族教育的重要性及途径
发布时间:2023-03-25
" 论文摘要:在概论课中加强民族教育具有十分重要的意义,我们要积极研究概论课与民族教育相结合的内容体系和教学方法,构建有效的教学体系。 论文关键词:概论课;民族教育;途径 《毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论......
组合性成语的生成及性质
发布时间:2023-07-09
[摘要]组合性成语是指字面意义和整体意义基本一致的成语,这些成语何以成为成语,很少有人关注,在认识成语的性质、确定成语与其他短语的划界等方面,很多纠缠不清的问题都涉及到这类成语。本文以源于《论语》的成语为例,讨论了组合性成语的生成及性质,指出意义上的去情节化、去指称化,概念化的整体性以及形式上的四字格、组成语素的非自由性是成语的重要特征,也是组合性成语区别于自由短语和惯用语的重要特征。[关键词]成.........
浅析研究性学习在高中化学中的应用
发布时间:2023-02-05
摘 要: 教师和学生是教学活动中的两大主体,教师的教学模式和学生的学习方法对学习都有着不了替代的作用,教师已经从传统教学模式的传播者转变为现代教学模式的开发者,老师的作用是提出问题,安排并支配学生完成各项任务,根据不同......
关于聚乙烯基三苯乙炔基硅烷的制备及热性能分析
发布时间:2016-12-05
近年来,含有芳炔基团的有机硅聚合物以其优良的光敏、导电、耐高温等特性,引起了人们的广泛关注.该类树脂含碳量达90%以上,热解残炭率极高.目前,该类单体的合成方法主要有偶合脱氢反应法、亚铜化物法、有机锂法、格氏试剂法等,但由......
钛合金的特性及其应用
发布时间:2023-05-29
[摘 要]综述了钛合金的应用及研究现状,着重介绍了钛及钛合金的主要特性,加工性能及其在航空航天、军事和汽车制造方面的应用,并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 [关键词]钛合金 特性 加工性能 应用领域  Ti在地......
亚热带林木在园林绿化工程中的应用
发布时间:2015-09-09
【摘 要】我国南方大部分地处亚热带气候区,在这些区域亚热带林木种类繁多,而且成长环境适宜,在绿化工程中发挥的作用比较显著。本文主要探讨亚热带林木在园林绿化工程中的应用的原则、主要布置形式和具体的应用情况。 【关键词】......
生物合成材料聚β-羟基丁酸(PHB)的研究进展
发布时间:2022-08-01
摘要:聚β-羟基丁酸(PHB)是许多原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下作为能量和碳源储藏在生物体内的一类热塑性聚酯。作为完全可生物降解材料,PHB越来越引起人们的关注。有力文章主要阐述了国内外PHB合成方法、性能改良、降解等方面......
地热梯级利用结合地源热泵供冷供热系统的应用
发布时间:2023-07-16
摘要:以某学院新校区项目为例,介绍了利用热泵分级提取地热,更加充分利用地热能的供热、供冷工程设计方案,并与常规能源方案进行对比。关键词:地源热泵系统;地热热泵;节能环保1工程概况及设计负荷本工程为某医学院新校区,位于天津市东丽区。工程总建筑面积246345m2。计算夏季冷负荷16463kW;冬季热负荷18094kW。生活热水最大用水量55m3/h2地质条件分析工区位于渤海裂谷盆地,地下8~16km.........
复合材料用三维机织物成型性的研究进展分析
发布时间:2023-02-20
纤维增强复合材料在航天器、飞机、汽车等领域的应用逐渐从次承力结构件发展到主承力结构件,在众多类型的纤维增强结构中,三维机织物是一种常用的纤维增强形式。三维机织物中特殊的纱线交织结构使得三维机织复合材料具有比强度、比模量......
碳纳米管表面改性及其应用于复合材料的研究现状分析
发布时间:2023-01-04
日本科学家在1991年发现碳纳米管以来,由于其具有低密度、高强度、高韧性以及极高的弹性模量等传统材料所无法比拟的优异性能,成为众多科学家关注和研究的焦点。碳纳米管可以看成是由单层或者多层六边形石墨片绕中心轴按照一定的角度旋......
分析分子印迹聚合物在药物分析中的应用
发布时间:2023-01-26
【摘要】分子印迹聚合物简称MIP,它是形成是利用分子印迹法把分子有选择性的聚合到特定基质上,这种分析方法是新时代的创新,因此MIP具有传统分析法所没有的良好选择性与特异性,并且受到广泛认可。本文从分析印迹聚合物的应用来进行......
磁共振在脊髓亚急性联合变性诊断中的应用价值
发布时间:2022-08-05
脊髓亚急性联合变性(subacute combined degeneration ofspinal cord,SCD)是由于人体对维生素B12在摄取、吸收、结合、转运或代谢某一环节出现障碍而导致其在体内含量不足,从而引起的中枢和周围神经系统变性疾病,主要累及脊髓后索、侧......
ZigBee在智能照明中的应用研究
发布时间:2022-12-26
ZigBee在智能照明中的应用研究 摘要:随着社会的进步和生活质量的提高,人们对于照明设备的要求已经不再满足于简单的开关控制,而需要1种节能、高效、操作灵活......
WTO透明度原则研究(1)论文
发布时间:2023-03-22
【论文摘要】 透明度原则在国际、地区以及国内法律体系中扮演着日益重要的角色。在GATT/WTO体制中,该原则已与国民待遇原则、最惠国待遇原则相提并论。GATT第10条的规定是对透明度原则的明确表述;WTO的若干协定也在透明度方面为缔约方创......
简析急性心肌梗死合并心源性休克的研究进展
发布时间:2016-06-03
心源性休克是一种发病率较高的急性心肌梗死临床并发症,也是导致急性心肌梗死患者死亡的基本原因。90年代的临床医学研究结果证实,急性心肌梗死合并心源性休克患者的临床死亡率高达60%,且其主要死亡原因在于再灌注治疗。但是,虽然早......
水工混凝土结构耐久性研究
发布时间:2015-07-30
【摘要】随着水工混凝土结构应用的不断推广,研究其结构耐用性凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述,分析了影响水工大体积混凝土耐久性的主要因素。在探讨混凝土的碳化及抗冻性的基础上,研究了水工混凝土结构耐久性对策。 ......
应用于保温(冷藏)车的聚氨酯硬泡复合板材的工艺研究
发布时间:2023-03-16
1 保温(冷藏)专用汽车行业现状 2 聚氨酯硬泡复合板材各组成材料及特点 聚氨酯硬泡复合板材的组成材料包括聚氨酯硬泡、玻璃钢、玻璃纤维网格布、胶黏剂。 玻璃钢,亦称玻璃纤维增强塑料(简称FRP),它是以玻璃纤维及其制品(玻......
地源热泵技术应用问题研究
发布时间:2023-04-14
【摘 要】地源热泵是以地热作为热泵装置的热源或热汇来对建筑进行采暖或制冷的技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),即可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季和夏季,分别将地热能作为高温热源和低温热源,在冬季......
木质素聚合物改性粉煤灰混凝土性能的试验研究
发布时间:2022-10-22
摘 要:以高沸醇溶剂法制备木质素并经化学处理获得木质素磺酸钙作为减水剂改性粉煤灰混凝土,通过粉煤灰混凝土配合比的设计,以试验数据进行了研究与分析,试验证明通过自制的木质素聚合物对改性粉煤灰混凝土性能到达了一定效果。 ......
WebQuest在高中研究性学习中的应用
发布时间:2023-02-10
WebQuest在高中研究性学习中的应用 WebQuest在高中研究性学习中的应用 WebQuest在高中研究性学习中的应用 2001年4月,教育部印发《普通高中“研究性学习”实施指南》,研究性学习已作为必修课程列入全日制普通高中......
民事判决书应增强透明度和说理性
发布时间:2013-12-19
民事判决书应增强透明度和说理性 民事判决书应增强透明度和说理性 民事判决书应增强透明度和说理性 随着审判方式改革的深化,民事裁判文书的改革问题引起了社会各界的关注。人民法院对民事裁判文书进行改革,必然涉及民事......
热分析技术及其在无机材料研究的运用
发布时间:2023-06-23
差热分析则主要是用于测量物质间产生的温度差与相对应的时间或温度的对应关系,下面是小编搜集整理的热分析技术及其在无机材料研究应用探究的论文范文,欢迎阅读参考。 1热分析技术概述 国际热分析协会(ICTA),在1977年给出定义......
简析热轧铝板带材生产线工艺及设备特性
发布时间:2022-11-03
【摘要】随着我国经济平稳较快发展,铝需求仍将保持稳定增长。为适应市场需求,增强市场竞争力,优化产品结构。建设一条现代化的铝板带项目是我国经济发展过程中的必然需求,热轧铝板带材生产线工艺复杂,并且技术要求较高,本文主要......
LED应急照明集成技术研究(1)论文
发布时间:2023-01-23
随着我国经济的持续高速增长,能源消耗不断增加,能源紧张的矛盾日益突出。“研究开发高效节能、长寿命的半导体照明产品”被列入国家中长期科学和技术发展规划(2012-2020)“能源”领域“工业节能”优先主题,我国半导体照明产业的发展......
关于有机热载体的特点及应用问题的若干研究
发布时间:2023-01-05
【摘 要】现如今,有机热载体已经广泛应用于工业生产中,和以往的加热方式相比,该加热方式的经济性,环保性均良好,对其特点和相关应用情况进行研究,有着一定的现实意义。结合实际情况,本文从两个部分,详细阐述了有机热载体的特点......
浅谈聚合科技的军事应用前景及其伦理困境
发布时间:2023-06-19
近年来,随着社会经济快速发展,科学技术取得了很多优秀的成果。由纳米、生物等技术聚合而成的聚合科技应约而生,成为当前学科交叉融合的全新表现,也是世界上公认的发展速度最快的技术领域,在不久的将来将成为技术革命的新兴技术。然......
简析高等教育评估的价值合理性
发布时间:2022-12-31
" [论文摘要]我国高等教育现行教学评估存在着评估主体有失客观性、评估标准忽视逻辑性、评估程序缺乏规范性、评估结果有违目的性等问题。为使高等教育评估更具有合理性。须多元选择评估主体,分类制定评估标准。规范评估程序,科学论证......
基于耐撞性的船舶结构形式研究
发布时间:2023-03-06
摘要:随着近年来海上船舶碰撞事故的频繁发生,如何分析事故发生原因并寻找相应预防方法成为许多学者研究的重要内容。从很多船舶相撞事故现状都可看出,其存在的危害不仅体现在船只受损或沉没等方面,也会影响人员生命安全或导致环境污染问题等。对此现状,大多学者在研究中发现从船舶结构方面着手,通过防撞能力的增强可有效降低碰撞事故带来的危害。本文主要对关于船舶碰撞问题的仿真模型构建、碰撞产生的机理以及耐撞性结构的设.........
室内灯光照明艺术的应用研究
发布时间:2023-03-23
从爱迪生发明灯以来,经过了百余年的发展,可以说我们已经进入了一个灯光时代,我们生活的每时每刻基本上都在利用着灯光照明。随着经济的快速发展,我们对于艺术审美能力的提高,便逐渐将光照引入到室内,逐渐利用灯光来美化我们的室内......
纳米导热材料在焦炉上升管余热利用中的应用研究
发布时间:2016-09-19
焦化厂焦炉上升管荒煤气显热的余热回收利用作为一项全新的科研课题,各大焦炉设计院和各大焦化厂都先后投入了巨大的人力物力,也先后研发出了多种类型的上升管换热器型式和技术,国家发改委也投入了巨大的资金用于开发此项技术,主要集......
基于共词聚类分析的国外知识密集服务研究热点分析
发布时间:2023-01-30
〔摘要〕以WebofScience中所有数据库2005-2014年的数据作为统计来源,对其进行计量分析,找出高频关键词,运用关键词共词分析,利用文献计量软件Bibexcel生成高频关键词共词矩阵,结合Netdraw绘制关键词网络可视图,借助SPSS进行聚类分析、多维尺度分析,探究高频关键词存在的内在联系,分析近十年来知识密集服务领域中的研究现状和发展趋势,以期为后续研究提供参考。〔关键词〕知识密集.........
聚丙烯非织造复合材料的塑性变形老化研究
发布时间:2022-10-03
随着人们生活水平的提高和对个人卫生的重视,一次性卫生用品如婴儿尿不湿、妇女用卫生巾和成人失禁护垫等产品的使用量和使用频率越来越大。由于越来越多的同类产品被送达货架,明确这类产品的使用寿命并理解影响产品使用寿命的因素均成......
高分子聚合物在太阳能电池电解质中的应用
发布时间:2023-06-18
顺应经济发展的趋势,各种新型能源层出不穷。太阳能是目前发展较被看好的朝阳能源,太阳能电池是太阳能在能源供应产业中的应用较好的能源利用新方式。但由于科学技术的限制,现阶段我国的太阳能电池的发展面临着一些新问题,需要得到及......
热点试题聚焦
发布时间:2022-10-22
题目一:2015年博鳌亚洲论坛 热点综述 模拟训练 阅读下列材料,回答1~5题。 材料一:3月26~29日,2015年博鳌亚洲论坛在海南博鳌举行,今年年会主题为“亚洲新未来:迈向命运共同体”。 材料二:图1表示我国两岛屿。 1.......