聚酰亞胺（PI）是1908年問世的芳雜環聚合物，是耐高溫聚合物品種之一，目前它已成功實現商業化生產。聚酰亞胺由于優異的熱氧化穩定性、介電性能、良好的耐輻射性和耐溶劑性及高的機械強度，已在航空、航天、微電子、氣體分離、滲透汽化、水處理、電池、記憶器件等領域得到應用。全芳香聚酰亞胺因為高的熱穩定性、化學穩定性和耐輻射穩定性，以及優異的機械性能而備受關注。但當它們應用于特定的領域及工作環境時，某些性能有待改善。例如，常規的全芳香聚酰亞胺樹脂難溶解、難熔融，因而限制了其在特定工業上更廣泛應用的可能性。

在聚酰亞胺結構中引入合適的脂肪/脂環結構是一種有效改善相關應用性能的方法。例如，通過引入適當的脂肪/脂環骨架，可有效抑制鏈內和/或鏈間電荷轉移（CT）相互作用，降低分子鏈間堆砌密度及減小分子極化率，從而改善聚酰亞胺的溶解性、介電性、光學透明性、分離性能等。

為了拓寬聚酰亞胺材料的應用領域，提供聚酰亞胺材料結構改性與性能調控的思路，中國科學院過程工程研究所、生化工程國家重點實驗室莊永兵研究員（第一作者，共同通訊）與韓國漢陽大學李永茂（Young Moo Lee）教授（通訊作者）近期通過綜述的形式，以《Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains》為題目，首次系統地梳理了已報道的脂肪族/脂環類單體結構、聚合物合成方法，論述了脂肪/脂環結構對其聚集態結構（如結晶有序與取向）與性能（如溶解加工性、機械性能、熱性能、熱膨脹系數、光學透明性、折射指數、熒光及磷光發射、光導、介電、熱導等）的影響，總結了這類含脂肪/脂環結構的聚酰亞胺在一些研究熱點領域的應用，如光學透明柔性顯示、液晶取向、熒光/磷光發射、低介電膜、氣體分離膜、質子交換膜、滲透汽化膜、鋰電池等電池構件、記憶器件、感應、氣凝膠、生物醫藥、納米復合/雜化材料等。最后，指出了該類聚酰亞胺研究在某些應用中的挑戰和機遇。

1. 合成路線

典型的合成路線包括二步法、一步法、硅烷化法、酯酸路線、二異腈酸酯路線、Mitsunobu反應、Diels–Alder反應、高壓聚合等。

2. 典型結構與性能

引入脂肪/脂環結構對聚酰亞胺的聚合、聚集態結構（如結晶有序與鏈取向）與性能（如溶解加工性、機械性能、熱性能、線性熱膨脹系數、光學透明性、折射指數、熒光及磷光發射、光導、介電、熱導等）具有重要的影響。因此，需要進行系統分子工程，以實現結構與性能的調控，滿足特定領域的應用對聚酰亞胺的性能要求。

3. 先進領域的應用

引入脂肪/脂環結構的聚酰亞胺在許多先進材料應用領域具有廣泛的應用，如在光學透明柔性顯示、液晶取向、熒光/磷光發射、低介電膜、氣體分離膜、質子交換膜、滲透汽化膜、鋰電池等電池構件、記憶器件、感應、氣凝膠、生物醫藥、納米復合/雜化材料等領域已經或者具有潛在的應用前景。

4. 展望

主鏈含脂肪/脂環結構的聚酰亞胺將有望在未來高光學透明電子器件、低介電柔性顯示材料、熒光/磷光發射、太陽能波長轉換、透明形狀記憶材料、孔有機骨架材料、高性能分離膜等領域得到進一步的推廣及應用。

參考文獻：

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

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2019.01.004來源：高分子科學前沿