低分子量、高机械强度的可溶性聚醚酰亚胺

聚醚酰亚胺（PEI）是一类具有优异机械性能、耐热性和化学稳定性的高性能热塑性工程材料，被广泛的应用于树脂基体、粘合剂、航空航天以及微电子涂层等诸多领域。由于聚合物结构中的醚键（-O-）、亚异丙基（-C(CH₃)₂-）等柔性链接基团的存在，高分子量的PEI能够在高温条件下（∼340 ℃）进行加工。但是，高温处理会导致高能耗，同时还会造成聚合物发生一定程度的降解，引起产品性能下降。开发低分子量、高机械强度的PEI，实现其加工条件的低温化或溶液浇铸等工艺替代，一直是业界的追求目标。

PEI颗粒。图片来自网络

近日，弗吉尼亚理工学院（Virginia Tech）的Liu Guoliang研究团队，通过在低分子量PEI齐聚物（PEI-NH₂）结构中引入脲基嘧啶酮（UPy）作为封端剂，借助分子链间的氢键作用制备了高机械强度的超分子PEIs（PEI-UPy）。

脲基嘧啶酮封端PEI（PEI-UPy）合成路线图。图片来源：Macromolecules

合成制备的PEI聚合物（PEI-UPy）展现出优异的耐高温性能。TGA和DSC测试显示，这种聚合物热降解温度在400-600 ℃，质量损失5%（Td,5%）时温度为500-520 ℃。而诸多研究已表明脲基嘧啶酮其热分解温度高达∼240 ℃，因此将UPy作为封端剂引入PEI-NH₂结构中，赋予PEI-UPy较高的玻璃化转变温度（∼204-213 ℃）和热分解温度（∼400 ℃）。

PEI-UPy体系展现出优异的耐高温性能。图片来源：Macromolecules

研究结果表明，该PEI-UPy体系的浇铸成膜性与PEI齐聚物（PEI-NH₂）的分子量密切相关，只有8k-PEI-UPy体系展现出较好的成膜性。同时与未进行封端处理的PEI-NH₂体系相比，PEI-UPy展现出更好的柔韧性。

与PEI-NH₂体系(b)相比8k-PEI-UPy体系(c)具有优异的成膜性和柔韧性。图片来源：Macromolecules

另外，这种PEI-UPy体系表现出比商业化高分子量PEI更优异的综合性能，其抗张强度、最大伸长率及模量分别为87.2 ± 10.8 MPa、3.10 ± 0.39%和(3.20 ±0.14)×10³ MPa。

PEI-UPy体系展现出优异的力学性能。图片来源：Macromolecules

——总结——

Liu Guoliang研究团队采用脲基嘧啶酮对PEI-NH₂进行封端处理，通过分子链间氢键的引入，显著提升了所得的PEI-UPy体系的柔韧性；通过PEI齐聚物分子量筛选，制备了综合性能优于商业化高分子量PEI的低分子量PEI-UPy体系。这一研究成果，为制备低分子量、可溶液加工的高性能PEIs提供了指导。同时也为基于脲基嘧啶酮进行其他超分子体系的构筑提供了借鉴。

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Low-Molecular-Weight, High-Mechanical-Strength, and Solution-Processable Telechelic Poly(ether imide) End-Capped with Ureidopyrimidinone

Macromolecules, 2017, 50, 2016-2023, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b00156

（本文由甲子湖供稿）