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。
原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):
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)
如果篇首注明了授权来源,任何转载需获得来源方的许可!如果篇首未特别注明出处,本文版权属于 X-MOL ( x-mol.com ), 未经许可,谢绝转载!