[发明专利]一种具有高阻隔性能的聚酰亚胺及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高阻隔性能的聚酰亚胺及其制备方法和应用。本发明制备的聚酰亚胺的主链中引入刚性平面结构蒽醌环和极性基团仲胺，蒽醌环可使聚酰亚胺分子链堆砌更加紧密，减小聚合物的自由体积，从而有效提高聚酰亚胺的阻隔性能。蒽醌环也可使聚酰亚胺分子链的刚性增加，限制分子链的运动，使聚合物难以形成气体通道，有效提高聚酰亚胺的阻隔性能。同时仲胺结构在分子链内和分子链间产生氢键，氢键作用可提高聚酰亚胺分子链堆砌效率，诱导聚酰亚胺结晶，提高聚酰亚胺的热稳定性、力学性能和阻隔性能。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，更具体地，涉及一种具有高阻隔性能的聚酰亚胺及其制备方法和应用。

背景技术

柔性有机电致发光器件(FOLED)除了具有OLED自发光、轻薄、节能环保的优点外，还具有许多刚性衬底及其他平板显示器件不具备的优势：FOLED常用的衬底采用聚酯类塑料，其柔韧性好，既轻便又超薄，具有良好的弯曲能力，是最具发展前景的下一代显示技术之一。

然而，FOLED存在稳定性和寿命不足的问题，限制了其推广和应用。由于薄膜晶体管(TFT)的制作工艺温度远远高于一般聚合物的玻璃化转变温度，TFT制作过程很难完成，从而大大限制了FOLED性能的提高。并且，空气中的H₂O、O₂等有害气体也会对FOLED的使用寿命带来不利的影响。因此，提供一种热稳定性好，阻隔性能高、力学性能强的聚合物衬底材料是加速FOLED产业化的关键。

聚酰亚胺(polyimide，PI)是现有聚合物中耐温性最好的一类材料，拥有优良的化学稳定性和力学性能，因此被认为是极具应用潜力的一类柔性衬底材料。但传统商用聚酰亚胺薄膜阻隔性能无法满足柔性显示器件的封装需求。现有提高聚酰亚胺阻隔性能的方法一般添加层状纳米粒子，通过片状纳米层有效延长水蒸气在基材中的扩散路径，从而改善其阻隔性能。如改性绢云母/聚酰亚胺复合薄膜的阻隔性能得到极大提升，其中阻隔效果最好的复合薄膜为添加1％质量分数有机绢云母的复合薄膜，其水阻隔透过率(WVTR)为0.0259g/m²/day，阻隔效果比纯聚酰亚胺薄膜提升98.46％。但是，添加无机纳米材料的聚酰亚胺复合薄膜仍然不能达到FOLED的封装性能要求。若能通过合理的分子结构设计、化学合成直接制备阻隔性能优良的本征型聚酰亚胺材料，这将从根本上解决聚酰亚胺阻隔性能的不足的问题，对促进FOLED的发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有聚酰亚胺作为衬底材料阻隔性能的不足，提供一种耐高温、具有高阻隔性能以及优异力学性能的具有高阻隔性能的聚酰亚胺。

本发明要解决的另一技术问题是提供上述具有高阻隔性能的二胺单体以及聚酰亚胺的制备方法。

本发明还解决的技术问题是提供具有高阻隔性能的聚酰亚胺在多领域内的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种具有高阻隔性能的聚酰亚胺，其结构通式如下所示：

Ar₁选自下列结构式中的任意一种：

其中，y＝1～10000；n＝0～6，m＝0～6，同一结构式中的n和m不同时为0。

进一步地，所述Ar₂和Ar₃选自下列结构式中的任意一种：

进一步地，所述X选自下列结构中的任意一种：

优选地，所述Ar₂为的一种或多种，Ar3为的一种或多种；所述X为