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随着电子信息技术的飞速发展,聚酰亚胺作为一种具有优异机械性能、热稳定性、低介电性能和耐腐蚀性的聚合物材料备受关注。传统的芳香族聚酰亚胺由于酰亚胺环和苯环之间形成共轭的大π键,导致PI分子链的刚性和分子链之间的紧密堆积,难以熔化,溶解和降解。此外,合成聚酰亚胺的原材料基本上都来源于石油等化石资源。针对以上迫切问题,本论文开发一类基于生物质结构的聚酰亚胺,并在主链结构中引入了缩醛结构,以提高材料的降解性能。本论文实验方案中,我们着重探究了以天然木质素衍生的香草醛、赤藓糖醇和丁香醛等为原料,经过缩醛反应、亲核取代反应和还原反应得到3种不同结构的双缩醛二胺单体,然后与不同二酐单体聚合得到了多个系列高性能的聚酰亚胺薄膜。探究过程如下:在第一部分中,我们以天然木质素衍生的香草醛和赤藓糖醇以及易得的季戊四醇为原料,经过缩醛反应得到二酚化合物、亲核取代反应得到二硝基化合物以及还原反应得到二胺化合物等三个步骤,成功地合成了两种新型的双缩醛吡啶环结构的二胺单体,(1R,6S)-3,8-双{3-甲氧基-4-[(5-氨基吡啶-2-基)氧基]苯基}-2,4,7,9-四氧杂二环[4.4.0]癸烷(VEPA)和3,9-双{3-甲氧基-4-[(5-氨基吡啶-2-基)氧基]苯基}-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷(VPPA)。然后以制得的这两种二胺为原料,和四种二酐6FDA、ODPA、BTDA和BPDA经过传统的两步法聚合,分别得到两个系列坚韧透明的薄膜EPIs和PPIs。该两个系列的薄膜在傅立叶变换红外(FI-IR)光谱上的特征峰表明完全亚胺化。并且两个系列的薄膜保持相近的热性能。EPIs和PPIs玻璃化转变温度分别为189～214℃和195～223℃。与基于赤藓糖醇的桥环双缩醛结构的薄膜EPIs相比,基于季戊四醇的螺环双缩醛结构的薄膜PPIs具有相对较好的光学性能和机械性能。其中,EPIs系列薄膜的拉伸强度为55.8～68.7 MPa、弹性模量为1.47～2.02 GPa、断裂伸长率为4.74～6.82%,略逊于螺环双缩醛结构的PPIs系列薄膜。PPIs系列薄膜拉伸强度为77.8～85.7 MPa、弹性模量为2.03～2.16 GPa、断裂伸长率为5.37～8.93%。另外,PPIs系列薄膜在500 nm有着相对较好的光学透明性,透过率为67.1～80.3%,高于EPIs的透过率63.9～76.4%。并且得到的两个系列的PI薄膜在多种有机极性溶剂中均具有一定的溶解度。最值得关注的是两个系列的PI薄膜均可在室温条件下酸性降解,通过对降解过程的1HNMR监测分析,我们提出了酸性降解机理。与传统方法相比,本文提出了一种简便、有效的PI降解的监测方法。在第二部分中,我们以天然产物丁香醛,以及易得的甲醛、正丁醛和三羟甲基丙烷(TMP)为原料,经过羟醛缩合反应得到四醇化合物、缩醛反应得到二酚化合物、亲核取代反应得到二硝基化合物以及还原反应得到二胺化合物等四个步骤,成功地合成了一种新型的氟化的螺环双缩醛结构的二胺单体5,5’-(氧双(亚甲基))双(2-(3,5-二甲氧基-4-(4-氨基-2-(三氟甲基)苯氧基)苯基)-5-乙基-1,3-二恶烷)(SDBFA)。然后分别以制得的二胺SDBFA和1,3-双(4’-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料,和四种二酐6FDA、ODPA、BTDA和BPDA通过传统的两步法聚合,得到两个系列坚韧透明的聚酰亚胺薄膜SPIs和TPIs。该两个系列的薄膜在傅立叶变换红外(FI-IR)光谱上的特征峰表明完全亚胺化。可以肯定的是,整体上SPIs系列薄膜依旧保持着较为优良的热力学性能。SPIs和TPIs玻璃化转变温度分别为238～265℃和256～303℃。与基于1,3-双(4’-氨基苯氧基)苯(TPE-R)的普通氧连芳香族结构的TPIs薄膜相比,基于丁香醛和双三羟甲基丙烷(Di-TMP)的氟化双缩醛螺环结构的SPIs系列薄膜具有相对较好的光学性能和机械性能。其中,SPIs系列薄膜的拉伸强度为81.3～115.9 MPa、弹性模量为2.27～2.74 GPa、断裂伸长率为6.1～10.8%,略优于TPIs系列薄膜;TPIs系列薄膜拉伸强度为77.8～87.6 MPa、弹性模量为2.03～2.54 GPa、断裂伸长率为4.8～7.2%。此外,在500 nm紫外可见光谱测量中,SPIs系列薄膜的透过率为63.8～89.3%高于TPIs系列58.3～80.2%。这说明将氟化基团以及双缩醛结构引入到聚酰亚胺后不仅保持了聚酰亚胺薄膜优异的热力学性能和良好机械性能,而且增加了薄膜的溶解性和一定的疏水性能。总而言之,这两项工作表明,香草醛、丁香醛和赤藓糖醇都是可再生聚合物的分子来源,通过将双缩醛结构衍生到聚合物骨架上,可以转变为具有平衡的热、光学和加工性能的高性能聚酰亚胺。后期需要进行更详尽的降解研究,以更好地了解实际环境条件下的降解机理、产物、动力学和可行性。