电子光伏以及新能源等领域的发展,为人们的生活带来了巨大的便利,同时也为新型高分子材料的产生提供了强大的动力。传统芳香型聚酰亚胺(PI)由于具有优异的耐热性和良好的机械性能得到普遍应用,但是仍然不能满足高端芯片和平板显示业对聚酰亚胺材料的介电性和光学透过性提出的更高需求。通过对聚酰亚胺进行结构改性,可以赋予其特定的性能以适应不同领域的应用。本文主要针对以上应用背景对聚酰亚胺进行结构设计、单体及材料合成与性能研究。我们通过实验室常用且廉价的试剂和简单的方法合成了三种新型二胺,解决了聚合物难溶的问题。引入了功能化的吡啶环及氟化基团到聚酰亚胺骨架中,合成了多种功能化的PI材料。吡啶杂环与苯环具有类似的对称性与强芳香性,将其引入到PI骨架中能显著提高聚合物的热稳定性,并提高其力学和机械性能。苯环中C=C键的摩尔折射率(1.76)远远低于吡啶杂环中的C-N=C键(4.10),通过吡啶杂环的引入可以有效的增强其折射率及透光性;同时,吡啶环的大体积可以减小分子间的堆积程度,增加了分子间距,使其溶解加工性得到提升。在分子中引入氟原子可以降低聚合物的整体极化率,减弱分子间作用力,增加分子间距及自由体积,减小溶剂分子渗透到分子间的难度,从而提高聚合物的溶解性。同时氟原子强的电负性可以破坏聚合物分子结构间的共轭作用,从而制得颜色较浅、光学性能优异的聚合物薄膜。由于C-F键的摩尔极化率很小,可以将聚合物介电常数降低,一般情况下含氟PI材料介电常数可以降至2.5左右甚至更低。大体积结构的三氟甲基和三苯甲烷结构,可以使分子之间有较大的间距,削弱聚合物分子间作用力,使聚合物的溶解性得到了大大提升,同时有效降低介电常数和增加溶解性。具体来讲,本论文的工作包括以下几部分。首先,利用常见并且价格低廉的苯甲醛与苯酚的亲核反应来合成二酚4,4-二羟基-三苯基甲烷(BHTM)。BHTM再与2-氯-5-硝基吡啶反应制备二硝基化合物1,1-二[4-(5-硝基-2-吡啶氧基)苯基]-1-苯基甲烷(BNPPM),将BNPPM还原得到二胺1,1-二[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯基]-1-苯基甲烷(BAPPM)。其次,我们分别用4-氟苯甲醛和三氟苯乙酮与苯酚发生亲核反应,分别得到二酚4-氟-4,4-二羟基三苯甲烷(FDTM)和4,4-二羟基-三苯基-2,2,2-三氟乙烷(DTTE),再分别与2-氯-5-硝基吡啶反应得到两种二硝基化合物,还原后分别得到二胺1,1-二[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯基]-4-氟-1-苯基甲烷和1,1-二[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯基]-1-苯基-2,2,2-三氟乙烷。然后利用合成的三种新型二胺分别与工业化二酐单体ODPA和6FDA聚合制备成新型聚酰亚胺薄膜,我们对合成的六种聚酰亚胺材料进行综合测试分析,通过比较研究我们发现,引入含氟结构的二胺和二酐对聚合物的溶解性有较大的提高,含三氟结构的二胺相比于其他结构,与同一种二酐聚合得到的聚合物有着最好的溶解性。其聚合物材料的拉伸强度在57.6-115.3 MPa范围内,断裂伸长率在2.6-6.8%范围内,弹性模量在2.4-3.2 GPa内,最大拉力在35.97-55.36N范围内。数据表明在二胺上引入含氟基团如三氟甲基或者氟原子结构,在提高机械性能方面具有较明显的效果。含氟结构的机械性能优于不含氟结构,尤以引入三氟甲基结构对材料的机械性能的改善最为显著,薄膜的弹性模量和拉伸强度都得到了提高。同时DSC数据表明,氟化结构的引入增加了材料的玻璃化转变温度,提高了材料的热性能。含氟聚酰亚胺材料较不含氟材料具有更好的疏水性,主链含六氟结构的二酐对材料的疏水性能有较大的提升,含三氟甲基结构二胺相对于含单氟结构的二胺合成的聚合物有着更加优异的疏水性。研究发现二胺中含氟单元的引入能够降低材料的介电常数,同时使材料具有较低的介电损耗,含六氟结构的二酐对薄膜介电性能也有改善。-CF3是一种以非对称状态存在的具有较大偶极矩的极化结构,其大体积结构会阻碍分子间电荷移动,减小分子间的相互作用,再加上氟原子本身的低极化率利于介电常数的降低,因此导致介电常数有所降低。BPI-3在500 nm处的透过率明显高于BPI-1和BPI-2,而且具有最小的截止波长350nm,可以发现,含三氟结构的二胺相对于含单氟原子或者不含氟结构具有最优秀的透过性,同时苯环含单个氟原子的结构较无氟结构的光学透过性好。综上所述,本论文中合成的含三氟结构的PI材料具有良好的机械,光学,介电性能,同时改善了PI难溶的缺点。