陈明月，苏桂明，姜海健，方 雪

(黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150070)

聚酰亚胺作为功能复合材料得到了广泛应用，但由于聚酰亚胺的吸水性，使得介电性能显著下降，限制了其在航空航天和微电子领域中的应用。表1为聚酰亚胺与其他聚合物材料的吸水率对比数据，从中发现聚酰亚胺在聚合物材料中的吸水率偏大。为了不影响其使用，降低吸水率成为一个急需解决的问题。

表1 各类聚合物的吸水率

聚酰亚胺的吸水性主要与聚合物的化学结构和形态结构有关，化学结构为水分子提供了吸附位点，形态结构则影响水分子的渗透与扩散作用。本研究主要从化学结构上考虑降低聚酰亚胺薄膜吸水率的方法。

1 引入含氟结构

原子半径小是氟原子的特点之一，其具有电负性较强及摩尔极化率低的特性，如将其引入到聚酰亚胺分子结构中，可增强其疏水性、溶解性、光学透明性及加工性能。Xie等[1]通过两步法得到了聚酰亚胺。实验结果表明，二酐单体4，4’-氧双邻苯二甲酸酐(OPDA)和自制的二胺单体共聚得到的聚酰亚胺，其吸水率最低可达到0.37%，由此可知，三氟甲基可降低聚合物的吸水率。Matsuura等[2]选择不含氟元素的PMDA及含氟的P6FDA和P3FDA与二胺聚合得到聚酰亚胺。采用不同的二酐，其吸水率不同，结果显示P6FDA

2 引入柔性结构

将柔性结构引入到聚酰亚胺主链中，能够使其具有优异的柔韧性及低吸水性[6-7]，利用这种柔性结构可以明显改善聚合物高分子链的链取向性，紧密堆叠高分子链，降低水分子的渗透速度、降低水分子的通透性。不仅如此，柔性结构的存在还能够使聚合物高分子链之间产生微晶[4-6,8-9]、水吸附位点减少等。

3 引入含硅结构

为了显著改善聚合物的性能，可将硅氧烷基团引入到聚酰亚胺中[10-12]。引入硅氧烷链的聚合物能够降低玻璃转化温度，从而提高其在恶劣环境中的耐受性，使聚合物具有良好的热稳定性和紫外稳定性，同时也增强了聚合物的黏结性，使材料本身的内应力得到降低。可作为封装材料、刻蚀阻隔层和介电薄膜用于微电子领域中。聚硅氧烷具有极优良的疏水性，聚硅氧烷分子的加入，使水的吸附位点降低。除此之外，聚酰亚胺中水分子的扩散系数也会随着聚硅氧烷含量的增加而变低，这也能够降低聚合物的吸水性能。Yamada[13]也制备得到了具有优异的黏附和疏水性能的硅氧烷改性聚酰亚胺。实验结果可知，增加硅氧烷的含量能够降低聚酰亚胺的吸水率，控制在0.2%～1.2%。

4 填料改性

很多研究者提出[14-17]，21世纪“绿色”是涂料工业的主要发展方向之一。玄武岩纤维作为一种新型无机环保绿色材料，表面有大量硅羟基，利用硅烷偶联剂对玄武岩鳞片进行表面改性，可以在合成过程中通过范德华力与氢键等键-键相结合，以此改善界面，为提升薄膜性能提供基础。玄武岩鳞片具有降低吸水率的功能，是由于其鳞片在聚合物内平行排列而产生了“迷宫效应”[18]。聚合物内部出现腐蚀分子时，鳞片的存在相当于使薄膜的厚度增加了，薄膜吸水能力降低了，从而延缓溶胀腐蚀的发生。玄武岩鳞片工作温度范围宽，为-200℃～1 000℃，我国很多地区如内蒙古、河北省、宁夏回族自治区等都有着丰富的、高品质的玄武岩资源，以待进一步开发应用[19]。Liu等[20]采用玄武岩鳞片制备防腐涂层，在海洋环境下涂层的防腐性和耐候性都十分优异；单华俊[21]分别用两种鳞片制备防腐涂料，硬度得到了提高，但韧性却下降了，玻璃鳞片尤为明显。

5 结语

在聚酰亚胺的合成过程中很容易混入含有醚键、羰基、砜基及其他的吸水官能团，这些官能团可以作为电子的给予体，与水中的氢形成稳定的氢键，因此可以探索引入对称度较高的单体或较长的柔性链结构单元来减少分子链中氢的吸附位点，以提高聚酰亚胺耐热性、耐腐蚀性、力学性等优势，从而将其作为21世纪最有前景的工程塑料之一，被广泛应用于航空航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等高科技领域。