聚酰胺酸薄膜亞胺化動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來(lái)聚酰亞胺(PI)以其優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、輻射性能和耐熱性能等越來(lái)越受到人們的重視，在航空航天、電氣、電氣、通訊和汽車(chē)等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前，PI的制備通常采用二步法：二胺與二酐在室溫、有機(jī)溶劑中縮聚制得預(yù)聚體聚酰胺酸(PAA)溶液，再經(jīng)過(guò)熱亞胺化或化學(xué)亞胺化制備得到PI，其中熱亞胺化工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。研究結(jié)果表明，PI的熱處理過(guò)程對(duì)其性能有著顯著的影響。如在微電子領(lǐng)域中，器件表面的形狀多種多樣，若熱處理不當(dāng)，薄膜將發(fā)生降解或出

2、現(xiàn)裂紋，致使薄膜的性能下降、指標(biāo)分散等。另外，聚酰胺酸的分子量分布等因素也將影響最終產(chǎn)品聚酰亞胺的綜合性能。因此開(kāi)展聚酰胺酸熱亞胺化和化學(xué)亞胺化動(dòng)力學(xué)的研究，有著重要的實(shí)用意義。
　　 以均苯四甲酸二酐(PMDA)和實(shí)驗(yàn)室自制二胺(DAMI)為單體，采用兩步法合成PAA溶液，分別經(jīng)熱亞胺化和化學(xué)亞胺化過(guò)程制備了兩種PI薄膜，F(xiàn)T-IR分析表明兩種亞胺化過(guò)程制備的PI薄膜均已完全亞胺化。采用凝膠色譜儀(GPC)分析得PAA的重均分

3、子量為7.63×104，采用差示掃描量熱儀(DSC)和熱失重分析儀(TGA)對(duì)薄膜熱性能分析，結(jié)果表明化學(xué)亞胺化的PI薄膜耐熱性略高于熱亞胺化的PI薄膜。對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，結(jié)果表明化學(xué)亞胺化的PI薄膜彈性模量較高，而熱亞胺化的聚酰亞胺薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率較高，兩者拉伸強(qiáng)度接近。
　　 以二酐(PMDA)與二胺(ODA)為單體，聚合得到表觀粘度為1800mPa·s的聚酰胺酸(PAA)溶液。通過(guò)衰減全發(fā)射紅外光譜(ATR-FTIR

4、)對(duì)聚酰胺酸凝膠膜表面亞胺化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。隨著熱處理時(shí)間和溫度的增加，聚酰胺酸薄膜的亞胺化程度不斷增大。聚酰胺酸在亞胺化過(guò)程中存在前期快速和后期慢速兩個(gè)階段，即發(fā)生了“動(dòng)力學(xué)中斷”現(xiàn)象。由于溶劑的增塑效應(yīng)，薄膜下表面的亞胺化程度要高于上表面，并且隨著時(shí)間和溫度的增加，上下表面的亞胺化程度逐漸趨近。采用兩步、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　 以二酐(PMDA)與二胺(ODA)為單體，聚合得到了

5、固含量為10％的聚酰胺酸溶液。以乙酸酐和吡啶分別作為作為脫水劑和催化劑對(duì)聚酰胺酸薄膜進(jìn)行化學(xué)環(huán)化，通過(guò)衰減全反射紅外光譜對(duì)其亞胺化過(guò)程進(jìn)行研究。初期聚酰胺酸快速、平行地轉(zhuǎn)化為聚酰亞胺和聚異酰亞胺，當(dāng)聚酰胺酸完全消耗掉后，聚酰亞胺和聚異酰亞胺的含量在一定時(shí)間內(nèi)保持不變，之后聚異酰亞胺緩慢地轉(zhuǎn)化為聚酰亞胺。乙酸酐和吡啶濃度的增加都會(huì)加快其反應(yīng)速率，且乙酸酐的濃度對(duì)第一階段反應(yīng)速率的影響更大。以一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)兩個(gè)階段分別進(jìn)行擬合，得到了不同