Синтез новых (со)полиимидов с улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами на основе производных адамантансодержащих диаминов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Пичугин Александр Михайлович

• Пичугин Александр Михайлович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Пичугин Александр Михайлович

Список основных сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР (Современные подходы к синтезу и применению прозрачных (со)полиимидов с улучшенными диэлектрическими свойствами

1.1 Влияние химической структуры мономеров на оптические и диэлектрические свойства получаемых (со)полиимидных материалов

1.1.2 Влияние реакционной способности мономеров на оптические свойства полиимидов

1.1.3 Влияние конформации молекулярной цепи на свойства получаемых (со)полиимидов

1.1.4 Влияние внутри- и межмолекулярных взаимодействий (со)полиимидных цепей на оптические и диэлектрические свойства получаемых

материалов

1.2 Влияние технологических факторов на оптические свойства

(со)полиимидов

1.2.1 Двухстадийный метод

1.2.2. Влияние условий проведения синтеза и растворителя

1.2.3 Метод имидизации

1.2.4 Одностадийный метод высокотемпературной полициклизации в растворе

1.3 Методы прогнозирования оптических и диэлектрических свойств, получаемых (со)полиимидов

1.4 Современные области применения (со)полиимидных материалов с повышенной прозрачностью и пониженной диэлектрической

проницаемостью

1.4.1 Подложки для гибких дисплеев

1.4.2. Компоненты тонкопленочных солнечных элементов

1.4.3 Компоненты прозрачных гибких терагерцовых сенсоров

1.4.4 Покрытие для «умных» окон (smartwmdow)

1.4.5 Космическая отрасль

2 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.1 Выбор строения мономеров для синтеза прозрачных (со)полиимидов и синтез адамантансодержащих диаминов

2.1.1 Выбор и обоснование структур мономеров для синтеза прозрачных (со)полиимидов

2.1.2 Синтез адамантансодержащих диаминов с алифатическими и ароматическими фрагментами

2.2 Изучение закономерностей синтеза адамантансодержащих (со)полиимидов

2.3 Изучение растворимости (со)полиимидов, полученных одностадийным методом

2.4 Оптические свойства получаемых (со)полиимидов

2.5 Исследование межмолекулярных взаимодействий в ПИ, полученных одностадийным и двустадийным методом

2.6 Исследование влияния растворителей одностадийного метода синтеза на оптические свойства (со)ПИ

2.7 Исследование физико-механических и термических свойств (со)полиимидных пленок

2.8 Исследование диэлектрических свойств полиимидных пленок

2.9 Направления возможного практического применения получаемых (со)полиимидов с улучшенными оптическими и электрическими свойствами

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Растворители

3.2 Мономеры

3.2.1 Диангидриды тетркакарбоновых кислот

3.2.2 Диамины

3.3 Квантово-химические расчёты

3.4 Синтез (со)полиимидов

3.4.1 Типовой синтез (со)полиимидов двухстадийным методом

3.4.2 Типовой синтез (со)полиимидов методом высокотемпературной полициклизации в растворе в инертной среде

3.4.3 Типовой синтез (со)полиимидов методом высокотемпературной полициклизации в растворе использованием азеотропообразователя

3.4.4. Типовой синтез полиимидов для исследования кинетических закономерностей

3.4.5. Получение пленок из полиимидов, синтезированных методом высокотемпературной полициклизации в растворе

3.5 Хромато-масс-спектрометрия

3.6 Исследование свойств, полученных (со)полиимидов

3.6.1 Определение приведенной вязкости растворов полимеров

3.6.2 Гель-проникающая хроматография

3.6.3 ИК-спектроскопия

3.6.4 УФ-спектроскопия

3.6.5 Термогравиметрический анализ (со)ПИ пленок

3.6.6 Определение оптический свойств (со)ПИ пленок

3.6.7 Рентгенодифракционный анализ

3.6.8 Определение диэлектрической проницаемости

3.6.9 Определение физико-механических свойств

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Список основных сокращений

ПИ — полиимид.

МО — молекулярная орбиталь.

НВМО — низшая вакантная молекулярная орбиталь.

ВЗМО — высшая занятая молекулярная орбиталь.

5,7-ДМ-1,3-БАМА — 5,7-диметил-1,3-бисаминометил адамантан.

5,7-ДМ-1,3-АЭАМА — 5,7-диметил-1, аминоэтил, 3-аминометил адамантан.

1,3-БАМА — 1,3-бисаминометил адамантан.

1,3-БАЭА — 1,3-бисаминоэтил адамантан.

2.2-БАФА — 2,2-бисаминофенил адамантан.

1.3-АМАЭА — 1-аминометил, 3-аминоэтил адамантан. 1,3-АМАФА —1-аминометил, 4-аминофенил адамантан. 1,3-АЭАФА — 1-аминоэтил, 3-аминофенил адамантан. 1,3-БАФА — 1,3-бисаминофенил адамантан.

ТФДБ — 2,2'-бис (трифторметил) -4,4'-диаминобифенил.

1,3-БАМЦ — 1,3-бисаминометил циклогексан

ДАДФЭ — 4,4'-диаминдифениловый эфир.

Ф6ДА — 4-(гексафторизопропилиден)дифталевый ангидрид.

БФАДА — бисфенола-А диангидрид.

ДФОДА — диангидрид 3,4,3',4'-дифенилоксидтетракарбоновой кислоты

а-ДФДА —3 3'4 4'-диангидрид бифенилтетракарбоновой кислоты ассиметричный.

с-ДФДА — 3 3'4 4'-диангидрид бифенилтетракарбоновой кислоты.

ПМДА — пиромеллитовый диангидрид

АФ — анилинфлуорен.

ПАК — полиамидокислота.

НМП — К-метилпирролидон.

ДМСО — диметилсульфоксид.

ММ — молекулярная масса.

КПЗ — комплекс с переносом заряда.

ДХБ — 1,2-дихлорбензол

ТГФ — тетрагидрофуран

2МеТГФ — 2-метилтетрагидрофуран

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез новых (со)полиимидов с улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами на основе производных адамантансодержащих диаминов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Полиимиды (ПИ) относятся к классу термостойких полимеров с уникальным комплексом эксплуатационных характеристик. Они находят применение в различных областях техники, прежде всего, как термостойкие диэлектрики. В то же время, ПИ используются в оптоэлектронике, при производстве лент для намотки магнитных проводов, базовых пленок для гибких печатных схем, лент-носителей с автоматическим склеиванием, экранирующих пленок с контролируемой температурой для спутниковых каналов и в других направлениях, а современный уровень техники предъявляет все более высокие требования к комплексу свойств полимеров, используемых в данных приложениях.

Наиболее быстро развивающейся современной областью применения ПИ является оптоэлектроника. Данная область предъявляет к используемым материалам ряд достаточно жестких требований. К ним относятся: высокая оптическая прозрачность (светопропускание ПИ пленки не ниже 75% при 400 нм), низкое значение относительной диэлектрической постоянной (2.5-2.8), хорошие термические и физико-механические характеристики. Такие ПИ выделены в отдельную группу, которая получила название CPI (colorless polyimide films).

Природа мономера, в свою очередь, оказывает большое влияние на характеристики конечных ПИ материалов, таких как цветность, оптическая прозрачность, механическая прочность, термическая стабильность и диэлектрические свойства. Подбор структуры мономеров и их синтез являются ключевыми проблемами при получении полиимидных пленок, обладающих вышеуказанным комплексом эксплуатационных характеристик.

На начальном этапе разработки нового оптически прозрачного полимера обычно исследуется влияние химического строения мономеров на характеристики ПИ. Для этого необходимо проводить большое количество экспериментов с целью выявления структур, позволяющих получать полиимиды с наилучшим комплексом эксплуатационных характеристик. Очевидно, что синтез всех возможных ПИ является трудоемкой задачей. При этом, одним из наиболее перспективных способов получения прозрачных ПИ является введение в их структуру

алициклических фрагментов. В связи с этим, синтез CPI с заданным комплексом эксплуатационных характеристик является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Синтезу полиимидов посвящены работы отечественных ученых: В.В. Коршака, М.М. Котона, С.В. Виноградовой, М.И. Бессонова, А.Н. Праведникова, Б.В. Котова, Я.С. Выгодского, В.В. Кудрявцева, с сотр. в том числе, ученых ВолгГТУ: И.А. Новакова, С.С. Радченко, Б.С. Орлинсона, а также ряда зарубежных исследователей, в частности, Shinji Ando, Toshihiko Matsumoto, A.S. Mathews и др.

Цель настоящей работы заключается в исследовании закономерностей синтеза новых (со)полиимидов используемых в области оптоэлектроники на основе адамантансодержащих диаминов для получения материалов с улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами для применения в области оптоэлектроники со следующим диапазоном свойств: C400 > 75%, so < 2.8, T5% > 350 оС, а > 70 МПа.

Данная цель достигается путем решения следующих задач:

1. Подбор мономеров, позволяющих синтезировать полиимиды с комплексом ценных эксплуатационных характеристик, в том числе, с помощью квантово-химических расчетов.

2. Исследование особенностей синтеза (со)ПИ с высокими значениями приведенной вязкости, позволяющими получать ПИ пленки, а также улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами.

3. Установление влияния природы исходных соединений на разупорядоченность структуры ПИ, на внутри- и межмолекулярные взаимодействия, в том числе, на донорно-акцепторные взаимодействия ПИ с растворителями.

4. Исследование физико-химических свойств (со)полиимидных пленок для выявления возможности их практического применения.

Научная новизна. Впервые на основе производных адамантансодержащих диаминов с алифатическими и ароматическими фрагментами синтезированы новые (со)полиимиды с улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами в сравнении с известными промышленными образцами, при сохранении на должном уровне других эксплуатационных характеристик.

Показано, что для прогнозирования оптических свойств и целенаправленного синтеза таких полиимидов необходимо учитывать не только внутри-, но и межмолекулярные взаимодействия.

Теоретическая и практическая значимость. Исследовано значение ключевых факторов, оказывающих влияние на свойства получаемых полиимидных материалов: строение мономера, природа применяемых растворителей и метод получения ПИ. Полученные данные углубляют понимание влияния перечисленных факторов на эксплуатационные свойства адамантансодержащих полиимидных материалов, что позволяет более эффективно и с меньшими затратами получать ПИ с требуемым комплексом свойств

Синтезированные (со)полиимиды на основе адамантансодержащих диаминов с алифатическими и ароматическими фрагментами обладают физико-механическими свойствами, необходимыми для их применения в оптоэлектронике (а от 70 МПа), высокой термоокислительной устойчивостью (Т5% от 450 оС), оптической прозрачностью (до С400=86 %), а также низкими значениями индекса желтизны (до р=1.03) и относительной константы диэлектрической проницаемости (до 2.3). Со(полиимидные) пленки с данным комплексом физико-химических и эксплуатационных характеристик были апробированы на АО «Завод Метеор» (Волгоградская обл., г. Волжский) с получением заключения о возможности их практического использования в оптоэлектронных устройствах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZUS-2023-0003 на основании соглашения № 075-032023-055 от 13.01.2023).

Методология и методы исследования. Методология работы основана на поиске закономерностей получения прозрачных (со)полиимидов с улучшенными диэлектрическими свойствами с использованием научно обоснованного модельного ряда адамантансодержащих диаминов с алифатическими и ароматическими фрагментами и диангидридов тетракарбоновых кислот.

Применяемые методы учитывают результаты работ зарубежных и российских исследователей в области синтеза и изучения свойств полиимидных материалов. Для оценки свойств мономеров и получаемых на их основе полиимидных пленок и

порошков использовали современное оборудование: ИК-Фурье спектрометр «Nicolet» 6700 (НПВО), газовый хроматограф с масс-спектрометрическим детектором «Кристалл-5000», хромато-масс-спектрометр «GC/MSW Saturn 2100T». Квантово-химические расчеты проводились с помощью программы GAMESS (US). Рентгенодифракционный анализ проводили на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 Advance Есо (Bruker AXS GmbH). Динамический термогравиметрический анализ образцов полимеров проводили на дериватографе Q-1500 (фирмы МОМ). Физико-механические испытания (со)полиимидных пленок определяли в соответствии с ГОСТ 14236 и ASTM D-882-02 на разрывной машине Zwick/Roell 5,0 kN. Прозрачность, УФ-спектры пленок и индекс желтизны оценивали с помощью спектрофотометра «СФ-56» (фирмы ЛОМО). Вязкость разбавленных растворов полиимидов измеряли в вискозиметре ВПЖ-2.

Достоверность результатов обусловлена применением современных методов исследования и стандартных методик, регламентированных действующей нормативно-технической документацией, а также воспроизводимостью результатов проводимых экспериментов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- выбор и обоснование строения адамантансодержащих диаминов для синтеза оптически прозрачных полиимидов с улучшенными диэлектрическими свойствами;

- теоретическое и экспериментальное обоснование влияния структуры мономера, способа синтеза полимера и растворителя на оптические свойства полиимида и его ММ;

- результаты исследования показателей оптической прозрачности, индекса желтизны, термостойкости, физико-механических, диэлектрических свойств полученных полиимидов;

- совокупность результатов, демонстрирующих возможность практического применения полученных полиимидов в оптоэлектронике.

Личный вклад автора состоит в анализе литературных источников и патентной документации в области синтеза и применения полиимидов, формулировке цели и задач исследования, проведении экспериментов по синтезу мономеров и

(со)полиимидов на их основе, получении со(полиимидных) плёнок, интерпретации результатов исследования данных плёнок, обобщении результатов исследований для написания публикации, написание рукописи диссертации, представление результатоы работы на конференции.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах», приуроченной к 75-летию ИВС РАН (г. Санкт-Петербург, 13-17 ноября 2023 г.), VIII Всероссийском молодежном научном форуме «Наука будущего - наука молодых» (г. Орел, 20-23 сентября 2023 г.), XIX Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (г. Нальчик, 3-8 Июля 2023 г.), VII Всероссийском молодежном научном форуме «Наука будущего - наука молодых» (г. Новосибирск, 23-26 августа 2022 г.), XXVII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 8-11 ноября 2022 г.), XX Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (г. Нальчик, 4-10 Июля 2024 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 8 статей в рецензируемых отечественных и зарубежных изданиях, среди которых, 4 в БД Scopus и 4 в журналах, рекомендованных ВАК, 10 тезисов докладов научных конференций. Получено 3 патента РФ на изобретение. Все публикации выполнены в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, заключения и списка литературы. Работа изложена на 137 страницах печатного текста, включает 36 рисунков, 25 таблиц и список цитируемой литературы из 159 наименований.

Благодарности. Автор благодарен профессору Орлинсону Б.С., благодарит доцента Алыкову Е.А. и ведущего инженера Савельева Е.Н. за оказанную помощь, всестороннюю поддержку при выполнении работы и содержательные консультации.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР (Современные подходы к синтезу и применению прозрачных (со)полиимидов с улучшенными диэлектрическими свойствами)

1.1 Влияние химической структуры мономеров на оптические и диэлектрические свойства получаемых (со)полиимидных материалов

За последние годы одним из основных вопросов, связанных с синтезом оптически прозрачных ПИ с улучшенными диэлектрическими свойствами, для многих исследователей является установление взаимосвязи структура/свойство в полиимидах. Такие исследования позволят получить фундаментальную информацию, которая может быть использована для разработки ПИ с заданным уникальным сочетанием свойств, которые требуются в каждом из современных приложений таких материалов.

Таким образом, понимание влияния химической структуры и свойств мономеров на термические, диэлектрические и оптические свойства полиимидных материалов играет важную роль в разработке новых материалов с улучшенными характеристиками для различных промышленных приложений.

1.1.2 Влияние реакционной способности мономеров на оптические свойства

полиимидов

Механизм образования полиамидной кислоты (ПАК) включает реакцию нуклеофильного замещения карбонильного атома углерода диангидрида диамином [2]. Следовательно, реакция будет зависеть от электрофильности карбонильных групп диангидрида и нуклеофильности атомов азота диамина. Сопоставление величины энергии сродства к электрону диангидрида и константы скорости ацилирования показывает, что между этими характеристиками имеется прямая зависимость [2]. Пирромелитовый диангидрид (ПМДА), который имеет самое высокое значение Ea из распространенных ароматических диангидридов, применяемых при синтезе ПИ, демонстрирует самую высокую реакционную способность при взаимодействии с различными диаминами [1]. Для диангидридов,

содержащих в своем составе мостиковые группы (т.е. диангидридов 2,3 и 5 в таблице 1), электрофильность заметно зависит от природы этой группы. Так, по сравнению с ДФДА, в котором отсутствует мостиковая группа, диангидриды, содержащие такие электроноакцепторные группы, как Б02 и С=0, существенно увеличивают значение Еа, тогда как эфирные электронодонорные группы, уменьшают эту величину. Из-за этой разницы в реакционной способности диангидриды, содержащие эфирную группу, в том числе мало подвержены воздействию влаги, в отличие от диангидридов ПМДА и ДФДА.

Скорости реакции диаминов с диангидридом обычно увеличиваются с увеличением потенциала ионизации диамина [3]. Кроме того, был достигнут значительный успех в установлении количественной корреляции основности диамина с реакционной способностью, причем константы скорости увеличиваются с увеличением значения рКа [4].

Таблица 1 — Значения сродства к электрону Еа распространенных ароматических диангидридов.

№ диангидрида Структура диангидрида Название диангидрида Еа (еУ)

1. м ПМДА 1.90

2. >ГХ< ДСДА 1.57

3. ДФОДА 1.55

4. )ххх£ ДФДА 1.38

5. ОДФДА 1.30

6. ГХДА 1.19

7. БФАДА 1.12

В реакциях ацилирования при образовании химических связей существенное значение имеет взаимодействие между верхней занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО) диамина, на которой находится неподеленная электронная пара, с нижней вакантной молекулярной орбиталью диангидрида (НВМО). Структура диаминов при этом влияет на скорость реакции значительно сильнее, чем изменения в структуре диангидрида. Часто наблюдается, что константа скорости отличается на четыре порядка между диаминами с электроноакцепторными заместителями и диаминами с электронодонорными заместителями [5].

Кроме влияния непосредственно на скорость реакции стоит отдельно отметить вклад мономеров в окраску получаемой полиимидной пленки. При этом, оптические свойства полиимидных пленок коррелируют с величиной ДЕ, которая определяется как разница энергий между самой высокой занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО) и самой низкой незанятой молекулярной орбиталью (НВМО) повторяющего звена полиимида. Взаимосвязь между молекулярным строением диаминов и интенсивностью цвета полиимидов определяется в основном электронодонорными свойствами диаминов. [6].

Так, увеличение электронодонорной способности и возможности делокализации электронной плотности в ПИ приводит к уменьшение химического сдвига в спектрах ЯМР атома азота амина 5N и, соответственно, к усилению окраски полиимида (рис.2), так как электронодонорная способность влияет на образование КПЗ в полиимидах [6].

Электронодонорные заместители, такие как -ОИ2- и Ю-, уменьшают 5N вверх по полю, а электроноакцепторные (-CF3 и -SO2-) его увеличивают. Эти индуктивные эффекты всегда сильнее для орто- и пара- замещенных групп, чем для групп, замещенных в мета- положении. Таким образом, полиимидные пленки из диаминов 3 и 4 (р-замещенные) будут окрашены более насыщенно, чем пленки из диамина 8 и 7 (м-замещенные). Хотя диамин 5 имеет р-замещенную электроноакцепторную C(CF3)2 группу, эффект высвобождения электронов двумя Ю- группами оказывается сильнее, и пленка более окрашена. Введение групп -CF3 и -SO2- в м-положение к аминогруппе (диамины 9 и 10 на рисунке 1) также снижает

электронодонорную способность диамина и уменьшает окраску ПИ на их основе [6].

Рисунок 1 — Ароматические диамины, расположенные в порядке химического сдвига ЯМР

аминогруппы (5ы)

Это указывает на то, что при фиксированной структуре диангидрида в окраске полиимидов преобладает влияние электронодонорной способности диамина, которая в значительной степени сохраняется в полученном полиимиде.

В то же время, оценка исключительно электроноакцепторных свойств диангидридов не дает полной картины по влиянию на окраску полиимидных пленок [6]. Так, например, фторсодержащие диангидриды имели большее влияние на уменьшение окраски полиимида, чем это можно было оценить только по значению их сродства к электрону (рисунок 3), где большие значения Eа и меньший 5c соответствуют более сильной электроноакцепторной способности диангидрида.

ЗОО 400 500 бОО 700 800

Рисунок 2 — Кривые светопропускания полиимидов на основе фторированного ароматического диамина ТФДД и различных ароматических диангидридов

Рисунок 3 — Ароматические диангидриды, расположенные в порядке экспериментально измеренного электронного сродства (Еа), рассчитанного электронного сродства (ЕдоаО (а) и химического сдвига ЯМР карбонильной группы 13С (5о) (б)

Как видно из представленных данных (рисунки 2 и 3), диангидриды Ф6ДА, ДФОДА и ДФДА по значениям сродства к электрону имеют схожую электроноакцепторную способность, однако их кривые светопропускания значительно отличаются. ПИ на основе Ф6ДА и ДФОДА имеют лучшие оптические свойства, нежели ПИ на основе ДФДА. Это говорит о дополнительном влиянии такого рода структур на межмолекулярные взаимодействия внутри цепей данных ПИ и ослабления комплексов с переносом зарядов (КПЗ) [6,7].

Следовательно, оптические свойства полиимидных пленок определяются структурой мономера и коррелируют с величиной ДЕ, которая определяется как разница энергий между самой высокой занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО) и самой низкой незанятой молекулярной орбиталью (НВМО) повторяющего звена полиимида. При этом чем выше электронодонорные свойства аминогруппы и делокализация заряда в ПИ, тем на более высоком уровне ВЗМО находится неподеленная электронная пара, и соответственно большую окраску имеет ПИ при использовании одного итого же диангидрида. В связи с этим, для получения ПИ с хорошими оптическими свойствами необходимо использовать диамины с высоким значением ВЗМО (реакционная способность) для делокализации электронной плотности в полимере.

1.1.3 Влияние конформации молекулярной цепи на свойства получаемых

Изменения в структуре диангидридных и/или диаминовых компонентов оказывают значительное влияние на свойства конечного полиимида. Для синтеза полиимидов с улучшенными оптическими и диэлектрическими свойствами особое значение следует уделять грамотному подбору структуры мономеров, чтобы при высоких ключевых свойствах полиимидов их физико-механические и термические свойства также оставались на достаточном уровне для использования в области оптоэлектроники [8].

Применимость полиимидов часто ограничена их плохой растворимостью. Кроме этого, плотная упаковка цепи также ухудшает их диэлектрические и оптические свойства. Одним из эффективных способов преодоления этого комплекса проблем является увеличение аморфизации цепей ПИ. Для увеличения этого параметры используют введение в цепь ПИ следующих структур:

а) Некомпланарные фрагменты. Среди некомпланарных объектов, которые искривляют плоскости цепи полиимидов, и таким образом увеличивают аморфность цепей, можно выделить несимметричные фрагменты, шарнирные атомы и многие другие структуры. Кроме нарушения упорядоченности, также происходит и нарушение формирования стабильных комплексов с переносом заряда, что позволяет получать бесцветные полиимидные пленки с высокими значениями светопропускания [9]. Но зачастую введение подобных структур уменьшают термическую стабильность полимеров. Некоторые коммерческие диамины и диангидриды содержат некомпланарные фрагменты, улучшающие растворимость и снижающие кристалличность полученных полиимидов. Примеры таких мономеров представлены на рисунке 4 [10, 11].

(со)полиимидов

Рисунок 4 — Примеры коммерческих мономеров с некомпланарными

структурными элементами

Температуры стеклования полученных полиимидов находились в диапазоне 315340 °С, а температуры 5%-ной потери массы в атмосфере азота укладывались в диапазон 487-512°С. Кроме того, данные полиимиды растворялись в широком диапазоне растворителей [12].

б) Спиро-структуры представляют собой два кольца, соединенных ортогонально через конкретный атом, образующий тетраэдрическую связь. Как правило, в качестве спиро-центра служит атом углерода [13]. Спиро-диамины и диангидриды были синтезированы различными методами, и их структуры представлены на рисунке 5.

В цепях полиимидов, полученных с участием спиро-структур, происходит их периодическое изгибание под углом 90° в каждом спиро-центре. Эта структурная особенность ограничивает плотную упаковку полимерных цепей и снижает вероятность межцепных взаимодействий. Из-за меньшей молекулярной упаковки и более низкой степени кристалличности данные полимеры также обладают повышенной растворимостью. В то же время, у них достаточно высокие значения температуры стеклования и хорошая термическая стабильность. [14-17].

Рисунок 5 — примеры диаминов и диангидридов со спиро-структурами

в) Алициклические фрагменты. Алициклические полиимиды — одни из наиболее перспективных полимеров для применения в оптоэлектронике и межслойных диэлектриках из-за своей более высокой прозрачности и низких диэлектрических постоянных, по сравнению с ароматическими полиимидами [18, 19]. Эти свойства обусловлены низкой молекулярной плотностью алициклических полиимидов: низкой полярностью и малой вероятностью образования меж- или внутримолекулярного комплекса с переносом заряда [20]. Изучение многочисленных полностью алициклических и полуароматических полиимидов показало, что большинство из них обладают превосходной прозрачностью,

хорошей растворимостью и термическими свойствами [21]. Среди алициклических фрагментов отдельно стоит выделить адамантан — жесткое алициклическое соединение, состоящее из трех циклогексановых колец в конформации стула. Такие фрагменты в цепи полиимидов повышают их термическую стабильность и оптические свойства, растворимость, понижают значения константы диэлектрической проницаемости и коэффициента теплового расширения [22].

Типичные примеры алициклических мономеров, включая диамины и диангидриды, показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 — примеры алицикличных диамины и диангридов для получения полиимидов с высокой прозрачностью и улучшенными диэлектрическими свойствами

г) Шарнирные атомы. Введение гибких связей в основные звенья цепи, таких как -О-, -Б-, -СН2- и -Б02- группы, способствует повышению гибкости цепей и сегментарной подвижности, что приводит к улучшению растворимости полиимидных пленок, но может приводить к снижению температуры стеклования (Тё) (рис.7) [23-26].

Рисунок 7 — примеры диангидридов и диаминов с различными шарнирными атомами

д) Кардо-фрагменты, широко используемые в исследованиях научной школы академика В.В. Коршака [27], представляют собой объемные жесткие фрагменты, остающиеся в боковой цепи полиимида. Эти фрагменты способствует улучшению

прозрачности и термических свойств [27, 28]. Типичные кардо-структуры представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 — примеры диангидридов и диаминов с кардо-фрагментами.

Таким образом, в литературе описаны различные способы улучшения оптических и диэлектрических свойств при сохранении на достаточном уровне термических и физико-механических характеристик, ПИ путем разупорядоченности цепи: использование шарнирных атомов, кардовых и спиро-фрагментов, а также некомплонарных струкрур. Одним из наиболее перспективных способов является введение в структуру ПИ алициклических фрагментов, в частности, адаманатансодержащих. При этом, сочетание всех способов, вероятно, может привести к синергетическому эффекту и еще большей разупорядоченности цепи ПИ. Следовательно, для синтеза ПИ с комплексом высоких эксплуатационных характеристик, необходимо использовать некомпланарные алициклосодержащие мономеры.

1.1.4 Влияние внутри- и межмолекулярных взаимодействий (со)полиимидных цепей на оптические и диэлектрические свойства

получаемых материалов

Влияние внутри- и межмолекулярных взаимодействий в полиимидах обусловлено возникновением комплексов с переносом зарядов между электронодонорными остатками аминов и электроноакцепторными остатками диангидридов.

Образование комплекса переноса заряда (КПЗ) между диангидридной и диаминовой группами в полипирромелитовых диимидах было впервые показано чл-корр. А.Н. Праведниковым и его научной группой в 1977 г. с использованием

УФ-спектроскопии [29]. Они описали изменение цвета в этих материалах с помощью отсечения оптических длин волн, Бор^ которые, в свою очередь, как было обнаружено, обратно коррелируют с потенциалом ионизации диаминов. Авторы объяснили эти изменения образованием КПЗ. Американские ученые применили аналогичную аргументацию в 1984 г., предположив образование КПЗ между диангидридными и диаминовыми группами в полиимидах, что является, по их мнению, причиной высоких значений температуры стеклования (Тё) полиимидов [30]. Повышенные силы притяжения между цепями, обусловленные такими взаимодействиями, повышают жесткость цепи и, следовательно, Тё. Было также высказано предположение, что присутствие любой мостиковой группы в диангидриде оказывает сильное влияние на температуру стеклования, поскольку изменяет его сродство к электрону и способствует возможности образования КПЗ [30].

На рисунке 9 показана предполагаемая схема такого взаимодействия между диангидридной и диаминовой группами. И хотя значения сродства к электрону не могут быть использованы непосредственно для получения количественного значения при измерении этого взаимодействия, очевидно, что более электронодефицитный ПМДА будет обладать гораздо большим сродством, к богатому электронами центру диамина, чем ОДФДА. Этот тип взаимодействия также можно рассматривать как кислотно-щелочное взаимодействие Льюиса [31].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пичугин Александр Михайлович, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Yang, S.Y. Advanced Polyimide Materials: Synthesis, Characterization, and Applications. / Yang S.Y. - M.: Elsevier, 2018. - 483 p.

2. Бессонов М.И. Полиимиды - класс термостойких полимеров. / М.И. Бессонов, М.М. Котон, В.В. Кудрявцев, Л.А. Лайус. - Л. 1983. - 328 с.

3. Новаков И.А. Кинетическое исследование одностадийного синтеза полиимидов на основе несимметричных адамантансодержащих диаминов и диангидридов ароматических тетракарбоновых кислот. / И.А. Новаков, Б.С. Орлинсон, О.А. Кузнечиков, и др. // Высокомолекулярные соединения. - 1999. - Т. 41, № 1. - С. 79-82.

4. Zubkov V.A. Journal of Organic Chemistry of the USSR. / V.A. Zubkov, M.M. Koton, V.V. Kudryavstev, V.M. Svetlichnyi - 1982. - 17 (8), 1501.

5. Harris F.W. Polyimides. / F.W. Harris, Ed. D. Wilson, H.D. Stenzenberger, P.M. Hergenrother. // Chapman and Hall. - New York, 1990. - Chapter 1.

6. Ando S. Coloration of Aromatic Polyimides and Electronic Properties of Their Source Materials. / S. Ando, T. Matsuura, S. Sasaki. // Polymer Journal. - 1997. - № 1. - P.69-76.

7. Sasaki S. Orientation Analysis of Polymer Chains in Optically Transparent Biopolyimides Having Rigid and Bending Backbones / S. Sasaki et al. // Chemistry Select. - 2021.

8. Chenghan Yi. High-Temperature-Resistant and Colorless Polyimide: Preparations, Properties, and Applications. / Yi. Chenghan et al. // Solar Energy. - 2020. - Vol. 195. -P.54-340.

9. Ohya H. Polyimide membranes-applications, fabrications, and properties. / H. Ohya et al. London, 1997. - 328 p.

10. Polyimides and other high temperature polymers: synthesis, characterization. / Mittal K.L. - Utrecht: VSP, 2003. - 532 p.

11. Liaw D.J. Synthesis and characterization of new soluble polyimides from 3,3 ,4,4 -benzhydroltetracarboxylicdianhydride and various diamines. / D.J. Liaw et al. // Chem Mater. - 1998. - Vol. 10. - 734 p.

12. Cheng L. Synthesis of new soluble aromatic poly(amide imide)s from unsymmetrical extended diamine containing phthalazinone moiety. / L. Cheng et al. // Journal of Applied Polymer Science. - 2004. - Vol. 92. - P. 1516-1520.

13. Matsumoto T. Alicyclic polyimidesderived from alkanonebis-spironorbornanetetracarboxylicdianhydrides. / T. Matsumoto et al. // Journal of Photopolymer Science and Technology. - 2013. - Vol. 26. - P. 361-365.

14. Rogan Y. Synthesis and gas permeation properties of novel spirobisindane-basedpolyimides of intrinsic microporosity. / Y. Rogan et al. // Polymer Chemistry. -2013. - Vol. 4. - P. 3813-3820.

15. Tang I.C. A strategy for preparingspirobichromandianhydride from bisphenol A and its resulting polyimidewith low dielectric characteristic. / I.C. Tang et al. // RSC Advances. - 2017. -Vol. 7. - P. 1101-1109.

16. Terraza C.A. Synthesis and properties of new aromatic polyimidescontainingspirocyclic structures. / C.A. Terraza et al. // Polymer. - 2018. -Vol. 137. - P. 283-292.

17. Фатеев Н.Н. Газотранспортные свойства полиимидов с различными боковыми группами. / Н.Н. Фатеев, В.И. Соломахин, Б.А. Байминов и др. // Высокомолекулярные соединения. Сер. С. - 2020. - Т. 62, № 2. - С. 274-280.

18. Guo Y.Z. Synthesis and characterization of novel semi-alicyclic polyimides from methyl-substituted tetralindianhydride and aromatic diamines. / Y.Z. Guo et al. // Polymer Journal. - 2012. - Vol. 44, № 7. - P. 718-723.

19. Guo Y.Z. Organosoluble semi-alicyclic polyimides derived from 3,4-dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-6-tert-buty1-1-naphthalene succinic dianhydride and aromatic diamines: synthesis, characterization and thermal degradation investigation. / Y.Z. Guo et al. // Progress in Organic Coatings. - 2013. -Vol. 76, № 4. - P. 768-777.

20. Liu J.G. Synthesis and characterization of highly organo-soluble polyimides based on alicyclic 1,8-dimethyl-bicyclo[2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6- tetracarboxylic dianhydride and aromatic diamines. / J.G. Liu et al. // Chinese Journal of POLYMER SCIENCE. -2004. - Vol. 22. - P. 511-519.

21. Matsumoto T. Alicyclic polyimidesderived from alkanonebis-spironorbornanetetracarboxylic dianhydrides. / T. Matsumoto // Journal of Photopolymer Science and Technology. - 2013. - Vol. 26. - P. 361-365.

22. Plaza-Lozano D. New aromatic polyamides and polyimides having adadamantane bulky group. / D. Plaza-Lozano et al. // Materials Today Communications. - 2015. - Vol. 5. - P. 23-31.

23. Suzuki H. Synthesis of 1, 2-bis(4'-oxa-3', 5'-dioxotricyclo-[4.3.0.12, 5] decane-8'-yloxy) ethane involving a flexible bridging moiety by combination of heteropolyacids as solid acid catalysts and 1, 4-dioxane as a bridging reagent. / H. Suzuki et al. // International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources. - 2001. -Vol. 9. - P. 14-16.

24. Liaw D.J Advanced polyimidematerials: Syntheses, physical properties and applications. / D.J. Liaw et al. // Progress in Polymer Science. - 2012. - Vol. 37. - P. 907974.

25. WO 2012/120148 A1 Mar. 10, 2011 RÖME et al. WO2012120148A1 (43) Pub. Date: Sep. 13, 2012.

26. Xu W. Process analysis on preparation ofcyclobutane tetracarboxylic dianhydride in a photomicroreactor within gas-liquid taylor flow. / W. Xu et al. // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2018. - Vol. 57. - P. 2476-2485.

27. Виноградова С.В. Синтез и свойства смешанных кардовых полимидов. / С.В. Виноградова и др. // Высокомолекулярные соединения. - 1973. - Т. 15А. -17131716 с.

28. Colorless poly(ester imide)s derivedfrom hydrogenated trimellitic anhydride. / Hasegawa M. et al. // European Polymer Journal. - 2012. - Vol. 48. P. 483-498.

29. Котов, Б.В. Высокомолекулярные соединения / Б.В. Котов и др.- Ин-т нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Изд. РАН, 1977. - Т. 19А (3). -С. 614-618.

30. Fryd M. Structure - Tg relationships in Polyimides in Polyimides: Synthesis, Characterization and Properties. / M. Fryd, K.L. Mittal. - New York: Plenum, 1984. -377 p.

31. Clair, St. T.L. in Polyimides / St. Clair et al.- New York: Chapman and Hall, 1990. - 297 p.

32. Olivier K.L. Melt-fabricable end-capped aromatic polymides: US Patent 3234181: K.L., Olivier, 1966.

33. Progar D.J. Polyimide adhesives: US Patent 4065345: D.J. Progar, V.L. Bell, St. Clair, 1977.

34. Itoh K. Reactions of group IV organometallic compounds. Part XIII. Extensive study of the cyclization and insertion reactions of trimethylsilylphosphines with isocyanate. / K. Itoh et al. // Journal of the Chemical Society C: Organic. - 1969. - Issue 15.

35. Wozniak A.I. Recent progress in synthesis of fluorine containing monomers for polyimides. / A.I. Wozniak et al. // Journal of Fluorine Chemistry. - 2015. - Vol. 180. -P. 45-54.

36. Liu B. Synthesis and characterization of organosolubleditrifluoromethylated aromatic polyimides. / B. Liu et al. // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. - 2005. - Vol. 43. - P.3018-3029.

37. Shen J. Synthesis and characterization of highly soluble and optically transparent polyimides derived from novel fluorinated pyridine-containing aromatic diamine. / J. Shen et al. // High Perform Polymers. - 2013. - Vol. 25. - P.268-277.

38. Tao L. Synthesis and characterization of highly optical transparent and low dielectric constant fluo-rinated polyimides. / L. Tao et al. // Polymer Journal. - 2009. -Vol. 50. - P. 6009-6018.

39. Liu J. Highly refractive and transparent polyimides derived from 4,40-[m-sulfonylbi-s(phenylenesulfanyl)]diphthalic anhydride and various sulfur-containing aromatic diamines. / J. Liu et al. // Macromolecules. - 2007. - Vol. 40. - P. 7902-7909.

40. Jia M. Soluble perfluorocyclobutyl aryl ether-based polyimide for highperformance dielectric material. / M. Jia et al. // ACS Applied Materials & Interfaces. -2016. - Vol. 8. - P. 26352-26358.

41. Lian R. Synthesis and properties of colorless copolyimides derived from 4,40-diaminodiphenyl ether-based diamines with different substituents. / R. Lian et al. // Polymer Chemistry. - 2021. - Vol. 12. - P. 4803-4811.

42. Yang C.P. Optically transparent and colorless poly(ether-imide)s derived from a phenylhydroquinonebis(ether anhydride) and various trifluoromethyl-substituted bis(ether amine)s. / C.P. Yang et al. // Journal of Polymer Science. - 2010. - Vol. 17. -P. 779-788.

43. Zhou Y. Comparative study of transparent polyimides derived from bis(ether anhydride)s and bis(ester anhydride)s using 2,20-bis (trifluoromethyl) biphenyl-4,40-diamine[J]. / Y. Zhou et al. // High Performance Polymers. - 2017. - Vol. 29. - P. 218226.

44. Zhuang Y. Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains. / Y. Zhuang et al. // Progress in Polymer Science. - 2019. - Vol. 92. - P. 35-88.

45. Mathews A.S. Synthesis, characterization, and properties of fully aliphatic polyimides and their deriv- atives for microelectronics and optoelectronics applications. / A.S. Mathews et al. // Macromolecular Research. - 2007. - Vol. 15. - P.114-128.

46. Watanabe Y. Synthesis of wholly alicyclic polyimides from N-silylated alicyclic diamines and alicyclic dianhydrides. / Y. Watanabe et al. // Macromolecules. - 2002. -Vol. 35. - P. 2277-2281.

47. Tapaswi P.K. Synthesis and characterization of fully aliphatic polyimides from an aliphatic dianhydride with piperazine spacer for enhanced solubility, transparency, and low dielectric constant. / P.K. Tapaswi et al. // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. - 2014. - Vol. 52. - P. 2316-2328.

48. Hen C.K. High performance biomass-based polyimides for flexible electronic applications. / C.K. Hen et al. // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. - 2021. -Vol. 9. - P. 3278-3288.

49. Li F. Flexible QLED and OPV based ontransparent polyimide substrate with rigid alicyclic asymmetric isomer. / F. Li et al. // Organic Electronics. - 2017. - Vol. 51. - P. 54-61.

50. Hu X. Colorless polyimides derived from isomeric dicyclohexyl-tetracarboxylicdianhydrides for optoelectronic applications. / X. Hu et al. // Polymer Journal. - 2018. - Vol. 134. - P. 8-19.

51. Liu C. Novel non-coplanar and tertbutyl-substituted polyimides: solubility, optical, ther-mal and dielectric properties. / C. Liu et al. // Chinese Journal of Chemistry. - 2015.

- Vol. 33 (2). - P. 277-284.

52. Xinzuo Huang. Flexible and colorless shape memory polyimide films with high visible light transmittance and high transition temperature. / Huang Xinzuo et al. // Smart Materials and Structures. - 2019. - Vol. 28. - P. 1-10.

53. Kazuyuki H. Absorption, Fluorescence, Photoconductivity, and Thermal Properties of Alicyclic Polyimides. / Kazuyuki H. et al. // Polymer Journal. - 1998. - Vol. 30. - P. 805-812.

54. Mei Z. Preparation and Characterization of Semi-Alicyclic Polyimides Containing Trifluoromethyl Groups for Optoelectronic Application. / Z. Mei et al. // Polymers. -2020. - Vol. 12. - P. 1532.

55. Liu H. Synthesis and characterization of optically transparent semi-aromatic polyimide films with low fluorine content. / H. Liu et al. // Polymer. - 2019. - Vol. 163.

- P. 106-114.

56. Wu, Q. Synthesis of highly transparent and heat-resistant polyimides containing bulky pendant moieties [Text]. / Q. Wu, X. Ma, F.Zheng, X. Lu, Q. Lu. // Polym. Int. -2019. - № 68. - P. 1186-1193.

57. Yang, C.P. Organosoluble and light-colored fluorinated polyimides from 2,2-bis[4-(4- amino-2-trifluoromethylphenoxy)phenyl]sulfone and aromatic dianhydrides [Text] /, C.P. Yang, Y.Y. Su, K.L. Wu. // J. Polym. Res. - 2005. - № 12. - P. 257-269.

58. Zhai, L. Preparation and characterization of highly transparent and colorless semi-aromatic polyimide films derived from alicyclic dianhydride and aromatic diamines. [Text] / L. Zhai, S.Y. Yang, L. Fan. // Polymer. - 2012. - № 53. - P. 3529-3539.

59. Mei Zhang. Preparation and Characterization of Semi-Alicyclic Polyimides Containing Trifluoromethyl Groups for Optoelectronic Application [Text]. / Mei Zhang,

Weili Liu, Xia Gao, Peng Cui, Tao Zou, Guanghui Hu, Liming Tao, Lei Zhai. // Polymers. - 2022. - № 7.

60. Qi Li. Synthesis and characterization of an adamantane-based copolyimides with high transparency [Text]. / Qi Li, Sung S. Park, Chang-Sik Ha, Shuai Yuan, Liyi Shi. // High Performance Polymers. - 2022. - № 0. - P. 1-10.

61. Jiwon Lee. Intrinsic low-dielectric constant and low-dielectric loss aliphatic-aromatic copolyimides: The effect of chemical structure [Text] / Jiwon L., Sungmi Yoo, Dongkyu Kim, Yun Ho, Kim Sungmin Park, No Kyun Park, Yujin So, Jinsoo Kim a, Jongmin Park a, Min Jae Ko b, Jong Chan Won. // Materials Today Communications. -2022. - № 33. - P. 104-479.

62. Zhuang. Y. Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains [Text] / Y. Zhuang, J.G. Seong, Y.M. Lee. // Prog. Polym. Sci. - 2019. - № 92. - P.35-88.

63. Chern Y.-T. Low dielectric constant polyimides derived from novel 1,6-bis [4-(4-aminophenoxy) phenyl]diamantane [Text]. / Y.-T. Chern // Macromolecules. - 1998. -№ 31. - P. 5837-5844.

64. Avakian P. Dielectric analysis of polymers [Text]. / P. Avakian, H.W. Starkweather Jr., W.G. Kampert // Handbook of thermal analysis and calorimetry: Applications to polymers and plastics / ed. by S.Z.D. Cheng - 2002. - № 3. - P. 147-165.

65. Ahmad Z. Polymer dielectric materials [Text]. / Z. Ahmad. // Materials Science. -2012.

66. Miranda D.F. Controlling crystal microstructure to minimizeloss in polymer dielectrics [Text] / D.F. Miranda, S. Zhang, J. Runt, J. // Macromolecules. - 2017. - № 50. - P. 8083-8096.

67. Yongbing Zhuang. Polyimides containing aliphatic/alicyclic segments in the main chains [Text] / Yongbing Zhuang, Jong Geun Seong, Young Moo Lee. // Progress in Polymer Science. - 2019. - № 92. - P. 35-88.

68. Hasegawa M. Development of solution-processable, optically transparentpolyimides with ultra-low linear coefficients of thermal expansion [Text]. / M. Hasegawa. // Polymers. - 2017. - № 9. - P. 520.

69. Бойко Г.И. Закономерности образования полигетероциклов каталитической поликонденсацией: специальность 02.00.06 Высокомолекулярные соединения: Диссертация на соискание доктора технических наук. / Г.И. Бойко,; Ин-т хим. наук им. А. Б. Бектурова. - Алма-Ата, 1992. - 406 с.

70. Жубанов Б.А. Новые термостойкие гетероциклические полимеры [Text] / Б.А. Жубанов, И.А. Архипова, О.А. Алмабеков - Алма-Ата: Наука, 1979. - 252 с.

71. Brekner M. J. Curing studies of a polyimide precursor [Text]. / M.J. Brekner, C. Feger // J. Polym. Sci. Part A-Polym. Chem. - 1987. - № 7. - P. 2005-2020.

72. Hasegawa M. Solution-processable colorless polyimides derived from hydrogenatedpyromelliticdianhydride with controlled steric structure [Text]. / M. Hasegawa, D. Hirano, M. Fujii, M. Haga, E. Takezawa, S. Yamaguchi, et al. // J Polym Sci Part A Polym Chem. - 2013. - № 51. - P. 575-592.

73. Hasegawa M. Optically transparent aromatic poly(esterimide)s with low coefficients of thermal expansion (1). Self-orientationbehavior during solution casting process and substituent effect [Text]. / Hasegawa M, Ishigami T, Ishii J. // Polymer. -2015. - № 74. - P. 1-15.

74. Flexible and colorless shape memory polyimide films with high visible light transmittance and high transition temperature [Text]. / Guo YZ, Shen DX, Ni HJ, Liu JG, Yang SY // Smart Materials and Structures. - 2019. - № 5. - P. 1-10.

75. Organosoluble semi-alicyclicpolyimides derived from3,4-dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-6-tert-butyl-1-naphthalene succinicdianhydride and aromatic diamines: Synthesis, characterization andthermal degradation investigation [Text]. / Guo YZ, Shen DX, Ni HJ, Liu JG, Yang SY // Prog Org Coat. - 2013. - № 76. - P. 768-777.

76. Se K. Investigation of polyimides containing naphthaleneunits: 1. Monomer structure and reaction conditions [Text]. / R. Se, P. Pijet, A. Wanic. // Polymer. - 1992. -№ 33. - P. 190-193.

77. Сапожников, Д.А. Высокотермостойкие полимерные покрытия световодов. / Д.А. Сапожников, Б.А. Байминов, Я.С. Выгодский. // Высокомолекулярные соединения. Сер. С. - 2020. - Т. 62, № 2. - С.166-173 с.

78. Kricheldorf H. Cyclic Polyimides - A Comparison of Synthetic Methods [Text]. / H. Kricheldorf, Fan Shu-Ching. // High Performance Polymers. - 2004. - № 4. - P.543-555.

79. Moy Thomas M. Synthesis of soluble polyimides and functionalized imide oligomers via solution imidization of aromatic diester-diacids and aromatic diamines [Text]. / Thomas M. Moy, et al. // Polymer. - 1993. - № 34. - P. 819-824.

80. Liang J. Homogenous one-pot synthesis of polyimides in polyphosphoric acid [Text]. / Liang J, et al. // European Polymer Journal - 2009. - № 45. - P. 2805-2811.

81. Гайле А.А. N-метилпирролидон: получение, свойства и применение в качестве селективного растворителя [Text]. / А.А. Гайле, Г.Д. Залищевский. - 114. - С.-Пб : ХИМИЗДАТ, 2005. - 703 c.

82. Пат. 4835249 US, MnKC07D209/48 Process for preparing polyimides / GALLAGHER P.E., GREENBERG R.A.; заявл. 31.12.1986; опубл. 30.05.1989, Бюлл. № 45.

83. Ahn C. Highly Self-Healable Polymeric Coating Materials with Enhanced Mechanical Properties Based on the Charge Transfer Complex [Text]. / P.H. Hong, J. Lee, J. Kim, et al. // Polymers. - 2022.

84. Su C. High-Transparency and Colorless Polyimide Film Prepared by Inhibiting the Formation of Chromophores [Text]. / C. Su, P. Liu, J. Yue, et al. // Polymers. - 2022.

85. Blanchard P. Bridged Dithienylethylenes as Precursors of Small Bandgap Electrogenerated Conjugated Polymers. [Text]. // P. Blanchard, H. Brisset, B. Illien, et al. // The Journal of Organic Chemistry. - 1997. - № 8. - P. 2401-2408.

86. Novel series of copolymers containing 2,5-dicyano-1,4-phenylene-vinylene--synthetic tuning of the HOMO and LUMO energy levels of conjugated polymers [Text]. / Xiao Y., Yu WL, Chua SJ, Huang W. // Chemistry. - 2000. - № 8. - P. 1318-1321.

87. Hay C. Synthesis and electronic properties of alternating alpha,alpha'-thiophene-phosphole oligomers [Text]. / C. Hay, C. Fave, M. Hissler, J. Rault-Berthelot, R. Reau. // Organic Letters. - 2003. - № 19. - P. 3467-3470.

88. Bursch M. Best-Practice DFT Protocols for Basic Molecular Computational Chemistry [Text]. / M. Bursch, J.-M. Mewes, A. Hansen, S. Grimme/ // Angewandte Chemie International Edition. - 2022.

89. Xianghai S. Assessing the Calculation of Exchange Coupling Constants and Spin Crossover Gaps Using the Approximate Projection Model To Improve Density Functional Calculations. / S. Xianghai et al. // Journal of Chemical Theory and Computation. - 2020. - Vol. 16, № 1. - P. 154-163.

90. Shinji A. Density Functional Theory Calculations of Photoabsorption Spectra of Organic Molecules in the Vacuum Ultraviolet Region. / A. Shinji, F. Tsuyohiko, U. Mitsuru. // Japanese Journal of Applied Physics. - 2002. - Vol. 41, № 2(A).

91. Thompson L.M. On approximate projection models. / L.M. Thompson, H.P. Hratchian. // Molecular Physics. - 2019. - Vol. 117. - P. 1421-1429.

92. Pang H. Recent progress of flexible AMOLED displays [Text] / H. Pang, K. Rajan, J. Silvernail, et al. // Advances in Display Technologies. - 2011. - № 3. - P. 1-10.

93. Park, J.S. Thin film encapsulation for flexible AMOLED [Text]. / J.S. Park, H. Chae, H.K Chung, et al. // Semiconductor Science and Technology. - 2011.

94. Park, J.S. Colorless polyimide nanocomposite films with pristine clay: thermal behavior, mechanical property, morphology, and optical transparency [Text]. // J.S Park, J.H. Chang. // Polymer Engineering and Science. - 2011. - № 49 (7). - P. 1357-1365.

95. Choi I.H. Colorless polyimide nanocomposite films containing hexafluoroisopropylidene group [Text]. / I.H. Choi, J.H. Chang. // Polymers for Advanced Technologies. - 2011. - № 22 (5). - P. 682-689.

96. Choi, C.H. Colorless and transparent polyimide nanocomposites: comparison of the properties of homo- and co-polymers [Text]. // C.H. Choi, B.H. Sohn, J.H. Chang. // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2013. - № 19 (5). - P. 1593-1599.

97. Volksen W. Low dielectric constant materials [Text]. / W. Volksen, R.D., Miller, Geraud Dubois. // Chem Rev. - 2010. - P. 56-110.

98. Kane, M.G. AMOLED Display Technology and Applications [Text]. / M.G. Kane. // Flexible Carbon-based Electronics. - 2018. - № 1. - P. 231-263.

99. Chiang M.F. Handling technology of plastic substrates in flexible display manufacturing [Text]. / M.F. Chiang, C.C. Cheng, C.H. Tu, et al. // SID Symposium Digest of Technical Papers. - 2014. - № 45 (1). - P. 46-49.

100. Hasegawa M. Colorless polyimides with low coefficient of thermal expansion derived from alkyl-substituted cyclobutanetetracarboxylicdianhydrides [Text]. / M. Hasegawa, M. Horiuchi, K. Kumakura, J. Koyama. // Polymer International. - 2014. - №2 63 (3). - P. 486-500.

101. Delmdahl R. Large-area laser-lift-off processing in microelectronics [Text]. / R. Delmdahl, R. Patzel, J. Brune. // Lasers in Manufacturing. - 2013. - № 41. - P. 241-248.

102. Hong S. Development of Commercial Flexible AMOLEDs / S. Hong, C. Jeon, S. Song, et al. [Text]. // SID Symposium Digest of Technical Papers. - San Diego: Wiley Online Library, 2014. - P. 334-337.

103. Janglin, C. Technology advances in flexible displays and substrates [Text]. / C. Janglin, C.T. Liu. // IEE Access. - 2013. - № 1. - P.150-158.

104. Catherine E.C. Housecroft Solar energy conversion using first row d-block metal coordination compound sensitizers and redox mediators [Text]. / E.C. Housecroft, E. C. Constable // Chemical Science. - 2022. - № 13(5). - P.1225-1262.

105. Caballero R. High efficiency low temperature grown Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells on flexible substrates using NaF precursor layers. / R. Caballero et al. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. - Vol. 19, Issue 5. - P. 547-551.

106. Highly efficient Cu(In, Ga)Se2 solar cells grown on flexible polymer films [Text]. / C. Adrian, B. Stephan, P. Fabian, et al. // Nature Materials. - 2011. - № 10 (11). - P. 857-861.

107. Carron, R. Advanced alkali treatments for high-efficiency Cu (In, Ga)Se2 solar cells on flexible substrates [Text]. / R.Carron, S. Nishiwaki, T. Feurer, R. Hertwig, et al. // Advanced Energy Materials. - 2019. - № 9 (24).

108. Chenghan Yi. High-temperature-resistant and colorless polyimide: Preparations, properties, and applications [Text]. / Y. Chenghan, L. Weimin, S. Sheng, et al. // Solar Energy. - 2020. - № 195. - P. 340-354.

109. Aliyu M.M. Recent Developments of Flexible CdTe Solar Cells on Metallic Substrates: Issues and Prospects [Text]. // M.M. Aliyu, M.A. Islam, N.R. Hamzah, et al. // International Journal of Photoenergy. - 2012. - № 1. - P. 1-10.

110. Xie H. Recent progress of flexible perovskite solar cells [Text]. / H. Xie, X. Yin, Y. Guo, et al. // Rapid Research Letters. - 2019. - № 13 (5). - P. 1-23.

111. Park J.-I. Highly flexible InSnO electrodes on thin colourless polyimide substrate for high-performance flexible CH3NH3PbI3 perovskite solar cells [Text]. / J.H. Park, S.-H. Heo, K.I. Park et al. // Journal of Power Sources. - 2017. - № 341. - P. 340-347.

112. Ghann W. Terahertz Spectroscopy - A Cutting Edge Technology [Text]. / W. Ghann, J. Uddin - Chicago: InTech, 2017 - 318 c.

113. Sharma, V. Terahertz Technology and Its Applications [Text]. / V. Sharma, D. Arya, M. Jhildiyal. // Medicine, Engineering, Physics. - 2011.

114. Morin F.J. Oxides which show a metal-to-insulator transition at the neel temperature. [Text]. / Morin F.J. // Physical Review Letters. - 1959. - № 3 (1). - P. 3436.

115. Cao J. Strain engineering and one-dimensional organization of metal-insulator domains in single-crystal vanadium dioxide beams [Text]. / J. Cao, E. Ertekin, V. Srinivasan, et al. // Nature Nanotechnology. - 2009. - № 4 (11). - P. 732-737.

116. И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон. ^нтез и исследование новых адамантансодержащих полиимидов и сополиимидов / И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон // Высокомолекуляр. соединения, Cep. А, 1995. Т.37. № 7. С 1209-1211.

117. Светличный В.М. Изучение реакций синтеза растворимых полиимидов, содержащих олигодиметилсилоксановые фрагменты /Светличный В.М., Архипова Е.В., Денисов В.М., и др // Высокомолек. соед. А. 1990. Т. 32. № 10. С. 2075.

118. Б.В. Котов. Ароматические полиимиды как комплексы с переносом заряда / Б.В. Котов. Т. А. Гордина, В.С. Воищев, и др. // Высокомолек. соед. Cep. А, 1977, c. 614.

119. Freifelder M. Practical Catalytic Hydrogenation / M. Freifelder // John Wiley and Sons. - 1971. - 664 p.

120. Вейганд, К. Методы эксперимента в органической химии /Вейганд-Хильгетал; под ред. проф. Н. Н. Суворова. - М : Химия, 1968. - 944 с.

121. Зильберман, Е. Н. Реакции нитрилов / Е. Н. Зильберман. - М : Химия, 1972. -447 с.

122. Новаков, И. А. Особенности восстановления адамантансодержащих непредельных нитрилов алюмогидридридом лития в 2-метилтетрагидрофуране / И.А. Новаков [и др.] // Журнал общей химии. - 2016. - Т. 86, № 6. - 924-928 с.

123. Новаков, И. А. Восстановление адамантансодержащих непредельных нитрилов / И.А. Новаков [и др.] // Журнал общей химии. - 2015. - Т. 85, №2 7. - 10761079 с.

124. Бирзниекс, К. А. Синтез и изучение свойств аминов ряда адамантана. Дисс., канд. хим. наук. - Латв., 1987.

125. С. В. Виноградова, В. А. Васнев, Поликонденсационные процессы и полимеры : моногр. Москва : Наука : МАИК "Наука/Интерпериодика 2000, 373 с.

126. Кнуняц И.Л. (ред.) Химическая энциклопедия. В 5 т. Т. 2. М.: Советская энциклопедия, 1990.

127. А. А. Гайле, Г. Д. Залищевский, N-Метилпирролидон: получение, свойства и применение в качестве селективного растворителя, Химия, Санкт-Петербург, 2005, 705 с.

128. Lan Z. Colorless Semi-Alicyclic Copolyimides with High Thermal Stability and Solubility // Polymers. 2019. Vol. 7. № 11. P. 1319. DOI: 10.3390/polym11081319.

129. Новаков И.А., Орлинсон Б.С. Оптически прозрачные (со)полиимиды на основе алициклических диаминов с улучшенными диэлектрическими свойствами / Новаков И.А., Орлинсон Б.С. Завьялов Д.В. и др. // ИзвестияАН, Серия химическая. 2023. Т. 72. № 6. C. 1366.

130. Кузнецов А.А., Цегельская А.Ю. Одностадийный высокотемпературный синтез полиимидов в расплаве в бензойной кислоте: кинетика реакций, моделирующих стадии поликонденсации и циклизации / Кузнецов А.А., Цегельская А.Ю. Бузин П.В. // Высокомолек. соед. А. 2007. Т. 49. № 11. С. 1895.

131. Новаков И.А., Орлинсон Б.С. Кинетическое исследование одностадийного синтеза полиимидов на основе несимметричных адамантансодержащих диаминов и диангидридов ароматических тетракарбоновых кислот / Новаков И.А., Орлинсон Б.С. Кузнечиков О.А., и др. // Высокомолек. соед. А. 1999. Т. 4. № 1. С. 79-82.

132. Sammers J.D., McGrath J.E. //Amer. Chem. Soc. Polymer Preprints. 1987. V.28. №2. P.230.

133. Гайле, А.А. Сульфолан: свойства и применение в качестве селективного растворителя. СПб.: Химиздат, 2014.

134. Амис Э. Влияние растворителя на скорость и механизм химических реакций / Пер. с англ. под ред. М.И. Кабачника. М.: Мир, 1968.

135. Беккер Г.О. Введение в электронную теорию органических реакций / пер. с нем. М.: Мир, 1977.

136. Vogel P/. Organic Chemistry: Theory, Reactivity and Mechanisms in Modern Synthesis // Weinheim: Wiley, 2019.

137. И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон. Современные полиимидные материалы: синтез, свойства, применение / И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон. Е. Н. Савельев и др. // Изв. ВолгГТУ, Сер. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов, Волгоград, 2019, № 12. С. 19-43.

138. И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон. Синтез и исследование свойств новых прозрачных (со)полиимидов на основе адамантансодержащих диаминов и диангидридов ароматических тетракарбоновых кислот / И. А. Новаков, Б. С. Орлинсон. Д. В. Завьялов и др // Изв. АН. Сер. хим., 2021. № 6. С 1141-1148.

139. Wang J. Synthesis and characterization of organo-soluble polyimides containing phthalazinone and bicarbazole moieties in the main chain // High Performance Polymers. 2012. Vol. 24. P. 356-365. DOI: 10.1177/0954008312437587.

140. Yang C.P. Soluble and light-colored polyimides from 2,3,2',3'-oxydiphthalic anhydride and aromatic diamines // Appl. Polymer Sci. 2005. Vol. 97. P. 1352-1360. DOI: 10.1002/app.21839.

141. Xu Y. Synthesis and optical properties of semi-fluorinated poly(ether imide)s derived from non-fluorinated 1,4-bis(3,4-dicarboxyphenoxy)benzene dianhydride

(HQDPA) and trifluoromethyl-substituted diamines // Journal of Materials Research. 2019. Vol. 34. P. 545-554. DOI: 10.1557/jmr.2018.440.

142. Li H. Synthesis and characterization of novel fluorinated polyimides derived from 4,4'-[2,2,2-trifluoro-1-(3,5-ditrifluoromethylphenyl)ethylidene]diphthalic anhydride and aromatic diamines. // Polymer. 2006. Vol. 47. P. 1443-1451. DOI: 10.1016/j.polymer. 2005.12.074.

143. Liu X. The influence of fluorine atoms introduced into the surface of polyimide films by direct fluorination on the liquid crystal alignment // Liquid Cryatal. 2010. Vol. 37. P. 115-119. DOI: 10.1080/02678290903419061.

144. Jou J.H. X-Ray Diffraction Study of Polyimide Blends Compatibility // Polymer Journal. 1990. Vol. 22. P. 909—918. DOI: 10.1295/polymj.22.909.

145. M. Xu. Coplanar Conformational Structure of п-Conjugated Polymers for Optoelectronic Applications // Adv. Mater. 2023. Vol. 36. DOI: 10.1002/adma.202301671.

146. Bessonov M. I. Plastic deformation in polyimides, with new implications on the theory of plastic deformation of glassy polymers // Philosophical Magazine, 1977. Vol. 35, P. 917-933. DOI: 10.1080/14786437708232634.

147. Pat 8846852 US, Int Cl. C08G 73/10. Powder used for manufacture of polyimide film / H.M. Cho: assignee: Kolon Industries, Inc..- 13/142,761; filed 30.09.2009; date of patent 23.05.2014.

148. T. Miwa. Effects of precursor structure and imidization process on thermal expansion coefficient of polymide (BPDA/PDA) // Polymer. 1997. № 38. P. 4945-4949.

149. Изменение структуры и газоразделительных свойств полиэфиримидов под действием хлороформа / Ю. В. Костина, Г. Н. Бондаренко, А. Ю. Алентьев, Ю. П. Ямпольский // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 2006. - Т. 48, № 1. -С. 41-48.

150. Huang X. Flexible and colorless shape memory polyimide films with high visible light transmittance and high transition temperature // Smart Mater. Struct., 2019. Vol. 28. P. 055031. DOI: 10.1088/1361-665X/ab115f.

151. Hougham E. G. Fluoropolymers Properties // New Jersey Kluwer Academic Publishers, New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow. 1999. P 366.

152. Пат. 632688 СССР, МПК C 07 C 87/48. Способ получения 1,3-бис-(4'-аминофенил)-адамантана : № 632688 : заявл. 14..07.1977 : опубл. 15.11.1978 / Новиков С.С., Хардин А.П., Радченко С.С.. Новаков И.А., Орлинсон Б.С., Горелов В.И, Замах В.П. - 2 с.

153. Пат. 2068840 Российская Федерация, МПК С07С211/49. 1-(4Л-аминофенил)-3-амино-этиладамантан - мономер для синтеза полиимидов и сополиимидов с повышенной гидролитической устойчивостью: № 94026979: заявл. 1994.07.18: опубл. 1996.11.10 / Новаков И.А., Орлинсон Б.С., Симакова Т.Ю. - 2 с.

154. Программный комплекс GAMESS (US) [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://www.msg.chem.iastate.edu/ , свободный. 2024.

155. Современный редактор и визуализатор молекул [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://avogadro.cc/ , свободный. 2018.

156. Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. // Chem. Rev. 2005. V. 105. №8. P. 2999. doi 10.1021/cr9904009.

157. James J.P. Stewart // Comput. Chem. 1989. P. 209. doi 10.1002/jcc.540100208

158. Kenneth Laali, Viorel D Sarca, Takao Okazaki, Aaron Brock, Paul Der //Org. Biomol. Chem. 2005. P. 1034. doi 10.1039 / b416997b

159. Per-Olov Lowdin // J. Chem. Phys. 1950. P. 365.

ПРИЛОЖЕНИЕ

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор АО «Завод «Метеор»

Ю.В. Валов

АКТ

о возможности применения полиимидных пленок производства ВолгГТУ

Волгоградский государственный технический университет 26.03.2024 г. на безвозмездной основе передал АО «Завод «Метеор» 4 образца полиимидных пленок для оценки возможности применения в составе разрабатываемых или планируемых к разработке изделий.

Относительная диэлектрическая постоянная представленных образцов

Номер образца Наименование Диэлектрическая постоянная

1 ДМБАМА 10% + ТФДБ 90% + Ф6ДА 2,4

2 1,3-БАЭА + Ф6ДА 2,4

3 Пленка сравнения ПМ 3,3

4 Пленка сравнения CPI 2,5

Сравнительный анализ показывает, что образцы пленок №1 и №2 обладают меньшими значениями относительной диэлектрической постоянной в сравнении с образцами №3 и №4.

Пленки на основе полиимида могут быть использованы:

1. В оптоэлектронных устройствах, таких, как гибкие светодиоды (FLED), гибкие солнечные элементы или фотоэлектрические элементы (F-PV), гибкие тонкопленочные транзисторы (F-TFT), в качестве бесцветных прозрачных полиимидных материалов с диэлектрической проницаемостью от 2,3 до 2,8.

2. В электронных устройствах, таких, как гибкие печатные схемы (РРС), ленты автоматического склеивания (TAB), как материалы с диэлектрической проницаемостью от 2,3 до 2,8.

АО «Завод «Метеор» прорабатывал вариант применения полиимидной пленки в конструкции корпуса для резонаторов СВЧ диапазона на основе тонкопленочной структуры нитрида алюминия. На частотах свыше 6 ГГц материал корпуса оказывает существенное влияние на общую работоспособность изделия, поэтому выбор материалов корпуса является важным фактором. Фольгированную полиимидную пленку предполагается применить в качестве элемента корпуса СВЧ-резонатора. Выбор обусловлен величиной диэлектрической проницаемости материала, а также лёгкостью формирования из него требуемой конфигурации детали. Однако в связи с тем, что такая деталь из полиимидной пленки является частью внешнего конструктива, то требуется толщина от 0,1 мм.

1. Образцы полиимидной пленки разработанной и произведенной в ВолгГТУ по своим характеристикам находятся на уровне мировых аналогов.

2. Наличие отечественного производства указанного материала, в условиях секционных ограничений в отношении РФ, было бы положительным фактором.

3. При возобновлении работ по разработке резонаторов и фильтров СВЧ диапазона АО «Завод «Метеор» готов рассмотреть возможность применения полиимидной пленки производства ВолгГТУ.

Выводы

Начальник ГКБ ОГК, к.ф.м.н.