试析含硅聚芳酰胺的合成及其应用研究进展

试析含硅聚芳酰胺的合成及其应用研究进展

孙海青

身份证号：152201198810125517

摘要：含硅聚芳酰胺是一种在其主链上含硅芳基结构的酰胺聚合物。在研究过程中通过引入硅芳基，可以有效地提升分子主链的柔性，有效地提高聚芳酰胺材料的溶解度以及加工性能，并且在实际应用过程中不能破坏材料的长程共轭结构。此外，还可以支持电子传输，使其在光电领域获得了良好的应用效果。本文对含硅聚芳酰胺的合成进行了分析，并阐述了其在不同领域中应用的发展。

关键词：聚芳酰胺；硅芳基；合成；应用

聚芳酰胺(PARA)由于其芳香结构和聚合物主链中具有较多的酰胺键，致使PARA自身具备良好的热稳定性以及优异的机械性能，同时还具备较强的耐化学性，促使其在多个领域中获得了广泛的应用。但是，由于PARA自身还具有较高的熔化温度，溶解性差，使其在加工环节和实际应用过程中受到了一定的影响，大部分研究人员利用其分子结构设计对聚芳酰胺进行了改性试验，以期开发具有新型结构和更优性能的含硅聚芳酰胺。

1、含硅聚芳酰胺的合成

1.1典型含硅聚芳酰胺

在大部分含硅的聚芳酰胺中，硅原子产生的四个共价键包含聚合物的主链，同时也连接两个官能团，通常是烷基和苯基。研究人员使用的含有二甲基硅烷二苯甲酰氯（对C1，间C3）和二苯基硅烷二苯甲酰氯（对C2，间C4）的单体与不同的 二胺单体，利用低温界面缩聚方法制备含硅的多环胺。相比之下，由于空间位阻的限制，C1和C3单体的活性相对高于C2和C4单体。还发现对位（C1，C2）的硅和酰氯基团的活性高于间位（C3，C4）。酰氯单体的聚合速度相对较快，所得聚合物具有较高的相对分子量（粘度）；通过热重实验可以证实，含有苯基硅的聚合物的热稳定性优于含有甲基硅的聚合物。随后，将这项研究结合起来，形成了主要由苯基硅组成的聚合物。相关研究人员还使用含硅二酰氯（C1，C2，C5）和含硅二胺单体（A1）的低温溶液缩聚，在一个重复单元中制备含有两个硅原子的含硅聚芳酰胺，所获得的聚合物的热稳定性不高，并且在150℃的温度下开始分解，产率低（<50%）。

1.2含硅聚芳醚酰胺

聚芳基醚酰胺是一种在聚芳基酰胺主链上具有二苯醚结构的聚合物。此类聚合物加入了醚键，能够有效地提高聚合物主链的柔韧性，也可以在不影响其热稳定性的情况下提高聚合物的溶解度。研究人员使用4,4'-双（4-氨基苯氧基）二苯砜（E1）、3,3'-双4-氨苯氧基合成了聚芳醚磺酰胺。该聚合物能够溶于极性非质子溶剂，并且发现主链中的砜基能够有效地促进溶解。该聚合物在研究过程中证实了具有良好的热稳定性，在340℃的环境下不降解。另外，相关研究人员还设计并合成了两种新的含硅二胺单体（A2、A3），因为加入了二苯醚结构，其比4,4’-（二苯基硅烷）二苯胺更灵活。使用此种二胺和含硅二羧酸单体成功合成了主链中含有两个硅原子的聚芳醚酰胺。此类聚合物具有良好的溶解性，能够溶解在四氢呋喃中。

2、含硅聚芳酰胺的应用

2.1电致发光材料

随着用于全色显示器、全色指示器和光源的高亮度蓝色发光二极管（LED）的应用需求不断增加，缺电子的恶二唑结构已被广泛的应用在有机光电材料的分子设计当中，有效的提高电子迁移率。但是有机小分子具有容易结晶和稳定性相对较差的缺陷，在应用过程中会导致器件的使用寿命的缩短；在聚合物中引入恶二唑结构后，因为p-电子所具有的离域作用影响，其加工和实际应用受到极大限制，使其更加难以或不溶于有机溶剂。硅自身的电负性下显著低于碳，并且其配位数超过4，能够利用第三轨道形成p-π共轭。所以，当将其安置在芳香基团之间时，它不会破坏材料的长程共轭结建设，并且能够支持电子传输；此外，由于系统的堆叠减少和自由体积增加，将硅原子掺入聚合物主链显著提高了材料的溶解度，同时保持了高的热稳定性，从而通过传统的铸造或旋涂技术促进了可溶解聚合物的发展。

2.2涂料

为了能够有效地解决避免污染情况，可以通过开发自清洁或自清洁涂料的方式。这种材料在接触化学或生物有害物质时，可以催化降解。危险物质毒性较小或理想情况下无毒，而将其应用在防护服上可以有效地保护人体避免受污染环境的影响。通过相关研究可以证实，含有发色团二苯甲酮结构的聚合物具有自由基形成的能力，能够为某些染料的脱色提供抗菌财产二苯甲酮。研究人员通过C2低温溶液缩聚反应的结构聚合物在室温下极易溶于极性非质子溶剂。聚合物还可以浇铸成柔性透明膜，表现出良好的热稳定性。由于二苯甲酮发色基团中的苯π-π*型跃迁，在特定的范围内具有较强吸收峰。在紫外线光的照射过程中，氢原子可以从弱的C-H键中提取，构成酮自由基。酮自由基极易被氧猝灭，进而产生活性相对较高的高自由基。

2.3光致变色材料

内含光致变色基团的功能聚合物在光学层技术领域中的应用受到了人们的关注。在光致变色聚合物中，研究人员将研究重点放在最含有偶氮苯基团的聚合物研究当中，通过对其基团的取向进行研究后，发现垂直于入射光的电场矢量。因为液晶中光致取向诱导的可能性影响，致使光敏含硅聚酰胺体现出了特殊的兴趣。研究人员利用内含两个偶氮苯侧基的六氟异亚丙基芳族二胺与C2低温溶液的缩聚反应合成了聚酰胺。此类聚合物在不同的重复单元中都含有两个偶氮光敏侧基，其中硅原子赋予它容易进行加工制作成薄膜的光学特质。用线偏振光（488nm）进行合理的照射，可以制备出长期稳定的不同向异性光学薄膜。由于受到室温下的热弛豫影响，14天后二色性值降至初始值的30%-40%。

结束语：

尽管硅基结构的引入部分降低了Tg，但它们的热稳定性并没有减弱，在有机溶剂中的溶解度也大大提高，这有对于溶液浇铸成薄膜或涂层发挥了重要作用。但是，大部分研究仅限于新型聚合物结构的合成和表征方面，由于硅原子产生 σ-π 共轭的能力，在电致发光和光致变色等新兴领域研究了共轭和支持电子输运的新特性。通过控制硅单体含量，能够控制薄膜的透气性。含硅聚芳酰胺在实践应用过程中可作为其他功能聚合物的分子基质，进一步扩展其在聚合物催化剂、医用聚合物材料、自修复材料等多个领域的应用。

参考文献：

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