High-barrier polyimide containing fluorenol moiety: Gas barrier properties and molecular simulations

聚酰亚胺 均苯四甲酸二酐 结晶度 材料科学 部分 玻璃化转变 热稳定性 溶解度 高分子化学 化学工程 聚合物 二胺 扩散阻挡层 复合材料 化学 有机化学 工程类 图层(电子)
作者
Yiwu Liu,Ao Tang,Jinghua Tan,Yuhui Li,Ding Wu,Xiang Zhang,Xianqing Zhao,Pan He,Hailiang Zhang
出处
期刊:Reactive & Functional Polymers [Elsevier BV]
卷期号:157: 104747-104747 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104747
摘要

An intrinsic high-barrier polyimide (9-OH-FPPI) was prepared through the polycondensation reaction of pyromellitic dianhydride (PMDA) with a novel diamine (9-OH-FPDA) containing fluorenol moiety. The synthesized polyimide displays superior barrier performances, possessing water vapor transmission rate (WVTR) and oxygen transmission rate (OTR) low to 1.64 g·m−2·day−1 and 0.66 cm3·m−2·day−1, respectively. Meanwhile, 9-OH-FPPI also demonstrates high thermal stability with a glass transition temperature (Tg) of 410 °C, 5% weight-loss temperature (Td5%) of 577 °C under N2 and coefficient of thermal expansion (CTE) of 5.65 ppm/K. A detailed molecular simulation study as well as positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and wide angle X-ray diffraction (WAXD) analysis have been carried out to reveal the barrier mechanism. The results reveal that the introduction of fluorenol moiety not only enhances the rigidity and regularity of polymer backbone, but also improves the interchain cohesion of PI matrix, which in turn lead to high crystallinity, low free volume and poor chains mobility of 9-OH-FPPI. The high crystallinity and low free volume decrease the diffusion and solubility of gases in polyimide matrix. In addition, the poor chains mobility further suppresses the gases diffusion. Simultaneous reductions of gases diffusion and solubility promote the barrier properties of 9-OH-FPPI. The as-synthesized polyimide exhibits wide application prospects in the flexible electronic packaging industry.
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