Structurally tailored colorless transparent polyimides via alkyl substituent engineering and dianhydride selection: Optical, thermal with DFT insights

位阻效应 取代基 材料科学 热稳定性 分子间力 聚酰亚胺 烷基 单体 高分子化学 二胺 联苯 光化学 吸收(声学) 侧链 聚合物 放松(心理学) 吸收光谱法 分子 密度泛函理论 玻璃化转变 化学工程
作者
Wenbo Wang,Qianqian Zhao,Xuyang Yuan,Weiqian Ma,Xiao Yang,Shengbo Zhu
出处
期刊:High Performance Polymers [SAGE Publishing]
标识
DOI:10.1177/09540083261480320
摘要

In this work, four biphenyl diamine monomers bearing gradient steric hindrance from methyl and tert-butyl substituents were synthesized and copolymerized with 6FDA and CHDA dianhydrides to fabricate a series of colorless and transparent polyimide (CPI) films. The regulating mechanisms of substituent steric hindrance and dianhydride backbone on the optical, thermal, surface wetting and water absorption performances of the resulting CPIs were systematically investigated. The alkyl steric hindrance was proven to effectively suppress intermolecular charge-transfer complex (CTC) formation and improve the optical transmittance of films. Methyl-modified CPIs delivered superior comprehensive optical performance, while tert-butyl-incorporated systems exhibited enhanced thermal stability and hydrophobicity. Notably, asymmetric tert-butyl substituents introduced excessive molecular torsional distortion and aggravated yellowing of the films. Combined with time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations, the steric hindrance-induced anti-yellowing mechanism was clarified at the electronic level. Among all samples, the Y-2TB@6FDA film achieved a balanced performance of high transparency, outstanding thermal resistance and low water absorption (L * = 95.79, T d5% = 539°C). This work offers a reliable molecular design strategy for developing high-performance CPI optoelectronic materials.

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