ポリイミドのガスバリア特性に対するメタおよびパラ位置でのバックボーンアミド置換の影響

この研究は、以前に調査されたパラアミド置換ダイアンモノマーであるDABAの立体異性体として、メタアミド置換ジアニリンモノマー（M-DABA）を設計および合成しました。この新しいモノマーは、以前の研究で採用されたプロセスと同様のプロセスでポリイミドフィルム（M-Dabpi）を調製するために、ピロメリ酸ジアンヒドリド（PMDA）で重合していました。モノマー上の置換位置とポリイミド膜のガスバリア特性の関係は、分子シミュレーション、広角X線回折（WXRD）、およびポジトロン消滅寿命分光法（PALS）を介して調査されました。バリアメカニズム。結果は、パラ置換DABPIと比較して、M-DABPIがより良いガスバリア特性を示し、水蒸気透過率（WVTR）と2.8 g・m-2・Dの酸素透過速度（OTR）を伴うことを示したことが示されました。-1および3.3 cm3・m-2・d-1。これは、メタリンクされたポリイミド分子鎖がよりしっかりと詰まっており、より小さな遊離体積と低い分子鎖の移動度をもたらしたためです。これらの特性は、膜への小分子の浸透を助長しません。したがって、ガスバリア特性が改善されました。この調査結果は、高バリア材料の構造設計に大きな意味を持ち、柔軟なディスプレイ技術の開発を促進する可能性があります。

This study designed and synthesised a meta-amide-substituted dianiline monomer (m-DABA) as a stereoisomer of DABA, a previously investigated para-amide-substituted dianiline monomer. This new monomer was polymerised with pyromellitic dianhydride (PMDA) to prepare a polyimide film (m-DABPI) in a process similar to that employed in a previous study. The relationship between the substitution positions on the monomer and the gas barrier properties of the polyimide film was investigated via molecular simulation, wide-angle X-ray diffraction (WXRD), and positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) to gain deeper insights into the gas barrier mechanism. The results showed that compared with the para-substituted DABPI, the m-DABPI exhibited better gas barrier properties, with a water vapour transmission rate (WVTR) and an oxygen transmission rate (OTR) as low as 2.8 g·m-2·d-1 and 3.3 cm3·m-2·d-1, respectively. This was because the meta-linked polyimide molecular chains were more tightly packed, leading to a smaller free volume and lower molecular chain mobility. These properties are not conducive to the permeation of small molecules into the film; thus, the gas barrier properties were improved. The findings have significant implications for the structural design of high-barrier materials and could promote the development of flexible display technology.