[发明专利]一种具有光致变色性能的聚酰亚胺及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有光致变色性能的聚酰亚胺及其制备方法和应用，通过调节光致变色二胺单体或光致变色二酐单体的分子结构，可得到不同的颜色变化，目标单体可以与商业化的二胺或二酐进行共聚或者均聚，得到的聚酰亚胺材料具有良好的热学性能和溶解性能。本发明所提供的光致变色聚酰亚胺，具有不同颜色变化的光学响应，且具有优异的可溶性、较高的玻璃化转变温度和热稳定性，而且制备工艺简单多样，条件要求低，因而适于工业生产。本发明的聚酰亚胺材料可以通过旋涂的方法得到纳米级薄膜，适用于制备光致变色玻璃膜、光信息存储器件材料。

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一类具有光致变色聚酰亚胺及其制备方法和应用。

技术背景

光致变色材料是指在特定波长光照下发生可逆性颜色变化的一类材料，其在光致异构化过程中伴随吸收光谱、介电常数等物理化学性能的明显变化。变色材料包括无机和有机两大类，有机光致变色材料具有分子结构可设计调控、对光源灵敏、响应速度快等特点。常见的有机光致变色材料包括螺吡喃类、螺噁嗪类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、席夫碱等。光致变色小分子有机材料在结构设计和性能改进方面已经比较成熟，如CN107522688A。但是有机小分子存在成膜性差，高温下分解，易氧化变质，稳定性较差等缺点。

相对于光致变色有机小分子材料，光致变色聚合物材料易于加工，可以通过旋涂等方式大面积成膜，制成综合性能优良的光电器件。此前有通过在聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅烷等高聚物中共价接入或共混制成茚稠合的光致变色萘并吡喃类、萘酚类和光致变色制品，如CN102532088B、CN1608216A。制备侧链具有偶氮苯的热稳定性良好、高生色团含量的聚脲材料用于光信息存储元件，CN1884429A。通过热聚合或者光聚合含有螺吡喃、螺噁嗪类的单体得到聚合物，制备光致变色隐形眼镜，CN1732078A。

虽然光致变色聚合物材料的变色对比度和耐疲劳性等方面已经取得一些进步，但是光转变速度及在聚合物材料的性能方面，如耐化学腐蚀性能、耐高低温和极端环境的问题亟待解决。选择光致变色基团中响应速度快、结构可修饰性强的二芳基乙烯基团与一种综合性能优异的聚合物材料进行结合，可以进一步解决上述问题。聚酰亚胺是主链上含有酰亚胺环的一种高性能聚合物，具有耐高低温、耐化学腐蚀、良好的尺寸稳定性等特点，在航空航天、微电子器件等领域具有广泛的应用。聚酰亚胺由于分子结构中存在分子内络合物，而导致其薄膜颜色较为单一，主要为黄色。将光致变色基团如二噻吩乙烯引入聚酰亚胺单体结构中，使其保留光致变色的性能，得到溶解性好、易合成制备的光致变色聚酰亚胺材料。通过设计不同单体结构，可以实现多种波段的光响应和光致变色性能的多色化。选用聚酰亚胺作为聚合物材料相对于主链为脂肪链型的聚合物，如CN1249763A，在制备成为光学元器件方面具有更加优异的热稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光致变色性能的聚酰亚胺，此材料可以实现在溶液状态和薄膜状态下的光致变色效果。通过调节单体的分子结构，可得到不同的颜色变化。目标单体可以与商业化的二胺或者二酐进行共聚或者均聚，得到的聚酰亚胺材料具有良好的热学性能和溶解性能。

本发明还提供了合成上述光致变色单体和聚酰亚胺的合成方法，该方法合成步骤简单，产率较高，易于分离提纯，可以通过含有不同基团的溴苯原料，设计多种单体，具有普适性。

本发明还有一个目的在于提供上述光致变色聚酰亚胺材料的应用，其适用于制备光致变色玻璃膜、光信息存储器件材料。

本发明的目的是这样实现的：一种具有光致变色性能的聚酰亚胺，其特征在于：其分子结构如通式(一)或(二)：

其中：n和m表示聚合度，n/m＝1/99～100/0，X、W和K为四价的芳香族烃基或脂肪族烃基，B、D和Z为二价的芳香族烃基或脂肪族烃基；光致变色二胺残基Y如结构式(三)：