新型高热稳定性可溶性含硫氟化聚酰亚胺的合成、表征及其在气体分离中的应用

为解决传统聚酰亚胺(PI)膜在气体分离中存在的溶解性差、透光率低及气体渗透性不足等问题，研究人员通过分子设计合成新型含硫氟化二酐单体6FDAPSA，与6FDA和FTPPA共聚制备了一系列共聚酰亚胺。所得材料展现出优异的热稳定性(Tg>288°C)、高疏水性(接触角>90.0°)及突出的气体渗透性能(CO2渗透率达34.2 barrer)，为高性能气体分离膜开发提供了新思路。

　　

气体分离膜技术因其高效节能特性在碳中和领域备受关注，但传统聚酰亚胺(PI)材料因分子链紧密堆积导致的溶解性和渗透性瓶颈制约其应用。广西高校天然与生物医用高分子材料重点实验室等机构的研究人员通过创新单体设计，将含硫醚键和六氟异丙基的刚性二酐(6FDAPSA)与含三氟甲基的二胺(FTPPA)共聚，成功开发出兼具高热稳定性(T_5%>504°C)与优异加工性能的新型PI材料，相关成果发表于《Polymer》。

研究采用高温一步法聚合、广角X射线衍射(WAXD)和分子动力学模拟等关键技术，系统评估了材料的自由体积特性与气体传输性能。通过引入空间位阻效应显著的含硫氟化基团，有效抑制了分子链间电荷转移复合物(CTC)形成，使材料d-间距达5.84?，自由体积分数(FFV)提升至0.280。

【材料合成与表征】
通过三步反应合成关键单体6FDAPSA，核磁(Figs.S1-S9)证实结构纯度。与6FDA/FTPPA共聚获得系列PI，特性粘度>0.72 dL/g表明高分子量形成。

【性能研究】
热分析显示材料玻璃化转变温度(T_g)达288-310°C，热分解温度(T_10%)>536°C；接触角>90°证实强疏水性；可见光区透光率(λ_80%>410 nm)显著优于传统PI。

【气体分离性能】
WAXD与模拟计算揭示扩大的分子链间距(5.59-5.84?)是性能提升关键。CO₂/N₂选择性达22.2，He渗透率49.5 barrer，突破传统PI的"trade-off"效应。

该研究通过精准的分子结构设计，首次将硫醚键与氟代芳环协同引入PI主链，创制出兼具高渗透性和选择性的膜材料。其工业化应用将显著降低碳捕集等过程的能耗，为应对气候变化提供新材料解决方案。Hui Wu等学者建立的"空间位阻-自由体积"调控策略，为功能性高分子设计提供了普适性方法学参考。