聚酰亚胺的制备方法多种多样,其中包括熔融缩聚法、溶液缩聚法、气相沉积法等。溶液缩聚法因为反应条件较为温和,可操作性较强所以最为常见。而熔液缩聚又分为一步法和两步法。一步法是指将二元酐和二元胺置于高沸点溶剂中加热到较高温度,一般为200℃左右,经催化作用通过一步反应直接聚合得到高分量的聚酰亚胺。该过程中二酐和二胺的缩聚反应和脱水成环是同时进行的,并没有聚酰胺酸PAA 这一中间体的出现。该方法虽然合成过程较为简单,但是所用溶剂毒性较大,如对氯苯酚、无水的间甲酚等,并且比较适合可溶性PI 的制备,因此应用时存在一定程度的局限性。
两步法即为二酐和二酐经两步反应得到聚酰亚胺。**步是将二元酐和二元胺置于高沸点非质子溶剂中,如N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等,室温下或者冰水浴条件下发生缩合聚合反应得到前驱体聚酰胺酸PAA 溶液;第二步是将PAA 溶液进行热亚胺化或者化学亚胺化法脱水环化生成聚酰亚胺。两步法反应条件较为温和,低温环境下即可反应,安全简便,可操控性强,故该方法应用最为广泛。
化学亚胺化是指利用化学脱水剂(如酸酐、氯化亚砜、乙酰氯等)并以叔胺(如吡啶、三乙胺等)作为催化剂进行脱水成环的过程。虽然化学亚胺化能在较低的环境下进行,但是催化剂的加入会严重影响聚酰亚胺的力学等性能。所以两步法中将粘稠PAA 溶液转化为相应的聚酰亚胺薄膜的最常用方式是热酰亚胺化。热亚胺化方法是将聚酰胺酸阶梯式升温至300℃以上进行脱水环化生成聚酰亚胺。但需要注意是,亚胺化过程不宜过快,否则可能导致最终的聚酰亚胺膜产品中形成气泡和空隙。且在没有催化剂的情况下亚胺化温度需到达300℃ 以上才能彻底亚胺化,如果亚胺化不完全会严重影响聚酰亚胺薄膜的力学性能,热学性能等。