ПОЛИМЕР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

1. Полимер, полученный из полиаминовой кислоты или полиимида, отличающийся тем, что
полимер, полученный из полиаминовой кислоты или полиимида, содержит пикопоры, и
полиаминовая кислота и полиимид содержат повторяющееся структурное звено, полученное из ароматического диамина, включающего по меньшей мере одну функциональную группу, находящуюся в ортоположении по отношению к аминогруппе, и диангидрида.
2. Полимер по п.1, отличающийся тем, что пикопоры образуют структуру в форме песочных часов, соединяющую по меньшей мере две пикопоры.
2
3. Полимер по п.1, отличающийся тем, что функциональная группа включает ОН, SH или NH.
4. Полимер по п.1, отличающийся тем, что доля свободного объема (FFV) в полимере, полученном из полиаминовой кислоты или полиимида, составляет от 0,18 до 0,40.
5. Полимер по п.1, отличающийся тем, что межплоскостное расстояние (d-расстояние), измеренное рентгенодифракционным способом (РДС) в полимере, полученном из полиаминовой кислоты или полиимида, составляет от 580 пм до 800 пм (пикометров).
6. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полная ширина пикопор на полувысоте максимума (FWHM), измеренная способом временной спектроскопии аннигиляции позитронов (PALS), составляет приблизительно от 10 пм до приблизительно 40 пм.
2
2
7. Полимер по п.1, отличающийся тем, что площадь поверхности полимера, полученного из полиаминовой кислоты или полиимида, измеренная способом BET, составляет от 100 м/г до 1000 м/г.
8. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полиаминовая кислота выбрана из группы, состоящей из полиаминовой кислоты, содержащей повторяющееся структурное звено, представленное следующими химическими формулами 1-4, сополимеров полиаминовой кислоты, содержащих повторяющееся структурное звено, представленное следующими химическими формулами 5-8, сополимеров указанных соединений и смесей указанных соединений:
[Химическая Формула 1]
[Химическая Формула 2]
[Химическая Формула 3]
[Химическая Формула 4]
[Химическая Формула 5]
[Химическая Формула 6]
[Химическая Формула 7]
[Химическая Формула 8]
где в приведенных выше химических формулах 1-8
1
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar представляет собой ароматическую группу, выбранную из замещенной или незамещенной четырехвалентной C6-C24-ариленовой группы и замещенной или незамещенной четырехвалентной C4-C24-гетероциклической группы, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(CF), или С(=O)NH,
2
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar представляет собой ароматическую группу, выбранную из замещенной или незамещенной двухвалентной C6-C24-ариленовой группы и замещенной или незамещенной двухвалентной C4-C24-гетероциклической группы, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF), или С(=O)NH,
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
3
3
Q представляет собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(CF), C(=O)NH, С(СН)(CF), или замещенную или незамещенную фениленовую группу (где замещенная фениленовая группа представляет собой фениленовую группу, замещенную C1-C6-алкильной группой или C1-C6-галогеноалкильной группой), где Q присоединен к ароматическим группам в m-m, m-p, p-m или р-р-положениях,
2
Y представляет собой одинаковые или различные группы в каждом повторяющемся структурном звене и независимо выбран из ОН, SH, и NH,
n представляет собой целое число, составляющее от 20 до 200,
m представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400, и
I представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400.
1
9. Полимер по п.8, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
где в приведенных выше химических формулах
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
X, Х, Х, и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(CF), или C(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R, и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой CR.
1
10. Полимер по п.9, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
2
11. Полимер по п.8, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
где в приведенных выше химических формулах
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
X, Х, Х и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СH) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(CF), или C(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R, и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой CR.
2
12. Полимер по п.11, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
3
2
3
2
2
13. Полимер по п.8, отличающийся тем, что Q выбран из С(СН), С(СF), О, S, S(=O) или С(=O).
1
2
3
2
14. Полимер по п.8, отличающийся тем, что Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами А, В или С, Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами D или Е, и Q может представлять собой С(СF):
[Химическая Формула А]
[Химическая Формула В]
[Химическая Формула С]
[Химическая Формула D]
[Химическая Формула Е]
15. Полимер по п.8, отличающийся тем, что молярное отношение между повторяющимися структурными звеньями в сополимере полиаминовой кислоты, содержащем повторяющееся структурное звено, представленное приведенными выше химическими формулами 1-4, или молярное отношение m:I в химических формулах 5-8 составляет от 0,1:9,9 до 9,9:0,1.
16. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полиимид выбран из группы, состоящей из полиимида, содержащего повторяющееся структурное звено, представленное следующими химическими формулами 33-36, сополимеров полиимида, содержащих повторяющееся структурное звено, представленное следующими химическими формулами 37-40, сополимеров указанных соединений и смесей указанных соединений:
[Химическая Формула 33]
[Химическая Формула 34]
[Химическая Формула 35]
[Химическая Формула 36]
[Химическая Формула 37]
[Химическая Формула 38]
[Химическая Формула 39]
[Химическая Формула 40]
где в приведенных выше химических формулах 33-40
1
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar представляет собой ароматическую группу, выбранную из замещенной или незамещенной четырехвалентной C6-C24-ариленовой группы и замещенной или незамещенной четырехвалентной C4-C24-гетероциклической группы, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или С(=O)NН,
2
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar представляет собой ароматическую группу, выбранную из замещенной или незамещенной двухвалентной C6-C24-ариленовой группы и замещенной или незамещенной двухвалентной C4-C24-гетероциклической группы, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF), (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или C(=O)NH,
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
3
3
Q представляет собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF), C(=O)NH, С(СН)(СF) или замещенную или незамещенную фениленовую группу (где замещенная фениленовая группа представляет собой фениленовую группу, замещенную C1-C6-алкильной группой или C1-C6-галогеноалкильной группой), где Q присоединен к ароматическим группам в m-m, m-p, p-m или р-р-положениях,
2
Y представляет собой одинаковые или различные группы в каждом повторяющемся структурном звене и независимо выбран из ОН, SH или NH,
n представляет собой целое число, составляющее от 20 до 200,
m представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400, и
I представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400.
1
17. Полимер по п.16, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
где в приведенных выше химических формулах
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
X, Х, Х, и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или C(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R, и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой CR.
1
18. Полимер по п.17, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
2
19. Полимер по п.16, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
где в приведенных выше химических формулах X, X, Х, и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или C(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой СR.
2
20. Полимер по п.19, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
3
2
3
2
2
21. Полимер по п.16, отличающийся тем, что Q выбран из С(СН), С(СF), О, S, S(=O) или С(=O).
1
2
3
2
22. Полимер по п.16, отличающийся тем, что Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами А, В или С, Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами D или Е, и Q представляет собой С(СF):
[Химическая Формула А]
[Химическая Формула В]
[Химическая Формула С]
[Химическая Формула D]
[Химическая Формула Е]
23. Полимер по п.16, отличающийся тем, что молярное отношение между повторяющимися структурными звеньями в сополимере полиимида, содержащем повторяющееся структурное звено, представленное приведенными выше химическими формулами 33-36, или молярное отношение m:I в химических формулах 37-40 составляет от 0,1:9,9 до 9,9:0,1.
24. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полимер, полученный из полиаминовой кислоты или полиимида, включает соединения, содержащие повторяющееся структурное звено, представленное одной из следующих химических формул 19-32, или сополимеры указанных соединений:
[Химическая Формула 19]
[Химическая Формула 20]
[Химическая Формула 21]
[Химическая Формула 22]
[Химическая Формула 23]
[Химическая Формула 24]
[Химическая Формула 25]
[Химическая Формула 26]
[Химическая Формула 27]
[Химическая Формула 28]
[Химическая Формула 29]
[Химическая Формула 30]
[Химическая Формула 31]
[Химическая Формула 32]
где в приведенных выше химических формулах 19-32
1
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar представляет собой ароматическую группу, выбранную из замещенной или незамещенной четырехвалентной C6-C24-ариленовой группы и замещенной или незамещенной четырехвалентной C4-C24-гетероциклической группы, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или С(=O)NH,
1
2
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
Ar′ и Ar одинаковы или различны и независимо представляют собой замещенную или незамещенную двухвалентную C6-C24-ариленовую группу и замещенную или незамещенную двухвалентную C4-C24-гетероциклическую группу, где ароматическая группа присутствует в единственном числе, по меньшей мере две ароматические группы конденсированы с образованием конденсированного цикла или по меньшей мере две ароматических группы соединены одинарной связью или функциональной группой, выбранной из О, S, С(=O), СН(ОН), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или C(=O)NH,
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
3
3
Q представляет собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF), С(=O)NH, С(СН)(СF) или замещенную или незамещенную фениленовую группу (где замещенная фениленовая группа представляет собой фениленовую группу, замещенную C1-C6-алкильной группой или C1-C6-галогеноалкильной группой), где Q присоединен к ароматическим группам в m-m, m-p, p-m или р-р-положениях,
Y″ представляет собой О или S,
n представляет собой целое число, составляющее от 20 до 200,
m представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400, и
I представляет собой целое число, составляющее от 10 до 400.
1
25. Полимер по п.24, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
где в приведенных выше химических формулах
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
X, Х, Х, и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или С(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R, и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой CR.
1
26. Полимер по п.25, отличающийся тем, что Ar выбран из одной из следующих химических формул:
1
2
27. Полимер по п.24, отличающийся тем, что Ar′ и Ar выбраны из одной из следующих химических формул:
где в приведенных выше химических формулах,
1
2
3
4
2
3
2
2
p
2
q
3
2
3
2
X, X, Х, и Х одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S, C(=O), CH(OH), S(=O), Si(СН), (СН) (где 1≤p≤10), (CF) (где 1≤q≤10), С(СН), С(СF) или C(=O)NH,
1
2
W и W одинаковы или различны и независимо представляют собой О, S или С(=O),
1
1
2
3
1
2
3
Z представляет собой О, S, CRR или NR, где R, R, и R одинаковы или различны и независимо представляют собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу, и
2
3
4
4
2
3
4
Z и Z одинаковы или различны и независимо представляют собой N или CR (где R представляет собой атом водорода или С1-С5 алкильную группу), при условии, что Z и Z одновременно не представляют собой CR.
1
2
28. Полимер по п.27, отличающийся тем, что Ar′ и Ar выбраны из одной из следующих химических формул:
3
2
3
2
2
29. Полимер по п.24, отличающийся тем, что Q выбран из С(СН), С(СF), О, S, S(=O) или С(=O).
1
1
2
3
2
30. Полимер по п.24, отличающийся тем, что Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами А, В или С, Ar′ представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами F, G или Н, Ar представляет собой функциональную группу, представленную следующими химическими формулами D или Е, и Q может представлять собой С(СF):
[Химическая Формула А]
[Химическая Формула В]
[Химическая Формула С]
[Химическая Формула D]
[Химическая Формула Е]
[Химическая Формула F]
[Химическая Формула G]
[Химическая Формула Н]
31. Полимер по п.1, отличающийся тем, что среднемассовая молекулярная масса (Mw) полимера составляет от 10000 до 200000.
32. Полимер по п.1, который легирован кислотным легирующим веществом.
3
4
6
6
+
33. Полимер по п.32, отличающийся тем, что кислотное легирующее вещество включает вещество, выбранное из группы, состоящей из серной кислоты, соляной кислоты, фосфорной кислоты, азотной кислоты, HBrO, HClO, HPF, HBF, катионов 1-метил-3-метилимидазолия (BMIM) и сочетания указанных веществ.
34. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полимер дополнительно содержит добавку, выбранную из группы, состоящей из коллоидного диоксида кремния, оксида циркония, тетраэтоксисилана, монтмориллонитовой глины и сочетания указанных веществ.
35. Полимер по п.1, отличающийся тем, что полимер дополнительно содержит неорганический наполнитель, выбранный из группы, состоящей из фосфорновольфрамовой кислоты (PWA), фосфорномолибденовой кислоты, кремниевольфрамовой кислоты (SiWA), молибденофосфорной кислоты, кремниемолибденовой кислоты, фосфорнооловянной кислоты, фосфата циркония (ZrP) и сочетания указанных веществ.
36. Способ получения полимера, включающий:
получение полиимида имидизацией полиаминовой кислоты и
тепловую обработку полиимида,
при этом полиаминовая кислота содержит повторяющееся структурное звено, полученное из ароматического диамина, включающего по меньшей мере одну функциональную группу, находящуюся в ортоположении по отношению к аминогруппе, и диангидрида, и
полимер содержит пикопоры.
37. Способ получения полимера по п.36, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют путем повышения температуры со скоростью, составляющей от 1°С/мин до 30°С/мин, до температуры, составляющей от 350°С до 500°С, с последующим поддержанием этой температуры в течение времени, составляющего от 1 мин до 12 ч в инертной атмосфере.
38. Способ получения полимера по п.37, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют путем повышения температуры со скоростью, составляющей от 5°С/мин до 20°С/мин, до температуры, составляющей от 350°С до 450°С, с последующим поддержанием этой температуры в течение времени, составляющего от приблизительно 1 ч до приблизительно 6 ч в инертной атмосфере.
39. Способ получения полимера, включающий:
тепловую обработку полиимида,
при этом полиимид содержит повторяющееся структурное звено, полученное из ароматического диамина, включающего по меньшей мере одну функциональную группу, находящуюся в ортоположении по отношению к аминогруппе, и диангидрида, и
полимер содержит пикопоры.
40. Способ получения полимера по п.39, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют путем повышения температуры со скоростью, составляющей от 1°С/мин до 30°С/мин, до температуры, составляющей от 350°С до 500°С, с последующим поддержанием этой температуры в течение времени, составляющего от 1 мин до 12 ч, в инертной атмосфере.
41. Способ получения полимера по п.40, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют путем повышения температуры со скоростью, составляющей от 5°С/мин до 20°С/мин, до температуры, составляющей от 350°С до 450°С, с последующим поддержанием этой температуры в течение в течение времени, составляющего от приблизительно 1 ч до приблизительно 6 ч, в инертной атмосфере.
42. Изделие, включающее полимер по любому из пп.1-35.
43. Изделие по п.42, отличающееся тем, что оно включает листовой материал, пленку, порошок, слой или волокно.
44. Изделие по п.42, отличающееся тем, что изделие содержит пикопоры, и
пикопоры образуют трехмерную сетчатую структуру, в которой по меньшей мере две пикопоры соединены друг с другом в виде трехмерной структуры, имеющей форму песочных часов с образованием на соединяющих участках узких каналов.