Abstract Herein, the microporous structure and gas transport property of a new family of polyimides (PIs) containing bulky tetra-o-isopropyl and naphthalene groups prepared via a microwave-assisted polymerization process are reported. The polyimides were prepared from a naphthalene and isopropyl containing diamine, i.e., 4,4’-(naphthalen-1-ylmethylene)bis(2,6-diisopropylaniline)) (i.e., BAN-3) obtained via a one-step electrophilic substitution reaction, reacting with three commercial dianhydrides. Analysis of fractional free volume (FFV) in conjunction with positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) showed that the resultant BAN-3 based PIs had high FFV values of over 0.19 featuring a bimodal size distribution of microcavities with average diameters in the range of 8.0–9.0 A and 5.6–6.3 A, respectively. Wide angle X-ray diffraction (WXRD) further confirmed that the introduction of naphthalene and tetra-o-isopropyl groups effectively enhanced polymeric backbone rigidity and disrupted chain packing, leading to high gas permeabilities in all three PI films. For example, the PI-3F film had high H2 and CO2 permeability values of 722 and 849 barrer, respectively while maintaining comparable selectivities for H2/CH4 and CO2/CH4 gas pairs with other reported PIs of the same dianhydride. In addition, the PI-3B film displayed excellent gas separation performance for O2/N2 gas pair approaching the 2008 Robeson upper bound.

中文翻译：

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用于气体分离膜的含有庞大四邻异丙基和萘基团的微孔聚酰亚胺

摘要 本文报道了通过微波辅助聚合工艺制备的含有庞大四邻异丙基和萘基团的新型聚酰亚胺 (PI) 家族的微孔结构和气体传输性能。聚酰亚胺由含萘和异丙基的二胺制备，即通过一步亲电取代获得的 4,4'-(萘-1-基亚甲基)双(2,6-二异丙基苯胺))（即 BAN-3）反应，与三种商业二酐反应。结合正电子湮没寿命光谱 (PALS) 的分数自由体积 (FFV) 分析表明，基于 BAN-3 的 PI 具有超过 0.19 的高 FFV 值，具有平均直径在 8.0– 范围内的微腔的双峰尺寸分布分别为 9.0 A 和 5.6–6.3 A。广角 X 射线衍射 (WXRD) 进一步证实，萘和四邻异丙基的引入有效地增强了聚合物主链的刚性和破坏的链堆积，从而在所有三种 PI 薄膜中实现了高透气性。例如，PI-3F 薄膜具有高 H2 和 CO2 渗透率值，分别为 722 和 849 barrer，同时对 H2/CH4 和 CO2/CH4 气体对保持与其他报道的相同二酐 PI 相当的选择性。此外，PI-3B 薄膜对接近 2008 年 Robeson 上限的 O2/N2 气体对显示出优异的气体分离性能。PI-3F 薄膜具有高 H2 和 CO2 渗透率值，分别为 722 和 849 barrer，同时对 H2/CH4 和 CO2/CH4 气体对保持与其他报道的相同二酐 PI 相当的选择性。此外，PI-3B 薄膜对接近 2008 年 Robeson 上限的 O2/N2 气体对显示出优异的气体分离性能。PI-3F 薄膜具有高 H2 和 CO2 渗透率值，分别为 722 和 849 barrer，同时对 H2/CH4 和 CO2/CH4 气体对保持与其他报道的相同二酐 PI 相当的选择性。此外，PI-3B 薄膜对接近 2008 年 Robeson 上限的 O2/N2 气体对显示出优异的气体分离性能。