CN101910928B - 液晶取向剂以及液晶取向膜的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶取向剂,其含有射线敏感性聚有机硅氧烷,所述射线敏感性聚有机硅氧烷是使下式(1)(式(1)中,RI是氢原子或碳原子数为1~40的一价有机基团,R、R和RV分别独立地为氢原子、甲基、氰基或氟原子,RI为氢原子时R是碳原子数为1~40的一价有机基团,RI为氢原子以外的基团时R为羧基)表示的化合物与具有环氧基的特定的聚有机硅氧烷反应得到的。

Description

液晶取向剂以及液晶取向膜的形成方法
技术领域
本发明涉及液晶取向剂以及液晶取向膜的形成方法。
背景技术
以往,已知将具有正介电各向异性的向列型液晶用具有液晶取向膜的带有透明电极的基板制成三明治结构,并根据需要使液晶分子的长轴在基板间连续扭转0~360°而成的具有TN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、IPS(In Plane Switching)型等液晶盒的液晶显示元件(参照日本特开昭56-91277号公报和日本特开平1-120528号公报)。
在这种液晶盒中,为了使液晶分子相对于基板面在规定的方向上取向,必须在基板表面设置液晶取向膜。该液晶取向膜通常通过将形成在基板表面上的有机膜表面用人造丝等布材沿一个方向擦拭的方法(摩擦法)形成。但是,如果液晶取向膜的形成通过摩擦处理进行,则在工序中容易产生灰尘或静电,因此有在取向膜表面附着灰尘而导致发生显示不良的问题。特别是在具有TFT(Thin Film Transistor)元件的基板的情况下,所产生的静电导致TFT元件的电路破坏,成为成品率下降的原因。进而,今后在越来越高精细化的液晶显示元件中,由于伴随着像素的高密度化,基板表面产生凹凸,因此进行均匀的摩擦处理变得越来越困难。
作为使液晶盒中的液晶取向的其它方法,已知对形成在基板表面的聚乙烯基肉桂酸酯、聚酰亚胺、偶氮苯衍生物等的感光性薄膜用偏振或非偏振的射线进行辐照,由此赋予液晶取向能力的光取向法。根据该方法,可不产生静电、灰尘而实现均匀的液晶取向(参照日本特开平6-287453号公报、日本特开平10-251646号公报、日本特开平11-2815号公报、日本特开平11-152475号公报、日本特开2000-144136号公报、日本特开2000-319510号公报、日本特开2000-281724号公报、日本特开平9-297313号公报、日本特开2003-307736号公报、日本特开2004-163646号公报和日本特开2002-250924号公报)。
不过,在TN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型等液晶盒中,液晶取向膜必须具有液晶分子相对于基板面以一定的角度倾斜取向的预倾角(pretilt angle)特性。通过光取向法形成液晶取向膜时,预倾角特性通常通过射到基板面的入射方向由基板法线倾斜的射线的辐照来得到。
另一方面,作为与上述不同的液晶显示元件的工作模式,已知使具有负的介电各向异性的液晶分子垂直于基板取向的垂直(Homeotropic)取向模式。该工作模式中,在基板间施加电压,液晶分子向着平行于基板的方向倾斜时,必须使液晶分子从基板法线方向向着基板面内的一个方向倾斜。作为实现此倾斜的方法,例如,有在基板表面设计突起的方法、在透明电极上设置带的方法、通过使用摩擦取向膜使液晶分子从基板法线方向向着基板面内的一个方向稍微倾斜的方法(预倾方法)等。
已知上述光取向法也可以作为在垂直取向模式的液晶盒中控制液晶分子的倾斜方向的方法。即,通过光取向法赋予取向控制能力和预倾角表现性的垂直取向膜,可以均匀控制施加电压时液晶分子的倾斜方向(参照日本特开2003-307736号公报、日本特开2004-163646号公报、日本特开2002-250924号公报、日本特开2004-83810号公报、日本特开平9-211468号公报和日本特开2003-114437号公报)。
如此通过光取向法制造的液晶取向膜可有效地适用于各种液晶显示元件中。但是,以往的光取向膜有达到大的预倾角所需要的射线辐照量大的问题。例如报告了对含有偶氮苯衍生物的薄膜通过光取向法赋予液晶取向能力时,要得到足够的预倾角必须辐照10000J/m2以上光轴从基板法线方向倾斜的射线(参照日本特开2002-250924号公报、日本特开2004-83810号公报和J.of the SID 11/3,2003,p 579)。
此外,通过光取向法制造的液晶取向膜在主要成分聚合物的侧链具有感光性部位,而利用以往已知的光取向性材料时,不能消除侧链的感光性部位在液晶面板制造工序中的加热时引起热分解的可能性,而有可能产生污染基板、面板制造作业线的不良问题。
如上所述,迄今为止还不知道通过射线辐照量少的光取向法可以形成具有良好的液晶取向能力、优异的电特性和高的耐热性的液晶取向膜,不会产生后烘时的热分解问题的液晶取向剂。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的,其目的在于,提供保存稳定性优异,不进行摩擦处理而通过用偏振或非偏振的射线进行辐照,以少的曝光量就可以提供具有良好的液晶取向能力的液晶取向膜的液晶取向剂,使用该液晶取向剂的电特性和耐热性优异的液晶取向膜的形成方法和显示特性、可靠性等各性能优异的液晶显示元件。
根据本发明,本发明的上述目的第1通过液晶取向剂达到,所述液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷,所述射线敏感性聚有机硅氧烷是使下式(1)表示的化合物与选自具有下式(S-1)表示的重复单元的聚有机硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种反应得到的:
Figure BPA00001168051800031
(式(1)中,RI是氢原子或碳原子数为1~40的一价有机基团,R、R和RV分别独立地为氢原子、甲基、氰基或氟原子,RI为氢原子时R是碳原子数为1~40的一价有机基团,RI为氢原子以外的基团时R为羧基);
Figure BPA00001168051800032
(式(S-1)中,X1表示具有环氧基的一价有机基团,Y1表示羟基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~20的烷基或碳原子数为6~20的芳基)。
本发明的上述目的第2通过液晶取向膜的形成方法达到,所述方法是在基板上涂布上述液晶取向剂形成涂膜,对该涂膜用射线进行辐照。
具体实施方式
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷,所述射线敏感性聚有机硅氧烷是使上式(1)所示的化合物(以下称为“桂皮酸衍生物(1)”)与选自具有上式(S-1)表示的重复单元的聚有机硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种(以下称为“具有环氧基的聚有机硅氧烷”)反应得到的。
本发明中使用的桂皮酸衍生物(1)为上式(1)表示的化合物。上式(1)中的R、R和RV优选分别为氢原子。
桂皮酸衍生物(1)优选为下式(2)表示的化合物或下式(3)表示的化合物:
Figure BPA00001168051800041
(式(2)中,R、R和RV的定义分别与上式(1)中的相同,R为单键、醚键、硫醚键、酯键、硫酯键或酰胺键,R是可以被氟原子取代的碳原子数为1~30的烷基或可以被氟原子取代的碳原子数为3~40的脂环式基团)。
Figure BPA00001168051800042
(式(3)中,R、R和RV的定义分别与上式(1)中的相同,R是可以被氟原子取代的碳原子数为1~30的烷基或可以被氟原子取代的碳原子数为3~40的脂环式基团)。
作为上式(2)中的R,优选为氧原子或酯键(其中,氧原子与基团R结合)。作为R,优选是可以被氟原子取代的碳原子数为1~20的烷基、胆甾烷基、胆甾烯基、环己基或烷基的碳原子数为1~10的烷基环己基。
作为上式(2)表示的化合物的例子,可以列举例如下式(2-1)~(2-10)分别表示的化合物。
Figure BPA00001168051800051
Figure BPA00001168051800061
(式(2-1)和式(2-6)中的a分别为1~20的整数,式(2-2)和式(2-7)中的b分别为1~3的整数,c分别为0~10的整数)。
上式(3)中优选的R是碳原子数为1~20的烷基、基团CdF2d+1CeH2e-(其中,d为1~3的整数,e为0~10的整数)、胆甾烷基、胆甾烯基、环己基或烷基的碳原子数为1~10的烷基环己基。作为该烷基环己基,优选为4-丁基环己基或4-戊基环己基。
这种桂皮酸衍生物(1)可以通过有机化学的常规方法来合成。
例如上式(2-1)~(2-5)分别表示的化合物例如可以通过下述方法合成:使对应于所需化合物的化合物R-OH与卤化偏苯三酸酐反应,合成作为中间体的酯化合物,然后使该酯化合物与4-氨基桂皮酸反应。中间体酯化合物的合成优选在适当的溶剂中,在碱性化合物的存在下进行,可以在此使用的溶剂可以举出例如四氢呋喃等,碱性化合物可以举出例如三乙基胺等。酯化合物与4-氨基桂皮酸的反应可以举出例如,将两者在乙酸中回流的方法,将两者在甲苯或二甲苯中于适当的催化剂(例如硫酸等酸催化剂或三乙基胺等碱催化剂)的存在下回流的方法等。
例如上式(2-6)和(2-7)分别表示的化合物可以通过下述方法合成:使5-羟基酞酸例如在二乙基苯中于回流下脱水闭环形成酸酐后,与4-羟基桂皮酸通过与上述相同的方法反应,合成作为第一中间体的酰亚胺化合物,然后使该酰亚胺化合物与对应于所需化合物的化合物R-X(其中,X为卤原子)反应。该反应优选在适当的溶剂中,在碱性化合物的存在下进行。可以在此使用的溶剂可以举出例如N,N-二甲基乙酰胺等酰胺化合物等,碱性化合物可以举出例如碳酸钾等。
例如上式(2-8)~(2-10)分别表示的化合物可以通过下述方法合成:使对应于所需化合物的化合物R-OH与4-氟邻二甲苯反应,合成作为第一中间体的醚化合物,然后将该醚化合物氧化,进而通过加热使其脱水,合成作为第二中间体的酸酐,使该酸酐与4-氨基桂皮酸反应。第一中间体的醚化合物的合成优选在适当的溶剂中,在碱性化合物的存在下进行。可以在此使用的溶剂可以举出例如四氢呋喃等,碱性化合物可以举出例如叔丁醇钾等。由该醚化合物进行酸酐的合成以及酸酐与4-氨基桂皮酸的反应可以分别按照上式(2-6)和(2-7)分别表示的化合物的合成中的方法来进行。
进一步地,例如上式(3)表示的化合物可以通过下述方法合成:使例如用亚硫酰卤处理4-硝基桂皮酸得到的4-硝基桂皮酰卤与对应于所需化合物的化合物R-OH反应,合成作为第一中间体的酯化合物,然后将该醚化合物具有的硝基还原,以氨基的形式得到第二中间体,进而使该第二中间体与偏苯三酸酐反应。第一中间体的酯化合物的合成优选在三乙基胺等碱性化合物的存在下进行。酯化合物具有的硝基的还原反应优选通过锌与氯化铵的组合或氯化锡等适当的还原体系进行。第二中间体与偏苯三酸酐的反应可以按照上式(2-1)~(2-5)分别表示的化合物的合成中的酯化合物与4-氨基桂皮酸的反应来进行。
<具有环氧基的聚有机硅氧烷>
本发明中使用的具有环氧基的聚有机硅氧烷为选自具有上式(S-1)表示的重复单元的聚有机硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种。
作为上述具有环氧基的聚有机硅氧烷中的X1,优选下式(X1-1)或(X1-2)表示的基团。
Figure BPA00001168051800081
作为Y1的碳原子数为1~10的烷氧基,可以列举例如甲氧基、乙氧基等;作为碳原子数为1~20的烷基,可以列举例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等;作为碳原子数为6~20的芳基,可以列举例如苯基等。
具有环氧基的聚有机硅氧烷通过凝胶渗透色谱(GPC)测定的聚苯乙烯换算重均分子量优选为500~100000,更优选为1000~10000,进一步优选为1000~5000。
这种具有环氧基的聚有机硅氧烷可如下合成:优选将具有环氧基的硅烷化合物或者具有环氧基的硅烷化合物与其它硅烷化合物的混合物优选在适当的有机溶剂、水和催化剂的存在下进行水解或水解-缩合。
作为上述具有环氧基的硅烷化合物,可以列举例如3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷等。
作为上述其它硅烷化合物,可以列举例如四氯硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、三氯硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三正丙氧基硅烷、三异丙氧基硅烷、三正丁氧基硅烷、三仲丁氧基硅烷、氟三氯硅烷、氟三甲氧基硅烷、氟三乙氧基硅烷、氟三正丙氧基硅烷、氟三异丙氧基硅烷、氟三正丁氧基硅烷、氟三仲丁氧基硅烷、甲基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三正丙氧基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、甲基三正丁氧基硅烷、甲基三仲丁氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三氯硅烷、2-(三氟甲基)乙基三甲氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三乙氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三正丙氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三正丁氧基硅烷、2-(三氟甲基)乙基三仲丁氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三氯硅烷、2-(全氟正己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三乙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三正丙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三正丁氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三仲丁氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三氯硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三甲氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三乙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丁氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三仲丁氧基硅烷、羟基甲基三氯硅烷、羟基甲基三甲氧基硅烷、羟基乙基三甲氧基硅烷、羟基甲基三正丙氧基硅烷、羟基甲基三异丙氧基硅烷、羟基甲基三正丁氧基硅烷、羟基甲基三仲丁氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三氯硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三正丙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三正丁氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三仲丁氧基硅烷、3-巯基丙基三氯硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三正丙氧基硅烷、3-巯基丙基三异丙氧基硅烷、3-巯基丙基三正丁氧基硅烷、3-巯基丙基三仲丁氧基硅烷、巯基甲基三甲氧基硅烷、巯基甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三正丙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三正丁氧基硅烷、乙烯基三仲丁氧基硅烷、烯丙基三氯硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三正丙氧基硅烷、烯丙基三异丙氧基硅烷、烯丙基三正丁氧基硅烷、烯丙基三仲丁氧基硅烷、苯基三氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三正丙氧基硅烷、苯基三异丙氧基硅烷、苯基三正丁氧基硅烷、苯基三仲丁氧基硅烷、甲基二氯硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、甲基二正丙氧基硅烷、甲基二异丙氧基硅烷、甲基二正丁氧基硅烷、甲基二仲丁氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二正丙氧基硅烷、二甲基二异丙氧基硅烷、二甲基二正丁氧基硅烷、二甲基二仲丁氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二氯硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二乙氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丙氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二异丙氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丁氧基硅烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二仲丁氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二氯硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二甲氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二乙氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二正丙氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二异丙氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二正丁氧基硅烷、(甲基)(3-巯基丙基)二仲丁氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二氯硅烷、(甲基)(乙烯基)二甲氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二乙氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二正丙氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二异丙氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二正丁氧基硅烷、(甲基)(乙烯基)二仲丁氧基硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二乙烯基二甲氧基硅烷、二乙烯基二乙氧基硅烷、二乙烯基二正丙氧基硅烷、二乙烯基二异丙氧基硅烷、二乙烯基二正丁氧基硅烷、二乙烯基二仲丁氧基硅烷、二苯基二氯硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、二苯基二正丙氧基硅烷、二苯基二异丙氧基硅烷、二苯基二正丁氧基硅烷、二苯基二仲丁氧基硅烷、氯二甲基硅烷、甲氧基二甲基硅烷、乙氧基二甲基硅烷、氯三甲基硅烷、溴三甲基硅烷、碘三甲基硅烷、甲氧基三甲基硅烷、乙氧基三甲基硅烷、正丙氧基三甲基硅烷、异丙氧基三甲基硅烷、正丁氧基三甲基硅烷、仲丁氧基三甲基硅烷、叔丁氧基三甲基硅烷、(氯)(乙烯基)二甲基硅烷、(甲氧基)(乙烯基)二甲基硅烷、(乙氧基)(乙烯基)二甲基硅烷、(氯)(甲基)二苯基硅烷、(甲氧基)(甲基)二苯基硅烷、(乙氧基)(甲基)二苯基硅烷等具有1个硅原子的硅烷化合物,
除此以外,还可以列举例如商品名KC-89、KC-89S、X-21-3153、X-21-5841、X-21-5842、X-21-5843、X-21-5844、X-21-5845、X-21-5846、X-21-5847、X-21-5848、X-22-160AS、X-22-170B、X-22-170BX、X-22-170D、X-22-170DX、X-22-176B、X-22-176D、X-22-176DX、X-22-176F、X-40-2308、X-40-2651、X-40-2655A、X-40-2671、X-40-2672、X-40-9220、X-40-9225、X-40-9227、X-40-9246、X-40-9247、X-40-9250、X-40-9323、X-41-1053、X-41-1056、X-41-1805、X-41-1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR-213、KR-217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(以上由信越化学工业(株)制造);グラスレジン(昭和电工(株)制造);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上由东レ·ダウコ一ニング(株)制造);FZ3711、FZ3722(以上由日本ユニカ一(株)制造);DMS-S12、DMS-S15、DMS-S21、DMS-S27、DMS-S31、DMS-S32、DMS-S33、DMS-S35、DMS-S38、DMS-S42、DMS-S45、DMS-S51、DMS-227、PSD-0332、PDS-1615、PDS-9931、XMS-5025(以上由チツソ(株)制造);硅酸甲酯MS51、硅酸甲酯MS56(以上由三菱化学(株)制造);硅酸乙酯28、硅酸乙酯40、硅酸乙酯48(以上由コルコ一ト(株)制造);GR100、GR650、GR908、GR950(以上由昭和电工(株)制造)等的部分缩合物。
这些其它的硅烷化合物中,优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、巯基甲基三甲氧基硅烷、巯基甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷。
本发明中使用的具有环氧基的聚有机硅氧烷优选其环氧当量为100~10000g/摩尔,更优选为150~1000g/摩尔。因此,优选在合成具有环氧基的聚有机硅氧烷时,设定具有环氧基的硅烷化合物和其它硅烷化合物的使用比例,将所得的聚有机硅氧烷环氧当量调整在上述范围。
合成具有环氧基的聚有机硅氧烷时可使用的有机溶剂例如有烃、酮、酯、醚、醇等。
作为上述烃,可列举甲苯、二甲苯等;
作为上述酮,可列举例如甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、环己酮等;
作为上述酯,可列举例如乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异戊酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;
作为上述醚,可列举例如乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、四氢呋喃、二噁烷等;
作为上述醇,可列举例如1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单正丁基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单正丙基醚等。这些溶剂中优选非水溶性的溶剂。
这些有机溶剂可以单独使用,或者将2种以上混合使用。
有机溶剂的使用量相对于全部硅烷化合物100重量份,优选为10~10000重量份,更优选为50~1000重量份。
制备具有环氧基的聚有机硅氧烷时,水的使用量相对于全部硅烷化合物优选为0.5~100倍摩尔,更优选为1~30倍摩尔。
作为上述催化剂,例如可以使用酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物等。
作为上述碱金属化合物,可列举例如氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾等。
作为上述有机碱,可列举例如乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡咯等有机伯~仲胺;
三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、二氮杂环十一碳烯等有机叔胺;
氢氧化四甲基铵等有机季铵等。这些有机碱中,优选三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶等有机叔胺;氢氧化四甲基铵等有机季铵。
作为制备具有环氧基的聚有机硅氧烷时的催化剂,优选碱金属化合物或有机碱。通过使用碱金属化合物或有机碱作为催化剂,可以不发生环氧基的开环等副反应、而以高水解、缩合速度得到目的聚有机硅氧烷,因此生产稳定性优异,所以优选。另外,含有使用碱金属化合物或有机碱作为催化剂合成的具有环氧基的聚有机硅氧烷和桂皮酸衍生物(1)的反应物的本发明液晶取向剂的保存稳定性非常优异,因此优选。其理由推测如下:如Chemical Reviews,95卷,p1409(1995年)中所指出的,在水解、缩合反应中如果使用碱金属化合物或有机碱作为催化剂,则形成无规结构、梯形结构或笼形结构,得到硅烷醇基的含有比例少的聚有机硅氧烷。由于硅烷醇基的含有比例少,因此硅烷醇基之间的缩合反应得到抑制,进一步地,在本发明的液晶取向剂含有后述的其它聚合物时,硅烷醇基与其它聚合物的缩合反应得到抑制,因此保存稳定性优异。
作为催化剂,特别优选有机碱。有机碱的使用量因有机碱的种类、温度等反应条件而异,应适当设定,例如相对于全部硅烷化合物,优选为0.01~3倍摩尔,更优选为0.05~1倍摩尔。
制备具有环氧基的聚有机硅氧烷时的水解或水解-缩合反应优选通过将具有环氧基的硅烷化合物与根据需要使用的其它硅烷化合物溶解在有机溶剂中,将该溶液与有机碱和水混合,例如通过油浴等加热来实施。
进行水解-缩合反应时,加热温度优选为130℃以下,更优选为40~100℃,优选加热0.5~12小时,更优选加热1~8小时。加热过程中,可以搅拌混合液,也可以置于回流下。
反应结束后,优选将由反应液分离得到的有机溶剂层用水洗涤。进行该洗涤时,从洗涤操作容易的方面考虑,优选使用含有少量盐的水,例如0.2重量%左右的硝酸铵水溶液等来洗涤。洗涤进行到洗涤后的水层变为中性,然后将有机溶剂层根据需要用无水硫酸钙、分子筛等适当的干燥剂干燥后,除去溶剂,由此可以得到具有环氧基的目的聚有机硅氧烷。
在本发明中,具有环氧基的聚有机硅氧烷可以使用市售品。作为这样的市售品,可以列举例如DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(以上由チツソ(株)制备)等。
<射线敏感性聚有机硅氧烷>
本发明使用的射线敏感性聚有机硅氧烷可通过使上述具有环氧基的聚有机硅氧烷与桂皮酸衍生物(1)优选在催化剂的存在下反应来合成。在此,相对于聚有机硅氧烷所具有的环氧基1摩尔,优选使用0.001~1.5摩尔、更优选使用0.01~1摩尔、进一步优选使用0.05~0.9摩尔桂皮酸衍生物(1)。
作为上述催化剂,可以使用有机碱或作为促进环氧化合物和酸酐的反应的所谓固化促进剂公知的化合物。
作为有机碱,可以列举乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡咯等有机伯胺或仲胺;
三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、二氮杂双环十一碳烯等有机叔胺;
氢氧化四甲基铵等有机季铵等。这些有机胺中,优选三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶等有机叔胺;氢氧化四甲基铵等有机季铵。
作为上述固化促进剂,可以列举例如苄基二甲基胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、环己基二甲基胺、三乙醇胺等叔胺;
2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正十一烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羟基甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑鎓偏苯三酸盐、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸盐、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓偏苯三酸盐、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-(2’-正十一烷基咪唑基)乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三嗪、2-甲基咪唑的三聚异氰酸加成物、2-苯基咪唑的三聚异氰酸加成物、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三嗪的三聚异氰酸加成物等咪唑化合物;二苯基膦、三苯基膦、亚磷酸三苯基酯等有机磷化合物;
氯化苄基三苯基鏻、溴化四正丁基鏻、溴化甲基三苯基鏻、溴化乙基三苯基鏻、溴化正丁基三苯基鏻、溴化四苯基鏻、碘化乙基三苯基鏻、乙基三苯基鏻乙酸盐、四正丁基鏻o,o-二乙基二硫代磷酸盐(tetra-n-butylphosphonium o,o-diethylphosphorodithionate)、四正丁基鏻苯并三唑(tetra-n-butylphosphonium benzotriazolate)、四正丁基鏻四氟代硼酸盐、四正丁基鏻四苯基硼酸盐、四苯基鏻四苯基硼酸盐等季鏻盐;
1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、其有机酸盐等二氮杂双环烯烃;
辛酸锌、辛酸锡、铝乙酰丙酮络合物等有机金属化合物;
溴化四乙基铵、溴化四正丁基铵、氯化四乙基铵、氯化四正丁基铵等季铵盐;
三氟化硼、硼酸三苯基酯等硼化合物;
氯化锌、氯化锡等金属卤化物;
双氰胺、胺和环氧树脂的加成物等胺加成型促进剂等高熔点分散型潜在性固化促进剂;
上述咪唑化合物、有机磷化合物、季鏻盐等固化促进剂的表面用聚合物被覆得到的微囊型潜在性固化促进剂;
胺盐型潜在性固化促进剂;
路易斯酸、布朗斯台德酸盐等高温解离型热阳离子聚合型潜在性固化促进剂等潜在性固化促进剂等。
其中,优选溴化四乙基铵、溴化四正丁基铵、氯化四乙基铵、氯化四正丁基铵等季铵盐。
相对于具有环氧基的聚有机硅氧烷100重量份,催化剂优选使用100重量份以下,更优选使用0.01~100重量份,进一步优选使用0.1~20重量份。
反应温度优选为0~200℃,更优选为50~150℃。反应时间优选为0.1~50小时,更优选为0.5~20小时。
射线敏感性聚有机硅氧烷的合成反应根据需要可在有机溶剂存在的条件下进行。作为所述有机溶剂,例如可列举烃化合物、醚化合物、酯化合物、酮化合物、酰胺化合物、醇化合物等。这些中,从原料和产物的溶解性以及产物的纯化容易性角度考虑,优选醚化合物、酯化合物、酮化合物。溶剂以固体成分浓度(反应溶液中除溶剂以外的成分的总重量占溶液总重量的比例)优选为0.1重量%以上、更优选为5~50重量%的量使用。
本发明的射线敏感性聚有机硅氧烷是通过环氧基的开环加成向具有环氧基的聚有机硅氧烷中导入来自桂皮酸衍生物(1)的结构。该制备方法简便、并且从可提高来自桂皮酸衍生物的结构的导入率的角度考虑,是非常合适的方法。
而且,在合成本发明的射线敏感性有机聚硅氧烷时,可将上述桂皮酸衍生物(1)的一部分用下式(4)表示的化合物替代。
RIX-Z    (4)
(式(4)中,RIX是可以被氟原子取代的碳原子数为4~20的烷基或含有脂环式基团的碳原子数为3~40的一价有机基团,Z为选自羧基、羟基、-SH、-NCO、-NHR、-CH=CH2和-SO2Cl中的一价基团)。
作为式(4)中的RIX,优选是具有可以被氟原子取代的烷基(其中该烷基的碳原子数为8~20)的烷基苯基或具有可以被氟原子取代的烷氧基(其中该烷氧基的碳原子数为8~20)的烷氧基苯基。作为Z,优选为羧基。
作为上式(4)表示的化合物的具体例子,可以列举例如下式(4-1)~(4-4)表示的化合物等,
CfF2f+1CgH2g-COOH    (4-1)
Figure BPA00001168051800161
(式(4-1)中,f为1~3的整数,g为3~18的整数,式(4-2)中,h为5~20的整数,式(4-3)中,i为0~18的整数,j为1~3的整数,式(4-4)中,k为1~18的整数)。上式(4)表示的化合物中优选为上式(4-3)表示的化合物,更优选为下式(4-3-1)~(4-3-3)分别表示的化合物。
Figure BPA00001168051800171
上式(4)表示的化合物可以在与桂皮酸衍生物(1)相同的反应条件下,与具有环氧基的聚有机硅氧烷反应,导入到感光性聚有机硅氧烷中。相对于桂皮酸衍生物(1)与上式(4)表示的化合物的合计,上式(4)表示的化合物优选以50摩尔%以下,更优选以33摩尔%以下的比例使用。其中,上式(4)表示的化合物的使用比例如果超过桂皮酸衍生物(1)的使用比例,则将得到的液晶显示元件置于ON(电压施加状态)时,有时出现产生异常区域的不良情况。
<其它成分>
本发明的液晶取向剂含有上述射线敏感性聚有机硅氧烷。
本发明的液晶取向剂中,除了上述射线敏感性聚有机硅氧烷之外,在不损害本发明效果的范围,还可以含有其它成分。作为这种其它成分,可列举例如射线敏感性聚有机硅氧烷以外的聚合物(以下称为“其它聚合物”)、固化剂、固化催化剂、固化促进剂、分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下称为“环氧化合物”)、官能性硅烷化合物、表面活性剂等。
<其它聚合物>
为了进一步改善本发明的液晶取向剂的溶液特性和所得到的液晶取向膜的电学特性,可以使用上述其它聚合物。作为所述其它聚合物,可列举例如选自聚酰胺酸和聚酰亚胺中的至少一种聚合物、选自下式(S-2)表示的聚硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种(以下称为“其它聚硅氧烷”)、聚酰胺酸酯、聚酯、聚酰胺、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基马来酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。
Figure BPA00001168051800181
(式(S-2)中,X2为羟基、卤原子、碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为1~6的烷氧基或碳原子数为6~20的芳基,Y2为羟基或碳原子数为1~10的烷氧基)。
[聚酰胺酸]
上述聚酰胺酸可通过使四羧酸二酐与二胺反应得到。
作为可用于合成聚酰胺酸的四羧酸二酐,可列举例如丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二环己基四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-乙酸二酐、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、双环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02.6]十一碳烷-3,5,8,10-四酮、下式(T-I)和(T-Ⅱ)分别表示的化合物等脂肪族四羧酸二酐或脂环式四羧酸二酐;
Figure BPA00001168051800191
(式(T-I)和(T-Ⅱ)中,R1和R3分别为具有芳环的二价有机基团,R2和R4分别为氢原子或烷基,存在的多个R2和R4可以分别相同或不同。)
均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二甲基二苯基硅烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-四苯基硅烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基二酞酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐、双(酞酸)苯基氧化膦二酐、对亚苯基双(三苯基酞酸)二酐、间亚苯基双(三苯基酞酸)二酐、双(三苯基酞酸)-4,4’-二苯醚二酐、双(三苯基酞酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇双(偏苯三酸酐酯)、丙二醇(偏苯三酸酐酯)、1,4-丁二醇双(偏苯三酸酐酯)、1,6-己二醇双(偏苯三酸酐酯)、1,8-辛二醇双(偏苯三酸酐酯)、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷双(偏苯三酸酐酯)、下式(T-1)~(T-4)分别表示的化合物等芳香族四羧酸二酐。上述芳香族四羧酸二酐的苯环可以被1个或2个以上的碳原子数为1~4的烷基(优选为甲基)取代。这些四羧酸二酐可单独使用或将2种以上组合使用。
Figure BPA00001168051800201
其中,从可以表现出良好的液晶取向性的观点考虑,优选丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、双环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02.6]十一碳烷-3,5,8,10-四酮、均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯砜四羧酸二酐、2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、上式(T-I)表示的化合物中的下式(T-5)~(T-7)分别表示的化合物
和上式(T-Ⅱ)表示的化合物中的下式(T-8)表示的化合物。
作为特别优选的化合物,可列举1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02.6]十一碳烷-3,5,8,10-四酮、均苯四甲酸二酐和上式(T-5)表示的化合物。
作为可用于合成上述聚酰胺酸的二胺,可列举例如对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基乙烷、4,4’-二氨基二苯基硫醚、4,4’-二氨基二苯基砜、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基-N-苯甲酰苯胺、4,4’-二氨基二苯基醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、5-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、6-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、3,4’-二氨基二苯基醚、3,3’-二氨基二苯甲酮、3,4’-二氨基二苯甲酮、4,4’-二氨基二苯甲酮、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、9,9-双(4-氨基苯基)-10-氢蒽、2,7-二氨基芴、9,9-二甲基-2,7-二氨基芴、9,9-双(4-氨基苯基)芴、4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺)、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯、1,4,4’-(对亚苯基异亚丙基)双苯胺、4,4’-(间亚苯基异亚丙基)双苯胺、2,2’-双[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二氨基-2,2’-双(三氟甲基)联苯、4,4’-双[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]八氟联苯等芳香族二胺;
1,1-间苯二甲胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,4-二氨基环己烷、异佛尔酮二胺、四氢二环戊二烯基二胺(テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン)、六氢-4,7-桥亚甲基亚茚满基二亚甲基二胺(メタノインダニレンジメチレンジアミン)、三环[6.2.1.02,7]-十一碳烯二甲基二胺、4,4’-亚甲基双(环己胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷等脂肪族二胺和脂环式二胺;
2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、5,6-二氨基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二氨基-2,4-二羟基嘧啶、2,4-二氨基-6-二甲基氨基-1,3,5-三嗪、1,4-双(3-氨基丙基)哌嗪、2,4-二氨基-6-异丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、4,6-二氨基-2-乙烯基-s-三嗪、2,4-二氨基-5-苯基噻唑、2,6-二氨基嘌呤、5,6-二氨基-1,3-二甲基尿嘧啶、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸酯、3,8-二氨基-6-苯基菲啶、1,4-二氨基哌嗪、3,6-二氨基吖啶、双(4-氨基苯基)苯基胺、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、N-乙基-3,6-二氨基咔唑、N-苯基-3,6-二氨基咔唑、N,N’-二(4-氨基苯基)联苯胺、下式(D-I)表示的化合物、下式(D-Ⅱ)表示的化合物等分子内具有两个伯胺基和该伯胺基以外的氮原子的二胺、下式(D-Ⅲ)表示的单取代亚苯基二胺、下式(D-Ⅳ)表示的化合物等二氨基有机硅氧烷;
Figure BPA00001168051800231
(式(D-I)中,R5为选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶和哌嗪中的具有含有氮原子的环结构的一价有机基团,X3为二价有机基团。)
(式(D-Ⅱ)中,R6为选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶和哌嗪中的具有含有氮原子的环结构的二价有机基团,X4分别表示二价有机基团,存在的多个X4可以分别相同或不同。)
Figure BPA00001168051800241
(式(D-Ⅲ)中,R7为选自-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-和-CO-中的二价有机基团,R8是具有甾体(steroid)骨架、三氟甲基苯基、三氟甲氧基苯基或氟化苯基的一价有机基团或者碳原子数为6~30的烷基。)
Figure BPA00001168051800242
(式(D-Ⅳ)中,R9分别是碳原子数为1~12的烃基,存在的多个R9可以分别相同或不同,p分别为1~3的整数,q为1~20的整数。)
下式(D-1)~(D-5)分别表示的化合物等。
Figure BPA00001168051800243
Figure BPA00001168051800251
(式(D-4)中的y为2~12的整数,式(D-5)中的z为1~5的整数)。上述芳香族二胺、上式(D-I)~(D-Ⅲ)和(D-1)~(D-5)分别表示的化合物的苯环可以被1个或2个以上的碳原子数为1~4的烷基(优选为甲基)取代。这些二胺可单独使用或将2种以上组合使用。
其中,优选为对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基硫醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、2,7-二氨基芴、4,4’-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-双(4-氨基苯基)芴、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4’-(对亚苯基二异亚丙基)双苯胺、4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)双苯胺、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯、1,4-环己二胺、4,4’-亚甲基双(环己基胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷、上式(D-1)~(D-5)表示的化合物、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基吖啶、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、N-乙基-3,6-二氨基咔唑、N-苯基-3,6-二氨基咔唑、N,N’-二(4-氨基苯基)联苯胺、上式(D-I)表示的化合物中的下式(D-6)表示的化合物、上式(D-Ⅱ)表示的化合物中的下式(D-7)表示的化合物、上式(D-Ⅲ)表示的化合物中的十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十五烷氧基-2,4-二氨基苯、十六烷氧基-2,4-二氨基苯、十八烷氧基-2,4-二氨基苯、十二烷氧基-2,5-二氨基苯、十五烷氧基-2,5-二氨基苯、十六烷氧基-2,5-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯、下式(D-8)~(D-16)分别表示的化合物和上式(D-Ⅳ)表示的化合物中的1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷。
Figure BPA00001168051800261
Figure BPA00001168051800271
Figure BPA00001168051800281
供给到聚酰胺酸合成反应的四羧酸二酐和二胺的使用比例如下:优选相对于二胺中含有的氨基1当量,四羧酸二酐的酸酐基为0.2~2当量的比例,更优选为0.3~1.2当量的比例。
聚酰胺酸的合成反应优选在有机溶剂中优选在-20℃~150℃、更优选0~100℃的温度条件下优选进行1~48小时,更优选进行2~10小时。在此,作为有机溶剂,只要可溶解所合成的聚酰胺酸,则没有特别限制,例如可列举N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基咪唑烷酮、二甲亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺等非质子类极性溶剂;间甲酚、二甲酚、苯酚、卤代苯酚等酚类溶剂。此外,有机溶剂的使用量(a)优选为如下的量:使四羧酸二酐和二胺的总量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)优选为0.1~30重量%的量。而且,将有机溶剂与下述不良溶剂并用时,上述有机溶剂的使用量(a)指的是有机溶剂与不良溶剂的总计使用量。
上述有机溶剂中,可以在所产生的聚酰胺酸不会析出的范围内并用通常认为是聚酰胺酸的不良溶剂的醇、酮、酯、醚、卤代烃、烃等。作为这些不良溶剂的具体例子,可以列举例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇单甲基醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基-异丁基酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、二乙基醚、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇异丙基醚、乙二醇正丁基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单甲基醚乙酸酯、二甘醇单乙基醚乙酸酯、四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚等。
制备聚酰胺酸时,在有机溶剂中并用上述不良溶剂的情况下,可以将该使用比例适当地设定在所产生的聚酰胺酸不会析出的范围内,但是优选为总溶剂中的50重量%以下,更优选为20重量%以下。
如上可得到溶解聚酰胺酸而成的反应溶液。该反应溶液可直接用于制备液晶取向剂,也可分离反应溶液中所含的聚酰胺酸后用于制备液晶取向剂,还可以将分离的聚酰胺酸纯化后用于制备液晶取向剂。聚酰胺酸的分离可通过下述方法进行:将上述反应溶液注入大量不良溶剂中得到析出物,将该析出物在减压下干燥的方法、或者将反应溶液用旋转蒸发器减压蒸馏的方法。另外,可通过将该聚酰胺酸再次溶解于有机溶剂中,接着用不良溶剂析出的方法,或进行1次或数次用旋转蒸发器减压蒸馏的工序的方法来纯化聚酰胺酸。
[聚酰亚胺]
上述聚酰亚胺可以通过将四羧酸二酐与二胺反应得到的聚酰胺酸脱水闭环来合成。
作为上述聚酰亚胺的合成中使用的四羧酸二酐,可以列举与上述聚酰胺酸的合成中使用的四羧酸二酐相同的化合物。
作为在本发明中用于合成聚酰亚胺的四羧酸二酐,优选使用含有脂环式四羧酸二酐的四羧酸二酐。作为特别优选的脂环式四羧酸二酐,可以列举2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐或4,9-二氧杂三环[5.3.1.02.6]十一碳烷-3,5,8,10-四酮。
合成上述聚酰亚胺时,可以将脂环式四羧酸二酐与其它的四羧酸二酐并用。此时,脂环式四羧酸二酐在全部四羧酸二酐中所占的比例优选为10摩尔%以上,更优选为50摩尔%以上。
作为在上述聚酰亚胺的合成中使用的二胺,可以列举与上述聚酰胺酸的合成中使用的二胺相同的化合物。
作为在本发明的聚酰亚胺的合成中使用的二胺,优选使用含有上式(D-Ⅲ)表示的二胺的二胺。作为优选的具体例子,可以列举上式(D-Ⅲ)表示的化合物中的十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十五烷氧基-2,4-二氨基苯、十六烷氧基-2,4-二氨基苯、十八烷氧基-2,4-二氨基苯、十二烷氧基-2,5-二氨基苯、十五烷氧基-2,5-二氨基苯、十六烷氧基-2,5-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯和上式(D-8)~(D-16)分别表示的化合物。
合成上述聚酰亚胺时,还可以将上式(D-Ⅲ)表示的二胺与其它的二胺并用。作为其它二胺中的优选化合物,可以列举对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基硫醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、2,7-二氨基芴、4,4’-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-双(4-氨基苯基)芴、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4’-(对亚苯基二异亚丙基)双苯胺、4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)双苯胺、1,4-环己二胺、4,4’-亚甲基双(环己基胺)、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯、上式(D-1)~(D-5)分别表示的化合物、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基吖啶、N,N’-二(4-氨基苯基)联苯胺、N,N’-二(4-氨基苯基)-N,N’-二甲基联苯胺、上式(D-I)表示的化合物中的上式(D-6)表示的化合物、上式(D-Ⅱ)表示的化合物中的上式(D-7)表示的化合物和上式(D-Ⅳ)表示的化合物中的1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷等。将上式(D-Ⅲ)表示的二胺与其它的二胺并用时,上式(D-Ⅲ)表示的二胺相对于全部二胺优选使用0.5重量%以上,特别优选使用1重量%以上。
可以在本发明中使用的聚酰亚胺的脱水闭环反应可以通过如下方法进行:(i)加热聚酰胺酸的方法,或者(ii)将聚酰胺酸溶解在有机溶剂中,在该溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂,根据需要进行加热的方法。
上述(i)加热聚酰胺酸的方法中的反应温度优选为50~200℃,更优选60~170℃。反应温度低于50℃时,脱水闭环反应难以充分进行,反应温度超过200℃时,有时所得聚酰亚胺的分子量会降低。加热聚酰胺酸的方法中的反应时间优选为0.5~48小时,更优选为2~20小时。
另一方面,在上述(ii)往聚酰胺酸溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂的方法中,作为脱水剂,可以使用例如醋酸酐、丙酸酐、三氟醋酸酐等酸酐。脱水剂的使用量优选相对于酰胺酸结构1摩尔为0.01~20摩尔。此外,作为脱水闭环催化剂,可以使用例如吡啶、三甲吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等叔胺,但并不限于这些。脱水闭环催化剂的使用量优选相对于所使用的脱水剂1摩尔为0.01~10摩尔。作为用于脱水闭环反应的有机溶剂,可以举出作为用于合成聚酰胺酸的溶剂列举的有机溶剂。脱水闭环反应的反应温度优选为0~180℃,更优选为10~150℃。反应时间优选为0.5~24小时,更优选为1~10小时。
上述方法(i)中得到的聚酰亚胺可以直接用于制备液晶取向剂,或将得到的聚酰亚胺纯化后用于制备液晶取向剂。另一方面,在上述方法(ii)中,得到含有聚酰亚胺的反应溶液。该反应溶液可以直接用于制备液晶取向剂,也可以从反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂后用于制备液晶取向剂,还可以分离聚酰亚胺后用于制备液晶取向剂,或将分离的聚酰亚胺纯化后用于制备液晶取向剂。从反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂时,可以采用例如溶剂置换等方法。聚酰亚胺的分离、纯化可以通过与上述聚酰胺酸的分离、纯化方法相同的操作进行。
可以在本发明中使用的聚酰亚胺,可以为酰胺酸结构全部脱水得到的聚酰亚胺,或者酰胺酸结构中的一部分脱水闭环,酰亚胺环结构与酰胺酸结构并存的聚酰亚胺。
可以在本发明中使用的聚酰亚胺中的酰亚胺化率优选为80%以上,进一步优选为85%以上。其中,“酰亚胺化率”指的是以百分率表示的酰亚胺环的数目相对于聚合物中的酰胺酸结构的数目与酰亚胺环的数目的总计的比例。此时,酰亚胺环的一部分可以为异酰亚胺环。酰亚胺化率可以如下求得:将聚酰亚胺溶解在适当的氘代溶剂(例如氘代二甲亚砜)中,以四甲基硅烷作为基准物质、在室温下测定1H-NMR,由得到的结果通过下述数学式(i)求得上述酰亚胺化率。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100        (i)
(数学式(i)中,A1为在化学位移10ppm附近出现的来自NH基的质子的峰面积,A2为来自其它质子的峰面积,α为其它质子的个数相对于聚酰亚胺的前体(聚酰胺酸)中的NH基的1个质子的比例)。
-末端修饰型的聚合物-
上述聚酰胺酸和聚酰亚胺可以为调节了分子量的末端修饰型的聚合物。这种末端修饰型的聚合物在合成聚酰胺酸时,可以通过在反应体系中添加分子量调节剂来合成。作为上述分子量调节剂,可以列举例如酸单酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等。
其中,作为酸单酐,可以列举例如马来酸酐、酞酸酐、衣康酸酐、正癸基琥珀酸酐、正十二烷基琥珀酸酐、正十四烷基琥珀酸酐、正十六烷基琥珀酸酐等。此外,作为单胺化合物,可以列举例如,苯胺、环己胺、正丁基胺、正戊基胺、正己基胺、正庚基胺、正辛基胺、正壬基胺、正癸基胺、正十一烷基胺、正十二烷基胺、正十三烷基胺、正十四烷基胺、正十五烷基胺、正十六烷基胺、正十七烷基胺、正十八烷基胺、正二十烷基胺等。此外,作为单异氰酸酯化合物,可以列举例如苯基异氰酸酯、萘基异氰酸酯等。
分子量调节剂的用量,相对于合成聚酰胺酸时使用的四羧酸二酐与二胺的总计100重量份,优选为20重量份以下,更优选为5重量份以下。
-溶液粘度-
如上得到的聚酰胺酸或聚酰亚胺为浓度10重量%的溶液时,优选具有20~800mPa·s的溶液粘度,更优选具有30~500mPa·s的溶液粘度。
上述聚合物的溶液粘度(mPa·s)是使用该聚合物的良溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮),使用E型旋转粘度计在25℃下对10重量%浓度的聚合物溶液进行测定得到的值。
[其它聚硅氧烷]
作为选自具有上式(S-2)表示的重复单元的聚硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少1种(其它聚硅氧烷),优选上式(S-2)中X2为碳原子数1~20的烷基或碳原子数6~20的芳基的聚有机硅氧烷。
上述其它聚硅氧烷例如可以通过将选自烷氧基硅烷化合物和卤化硅烷化合物中的至少一种硅烷化合物(以下称为“原料硅烷化合物”)优选在适当的有机溶剂中在水和催化剂存在的条件下水解或水解-缩合而合成。
作为在此使用的原料硅烷化合物,可以列举例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、四氯硅烷;甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三正丙氧基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、甲基三正丁氧基硅烷、甲基三仲丁氧基硅烷、甲基三叔丁氧基硅烷、甲基三苯氧基硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三正丙氧基硅烷、乙基三异丙氧基硅烷、乙基三正丁氧基硅烷、乙基三仲丁氧基硅烷、乙基三叔丁氧基硅烷、乙基三氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三氯硅烷;二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二氯硅烷;三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷等。这些中,优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷或三甲基乙氧基硅烷。
合成其它聚硅氧烷时,作为可任意使用的有机溶剂,可以列举例如醇化合物、酮化合物、酰胺化合物或酯化合物或其它非质子性化合物。它们可以单独使用或将2种以上组合使用。
作为上述醇化合物,可以列举例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、2-甲基丁醇、仲戊醇、叔戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、仲己醇、2-乙基丁醇、仲庚醇、3-庚醇、正辛醇、2-乙基己醇、仲辛醇、正壬基醇、2,6-二甲基庚-4-醇、正癸醇、仲十一醇、三甲基壬基醇、仲十四烷基醇、仲十七烷基醇、苯酚、环己醇、甲基环己醇、3,3,5-三甲基环己醇、苄醇、二丙酮醇等一元醇化合物;
乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,5-己二醇、2,4-庚二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二甘醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等多元醇化合物;
乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单丁基醚、乙二醇单己基醚、乙二醇单苯基醚、乙二醇单-2-乙基丁基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丙基醚、二甘醇单丁基醚、二甘醇单己基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单丙基醚、丙二醇单丁基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙基醚、二丙二醇单丙基醚等多元醇化合物的部分醚等。这些醇化合物可以使用1种或将2种以上组合使用。
作为上述酮化合物,可以列举丙酮、甲基乙基酮、甲基-正丙基酮、甲基-正丁基酮、二乙基酮、甲基-异丁基酮、甲基-正戊基酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二异丁基酮、三甲基壬酮、环己酮、2-己酮、甲基环己酮、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮、小茴香酮等单酮化合物;
乙酰丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、2,4-辛二酮、3,5-辛二酮、2,4-壬二酮、3,5-壬二酮、5-甲基-2,4-己二酮、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮、1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-庚二酮等β-二酮化合物等。这些酮化合物可以使用1种或将2种以上组合使用。
作为上述酰胺化合物,可以列举例如甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰基吗啉、N-甲酰基哌啶、N-甲酰基吡咯烷、N-乙酰基吗啉、N-乙酰基哌啶、N-乙酰基吡咯烷等。这些酰胺化合物可以使用1种或将2种以上组合使用。
作为上述酯化合物、可以举出例如碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正戊酯、乙酸仲戊酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸环己酯、乙酸甲基环己酯、乙酸正壬酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙二醇酯单甲基醚、乙酸乙二醇酯单乙基醚、乙酸二甘醇酯单甲基醚、乙酸二甘醇酯单乙基醚、乙酸二甘醇酯单正丁基醚、乙酸丙二醇酯单甲基醚、乙酸丙二醇酯单乙基醚、乙酸丙二醇酯单丙基醚、乙酸丙二醇酯单丁基醚、乙酸二丙二醇酯单甲基醚、乙酸二丙二醇酯单乙基醚、乙二醇二乙酸酯、甲氧基三甘醇乙酸酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸异戊酯、草酸二乙酯、草酸二正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、丙二酸二乙酯、酞酸二甲酯、酞酸二乙酯等。这些酯化合物可以使用1种,或将2种以上组合使用。
作为上述其它非质子性化合物,可以举出例如乙腈、二甲基亚砜、N,N,N’,N’-四乙基磺酰胺、六甲基磷酰三胺、N-甲基吗啉酮、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、N-甲基-Δ3-吡咯啉、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基哌嗪、N-甲基咪唑、N-甲基-4-哌啶酮、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,3-二甲基-四氢-2(1H)-嘧啶酮等。
这些溶剂中,特别优选多元醇化合物、多元醇化合物的部分醚或酯化合物。
合成其它的聚硅氧烷时使用的水的量相对于原料硅烷化合物所具有的烷氧基和卤原子的总量1摩尔,优选为0.5~100摩尔,更优选为1~30摩尔,进一步优选为1~1.5摩尔。
合成其它的聚硅氧烷时可以使用的催化剂例如可以为金属螯合物、有机酸、无机酸、有机碱、氨、碱金属化合物等。
作为上述金属螯合物,可以举出例如三乙氧基单(乙酰丙酮)钛、三正丙氧基单(乙酰丙酮)钛、三异丙氧基单(乙酰丙酮)钛、三正丁氧基单(乙酰丙酮)钛、三仲丁氧基单(乙酰丙酮)钛、三叔丁氧基单(乙酰丙酮)钛、二乙氧基双(乙酰丙酮)钛、二正丙氧基双(乙酰丙酮)钛、二异丙氧基双(乙酰丙酮)钛、二正丁氧基双(乙酰丙酮)钛、二仲丁氧基双(乙酰丙酮)钛、二叔丁氧基双(乙酰丙酮)钛、单乙氧基三(乙酰丙酮)钛、单正丙氧基三(乙酰丙酮)钛、单异丙氧基三(乙酰丙酮)钛、单正丁氧基三(乙酰丙酮)钛、单仲丁氧基三(乙酰丙酮)钛、单叔丁氧基三(乙酰丙酮)钛、四(乙酰丙酮)钛、三乙氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、三正丙氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、三异丙氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、三正丁氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、三仲丁氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、三叔丁氧基单(乙基乙酰丙酮)钛、二乙氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、二正丙氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、二异丙氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、二正丁氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、二仲丁氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、二叔丁氧基双(乙基乙酰丙酮)钛、单乙氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、单正丙氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、单异丙氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、单正丁氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、单仲丁氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、单叔丁氧基三(乙基乙酰丙酮)钛、四(乙基乙酰丙酮)钛、单(乙酰丙酮)三(乙基乙酰丙酮)钛、双(乙酰丙酮)双(乙基乙酰丙酮)钛、三(乙酰丙酮)单(乙基乙酰丙酮)钛等钛螯合物;
三乙氧基单(乙酰丙酮)锆、三正丙氧基单(乙酰丙酮)锆、三异丙氧基单(乙酰丙酮)锆、三正丁氧基单(乙酰丙酮)锆、三仲丁氧基单(乙酰丙酮)锆、三叔丁氧基单(乙酰丙酮)锆、二乙氧基双(乙酰丙酮)锆、二正丙氧基双(乙酰丙酮)锆、二异丙氧基双(乙酰丙酮)锆、二正丁氧基双(乙酰丙酮)锆、二仲丁氧基双(乙酰丙酮)锆、二叔丁氧基双(乙酰丙酮)锆、单乙氧基三(乙酰丙酮)锆、单正丙氧基三(乙酰丙酮)锆、单异丙氧基三(乙酰丙酮)锆、单正丁氧基三(乙酰丙酮)锆、单仲丁氧基三(乙酰丙酮)锆、单叔丁氧基三(乙酰丙酮)锆、四(乙酰丙酮)锆、三乙氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、三正丙氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、三异丙氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、三正丁氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、三仲丁氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、三叔丁氧基单(乙基乙酰丙酮)锆、二乙氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、二正丙氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、二异丙氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、二正丁氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、二仲丁氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、二叔丁氧基双(乙基乙酰丙酮)锆、单乙氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、单正丙氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、单异丙氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、单正丁氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、单仲丁氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、单叔丁氧基三(乙基乙酰丙酮)锆、四(乙基乙酰丙酮)锆、单(乙酰丙酮)三(乙基乙酰丙酮)锆、双(乙酰丙酮)双(乙基乙酰丙酮)锆、三(乙酰丙酮)单(乙基乙酰丙酮)锆等锆螯合物;
三(乙酰丙酮)铝、三(乙基乙酰丙酮)铝等铝螯合物等。
作为上述有机酸,可以列举例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、马来酸、甲基丙二酸、己二酸、癸二酸、没食子酸、丁酸、苯六甲酸、花生四烯酸、莽草酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、水杨酸、苯甲酸、对氨基苯甲酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、单氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、甲酸、丙二酸、磺酸、酞酸、富马酸、柠檬酸、酒石酸等。
作为上述无机酸,可以举出盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸等。
作为上述有机碱,可以举出例如吡啶、吡咯、哌嗪、吡咯烷、哌啶、甲基吡啶、三甲基胺、三乙基胺、单乙醇胺、二乙醇胺、二甲基单乙醇胺、单甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮杂双环辛烷、二氮杂双环壬烷、二氮杂双环十一碳烯、氢氧化四甲基铵等。
作为上述碱金属化合物,可以举出例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙等。
这些催化剂可以使用1种,或将2种以上一起使用。
这些催化剂中,优选使用金属螯合物、有机酸或无机酸,更优选钛螯合物或有机酸。
催化剂的使用量相对于原料硅烷化合物100重量份优选为0.001~10重量份,更优选为0.001~1重量份。
合成其它聚硅氧烷时添加的水可以断续地或连续地添加到作为原料的硅烷化合物中或硅烷化合物溶解在有机溶剂中得到的溶液中。
催化剂可以预先添加到作为原料的硅烷化合物中或硅烷化合物溶解在有机溶剂中得到的溶液中,或预先溶解或分散到所添加的水中。
合成其它聚硅氧烷时的反应温度优选为0~100℃,更优选为15~80℃。反应时间优选为0.5~24小时,更优选为1~8小时。
[其它聚合物的使用比例]
本发明的液晶取向剂在含有上述本发明的含桂皮酸的聚硅氧烷同时含有其它聚合物时,其它聚合物的含量相对于射线敏感性聚有机硅氧烷100重量份优选为10000重量份以下。其它聚合物的更优选的含量根据其它聚合物的种类不同而不同。
本发明的液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷以及选自聚酰胺酸和聚酰亚胺中的至少一种聚合物时,两者更优选的使用比例为:相对于射线敏感性聚有机硅氧烷100重量份,聚酰胺酸和聚酰亚胺的总量为100~5000重量份,进一步优选为200~2000重量份。
另一方面,本发明的液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷和其它聚硅氧烷时,两者更优选的使用比例为:相对于本发明的含桂皮酸的聚硅氧烷100重量份,其它聚硅氧烷的量为100~2000重量份。
本发明的液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷的同时含有其它聚合物时,作为其它聚合物的种类,优选为选自聚酰胺酸和聚酰亚胺中的至少1种聚合物或其它聚硅氧烷。
<固化剂、固化催化剂和固化促进剂>
为了使射线敏感性聚有机硅氧烷的交联反应更强固,本发明的液晶取向剂可以含有上述固化剂和固化催化剂,为了促进固化剂所掌管的固化反应,本发明的液晶取向剂可以含有上述固化促进剂。
作为上述固化剂,可以使用具有环氧基的固化性化合物或含有具有环氧基的化合物的固化性组合物的固化中通常使用的固化剂。可列举例如多元胺、多元羧酸酐、多元羧酸。
作为上述多元羧酸酐,可以列举例如环己烷三羧酸的酐和其它多元羧酸酐。
作为环己烷三羧酸酐的具体例子,可以列举例如环己烷-1,3,4-三羧酸-3,4-酐、环己烷-1,3,5-三羧酸-3,5-酐、环己烷-1,2,3-三羧酸-2,3-酸酐等,作为其它多元羧酸酐,可以列举例如4-甲基四氢酞酸酐、甲基降冰片烯二酸酐(methylnadic anhydride)、十二碳烯基琥珀酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐、酞酸酐、偏苯三酸酐、下式(5)
Figure BPA00001168051800391
(式(5)中,r为1~20的整数。)
表示的化合物和聚酰胺酸的合成中通常使用的四羧酸二酐,除此以外,还可以列举α-萜品烯、别罗勒烯等具有共轭双键的脂环式化合物和马来酸酐的第尔斯-阿尔德反应产物以及它们的氢化物等。
作为上述固化催化剂,可列举例如六氟化锑化合物、六氟化磷化合物、三乙酰丙酮铝等。这些催化剂通过加热可以催化环氧基的阳离子聚合。
作为上述固化促进剂,可列举例如咪唑化合物;
季鏻化合物;
季铵化合物;
1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯、其有机酸盐等二氮杂二环烯烃;
辛酸锌、辛酸锡、乙酰丙酮铝络合物等有机金属化合物;
三氟化硼、硼酸三苯基酯等硼化合物;氯化锌、氯化锡等金属卤化物;
双氰胺、胺和环氧树脂的加成物等胺加成型促进剂等高熔点分散型潜在性固化促进剂;
季鏻盐等表面被聚合物被覆的微囊型潜在性固化促进剂;
胺盐型潜在性固化促进剂;
路易斯酸盐、布朗斯台德酸盐等高温解离型热阳离子聚合型潜在性固化促进剂等。
<环氧化合物>
从提高本发明的液晶取向剂与基板表面的粘结性的角度考虑,可以使用上述环氧化合物。
作为所述环氧化合物,可以优选列举乙二醇二缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚、丙二醇二缩水甘油基醚、三丙二醇二缩水甘油基醚、聚丙二醇二缩水甘油基醚、新戊二醇二缩水甘油基醚、1,6-己二醇二缩水甘油基醚、甘油二缩水甘油基醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油基醚、1,3,5,6-四缩水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-间二甲苯二胺、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、N,N-二缩水甘油基-苄基胺、N,N-二缩水甘油基-氨基甲基环己烷等。这些环氧化合物的使用比例,相对于聚合物的总计(射线敏感性聚有机硅氧烷和其它聚合物的总计,以下相同)100重量份,优选为40重量份以下,更优选为0.1~30重量份。
<官能性硅烷化合物>
作为上述官能性硅烷化合物,可以列举例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苄基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
这些官能性硅烷化合物的使用比例,相对于聚合物的总计100重量份,优选为4重量份以下。
<表面活性剂>
作为上述表面活性剂,可以列举例如非离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、两性表面活性剂、硅氧烷表面活性剂、聚环氧烷烃表面活性剂、含氟表面活性剂等。
本发明的液晶取向剂含有表面活性剂时,作为其含有比例,相对于液晶取向剂总量100重量份,优选为10重量份以下,更优选为1重量份以下。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂如上所述含有射线敏感性聚有机硅氧烷作为必须成分,此外根据需要可以含有其它成分,优选制备成各成分溶解在有机溶剂中得到的溶液状的组合物。
可用于制备本发明的液晶取向剂的有机溶剂优选为溶解射线敏感性聚有机硅氧烷和任意使用的其它成分但不与它们反应的溶剂。
可优选用于本发明的液晶取向剂的有机溶剂因任意添加的其它聚合物的种类不同而不同。
本发明的液晶取向剂含有射线敏感性聚有机硅氧烷和选自聚酰胺酸和聚酰亚胺中的至少一种聚合物时优选的有机溶剂可以列举作为合成聚酰胺酸的反应中所用的有机溶剂列举的溶剂。此时,可以适当选择作为合成聚酰胺酸的反应时可以并用的不良溶剂而列举的不良溶剂来并用。作为此时可以使用的特别优选的有机溶剂,可以列举例如N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、γ-丁内酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲基醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇异丙基醚、乙二醇正丁基醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单甲基醚乙酸酯、二甘醇单乙基醚乙酸酯、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚等。它们可单独使用或将2种以上混合使用。
另一方面,本发明的液晶取向剂作为聚合物仅含有射线敏感性聚有机硅氧烷时,或含有射线敏感性聚有机硅氧烷和其它聚硅氧烷时,优选的有机溶剂可列举例如1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇单乙基醚、丙二醇单丙基醚、丙二醇单丁基醚、丙二醇单乙酸酯、二丙二醇甲基醚、二丙二醇乙基醚、二丙二醇丙基醚、二丙二醇二甲基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单丁基醚(丁基溶纤剂)、乙二醇单戊基醚、乙二醇单己基醚、二甘醇、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丙基溶纤剂乙酸酯、丁基溶纤剂乙酸酯、甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正戊酯、乙酸仲戊酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸正己酯、乙酸环己酯、乙酸辛酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯等。其中,优选乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正戊酯、乙酸仲戊酯等。
本发明的液晶取向剂的固体成分浓度(液晶取向剂中除溶剂以外的成分的合计重量占液晶取向剂总重量的比例)在考虑粘性、挥发性等的基础上进行选择,优选固体成分浓度为1~10重量%的范围。即,本发明的液晶取向剂被涂布于基板表面,形成作为液晶取向膜的涂膜,但固体成分浓度小于1重量%时,有时该涂膜的膜厚过小而难以得到良好的液晶取向膜,而固体成分浓度超过10重量%时,有时涂膜的膜厚过大而同样地难以得到良好的液晶取向膜,而且液晶取向剂的粘性增大而导致涂布特性差。
特别优选的固体成分浓度的范围根据在基板上涂布液晶取向剂时使用的方法而不同。例如,使用旋涂法时,特别优选1.5~4.5重量%的范围。使用印刷法时,特别优选使固体成分浓度在3~9重量%的范围,由此使溶液粘度在12~50mPa·s的范围。使用喷墨法时,特别优选使固体成分浓度在1~5重量%的范围,由此使溶液粘度在3~15mPa·s的范围。
制备本发明的液晶取向剂时的温度优选为0℃~200℃,更优选为20℃~60℃。
<液晶取向膜的形成方法>
本发明的液晶取向剂可适合用于通过光取向法形成液晶取向膜。
作为形成液晶取向膜的方法,可以列举例如在基板上涂布本发明的液晶取向膜来形成涂膜,接着通过光取向法赋予该涂膜液晶取向能力的方法。
首先,在设有图案状的透明导电膜的基板的透明导电膜一侧通过例如辊涂法、旋涂法、印刷法、喷墨法等适当的涂布方法涂布本发明的液晶取向剂,例如在40~250℃的温度下加热0.1~120分钟形成涂膜。涂膜的膜厚按照除去溶剂后的厚度计,优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。
作为上述基板,可以使用例如由浮法玻璃、钠玻璃等玻璃,聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料形成的透明基板等。
作为上述透明导电膜,可以使用由SnO2形成的NESA膜、由In2O3-SnO2形成的ITO膜等。这些透明导电膜的构图可以采用光刻法、形成透明导电膜时使用掩模的方法等。
接着,将上述涂膜用直线偏振或部分偏振的射线或无偏振的射线进行辐照,根据需要进一步在150~250℃的温度下优选进行1~120分钟加热处理,由此可以赋予液晶取向能力,形成液晶取向膜。在此,作为射线,可以使用例如含有150nm~800nm波长的光的紫外线或可见光,优选含有300nm~400nm的波长的光的紫外线,更优选含有300nm以上且小于365nm的波长的光的紫外线。本发明的液晶取向剂由于不会因365nm以上的长波长区域的光而产生光反应,可以进行液晶面板的制造而无工序上的不良问题,此外即使对于使用液晶面板时的背光源的光、也存在具有长时间稳定性的优点。
射线直线偏振或部分偏振时,辐照可从垂直于基板面的方向进行,也可以为了赋予预倾角而从倾斜的方向进行。另外也可以将它们组合进行。用无偏振的射线进行辐照时,辐照方向必须为倾斜方向。
作为射线的辐照量,优选为1J/m2以上且小于10000J/m2,更优选为10~3000J/m2。由以往已知的液晶取向剂形成的涂膜通过光取向法赋予液晶取向能力时,需要10000J/m2以上的射线辐照量。但是,如果使用本发明的液晶取向剂,即使光取向法时的射线辐照量为3000J/m2以下,甚至为1000J/m2以下也能赋予良好的液晶取向性,可以削减液晶显示元件的制造成本。
<液晶显示元件的制造方法>
使用本发明的液晶取向剂得到的液晶显示元件例如可以通过如下方法制造。
准备1对(2片)如上那样形成有液晶取向膜的基板,将它们具有的液晶取向膜相对以使辐照的直线偏振射线的偏振方向为规定的角度,用密封剂密封基板之间的周边部,注入填充液晶,然后将液晶注入口密封来构成液晶盒。然后,优选将液晶盒加热至所使用的液晶呈各向同性相的温度,然后缓慢冷却至室温,由此除去注入时的流动取向。
接着,在液晶盒的两面贴合偏振板以使其偏振方向与各基板的液晶取向膜的容易取向的轴形成规定的角度,由此得到液晶显示元件。
液晶取向膜为水平取向性时,通过调整形成有液晶取向膜的2片基板中的所辐照的直线偏振射线的偏振方向所成的角度和各基板与偏振板的角度,可以得到具有TN型或STN型液晶盒的液晶显示元件。
另外,液晶取向膜为垂直取向性时,以与形成有液晶取向膜的2片基板中容易取向的轴的方向平行的方式构成盒,在其上贴合偏振板,使得其偏振方向与容易取向的轴成45°角,由此可以形成具有垂直取向型液晶盒的液晶显示元件。
作为上述密封剂,可以使用例如含有作为间隔物(spacer)的氧化铝球和固化剂的环氧树脂等。
作为上述液晶,可以使用例如向列型液晶、近晶型液晶等。TN型液晶盒或STN型液晶盒的情况下,优选具有形成向列型液晶的正介电各向异性的液晶,例如,可以使用联苯类液晶、苯基环己烷类液晶、酯类液晶、三联苯类液晶、联苯基环己烷类液晶、嘧啶类液晶、二噁烷类液晶、二环辛烷类液晶、立方烷类液晶等。此外,可以向这些液晶中添加例如胆甾基氯(コレスチルクロライド)、胆甾醇壬酸酯、胆甾醇碳酸酯等胆甾醇型液晶;以商品名“C-15”、“CB-15”(メルク公司制)销售的手性剂;对癸氧基亚苄基-对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介电性液晶等来使用。
另一方面,垂直取向型液晶盒的情况下,优选具有负介电各向异性的向列型液晶,例如二氰基苯类液晶、哒嗪类液晶、希夫碱类液晶、氧化偶氮类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶等。
作为在液晶盒外侧使用的偏振板,可以举出用乙酸纤维素保护膜夹持使聚乙烯醇拉伸取向的同时吸收碘得到的被称为“H膜”的偏振膜而成的偏振板或由H膜本身形成的偏振板等。
这样制造的本发明的液晶显示元件的显示性能、长期可靠性等各性能优异。
实施例
以下通过实施例更具体地说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
以下的实施例中,重均分子量是通过以下条件下的凝胶渗透色谱测定的聚苯乙烯换算值。
色谱柱:东ソ一(株)制,“TSKgelGRCXLII”
溶剂:四氢呋喃
温度:40℃
压力:68kgf/cm2
环氧当量根据JIS C2105的“盐酸-甲基乙基酮法”测定。
以下的合成例按照下述合成路线根据需要反复进行,由此确保以下的合成例和实施例中使用的必要量的产物。
<具有环氧基的聚有机硅氧烷的合成>
合成例1(1)
在具有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的反应容器中加入2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷100.0g、甲基异丁基酮500g和三乙基胺10.0g,在室温下混合。接着,用滴液漏斗用30分钟滴加去离子水100g后,在回流下混合的同时,在80℃反应6小时。反应结束后,取出有机层,用0.2重量%硝酸铵水溶液洗涤至洗涤后的水成为中性,然后在减压下蒸馏除去溶剂和水,由此得到粘稠透明液体形式的具有环氧基的聚有机硅氧烷EPS-1。
对该聚有机硅氧烷EPS-1进行1H-NMR分析,结果在化学位移(δ)=3.2ppm附近得到理论强度的环氧基的峰,确认反应中未发生环氧基的副反应。
该聚有机硅氧烷EPS-1的粘度、Mw和环氧当量如表1所示。
合成例1(2)和1(3)
除了加入原料如表1所示以外,分别与合成例1(1)同样地得到粘稠透明液体形式的具有环氧基的聚有机硅氧烷EPS-2和EPS-3。
这些聚有机硅氧烷的Mw和环氧当量如表1所示。
合成例1(4)
在具有搅拌器和温度计的反应容器中加入异丙醇150g、四甲基氢氧化铵的10重量%水溶液5.4g(含有四甲基氢氧化铵5.93mmol和水270mmol)和水12g后,缓慢加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷42.5g(180mmol),在室温下继续搅拌20小时,进行反应。
反应结束后,向反应混合物中加入甲苯200g,在减压下除去异丙醇。对于残留物,使用分液漏斗用蒸馏水洗涤反应溶液。用蒸馏水重复洗涤至分液漏斗的水层成为中性,然后分取有机层,用无水硫酸钠脱水后,在减压下蒸馏除去甲苯,由此得到具有环氧基的聚有机硅氧烷EPS-4。
该聚有机硅氧烷EPS-4的重均分子量Mw和环氧当量如表1所示。
而且,表1中原料硅烷化合物的简称分别表示下述含义。
ECETS:2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷
MTMS:甲基三甲氧基硅烷
PTMS:苯基三甲氧基硅烷
GPTMS:3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷
Figure BPA00001168051800471
[上式(2)表示的化合物的合成]
合成例2(1)
根据下述合成路线合成化合物(2-1-1)。
Figure BPA00001168051800481
(化合物(2-1-1A)的合成)
向具有温度计和滴液漏斗的500mL的茄型烧瓶中加入4,4,5,5,5-五氟戊醇18g、三乙基胺11.1g和四氢呋喃50mL,并进行冰冷却。用30分钟以上向其中滴加加入到滴液漏斗中的由氯化偏苯三酸酐21g和四氢呋喃200mL构成的溶液,进一步搅拌2小时,进行反应。反应结束后,加入乙酸乙酯500mL和水500mL进行分液,用硫酸镁干燥有机层,进行浓缩,用乙酸乙酯和己烷的混合溶剂进行重结晶,由此得到化合物(2-1-1A)29g。
(化合物(2-1-1)的合成)
使上述得到的化合物(2-1-1A)28g、4-氨基桂皮酸13g和乙酸150mL在回流下反应2小时。反应结束后,反应混合物用乙酸乙酯萃取,萃取液用水洗涤,用硫酸镁干燥后,用硅胶柱进行纯化,进一步用含有乙醇和四氢呋喃的混合溶剂进行重结晶,由此得到化合物(2-1-1)的结晶(纯度98.0%)18g。
合成例2(2)
根据下述合成路线,合成化合物(2-4)。
Figure BPA00001168051800491
(化合物(2-4A)的合成)
向具有温度计和滴液漏斗的1000mL的茄型烧瓶中加入胆甾醇39g、三乙基胺11.1g和甲苯200mL,并进行冰冷却。用30分钟以上向其中滴加加入到滴液漏斗中的由氯化偏苯三酸酐21g和四氢呋喃200mL构成的溶液,进一步搅拌2小时,进行反应。反应结束后,加入甲苯500mL和水500mL进行分液,用硫酸镁干燥有机层,进行浓缩,用乙酸乙酯和己烷的混合溶剂进行重结晶,由此得到化合物(2-4A)48g。
(化合物(2-4)的合成)
将上述得到的化合物(2-4A)46g、4-氨基桂皮酸13g和乙酸300mL混合,在回流下反应2小时。反应结束后,反应混合物用乙酸乙酯萃取,有机层用水洗涤,用硫酸镁干燥后,用硅胶柱进行纯化,进一步用含有乙酸乙酯和己烷的混合溶剂进行重结晶,由此得到化合物(2-4)的结晶(纯度98.1%)20g。
合成例2(3)
根据下述合成路线,合成化合物(2-6-1)。
Figure BPA00001168051800501
(化合物(2-6-1A)的合成)
向具有迪安-斯达克管的300mL的三颈烧瓶中加入5-羟基酞酸18g和二乙基苯100mL,在回流下反应1小时。然后向其中追加4-氨基桂皮酸16g、三乙基胺42mL和四氢呋喃100mL,在回流下反应10小时。反应结束后,向反应混合物中加入乙酸乙酯进行萃取,萃取液依次用稀盐酸和水进行洗涤,然后用硫酸镁干燥,进行浓缩后,用乙酸乙酯进行重结晶,由此得到化合物(2-6-1A)14g。
(化合物(2-6-1)的合成)
向具有滴液漏斗的300mL的茄型烧瓶中加入上述得到的化合物(2-6-1A)12g和N,N-二甲基乙酰胺70mL,室温下搅拌1小时。然后,用30分钟以上向其中滴加4,4,4-三氟-1-碘丁烷11g和N,N-二甲基乙酰胺30mL,直接在室温下进行8小时反应。反应结束后,向反应混合物中加入乙酸乙酯进行萃取,萃取液用水洗涤3次,然后用硫酸镁干燥,进行浓缩后,用硅胶柱进行纯化,进一步用乙醇进行重结晶,由此得到化合物(2-6-1)的结晶12g。
[上式(3)表示的化合物的合成]
合成例3(1)
根据下述合成路线合成化合物(3-1)。
Figure BPA00001168051800521
(化合物(3-1B)的合成)
向具有回流管的300mL的茄型烧瓶中加入4-硝基桂皮酸19g、亚硫酰氯100mL和N,N-二甲基甲酰胺50μL,80℃下进行1小时反应。反应后,在减压下蒸馏除去亚硫酰氯,加入二氯甲烷得到有机层,该有机层用碳酸氢钠水溶液洗涤,用硫酸镁干燥,进行浓缩后,加入四氢呋喃,由此得到化合物(3-1A)的四氢呋喃溶液。
然后,向另外的500mL三颈烧瓶中加入4,4,5,5,5-五氟戊醇18g、三乙基胺11.1g和四氢呋喃100mL。对该溶液进行冰冷却,向其中缓慢地滴加上述化合物(3-1A)的四氢呋喃溶液,进一步搅拌2小时进行反应。反应结束后,用乙酸乙酯萃取得到萃取液,得到的萃取液用硫酸镁干燥,进行浓缩后,用乙醇进行重结晶,由此得到化合物(3-1B)的结晶29g。
(化合物(3-1C)的合成)
向具有温度计和氮气导入管的300mL三颈烧瓶中加入上述得到的化合物(3-1B)28g、氯化锡二水合物181g和乙醇300mL,在70℃搅拌1小时进行反应。反应结束后,将反应混合物注入到冰水中,用2M的氢氧化钠水溶液进行中和,加入乙酸乙酯后除去沉淀物。然后,向滤液中加入乙酸乙酯进行萃取。水洗该萃取液,用硫酸镁干燥,进行浓缩、干固,由此得到化合物(3-1C)20g。
(化合物(3-1)的合成)
向具有回流管和氮气导入管的200mL的茄型烧瓶中加入上述得到的化合物(3-1C)16g、偏苯三酸酐9.6g和乙酸150mL,在回流下反应1小时。反应结束后,用乙酸乙酯对反应混合物进行萃取。水洗该萃取液,用硫酸镁干燥后,进行浓缩、干固,用由乙酸乙酯和己烷构成的混合溶剂进行重结晶,由此得到化合物(3-1)的白色结晶(纯度98.0%)18g。
<其它聚合物的合成>
[聚酰胺酸的合成]
合成例PA-1
将作为四羧酸二酐的均苯四甲酸二酐109g(0.50摩尔当量)、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐98g(0.50摩尔当量)和作为二胺的4,4-二氨基二苯基醚200g(1.0摩尔当量)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮2290g中,在40℃反应3小时后,追加N-甲基-2-吡咯烷酮1350g,由此得到含有10重量%的聚酰胺酸(PA-1)的溶液约4000g。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为210mPa·s。
合成例PA-2
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐98g(0.50摩尔当量)和均苯四甲酸二酐109g(0.50摩尔当量)、以及作为二胺的4,4’-二氨基二苯基甲烷198g(1.0摩尔当量)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮2290g中,在40℃反应3小时后,追加N-甲基-2-吡咯烷酮1350g,由此得到含有10重量%的聚酰胺酸(PA-2)的溶液约4000g。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为135mPa·s。
合成例PA-3
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐196g(1.0摩尔当量)和作为二胺的4,4’-二氨基二苯基醚200g(1.0摩尔当量)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮2246g中,在40℃反应4小时后,追加N-甲基-2-吡咯烷酮1321g,由此得到含有10重量%的聚酰胺酸(PA-3)的溶液约3950g。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为220mPa·s。
合成例PA-4
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐196g(1.0摩尔当量)和作为二胺的2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯212g(1.0摩尔当量)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮4050g中,在40℃反应3小时,由此得到含有10重量%的聚酰胺酸(PA-4)的溶液3700g。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为170mPa·s。
合成例PA-5
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐224g(1.0摩尔当量)和作为二胺的4,4’-二氨基二苯基醚200g(1.0摩尔当量)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮2404g中,在40℃反应4小时,由此得到含有15重量%的聚酰胺酸(PA-5)的溶液约2800g。
分取少量该聚酰胺溶酸,加入N-甲基-2-吡咯烷酮,制成聚合物浓度为10重量%的溶液,测得溶液粘度为190mPa·s。
[聚酰亚胺的合成]
合成例PI-1
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐112g(0.50摩尔)和1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮157g(0.50摩尔)以及作为二胺的对苯二胺95g(0.88摩尔)、2,2-二(三氟甲基)-4,4-二氨基联苯32g(0.10摩尔)、3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷6.4g(0.010摩尔)和十八烷氧基-2,5-二氨基苯4.0g(0.015摩尔)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮960g中,在60℃反应9小时。分取少量所得的聚酰胺酸溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成聚合物浓度为10重量%的溶液,测得溶液粘度为58mPa·s。
向所得到的聚酰胺酸溶液中加入N-甲基-2-吡咯烷酮2740g、吡啶396g和乙酸酐409g,在110℃进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换(通过本操作将脱水闭环反应中使用的吡啶和乙酸酐除去到体系外,以下相同),由此得到含有15重量%酰亚胺化率约为95%的聚酰亚胺(PI-1)的溶液约2500g。
分取少量的该聚酰亚胺溶液,在减压下除去溶剂后溶解在γ-丁内酯中,制成聚合物浓度为8.0重量%的溶液,测得溶液粘度为33mPa·s。
合成例PI-2
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐112g(0.50摩尔)和1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮157g(0.50摩尔)、作为二胺的对苯二胺96g(0.89摩尔)、双氨基丙基四甲基二硅氧烷25g(0.10摩尔)和3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷13g(0.020摩尔)以及作为单胺的N-十八烷基胺8.1g(0.030摩尔)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮960g中,在60℃反应6小时。分取少量所得的聚酰胺酸溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成浓度为10重量%的溶液,测得溶液粘度为60mPa·s。
然后,向所得到的聚酰胺酸溶液中追加N-甲基-2-吡咯烷酮2700g、吡啶396g和乙酸酐409g,在110℃进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,由此得到含有15重量%酰亚胺化率约为95%的聚酰亚胺(PI-2)的溶液约2400g。
分取少量该聚酰亚胺溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测得溶液粘度为18mPa·s。
合成例PI-3
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐224g(1.0摩尔)以及作为二胺的对苯二胺107g(0.99摩尔)和3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷6.43g(0.010摩尔)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮3039g中,在60℃反应6小时,由此得到含有10重量%的聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液粘度为260mPa·s。
然后,向所得到的聚酰胺酸溶液中追加N-甲基-2-吡咯烷酮2700g、吡啶396g和乙酸酐306g,在110℃进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,由此得到含有9.0重量%酰亚胺化率约为89%的聚酰亚胺(PI-3)的溶液约3500g。
分取少量该聚酰亚胺溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成聚合物浓度为5.0重量%的溶液,测得溶液粘度为74mPa·s。
合成例PI-4
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐112g(0.50摩尔)和1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮157g(0.50摩尔)以及作为二胺的对苯二胺89g(0.82摩尔)、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯32g(0.10摩尔)、1-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)-4-(4-三氟甲基苯甲酰氧基)-环己烷25g(0.059摩尔)和十八烷氧基-2,5-二氨基苯4.0g(0.011摩尔)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮2175g中,在60℃反应6小时,由此得到含有聚酰胺酸的溶液。分取少量所得的聚酰胺酸溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成聚合物浓度为10重量%的溶液,测得溶液粘度为110mPa·s。
向所得到的聚酰胺酸溶液的1500g中追加N-甲基-2-吡咯烷酮3000g,并添加吡啶221g和乙酸酐228g,在110℃进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,由此得到含有10重量%酰亚胺化率约为92%的聚酰亚胺(PI-4)的溶液约4000g。
分取少量该聚酰亚胺溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮制成聚合物浓度为4.5重量%的溶液,测得溶液粘度为28mPa·s。
[其它聚硅氧烷的合成]
合成例PS-1
向具有冷凝管的200mL三颈烧瓶中加入四乙氧基硅烷20.8g和1-乙氧基-2-丙醇28.2g,加热至60℃进行搅拌。向其中加入在容量为20mL的其它烧瓶中制备的将马来酸酐0.26g溶解在10.8g水中得到的马来酸酐水溶液,在60℃进一步加热搅拌4小时进行反应。由得到的反应混合物蒸馏除去溶剂,加入1-乙氧基-2-丙醇,再次进行浓缩,由此得到含有10重量%聚有机硅氧烷PS-1的聚合物溶液。PS-1的重均分子量Mw为5100。
<射线敏感性聚有机硅氧烷的合成>
实施例ArIE-1
向具有回流管的200mL三颈烧瓶中加入5.0g上述合成例1(1)中得到的具有环氧基的聚有机硅氧烷EPS-1、作为桂皮酸衍生物(1)的上述实施例2(1)中得到的化合物(2-1-1)6.7g(相对于具有环氧基的聚有机硅氧烷的环氧基相当于50摩尔%的量)和溴化四丁基铵0.5g,加入N,N-二甲基乙酰胺使得固体成分浓度为20重量%,在120℃进行10小时反应。反应结束后,加入甲醇生成沉淀,用乙酸乙酯溶解该沉淀物,将得到的溶液水洗3次后,蒸馏除去溶剂,由此得到8.4g的白色粉末形式的射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-1。射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-1的重均分子量Mw为28100。
实施例ArIE-2~ArIE-13
除了使上述实施例ArIE-1中具有环氧基的聚有机硅氧烷的种类以及桂皮酸衍生物(1)的种类和量分别如表2所示以外,与实施例ArIE-1同样地实施,分别合成射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-2~S-ArIE-13。这些射线敏感性聚有机硅氧烷的重均分子量Mw如表2所示。
而且,在实施例ArIE-6和ArIE-7中,分别使用2种桂皮酸衍生物(1)。
此外,在表2中,桂皮酸衍生物(1)的“使用量”指的是相对于具有环氧基的聚有机硅氧烷的环氧基的比例。
Figure BPA00001168051800581
<液晶取向剂的制备和保存稳定性的评价>
实施例ArIE-14
将上述实施例ArIE-1中得到的射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-1的100重量份和将含有作为其它聚合物的上述合成例PA-1得到的聚酰胺酸PA-1的溶液换算为PA-1相当于2000重量份的量合并,向其中加入N-甲基-2-吡咯烷酮和丁基溶纤剂,得到溶剂组成为N-甲基-2-吡咯烷酮∶丁基溶纤剂=50∶50(重量比)、固体成分浓度为3.0重量%的溶液。
将该溶液用孔径为1μm的过滤器过滤,由此制备液晶取向剂A-ArIE-1。
将该液晶取向剂A-ArIE-1在-15℃保存6个月。保存前和保存后在25℃用E型粘度计测定粘度。保存前后溶液粘度的变化率小于10%的评价为保存稳定性“好”,10%以上的评价为保存稳定性“不好”,液晶取向剂A-ArIE-1的保存稳定性“好”。
实施例ArIE-15~31和实施例ArIE-33~52
除了上述实施例ArIE-14中射线敏感性聚有机硅氧烷的种类以及其它聚合物的种类和量分别如表3所示以外,分别与实施例ArIE-14同样地实施,制备液晶取向剂A-ArIE-2~A-ArIE-18和A-ArIE-20~A-ArIE-39。对各液晶取向剂分别与实施例ArIE-14同样地评价保存稳定性,评价结果如表3所示。
实施例ArIE-32
作为其它聚合物,取上述合成例PS-1中得到的含有其它聚硅氧烷PS-1的溶液,所取的量是换算为PS-1相当于500重量份的量,向其中加入上述实施例ArIE-1中得到的射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-1的100重量份,再加入1-乙氧基-2-丙醇,得到固体成分浓度为4.0重量%的溶液。将该溶液用孔径为1μm的过滤器过滤,由此制备液晶取向剂A-ArIE-19。
对该液晶取向剂A-ArIE-19与上述实施例ArIE-14同样地评价保存稳定性,评价结果如表3所示。
实施例ArIE-53
除了使用上述实施例ArIE-9中得到的射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-9的100重量份来替代上述实施例ArIE-32中的射线敏感性聚有机硅氧烷S-ArIE-1以外,与实施例ArIE-32同样地实施,制备液晶取向剂A-ArIE-40,对保存稳定性进行评价。保存稳定性的评价结果如表3所示。
实施例ArIE-54~57
除了上述实施例ArIE-14中其它聚合物的种类和量如表3所示、并且表3所示的环氧化合物使用表3所示的量以外,分别与实施例ArIE-14同样地实施,制备液晶取向剂A-ArIE-41~A-ArIE-44。
对这些液晶取向剂分别与实施例ArIE-14同样地评价保存稳定性,评价结果如表3所示。
表3中,环氧化合物的简称“E-1”和“E-2”分别表示下式(E-1)或(E-2)表示的化合物。
Figure BPA00001168051800601
Figure BPA00001168051800611
Figure BPA00001168051800621
Figure BPA00001168051800631
实施例ArIE-58
[TN取向型液晶显示元件的制造]
将上述实施例ArIE-14中制备的液晶取向剂A-ArIE-1用旋涂器涂布在具有由ITO膜构成的透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在80℃的加热板上进行1分钟前烘后,在180℃加热1小时,由此形成膜厚为0.1μm的涂膜。用Hg-Xe灯和Glan-Taylor棱镜沿从基板法线倾斜40°的方向对该涂膜的表面辐照含有313nm亮线的偏振紫外线1000J/m2,由此赋予液晶取向能力,形成液晶取向膜。
重复与上述相同的操作,制作透明导电膜面上具有液晶取向膜的玻璃基板1对(2片)。
在该1对基板的分别形成有液晶取向膜的面的周围部通过丝网印刷涂布含有直径为5.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂后,以使偏振紫外线辐照方向正交的方式将基板重合并进行压接,在150℃加热1小时使粘合剂热固化。接着,由液晶注入口向基板的间隙注入正型向列型液晶(メルク公司生产,MLC-6221,加入有手性剂)进行填充后,用环氧系粘合剂密封液晶注入口。进一步地,为了除去液晶注入时的流动取向,将其在150℃加热10分钟,缓慢冷却至室温。接着,在基板的外侧两面贴合偏振板,使其偏振方向互相垂直,且与液晶取向膜的偏振方向平行,由此制造TN取向型液晶显示元件。
通过以下的方法对这些液晶显示元件进行评价。评价结果如表4所示。
<液晶显示元件的评价>
(1)液晶取向性的评价
对上述制造的液晶显示元件施加、解除(ON、OFF)5V的电压,通过光学显微镜观察此时明暗变化中有无异常区域,无异常区域时评价为“好”。
(2)电压保持率的评价
对上述制造的液晶显示元件在60℃下以60微秒的施加时间、167毫秒的间隔施加5V的电压后,测定从施加解除起167毫秒后的电压保持率。测定装置使用(株)东阳テクニカ制VHR-1。
(3)残像的评价
对上述制造的液晶显示元件以重叠的30Hz、3V的矩形波在60℃的环境温度下施加2小时直流电压5V后,通过闪烁消去法(フリカ一消去法)求得刚切断直流电压后的液晶盒内残留的电压,作为残留DC电压。
实施例ArIE-59~74
除了分别使用表4所示的液晶取向剂作为液晶取向剂以外,与上述实施例ArIE-58同样地分别制造TN取向型液晶显示元件并进行评价。评价结果如表4所示。
表4
Figure BPA00001168051800651
实施例ArIE-75
<垂直取向型液晶显示元件的制造>
在具有由ITO膜形成的透明电极的玻璃基板的透明电极面上,用旋涂器涂布上述实施例ArIE-29中制备的液晶取向剂A-ArIE-16,在80℃的加热板上进行1分钟前烘后,在箱内被氮气置换了的烘箱中在200℃加热(后烘)1小时,形成膜厚为0.1μm的涂膜。接着,对该涂膜表面用Hg-Xe灯和Glan-Taylor棱镜沿从基板法线倾斜40°的方向辐照包含313nm的亮线的偏振紫外线1000J/m2,制成液晶取向膜。重复相同的操作,制作1对(2片)具有液晶取向膜的基板。
在上述基板中的1片基板的具有液晶取向膜的面的外周通过丝网印刷涂布含有直径为5.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂后,使1对基板的液晶取向膜面相对进行压接,使各基板的紫外线的光轴在基板面上的投影方向逆平行,在150℃用1小时使粘合剂热固化。接着,从液晶注入口向基板间的间隙填充负型液晶(メルク公司生产,MLC-6608)后,用环氧系粘合剂密封液晶注入口。进一步地,为了除去液晶注入时的流动取向,将其在150℃加热10分钟后缓慢冷却至室温。接着在基板的外侧两面贴合偏振板,使其偏振方向互相垂直,且与液晶取向膜的紫外线的光轴在基板面上的投影方向成45°角,由此制造垂直取向型液晶显示元件。
除了对该垂直取向型液晶显示元件的液晶取向性、电压保持率和残像与实施例ArIE-58同样地进行评价之外,按照下述方法评价预倾角和耐热性。全部评价结果如表5所示。
(4)预倾角的评价
对于上述制造的液晶显示元件,根据T.J.Scheffer等人J.Appl.Phys.vol.19.p2013(1980)中记载的方法通过采用He-Ne激光的结晶旋转法测定预倾角。
(5)耐热性的评价
除了在形成上述液晶取向膜时的后烘温度为250℃以外,与上述同样地进行液晶取向膜的形成和垂直取向型液晶显示元件的制造。对于得到的液晶显示元件,表示出良好的垂直取向性(表现出均匀的黑显示)的评价为“好”,看到漏光的评价为“不好”。
实施例ArIE-76~101
除了分别使用表5所示的液晶取向剂作为液晶取向剂以外,与实施例ArIE-75同样地制造垂直取向型液晶显示元件并进行评价。评价结果如表5所示。
表5
Figure BPA00001168051800671
本发明的液晶取向剂与以往作为可适用光取向法的液晶取向剂已知的液晶取向剂相比,能够以少的射线辐照量即可形成具有优异的液晶取向性和电学特性的液晶取向膜。进一步地,由于形成的液晶取向膜的耐热性高,可以进行液晶面板的制造而无工序上的不良问题。
因此,将该液晶取向膜适用于液晶显示元件时,可以比以往更低成本地制造液晶显示元件,且所得到的液晶显示元件显示特性、可靠性等各性能优异。因此,这些液晶显示元件可有效适用于各种装置,例如台式计算机、手表、座钟、计数显示板、文字处理器、个人计算机、液晶电视等装置。

Claims (8)

1.液晶取向剂,其特征在于,含有射线敏感性聚有机硅氧烷,所述射线敏感性聚有机硅氧烷是使下式(1)表示的化合物与选自具有下式(S-1)表示的重复单元的聚有机硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种反应得到的:
Figure FSB00000983368100011
式(1)中,RI是氢原子或碳原子数为1~40的一价有机基团,RII、RIV和RV分别独立地为氢原子、甲基、氰基或氟原子,RI为氢原子时RIII是碳原子数为1~40的一价有机基团,RI为氢原子以外的基团时RIII为羧基;
式(S-1)中,X1表示具有环氧基的一价有机基团,Y1表示羟基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~20的烷基或碳原子数为6~20的芳基。
2.权利要求1所述的液晶取向剂,其中,上式(1)表示的化合物为下式(2)表示的化合物,
Figure FSB00000983368100013
式(2)中,RII、RIV和RV的定义分别与上式(1)中的相同,RVI为单键、醚键、硫醚键、酯键、硫酯键或酰胺键,RVII是可以被氟原子取代的碳原子数为1~30的烷基或可以被氟原子取代的碳原子数为3~40的脂环式基团。
3.权利要求1所述的液晶取向剂,其中,上式(1)表示的化合物为下式(3)表示的化合物,
式(3)中,RII、RIV和RV的定义分别与上式(1)中的相同,RVIII是可以被氟原子取代的碳原子数为1~30的烷基或可以被氟原子取代的碳原子数为3~40的脂环式基团。
4.权利要求1~3中任意一项所述的液晶取向剂,其进一步含有选自聚酰胺酸和聚酰亚胺中的至少一种聚合物。
5.权利要求1~3中任意一项所述的液晶取向剂,其进一步含有选自下式(S-2)表示的聚硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种,
Figure FSB00000983368100022
式(S-2)中,X2为羟基、卤原子、碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为1~6的烷氧基或碳原子数为6~20的芳基,Y2为羟基或碳原子数为1~10的烷氧基。
6.液晶取向膜的形成方法,其特征在于,在基板上涂布权利要求1~3中任意一项所述的液晶取向剂形成涂膜,对该涂膜用射线进行辐照。
7.液晶显示元件,其特征在于,具有由权利要求1~3中的任意一项所述的液晶取向剂形成的液晶取向膜。
8.射线敏感性聚有机硅氧烷,其是使下式(1)表示的化合物与选自具有下式(S-1)表示的重复单元的聚有机硅氧烷、其水解物和水解物的缩合物中的至少一种反应得到的,
式(1)中,RI是氢原子或碳原子数为1~40的一价有机基团,RII、RIV和RV分别独立地为氢原子、甲基、氰基或氟原子,RI为氢原子时RIII是碳原子数为1~40的一价有机基团,RI为氢原子以外的基团时RIII为羧基;
Figure FSB00000983368100032
式(S-1)中,X1表示具有环氧基的一价有机基团,Y1表示羟基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~20的烷基或碳原子数为6~20的芳基。
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