CN103231568B - 一面平滑的聚酰亚胺薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可用作显示器用、电子纸用的基材、特别是基础材料的、由含3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分获得的、一面具有平滑性的聚酰亚胺薄膜。该聚酰亚胺薄膜通过包括以下步骤的方法制备:在自支撑性薄膜的一个表面上涂布由含3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分得到的、不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,形成复合体薄膜的步骤,其中,所述自支撑性薄膜包含由含3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分获得的、含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液;以及将所述复合体薄膜加热、进行酰亚胺化的步骤。
Description
本申请为申请日为2008年4月14日、申请号为200880019824.6、发明名称为“一面平滑的聚酰亚胺薄膜”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及可有利地用作液晶显示器、有机电致发光显示器、和电子纸等信息显示装置、以及太阳能电池等电气·电子装置的基材的高弹性模量、高耐热性、一个面的表面平滑性高的聚酰亚胺薄膜。本发明进一步涉及使用本发明的聚酰亚胺薄膜的液晶显示器、有机电致发光元件、电子纸等信息显示装置和太阳能电池等电气·电子装置。
背景技术
芳族聚酰亚胺薄膜由于其优异的尺寸稳定性、热学性质、电学性质,广泛用作各种电子装置的基材。
专利文献1中记载了芳族聚酰亚胺薄膜作为液晶显示器用、电子纸用基础基材的应用。
专利文献2中记载了磁带用基膜,该磁带用基膜含有拉伸弹性模量为9000-15000MPa、在室温以上500℃以下的温度区域中不显示明确的玻璃化转变温度(Tg)的聚酰亚胺,表示薄膜的至少一个面的平滑性的Ra为1.0nm以下、薄膜厚度为5μm以上、低于10μm。该磁带用基膜可通过两种聚酰胺酸溶液的同时叠合(重)来制备。
专利文献3中公开了在自支撑性薄膜上涂布聚酰亚胺前体溶液的制备方法。
专利文献1:日本特开2006-336009号公报
专利文献2:日本特开2003-160677号公报
专利文献3:日本特开昭63-297038号公报
发明内容
本发明的目的在于提供聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜作为显示器用、电子纸用的基材、特别是基础材料特别有用,其一个面为粗糙面,一个面具有平滑性,是由含有3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含有对苯二胺的成分得到的。
本发明是一种聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜是在含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域上连续形成由含有3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分、和含有对苯二胺的二胺成分得到的聚酰亚胺树脂区域得到的、厚度在20-150μm范围的聚酰亚胺树脂薄膜,其中,所述的含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域包含由含有3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含有对苯二胺的二胺成分得到的聚酰亚胺树脂、以及分散在该聚酰亚胺树脂中的填充剂;含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域一侧的薄膜表面的Ra超过1.0nm、在2.5nm以下,其相反一侧的薄膜表面的Ra为1.0nm以下。
本发明的聚酰亚胺薄膜可通过包括以下步骤的方法制备:在自支撑性薄膜的一个表面上涂布由含3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分得到的、不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,形成复合体薄膜的步骤,其中,所述自支撑性薄膜包含由含3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分获得的、含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液;以及将该复合体薄膜加热、进行酰亚胺化的步骤。
本发明的聚酰亚胺薄膜还可通过包括以下步骤的方法制备:在自支撑性薄膜的、制备含溶剂自支撑性薄膜时不与支撑体表面接触的表面上涂布由含3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分得到的、不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,形成复合体薄膜的步骤;以及将该复合体薄膜加热、进行酰亚胺化的步骤。其中,所述自支撑性薄膜通过包括下述步骤的方法获得:将由含3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含对苯二胺的二胺成分获得的、含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液在平滑的支撑体表面流延,形成含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液薄膜的步骤;对含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液薄膜进行干燥,变换为含填充剂的含溶剂自支撑性薄膜的步骤;从支撑体表面剥离该自支撑性薄膜的步骤;以及将剥离的自支撑性薄膜加热,蒸发除去一部分溶剂的步骤。
本发明的聚酰亚胺薄膜的优选方案如下所示。
1)上侧的聚酰亚胺树脂区域是不含填充剂的区域,或者是以比在下侧的含填充剂的聚酰亚胺树脂区域中所含的填充剂低的浓度含有填充剂的区域。
2)上侧的聚酰亚胺树脂区域的厚度在0.6-1.2μm范围。
3)填充剂选自二氧化钛粉末、二氧化硅粉末、氧化镁粉末、氧化铝粉末、氧化锌粉末、氮化硅粉末、氮化钛粉末、碳化硅粉末、碳酸钙粉末、硫酸钙粉末、硫酸钡粉末、聚酰亚胺微纤维、聚酰亚胺粉末、聚酰胺微粉末、以及聚酰胺粉末。
本发明的一面平滑的聚酰亚胺薄膜具有高弹性、高耐热性、高耐弯折性,因此可有利地用作显示器用、电子纸用的基材,特别是基础材料。
附图简述
图1示意性表示本发明的一面平滑的聚酰亚胺薄膜的截面构成。
符号说明
1.聚酰亚胺薄膜
2.含填充剂的聚酰亚胺树脂区域
3.不含填充剂的聚酰亚胺树脂区域
实施发明的最佳方式
参照附图,对本发明的聚酰亚胺薄膜的构成进行说明。图1中,聚酰亚胺薄膜1包含含填充剂的聚酰亚胺树脂区域2和不含填充剂的聚酰亚胺树脂区域3,含填充剂的聚酰亚胺树脂区域2的聚酰亚胺和不含填充剂的聚酰亚胺树脂区域的3的聚酰亚胺并没有明确的分界面,是连续的。
本发明的聚酰亚胺薄膜中,微细的无机填充剂或有机填充剂等填充剂的各颗粒的一部分是埋在聚酰亚胺薄膜一侧的表面而保持的,由此形成的含有微细填充剂的很多突起成为均匀形成的粗糙面,而在另一侧的表面,微细的无机填充剂或有机填充剂等填充剂几乎或完全不存在,因此成为平滑性高的表面。含有填充剂的一侧表面的区域与不含填充剂的另一侧表面的区域在薄膜内部互相连续形成。
本发明的聚酰亚胺薄膜的一侧表面上,表示平滑性的Ra为1.0nm以下,优选0.01-1.0nm,更优选0.05-0.9nm,进一步优选0.1-0.8nm,特别优选0.1-0.4nm。在另一侧表面,只要是可连续过纸(通紙)(薄膜的输送)的表面即可,是Ra超过表示上述一侧表面的平滑性Ra的粗糙面,优选超过1.0nm、在2.5nm以下,更优选超过1.1nm、在2.5nm以下,进一步优选超过1.2nm、在2.0nm以下,更进一步优选超过1.2nm、在1.8nm以下,特别优选超过1.3nm、在1.7nm以下。特别优选上述粗糙面的表面Ra超过1.0nm、在2.0nm以下,进一步优选超过1.2nm、在1.8nm以下,特别优选超过1.3nm、在1.7nm以下,原因是在将聚酰亚胺薄膜卷绕成卷状时,可以抑制聚酰亚胺平滑一侧的表面被划伤。
自支撑性薄膜由在支撑体(带)上挤出的单层薄膜形成,因此自支撑性薄膜的一个面与支撑体表面接触,另一个面与气体(空气等)接触。通常,自支撑薄膜与气体(空气等)接触的表面称为A面,自支撑性薄膜与支撑体(带等)的表面接触的表面称为B面。
聚酰亚胺薄膜的表面平滑性高的一侧表面优选具有下述表面平滑度。
(1)均方根粗糙度(Rms)为1.5nm以下,进一步优选超过0.01nm、在1.5nm以下,特别优选超过0.05nm、在1.3nm以下。
(2)最大高低差(Rmax)为25nm以下,进一步优选超过0.01nm、在25nm以下,更进一步优选超过0.05nm、在22nm以下,特别优选超过0.1nm、在15nm以下。
聚酰亚胺薄膜的表面平滑性低(粗糙面)的一侧表面优选具有下述表面平滑度。
(1)均方根粗糙度(Rms)为超过上述表面平滑性高的一侧的值的范围,进一步优选超过1.3nm、在4nm以下,更进一步优选超过1.5nm、在3nm以下,特别优选超过2nm、在3nm以下。
(2)最大高低差(Rmax)为超过上述表面平滑性高的一侧的值的范围,优选超过15nm、在80nm以下,进一步优选超过22nm、在70nm以下,特别优选超过25nm、在65nm以下。
特别是通过使本发明的聚酰亚胺薄膜同时满足上述(1)和(2)的条件,聚酰亚胺薄膜的连续输送(过纸)可不在表面平滑性高的一侧表面产生划伤。
作为本发明的聚酰亚胺薄膜制备中使用的聚酰亚胺前体,可以使用由含有3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分(优选酸成分中含有50-100摩尔%、更优选80-100摩尔%、进一步优选90-100摩尔%、特别优选95-100摩尔%3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分)、和含有对苯二胺的二胺成分(优选二胺成分中含有50-100摩尔%、更优选80-100摩尔%、进一步优选90-100摩尔%、特别优选95-100摩尔%对苯二胺的二胺成分)获得的聚酰亚胺前体(聚酰胺酸(polyamicacid)或聚酰胺酸(polyamideacid))。
酸成分除3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐之外,在不损害本发明的聚酰亚胺薄膜的特性的范围内,可以使用公知的酸二酐,优选使用芳族酸二酐。公知的酸二酐的例子有:均苯四甲酸二酐、2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、双(3,4-二羧基苯基)醚二酐、双(3,4-二羧基苯基)硫二酐、双(3,4-二羧基苯基)砜二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)丙烷二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷二酐,这些酸二酐可分别单独使用或将两种以上组合使用。
二胺成分除对苯二胺之外,在不损害本发明的聚酰亚胺薄膜的特性的范围内,可以使用公知的二胺、优选芳族二胺。公知的二胺的例子有:间苯二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二羟基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二羧基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、4,4’-亚甲基-双(2-甲基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2-乙基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2-异丙基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2,6-二甲基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2,6-二乙基苯胺)、4,4’-亚甲基-双(2,6-二异丙基苯胺)、3,3’-二羟基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’-二羧基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’-二羧基-4,4’-二氨基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、邻联甲苯胺砜等。这些二胺可以单独使用或将两种以上组合使用。
本发明的聚酰亚胺薄膜的制备中,在含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液的自支撑性薄膜的上侧表面涂布实质上不含填充剂(或者是至少填充剂的浓度相对较低)的聚酰亚胺前体溶液,然后加热,进行酰亚胺化,制备上面的平滑性优异、下侧为相对粗糙面的聚酰亚胺薄膜。
制备本发明的聚酰亚胺薄膜时,优选利用下述方法:例如,准备设置有单层的挤出成型用模头的成膜装置,首先,向模头供给含有填充剂(也可发挥易滑剂的功能)的聚酰亚胺前体溶液,将聚酰亚胺前体溶液以单层薄膜状物的形式由模头的喷出口(唇部)挤出到支撑体(带)的表面上,形成均匀厚度的薄膜,然后在浇铸炉的内部,以优选100-180℃的温度加热2-60分钟左右,干燥该薄膜,除去大部分溶剂,形成自支撑性薄膜,然后从支撑体上剥离自支撑性薄膜,接着,在该自支撑性薄膜的A面涂布不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,再将涂布物用销针拉幅机、夹具、金属等固定,进行加热。
希望上述加热处理是在最初由200℃至低于300℃的温度下进行1分钟-60分钟的第一次加热处理之后,再在300℃至低于370℃的温度下进行1分钟-60分钟的第二次加热处理,再在最高加热温度350℃-580℃的温度、优选370-550℃下进行1分钟-30分钟的第三次加热处理。上述加热处理可以使用热风炉、红外线加热炉等公知的各种装置进行。
聚酰亚胺前体溶液的自支撑性薄膜如下制备:在可提供聚酰亚胺的聚酰亚胺前体的有机溶剂溶液中加入填充剂,再根据需要加入酰亚胺化催化剂或有机磷化合物,然后如上所述,在支撑体上流延涂布,加热至形成自支撑性的程度(是指常规的固化步骤之前的阶段)。
在自支撑性薄膜的一个面上涂布不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液时,作为涂布量,只要是在自支撑性薄膜上涂布该聚酰亚胺前体溶液时自支撑性薄膜不会产生裂痕或缝隙,自支撑性薄膜中存在的填充剂产生的突起可几乎或者完全被覆盖的厚度即可,优选干燥后的厚度为0.6-1.2μm。
作为在自支撑性薄膜的一个面、优选A面上涂布不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液的方法,可采用公知的方法。公知方法的例子有:凹涂法、旋涂法、丝网法、蘸涂法、喷涂法、刮条涂布法、刮刀涂布法、辊涂法、刮板涂布法、口模涂布法等公知的涂布方法。
聚酰亚胺前体溶液通过在有机溶剂中、优选在10-80℃下使大致等摩尔的酸成分和二胺成分无规聚合或嵌段聚合1-30小时来实现。另外,也可预先制备任意一种成分过量的两种以上的聚酰亚胺前体,将各聚酰亚胺前体溶液混合一起,然后在反应条件下混合。这样得到的聚酰亚胺前体溶液可以直接用于制备自支撑性薄膜,或者根据需要除去或加入溶剂后用于制备自支撑性薄膜。
优选形成自支撑性薄膜用的聚酰亚胺前体溶液是聚合物的对数粘度(测定温度:30℃,浓度:0.5g/100ml溶剂,溶剂:N-甲基-2-吡咯烷酮)为1-5、聚合物浓度为10-25%重量,旋转粘度(30℃)为500-4500泊的聚酰亚胺前体(酰亚胺化率:5%以下)溶液。
涂布用的聚酰亚胺前体溶液只要可以公知的方法涂布即可,例如可以是具有薄膜形成性、加热后可与自支撑性薄膜贴合的溶液。涂布用的聚酰亚胺前体溶液可以将与自支撑性薄膜用同样的聚酰亚胺前体溶液(但不含填充剂,或者以相对较低的浓度含有)稀释后使用,还可以聚合至显示比自支撑性薄膜用的聚酰亚胺前体溶液低的聚合物浓度后使用。或者,将所得溶液粘度调节成可涂布的粘度后使用。涂布用的聚酰亚胺前体溶液优选为其聚合物浓度为5-6质量%、旋转粘度(30℃)为0.05-0.15泊的聚酰亚胺前体(酰亚胺化率:5%以下)溶液。
聚酰亚胺前体溶液的自支撑性薄膜如下制备:将含有填充剂的上述聚酰亚胺前体的有机溶剂溶液、或向其中加入了酰亚胺化催化剂、含有机磷的化合物等的聚酰亚胺前体溶液组合物在支撑体上流延涂布,接着在温度100-180℃下加热2-60分钟左右,以达到形成自支撑性的程度(是指通常的酰亚胺化步骤前的阶段)、例如可从支撑体上剥离的程度。聚酰亚胺前体溶液优选含有10-30质量%左右聚酰亚胺前体。另外,聚酰亚胺前体溶液优选聚合物浓度为8-25质量%左右。支撑体例如使用不锈钢基板、不锈钢带等。
本发明中,必须在剥离的自支撑性薄膜的一个表面上均匀且平滑地涂布实质上不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液。因此,自支撑性薄膜必须是可以均匀且平滑地涂布实质上不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液的薄膜。因此,为获得上述状态的自支撑性薄膜,必须适当选择加热温度或加热时间等加热条件。而且,为获得上述自支撑性薄膜,必须对自支撑性薄膜中所含的溶剂或聚酰亚胺前体的酰亚胺化进行控制。
即,优选该自支撑性薄膜的加热减量(大致相当于溶剂含量)在20-40质量%的范围,进一步优选加热减量在20-40质量%的范围、且酰亚胺化率在8-40%的范围。在该条件下制备自支撑性薄膜,则自支撑性薄膜的力学性质充分,容易在自支撑性薄膜的一个面上平滑且均匀地涂布实质上不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,不会在酰亚胺化后生成的聚酰亚胺薄膜上观察到发泡、龟裂、细纹、断裂或裂纹等的发生。需说明的是,上述自支撑性薄膜的加热减量是将测定对象的薄膜在420℃下干燥20分钟,按照下式,由干燥前的重量W1和干燥后的重量W2计算的值。
加热减量(质量%)=[(W1-W2)/W1]×100
自支撑性薄膜的酰亚胺化率可用IR(ATR)测定,利用薄膜和充分固化品的振动带峰面积之比计算。振动带峰利用酰亚氨基羰基的对称伸缩振动带或苯环骨架伸缩振动带等。酰亚胺化率测定也可以利用日本特开平9-316199号公报所述的使用卡尔费歇尔水分计的方法。
聚酰亚胺前体溶液的有机溶剂的例子有:N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺。这些有机溶剂可以单独使用,也可以将两种以上结合使用。
如上所述,用于制备自支撑性薄膜的聚酰亚胺前体溶液中可以根据需要加入酰亚胺化催化剂、含有机磷的化合物等。另外,涂布用的聚酰亚胺前体溶液中也可以根据需要加入酰亚胺化催化剂、含有机磷的化合物等。
酰亚胺化催化剂有:取代或非取代的含氮杂环化合物、该含氮杂环化合物的N-氧化物、取代或非取代的氨基酸化合物、具有羟基的芳族烃化合物或芳族杂环状化合物。其例子有:1,2-二甲基咪唑、N-甲基咪唑、N-苄基-2-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-咪唑、5-甲基苯并咪唑等低级烷基咪唑,N-苄基-2-甲基咪唑等苯并咪唑等的咪唑类;异喹啉等喹啉类;3,5-二甲基吡啶、3,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、4-正丙基吡啶等取代吡啶。特别优选1,2-二甲基咪唑等咪唑类。酰亚胺化催化剂的使用量优选相对于聚酰胺酸(聚酰亚胺前体)的酰胺酸单元为0.01-2倍当量,特别优选为0.02-1倍当量左右。通过使用酰亚胺化催化剂,所得聚酰亚胺薄膜的物性、特别是拉伸或端部抗裂性(端裂抵抗)提高。
含有机磷的化合物的例子有:单己酰磷酸酯、单辛基磷酸酯、单月桂基磷酸酯、单肉豆蔻基磷酸酯、单鲸蜡基磷酸酯、单硬脂基磷酸酯、三甘醇单十三烷基醚的单磷酸酯、四甘醇单月桂基醚的单磷酸酯、二甘醇单硬脂基醚的单磷酸酯、二己酰基磷酸酯、二辛基磷酸酯、二辛基磷酸酯、二月桂基磷酸酯、二肉豆蔻基磷酸酯、二鲸蜡基磷酸酯、二硬脂基磷酸酯、四甘醇一新戊基醚的二磷酸酯、三甘醇单十三烷基醚的二磷酸酯、四甘醇单月桂基醚的二磷酸酯、二甘醇单硬脂基醚的二磷酸酯等的磷酸酯,或这些磷酸酯的胺盐。胺盐形成中使用的胺的例子有:氨、一甲基胺、一乙基胺、一丙基胺、一丁基胺、二甲基胺、二乙基胺、二丙基胺、二丁基胺、三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺。
本发明的聚酰亚胺薄膜的制备中使用的填充剂只要可实现薄膜制备时的易滑性、在辊上卷取和退卷(ロ一ル巻き取り巻きだし)的容易性即可。填充剂的例子有:微粒状二氧化钛粉末、二氧化硅粉末、氧化镁粉末、氧化铝粉末、氧化锌粉末等无机氧化物粉末,微粒状氮化硅粉末、氮化钛粉末等无机氮化物粉末,碳化硅粉末等无机碳化物粉末,和微粒状碳酸钙粉末、硫酸钙粉末、硫酸钡粉末等无机填充剂,聚酰亚胺微纤维、聚酰亚胺颗粒、聚酰胺微纤维、聚酰胺颗粒等有机填充剂。这些填充剂可以将两种以上组合使用。为了均匀分散这些填充剂,可以利用本身公知的方法。
填充剂的平均粒径只要可提高薄膜制备时的易滑性、提高在辊上卷取和退卷的可能性即可,平均粒径优选0.005-0.5μm,更优选0.005-0.2μm,进一步优选0.01-0.1μm的范围。
聚酰亚胺薄膜的相对平滑一侧的表面可以直接用作信息显示装置或电气·电子装置的基膜,或者根据需要进行电晕放电处理、低温等离子体放电处理或常压等离子体放电处理、化学蚀刻等表面处理后用作信息显示装置或电气·电子装置的基膜。
需说明的是,可以根据目的,在聚酰亚胺薄膜的任意一个或者两个表面上层合阻气层、导电体层、半导体层、发光体层等后用作电气部件或电子部件。在这些薄膜上层合时,可以采用蒸镀、离子镀敷、溅射、等离子体CDV等公知的层合方法。
本发明的聚酰亚胺薄膜具有优异的耐热性、优异的耐弯折性、优异的拉伸弹性。即,拉伸弹性模量通常在6500-15000MPa、优选9000-12000MPa的范围,线性膨胀系数(50-200℃)通常在5×10-6-25×10-6cm/cm/℃、优选10×10-6-20×10-6cm/cm/℃的范围,厚度通常为20-150μm,优选35-100μm。因此,适合作为信息显示装置或电气·电子装置的基膜。
关于聚酰亚胺薄膜的平滑侧的表面和另一粗糙面的表面之间的摩擦系数,动摩擦系数通常为0.40以下、优选0.36以下、更优选0.33以下、进一步优选0.30以下、特别优选0.27以下,这样适合作为液晶显示器、有机电致发光显示器、电子纸等的基础基材。静摩擦系数通常为0.40以下、优选0.36以下、更优选0.33以下、进一步优选0.30以下、特别优选0.27以下,这样适合作为液晶显示器、有机电致发光显示器、电子纸等的基础基材。
实施例
以下描述本发明的实施例,进一步详细说明本发明。
(评价方法)
<表面平滑性的测定法>
将试样切成适当大小,在试样板上用双面胶带固定,将试样板用磁铁固定在台架上,进行AFM测定。
装置和测定条件:
(1)DigitalInstruments(Beaco社)制备,D3100型扫描式探针显微镜(SPM)。
(2)控制站:NanoscopeIIIa型
(3)轻敲式原子间力显微镜(AFM)。
(4)扫描尺寸:10×10μm(数据像素数:512×512)。
<聚酰亚胺薄膜的机械特性>
拉伸弹性模量根据ASTM·D882测定。
<摩擦系数的测定>
根据ASTM·D1894测定薄膜的A面与B面之间的动摩擦系数和静摩擦系数。
<聚酰亚胺薄膜的热学特性>
在50-200℃下、以5℃/分钟的升温速度测定线性膨胀系数。
(参考例1)自支撑性薄膜制备用聚酰亚胺前体溶液的制备
将3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐和对苯二胺、N,N-二甲基乙酰胺在40-50℃下聚合30小时,获得聚合物浓度18质量%、溶液粘度1800泊(30℃,旋转粘度计)的聚酰胺酸溶液。相对于100质量份聚酰胺酸,向该聚酰胺酸溶液中加入0.1质量份单硬脂基磷酸酯三乙醇胺盐和0.5质量份的胶体二氧化硅(平均粒径:),得到自支撑性薄膜制备用聚酰亚胺前体溶液。
(参考例2)涂布用聚酰亚胺前体溶液的制备
在N,N-二甲基乙酰胺中以95∶100的摩尔比聚合3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐和对苯二胺,得到聚合物浓度5.5质量%、0.1泊(30度,振动粘度剂)的聚酰胺酸溶液,然后添加3,3’,4,4’-联苯四甲酸(s-BPTA),使酸/二胺大致等摩尔,得到聚酰胺酸溶液。进一步用20μm的过滤器过滤,得到涂布用聚酰亚胺前体溶液。
(实施例)
使用设置了单层挤出成型用模头的制膜装置,将参考例1得到的自支撑性薄膜制备用聚酰亚胺前体溶液供给具有单层挤出成型用模头的挤出成型机构,在喷出温度30℃下将单层的薄膜状物由上述模头向卷绕在一对驱动轮上转动的、表面平滑的支撑体(金属制的带)上面连续挤出,然后在浇铸炉中,通过热风吹出装置、在约140℃的温度下将上述支撑体的上面的薄膜状物干燥6分钟,形成自支撑性薄膜(溶剂含有率:30-40%重量),接着从支撑体上剥离自支撑性薄膜。
使用凹涂仪,在自支撑性薄膜的一个面(A面)上涂布参考例2获得的涂布用聚酰亚胺前体溶液,使干燥后的厚度为0.8-1.0μm,使涂布后的自支撑性薄膜通过内设红外线加热器的固化炉,在自约150至450℃的阶段性升温温度范围内加热处理4分钟,形成薄膜,进一步将薄膜冷却至常温,卷绕在卷绕机的卷绕辊上,制备厚度为50μm的芳族聚酰亚胺薄膜。
对所得芳族聚酰亚胺薄膜的特性进行评价。
(1)表面平滑性:
涂布一侧(Ra=0.95nm,Rms=1.21nm,Rmax=21.3nm)
未涂布一侧(Ra=1.55nm,Rms=2.45nm,Rmax=57.4nm)
(2)机械特性:
拉伸弹性模量:9850Mpa(MD、TD平均值)
(3)摩擦系数:动摩擦系数:0.34,静摩擦系数:0.35
(4)线性膨胀系数(50-200℃):MD(长度方向)12ppm/℃,TD(宽度方向)12.2ppm/℃
产业实用性
本发明的一面平滑的聚酰亚胺薄膜具有优异的耐热性、优异的拉伸弹性、适度的摩擦系数、适度的线性膨胀系数,因此可有利地用于液晶显示器、有机电致发光显示器、以及电子纸等的基础基材。
Claims (8)
1.聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜是在含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域上连续形成由含有90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分、和含有90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分得到的聚酰亚胺树脂区域得到的、厚度在20-150μm范围的聚酰亚胺树脂薄膜,其中,所述的含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域包含由含有90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含有90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分得到的聚酰亚胺树脂、以及分散在该聚酰亚胺树脂中的填充剂;含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域一侧的薄膜表面的Ra超过1.2nm、在1.8nm以下,其相反一侧的薄膜表面的Ra为1.0nm以下。
2.权利要求1所述的聚酰亚胺薄膜,其中,上侧的聚酰亚胺树脂区域是不含填充剂的区域,或者是以比下侧的含填充剂的聚酰亚胺树脂区域中所含的填充剂低的浓度含有填充剂的区域。
3.权利要求1所述的聚酰亚胺薄膜,其中,上侧的聚酰亚胺树脂区域的厚度在0.6-1.2μm的范围。
4.权利要求1所述的聚酰亚胺薄膜,其中,所述的含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域和在所述含有填充剂的聚酰亚胺树脂区域上形成的聚酰亚胺树脂区域都是使用含有95-100摩尔%3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分获得的。
5.液晶显示器、有机电致发光显示器、电子纸或太阳能电池的基材,它们含有权利要求1-4中任一项所述的聚酰亚胺薄膜。
6.信息显示装置或电气·电子装置,该装置具备权利要求1-4中任一项所述的聚酰亚胺薄膜。
7.权利要求1所述的聚酰亚胺薄膜的制备方法,该方法包括以下步骤:在自支撑性薄膜的一个表面上涂布由含90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分得到的、不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,形成复合体薄膜的步骤,其中,所述自支撑性薄膜包含由含90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分获得的、含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液;以及将该复合体薄膜加热、进行酰亚胺化的步骤。
8.权利要求1所述的聚酰亚胺薄膜的制备方法,该方法包括以下步骤:在自支撑性薄膜的、制备含溶剂自支撑性薄膜时不与支撑体表面接触的表面上涂布由含90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分得到的、不含填充剂的聚酰亚胺前体溶液,形成复合体薄膜的步骤;以及将该复合体薄膜加热、进行酰亚胺化的步骤,其中,所述自支撑性薄膜通过包括下述步骤的方法获得:将由含90摩尔%以上的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐的酸成分和含90摩尔%以上的对苯二胺的二胺成分获得的、含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液在平滑的支撑体表面流延,形成含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液薄膜的步骤;对含有填充剂的聚酰亚胺前体溶液薄膜进行干燥,变换为含有填充剂的含溶剂自支撑性薄膜的步骤;从支撑体表面剥离该自支撑性薄膜的步骤;以及将剥离的自支撑性薄膜加热,蒸发除去一部分溶剂的步骤。
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