CN104277457A - 聚酰亚胺膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚酰亚胺膜,包括:构成该膜主结构的聚酰亚胺高分子聚合物;以及分布于该膜中的聚酰亚胺粉体,该聚酰亚胺粉体占该膜总重的15wt%至30wt%,并具有3μm至8μm的平均粒径。本发明的聚酰亚胺膜具有高雾度、低光泽度、及高机械强度的特性。

Description

聚酰亚胺膜
【技术领域】
本发明涉及一种聚酰亚胺膜,尤其是关于一种具有低光泽度的聚酰亚胺膜。
【背景技术】
可呈现漫反射消光效果的高分子薄膜通称为“消光膜”,膜表面通常具有低光泽度及高雾度,反射光弱而柔和。消光膜的优点包括手感舒适、外观典雅,可应用于电子产品、光学镜头模块、LCD模块、广告广告牌、包装材料等范畴。
聚酰亚胺消光膜已被广泛应用于各种产品上,例如光学镜头模块的软性电路板,然而,光学镜头模块对于软性电路板表面的消光特性有着极严苛的要求。
为了降低聚酰亚胺膜的光泽度,已有报导在聚酰亚胺薄膜中添加消光剂来提高薄膜表面的粗糙度,以散射入射光线的方案。习知消光剂的材料可分为无机化合物与有机化合物。无机化合物包括氧化硅、氧化铝、碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛等,但由于无机粒子具有较高的介电常数,可能会提高聚酰亚胺膜的介电常数,从而降低薄膜的绝缘性,不利于后续应用。有机化合物包括聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、环氧树脂等,然而,在聚酰亚胺膜制程中,化学转化温度通常须超过250℃,但该有机化合物皆无法承受250℃或更高的温度,若作为消光剂添加于聚酰亚胺膜中,会造成薄膜的缺陷,例如出现裂纹或孔洞,或因熔融不均而产生颜色不一致的斑块。
因此,对于兼具良好薄膜特性与消光要求的聚酰亚胺薄膜,仍有其需求。
【发明内容】
一种聚酰亚胺膜,包括:构成该膜主结构的聚酰亚胺高分子聚合物;以及分布于该膜中的聚酰亚胺粉体,该聚酰亚胺粉体占该膜总重的15wt%至30wt%,并具有3tm至8tm的平均粒径。在聚酰亚胺膜中添加具有特定粒径及特定比例的聚酰亚胺粉体作为消光剂,可有效降低所得聚酰亚胺膜的光泽度,提高雾度,并维持良好的薄膜特性,例如机械强度。
该聚酰亚胺高分子聚合物由二胺化合物(diamine)及二酐化合物(dianhydride)经缩合反应而形成,二胺与二酐的单体的摩尔比例约为实质上相等。可应用于本发明聚酰亚胺膜的聚酰亚胺高分子聚合物并未特别限制,该二胺与二酐的单体成分及种类亦未特别限制。该二胺与二酐成分,可分别为单一种或多种的组合。在一实施例中,该二胺可为二胺基二苯醚(ODA)(例如4,4′-ODA、3,4′-ODA等)、苯二胺(例如对苯二胺(p-PDA)、问苯二胺(MPD))、双(三氟甲基)联苯胺(TFMB)、二胺基二苯砜(DDS)、双[(胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷(BDAF)、双(胺基苯基)-六氟丙烷、四氟-苯二胺、环己烷二胺(CHDA)、环丁烷二胺、四亚甲二胺、己二胺、辛二胺、十二亚甲二胺等。在一实施例中,该二酐可为焦蜜石酸二酐(PMDA)、联苯四羧酸二酐(BPDA)、2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐(BPADA)、氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)、六氟二酐(6FDA)、二苯砜四羧酸二酐(DSDA)、双酚A型二酐、环丁烷四甲酸二酐、环脂族二酐等。
用于本发明的聚酰亚胺粉体是作为消光剂,可由二胺化合物及二酐化合物反应而形成,该二胺及二酐化合物约为等摩尔比例。在一实施例中,该二胺化合物选自由对苯二胺(PDA)、二胺基二苯醚(ODA)(例如4,4′-ODA、3,4′-ODA等)、2-(4-胺基苯基)-5-胺基苯并咪唑(PBOA)或前述任意的组合;且,该二酐化合物选自由联苯四羧酸二酐(BPDA)、焦蜜石酸二酐(PMDA)、或前述的组合。举例而言,该聚酰亚胺粉体可由ODA/PMDA、ODA/BPDA、PDA/BPDA、或PBOA/PMDA反应所形成。
在本发明中,将作为消光剂的该聚酰亚胺粉体添加至聚酰亚胺膜中,可于该膜表面形成凹凸微结构,或亦可分布于该聚酰亚胺膜内形成光散射结构,藉此散射入射光线,达到降低光泽度及提高雾度的效果。
该聚酰亚胺粉体的平均粒径为约3-8um。在实施例中,该聚酰亚胺粉体的平均粒径可为3、4、5、6、7、或8μm,亦可介于其中任两数值点的范围内。在部分实施例中,该平均粒径为3-5μm。在其它实施例中,该平均粒径为6-8μm。
在本发明中,该聚酰亚胺粉体的添加量为,以聚酰亚胺膜的总重量为基础,约15-30wt%,优选为约20-28wt%。在一实施例中,该聚酰亚胺粉体的比例可为21wt%、22wt%、23wt%、25wt%、26wt%、27wt%,或介于其中任两数值点的范围内。
本发明聚酰亚胺膜的颜色可为透明,亦即,透明膜并呈低光泽雾状效果。然而本发明不限于此,低光泽度聚酰亚胺膜亦可为有色薄膜,例如,红色、蓝色、白色、黑色、黄色等。在部分实施例中,该聚酰亚胺膜的成分进一步包括颜料,颜料的成分可依所欲薄膜呈色而选择,可为有机颜料或无机颜料。该颜料的添加比例,以聚酰亚胺膜的总重量为基础,为约1至4wt%。
在某些实施例中,可用的有机颜料及无机颜料,具体可列举如:镉红(Cadmium Red)、镉朱红(Cadmium Vermilion)、暗红(Alizarin Crimson)、耐久紫红(Permanent Magenta)、凡戴克棕(Van Dyke brown)、钡柠檬黄(BariumLemon Yellow)、镉柠檬黄(Cadmium Yellow Lemon)、浅镉黄(Cadmium YellowLight)、中镉黄(Cadmium Yellow Middle)、橘镉黄(Cadmium Yellow Orange)、鲜红(Scarlet Lake)、茶黄带绿(Raw Umber Greenish)或暗茶(Burnt Umber)等。该有机颜料及无机颜料可各自单独使用或两种以上混合使用。
在一实施例中,该颜料选白黑色颜料,例如碳微粒子、铬系或钛系黑色颜料等。举例但非限制,该黑色颜料可为碳黑、钛黑、骨炭(bone black)、花青黑(cyanine black)、乙炔黑、灯黑、石墨、铁黑、苯胺黑、花菁黑、氧化钴(cobalt oxide)、Fe-Mn-Bi黑、Fe-Mn氧化物尖晶石黑(Fe-Mn oxide spinelblack)、(Fe,Mn)203黑、铜铬铁矿黑尖晶石(copper chromite black spinel)、赤铁矿(hematite)、黑色氧化铁、云母状氧化铁、黑色错合无机色料(CICP)、CuCr204黑、Ni,Mn,Co)(Cr,Fe)204黑、苯胺黑、苝黑、葸醌黑、铬绿黑赤铁矿、铬铁氧化物等,可单独使用或组合使用。在一优选实施例中,该黑色颜料为碳黑、钛黑、苝黑或三种混合使用。
在实施例中,本发明的聚酰亚胺膜具有10以下的60度光泽值,优选可达9.8以下,更优选可达7.5以下。在部分实施例中,该膜的60度光泽值可为3至10。在部分实施例中,该膜的60度光泽值可为2至5。在部分实施例中,该膜的60度光泽值可为2.5至3.5。在部分实施例中,该膜的60度光泽值可为4至6。
在实施例中,该聚酰亚胺膜具有90%以上的雾度,优选可达95%以上,例如可达97%、98%、99%以上。
在实施例中,该聚酰亚胺膜具有280kgf/mm2以上的杨氏系数的机械强度。
以下以实施例详述本发明。
【实施方式】
实施例1、聚酰亚胺(PI)粉体的制备
实施例1.1
以4,4′-ODA(14.35克)及PMDA(15.65克)以摩尔比1:1于DMAC溶剂(470克)中进行聚合反应,获得聚酰胺酸溶液。将500克固含量为6wt%的聚酰胺酸溶液置入三颈烧瓶内搅拌,接着以2℃/分钟的升温速率加热至160℃,持温反应约3小时,获得聚酰亚胺析出物。冷却至室温后,以DMAC和乙醇清洗所得析出物并以真空过滤,再于烘箱中以约160℃加热烘干约1小时,可获得聚酰亚胺粉体。所得粉体的平均粒径为约3-5微米。
实施例1.2
重复实施例1.1的步骤,但改以0.6℃/分钟的升温速率加热至160℃进行反应,所得粉体的平均粒径为约6-8微米。
实施例1.3
重复实施例1.1的步骤,但各成分重量改为约470克的DMAC、约12.15克的4,4′-ODA、约17.85克的BPDA。
实施例1.4
重复实施例1.1的步骤,但各成分重量改为约470克的DMAC、约8.06克的PDA、约21.94克的BPDA。
实施例1.5
重复实施例1.1的步骤,但各成分重量改为约470克的DMAC、约15.24克的PBOA、约14.76克的PMDA。
比较例1、以不同成分制备聚酰亚胺粉体
比较例1.1
重复实施例1.1的步骤,但改以4,4′-ODA及六氟异丙基二酞酸酐
(2,2′-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride,6FDA)作为二胺及二酐成分。
比较例1.2
重复实施例1.1的步骤,但改以TFMB及PMDA作为二胺及二酐成分。
比较例1.3
重复实施例1.1的步骤,但改以TFMB及6FDA作为二胺及二酐成分。
比较例1.4
重复实施例1.1的步骤,但改以2,2′-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷
(BAPP)及2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐(BPADA)作为二胺及二酐成分。
表1显示了以上述实施例及比较例的不同二胺/二酐成分进行聚酰亚胺粉体的制备时,是否可析出聚酰亚胺粉体。
表1
◎:可析出球形PI粒子;×:无法造粒。
如表1所示,并非任意二胺及二酐成分的组合均可于制备过程中直接析出聚酰亚胺粒子,比较例1.1至1.4的成分组合均无法造粒,故不适用为聚酰亚胺粉体的成分。
反之,以本发明所教示的特定二胺/二酐的组合,所形成的聚酰亚胺粒子可于制程中直接析出,且表1所列的实施例均可达到3-5微米的平均粒径,在聚酰亚胺粉体的制程上相当有利。
实施例2、聚酰亚胺膜的制备
实施例2.1
在室温下,将实施例1.1的聚酰亚胺粉体与DMAC以重量比为1:6混合,并搅拌1小时,接着以研磨机研磨分散而制得聚酰亚胺粉体浆料。
以4,4′-ODA(35.89克)及PMDA(39.12克)以摩尔比1:1在DMAC溶剂(425克)中进行聚合反应,获得聚酰胺酸溶液(固含量为15wt%)。取该聚酰胺酸溶液(50克)与前述聚酰亚胺粉体浆料(8.34克)混合并搅拌。将该混合液涂布于玻璃板上,放入80℃的烘箱内加热约30分钟,以移除大多数的溶剂。接着,将上述涂布有聚酰胺酸溶液的玻璃板放入170℃~370℃的烘箱内,加热约4小时,以令聚酰胺酸溶液烤干成膜,之后将该膜白玻璃板剥离。所得聚酰亚胺膜含有15wt%的聚酰亚胺粉体,膜厚度为13μm。
实施例2.2
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为11.81克。所得聚酰亚胺膜含有20wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.3
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为13.32克。所得聚酰亚胺膜含有22wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.4
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为15.75克。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.5
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为18.37克。所得聚酰亚胺膜含有28wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.6
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为20.24克。所得聚酰亚胺膜含有30wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.7
重复实施例2.4的步骤,但聚酰胺酸溶液系以PDA(20.15克)及BPDA(54.85克)以摩尔比1:1于DMAC溶剂(425克)中进行聚合反应而得,其固含量为15wt%。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.8
重复实施例2.4的步骤,但聚酰胺酸溶液系以ODA(30.36克)及BPDA(44.64克)以摩尔比1:1于DMAC溶剂(425克)中进行聚合反应而得,其固含量为15wt%。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.9
重复实施例2.4的步骤,但改以实施例1.2的粉体制备聚酰亚胺粉体浆料。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.10
在室温下,将碳黑(型号R400R,购白CABOT公司)、实施例1.1的聚酰亚胺粉体、与DMAC混合(碳黑:聚酰亚胺粒子:DMAC的重量比为1:25:156),并搅拌1小时,接着以研磨机研磨分散而制得聚酰亚胺粉体浆料。
接着,重复实施例2.1的步骤制备聚酰亚胺膜,但使用前述含碳黑的聚酰亚胺粉体浆料16.6克。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体及1wt%的碳黑。
实施例2.11
重复实施例2.10的步骤,但碳黑:聚酰亚胺粒子:DMAC的重量比改为4:25:174,且以所得含碳黑的聚酰亚胺粉体浆料19.44克进行制膜。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体及4wt%的碳黑。
实施例2.12
重复实施例2.4的步骤,但以实施例1.3的聚酰亚胺粉体制备聚酰亚胺粉体浆料。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.13
重复实施例2.4的步骤,但以实施例1.4的聚酰亚胺粉体制备聚酰亚胺粉体浆料。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
实施例2.14
重复实施例2.4的步骤,但以实施例1.5的聚酰亚胺粉体制备聚酰亚胺粉体浆料。所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2、不同成分/比例的聚酰亚胺膜
比较例2.1
4,4′-ODA(35.89克)及PMDA(39.12克)以摩尔比1:1于DMAC溶剂(425克)中进行聚合反应,获得聚酰胺酸溶液(固含量为15wt%)。将该聚酰胺酸溶液涂布于玻璃板上,放入80℃的烘箱内加热约30分钟,以移除大多数的溶剂。接着,将上述涂布有聚酰胺酸溶液的玻璃板放入170℃~370℃的烘箱内,加热约4小时,以令聚酰胺酸溶液烤干成膜,之后将该膜白玻璃板剥离。
比较例2.2
重复比较例2.1的步骤,但改以PDA(21.5克)及BPDA(54.85克)作为二胺及二酐的成分。
比较例2.3
重复比较例2.1的步骤,但改以ODA(30.36克)及BPDA(44.64克)作为二胺及二酐的成分。
比较例2.4
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为0.48克。所得聚酰亚胺膜含有1wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.5
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为1.46克。所得聚酰亚胺膜含有3wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.6
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为2.49克。所得聚酰亚胺膜含有5wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.7
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为3.56克。所得聚酰亚胺膜含有7wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.8
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为5.25克。所得聚酰亚胺膜含有10wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.9
重复实施例2.1的步骤,但聚酰亚胺粉体浆料改为47.24克。所得聚酰亚胺膜含有50wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.10
依据实施例1.1的步骤制备聚酰亚胺粉体,但改以3.7℃/分钟的升温速率加热至160℃进行反应,所得粉体的平均粒径为约1-2微米。接着,重复实施例2.4的步骤以制备膜,所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
比较例2.11
依据实施例1.1的步骤制备聚酰亚胺粉体,但改以0.32℃/分钟的升温速率加热至160℃进行反应,所得粉体的平均粒径为约10-13微米。接着,重复实施例2.4的步骤以制备膜,所得聚酰亚胺膜含有25wt%的聚酰亚胺粉体。
测量上述实施例2及比较例2所得聚酰亚胺膜的薄膜特性,包括雾度、
穿透度、60度光泽值、杨氏系数,详如下述。
雾度:以NIPPON DEMSHOKU NDH2000雾度计进行检测,所记录者为3至6个各别测量值的平均。
穿透度:以NIPPON DEMSHOKU NDH2000雾度计进行检测,所记录者为3至6个各别测量值的平均。
60度光泽值:使用NIPPON DEMSHOKU PG-1M光泽度计量测,所记录者为3至6个各别测量值的平均。
杨氏系数:使用万能材料试验机(Tinius Olsen H10KS)并参照ASTM D882方法测试而得,所记录者为5个测量值的平均。
检测结果如表2所示。
于实施例中提供了由ODA/PMDA、ODA/BPDA、PDA/BPDA、PBOA/PMDA所形成的聚酰亚胺粉体,如表2所示,将由前述特定二胺/二酐成分所形成、具有平均粒径3-8μm的聚酰亚胺粉体作为消光剂,以15-30wt%的比例添加至聚酰亚胺膜中,可获得具有所欲高雾度(高于95%)、低光泽度值(低于10)、及高机械强度(280kgf/mm2以上的杨氏系数)的聚酰亚胺膜。
该聚酰亚胺粉体可应用于不同成分的聚酰亚胺膜中(实施例2.4、2.7、及2.8),均可形成具有高雾度、低光泽度值、及高机械强度(的聚酰亚胺膜。
又,除了作为消光剂的聚酰亚胺粉体外,在薄膜中可进一步添加碳黑,如实施例2.10及2.11所示,以制备雾面黑色聚酰亚胺膜。由于聚酰亚胺粉体己提供良好的雾度、低光泽度、及高机械强度,因此,仅须添加少量碳黑,即1-4wt%,即可获得具有极佳遮蔽度(全光穿透率低于0.3%)的雾面黑色聚酰亚胺膜。
为了说明本发明的聚酰亚胺膜所包含的聚酰亚胺粉体须于特定条件组合下,才可达到所欲薄膜特性,系提供不同的比较例为证。本发明的聚酰亚胺粉体系由特定二胺/二酐成分组合才能以简单且直接的制程制备,已由表1结果证实。
另外,聚酰亚胺粉体的粒径及其于膜中含量系决定所得薄膜特性,必须同时符合平均粒径3-8μm及含量15-30wt%的要求才能达到所欲薄膜特性,即高雾度、低光泽度、以及高机械强度。
比较例2.1至2.3显示不同成分的聚酰亚胺膜,在未添加聚酰亚胺粉体的情况下,薄膜均具有极高的60度光泽度(>180)及极低的雾度(<2)。
即使聚酰亚胺粉体具有适当的粒径范围,比较例2.4至2.8显示,在添加量过低的情况下,薄膜仍展现了过高的光泽度及低雾度(<86%);反之,比较例2.9则显示,若添加量过高则对薄膜的机械强度造成不利的影响,杨氏系数显著降低(<200kgf/mm2),进而不利于后续商业应用。
相对地,当聚酰亚胺粉体具有适当的添加量,但粉体的平均粒径不符合条件时,如比较例2.10显示粉体平均粒径过低时,虽然薄膜的雾度可达95%,但其消旋光性能差,60度光泽度无法降至所欲之值以下;反之,如比较例2.11显示粉体平均粒径过高时,薄膜的雾度反而降低,且具有高光泽度,可能因粒径大而产生粉体的聚集,而导致粉体粒子间漏光现象,且其机械强度亦未达要求。
由前述测验的比较例可证实,聚酰亚胺粉体的平均粒径及薄膜中含量必须同时符合特定范围,亦即聚酰亚胺粉体平均粒径为约3至8tm、薄膜中含量为约15至30wt%,才能达到所欲之高雾度、低光泽度、以及高机械强度的薄膜特性。
另外,本发明利用聚酰亚胺粉体作为消光剂,由于聚酰亚胺粉体具有高耐热性,因此在聚酰亚胺成膜制程中,即使经250℃至500℃的高温化学转化反应,仍可维持安定性,不会产生消光剂熔融所致颜色不一致的缺陷,显然优于习知有机化合物消光剂。另外,相较于习知无机消光剂,由于聚酰亚胺粉体具有高绝缘的特性,可使薄膜具有较低的介电常数,特别适用于高绝缘性需求的产品。
据此,本发明所述的聚酰亚胺膜可应用于软性电路板(FPC)、刚性电路板(rigid printed boards)、软刚性电路板(flexible-rigid printed board)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、光伏电池(photovoltaic cells)、液晶显示器(TFT-LCD)、有机发光二极管(OLED)、可携式通讯装置(portablecommunication device)、数字相机、笔记型计算机(1aptop)、电子书(e-book)、平板计算机(tablet PC)等电子产品。
上述特定实施例的内容是为了详细说明本发明,然而,所述实施例系仅用于说明,并非意欲限制本发明。本领域技术人员可理解,在不悖离后附权利要求书所界定的范畴下针对本发明所进行的各种变化或修改是落入本发明的一部分。

Claims (8)

1.一种聚酰亚胺膜,包括:
构成该膜主结构的聚酰亚胺高分子聚合物;以及
分布于该膜中的聚酰亚胺粉体,该聚酰亚胺粉体占该膜总重的15wt%至30wt%,并具有3μm至8μm的平均粒径。
2.如权利要求1的聚酰亚胺膜,其具有10以下的60度光泽值。
3.如权利要求1的聚酰亚胺膜,其具有90%以上的雾度,如权利要求1的聚酰亚胺膜,其具有280kgf/mm2以上的杨氏系数的机械强度。
4.如权利要求)的聚酰亚胺膜,其中,该聚酰亚胺粉体由二胺化合物及二酐化合物反应而形成,该二胺化合物选自由对苯二胺(PDA)、二胺基二苯醚(ODA)及2-(4-胺基苯基)-5-胺基苯并咪唑(PBOA)所成群组的一种或多种,且该二酐化合物选自由联苯四羧酸二酐(BPDA)及焦蜜石酸二酐(PMDA)所成群组的一种或多种。
5.如权利要求1的聚酰亚胺膜,其中,该聚酰亚胺粉体占该膜总重的20wt%至28wt%。
6.如权利要求1的聚酰亚胺膜,进一步包括颜料。
7.如权利要求7的聚酰亚胺膜,其中,该颜料占该膜总重的1wt%至4wt%。
8.如权利要求7的聚酰亚胺膜,其中,该颜料选自碳黑。
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