CN105086446A - 聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其制造方法、以及聚合物 - Google Patents

聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其制造方法、以及聚合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其制造方法、以及聚合物。本发明的聚合物组合物含有(A)聚合物、及(B)有机溶剂,并且(A)聚合物为具有下述式(1)所表示的基团的聚合物。(式(1)中,R1为特定的光反应性基,R2为单键或2价有机基;Y1为(u+1)价环状基或者氮原子;u为2~4的整数;其中,在Y1为氮原子的情况下,u=2;“*”表示结合键)。所述聚合物组合物可获得即便在少的光照射量下也显示出优异的响应速度特性及对比度特性、且残像特性优异的液晶显示元件。

Description

聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其制造方法、以及聚合物
技术领域
本发明涉及一种聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其制造方法、以及聚合物。
背景技术
液晶显示元件中,作为垂直取向模式而现有已知的多域垂直取向(Multi-DomainVerticalAlignment,MVA)型面板通过在液晶面板中形成突起物来控制液晶分子的倒塌方向,由此实现视角的扩大。但是,依据该方式,由突起物引起的透过率及对比度的不足无法避免,进而还存在液晶分子的响应速度慢的问题。
近年来,为了解决如上所述的MVA型面板的问题,提出了聚合物稳定取向(PolymerSustainedAlignment,PSA)模式(例如参照专利文献1)。该PSA技术是将通过光照射而聚合的聚合性成分混入液晶单元的液晶层中,在通过电压施加而使液晶分子倾斜的状态下对液晶单元进行光照射,由此使聚合性成分进行聚合来控制液晶分子的分子取向的技术。依据该技术,可改善视角的扩大及液晶分子的高速响应性。
除此以外,非专利文献1中提出了使用由含有反应性液晶原的聚酰亚胺系液晶取向剂所形成的液晶取向膜的方法。依据非专利文献1,具备利用该方法来形成的液晶取向膜的液晶显示元件的液晶分子的响应为高速。
另外,本申请人已提出了如下技术:可对使用液晶取向剂而形成的涂膜,以尽可能少的光照射量来赋予所需的预倾角特性,且用以获得液晶分子对电压变化的响应速度足够快速的液晶显示元件(例如参照专利文献2)。该专利文献2中公开了:使用含有在侧链上具有(甲基)丙烯酰基的聚有机硅氧烷作为聚合物成分的液晶取向剂,在基板上形成液晶取向膜,并且使用该基板而形成液晶单元,在对基板间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射,由此制造液晶显示元件。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-149647号公报
[专利文献2]日本专利特开2011-118358号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]Y.-J.李等人,《信息显示学会09文摘(SocietyforInformationDisplay09DIGEST)》,第666页(2009)
发明内容
[发明所欲解决的问题]
然而,使用所述技术的液晶显示元件中,在抑制长时间驱动中的残像的产生的方面存在改善的余地。认为所述残像产生的要因之一为:随着液晶显示元件的长时间驱动,预倾角产生变化。若在液晶显示元件中预倾角产生变化,则存在液晶分子的响应速度特性或光学特性大幅度改变,显示品质下降的倾向。另外,认为残像产生的另一要因为:随着紫外线照射,液晶分子或液晶取向膜分解,由此产生杂质离子,且所述杂质离子分布于液晶显示元件内。虽认为可通过减少紫外线的照射量来抑制杂质离子的产生,但若减少紫外线的照射量,则无法获得具有足够高的预倾角的液晶取向膜,担忧会导致液晶分子的响应速度特性或对比度特性的下降。特别是近年来,对于液晶显示元件的高性能化的要求进而提高,要求使液晶显示元件的显示品质较以往更良好。
本发明是鉴于所述问题而形成,目的之一为提供一种可获得即便以少量的光照射量也显现出优异的响应速度特性及对比度特性、且残像特性优异的液晶显示元件的聚合物组合物。
[解决问题的手段]
本发明人等人为了解决如上所述的现有技术的问题而进行了积极研究,结果发现,利用包含具有特定结构的聚合物的聚合物组合物,可解决所述问题,从而完成了本发明。具体而言,由本发明来提供以下的聚合物组合物、液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件及其的制造方法、以及聚合物。
本发明的一方面为提供一种聚合物组合物,其含有(A)聚合物及(B)有机溶剂,并且(A)聚合物为具有下述式(1)所表示的基团的聚合物。
[化1]
(式(1)中,R1为选自由下述式(r1-1)~式(r1-6)分别所表示的基团所组成的组群中的1价基;R2为单键或2价有机基;Y1为(u+1)价环状基或者氮原子;u为2~4的整数;其中,在Y1为氮原子的情况下,u=2;“*”表示结合键)
[化2]
(式(r1-1)~式(r1-6)中,R5为氢原子或甲基,X5为氧原子或-NR30-(其中,R30为氢原子或甲基);R6为碳数1~20的1价烃基或将该烃基中的至少1个氢原子以氟原子取代而成的基团、或者具有杂环的1价基;R7及R9为氢原子或碳数1~20的烷基;2个R8分别独立地为氢原子或碳数1~20的烷基,或者通过2个R8相互键结而与R8所键结的2个碳原子一起形成碳数4~20的烃环结构;R10为氢原子、碳数1~5的烷基或碳数1~5的氟烷基;其中,多个R10可以相同也可以不同;Ar1为2价芳香环基,Ar2及Ar3为单键或2价芳香环基)
本发明的一方面为提供一种液晶取向剂,其包含所述的聚合物组合物。
本发明的一方面为提供一种液晶取向膜,其是使用作为所述聚合物组合物的液晶取向剂而形成。另外,提供具备该液晶取向膜的液晶显示元件。另外,进而提供一种液晶显示元件的制造方法,其包括:在具有导电膜的一对基板的该导电膜上,涂布所述聚合物组合物而形成涂膜的步骤;经由液晶层,以该涂膜相对的方式将形成有涂膜的一对基板对向配置而构筑液晶单元的步骤;以及在对一对基板中的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射的步骤。另外,本发明的另一方面为提供一种具有所述式(1)所表示的基团的聚合物。
[发明的效果]
利用本发明的聚合物组合物,可获得液晶分子的响应速度快速、且显现出良好的对比度,而且即便长时间连续驱动也显现出良好的显示特性的液晶显示元件。另外,用以赋予液晶取向能力的光照射量少即可,因此可抑制由光引起的液晶分子的分解等,另外,有助于削减液晶显示元件的制造成本。即,由本发明获得的液晶显示元件在性能方面及成本方面这两方面均优异。
具体实施方式
以下,对本发明的聚合物组合物中所含的各成分、及视需要而任意调配的其他成分进行说明。
<(A)聚合物>
本发明的聚合物组合物含有具有所述式(1)所表示的基团的聚合物(以下也称为“(A)聚合物”)作为聚合物成分。
此处,本说明书中的所谓“烃基”,是包含链状烃基、脂环式烃基及芳香族烃基的含义。另外,所谓“链状烃基”,是指在主链上不含环状结构而仅由链状结构所构成的直链状烃基及分支状烃基。其中,可以饱和也可以不饱和。所谓“脂环式烃基”,是指仅包含脂环式烃的结构作为环结构而不含芳香环结构的烃基。其中,未必需要仅由脂环式烃的结构构成,也包含其一部分中具有链状结构的。所谓“芳香族烃基”,是指包含芳香环结构作为环结构的烃基。其中,未必需要仅由芳香环结构所构成,也可以在其一部分中包含链状结构或脂环式烃的结构。
所述式(1)的R1为选自由所述式(r1-1)~式(r1-6)分别所表示的基团所组成的组群中的1价基。所述式(r1-1)中,X5为氧原子或-NR30-(R30为氢原子或甲基),就光反应性的观点而言,优选为氧原子或-NH-。
所述式(r1-2)中,R6的碳数1~20的1价烃基例如可列举:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十五烷基、十八烷基、二十烷基等烷基;环己基、甲基环己基等经取代或未经取代的环烷基;苯基、甲苯基、萘基等芳基;苄基等芳烷基等。在R6为将1价烃基的至少1个氢原子以氟原子取代而成的基团的情况下,作为其具体例,可列举将所述例示的烃基的至少1个氢原子以氟原子取代而成的基团等,例如可列举三氟甲基、3,3,3-三氟丙基等。
在R6为具有杂环的1价基的情况下,该杂环可列举含氮杂环、含氧杂环及含硫杂环等。这些杂环中优选为含氮杂环,作为其具体例,例如可列举:吡咯烷、哌啶、哌嗪、六亚甲基亚胺、咪唑啉、吗啉、吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、嘧啶、哒嗪、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、嘌呤、喹啉、异喹啉、萘啶、喹喔啉、酞嗪、三嗪、氮呯、二氮呯、吖啶、吩嗪、菲咯啉、噁唑、噻唑、咔唑、噻二唑、苯并噻唑、吩噻嗪、噁二唑等。另外,这些杂环也可以具有取代基。作为该取代基的具体例,例如可列举:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤素原子;甲基、乙基、丙基等烷基;甲氧基、乙氧基、丙氧基等烷氧基等。
所述具有杂环的1价基具有自这些杂环中去除1个或多个氢原子而成的结构。R6中的杂环可直接键结于式(r1-2)中的酯键上,也可以经由2价连结基来键结。
所述式(r1-2)中,Ar1的2价芳香环基是自芳香环的构成环骨架的原子中去除2个氢原子而成的基团。作为该芳香环,例如可列举:苯环或萘环等芳香族烃环、以及所述R6的说明中所例示的杂环中显示出芳香族性的杂环(例如吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、嘧啶、哒嗪等)等。
所述式(r1-3)的R7及所述式(r1-5)的R9中的碳数1~20的烷基的说明可应用所述R6的烷基的说明。R7及R9的烷基可以是直链状,也可以是分支状,优选为直链状。
所述式(r1-3)的Ar2及所述式(r1-5)的Ar3中的2价芳香环基的具体例可应用所述Ar1的说明。
所述式(r1-4)的R8为氢原子或碳数1~20的烷基,或者通过2个R8相互键结而与R8所键结的2个碳原子一起形成碳数4~20的烃环结构。在R8为碳数1~20的烷基的情况下,作为其具体例,可列举作为所述R6的烷基而例示的基团。2个R8相互可以相同,也可以不同。
2个R8相互键结而形成的烃环结构可列举:环戊烷环、环己烷环等脂肪族烃环;苯环等芳香族烃环等。这些烃环中,所述烃环结构优选为脂肪族烃环,更优选为环己烷环。所述烃环结构也可以在环部分具有取代基。作为该取代基的具体例,例如可列举甲基、乙基等。
就光反应性的观点而言,R8优选为氢原子或碳数1~6的烷基,更优选为氢原子或碳数1~4的烷基。
作为所述式(r1-4)的具体例,例如可列举下述式(r1-4-1)~式(r1-4-5)分别所表示的基团等。
[化3]
(式中,*表示结合键)
所述式(r1-6)中,R10的碳数1~5的烷基的具体例可列举R6中例示的烷基中的碳数1~5的,这些烷基可以是直链状,也可以是分支状。碳数1~5的氟烷基只要是碳数1~5的烷基的至少1个以上氢原子经氟原子所取代即可,例如可列举三氟甲基、五氟乙基、2,2,2-三氟乙基等。此外,式中的多个R10相互可以相同,也可以不同。
所述式(r1-1)~式(r1-6)分别所表示的基团均为具有光反应性的基团。作为所述R1,就光反应性高的方面而言,这些基团中,优选为所述式(r1-1)所表示的基团。
所述式(1)中,Y1为(u+1)价环状基或者氮原子。此处,本说明书中的所谓“(u+1)价环状基”是自环式化合物的构成环的原子中去除(u+1)个氢原子而成的(u+1)价基。其中,也可以在环部分具有取代基。在Y1为(u+1)价环状基的情况下,该环状基优选为将苯环、环己烷环、环戊烷环或吡啶环作为环骨架的基团。这些基团中,就合成容易度及成本的方面而言,优选为自苯环中去除(u+1)个氢原子而成的基团。
此外,Y1的环骨架可具有的取代基例如可列举:卤素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、碳数1~6的烷基、碳数1~6的烷氧基等。
u为2~4的整数,就适度提高(A)聚合物的光感度的观点而言,优选为2或3。此外,在Y1为氮原子的情况下,式(1)中的u为2。
所述式(1)中的R2为单键或2价有机基。R2的2价有机基例如可列举:2价链状烃基、2价脂环式烃基及2价芳香族烃基等2价烃基;将2价烃基中的至少1个亚甲基以-O-、-CO-、-COO-、-NRa-、-CONRa-(其中,Ra为氢原子或碳数1~6的烃基)、-COS-、-S-等2价官能基取代而成的基团等。
所述R2为2价有机基的情况下的优选具体例可列举下述式(r2-1)所表示的基团。
[化4]
(式(r2-1)中,R12为碳数1~20的烷二基或者下述式(r2-1-1)所表示的基团;R13为碳数1~20的烷二基,R14为单键或碳数1~20的烷二基;X1及X2分别独立地为碳数1~6的烷二基、醚键、酯键、酰胺键或脲基键;n1及n2分别独立地为0~2的整数,满足n1+n2≥1;带有“*1”的结合键与R1键结)
[化5]
(式(r2-1-1)中,R20及R21分别独立地为1价取代基;m1及m2分别独立地为0~2的整数;其中,满足1≤(m1+m2)≤2;t1及t2分别独立地为0~4的整数;多个R20可以相同,也可以不同,多个R21可以相同,也可以不同)
所述式(r2-1)中,R12、R13及R14的碳数1~20的烷二基例如可列举:亚甲基、亚乙基、丙二基、丁二基、戊二基、己二基、庚二基、辛二基、壬二基、癸二基、十二烷二基、十五烷二基、十八烷二基等。这些烷二基可以是直链状,也可以是分支状,就赋予预倾角的观点而言,优选为直链状。R12、R13及R14中的烷二基优选为碳数1~10,更优选为碳数1~7。此外,R12、R13及R14中的烷二基相互可以相同,也可以不同。
所述式(r2-1-1)所表示的基团为具有1个以上的1,4-亚苯基及1,4-亚环己基的至少任一个的基团。作为R20及R21的具体例,例如可列举:氟原子等卤素原子、碳数1~6的烷基、碳数1~6的烷氧基、羟基等。
所述式(r2-1-1)所表示的基团例如可列举:1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、4,4′-亚联苯基、4,4′-双亚环己基、以及下述式(r2-1-1-1)及式(r2-1-1-2)分别所表示的基团等。
[化6]
(式中,带有“*1”的结合键与R1键结)
X1及X2为碳数1~6的烷二基、醚键、酯键、酰胺键或脲基键。这些中,就合成中间体的稳定性或合成产率的观点而言,优选为醚键、酯键或酰胺键,更优选为醚键或酯键。此外,酯键包含*-COO-及*-OCO-(带有*的结合键与R13键结)这两种。另外,酰胺键包含*-NH-CO-及*-CO-NH-(带有*的结合键与R13键结)这两种。
作为所述式(1)所表示的基团的优选具体例,例如可列举下述式(a-1-1)~式(a-5-3)及式(b-1-1)~式(b-1-3)分别所表示的基团等。此外,(A)聚合物可仅具有1种所述式(1)所表示的基团,也可具有2种以上。
[化7]
[化8]
[化9]
[化10]
(式中,R为氢原子或甲基;n为1~18的整数)
(A)聚合物的主链例如可列举包含聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷、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-苯基顺丁烯二酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等的骨架。此处,本说明书中的所谓聚合物的“主链”是通过1种或2种以上的单体反复键结而形成的部分,是指聚合物中最长的“干”的部分。
在将本发明的聚合物组合物用于液晶取向剂的用途的情况下,(A)聚合物优选为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、(甲基)丙烯酸系聚合物、及聚有机硅氧烷所组成的组群中的至少一种聚合物。
[聚酰胺酸]
在所述(A)聚合物为聚酰胺酸(以下也称为“(A)聚酰胺酸”)的情况下,该(A)聚酰胺酸例如可通过使四羧酸二酐与二胺进行反应而获得。具体而言,例如可利用以下方法而获得:(i)通过在单体中包含具有所述式(1)所表示的基团的四羧酸二酐的聚合来合成的方法;(ii)通过在单体中包含具有所述式(1)所表示的基团的二胺(以下也称为“特定二胺”)的聚合来合成的方法;(iii)通过在单体中包含具有所述式(1)所表示的基团的四羧酸二酐及所述特定二胺的聚合来合成的方法。这些方法中,就单体的合成容易度及单体的选择项广的方面而言,优选为利用所述(ii)的方法。
(特定二胺)
用于合成(A)聚酰胺酸的特定二胺可以是脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺等的任一种。作为优选的特定二胺的具体例,例如可列举下述式(DA)所表示的化合物。
[化11]
(式(DA)中,R3为单键或2价连结基;R1、R2、Y1及u分别与所述式(1)含义相同)
所述式(DA)中,作为R3的2价连结基的具体例,例如可列举:-O-、-CO-、-COO-、-NRa-、-CONRa-(其中,Ra为氢原子或碳数1~6的烃基)、-COS-、-S-等2价官能基;链状烃基、脂环式烃基及芳香族烃基等2价烃基;将2价烃基中的至少1个亚甲基以所述2价官能基取代而成的基团等。在Y1为氮原子的情况下,R3优选为单键或2价烃基,更优选为单键。
R1、R2、Y1及u的说明、以及优选具体例可应用所述式(1)的说明。二氨基苯基中的2个一级氨基优选为相对于其他基团而位于2,4-位或3,5-位,更优选为位于2,4-位。
作为所述式(DA)所表示的化合物的优选具体例,例如可列举下述式(B-1)及式(B-3)分别所表示的化合物等。
[化12]
(式(B-1)及式(B-3)中,R1及R2与所述式(1)含义相同;式(B-1)中,X3及X4分别独立地为单键、-O-、-COO-*1或者-OCO-*1(带有“*1”的结合键与苯环键结);k为2或3,i为0或1,r为1~3的整数)
所述式(B-1)中的“-(X3-CrH2r)i-X4-”所表示的2价基优选为碳数1~3的烷二基、-O-、-COO-*、-COO-C2H4-*(其中,带有“*”的结合键与二氨基苯基键结)。
作为所述式(B-1)所表示的化合物的优选具体例,例如可列举下述式(B-1-1)及式(B-1-2)分别所表示的化合物等。
[化13]
(式(B-1-1)及式(B-1-2)中,A1为所述式(a-1-1)~式(a-5-3)分别所表示的基团)
另外,作为所述式(B-3)所表示的化合物的优选具体例,例如可列举下述式(B-3-1)~式(B-3-3)分别所表示的化合物等。
[化14]
(式(B-3-1)~式(B-3-3)中,R为氢原子或甲基;n为1~18的整数)
所述特定二胺可通过将有机化学的常法适当组合来合成。其一例可列举如下方法:合成具有2个硝基来代替所述式(DA)中的2个一级氨基的二硝基中间体,继而,使用适当的还原系,将所获得的二硝基中间体的硝基进行氨基化的方法。合成二硝基中间体的方法可根据作为目标的化合物来适当选择。
用于合成所述聚酰胺酸的特定二胺可单独使用这些化合物的1种或者适当选择2种以上来使用。
(其他二胺)
聚酰胺酸的合成时可仅使用特定二胺,也可与特定二胺一起并用其他二胺。
所述其他二胺可分类为具有可表现出预倾角特性的基团(以下也称为“预倾角表现性基”)的二胺以及不具有预倾角表现性基的二胺来例示。此处,预倾角表现性基例如可列举:碳数2~20的烷基、碳数2~20的氟烷基、碳数2~20的烷氧基、具有碳数17~51的类固醇骨架的基团、具有2个以上的环连结而成的结构的基团等。预倾角表现性基中的烷基、烷氧基及氟烷基优选为直链状。
作为具有预倾角表现性基的二胺的具体例,例如可列举:十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十四烷氧基-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、十四烷氧基-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、胆甾烷基氧基-3,5-二氨基苯、胆甾醇基氧基-3,5-二氨基苯、胆甾烷基氧基-2,4-二氨基苯、胆甾醇基氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷基酯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾醇基酯、3,5-二氨基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-双(4-氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷、3,6-双(4-氨基苯氧基)胆甾烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-丁基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基环己基)环己烷、N-(2,4-二氨基苯基)-4-(4-庚基环己基)苯甲酰胺、下述式(D-1)所表示的化合物等,除此以外,可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的具有预倾角表现性基的二胺,
[化15]
(式(D-1)中,XI及XII分别独立地为单键、-O-、-COO-或-OCO-,R1为碳数1~3的烷二基,RII为单键或碳数1~3的烷二基,a为0或1,b为0~2的整数,c为1~20的整数,d为0或1;其中,a及b不会同时为0)。
所述式(D-1)中的“-XI-(RI-XII)d-”所表示的2价基优选为碳数1~3的烷二基、-O-、*-COO-或-O-C2H4-O-(其中,带有“*”的结合键与二氨基苯基键结)。作为基团“-CcH2c+1”的具体例,例如可列举: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。二氨基苯基中的2个氨基优选为相对于其他基团而位于2,4-位或3,5-位。
作为所述式(D-1)所表示的化合物的具体例,例如可列举下述式(D-1-1)~式(D-1-4)分别所表示的化合物等。
[化16]
不具有预倾角表现性基的二胺例如可列举脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等。作为这些二胺的具体例,脂肪族二胺例如可列举:间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷等;脂环式二胺例如可列举:1,4-二氨基环己烷、4,4′-亚甲基双(环己基胺)等;
芳香族二胺例如可列举:邻苯二胺、间苯二胺、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、4,4′-二氨基-2,2′-双(三氟甲基)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′-(对亚苯基二亚异丙基)双苯胺、4,4′-(间亚苯基二亚异丙基)双苯胺、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4′-双(4-氨基苯氧基)联苯、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′-双(4-氨基苯基)-联苯胺、N,N′-双(4-氨基苯基)-N,N′-二甲基联苯胺、1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪、3,5-二氨基苯甲酸、4-(4′-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、4-(4′-三氟甲基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、2,4-二氨基-N,N-二烯丙基苯胺、4-氨基苄基胺、3-氨基苄基胺、1-(2,4-二氨基苯基)哌嗪-4-羧酸、4-(吗啉-4-基)苯-1,3-二胺、1,3-双(N-(4-氨基苯基)哌啶基)丙烷、α-氨基-ω-氨基苯基亚烷基、及4-(2-氨基乙基)苯胺等;
二氨基有机硅氧烷例如可列举1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等,除此以外,可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的不具有预倾角表现性基的二胺。
在将所述聚合物组合物应用于液晶取向剂的情况下,为了使液晶取向膜表现出稳定的预倾角特性,优选为相对于用于合成(A)聚酰胺酸的全部二胺,将特定二胺的使用比例设为5摩尔%~95摩尔%的范围,更优选为设为30摩尔%~95摩尔%的范围。
另外,就进一步提高液晶取向膜的预倾角表现的稳定性的观点而言,有效的是并用具有预倾角表现性基的二胺。就抑制取向不良的恶化的观点而言,具有预倾角表现性基的二胺的使用比例优选为相对于用于合成(A)聚酰胺酸的全部二胺,而设为2摩尔%~50摩尔%的范围,更优选为设为5摩尔%~40摩尔%的范围。
(四羧酸二酐)
用于合成(A)聚酰胺酸的四羧酸二酐例如可列举脂肪族四羧酸二酐、脂环式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作为这些四羧酸二酐的具体例,脂肪族四羧酸二酐例如可列举:1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐等;
脂环式四羧酸二酐例如可列举: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-螺环-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-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基双环[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、对亚苯基双(偏苯三甲酸单酯酐)等;
芳香族四羧酸二酐例如可列举:均苯四甲酸二酐等;
除此以外,可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的四羧酸二酐等。此外,可单独使用1种四羧酸二酐或者将2种以上组合使用。
(聚酰胺酸的合成)
(A)聚酰胺酸可通过使如上所述的四羧酸二酐及二胺,视需要与分子量调节剂一起进行反应而获得。提供给聚酰胺酸(P)的合成反应的四羧酸二酐与二胺的使用比例优选为相对于二胺的氨基1当量,四羧酸二酐的酸酐基成为0.2当量~2当量的比例,更优选为成为0.3当量~1.2当量的比例。
分子量调节剂例如可列举:顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐等酸单酐,苯胺、环己基胺、正丁基胺等单胺化合物,异氰酸苯基酯、异氰酸萘基酯等单异氰酸酯化合物等。分子量调节剂的使用比例优选为相对于所使用的四羧酸二酐及二胺的合计100重量份,而设为20重量份以下,更优选为设为10重量份以下。
(A)聚酰胺酸的合成反应优选为在有机溶剂中进行。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,更优选为0℃~100℃。另外,反应时间优选为0.1小时~24小时,更优选为0.5小时~12小时。
反应中使用的有机溶剂例如可列举:非质子性极性溶剂、酚系溶剂、醇、酮、酯、醚、卤化烃、烃等。这些有机溶剂中,优选为使用选自由非质子性极性溶剂及酚系溶剂所组成的组群(第一组群的有机溶剂)中的1种以上,或者选自第一组群的有机溶剂中的1种以上与选自由醇、酮、酯、醚、卤化烃及烃所组成的组群(第二组群的有机溶剂)中的1种以上的混合物。在后者的情况下,相对于第一组群的有机溶剂及第二组群的有机溶剂的合计量,第二组群的有机溶剂的使用比例优选为50重量%以下,更优选为40重量%以下,尤其优选为30重量%以下。
特别优选为使用选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、Y-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺、间甲酚、二甲酚及卤化苯酚所组成的组群中的1种以上作为溶剂,或者在所述比例的范围内使用这些溶剂的1种以上与其他有机溶剂的混合物。
有机溶剂的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的总量(a+b),四羧酸二酐及二胺以及视需要使用的分子量调节剂的合计量(b)成为0.1重量%~50重量%的量。
以所述方式获得将聚酰胺酸溶解而成的反应溶液。在制备作为液晶取向剂的聚合物组合物的情况下,可将该反应溶液直接提供给液晶取向剂的制备,也可以将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者还可以将所分离的聚酰胺酸纯化后再提供给液晶取向剂的制备。聚酰胺酸的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
[聚酰胺酸酯]
作为所述(A)聚合物的聚酰胺酸酯例如可利用以下方法来获得:[I]使通过所述合成反应而获得的(A)聚酰胺酸、与酯化剂进行反应的方法;[II]使四羧酸二酯与二胺进行反应的方法;以及[III]使四羧酸二酯二卤化物与二胺进行反应的方法等。
此处,方法[I]中使用的酯化剂例如可列举:含羟基的化合物、缩醛系化合物、卤化物、含环氧基的化合物等。作为这些酯化剂的具体例,含羟基的化合物例如可列举:甲醇、乙醇、丙醇等醇类、苯酚、甲酚等酚类等;缩醛系化合物例如可列举:N,N-二甲基甲酰胺二乙基缩醛、N,N-二乙基甲酰胺二乙基缩醛等;卤化物例如可列举:溴代甲烷、溴代乙烷、溴代十八烷、氯代甲烷、氯代十八烷、1,1,1-三氟-2-碘乙烷等;含环氧基的化合物例如可列举环氧丙烷(propyleneoxide)等。
方法[II]中使用的四羧酸二酯可通过使用所述醇类,将四羧酸二酐进行开环而获得。另外,方法[III]中使用的四羧酸二酯二卤化物可通过使以所述方式获得的四羧酸二酯与亚硫酰氯等适当的氯化剂进行反应而获得。方法[II]及方法[III]中使用的二胺优选为包含所述特定二胺,也可以视需要使用所述其他二胺。此外,聚酰胺酸酯可仅具有酰胺酸酯结构,也可以是酰胺酸结构与酰胺酸酯结构并存的部分酯化物。
[聚酰亚胺]
作为所述(A)聚合物的聚酰亚胺例如可通过将以所述方式合成的聚酰胺酸进行脱水闭环,并进行酰亚胺化而获得。
所述聚酰亚胺可以是将作为其前驱物的聚酰胺酸所具有的酰胺酸结构全部进行脱水闭环而成的完全酰亚胺化物,也可以是仅将酰胺酸结构的一部分进行脱水闭环而使酰胺酸结构与酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。在使用所述聚合物组合物来制造液晶取向膜的情况下,就电特性的观点而言,聚酰亚胺优选为设为30%以上,更优选为设为50%以上,尤其优选为65%以上。另一方面,就确保聚合物的溶解性,提高涂布性的观点而言,酰亚胺化率优选为设为65%以下,更优选为设为30%以下。该酰亚胺化率是相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的合计,以百分率来表示酰亚胺环结构的数量所占的比例。此处,酰亚胺环的一部分也可以是异酰亚胺环。
聚酰胺酸的脱水闭环优选为利用以下方法来进行:(i)对聚酰胺酸进行加热的方法;或者(ii)将聚酰胺酸溶解于有机溶剂中,在该溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂,视需要进行加热的方法。
所述(i)的方法中的反应温度优选为50℃~200℃,更优选为60℃~170℃。若反应温度小于50℃,则难以进行脱水闭环反应,若反应温度超过200℃,则所获得的聚合物的分子量会下降。反应时间优选为1.0小时~24小时,更优选为1.0小时~12小时。
所述(ii)的方法中,脱水剂例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脱水剂的使用量虽取决于所需的酰亚胺化率,但相对于聚酰胺酸的酰胺酸结构的1摩尔,优选为设为0.01摩尔~20摩尔。另外,脱水闭环催化剂例如可使用吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙基胺等三级胺。相对于所使用的脱水剂1摩尔,脱水闭环催化剂的使用量优选为设为0.01摩尔~10摩尔。
脱水闭环反应中使用的有机溶剂可列举作为用于合成聚酰胺酸而例示的有机溶剂。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1.0小时~120小时,更优选为2.0小时~30小时。
以所述方式获得含有聚酰亚胺的反应溶液。在制备作为液晶取向剂的聚合物组合物的情况下,可将该反应溶液直接提供给液晶取向剂的制备,可以自反应溶液中去除脱水剂及脱水闭环催化剂后再提供给液晶取向剂的制备,也可以将聚酰亚胺分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者还可以将所分离的聚酰亚胺纯化后再提供给液晶取向剂的制备。这些纯化操作可依据公知的方法来进行。
以所述方式获得的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有10mPa·s~800mPa·s的溶液粘度的,更优选为具有15mPa·s~500mPa·s的溶液粘度的。此外,所述聚合物的溶液粘度(mPa·s)是对使用该聚合物的良溶剂(例如Y-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)来制备的浓度为10重量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定而得的值。
对于聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺,利用凝胶渗透色谱法来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量优选为1,000~500,000,更优选为2,000~300,000。另外,Mw、与利用凝胶渗透色谱法(GelPermeationChromatography,GPC)测定而得的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(Mn)的比所表示的分子量分布(Mw/Mn)优选为15以下,更优选为10以下。通过在所述分子量范围内,可确保液晶显示元件的良好取向性及稳定性。
[(甲基)丙烯酸系聚合物]
作为(A)聚合物的(甲基)丙烯酸系聚合物(以下也称为“特定(甲基)丙烯酸系聚合物”)可通过将有机化学的常法适当组合来合成。作为其一例,例如可列举:[1]利用可形成结合基的2种官能基(Z1、Z2)的反应,使具有基团(Z1)的(甲基)丙烯酸系聚合物、与具有基团(Z2)及所述式(1)所表示的基团的化合物进行反应来合成的方法;[2]通过在单体组成中包含具有所述式(1)所表示的基团的(甲基)丙烯酸系化合物的聚合来合成的方法等。这些方法中,就容易合成聚合物的方面而言,优选为所述[1]的方法。此外,本说明书中的所谓“(甲基)丙烯酸”是包含“丙烯酸”及“甲基丙烯酸”的含义。
在利用所述[1]的方法的情况下,可形成结合基的2种官能基中的其中一个基团(Z1)例如可列举:环氧基、异氰酸基、羧基、羟基等。另外,作为另一基团(Z2),例如在基团(Z1)为环氧基时优选为羧基;在基团(Z1)为异氰酸基时优选为羟基;在基团(Z1)为羧基时优选为环氧基;在基团(Z1)为羟基时优选为酸酐基或者环氧基。这些基团中,就容易对聚合物的侧链赋予所述式(1)所表示的基团的方面而言,优选为基团(Z1)为环氧基、且基团(Z2)为羧基。
列举通过具有环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物(以下也称为“含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物”)、与具有所述式(1)所表示的基团的羧酸(以下也称为“特定羧酸(C-1)”)的反应,而获得作为(A)聚合物的(甲基)丙烯酸系聚合物的方法作为一例,以下进行说明。
含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物例如可通过使具有环氧基的(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)、或者该(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)与其他(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-2)的混合物,在聚合引发剂的存在下进行聚合而获得。此处,“(甲基)丙烯酸系单聚物”可列举不饱和羧酸、不饱和羧酸酯及不饱和多元羧酸酐等。
(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)例如可列举具有环氧基的不饱和羧酸酯。作为其具体例,例如可列举:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、α-乙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丁基丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基丁酯、α-乙基丙烯酸3,4-环氧基丁酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、(甲基)丙烯酸6,7-环氧基庚酯、α-乙基丙烯酸6,7-环氧基庚酯、丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油基醚、(甲基)丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯等。这些化合物中,优选为选自由(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、(甲基)丙烯酸3-甲基-3-氧杂环丁基甲酯及丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油基醚所组成的组群中的至少一种。此外,(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)可将所述化合物单独使用一种或者将2种以上组合使用。
(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-2)为不具有环氧基的不饱和化合物。作为其具体例,不饱和羧酸例如可列举:(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸ω-羧基聚己内酯、丁烯酸、α-乙基丙烯酸、α-正丙基丙烯酸、α-正丁基丙烯酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、柠康酸、中康酸、衣康酸、乙烯基苯甲酸等;
不饱和羧酸酯例如可列举:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸-正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸-正丁酯、(甲基)丙烯酸-异丁酯、(甲基)丙烯酸-叔丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基硅烷基丙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇、(甲基)丙烯酸辛氧基聚乙二醇、(甲基)丙烯酸四氢糠基酯等(甲基)丙烯酸酯;α-甲氧基丙烯酸甲酯、α-乙氧基丙烯酸甲酯等α-烷氧基丙烯酸酯;丁烯酸甲酯、丁烯酸乙酯等丁烯酸酯等;
不饱和多元羧酸酐例如可列举:顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、顺式-1,2,3,4-四氢邻苯二甲酸酐等;
除此以外,还可列举(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯等。(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-2)可将所述化合物单独使用1种或者将2种以上组合使用。
含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物中,每1g的环氧基的合计量(摩尔数)优选为5.0×10-5摩尔/g以上,更优选为1.0×10-4摩尔/g~1.0×10-2摩尔/g,尤其优选为5.0×10-4摩尔/g~5.0×10-3摩尔/g。因此,关于(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)的使用比例,优选为以每1g(甲基)丙烯酸系聚合物的环氧基的合计摩尔数成为所述数值范围的方式进行调整。
此外,作为合成中使用的单体,在发挥本发明效果的范围内,除了所述(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-1)及(甲基)丙烯酸系单聚物(mc-2)以外,例如还可包含:1,3-丁二烯或异戊二烯等乙烯基系单聚物,苯乙烯、羟基苯乙烯等苯乙烯系单聚物,N-异丙基丙烯酰胺或N,N-二甲基甲基丙烯酰胺等不饱和羧酸酰胺化合物,甲基乙烯基酮等不饱和酮化合物等其他单聚物。另外,也可以与(甲基)丙烯酸系单聚物一并,视需要使用分子量调整剂。
使用所述(甲基)丙烯酸系单聚物的聚合反应优选为通过自由基聚合来进行。该聚合反应时使用的聚合引发剂可列举自由基聚合时通常使用的引发剂,例如可列举:2,2′-偶氮双(异丁腈)、2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2′-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)等偶氮化合物;苯甲酰基过氧化物、月桂酰基过氧化物、叔丁基过氧化三甲基乙酸酯、1,1′-双(叔丁基过氧化)环己烷等有机过氧化物;过氧化氢;包含这些过氧化物及还原剂的氧化还原型引发剂等。这些化合物中优选为偶氮化合物,更优选为2,2′-偶氮双(异丁腈)。聚合引发剂可将这些化合物单独使用一种或者将2种以上组合使用。
聚合引发剂的使用比例优选为相对于反应中使用的全部单体100重量份而设为0.01重量份~50重量份,更优选为设为0.1重量份~40重量份。
(甲基)丙烯酸系单聚物的聚合反应优选为在有机溶剂中进行。该反应中使用的有机溶剂例如可列举醇、醚、酮、酰胺、酯、烃化合物等。这些化合物中优选为使用选自由醇及醚所组成的组群中的至少一种,更优选为使用多元醇的部分醚。作为其优选具体例,例如可列举二乙二醇乙基甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯等。此外,有机溶剂可将这些单独使用一种或者将2种以上组合使用。
(甲基)丙烯酸系单聚物的聚合反应中,反应温度优选为设为30℃~120℃,更优选为设为60℃~110℃。反应时间优选为设为1小时~36小时,更优选为设为2小时~24小时。另外,有机溶剂的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的总量(a+b),反应中使用的单体的合计量(b)成为0.1重量%~50重量%的量。
以所述方式可获得含有含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物的溶液。该反应溶液可直接提供给与特定羧酸(C-1)的反应,也可以视需要将反应溶液浓缩或者稀释后,再提供给与特定羧酸(C-1)的反应。另外,还可以将所述反应溶液中所含的含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物分离后再提供给与特定羧酸(C-1)的反应。就实现步骤数的削减的观点而言,优选为以使含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物含有于反应溶液中的状态来提供给与特定羧酸(C-1)的反应。
对于所获得的含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物,继而使特定羧酸(C-1)进行反应。特定羧酸(C-1)例如可列举在所述式(a-1-1)~式(a-5-3)分别所表示的基团中的结合键的部分键结有羧基的化合物等,具体而言,可列举下述式(A-1-1)~式(A-5-3)分别所表示的化合物等。特定羧酸(C-1)可单独使用1种或者将2种以上组合使用。
[化17]
[化18]
[化19]
(所述式(A-1-1)~式(A-5-3)中,R为氢原子或甲基;n为1~18的整数)
此外,特定羧酸(C-1)的合成方法并无特别限定,可将现有公知的方法组合来合成。作为合成方法的一例,例如可列举使具有所述式(1)中的基团R1的羧酸、与二羟基苯甲酸等具有2个以上羟基的羧酸,优选为在脱水剂的存在下进行反应的方法等。
与含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物的反应中使用的羧酸可以是特定羧酸(C-1)单独,也可以与特定羧酸(C-1)一起并用特定羧酸(C-1)以外的其他羧酸(C-2)。
其他羧酸(C-2)只要是不具有所述式(1)所表示的基团的羧酸即可,作为其具体例,例如可列举:丙烯酸、甲基丙烯酸、ω-羧基-聚己内酯单丙烯酸酯、邻苯二甲酸单羟基乙基丙烯酸酯等。
另外,其他羧酸(C-2)可列举具有预倾角表现性基的羧酸。此处,其他羧酸(C-2)可具有的预倾角表现性基可列举所述具有预倾角表现性基的二胺中所例示的基团、环己基、羟基环己基、苯基、羟基苯基等。
作为其他羧酸(C-2)中的具有预倾角表现性基的羧酸的具体例,例如可列举:己酸、月桂酸、十五烷基酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、11-十八碳烯酸、亚油酸、次亚麻油酸、花生酸等碳数6~20的脂肪酸,下述式(2-1-1)~式(2-1-4)分别所表示的化合物,下述式(2-2-1)~式(2-2-5)分别所表示的化合物等。
[化20]
(式中,j为0~12的整数,h为1~20的整数)
此外,其他羧酸(C-2)可将选自这些中的1种单独使用或者将2种以上组合使用。
与含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物进行反应的羧酸的使用比例优选为相对于(甲基)丙烯酸系聚合物所具有的环氧基的合计1摩尔,而设为0.001摩尔~1.5摩尔,更优选为设为0.01摩尔~1.0摩尔。
另外,特定羧酸(C-1)的使用比例优选为相对于(甲基)丙烯酸系聚合物所具有的环氧基的合计1摩尔而设为0.01摩尔~0.8摩尔。若该使用比例小于0.01摩尔,则(A)聚合物对光感度劣化,存在无法对由聚合物组合物形成的涂膜赋予充分的液晶取向能力的情况。另外,若超过0.8摩尔,则(A)聚合物对光的感度变得过高,存在难以将由聚合物组合物形成的涂膜的预倾角控制为适当角度的情况。优选为0.03摩尔~0.6摩尔,尤其优选为0.05摩尔~0.4摩尔。
就充分获得本发明的效果的观点而言,其他羧酸(C-2)的使用比例优选为相对于用于合成特定(甲基)丙烯酸系聚合物的羧酸的合计量,而设为80摩尔%以下,更优选为设为50摩尔%以下。
含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物与羧酸的反应优选为可在催化剂及有机溶剂的存在下进行。此处,反应中使用的催化剂例如可使用作为促进有机碱、环氧化合物的反应的所谓硬化促进剂而公知的化合物等。
所述有机碱例如可列举:乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶之类的一级有机胺~二级有机胺;三乙基胺、三-正丙基胺、三-正丁基胺、吡啶之类的三级有机胺;四甲基氢氧化铵之类的四级有机胺等。这些化合物中,有机碱优选为三级有机胺或者四级有机胺。
所述硬化促进剂例如可列举:苄基二甲基胺等三级胺;2-甲基咪唑等咪唑化合物;二苯基膦等有机磷化合物;苄基三苯基氯化鏻等四级鏻盐;1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烯-7等二氮杂双环烯烃;辛酸锌、辛酸锡等有机金属化合物;四乙基溴化铵、四丁基溴化铵等四级铵盐;三氟化硼等硼化合物;氯化锌、氯化锡等金属卤素化合物等,除此以外,可使用作为潜在性硬化促进剂而公知的。这些化合物中,优选为四级铵盐。
相对于与羧酸进行反应的(甲基)丙烯酸系聚合物100重量份,催化剂的使用量优选为100重量份以下,更优选为0.01重量份~100重量份,尤其优选为0.1重量份~20重量份。
反应中使用的有机溶剂可应用能够用于合成含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物的有机溶剂的例示,其中优选为酯。该有机溶剂优选为以固体成分浓度(反应溶液中的溶剂以外的成分的合计重量在溶液的总重量中所占的比例)成为0.1重量%以上的比例来使用,更优选为以成为5重量%~50重量%的比例来使用。
在含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物与羧酸的反应时,反应温度优选为设为0℃~200℃,更优选为设为50℃~150℃。反应时间优选为设为0.1小时~50小时,更优选为设为0.5小时~20小时。
如上所述,可获得含有作为(A)聚合物的特定(甲基)丙烯酸系聚合物的溶液。在将所述聚合物组合物应用于液晶取向剂的情况下,该反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可以将反应溶液中所含的(甲基)丙烯酸系聚合物分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者还可以将所分离的光取向性(甲基)丙烯酸系聚合物纯化后再提供给液晶取向剂的制备。(甲基)丙烯酸系聚合物的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
以所述方式获得的特定(甲基)丙烯酸系聚合物优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有1mPa.s~500mPa·s的溶液粘度的,更优选为具有3mPa.s~200mPa·s的溶液粘度的。此外,所述聚合物的溶液粘度(mPa·s)是对使用该聚合物的良溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮等)来制备的浓度为10重量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定而得的值。
就使所形成的液晶取向膜的液晶取向性良好,并且确保该液晶取向性的经时稳定性的观点而言,对于特定(甲基)丙烯酸系聚合物,利用凝胶渗透色谱法来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为250~500,000,更优选为500~300,000,尤其优选为1,000~200,000。
[聚有机硅氧烷]
作为(A)聚合物的聚有机硅氧烷(以下也称为“特定聚有机硅氧烷”)例如可列举以下方法等:
[1]使具有环氧基的水解性硅烷化合物(ms-1)、或者将该硅烷化合物(ms-1)与其他硅烷化合物的混合物进行水解缩合而获得的聚合物(以下也称为“含环氧基的聚有机硅氧烷”),与具有所述式(1)所表示的基团的羧酸(特定羧酸(C-1))进行反应的方法;以及
[2]使具有所述式(1)所表示的基团的水解性硅烷化合物、或者该硅烷化合物与其他硅烷化合物的混合物进行水解缩合的方法。
就反应容易的方面而言,优选为所述[1]的方法。
此外,含环氧基的聚有机硅氧烷相当于“具有官能基(Z1)的聚合物”,特定羧酸(C-1)相当于“具有所述式(1)所表示的基团且具有可与官能基(Z1)进行反应而形成结合基的基团(Z2)的化合物”。
硅烷化合物(ms-1)为具有环氧基的水解性硅烷化合物。作为其具体例,例如可列举:3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基二甲基甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基甲基二甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基二甲基甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基二甲基乙氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基三乙氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基二甲基甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧基环己基)丙基三甲氧基硅烷等。硅烷化合物(ms-1)可单独使用这些化合物中的1种或者将2种以上混合使用。
其他硅烷化合物只要是显示出水解性的硅烷化合物,则无特别限定,可根据聚合物组合物的使用目的等来适当选择。作为其他硅烷化合物的具体例,例如可列举: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、三甲氧基硅烷基丙基丁二酸酐、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等含烃侧链的烷氧基硅烷;
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、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(3-环己基氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷等含氮·硫原子的烷氧基硅烷;
3-(甲基)丙烯酰基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰基氧基丙基三乙氧基硅烷、6-(甲基)丙烯酰基氧基己基三甲氧基硅烷、8-(甲基)丙烯酰基氧基辛基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷等含不饱和烃的烷氧基硅烷等。此外,所述其他硅烷化合物可将所述化合物单独使用1种或者将2种以上组合使用。本说明书中的“(甲基)丙烯酰基”是包含丙烯酰基及甲基丙烯酰基的含义。
就可将足够量的光反应性基(R1)导入至聚合物的侧链上,并且抑制由于环氧基过剩而引起的副反应的观点而言,含环氧基的聚有机硅氧烷的环氧当量优选为80g/摩尔~10,000g/摩尔,更优选为100g/摩尔~1,000g/摩尔。因此,当合成含环氧基的聚有机硅氧烷时,优选为以所得的聚有机硅氧烷的环氧当量成为所述范围的方式调整硅烷化合物(ms-1)与其他硅烷化合物的使用比例。
硅烷化合物的水解·缩合反应如上所述,是通过使硅烷化合物的1种或2种以上及水优选为在适当的催化剂及有机溶剂的存在下进行反应而进行。
水解·缩合反应时,相对于硅烷化合物(合计量)1摩尔,水的使用比例优选为0.5摩尔~100摩尔,更优选为1摩尔~30摩尔。
水解·缩合反应时使用的催化剂例如可列举:酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物等。
作为所述催化剂的具体例,酸例如可列举:盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙二酸、乙酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、磷酸、酸性离子交换树脂、各种路易斯酸等;碱金属化合物例如可列举:氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾等;
有机碱例如可列举:乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡咯之类的一级有机胺~二级有机胺:三乙基胺、三-正丙基胺、三-正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、二氮杂双环十一烯之类的三级有机胺:四甲基氢氧化铵之类的四级有机胺等。这些化合物中,有机碱优选为三级有机胺或者四级有机胺。
就可抑制环氧基的开环等副反应的方面、或可加快水解缩合速度的方面、保存稳定性优异的方面等而言,所述催化剂优选为这些化合物中的碱金属化合物或者有机碱,特别优选为有机碱。
有机碱的使用量根据有机碱的种类、温度等反应条件等而不同,应适当地设定,相对于全部硅烷化合物,优选为0.01倍摩尔~3倍摩尔,更优选为0.05倍摩尔~1倍摩尔。
水解·缩合反应时使用的有机溶剂例如可列举烃、酮、酯、醚、醇等。作为它们的具体例,烃例如可列举甲苯、二甲苯等;酮例如可列举:甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、环己酮、环戊酮等;酯例如可列举:乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异戊酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;醚例如可列举:乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氢呋喃、二噁烷等;醇例如可列举:1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单-正丙醚、乙二醇单-正丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单-正丙醚等。这些化合物中,优选为使用非水溶性的有机溶剂。此外,这些有机溶剂可单独使用1种或者将2种以上混合使用。
相对于反应中使用的全部硅烷化合物100重量份,水解缩合反应中的有机溶剂的使用比例优选为10重量份~10,000重量份,更优选为50重量份~1,000重量份。
水解·缩合反应优选为如上所述,将硅烷化合物溶解于有机溶剂中,将该溶液与有机碱及水混合,例如利用油浴等进行加热来实施。水解·缩合反应时,优选为将加热温度设为130℃以下,更优选为设为40℃~100℃。加热时间优选为设为0.5小时~12小时,更优选为设为1小时~8小时。加热中,可将混合液进行搅拌,也可以放置于回流下。反应结束后,优选为将自反应液中分取出的有机溶剂层以水进行清洗。该清洗时,通过使用包含少量盐的水(例如0.2重量%左右的硝酸铵水溶液等)进行清洗,就清洗操作变得容易的方面而言优选。清洗进行至清洗后的水层成为中性为止,然后,将有机溶剂层视需要以无水硫酸钙、分子筛等干燥剂进行干燥后,去除溶剂,由此获得作为目标的聚有机硅氧烷。
所述[1]的方法中,使通过所述反应而获得的含环氧基的聚有机硅氧烷继而与特定羧酸(C-1)进行反应。由此,含环氧基的聚有机硅氧烷所具有的环氧基与羧酸进行反应,可获得侧链上具有所述式(1)所表示的基团的聚有机硅氧烷。该反应中使用的羧酸可以是特定羧酸(C-1)单独,也可以与特定羧酸(C-1)一并使用其他羧酸。关于特定羧酸(C-1)及其他羧酸的具体例,可应用所述特定(甲基)丙烯酸系聚合物的合成中使用的羧酸的说明。
与含环氧基的聚有机硅氧烷进行反应的羧酸的使用比例优选为相对于聚有机硅氧烷所具有的环氧基的合计1摩尔,而设为0.001摩尔~1.5摩尔,更优选为设为0.01摩尔~1.0摩尔。
另外,特定羧酸(C-1)的使用比例优选为相对于聚有机硅氧烷所具有的环氧基的合计1摩尔,而设为0.01摩尔~0.8摩尔。若该使用比例小于0.01摩尔,则(A)聚合物对光的感度变得过低,若超过0.8摩尔,则存在(A)聚合物的光感度过高的倾向。优选为0.03摩尔~0.6摩尔,尤其优选为0.05摩尔~0.4摩尔。
就充分获得本发明的效果的观点而言,其他羧酸(C-2)的使用比例优选为相对于用于合成特定聚有机硅氧烷的羧酸的合计量,而设为80摩尔%以下,更优选为设为50摩尔%以下。
含环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应优选为在催化剂及有机溶剂的存在下进行。
含环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应中使用的催化剂例如可列举作为所述含环氧基的(甲基)丙烯酸系聚合物与羧酸的反应中可使用的催化剂而例示的化合物。这些化合物中优选为有机碱。相对于与羧酸进行反应的聚有机硅氧烷100重量份,催化剂的使用比例优选为100重量份以下,更优选为0.01重量份~100重量份,尤其优选为0.1重量份~20重量份。
所述反应中使用的有机溶剂例如可列举烃、醚、酯、酮、酰胺、醇等。这些化合物中,就原料及产物的溶解性以及产物的纯化的容易度的观点而言,优选为醚、酯、酮,特别优选的溶剂的具体例可列举2-丁酮、2-己酮、甲基异丁基酮及乙酸丁酯等。该有机溶剂优选为以固体成分浓度(反应溶液中的溶剂以外的成分的合计重量在溶液的总重量中所占的比例)成为0.1重量%以上的比例来使用,更优选以成为5重量%~50重量%的比例来使用。
所述反应中的反应温度优选为0℃~200℃,更优选为50℃~150℃。反应时间优选为0.1小时~50小时,更优选为0.5小时~20小时。另外,反应结束后,优选为将自反应液中分取出的有机溶剂层以水清洗。水洗后,将有机溶剂层视需要以适当的干燥剂进行干燥后,去除溶剂,由此可获得具有所述式(1)所表示的基团的聚有机硅氧烷。
以所述方式获得的特定聚有机硅氧烷优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有1mPa·s~500mPa·s的溶液粘度的,更优选为具有3mPa·s~200mPa·s的溶液粘度的。此外,所述聚合物的溶液粘度(mPa·s)是对使用该聚合物的良溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮等)来制备的浓度为10重量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定而得的值。
就使所形成的液晶取向膜的液晶取向性良好,并且确保该液晶取向性的经时稳定性的观点而言,对于特定聚有机硅氧烷,利用凝胶渗透色谱法来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为1,000~50,000,更优选为3,000~30,000。
<其他成分>
所述聚合物组合物含有(A)聚合物,但也可以视需要含有其他成分。可添加于该聚合物组合物中的其他成分例如可列举:(A)聚合物以外的其他聚合物、分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下称为“含环氧基的化合物”)、官能性硅烷化合物、分子内具有至少2个光聚合性基的化合物(以下也称为“光聚合性化合物”)等。
[其他聚合物]
所述其他聚合物可用于改善溶液特性或电特性。所述其他聚合物为不具有所述式(1)所表示的基团的聚合物,对其主骨架并无特别限定。具体而言,例如可列举将聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷、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-苯基顺丁烯二酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等作为主骨架的聚合物。这些聚合物中,优选为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、(甲基)丙烯酸系聚合物及聚有机硅氧烷所组成的组群中的至少一种聚合物。其他聚合物可利用现有公知的方法来合成。
在将其他聚合物调配于聚合物组合物中的情况下,其调配比例优选为相对于聚合物组合物中所含的聚合物的合计100重量份,而设为50重量份以下,更优选为设为0.1重量份~40重量份,尤其优选为设为0.1重量份~30重量份以下。
[含环氧基的化合物]
在使用聚合物组合物而在基板上形成涂膜的情况下,含环氧基的化合物可用于提高涂膜与基板表面的粘接性或电特性。这种含环氧基的化合物例如可列举乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、N,N,N′,N′-四缩水甘油基-间苯二甲胺、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、N,N-二缩水甘油基-环己基胺等作为优选。除此以外,含环氧基的化合物的例子可使用国际公开第2009/096598号记载的含环氧基的聚有机硅氧烷。
在将这些环氧化合物调配于聚合物组合物中的情况下,其调配比例优选为相对于聚合物组合物中所含的聚合物的合计100重量份,而设为40重量份以下,更优选为设为0.1重量份~30重量份。
[官能性硅烷化合物]
在使用聚合物组合物而在基板上形成涂膜的情况下,所述官能性硅烷化合物可出于提高聚合物组合物的印刷性的目的而使用。这种官能性硅烷化合物例如可列举: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-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬酸甲酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷等。
在将这些官能性硅烷化合物调配于聚合物组合物中的情况下,其调配比例优选为相对于聚合物组合物中所含的聚合物的合计100重量份,而设为2重量份以下,更优选为设为0.02重量份~0.2重量份。
[光聚合性化合物]
所述光聚合性化合物可以使液晶显示元件中的液晶分子的响应速度或显示特性、长期可靠性等提高等为目的而使用。这种光聚合性化合物例如可列举:分子中具有下述式(B-I)所表示的2价基的至少1个,以及下述式(B-II)所表示的1价基的至少2个的化合物(以下也称为“化合物(W)”)等,
-X11-Y11-X12-(B-I)
(式(B-I)中,X11及X12分别独立地为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基,Y11为单键、碳数1~4的2价烃基、-COO-CnH2n-OCO-(n为1~10的整数)、氧原子、硫原子或-COO-;其中,X11及X12可经1个或多个碳数1~4的烷基、碳数1~4的烷氧基、氟原子或氰基所取代)
[化21]
(式(B-II)中,R为氢原子或甲基,Y2及Y3分别独立地为氧原子或硫原子)。
所述式(B-I)所表示的2价基例如可列举:4,4′-亚联苯基、下述式(B-I-2)~式(B-I-6)分别所表示的基团、或该基团中的苯环及环己烷环的至少1个氢原子由碳数1~4的烷基、碳数1~4的烷氧基、氟原子或氰基所取代的基团等。
[化22]
所述式(B-II)中的Y2优选为氧原子。
具体而言,所述化合物(W)例如可列举:具有联苯基结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有苯基-环己基结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有2,2-二苯基丙烷结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有二苯基甲烷结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有二苯基硫醚结构的二-硫代(甲基)丙烯酸酯等。
作为化合物(W)的具体例,具有联苯基结构的二(甲基)丙烯酸酯例如可列举:4′-(甲基)丙烯酰氧基-联苯-4-基-(甲基)丙烯酸酯、2-[4′-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-联苯-4-基氧基]-乙基(甲基)丙烯酸酯、[1,1′-联苯基]-4,4′-二基双(2-(甲基)丙烯酸酯、4-((2-(甲基)丙烯酰基氧基)乙氧基)羰基)苯基4′-((甲基)丙烯酰基氧基)-[1,1′-联苯基]-4-羧酸酯、4-((甲基)丙烯酰基氧基)苯基4′-((4-((甲基)丙烯酰基氧基)苯甲酰基)氧基)-[1,1′-联苯基]-4-羧酸酯、双羟基乙氧基联苯基二(甲基)丙烯酸酯、2-(2-{4′-[2-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-乙氧基]-联苯-4-基氧基}-乙氧基)-乙基(甲基)丙烯酸酯、联苯基的环氧乙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、联苯基的环氧丙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、2-(4′-(甲基)丙烯酰氧基-联苯-4-基氧基)-乙基(甲基)丙烯酸酯等;
具有苯基-环己基结构的二(甲基)丙烯酸酯例如可列举:4-(4-(甲基)丙烯酰氧基-苯基)-环己基(甲基)丙烯酸酯、2-(4-(4-((甲基)丙烯酰基氧基)环己基)苯氧基)乙基(甲基)丙烯酸酯、2-{4-[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-苯基]-环己氧基}-乙基(甲基)丙烯酸酯、2-[2-(4-{4-[2-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-乙氧基]-苯基}-环己氧基)-乙氧基]-乙基(甲基)丙烯酸酯等;
具有2,2-二苯基丙烷结构的二(甲基)丙烯酸酯例如可列举:4-[1-(4-(甲基)丙烯酰氧基-苯基)-1-甲基-乙基]-苯基(甲基)丙烯酸酯、2-(4-{1-[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-苯基]-1-甲基-乙基}-苯氧基)-乙基(甲基)丙烯酸酯、双羟基乙氧基-双酚A二(甲基)丙烯酸酯、2-{2-[4-(1-{4-[2-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-乙氧基]-苯基}-1-甲基-乙基)-苯氧基]-乙氧基}-乙基(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧乙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧丙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、2-(4-{1-[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基-丙氧基)-苯基]-1-甲基-乙基}-苯氧基)-1-甲基-乙基(甲基)丙烯酸酯等;
具有二苯基甲烷结构的二(甲基)丙烯酸酯例如可列举:4-(4-(甲基)丙烯酰氧基-苄基)-苯基(甲基)丙烯酸酯、2-{4-[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-苄基]-苯基}-乙基(甲基)丙烯酸酯、双酚F的环氧乙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、双酚F的环氧丙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、2-[2-(4-{4-[2-(2-(甲基)丙烯酰氧基-乙氧基)-乙氧基]-苄基}-苯氧基)-乙氧基]-乙基(甲基)丙烯酸酯、2-{4-[4-(2-(甲基)丙烯酰氧基-丙氧基)-苄基-苯氧基}-1-甲基-乙基(甲基)丙烯酸酯、2-[2-(4-{4-[2-(2-(甲基)丙烯酰氧基-丙氧基)-丙氧基]-苄基}-苯氧基)-1-甲基-乙氧基]-1-甲基-乙基乙基(甲基)丙烯酸酯等;
具有二苯基硫醚结构的二-硫代(甲基)丙烯酸酯例如可列举:4-(4-硫代(甲基)丙烯酰基硫基-苯基硫基)-苯基二硫代(甲基)丙烯酸酯、双(4-甲基丙烯酰基硫代苯基)硫醚等;
其他化合物(W)例如可列举:戊烷-1,5-二基双(4-((甲基)丙烯酰基氧基)苯甲酸酯、2,5-双{4-(3-丙烯酰氧基-丙氧基)-苯甲酸}甲苯等。
化合物(W)可通过将有机化学的常法适当组合来合成,除此以外,可作为市售品而获取。化合物(W)的市售品例如可列举:双羟基乙氧基BP二丙烯酸酯、双羟基乙氧基Bis-A二丙烯酸酯(本州化学工业(股)制造);亚罗尼斯(Aronix)M-208、M-210(东亚合成(股)制造);SR-349、SR-601,SR-602(沙多玛(Sartomer)公司制造);卡亚拉德(Kayarad)R-712、R-551(日本化药(股)制造);NK酯(NKEster)BPE-100、NK酯(NKEster)BPE-200、NK酯(NKEster)BPE-500、NK酯(NKEster)BPE-1300、NK酯(NKEster)A-BPE-4(新中村化学工业(股)制造);Actilane420(日本华嘉(NihonSiberHegner)(股)制造);莱特酯(LightEster)BP-2EM、莱特丙烯酸酯(LightAcrylate)BP-4EA、莱特丙烯酸酯(LightAcrylate)BP-4PA、环氧酯(EpoxyEster)3000M、环氧酯(EpoxyEster)3000A(共荣社化学(股)制造);V#540、V#700(大阪有机化学工业(股)制造);FA-321M(日立化成工业(股)制造);MPSMA(住友精化公司制造);RipoxyVR-77(昭和高分子(股)制造)等。
在将光聚合性化合物调配于聚合物组合物中的情况下,其调配比例优选为相对于聚合物组合物中所含的聚合物的合计100重量份,而设为1重量份~100重量份,更优选为设为5重量份~50重量份。化合物(W)可单独使用1种或者将2种以上组合使用。
此外,除了所述以外,其他成分还可列举:分子内具有至少一个氧杂环丁基的化合物或抗氧化剂、表面活性剂、金属螯合剂、光增感剂、抗静电剂等。
<(B)有机溶剂>
本发明的聚合物组合物制备成所述(A)聚合物及视需要使用的其他成分分散或溶解于适当的溶剂中而成的液状组合物。
所使用的有机溶剂例如可列举:N-甲基-2-吡咯烷酮、Y-丁内酯、Y-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、乙二醇单甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乙二醇甲醚、乙二醇乙基醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-异丙醚、乙二醇-正丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等。这些溶剂可单独使用或者将2种以上混合使用。
本发明的聚合物组合物中的固体成分浓度(聚合物组合物的溶剂以外的成分的合计重量在聚合物组合物的总重量中所占的比例)可考虑到粘性、挥发性等来适当选择,优选为1重量%~10重量%的范围。在将本发明的聚合物组合物用于液晶取向剂的用途的情况下,以后述方式涂布于基板表面,优选为进行加热,由此形成作为液晶取向膜的涂膜或者成为液晶取向膜的涂膜。此时,在固体成分浓度为小于1重量%的情况下,涂膜的膜厚变得过小而难以获得良好的液晶取向膜。另一方面,在固体成分浓度超过10重量%的情况下,涂膜的膜厚变得过大而难以获得良好的液晶取向膜,另外,存在液晶取向剂的粘性增大而涂布性下降的倾向。
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所使用的方法而不同。例如在利用旋转器法来涂布于基板上的情况下,固体成分浓度(液晶取向剂中的溶剂以外的全部成分的合计重量在液晶取向剂的总重量中所占的比例)特别优选为1.5重量%~4.5重量%的范围。在利用印刷法的情况下,特别优选为将固体成分浓度设为3重量%~9重量%的范围,由此将溶液粘度设为12mPa·s~50mPa·s的范围。在利用喷墨法的情况下,特别优选为将固体成分浓度设为1重量%~5重量%的范围,由此将溶液粘度设为3mPa·s~15mPa·s的范围。制备所述聚合物组合物时的温度优选为10℃~50℃,更优选为20℃~30℃。
本发明的聚合物组合物可用于例如相位差膜、偏光元件、抗反射膜、选择反射膜、色补偿膜、视角补偿膜、液晶取向膜、彩色滤光片等多种用途。其中,适合作为液晶显示元件的液晶取向膜形成用的树脂组合物(液晶取向剂)。
<液晶显示元件>
本发明的液晶显示元件具备使用所述聚合物组合物作为液晶取向剂而形成的液晶取向膜。本发明的液晶显示元件的运作模式并无特别限定,例如可应用于扭转向列(TwistedNematic,TN)型、超扭转向列(SuperTwistedNematic,STN)型、垂直取向(VerticalAlignment,VA)型(包含垂直取向-多域垂直取向(VerticalAlignment-MultidomainVerticalAlignment,VA-MVA)型、垂直取向-图案垂直取向(VerticalAlignment-PatternedVerticalAlignment,VA-PVA)型等)、共面切换(In-PlaneSwitching,IPS)型、边缘场切换(FringeFieldSwitching,FFS)型、光学补偿弯曲(OpticallyCompensatoryBend,OCB)型等多种运作模式。
所述液晶显示元件例如可利用包含以下的步骤(1)~步骤(3)的方法来制造:
(1)在具有导电膜的一对基板的该导电膜上涂布所述聚合物组合物而形成涂膜的步骤;
(2)将形成有涂膜的一对基板,经由液晶层且以该涂膜相对的方式对向配置而构筑液晶单元的步骤;以及
(3)在对一对基板中的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射步骤。
步骤(1)根据所需的运作模式而使用不同的基板。步骤(2)及步骤(3)为各运作模式共通。
[步骤(1):涂膜的形成]
首先,通过在基板上涂布本发明的聚合物组合物,继而对涂布面进行加热而在基板上形成涂膜。
(1-1)在制造例如TN型、STN型或者VA型的液晶显示元件的情况下,首先,将设置有经图案化的透明导电膜的两块基板作为一对,在所述各透明性导电膜形成面上,优选为利用胶版印刷法、旋转涂布法、辊涂布法或者喷墨印刷法来分别涂布所述聚合物组合物。基板例如可使用:浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;包含聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料的透明基板。设置于基板的其中一面的透明导电膜可使用包含氧化锡(SnO2)的奈塞(NESA)膜(美国PPG公司注册商标)、包含氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)的氧化铟锡(IndiumTinOxide,ITO)膜等。为了获得经图案化的透明导电膜,可利用以下方法:例如形成无图案的透明导电膜后,通过光蚀刻来形成图案的方法;形成透明导电膜时使用具有所需图案的掩模的方法等。涂布聚合物组合物时,为了使基板表面及透明导电膜与涂膜的粘接性更良好,可对基板表面中形成涂膜的面,实施预先涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的预处理。
涂布聚合物组合物后,出于防止所涂布的聚合物组合物的流挂等目的,优选为实施预加热(预烘烤)。预烘烤温度优选为30℃~200℃,更优选为40℃~150℃,特别优选为40℃~100℃。预烘烤时间优选为0.25分钟~10分钟,更优选为0.5分钟~5分钟。然后,出于将溶剂完全去除,视需要将存在于聚合物中的酰胺酸结构进行热酰亚胺化的目的,而实施煅烧(后烘烤)步骤。此时的煅烧温度(后烘烤温度)优选为80℃~300℃,更优选为120℃~250℃。后烘烤时间优选为5分钟~200分钟,更优选为10分钟~100分钟。以所述方式形成的膜的膜厚优选为0.001μm~1μm,更优选为0.005μm~0.5μm。
(1-2)在制造IPS型或FFS型的液晶显示元件的情况下,在设置有电极(该电极包含经图案化为梳齿型的透明导电膜或金属膜)的基板的电极形成面、以及未设置电极的对向基板的一面上,分别涂布所述聚合物组合物,继而对各涂布面进行加热,由此形成涂膜。此时使用的基板及透明导电膜的材质、涂布方法、涂布后的加热条件、透明导电膜或金属膜的图案化方法、基板的预处理、以及所形成的涂膜的优选膜厚与所述(1-1)相同。金属膜可使用包含例如铬等金属的膜。
在所述(1-1)及(1-2)的任一种情况下,均通过在基板上涂布聚合物组合物后,去除有机溶剂而形成液晶取向膜或者成为液晶取向膜的涂膜。此时,也可以在涂膜形成后进一步加热,由此使调配于所述聚合物组合物中的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺进行脱水闭环反应,形成更酰亚胺化的涂膜。
在制造TN型、STN型、IPS型或FFS型的液晶显示元件的情况下,对所述步骤(1)中形成的涂膜实施赋予液晶取向能力的处理。由此,液晶分子的取向能力被赋予至涂膜而成为液晶取向膜。另一方面,在制造VA型液晶显示元件的情况下,可将所述步骤(1)中形成的涂膜直接用作液晶取向膜,也可以对该涂膜实施取向能力赋予处理。取向能力赋予处理可列举摩擦处理等,所述摩擦处理利用卷绕有包含例如尼龙、人造丝、棉等纤维的布的辊,对涂膜向一定方向进行擦拭。
此外,也可以对摩擦处理后的液晶取向膜进而进行以下处理而使液晶取向膜在每个区域具有不同的液晶取向能力:通过对液晶取向膜的一部分照射紫外线而使液晶取向膜的一部分区域的预倾角变化的处理;或在液晶取向膜表面的一部分形成抗蚀剂膜后,在与刚才的摩擦处理不同的方向上进行摩擦处理,然后将抗蚀剂膜去除的处理。该情况下,可改善所得的液晶显示元件的视野特性。适合于VA型液晶显示元件的液晶取向膜也可以适合应用于聚合物稳定配向(Polymersustainedalignment,PSA)型液晶显示元件。
[步骤(2):液晶单元的构筑]
准备2块以所述方式形成有液晶取向膜的基板,通过在对向配置的2块基板间配置液晶来制造液晶单元。为了制造液晶单元,例如可列举以下的2种方法。第一方法为以往已知的方法。首先,以各液晶取向膜对向的方式,经由间隙(单元间隙)而将2块基板对向配置,使用密封材将2块基板的周边部贴合,在由基板表面及密封材所划分的单元间隙内注入填充液晶后,将注入孔密封,由此可制造液晶单元。另外,第二方法是被称为液晶滴注(OneDropFill,ODF)方式的方法。在形成有液晶取向膜的2块基板中的其中一块基板上的既定部位,例如涂布紫外光硬化性的密封材,进而在液晶取向膜面上的既定的数个部位滴加液晶后,以液晶取向膜对向的方式贴合另一块基板,并且使液晶在基板的整个面上铺开,继而对基板的整个面照射紫外光而使密封材硬化,由此可制造液晶单元。在利用任一种方法的情况下,均理想的是通过对以所述方式制造的液晶单元,进而加热至所使用的液晶取得各向同性相的温度为止,然后缓缓冷却至室温,由此去除液晶填充时的流动取向。
密封材可使用通常用作液晶用粘接剂的,例如可使用含有硬化剂的环氧树脂等。另外,密封材也可以使用还含有作为间隔物的氧化铝球的。
液晶可列举向列型液晶及碟状液晶,其中优选为向列型液晶,例如可使用:希夫碱(Schiffbase)系液晶、氧化偶氮(azoxy)系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶、酯系液晶、三联苯系液晶、联苯基环己烷系液晶、嘧啶系液晶、二噁烷系液晶、双环辛烷系液晶、立方烷(cubane)系液晶等。另外,也可以在这些液晶中添加以下物质来使用:例如氯化胆甾醇(cholesterylchloride)、胆甾醇壬酸酯(cholesterylnonanoate)、胆甾醇碳酸酯等胆甾醇液晶;作为商品名“C-15”、“CB-15”(默克(Merck)公司制造)来销售的手性剂;对癸氧基苯亚甲基-对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等铁电液晶(ferroelectricliquidcrystal)等。
[步骤(3):光照射步骤]
构筑液晶单元后,在对一对基板所具有的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射。此处施加的电压可设为例如5V~50V的直流或交流。另外,所照射的光例如可使用包含150nm~800nm波长的光的紫外线及可见光线,优选为包含300nm~400nm波长的光的紫外线。照射光的光源例如可使用:低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光等。此外,所述的优选波长区域的紫外线可通过将光源与例如滤光器、衍射光栅等并用的方法等来获得。光的照射量优选为1,000J/m2~200,000J/m2,更优选为1,000J/m2~100,000J/m2
接着,可通过在液晶单元的外侧表面贴合偏光板而获得本发明的液晶显示元件。贴合于液晶单元的外表面的偏光板可列举:以乙酸纤维素保护膜夹持被称为“H膜”的偏光膜而成的偏光板,所述“H膜”是使聚乙烯基醇一边延伸取向一边吸收碘而成;或者包含H膜其本身的偏光板。
本发明的液晶显示元件可有效地应用于多种装置,例如、时计、携帯型游戏机、文字处理器、笔记型个人计算机、汽车导航系统、摄录机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant,PDA)、数码照相机、移动电话、智能手机、各种监视器、液晶电视、信息显示器等各种显示装置。
[实施例]
以下,通过实施例,对本发明进一步进行具体说明,但本发明并不限定于这些实施例。
以下的实施例及合成例中,利用以下方法来测定聚合物的重量平均分子量Mw、酰亚胺化率、及聚合物溶液的溶液粘度。此外,以下,有时将式X所表示的化合物仅记作“化合物X”。
[聚合物的重量平均分子量Mw]
Mw是在以下条件下利用GPC来测定的聚苯乙烯换算值。
管柱:东曹(Tosoh)(股)制造,TSKgelGRCXLII
溶剂:四氢呋喃
温度:40℃
压力:68kgf/cm2
[聚合物的酰亚胺化率]
将含有聚酰亚胺的溶液投入至纯水中,将所得的沉淀在室温下充分地减压干燥后,溶解于氘化二甲基亚砜中,将四甲基硅烷作为基准物质,在室温下测定1H-核磁共振(NuclearMagneticResonance,NMR)。根据所得的1H-NMR光谱,利用下述数式(1)来求出酰亚胺化率。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100…(1)
(数式(1)中,A1是在化学位移10ppm附近出现的源自NH基的质子的峰值面积,A2为源自其他质子的峰值面积,α为其他质子相对于聚合物的前驱物(聚酰胺酸)中的NH基的1个质子的个数比例)
[聚合物溶液的溶液粘度]
聚合物溶液的溶液粘度[mPa·s]是对使用既定的溶剂而制备成聚合物浓度为10重量%的溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定。
<羧酸的合成例>
[合成例1]
以流程1的方式合成化合物(X-1)。
[化23]
·化合物(X-1a)的合成
在具备隔膜的5L三口烧瓶中,加入6-溴己酸195g、二氯甲烷2L进行搅拌。将异丁烯气体1kg一边起泡一边导入至系统中,进行反应。异丁烯气体的流量设为1kg/2h。然后,搅拌1小时后,静置12小时。氮气置换后,在离子交换树脂(安博莱特(Amberlite)IRA-67,有机股份有限公司制造)2.5L中流入反应溶液,搅拌3小时。通过过滤而去除离子交换树脂后将滤液浓缩,由此获得化合物(X-1a)的无色液体126g。
·化合物(X-1b)的合成
在具备回流管及温度计的5L三口烧瓶中,添加化合物(X-1a)126g、碳酸钾82.9g、2,6-二-叔丁基甲酚1.3g、N,N-二甲基乙酰胺2L及甲基丙烯酸258g,在100℃下进行2小时反应。反应结束后,添加环己烷2L,以水进行1次分液清洗,以饱和碳酸钠水进行2次分液清洗,再次以水进行2次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,减压浓缩至300mL为止。继而,利用二氧化硅管柱进行纯化(展开溶剂为己烷∶乙酸乙酯(重量比)=9∶1)后,通过减压浓缩而获得化合物(X-1b)的无色液体64g。
·化合物(X-1)的合成
在1L的茄型烧瓶中添加化合物(X-1b)64g、二氯甲烷300mL及三氟乙酸150g,在室温下进行2小时反应。反应结束后,减压浓缩,添加环己烷300mL,以水进行10次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,浓缩、真空干燥,由此获得化合物(X-1)的无色液体45g。
[合成例2]
以流程2的方式合成化合物(A-1-1-1)。
[化24]
在具备回流管的500mL茄型烧瓶中,添加化合物(X-1)20g、亚硫酰氯200mL及N,N-二甲基甲酰胺0.1g,进行1小时回流。反应结束后,通过减压浓缩而蒸馏去除亚硫酰氯,添加二氯甲烷100mL(将该溶液作为“A1液”)。另一方面,在具备滴加漏斗、温度计的300mL三口烧瓶中,添加氢氧化钠6.0g、3,4-二羟基苯甲酸7.7g、2,6-二-叔丁基甲酚0.02g及水60mL,进行冰浴冷却。继而,在冰浴冷却下花3小时滴加刚才制备的A1液,在室温下进而进行1小时反应。反应结束后,通过过滤来回收白色沉淀,添加乙酸乙酯300mL及1M盐酸水300mL,以水进行3次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,添加乙醇进行减压浓缩而产生白色结晶,将该白色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(A-1-1-1)15.5g。
[合成例3]
以流程3的方式合成化合物(A-1-3-1)。
[化25]
在具备回流管的200mL茄型烧瓶中添加化合物(X-1)6g、亚硫酰氯60mL及N,N-二甲基甲酰胺0.03g,进行1小时回流。反应结束后,通过减压浓缩而蒸馏去除亚硫酰氯,添加二氯甲烷30mL(将该溶液作为“A2液”)。另一方面,在具备滴加漏斗及温度计的100mL三口烧瓶中,添加氢氧化钠1.6g、3,4,5-三羟基苯甲酸1.7g、2,6-二-叔丁基甲酚0.01g及水20mL,进行冰浴冷却。继而,在冰浴冷却下花3小时滴加刚才制备的A2液,在室温下进而进行1小时反应。反应结束后,通过过滤来回收白色沉淀,添加乙酸乙酯300mL及1M盐酸水300mL,以水进行3次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,减压浓缩至10mL为止。继而,利用二氧化硅管柱(展开溶剂为己烷∶乙酸乙酯(重量比)=8∶2)进行纯化,添加乙醇进行减压浓缩而产生白色结晶,将该白色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(A-1-3-1)2.9g。
[合成例4]
以流程4的方式合成化合物(A-3-1-1)。
[化26]
在具备回流管的200mL的茄型烧瓶中添加化合物(X-2)6g、亚硫酰氯60mL及N,N-二甲基甲酰胺0.03g,进行1小时回流。反应结束后,通过减压浓缩而蒸馏去除亚硫酰氯,添加二氯甲烷30mL(将该溶液作为“A3液”)。另一方面,在具备滴加漏斗、温度计的100mL三口烧瓶中添加氢氧化钠1.6g、3,4-二羟基苯甲酸2.5g、2,6-二-叔丁基甲酚0.01g及水20mL,进行冰浴冷却。继而,在冰浴冷却下花3小时滴加刚才制备的A3液,在室温下进而进行1小时反应。反应结束后,通过过滤来回收白色沉淀,添加乙酸乙酯300mL及1M盐酸水300mL,以水进行3次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,减压浓缩至10mL。继而,利用二氧化硅管柱(展开溶剂为己烷∶乙酸乙酯(重量比)=8∶2)进行纯化,添加乙醇进行减压浓缩而产生白色结晶,将该白色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(A-3-1-1)2.9g。
[合成例5]
以流程5的方式合成化合物(A-5-1-1)。
[化27]
在具备滴加漏斗及温度计的500mL三口烧瓶中,添加氢氧化钠9.6g、3,4-二羟基苯甲酸12.4g、2,6-二-叔丁基甲酚0.02g及水120mL,进行冰浴冷却。继而,在冰浴冷却下花3小时滴加将甲基丙烯酰氯16.8g溶解于160mL二氯甲烷中而成的溶液,在室温下进而进行1小时反应。反应结束后,通过过滤来回收白色沉淀,添加四氢呋喃200mL、乙酸乙酯400mL及1M盐酸水500mL,以水进行3次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,添加乙醇进行减压浓缩而产生白色结晶,将该白色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(A-5-1-1)11.6g。
<特定二胺的合成例>
[合成例6]
下述以流程6的方式合成化合物(B-1-1-1)。
[化28]
·化合物(B-1-1a)的合成
在具备温度计的300mL三口烧瓶中,添加化合物(A-5-1-1)5.8g、2,4-二硝基苯乙基醇4.2g、及二氯甲烷100mL,进行冰浴冷却。继而,添加1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二酰亚胺盐酸盐4.6g及N,N-二甲基氨基吡啶0.24g,在冰浴冷却下进行2小时反应,在室温下进行一昼夜反应。反应结束后,添加乙酸乙酯200mL及四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)200mL,以稀盐酸清洗1次,以水清洗3次后,以硫酸镁进行干燥。继而,添加乙醇进行减压浓缩而析出淡黄色结晶,将该淡黄色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(B-1-1a)7.8g。
·化合物(B-1-1-1)的合成
在具备氮气导入管及温度计的300mL三口烧瓶中,添加化合物(B-1-1a)7.8g、锌21g、氯化铵3.4g、四氢呋喃80mL及乙醇20mL,进行冰浴冷却后,缓缓添加水8mL,在室温下进行3小时反应。反应结束后,通过过滤而去除锌,在所得的滤液中添加乙酸乙酯80mL,以水进行3次分液清洗,添加乙醇进行减压浓缩,由此获得化合物(B-1-1-1)的淡褐色结晶5.4g。
[合成例7]
·化合物(Y-1)的合成
以流程7的方式合成化合物(Y-1)。
[化29]
在具备温度计及氮气导入管的200mL三口烧瓶中,添加2,4-二硝基氟苯10.1g、乙醇50mL、二乙醇胺7.9g及碳酸氢钠6.3g,在60℃进行8小时反应。反应结束后,利用添加有乙酸乙酯300mL的水进行4次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,添加己烷进行减压浓缩,由此获得化合物(Y-1)的黄色结晶10.5g。
·化合物(B-3-1-1)的合成
以流程8的方式合成化合物(B-3-1-1)。
[化30]
·化合物(B-3-1-1a)的合成
在具备温度计的300mL三口烧瓶中,添加化合物(X-1)8.0g、化合物(Y-1)5.4g及二氯甲烷100mL,进行冰浴冷却。继而,添加1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二酰亚胺盐酸盐9.2g及N,N-二甲基氨基吡啶0.24g,在冰浴冷却下进行2小时反应,在室温下进行一昼夜反应。反应结束后,添加乙酸乙酯200mL及四氢呋喃100mL,以稀盐酸进行1次分液清洗,以水进行3次分液清洗后,以硫酸镁进行干燥,添加乙醇进行减压干燥而析出黄色结晶,将所述黄色结晶进行过滤、干燥,由此获得化合物(B-3-1-1a)10.2g。
·化合物(B-3-1-1)的合成
在具备氮气导入管及温度计的300mL三口烧瓶中,添加化合物(B-3-1-1a)10.2g、锌21g、氯化铵3.4g、四氢呋喃80mL及乙醇20mL,进行冰浴冷却后,缓缓添加水8mL,在室温下经3小时反应。反应结束后,通过过滤而去除锌,在所得的滤液中添加乙酸乙酯80mL,以水进行3次分液清洗,添加乙醇进行减压浓缩,由此获得化合物(B-3-1-1)的淡褐色结晶7.4g。
<聚酰胺酸的合成>
[合成例PA-1]
使作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐170.4g(0.760摩尔)、作为二胺化合物的化合物(B-1-1-1)291.8g(0.688摩尔)及(3,5-二氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷37.8g(0.076摩尔)溶解于2000g的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,在60℃下进行6小时反应,获得聚酰胺酸溶液。测定所得的聚酰胺酸(将其作为“聚合物PA-1”)的重量平均分子量,结果为150,000。另外,将所得的聚合物PA-1分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为57mPa·s。
[合成例PA-2]
使作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐158.0g(0.705摩尔)、作为二胺化合物的化合物(B-3-1-1)285.4g(0.496摩尔)、3,5-二氨基苯甲酸21.6g(0.142摩尔)及(3,5-二氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷35.0g(0.071摩尔)溶解于2000g的NMP中,在60℃下进行6小时反应,获得聚酰胺酸溶液。测定所得的聚酰胺酸(将其作为“聚合物PA-2”)的重量平均分子量,结果为150,000。另外,将所得的聚合物PA-2分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为57mPa·s。
[比较合成例PA-3]
使作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐170.4g(0.760摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺291.8g(0.688摩尔)及(3,5-二氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷37.8g(0.076摩尔)溶解于2000g的NMP中,在60℃下进行6小时反应,获得聚酰胺酸溶液。测定所得的聚酰胺酸(将其作为“聚合物PA-3”)的重量平均分子量,结果为150,000。另外,将所得的聚合物PA-3分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为57mPa·s。
[比较合成例PA-4]
使作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐170.4g(0.760摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺291.8g(0.688摩尔)及(3,5-二氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷37.8g(0.076摩尔)溶解于2000g的NMP中,在60℃下进行6小时反应,获得聚酰胺酸。测定所得的聚酰胺酸(将其作为“聚合物PA-4”)的重量平均分子量,结果为150,000。另外,将所得的聚合物PA-4分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为57mPa·s。
<聚酰亚胺的合成>
[比较合成例PI-1]
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐110g(0.50摩尔)、作为二胺的对苯二胺43g(0.40摩尔)及(3,5-二氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷52g(0.10摩尔)溶解于830g的NMP中,在60℃下进行6小时反应。将所得的聚酰胺酸溶液分取少量,添加NMP,制成聚酰胺酸浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为60mPa·s。
继而,在所得的聚酰胺酸溶液中追加1,900g的NMP,添加吡啶40g及乙酸酐51g,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,利用新的NMP对系统内的溶剂进行溶剂置换(通过本操作而将脱水闭环反应中使用的吡啶及乙酸酐去除至系统外),由此获得含有约15重量%的酰亚胺化率约为50%的聚酰亚胺(将其作为“聚合物(PI-1)”)的溶液。将所得的聚酰亚胺溶液分取少量,添加NMP,制成固体成分浓度10重量%的溶液来测定的溶液粘度为47mPa·s。
<(甲基)丙烯酸系聚合物的合成>
[合成例AC-1]
在安装有搅拌棒、三通旋塞及温度计的四口烧瓶中,加入作为单体的甲基丙烯酸缩水甘油酯30.0g(0.211摩尔),进而添加作为溶剂的二乙二醇乙基甲醚60g、作为聚合引发剂的2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)1.2g、及作为分子量调整剂的α-甲基苯乙烯二聚体0.6g。将其在氮气流下进行约10分钟的起泡,进行系统内的氮气置换后,在氮气环境下,在70℃下进行5小时反应,由此获得含有33重量%的含环氧基的(甲基)丙烯酸聚合物的溶液。
继而,在1000mL的三口烧瓶中,加入所述获得的含环氧基的(甲基)丙烯酸聚合物91.0g、化合物(A-1-1-1)54.3g(0.105摩尔)、二乙二醇乙基甲醚212.3g及UCAT18X(三亚普罗(San-Apro)公司的四级胺盐)2.0g,在80℃下搅拌36小时。反应结束后,以水进行再沉淀,将沉淀物溶解于乙酸乙酯中而获得溶液。将该溶液进行3次水洗后,蒸馏去除溶剂,由此以白色粉末的形式获得(甲基)丙烯酸聚合物(将其作为“聚合物AC-1”)21.6g。测定所得的聚合物AC-1的重量平均分子量,结果为30,000。另外,将所得的聚合物AC-1分取少量,添加NMP,制成聚合物浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为17mPa·s。
[合成例AC-2]
除了在合成例AC-1中,使用化合物(A-1-3-1)75.1g(0.105摩尔)作为羧酸以外,实施与合成例AC-1相同的操作,由此以白色粉末的形式获得(甲基)丙烯酸聚合物(将其作为“聚合物AC-2”)21.6g。测定所得的聚合物AC-2的重量平均分子量,结果为33,000。另外,将所得的聚合物AC-2分取少量,添加NMP,制成(甲基)丙烯酸聚合物浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为15mPa·s。
[比较合成例AC-3]
除了在合成例AC-1中,使用化合物(X-1)75.1g(0.105摩尔)作为羧酸以外,实施与合成例AC-1相同的操作,由此以白色粉末的形式获得(甲基)丙烯酸聚合物(将其作为“聚合物AC-3”)21.6g。测定所得的聚合物AC-3的重量平均分子量,结果为33,000。另外,将所得的聚合物AC-3分取少量,添加NMP,制成聚合物浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为15mPa·s。
<聚有机硅氧烷的合成>
[合成例PS-1]
在具备搅拌机、温度计、滴加漏斗及回流冷却管的反应容器中,加入2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷139.0g、甲基异丁基酮139.0g及三乙基胺13.9g,在室温下进行混合。继而,自滴加漏斗中花30分钟滴加脱离子水111.2g后,在回流下一边混合,一边在60℃下进行3小时反应。反应结束后,取出有机层,利用0.2质量%硝酸铵水溶液,清洗至清洗后的水成为中性为止后,在减压下蒸馏去除溶剂及水,由此以粘稠的透明液体的形式获得含环氧基的聚有机硅氧烷。对该含环氧基的聚有机硅氧烷进行1H-NMR分析,结果在化学位移(δ)=3.2ppm附近,如理论强度般获得基于环氧基的峰值,确认在反应中未产生环氧基的副反应。
继而,在100mL的三口烧瓶中,加入所述获得的含环氧基的聚有机硅氧烷56.0g、甲基异丁基酮206.0g、化合物(A-1-1-1)54.3g(0.105摩尔)及UCAT18X(三亚普罗(San-Apro)公司的四级胺盐)0.6g,在80℃下搅拌36小时。反应结束后,以水进行再沉淀,将沉淀物溶解于乙酸乙酯中而获得溶液,将该溶液进行3次水洗后,蒸馏去除溶剂,由此以白色粉末的形式获得聚有机硅氧烷(将其作为聚合物(PS-1))42.6g。测定所得的聚合物(PS-1)的重量平均分子量,结果为30,000。另外,将所得的聚合物(PS-1)分取少量,添加NMP,制成聚有机硅氧烷浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为17mPa·s。
[合成例PS-2]
除了在合成例PS-1中,使用化合物(A-3-1-1)75.1g(0.105摩尔)作为羧酸以外,实施与合成例PS-1相同的操作,由此以白色粉末的形式获得聚有机硅氧烷(将其作为“聚合物(PS-2)”)21.6g。测定所得的聚合物(PS-2)的重量平均分子量,结果为33,000。另外,将所得的聚合物(PS-2)分取少量,添加NMP,制成聚有机硅氧烷浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为15mPa·s。
[比较合成例PS-3]
除了在合成例PS-1中,使用化合物(X-1)75.1g(0.105摩尔)作为羧酸以外,实施与合成例PS-1相同的操作,由此以白色粉末的形式获得聚有机硅氧烷(将其作为“聚合物(PS-3)”)21.6g。测定所得的聚合物(PS-3)的重量平均分子量,结果为33,000。另外,将所得的聚合物(PS-3)分取少量,添加NMP,制成聚有机硅氧烷浓度为10重量%的溶液来测定的溶液粘度为15mPa·s。
[实施例1]
<聚合物组合物的制备>
在含有所述合成例PA-1中获得的聚合物(PA-1)作为(A)聚合物的溶液中,添加N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及丁基溶纤剂(butylcellosolve,BC)作为有机溶剂,制成相对于全部有机溶剂,BC浓度为20重量%,且固体成分浓度为6.0重量%的溶液。使用孔径为1μm的过滤器对该溶液进行过滤,由此制备聚合物组合物。
<液晶单元的制造>
使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(股)制造),将所述制备的聚合物组合物涂布于具有包含ITO膜的透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在80℃的加热板上加热(预烘烤)1分钟而去除溶剂后,在200℃的加热板上加热(后烘烤)10分钟,形成平均膜厚为的涂膜。
对于该涂膜,利用具有卷绕有人造丝布的辊的摩擦机器,以辊转速400rpm、平台移动速度3cm/秒、毛压入长度0.1mm进行摩擦处理。然后,在超纯水中进行1分钟超声波清洗,继而在100℃洁净烘箱中干燥10分钟,由此获得具有液晶取向膜的基板。重复该操作,获得一对(2块)具有液晶取向膜的基板。此外,所述摩擦处理是出于控制液晶的倒塌、且利用简易方法进行取向分割的目的而进行的弱的摩擦处理。
继而,对所述一对基板中的其中一块基板,在具有液晶取向膜的面的外缘涂布加入有直径为3.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘接剂后,将一对基板以液晶取向膜面相对的方式重叠压接,使粘接剂硬化。然后,自液晶注入口中向一对基板间填充向列型液晶(默克(Merck)公司制造,MLC-6608),利用丙烯酸系光硬化粘接剂将液晶注入口密封,由此制造液晶单元。
继而,对所述获得的液晶单元的电极间施加频率为60Hz的交流15Vrms,以液晶驱动的状态,使用利用金属卤化物灯作为光源的紫外线照射装置,自液晶单元的外侧,以2J/cm2的照射量来照射紫外线。此外,该照射量是使用以波长365nm基准来测量的光量计进行测量而得的值。
利用与所述相同的方法进而制造2个液晶单元,并且将对液晶单元照射的紫外线的量,在其中一个液晶单元中变更为5J/cm2,在另一个液晶单元中变更为10J/cm2,除此以外,以与所述相同的方式,在对液晶单元的电极间施加电压的状态下进行紫外线照射。
<预倾角的评价>
对于所述制造的各液晶单元,分别依据非专利文献2(T.J.谢弗(T.J.Scheffer)等人,应用物理学杂志(JournalofAppliedPhysics,J.Appl.Phys.)第19期第2013页(1980))中记载的方法,将通过使用He-Ne激光光的结晶旋转法来测定的液晶分子自基板面倾斜的角的值作为预倾角。
将照射量2J/cm2、5J/cm2及10J/cm2的液晶单元中的各自预倾角示于下述表1中。本液晶单元中,照射5J/cm2的紫外线时,显示出88.2度的预倾角。根据响应速度与对比度关系,可知:成为85度以上、88.5度以下的值的情况为良好,因此本液晶单元具有良好的预倾角特性。
<残像的评价>
将实施了所述紫外线处理的液晶单元在温度为40℃的烘箱内,对各像素施加168小时的频率为60Hz的交流7Vrms,然后再次利用所述方法实施预倾角的测定。将此时的照射量2J/cm2、5J/cm2及10J/cm2的液晶单元的各自的预倾角一并示于表1中。
另外,168小时的应力前后的预倾角变化量也一并示于表1中。此外,预倾角变化量越小,可评价为具有越良好的残像特性。实施例1中,在5J/cm2的紫外线照射量的液晶单元中预倾角变化量成为0.3度,可知具有良好的残像特性。
[实施例2~实施例9及比较例1~比较例5]
除了将各成分的使用量分别设为如下述表1中所记载以外,以与实施例1相同的方式制备聚合物组合物,使用所述聚合物组合物来制造液晶单元,并进行评价。此外,实施例3、实施例8及实施例9中将(A)聚合物与其他聚合物并用,比较例1~比较例5中仅使用其他聚合物作为聚合物。将结果示于下述表1中。此外,表1中,聚合物的调配量的数值是相对于用于制备聚合物组合物的聚合物的合计量而言的各聚合物的调配比例(重量比)。
如表1所示,实施例1~实施例9中,即便将紫外线照射量设为5J/cm2,也可以获得显示出良好的预倾角特性的液晶单元。另外,实施例的液晶单元中,在将紫外线照射量设为5J/cm2的情况下,应力赋予前后的预倾角变化量也少,残像特性良好。与此相对,比较例1~比较例5中,与实施例相比,液晶单元的预倾角特性及残像特性差。
[实施例10~实施例13]
除了将聚合物及添加剂的使用量分别设为如下述表2中所记载以外,以与实施例1相同的方式制备聚合物组合物。另外,使用所制备的聚合物组合物来制造液晶单元,并进行评价。此外,实施例11中,将(A)聚合物与其他聚合物并用。将结果示于下述表2中。此外,表2中,聚合物及添加剂的调配量的数值是相对于用于制备聚合物组合物的聚合物的合计量而言的各化合物的调配比例(重量比)。
表2中,添加剂的略称为以下的含义。
w-1:[1,1′-联苯基]-4,4′-二基双(2-甲基丙烯酸酯)
w-2:4-((2-甲基丙烯酰基氧基)乙氧基)羰基)苯基4′-(甲基丙烯酰基氧基)-[1,1′-联苯基]-4-羧酸酯
w-3:4-(甲基丙烯酰基氧基)苯基4′-((4-(甲基丙烯酰基氧基)苯甲酰基)氧基)-[1,1′-联苯基]-4-羧酸酯
w-4:2-(4-(4-(甲基丙烯酰基氧基)环己基)苯氧基)乙基甲基丙烯酸酯
如表2所示,调配有添加剂的液晶取向剂也能够获得显示出良好的预倾角特性的液晶单元。另外,在紫外线照射量少至5J/cm2的情况下,应力赋予前后的预倾角变化量也少,残像特性良好。

Claims (11)

1.一种聚合物组合物,含有(A)聚合物、及(B)有机溶剂,且
所述(A)聚合物具有下述式(1)所表示的基团,
式(1)中,R1为选自由下述式(r1-1)~式(r1-6)分别所表示的基团所组成的组群中的1价基;R2为单键或2价有机基;Y1为(u+1)价环状基或者氮原子;u为2~4的整数;其中,在Y1为氮原子的情况下,u=2;“*”表示结合键,
式(r1-1)~式(r1-6)中,R5为氢原子或甲基,X5为氧原子或-NR30-,其中,R30为氢原子或甲基;R6为碳数1~20的1价烃基或将所述烃基中的至少1个氢原子以氟原子取代而成的基团、或者具有杂环的1价基;R7及R9为氢原子或碳数1~20的烷基;2个R8分别独立地为氢原子或碳数1~20的烷基、或者通过2个R8相互键结而与R8所键结的2个碳原子一起形成碳数4~20的烃环结构;R10为氢原子、碳数1~5的烷基或碳数1~5的氟烷基;其中,多个R10可以相同也可以不同;Ar1为2价芳香环基,Ar2及Ar3为单键或2价芳香环基。
2.根据权利要求1所述的聚合物组合物,其中:所述R2为下述式(r2-1)所表示的基团,
式(r2-1)中,R12为碳数1~20的烷二基或者下述式(r2-1-1)所表示的基团;R13为碳数1~20的烷二基,R14为单键或碳数1~20的烷二基;X1及X2分别独立地为碳数1~6的烷二基、醚键、酯键、酰胺键或脲基键;n1及n2分别独立地为0~2的整数,满足n1+n2≥1;带有“*1”的结合键与R1键结,
式(r2-1-1)中,R20及R21分别独立地为1价取代基;m1及m2分别独立地为0~2的整数;其中,满足1≤(m1+m2)≤2;t1及t2分别独立地为0~4的整数;多个R20可以相同,也可以不同,多个R21可以相同,也可以不同。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物组合物,其中:所述(A)聚合物为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、(甲基)丙烯酸系聚合物、及聚有机硅氧烷所组成的组群中的至少一种聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物组合物,其中:所述(A)聚合物还具有可表现出预倾角特性的基团,其中,与所述式(1)所表示的基团相当的基团除外。
5.根据权利要求1或2所述的聚合物组合物,其中:所述(A)聚合物是通过在单体组成中包含具有所述式(1)所表示的基团的化合物的聚合而获得的聚合物。
6.根据权利要求1或2所述的聚合物组合物,其中:所述(A)聚合物是使具有官能基(Z1)的聚合物、与具有所述式(1)所表示的基团且具有可与所述官能基(Z1)反应而形成结合基的基团(Z2)的化合物进行反应而获得的聚合物。
7.一种液晶取向剂,包含根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物组合物。
8.一种液晶取向膜,使用根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物组合物而形成。
9.一种液晶显示元件,具备根据权利要求8所述的液晶取向膜。
10.一种液晶显示元件的制造方法,包括:
在具有导电膜的一对基板的所述导电膜上,涂布根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物组合物而形成涂膜的步骤;
经由液晶层,以所述涂膜相对的方式,将形成有所述涂膜的一对基板对向配置而构筑液晶单元的步骤;以及
在对所述一对基板中的导电膜间施加电压的状态下对所述液晶单元进行光照射的步骤。
11.一种聚合物,具有下述式(1)所表示的基团,
式(1)中,R1为选自由下述式(r1-1)~式(r1-6)分别所表示的基团所组成的组群中的1价基;R2为单键或2价有机基;Y1为(u+1)价环状基或者氮原子;u为2~4的整数;其中,在Y1为氮原子的情况下,u=2;“*”表示结合键,
式(r1-1)~式(r1-6)中,R5为氢原子或甲基,X5为氧原子或-NR30-,其中,R30为氢原子或甲基;R6为碳数1~20的1价烃基或将所述烃基中的至少1个氢原子以氟原子取代而成的基团、或者具有杂环的1价基;R7及R9为氢原子或碳数1~20的烷基;2个R8分别独立地为氢原子或碳数1~20的烷基,或者通过2个R8相互键结而与R8所键结的2个碳原子一起形成碳数4~20的烃环结构;R10为氢原子、碳数1~5的烷基或碳数1~5的氟烷基;其中,多个R10可以相同也可以不同;Ar1为2价芳香环基,Ar2及Ar3为单键或2价芳香环基。
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