CN106977718B - 聚(酰亚胺-酰胺)共聚物、其制备方法和包括其的制品 - Google Patents
聚(酰亚胺-酰胺)共聚物、其制备方法和包括其的制品 Download PDFInfo
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Abstract
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月2日提交的韩国专利申请No.10-2015-0153019的优先权、以及由其产生的所有权益,其内容全部引入本文中作为参考。
技术领域
本公开内容涉及聚(酰亚胺-酰胺)共聚物、用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法、和包括聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的制品。
背景技术
已日益增加地需要不受时间和地点限制、像纸一样薄和柔性的、超轻的、且消耗少量电力的柔性显示器作为用于使各种信息可视化并将其传递给使用者的显示器。柔性显示器可通过使用柔性基板、用于低温过程的有机和无机材料、柔性电子装置、封装、包装等实现。
用于代替常规的窗口(视窗)覆盖玻璃以用在柔性显示器中的透明塑料膜必须具有高的硬度和优异的光学性质。硬度可通过硬涂层补充,但是也在这种情况下,具有高的拉伸模量的基膜使最终的膜具有高的硬度。期望的光学性质包括高的光透射率、低的雾度、低的黄度指数等。
对于具有改善的光学和机械(力学)特性的新的聚合物材料仍然存在需要。
发明内容
一个实施方式提供具有改善的光学和机械性质的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物。
另一实施方式提供用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法。
又一实施方式提供包括聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的制品。
根据一个实施方式,提供聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其为包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐之间的反应产物:
化学式1
其中,在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,
n0等于或大于1,
n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数:
化学式3
其中,在化学式3中,
R10为单键、或者取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数。
所述二胺可进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
其中在化学式A中,Ar3由以上化学式2表示。
由化学式3表示的二酐可由化学式4、化学式5、或其组合表示:
化学式4
化学式5
其中,在化学式4和5中,
R12和R13相同或不同,并且独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为等于或大于约20摩尔%至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为等于或大于约50摩尔%至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为等于或大于约60摩尔%至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
由化学式3表示的二酐可为以约40:60-约60:40的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
由化学式3表示的二酐可为以约45:55-约55:45的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
根据另一实施方式,提供包括由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物包括包含两个或更多个顺序地(相继地)连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元:
化学式6
其中,在化学式6中,
R5为取代或未取代的亚苯基,
R6-R9和n3-n6与在化学式2中定义的相同:
化学式7
其中,在化学式7中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族有机基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R11为取代或未取代的亚联苯基,
R12和R13相同或不同,并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,由化学式6表示的结构单元的含量为等于或大于约20摩尔%至约70摩尔%,基于由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,由化学式6表示的结构单元的含量为等于或大于约50摩尔%至约70摩尔%,基于由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,由化学式6表示的结构单元的含量为等于或大于约60摩尔%至约70摩尔%,基于由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的总摩尔数。
由化学式7表示的结构单元可为由化学式8表示的结构单元和由化学式9表示的结构单元的至少一种:
化学式8
化学式9
在化学式8和9中,
R11-R13以及n7和n8与在化学式7中定义的相同。
所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括如下的结构单元:其中由化学式7表示的结构单元的末端(一个末端)包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括如下的结构单元:其中由化学式7表示的结构单元的两个末端各自包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
由化学式6表示的结构单元可为由化学式10表示的结构单元、由化学式11表示的结构单元、或其组合:
化学式10
化学式11
由化学式8表示的结构单元可为由化学式12表示的结构单元,且由化学式9表示的结构单元可为由化学式13表示的结构单元:
化学式12
化学式13
根据另一实施方式,提供用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法,其包括使包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐反应:
化学式1
其中,在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,
n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,
n0等于或大于1,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数。
化学式3
在化学式3中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数。
所述二胺可进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
在化学式A中,Ar3由以上化学式2表示。
由化学式3表示的二酐可由化学式4、化学式5、或其组合表示:
化学式4
化学式5
在化学式4和5中,
R12和R13相同或不同,并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物可具有约900道尔顿-约2,500道尔顿的数均分子量。
所述方法可进一步包括进行作为所述包括包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和所述二酐之间的反应产物的聚(酰胺酸-酰胺)共聚物的化学酰亚胺化和/或热酰亚胺化反应。
根据又一实施方式,提供包括根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物或者通过根据实施方式的方法制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的制品。
所述制品可为膜、纤维、涂料(涂布材料,覆盖材料)、或粘合剂。
所述制品可为膜,并且可具有根据ASTM D 1925方法对于具有约50微米-约100微米的厚度的膜所测量的等于或小于约3的黄度指数。
所述制品可为膜,并且可具有根据ASTM D882方法对于具有约50微米-约100微米的厚度的膜所测量的大于约4千兆帕的拉伸模量。
根据还一实施方式,提供包括所述制品的显示装置。
所述显示装置可为柔性显示装置。
在下文中,将详细地描述进一步的实施方式。
具体实施方式
将在下文中更充分地描述本公开内容。本公开内容可以许多不同的形式体现且将不被解释为限于本文中阐述的示例性实施方式。
将理解,当一个元件被称为“在”另外的元件“上”时,其可直接在所述另外的元件上或者在其间可存在中间元件。相反,当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时,则不存在中间元件。
将理解,尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分,但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此,在不背离本实施方式的教导的情况下,下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如本文中使用的,单数形式“一个(种)(a,an)”和“所述(该)”也意图包括复数形式,除非上下文清楚地另外指明。术语“或”意味着“和/或”。如本文中使用的,术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时,修饰整个要素列表而不修饰所述列表的单独要素。
将进一步理解,术语“包括”或“包含”当用在本说明书中时,表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或组分,但不排除存在或增加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分、和/或其集合。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即,测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。
除非另外定义,否则在本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本总的发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的相同。将进一步理解,术语,例如在常用字典中定义的那些,应被解释为其含义与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致,并且将不以理想化或过于形式的意义进行解释,除非在本文中清楚地如此定义。
如本文中使用的“混合物”包括所有类型的组合,包括共混物、合金、溶液等。
如本文中使用的,当未另外提供具体定义时,术语“取代(的)”指的是被包括如下的至少一个取代基代替官能团的至少一个氢而取代的基团或化合物:卤素(-F、-Br、-Cl、或-I)、羟基、硝基、氰基、氨基(-NH2、-NH(R100)或-N(R101)(R102),其中R100、R101、和R102相同或不同并且各自独立地为C1-C10烷基)、脒基、肼基、腙基、羧基、酯基、酮基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的脂环族有机基团、取代或未取代的芳基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的杂芳基、和取代或未取代的杂环基团,或者所述取代基可彼此连接以提供环。
如本文中使用的,术语“烷基”指的是具有规定数量的碳原子并且具有至少一的化合价的直链或支链饱和脂族烃基。所述烷基的非限制性实例为甲基、乙基、和丙基。
如本文中使用的,术语“烷氧基”指的是“烷基-O-”,其中术语“烷基”具有与以上描述的相同的定义。烷氧基的非限制性实例为甲氧基、乙氧基、丙氧基、环丙氧基、和环己氧基。
如本文中使用的,单独或组合使用的术语“芳基”指的是包含至少一个环的芳族烃基。所述芳基的非限制性实例为苯基、萘基、和四氢萘基。
如本文中使用的,当未另外提供具体定义时,术语“烷基”指的是C1-C30烷基,且特别地C1-C15烷基;术语“环烷基”指的是C3-C30环烷基,且特别地C3-C18环烷基;术语“烷氧基”指的是C1-C30烷氧基,且特别地C1-C18烷氧基;术语“酯基”指的是C2-C30酯基,且特别地C2-C18酯基;术语“酮基”指的是C2-C30酮基,且特别地C2-C18酮基;术语“芳基”指的是C6-C30芳基,且特别地C6-C18芳基;术语“烯基”指的是C2-C30烯基,且特别地C2-C18烯基;术语“炔基”指的是C2-C30炔基,且特别地C2-C18炔基;术语“亚烷基”指的是C1-C30亚烷基,且特别地C1-C18亚烷基;和术语“亚芳基”指的是C6-C30亚芳基,且特别地C6-C16亚芳基。
如本文中使用的,当未另外提供具体定义时,术语“脂族”指的是C1-C30烷基、C2-C30烯基、C2-C30炔基、C1-C30亚烷基、C2-C30亚烯基、或C2-C30亚炔基,特别地C1-C15烷基、C2-C15烯基、C2-C15炔基、C1-C15亚烷基、C2-C15亚烯基、或C2-C15亚炔基;术语“脂环族有机基团”指的是C3-C30环烷基、C3-C30环烯基、C3-C30环炔基、C3-C30亚环烷基、C3-C30亚环烯基、或C3-C30亚环炔基,特别地C3-C15环烷基、C3-C15环烯基、C3-C15环炔基、C3-C15亚环烷基、C3-C15亚环烯基、或C3-C15亚环炔基。
如本文中使用的,当未另外提供定义时,术语“芳族有机基团”指的是包括如下的C6-C30基团:一个芳族环,稠合在一起以提供稠环体系的两个或更多个芳族环,或者通过单键或通过选自亚芴基、-O-、-S-、-C(=O)-、-CH(OH)-、-S(=O)2-、-Si(CH3)2-、其中1≤p≤10的-(CH2)p-、其中1≤q≤10的-(CF2)q-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、和-C(=O)NH-的官能团、且特别地通过-S(=O)2-连接的两个或更多个独立地选自前述(单个芳族环或稠环体系)的部分,例如芳基或C6-C30亚芳基,特别地C6-C16芳基或C6-C16亚芳基例如亚苯基。芳族有机基团的实例为亚芴基。
如本文中使用的,当未另外提供具体定义时,术语“杂环基团”指的是在一个环中包括1-3个选自O、S、N、P、Si、和其组合的杂原子的C2-C30环烷基、C2-C30亚环烷基、C2-C30环烯基、C2-C30亚环烯基、C2-C30环炔基、C2-C30亚环炔基、C2-C30杂芳基、或C2-C30亚杂芳基,特别地在一个环中包括1-3个选自O、S、N、P、Si、和其组合的杂原子的C2-C15环烷基、C2-C15亚环烷基、C2-C15环烯基、C2-C15亚环烯基、C2-C15环炔基、C2-C15亚环炔基、C2-C15杂芳基、或C2-C15亚杂芳基。
当包含规定数量的碳原子的基团被前面段落中列举的任意基团取代时,所得“取代的”基团中的碳原子的数量定义为原始的(未取代的)基团中包含的碳原子与取代基中包含的碳原子(如果有的话)之和。例如,当术语“取代的C1-C30烷基”指的是被C6-C30芳基取代的C1-C30烷基时,所得芳基取代的烷基中的碳原子的总数为C7-C60。
如本文中使用的,当未另外提供定义时,“组合”通常指的是混合或共聚。
如本文中使用的,当未另外提供定义时,“聚酰亚胺”可不仅指“聚酰亚胺”,而且指“聚酰胺酸”或者“聚酰亚胺”与“聚酰胺酸”的组合。此外,术语“聚酰亚胺”和“聚酰胺酸”可被理解为相同的材料。
另外,在说明书中,标记“*”可指的是与另外的原子的连接点。
对于轻的、柔性的、且可弯曲的转换的移动装置例如移动电话或平板个人电脑等的研究当前正在进行。在这点上,期望用于代替置于移动装置的上面的刚性玻璃的具有高的硬度的用于显示装置的柔性的且透明的窗口膜。
为了用作窗口膜,需要具有高的硬度和良好的光学性质的材料。硬度可用硬涂层补充,但是具有高的拉伸模量的基膜可帮助最终的膜具有高的硬度。所需要的光学性质包括高的光透射率、低的雾度、低的黄度指数等。
聚酰亚胺或聚(酰亚胺-芳酰胺(芳族聚酰胺))共聚物具有优异的机械、热、和光学性质,且因而被广泛地用作用于显示装置例如有机发光装置(OLED)、液晶装置(LCD)等的塑料(塑性)基板。然而,为了使用聚酰亚胺或聚(酰亚胺-酰胺)膜作为用于柔性显示装置的窗口膜,期望进一步改善的机械和光学性质例如高的硬度(或模量)、高的透射率、低的黄度指数等。然而,难以同时改善机械和光学性质两者,因为聚酰亚胺或聚(酰亚胺-酰胺)膜的模量和黄度指数具有彼此折衷(平衡)的关系。
同时,在常规的制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的工艺中,在制备酰胺结构的过程期间,存在与副产物例如卤化氢(HX:“H”表示氢,且“X”表示卤素)、例如HCl的产生有关的问题。卤化氢副产物可引起设备的元件的腐蚀,且因而应当必要地通过沉淀过程除去。为了除去所述副产物,可向反应器添加HX清除剂例如叔胺,由此产生HX的盐。然而,如果未除去所产生的HX的盐且由其产生膜,则发生所产生的膜的光学性质的严重恶化。因此,在常规的用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法中需要用于除去HX的盐的沉淀过程。所述沉淀过程增加总的工艺(过程,处理)时间和成本,并且降低由其产生的最终的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的产率。
同时,当增加聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰胺结构的量以改善最终的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜的机械性质时,所述膜的光学性质可恶化,因为由于增加的酰胺结构的量,在酰亚胺化过程期间,所述共聚物的溶解性降低。
本申请的发明人已发现用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的新方法,其包括:首先通过使用于制备酰胺结构单元的二胺和二酰基卤反应而制备包含酰胺基团的低聚物,然后使作为二胺单体的所述包含酰胺基团的低聚物与二酐反应以制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物。所述新方法不包括对于常规的用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法是必需的沉淀过程。
在根据实施方式的用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法中,可省去用于除去HX盐的沉淀过程,且因而,不仅总的工艺时间和成本可减少,而且最终的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的产率可增加。此外,如上所述,尽管在常规的方法中难以将聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰胺结构单元的量增加大于预定的范围并且具有增加的酰胺结构单元的量的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜的光学性质恶化,但是在根据实施方式的用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法中不产生HX盐,由此不发生在酰亚胺化过程期间的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的低溶解性的问题,即使当酰胺结构单元的量增加时也是如此。即,可进一步增加聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰胺结构单元的量以改善所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的机械性质,这时不发生由所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的制品的光学性质的恶化,同时其机械性质进一步改善。
因而,根据一个实施方式,提供通过使包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐反应而制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物:
化学式1
其中,在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,
n0等于或大于1、例如等于或大于2、例如等于或大于3、例如等于或大于4、例如等于或大于5、或例如等于或小于20、例如等于或小于19、例如等于或小于18、或者例如等于或小于17,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同,并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、取代或未取代的C6-C20芳族有机基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢、C1-C10脂族有机基团,
n3为范围1-4的整数,n5为范围0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数。
化学式3
在化学式3中,
R10可为单键、取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢、或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数。
在化学式3中,R10可为单键、取代或未取代的C1-C5亚烷基例如被卤代烷基取代的C1-C5亚烷基。
所述二胺可进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
在化学式A中,Ar3可由以上化学式2表示。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量可为等于或大于约20摩尔百分比(摩尔%)至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量可为等于或大于约50摩尔%至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
在根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中,得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量可为等于或大于约60摩尔%至约70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。由以上化学式1表示的低聚物中的酰胺结构单元的数量“n0”的上限没有特别限制,且相关领域的普通技术人员可选择所述数量,取决于所制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的用途来控制所述共聚物中的酰胺基团的量。例如,“n0”可等于或小于20,但不限于此。尽管不希望受理论束缚,但理解,当在化学式1中的n0在以上范围内时,所制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰亚胺结构单元和酰胺结构单元可适当地排列,由此可有效地保持得自其的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的性质。如上所述,尽管在包括沉淀过程的常规的方法中难以将聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰胺结构单元的量增加大于预定范围,但是控制根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的由化学式1表示的低聚物中的数量“n0”是容易的,且因而,基于得自由化学式1表示的低聚物的酰胺结构单元和得自由化学式3表示的二酐的酰亚胺结构单元的总摩尔数,得自由化学式1表示的低聚物的酰胺结构单元的量可大于或等于约20摩尔%、例如大于或等于约25摩尔%、例如大于或等于约30摩尔%、例如大于或等于约35摩尔%、例如大于或等于约40摩尔%、例如大于或等于约45摩尔%、例如大于或等于约50摩尔%、例如大于或等于约55摩尔%、例如大于或等于约60摩尔%、例如大于或等于约65摩尔%、或例如大于或等于约70摩尔%。当在根据常规的方法的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中酰胺结构单元的量增加时,共聚物膜的光学性质可恶化。然而,如随后在实施例中详细地描述的,由根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的膜当具有约50微米(μm)-约100μm的厚度时可具有通过ASTM D 1925方法测量的小于或等于约3.5、例如小于或等于约3.0、例如小于或等于约2.8的低的黄度指数,即使当酰胺结构单元的量为约70摩尔%时也是如此。此外,所述膜可具有根据ASTM D 882方法的大于或等于约6.0千兆帕(GPa)、例如大于或等于约6.5GPa、例如大于或等于约6.8GPa的拉伸模量。因此,根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜可具有高的光学和机械性质。即,根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜可包括高含量的酰胺结构单元,且因而,可获得高的机械和光学性质。
尽管所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的酰胺结构单元的量可由相关领域的技术人员在期望的范围内适当地选择且所述量的上限没有特别限制,但是在控制基于酰亚胺结构单元和酰胺结构单元的总摩尔数的小于或等于约80摩尔%的量时,所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物呈现均匀的性质可为可能的。在这种情况下,酰亚胺结构单元和酰胺结构单元各自还可呈现其自身特有的性质。
由化学式3表示的二酐可由化学式4、化学式5、或其组合表示:
化学式4
化学式5
在化学式4和5中,
R12和R13相同或不同,并且独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
在化学式2中,R6和R7两者都可为-CF3,n3和n4两者都可为1,且n5和n6两者都可为0。
在化学式3中,n7和n8两者都为0,R10可为单键、或者取代或未取代的C1-C4亚烷基。
由化学式3表示的二酐可为以约40:60-约60:40的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
由化学式3表示的二酐可为以约45:55-约55:45的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
尽管不希望受理论束缚,但理解,通过以上述摩尔比包括由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐,由其制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物当制备为膜时可具有改善的表面硬度、高的光透射率、和低的黄度指数。
根据另一实施方式,提供包括由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元:
化学式6
在化学式6中,
R5为取代或未取代的亚苯基,
R6-R9和n3-n6与在化学式2中定义的相同。
化学式7
在化学式7中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族有机基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R11为取代或未取代的亚联苯基,
R12和R13相同或不同,并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
所述包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元可包括两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、或者五个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元,或者可包括少于或等于20个、少于或等于19个、少于或等于18个、或者少于或等于17个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元。
所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括如下的结构单元:其中由化学式7表示的结构单元的末端(一个末端)可连接至包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括如下的结构单元:其中由化学式7表示的结构单元的两个末端各自可连接至包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
所述包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元可具有约900道尔顿-2,500道尔顿的数均分子量。
根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可以基于酰胺结构单元和酰亚胺结构单元的总摩尔数的约20摩尔%-约70摩尔%、例如约30摩尔%-约70摩尔%、例如约40摩尔%-约70摩尔%、例如约50摩尔%-约70摩尔%、例如约60摩尔%-约70摩尔%的量包括酰胺结构单元,这是通过包括沉淀过程的常规的用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法未实现的。尽管不希望受理论束缚,但理解,通过包括这样的高含量的酰胺结构单元,根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可满足高的机械和光学性质。
尽管所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物中的由化学式6表示的酰胺结构单元的含量可由相关领域的技术人员根据实施方式在期望的范围内调节并且所述量的上限没有限制,但是所述上限可小于或等于约80摩尔%,基于酰亚胺结构单元和酰胺结构单元的总摩尔数。在这种情况下,所述酰亚胺结构单元和酰胺结构单元各自可呈现其自身特有的性质,且包括其的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可实现均匀的性质。
由化学式7表示的结构单元可为由化学式8表示的结构单元和由化学式9表示的结构单元的至少一种:
化学式8
化学式9
在化学式8和9中,
R11-R13以及n7和n8与在化学式7中定义的相同。
由化学式7表示的二酐可为以约40:60-约60:40的摩尔比的由化学式8表示的二酐和由化学式9表示的二酐的组合。
由化学式7表示的二酐可为以约45:55-约55:45的摩尔比的由化学式8表示的二酐和由化学式9表示的二酐的组合。
通过以上述摩尔比包括由化学式8表示的二酐和由化学式9表示的二酐,由此制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物在制备为膜时可具有改善的表面硬度、高的光透射率、和低的黄度指数。
由化学式6表示的结构单元可包括由化学式10表示的结构单元、由化学式11表示的结构单元、或其组合:
化学式10
化学式11
由化学式8表示的结构单元可包括由化学式12表示的结构单元,且由化学式9表示的结构单元可包括由化学式13表示的结构单元:
化学式12
化学式13
在示例性实施方式中,所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括由化学式10表示的结构单元、由化学式12表示的结构单元、和由化学式13表示的结构单元。
在示例性实施方式中,所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括大于或等于约60摩尔%的由化学式10表示的结构单元、以及小于或等于约40摩尔%的由化学式12表示的结构单元和由化学式13表示的结构单元,其中可以约40:60-约60:40的摩尔比包括由化学式12表示的结构单元和由化学式13表示的结构单元。
在示例性实施方式中,所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可包括大于或等于约60摩尔%的由化学式10表示的结构单元、以及小于或等于约40摩尔%的由化学式12表示的结构单元和由化学式13表示的结构单元,其中可以约45:55-约55:45的摩尔比包括由化学式12表示的结构单元和由化学式13表示的结构单元。
根据还一实施方式,提供用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法,其包括:使包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐反应:
化学式1
在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,
n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,
n0等于或大于1、例如等于或大于2、例如等于或大于3、例如等于或大于4、或例如等于或大于5、或例如等于或小于20、例如等于或小于19、例如等于或小于18、或例如等于或小于17,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数。
化学式3
在化学式3中,
R10为单键、或者取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数。
所述二胺可进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
其中,在化学式A中,Ar3由以上化学式2表示。
由以上化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物可具有约900道尔顿-2,500道尔顿的数均分子量。如上所述,根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可以约20摩尔%-约70摩尔%、例如约30摩尔%-约70摩尔%、例如约40摩尔%-约70摩尔%、例如约50摩尔%-约70摩尔%、例如约55摩尔%-约70摩尔%、例如约60摩尔%-约70摩尔%、例如约65摩尔%-约70摩尔%的量包括得自由化学式1表示的低聚物的酰胺结构单元,基于所述共聚物中的所述酰胺结构单元和酰亚胺结构单元的总摩尔数。因此,根据实施方式的方法可包括使包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐以1:1的摩尔比反应,其中由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物以约20摩尔%-约70摩尔%、例如约30摩尔%-约70摩尔%、例如约40摩尔%-约70摩尔%、例如约50摩尔%-约70摩尔%、例如约55摩尔%-约70摩尔%、例如约60摩尔%-约70摩尔%、例如约65摩尔%-约70摩尔%的量包括由“n0”表示的酰胺结构单元,基于所述共聚物中的所述酰胺结构单元和酰亚胺结构单元的总摩尔数。
如随后描述的,所述低聚物的数均分子量或所述低聚物中包含的酰胺结构单元的摩尔数等可通过控制用于制备所述低聚物的二胺和/或二羧酰基卤的比率容易地调节。
由化学式3表示的二酐可包括由化学式4表示的二酐、由化学式5表示的二酐、或其组合:
化学式4
化学式5
在化学式4和5中,
R12和R13相同或不同,并且独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数。
由化学式3表示的二酐可包括以1:0.2至4的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
如上所述,通过以上述摩尔比包括由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐,通过使所述二酐的组合和包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺反应而制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物在制备为膜时可具有改善的表面硬度和热膨胀系数,同时保持在良好范围内的高的光透射率和低的黄度指数。
同时,由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物可通过已知的用于制备聚酰胺的方法制备。已知的用于制备聚酰胺的方法的实例包括低温聚合、界面聚合、熔体聚合、固相聚合等,且不限于此。
在以上方法之中,例如,低温聚合可包括二羧酰基卤和二胺在非质子极性溶剂中的反应以制备由以上化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物。反应过程可由以下反应方案1表示:
反应方案1
即,例如,如在以上反应方案1中描述的,可使用作为二胺的TFDB和作为羧酰基二卤的对苯二甲酰二氯在作为非质子极性溶剂的N,N-二甲基乙酰胺和吡啶的混合溶剂中反应,以制造由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物。
当制造所述低聚物时,可使二胺和二羧酰基二卤以1:1的摩尔比反应,且过量的二胺、而不是羧酰基二卤可产生其两个末端分别包括氨基的低聚物。在这种情况下,未反应的二胺可存在于最终产物中,所述最终产物还可如所制备的低聚物一样在随后的过程中与二酐反应以制备酰亚胺结构单元。
所制备的包含酰胺结构单元的低聚物可具有约900道尔顿-2,500道尔顿的数均分子量,其不限于此。
所述低聚物的数均分子量可通过调节待使用的二胺和羧酰基二卤的比率进行控制。通过将所述数均分子量调节至以上范围,在随后与二酐的反应中可容易地调节反应物的溶解性或粘度。
所述非质子极性溶剂可为例如基于亚砜的溶剂例如二甲亚砜、二乙亚砜等,基于甲酰胺的溶剂例如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺等,基于乙酰胺的溶剂例如N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺等,基于吡咯烷酮的溶剂例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮等,基于酚的溶剂例如苯酚、邻-甲酚、间-甲酚或对-甲酚、二甲苯酚、卤代苯酚、儿茶酚等,或六甲基磷酰胺,γ-丁内酯等。这些溶剂可单独地或者作为混合物使用。然而,这不限于此,且还可使用芳族烃例如二甲苯和甲苯。此外,为了促进聚合物的溶解,可向所述溶剂添加基于溶剂的重量的小于或等于约10%的量的碱金属盐或碱土金属盐。
由如在以上反应方案1中描述的方法制备的由化学式1表示的低聚物可根据常规的方法与由化学式3表示的二酐反应以制备聚酰亚胺。即,所述方法可包括使由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物和由化学式3表示的二酐以一定摩尔比在如上所述的非质子极性溶剂中反应。
所述包含酰胺结构单元的低聚物和二酐之间的反应产生聚(酰胺酸-酰胺),其为聚(酰亚胺-酰胺)的前体。所制备的聚(酰胺酸-酰胺)可化学和/或热酰亚胺化和可部分地或完全地酰亚胺化以产生根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物。
化学酰亚胺化可通过如下进行:向所述聚(酰胺酸-酰胺)共聚物添加酰亚胺化试剂例如乙酸酐和/或吡啶,并且搅拌混合物。热酰亚胺化可通过将所制备的聚(酰胺酸-酰胺)共聚物在预定温度下加热一定时间而进行。
因此,根据实施方式的方法可进一步包括在使所述包含酰胺结构单元的低聚物和二酐反应之后进行化学和/或热酰亚胺化。
根据又一实施方式,提供包括根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物或通过根据实施方式的方法制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的制品。
所述制品可为膜、纤维、涂料、或粘合剂。
所述制品可由所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物通过干-湿法、干法、或湿法形成,但不限于此。
当所述制品为膜时,其可使用包括所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的溶液通过干-湿法制造,其中层通过如下形成:将所述聚(酰胺-酰亚胺)共聚物的溶液从口模(管头,mouthpiece)挤出在支持物例如转筒或环形带上,干燥所述层,和从所述层蒸发溶剂直至所述层具有自维持性质。所述干燥可例如在约25℃-约300°下进行约1小时或更短。当用于干燥过程的转筒和/或环形带的表面变得平坦时,形成具有平坦的表面的层。将在干燥过程之后获得的层从支持物层离,并且使其经历湿法工艺、脱盐、和/或脱溶剂。在将所述层伸长、干燥和/或热处理之后完成所述膜的制造。
所述伸长可以如下的按照表面比率的伸长率进行:其可范围为约0.8-约8、例如约1.3-约8。如本文中使用的,术语“表面比率”指的是通过将层在伸长之后的面积除以层在伸长之前的面积而获得的值。1或更小的值表示松弛状态。另一方面,伸长可不仅在表面方向上而且在厚度方向上进行。
所述热处理可在约200℃-约500℃的温度下、例如在约250℃-约400℃下进行若干秒(数秒)到约若干分钟(数分钟)。
此外,可将在伸长和热处理之后的层缓慢地冷却,例如,以约50摄氏度/秒(℃/秒)或更低的速度。
所述层可作为单层或多层形成。
所述制品可为膜,且所述膜可具有根据ASTM D1925方法在约50微米(μm)-约100微米(μm)的厚度下小于或等于3的黄度指数(YI)。
所述制品可为膜,且所述膜可具有根据ASTM D882方法在约50μm-约100μm的厚度下大于或等于约4GPa、例如大于或等于约4.5GPa、例如大于或等于约5.0GPa、例如大于或等于约5.4GPa、例如大于或等于约5.6GPa、例如大于或等于约6.0GPa的拉伸模量。
即,所述制品可保持聚酰亚胺或聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的优异的光学性质例如低的黄度指数(YI),同时具有改善的拉伸模量。
尽管不希望受理论束缚,但理解,当制品的拉伸模量在以上范围内时,所述制品可具有高的硬度,和当所述黄度指数在以上范围内时,所述制品可为透明且无色的。
根据另一实施方式,提供包括所述制品的显示装置。
如上所述,所述制品可具有低的黄度指数,同时具有高的拉伸模量,因而,可用作用于显示装置例如柔性显示装置的窗口膜。
以下参照实施例详细地描述本公开内容的技术。下列实施例和对比例绝不是限制性的,而仅仅是说明性的。
实施例
合成实施例1:包括60摩尔%的酰胺结构单元的包含酰胺结构单元的低聚物的制备
根据以下反应方案1制备这样的低聚物,其具有两个TFDB(2,2’-双(三氟甲基)联苯胺)连接到其两个末端的每一个以形成芳族聚酰胺结构:
反应方案1
即,在圆底烧瓶中将1摩尔当量(0.127摩尔,40.80克(g)2,2'-双(三氟甲基)联苯胺(TFDB)和2.4摩尔当量(0.306摩尔,21.49g)吡啶溶解在作为溶剂的700g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中,并向所述烧瓶进一步添加50毫升DMAC以溶解剩余的TFDB。然后,将0.6摩尔当量(0.076摩尔,15.52g)的对苯二甲酰氯(TPCl)分成4份,所述4份单独地添加,每次添加一份,以与25℃的在DMAC中的TFDB溶液混合。然后将混合物在室温下剧烈搅拌和反应15分钟。
将所得溶液进一步在氮气气氛下搅拌2小时,然后添加到包含350g NaCl的7升(L)水中。随后将混合物搅拌10分钟。随后,将在其中产生的固体过滤,再悬浮两次,然后通过使用5L去离子水再过滤。通过彻底地压制过滤器上的沉淀物而尽可能多地除去过滤器上的最终产物中残留的水,然后将沉淀物在真空下在80℃下干燥,以获得作为最终产物的包含酰胺结构单元的低聚物,如在以上反应方案1中描述的。所制备的包含酰胺结构单元的低聚物具有约997克/摩尔(g/mol)的数均分子量。
合成实施例2-8:包括20摩尔%-70摩尔%的酰胺结构单元的包含酰胺结构单元的低聚物的制备
使用与合成实施例1相同的方法制备根据合成实施例2-8的包含酰胺结构单元的低聚物,其各自分别包括20摩尔%、30摩尔%、40摩尔%、50摩尔%、55摩尔%、65摩尔%、和70摩尔%的酰胺结构单元。
实施例1:包含60摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的合成
将20克(0.2摩尔)在合成实施例1中制备的包含酰胺结构单元的低聚物装入预先加热到30℃并且装备有机械搅拌器和氮气入口的4颈双壁反应器中,并向其添加作为溶剂的143毫升二甲基乙酰胺(DMAc)。将混合物在氮气气氛下在30℃下搅拌,直至低聚物完全溶解。然后,将4.46克(0.1摩尔)2,2-二-(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐)(6FDA)和2.95克(0.1摩尔)3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)缓慢地添加到溶解有低聚物的溶液。在向所述溶液进一步添加10毫升DMAc之后,将所述溶液搅拌48小时以获得聚(酰胺酸-酰胺)共聚物,其固含量为16%。
在将聚(酰胺酸-酰胺)溶液的温度冷却至25℃之后,向所述溶液添加6.14克乙酸酐,并且将混合物搅拌30分钟。然后,向其添加4.76克吡啶,并且进一步搅拌混合物48小时以获得聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液。
实施例2-11:包含20摩尔%-70摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的合成
使用与实施例1中相同的方法制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液,除了如下之外:使用分别在合成实施例2-8中制备的包括20摩尔%、30摩尔%、40摩尔%、50摩尔%、55摩尔%、65摩尔%、和70摩尔%的酰胺结构单元的包含酰胺结构单元的低聚物、以及如下表1中所述的量的TFDB和6FDA。
对比例1:使用包括沉淀过程的方法合成包含50摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物
在氮气气氛下将162克N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)装入装备有搅拌器、氮气入口、加料漏斗、恒温器和冷却器的250毫升反应器中,并且将反应器的温度设置在25℃。将15.84克2,2-双(三氟甲基)联苯胺(TFDB)添加到溶液以使其溶解,并将所述溶液保持在25℃。然后,将7.83克吡啶添加到所述溶液以中和HCl,HCl将在之后由TFDB和TPCl的反应产生。向该溶液,缓慢添加5.02克TPCl并且容许其反应。然后,添加5.502克2,2-二-(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)和3.64克3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA),并且搅拌一些时间以溶解和反应。将所述溶液的温度保持在25℃。在反应完成之后,由其获得包含约15重量%的固体内容物的聚(酰胺酸-酰胺)共聚物溶液。
然后,将5.87克吡啶和7.57克乙酸酐添加到所述聚(酰胺酸-酰胺)共聚物溶液,并将所述溶液在室温下搅拌30分钟以获得聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液。
将所得溶液倒入去离子水中,研磨,并且过滤。重复该过程两次,并将所得物浸在乙醇中2小时,随后过滤以获得粉末。将所述粉末在真空中在120℃下干燥以获得聚(酰亚胺-酰胺)共聚物粉末。将所获得的固体聚(酰亚胺-酰胺)共聚物粉末溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中以获得聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液。
将1.17克吡啶和1.51克乙酸酐添加到所获得的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液的30克固体,并且搅拌48小时以进行第二酰亚胺化过程从而获得最终的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液。
对比例2:使用包括沉淀过程的方法合成包含60摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物
使用与对比例1中相同的方法制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液,除了使用如下之外:初始添加的9.90克吡啶、16.70克TFDB、6.35克TPCl、3.48克6FDA、3.84克BPDA、5.38克乙酸酐、4.98克吡啶、以及在第二酰亚胺化过程中按照聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液的30克固体使用的分别为0.99克和1.28克的吡啶和乙酸酐。
对比例3:使用包括沉淀过程的方法合成包含70摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物
使用与对比例1中相同的方法制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液,除了使用如下之外:初始添加的11.90克吡啶、17.20克TFDB、7.63克TPCl、3.58克6FDA、2.37克BPDA、4.94克乙酸酐、3.84克吡啶、以及在第二酰亚胺化过程中按照聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液的30克固体使用的分别为0.76克和0.99克的吡啶和乙酸酐。
对比例4:使用包括沉淀过程的方法合成包含50摩尔%的酰胺结构单元的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物
使用与对比例1中相同的方法制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液,除了以如下表1中所述的量使用BPDA和6FDA之外。
制备实施例和评价:聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜的制备和评价
将在实施例和对比例中制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液各自涂覆在玻璃基板上并流延,且在80℃的热板上干燥1小时。将涂覆有所述溶液的玻璃放入烘箱中并且以3℃/分钟的加热温度加热至250℃。将温度缓慢地降低,并且从玻璃基板分离膜以获得具有下表1中描述的厚度的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物膜。
根据ASTM D1925方法对于具有约50微米的厚度的膜测量黄度指数(YI)。
通过使用ASTM D882方法测量拉伸模量。
表1
如表1中所示,由根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的膜具有例如小于或等于约3、至多3.3的低的黄度指数,并且具有大于或等于4.0千兆帕(GPa)的高的拉伸模量。例如,由各自包含大于或等于50摩尔%的酰胺结构单元的根据实施例1和5-11的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的膜呈现低的YI值、例如小于或等于约3.5的YI,以及高的拉伸模量值、例如大于或等于约5.4GPa,而不管包含高含量的酰胺结构单元。此外,与同样包含60摩尔%的酰胺结构单元的根据对比例2的膜相比,由包括60摩尔%的酰胺结构单元的根据实施例1的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的膜具有更低的YI和更高的拉伸模量。
相反,由包括70摩尔%的酰胺结构单元并且通过使用包括沉淀过程的常规方法制备的根据对比例3的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的膜当被制备为膜时由于在聚合过程期间的胶凝而呈现白化。为了防止白化,将基于聚(酰亚胺-酰胺)共聚物溶液的重量的3重量%的LiCl添加到用于聚合的溶液,由其制备呈现约4.0的YI和约6.6GPa的拉伸模量的膜。在这种情况下,由于与根据实施例1的膜相比增加的酰胺结构单元的含量(即,70摩尔%),所述膜具有增加的机械强度即拉伸模量,但具有恶化的光学性质即YI。
如上所述,由通过使用不包括沉淀过程的方法制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制造的膜具有由于高的酰胺结构单元的含量所致的改善的机械强度、以及优异的光学性质而不管高的酰胺结构单元的含量。
同时,通过使用根据实施方式的方法,总的工艺时间显著减少。如由下表2所示,当制备根据实施例1的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物时,仅需要两个工艺步骤以制备所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,包括制备聚(酰胺酸-酰胺)共聚物的第一步骤、和使用化学酰亚胺化过程将所述聚(酰胺酸-酰胺)共聚物转化为聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的第二步骤。相反,根据对比例2,需要多达6个工艺步骤。即,制备聚(酰胺酸-酰胺)共聚物的第一步骤、第一化学酰亚胺化的第二步骤、沉淀过程以除去HCl的第三步骤、干燥所制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的第四步骤、将干燥的共聚物再溶解于溶剂中的第五步骤、和进行第二化学酰亚胺化过程的第六步骤。完成六个工艺步骤所需要的总时间为约12天。相反,用于完成根据实施例1的工艺的总时间为仅4天。
此外,由于进行许多工艺步骤,因此所制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的产率急剧降低。特别地,根据实施例1,基于单体的总重量的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的总产率为约95%,而根据对比例3的产率为约60%。
表2
如上所示,根据实施方式的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物可具有较高的酰胺结构单元的含量,因为它是由包含酰胺结构单元的低聚物制备的,且因而由所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物制备的制品可呈现高的机械强度、以及低的黄度指数。此外,用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的总的工艺时间急剧减少,并且所制备的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的产率显著增加。
尽管已经关于目前被认为是实践性的示例性实施方式的内容描述了本公开内容,但是将理解,本发明不限于所公开的实施方式,而是相反,意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
Claims (21)
1.聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其为包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐之间的反应产物:
化学式1
其中,在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,
n0等于或大于1,
n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数;
化学式3
其中,在化学式3中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数,
其中得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为55摩尔%至70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
2.根据权利要求1的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中所述二胺进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
其中在化学式A中,
Ar3由以上化学式2表示;
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数。
4.根据权利要求1的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为等于或大于60摩尔%至70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
5.根据权利要求3的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中由化学式3表示的二酐为以40:60-60:40的摩尔比的由化学式4表示的二酐和由化学式5表示的二酐的组合。
6.聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其包括由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元,其中所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元:
化学式6
其中,在化学式6中,
R5为取代或未取代的亚苯基,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数;
化学式7
其中,在化学式7中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族有机基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R11为取代或未取代的亚联苯基,
R12和R13相同或不同,并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族有机基团、C6-C20芳族有机基团、式-OR208的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R208为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8各自独立地为范围0-3的整数,
其中由化学式6表示的结构单元的含量为55摩尔%至70摩尔%,基于由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的总摩尔数。
7.根据权利要求6的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中由化学式6表示的结构单元的含量为等于或大于60摩尔%至70摩尔%,基于由化学式6表示的结构单元和由化学式7表示的结构单元的总摩尔数。
9.根据权利要求6的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物包括包含由化学式7表示的结构单元的结构单元,其包括末端,所述末端包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
10.根据权利要求6的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物,其中所述聚(酰亚胺-酰胺)共聚物包括包含由化学式7表示的结构单元的结构单元,其包括两个末端,所述两个末端各自包括包含两个或更多个顺序地连接的由化学式6表示的结构单元的结构单元。
13.用于制备聚(酰亚胺-酰胺)共聚物的方法,其包括使包括由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物的二胺和由化学式3表示的二酐反应:
化学式1
其中,在化学式1中,
R1和R2相同或不同,并且各自独立地选自卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、或者取代或未取代的C1-C10烷氧基,
n1和n2相同或不同,并且各自独立地为0-4的整数,条件是n1+n2为范围0-4的整数,
n0等于或大于1,和
Ar1和Ar2相同或不同并且各自独立地由化学式2表示:
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数;
化学式3
其中,在化学式3中,
R10为单键、取代或未取代的C1-C30脂族基团、取代或未取代的C3-C30脂环族有机基团、取代或未取代的C6-C30芳族有机基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基团,
R12和R13相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR205的烷氧基、或式-SiR209R210R211的甲硅烷基,其中R205为C1-C10脂族有机基团,其中R209、R210、和R211相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n7和n8相同或不同并且各自独立地为范围0-3的整数,
其中得自所述包含酰胺结构单元的低聚物的酰胺结构单元的含量为55摩尔%至70摩尔%,基于得自所述低聚物的酰胺结构单元和得自化学式3的酰亚胺基团的总摩尔数。
14.根据权利要求13的方法,其中所述二胺进一步包括由化学式A表示的二胺化合物:
化学式A
H2N-Ar3-NH2
其中在化学式A中,
Ar3由以上化学式2表示;
化学式2
其中,在化学式2中,
R6和R7相同或不同并且各自独立地为选自如下的吸电子基团:-CF3、-CCl3、-CBr3、-CI3、-NO2、-CN、-C(=O)CH3、和-CO2C2H5,
R8和R9相同或不同并且各自独立地为卤素、羟基、取代或未取代的C1-C10脂族基团、取代或未取代的C6-C20芳族基团、式-OR204的烷氧基、或式-SiR205R206R207的甲硅烷基,其中R204为C1-C10脂族有机基团,其中R205、R206、和R207相同或不同并且各自独立地为氢或C1-C10脂族有机基团,和
n3为1-4的整数,n5为0-3的整数,条件是n3+n5为范围1-4的整数,
n4为1-4的整数,n6为0-3的整数,条件是n4+n6为范围1-4的整数。
16.根据权利要求15的方法,其中由化学式1表示的包含酰胺结构单元的低聚物具有900道尔顿-2,500道尔顿的数均分子量。
17.制品,其包括根据权利要求1-12任一项所述的聚(酰亚胺-酰胺)共聚物。
18.根据权利要求17的制品,其具有根据ASTM D 1925方法对于具有50微米-100微米的厚度的膜所测量的等于或小于3的黄度指数。
19.根据权利要求17的制品,其具有根据ASTM D882方法对于具有50微米-100微米的厚度的膜所测量的大于或等于5.6千兆帕的拉伸模量。
20.显示装置,其包括根据权利要求17-19任一项的制品。
21.根据权利要求20的显示装置,其中所述显示装置为柔性显示装置。
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