CN109423309A - 液晶配向剂、液晶配向膜及液晶显示组件 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种液晶配向剂及其制造方法,该液晶配向剂包含聚合物(A),其是由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的第一单体混合物反应所制得,其中该聚合物(A)选自由聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合。根据本发明的液晶配向剂,具有液晶接触角低与体阻抗高等优点。此外,本发明亦提供一种由前述液晶配向剂所形成的液晶配向膜、一种液晶配向膜的制造方法及一种包含上述液晶配向膜的液晶显示组件。
Description
技术领域
本发明是关于一种液晶配向剂及其制造方法、液晶配向膜及其制造方法及液晶显示组件,特别是关于一种液晶接触角低与体阻抗高的液晶配向剂及其制造方法、由上述液晶配向剂形成的液晶配向膜及其制造方法以及具有上述液晶配向膜的液晶显示组件。
背景技术
一般而言,于液晶显示组件中,根据电极构造或所使用的液晶分子的物理性质不同,已发展出各种驱动方式。目前已知的液晶显示组件驱动方式例如:TN型或STN型、VA型、横向电场效应显示技术型(IPS型)等。上述液晶显示组件中,为使液晶分子配向而配置有液晶配向膜,而液晶配向膜的材料可例如为聚亚酰胺酸或聚亚酰胺、聚酯、聚有机硅氧烷等已知的材料。
近年来,为控制液晶显示组件的液晶分子的配向而提出如聚合物稳定配向(Polymer Sustained Alignment;PSA)的新技术,例如日本公开号JP 2003-149647,其所述聚合物稳定配向技术是将具有照光聚合性的成分加入液晶胞的液晶层中,于施加电压的状态下使得液晶分子倾斜,再以光照射液晶胞,进而使照光聚合性的成分聚合,藉此控制液晶分子的配向。
然而,使用聚合物稳定配向技术控制液晶分子的配向时,需使用相对高的光照射量,因而产生液晶分子分解、液晶配向膜性质劣化等的缺陷,进而造成液晶显示组件的显示不均匀性以及面板耐用性劣化。另一方面,若减少上述光照射量,则造成所形成的液晶显示组件中的液晶分子对电压变化的反应速度变慢。为了使液晶配向剂具备以少量的光照射量即可达到预定的预倾角,且所形成的液晶显示组件中液晶分子对电压的反应速度快等特性,目前日本公开第2011-118358号专利案提出相关的技术,其中,该技术揭示使用含有如(甲基)丙烯酰基的聚有机硅氧烷以及聚亚酰胺酸或聚亚酰胺的照光聚合性成分的液晶配向剂,并将该液晶配向剂于基板上形成液晶配向膜。接着,将上述基板形成液晶胞,并于基板间施加电压时,对液晶胞进行光照射,而制得液晶显示组件。
然而,上述方法仍因液晶配向剂的液晶接触角过高,使得液晶无法于液晶配向膜上均匀覆盖。此外,上述液晶配向剂的体阻抗仍较低,而无法满足工业需求。因此,目前亟需提出一种液晶配向剂,其可改善液晶接触角过高及体阻抗较低的缺点。
发明内容
本发明利用提供特殊的聚合物及聚硅氧烷等成分而得到液晶配向剂,由上述液晶配向剂所形成的液晶配向膜及液晶显示组件具有液晶接触角低与体阻抗高的优点。
因此,本发明提供一种液晶配向剂,其包含:
聚合物(A),是由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一单体混合物反应所制得,其中该聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中该二胺组分(a2)包含至少一种式(I)所示的二胺化合物(a2-1):
式(I)中,Ra为单键、或C1至C10的直链或支链烷基;
Y为-COO-、-OCO-、-NRdCO-或-CONRd-;
Rb为单键、C1至C10的直链或支链烷基、或C1至C10的直链或支链烯基;
Rc为C1至C10的直链或支链烷基、C1至C10的直链或支链氧烷基、C1至C10的醚基、C1至C10的酮基、C2至C10的酯基、卤素或腈基;
Rd为氢原子、或C1至C10的直链烷基或支链烷基;
Py为2H-吡喃(2H-pyran)、4H-吡喃(4H-pyran)、3,4-二氢吡喃(3,4-dihydropyran)、3,6-二氢吡喃(3,6-dihydropyran)、环戊二烯并[b]吡喃(cyclopenta[b]pyran)、环戊二烯并[c]吡喃(cyclopenta[c]pyran)、1H-苯并吡喃(1H-chrome)、2H-苯并吡喃(2H-chrome)、4H-苯并吡喃(4H-chrome)或3,4-二氢-2H-苯并吡喃(3,4-dihydro-2H-chrome);
a1为0至5的整数;及
当Rc为多个时,各的Rc相同或不同。
本发明另提供一种液晶配向膜,其是由前述液晶配向剂所形成。
本发明亦提供一种液晶显示组件,其包含前述液晶配向膜。
具体实施方式
本发明提供一种液晶配向剂,其包含:
聚合物(A),是由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一单体混合物反应所制得,其中该聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中该二胺组分(a2)包含至少一种式(I)所示的二胺化合物(a2-1):
式(I)中,Ra为单键、或C1至C10的直链或支链烷基;
Y为-COO-、-OCO-、-NRdCO-或-CONRd-;
Rb为单键、C1至C10的直链或支链烷基、或C1至C10的直链或支链烯基;
Rc为C1至C10的直链或支链烷基、C1至C10的直链或支链氧烷基、C1至C10的醚基、C1至C10的酮基、C2至C10的酯基、卤素或腈基;
Rd为氢原子、或C1至C10的直链烷基或支链烷基;
Py为2H-吡喃(2H-pyran)、4H-吡喃(4H-pyran)、3,4-二氢吡喃(3,4-dihydropyran)、3,6-二氢吡喃(3,6-dihydropyran)、环戊二烯并[b]吡喃(cyclopenta[b]pyran)、环戊二烯并[c]吡喃(cyclopenta[c]pyran)、1H-苯并吡喃(1H-chrome)、2H-苯并吡喃(2H-chrome)、4H-苯并吡喃(4H-chrome)或3,4-二氢-2H-苯并吡喃(3,4-dihydro-2H-chrome);
a1为0至5的整数;及
当Rc为多个时,各Rc相同或不同。
本发明中,该第一单体混合物包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)。
详细而言,该聚合物(A)选自由聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物及上述聚合物的任意组合所组成的群。其中,聚酰亚胺系嵌段共聚合物包括聚酰胺酸嵌段共聚合物、聚酰亚胺嵌段共聚合物、聚酰胺酸-聚酰亚胺嵌段共聚合物或上述聚合物的组合。该聚合物(A)中的聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物及聚酰亚胺系嵌段共聚合物皆可由四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的单体混合物反应所制得。
该四羧酸二酐组分(a1)包括脂肪族四羧酸二酐化合物、脂环族四羧酸二酐化合物、芳香族四羧酸二酐化合物、由式(a1-1)至式(a1-6)表示的四羧酸二酐化合物中的至少一种,或上述化合物的组合。
以下列举脂肪族四羧酸二酐化合物、脂环族四羧酸二酐化合物、芳香族四羧酸二酐化合物的具体例,但本发明并不限于这些具体例。
脂肪族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于乙烷四羧酸二酐(ethanetetracarboxylic dianhydride)、丁烷四羧酸二酐(butane tetracarboxylicdianhydride)或上述化合物的组合。
脂环族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于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、顺式-3,7-二丁基环庚基-1,5-二烯-1,2,5,6-四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐或上述化合物的组合。
芳香族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐、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’-二苯基乙烷四羧酸二酐、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)二苯硫醚二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯砜二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯丙烷二酐(4,4’-bis(3,4-dicarboxy phenoxy)diphenylpropane dianhydride)、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基二苯二酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基四羧酸二酐、双(苯二酸)苯膦氧化物二酐、对-亚苯基-双(三苯基苯二酸)二酐、间-亚苯基-双(三苯基苯二酸)二酐、双(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基醚二酐、双(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、丙二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、2,2-双(4-羟苯基)丙烷-双(脱水偏苯三酸酯)、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二侧氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮{(1,3,3a,4,5,9b-hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)naphtho[1,2-c]furan-1,3-dione)}、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二侧氧基四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酐等芳香族四羧酸二酐化合物或上述化合物的组合。
由式(a1-1)至式(a1-6)表示的四羧酸二酐化合物如下所示。
式(a1-5)中,A1表示含有芳香环的二价基团;r表示1至2的整数;A2及A3可为相同或不同,且可各自独立表示氢原子或烷基。由式(a1-5)表示的四羧酸二酐化合物的具体例包括由式(a1-5-1)至式(a1-5-3)表示的化合物中的至少一种。
式(a1-6)中,A4表示含有芳香环的二价基团;A5及A6可为相同或不同,且各自独立表示氢原子或烷基。由式(I-6)表示的四羧酸二酐化合物较佳为由式(a1-6-1)表示的化合物。
该四羧酸二酐组分(a1)可选择上述四羧酸二酐化合物的其中一种单独使用,或者组合多种来使用。
该四羧酸二酐组分(a1)的具体例较佳为包括1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐(1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride)、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐(2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride)、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐(pyromellitic dianhydride)、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、式(a1-1)表示的化合物,或上述化合物的组合。
基于二胺组分(a2)的总摩尔数为100摩尔,该四羧酸二酐组分(a1)的使用量范围较佳为80摩尔至120摩尔,更佳为85摩尔至115摩尔。
根据本发明的二胺组分(a2)包括至少一种式(I)所示的二胺化合物(a2-1):
式(I)中,Ra为单键、或C1至C10的直链或支链烷基;
Y为-COO-、-OCO-、-NRdCO-或-CONRd-;
Rb为单键、C1至C10的直链或支链烷基、或C1至C10的直链或支链烯基;
Rc为C1至C10的直链或支链烷基、C1至C10的直链或支链氧烷基、C1至C10的醚基、C1至C10的酮基、C2至C10的酯基、卤素或腈基;
Rd为氢原子、或C1至C10的直链烷基或支链烷基;
Py为2H-吡喃(2H-pyran)、4H-吡喃(4H-pyran)、3,4-二氢吡喃(3,4-dihydropyran)、3,6-二氢吡喃(3,6-dihydropyran)、环戊二烯并[b]吡喃(cyclopenta[b]pyran)、环戊二烯并[c]吡喃(cyclopenta[c]pyran)、1H-苯并吡喃(1H-chrome)、2H-苯并吡喃(2H-chrome)、4H-苯并吡喃(4H-chrome)或3,4-二氢-2H-苯并吡喃(3,4-dihydro-2H-chrome);
a1为0至5的整数;及
当Rc为多个时,各Rc相同或不同。
本发明的二胺组分(a2-1),可于合成如式(I-1)所示的二硝基化合物后,再将硝基还原而形成胺基而获得。二硝基化合物的还原方法并无特别限制,例如可使用钯-碳、氧化铂、雷尼镍(Raney nickel)、铂黑、铑-氧化铝或硫化铂碳等催化剂,于乙酸乙酯、甲苯、四氢呋喃、二恶烷或醇等溶剂中通入氢气、联氨或氯化氢而进行还原反应。
式(I-1)中,Ra为单键、或C1至C10的直链或支链烷基;
Y为-COO-、-OCO-、-NRdCO-或-CONRd-;
Rb为单键、C1至C10的直链或支链烷基、或C1至C10的直链或支链烯基;
Rc为C1至C10的直链或支链烷基、C1至C10的直链或支链氧烷基、C1至C10的醚基、C1至C10的酮基、C2至C10的酯基、卤素或腈基;
Rd为氢原子、或C1至C10的直链烷基或支链烷基;
Py为2H-吡喃(2H-pyran)、4H-吡喃(4H-pyran)、3,4-二氢吡喃(3,4-dihydropyran)、3,6-二氢吡喃(3,6-dihydropyran)、环戊二烯并[b]吡喃(cyclopenta[b]pyran)、环戊二烯并[c]吡喃(cyclopenta[c]pyran)、1H-苯并吡喃(1H-chrome)、2H-苯并吡喃(2H-chrome)、4H-苯并吡喃(4H-chrome)或3,4-二氢-2H-苯并吡喃(3,4-dihydro-2H-chrome);
a1为0至5的整数;及
当Rc为多个时,各该Rc相同或不同。
二硝基化合物的合成方法视结合基的种类而不同。当Y为-OCO-时,例如可通过二硝基苯甲醇与2H-吡喃-2-乙酸(2H-Pyran-2-acetic acid)的缩合反应而获得二硝基化合物。缩合方法并无特别限制,例如可使用如下式所示的二硝基苯甲醇及羧酸氯化物,在碱的存在下反应而获得二硝基化合物。或者,可例如在其他的脱水缩合剂的存在下,以醇类及羧酸化合物反应而得。
当Y为-NRdCO-时,例如可通过二硝基苯胺与2H-吡喃-2-乙酸的缩合反应而获得二硝基化合物。缩合方法并无特别限制,例如可使用如下式所示的二硝基苯胺及羧酸氯化物,在碱的存在下反应而获得二硝基化合物。或者,可例如在其他的脱水缩合剂的存在下,以胺类及羧酸化合物反应而得。
当Y为-COO-时,例如可通过二硝基苯甲酸与2H-吡喃-4-甲醇(2H-Pyran-4-methanol)的缩合反应而获得二硝基化合物。缩合方法并无特别限制,例如可使用如下式所示的二硝基苯甲氯化物及醇,在碱的存在下反应而获得二硝基化合物。或者,可例如在其他的脱水缩合剂的存在下,以醇类及羧酸化合物反应而得。
当Y为-CONRd-时,例如可通过二硝基苯甲酸与3,4-二氢-2H-吡喃-6-甲胺(3,4-dihydro-2H-Pyran-6-methanamine)的缩合反应而获得二硝基化合物。缩合方法并无特别限制,例如可使用如下式所示的二硝基苯甲酸氯化物及胺,在碱的存在下反应而获得二硝基化合物。或者,可例如在其他的脱水缩合剂的存在下,以胺类及羧酸化合物反应而得。
合成上述二硝基化合物的醇类化合物可为如下式(I-2-1)至式(I-2-103)所示。
合成上述二硝基化合物的胺类化合物可为如下式(I-3-1)至式(I-3-120)所示。
合成上述二硝基化合物的羧酸化合物可为如下式(I-4-1)至式(I-4-54)所示。
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该二胺化合物(a2-1)的使用量为3至40摩尔,较佳为5至35摩尔,更佳为5至30摩尔。若该二胺组分(a2)未包含该二胺化合物(a2-1),则该液晶配向剂的体阻抗低,且液晶接触角高。
较佳地,本发明的二胺组分(a2)可另包含其他二胺化合物(a2-2)。
该其他二胺化合物(a2-2)包括脂肪族二胺化合物、脂环族二胺化合物、芳香族二胺化合物、具有式(a2-2-1)至式(a2-2-26)的二胺化合物、或其组合。
脂肪族二胺化合物的具体例包括但不限于1,2-二胺基乙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,6-二胺基己烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、4,4’-二胺基庚烷、1,3-二胺基-2,2-二甲基丙烷、1,6-二胺基-2,5-二甲基己烷、1,7-二胺基-2,5-二甲基庚烷、1,7-二胺基-4,4-二甲基庚烷、1,7-二胺基-3-甲基庚烷、1,9-二胺基-5-甲基壬烷、2,11-二胺基十二烷、1,12-二胺基十八烷、1,2-双(3-胺基丙氧基)乙烷,或上述化合物的组合。
脂环族二胺化合物的具体例包括但不限于4,4’-二胺基二环己基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二甲基二环己基胺、1,3-二胺基环己烷、1,4-二胺基环己烷、异佛尔酮二胺、四氢二环戊二烯二胺、三环[6.2.1.02,7]-十一碳烯二甲基二胺、4,4’-亚甲基双(环己基胺),或上述化合物的组合。
芳香族二胺化合物的具体例包括但不限于4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基乙烷、4,4’-二胺基二苯基砜、4,4’-二胺基苯甲酰苯胺、4,4’-二胺基均二苯乙烯、4,4’-二胺基二苯基醚、3,4’-二胺基二苯基醚、3,3’-二胺基查耳酮、1,5-二胺基萘、5-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基氢茚、6-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基氢茚、六氢-4,7-甲桥伸氢茚基二亚甲基二胺、3,3’-二胺基二苯甲酮、3,4’-二胺基二苯甲酮、4,4’-二胺基二苯甲酮、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]砜、1,4-双(4-胺基苯氧基)苯、1,3-双(4-胺基苯氧基)苯、1,3-双(3-胺基苯氧基)苯、9,9-双(4-胺基苯基)-10-氢蒽、9,10-双(4-胺基苯基)蒽[9,10-bis(4-aminophenyl)anthracene]、2,7-二胺基茀、9,9-双(4-胺基苯基)茀、4,4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)、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-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-双[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟联苯、5-[4-(4-正戊烷基环己基)环己基]苯基-亚甲基-1,3-二胺基苯{5-[4-(4-n-pentylcyclohexyl)cyclohexyl]phenylmethylene-1,3-diamino benzene}、1,1-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)环己烷{1,1-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]-4-(4-ethylphenyl)cyclohexane},或上述化合物的组合。
由式(a2-2-1)至式(a2-2-30)表示的二胺化合物如下所示。
式(a2-2-1)中,B1表示-O-、 B2表示具有甾(胆固醇(steroid))骨架的基、三氟甲基、氟原子、C2至C30的烷基、或衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶或哌嗪等含氮原子环状结构的一价基团。
由式(a2-2-1)表示的化合物的具体例包括但不限于2,4-二胺基苯基甲酸乙酯(2,4-diaminophenyl ethyl formate)、3,5-二胺基苯基甲酸乙酯(3,5-diaminophenyl ethylformate)、2,4-二胺基苯基甲酸丙酯(2,4-diaminophenyl propyl formate)、3,5-二胺基苯基甲酸丙酯(3,5-diaminophenyl propyl formate)、1-十二烷氧基-2,4-二胺基苯(1-dodecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十六烷氧基-2,4-二胺基苯(1-hexadecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯(1-octadecoxy-2,4-diaminobenzene)、由式(a2-2-1-1)至式(a2-2-1-6)表示的化合物中的至少其中一种,或上述化合物的组合。
式(a2-2-2)中,B1与式(a2-2-1)中的B1相同,B3及B4各自独立表示二价脂肪族环、二价芳香族环或二价杂环基团;B5表示C3至C18的烷基、C3至C18的烷氧基、C1至C5的氟烷基、C1至C5的氟烷氧基、氰基或卤素原子。
由式(a2-2-2)表示的化合物的具体例包括由式(a2-2-2-1)至式(a2-2-2-13)表示的化合物中的至少其中一种。具体而言,由式(a2-2-2-1)至式(a2-2-2-13)表示的化合物如下所示。
式(a2-2-2-10)至式(a2-2-2-13)中,s表示3至12的整数。
式(a2-2-3)中,B6各自独立表示氢原子、C1至C5的酰基、C1至C5的烷基、C1至C5的烷氧基或卤素原子,且每个重复单元中的B6可为相同或不同;u表示1至3的整数。
由式(a2-2-3)表示的化合物的具体例包括当u为1时:对-二胺苯、间-二胺苯、邻-二胺苯或2,5-二胺基甲苯等;当u为2时:4,4’-二胺基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二氯-4,4’-二胺基联苯、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二胺基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二胺基-5,5’-二甲氧基联苯或4,4’-二胺基-2,2’-双(三氟甲基)联苯等;或当u为3时:1,4-双(4’-胺基苯基)苯等。
由式(a2-2-3)表示的化合物的具体例较佳为包括对-二胺苯、2,5-二胺基甲苯、4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基联苯、1,4-双(4’-胺基苯基)苯或上述化合物的组合。
式(a2-2-4)中,v表示2至12的整数。
式(a2-2-5)中,w表示1至5的整数。由式(a2-2-5)表示的化合物较佳为4,4’-二胺基-二苯基硫醚。
式(a2-2-6)中,B7及B9各自独立表示二价有机基团,且B7及B9可为相同或不同;B8表示衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶或哌嗪等含氮原子的环状结构的二价基团。
式(a2-2-7)中,B10、B11、B12及B13各自独立表示C1至C12的烃基,且B10、B11、B12及B13可为相同或不同;X1各自独立表示1至3的整数;X2表示1至20的整数。
式(a2-2-8)中,B14表示氧原子或亚环己烷基;B15表示亚甲基(methylene,-CH2-);B16表示亚苯基或亚环己烷基;B17表示氢原子或庚基。
由式(a2-2-8)表示的化合物的具体例包括由式(a2-2-8-1)表示的化合物、由式(a2-2-8-2)表示的化合物或上述化合物的组合。
由式(a2-2-9)至式(a2-2-25)表示的化合物如下所示。
式(a2-2-17)至式(a2-2-25)中,B18较佳为表示C1至C10的烷基或C1至C10的烷氧基;B19较佳为表示氢原子、C1至C10的烷基或C1至C10的烷氧基。
式(a2-2-26)中,B20、B22分别独立表示单键、-O-、-COO-或-OCO-;B21为碳数为1至3的亚烷基;B23为单键或碳数为1至3的亚烷基。d与g各自独立表示0或1;e表示0至2的整数;f表示1至20的整数;其中d与e不同时为0。
式(a2-2-26)中,以“-B20-(B21-B22)g-”表示的二价基团较佳为碳数为1至3的亚烷基、*-O-、*-COO-或*-O-C2H4-O-(其中,*表示与二胺基苯基键结的键结处。)。以“-CfH2f+1”表示的基团较佳为直链状。二胺基苯基中的两个胺基,相对于其他基团的位置较佳为2,4位或3,5位。
由式(a2-2-26)表示的化合物的具体例可列举由下列式(a2-2-26-1)至式(a2-2-26-4)表示的化合物:
该其他二胺化合物(a2-2)可单独使用或组合多种来使用。
该其他二胺化合物(a2-2)的具体例较佳为包括但不限于1,2-二胺基乙烷、3,3'-二胺基查耳酮、4,4'-二胺基均二苯乙烯、4,4’-二胺基二环己基甲烷、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基醚、5-[4-(4-正戊烷基环己基)环己基]苯基亚甲基-1,3-二胺基苯、1,1-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)环己烷、2,4-二胺基苯基甲酸乙酯、1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯、由式(a2-2-1-1)表示的化合物、由式(a2-2-1-2)表示的化合物、由式(a2-2-1-4)表示的化合物、由式(a2-2-1-5)表示的化合物、由式(a2-2-2-1)表示的化合物、由式(a2-2-2-11)表示的化合物、对-二胺苯、间-二胺苯、邻-二胺苯、由式(a2-2-8-1)表示的化合物、由式(a2-2-26)至式(a2-2-30)表示的化合物,或上述化合物的组合。
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该其他二胺化合物(a2-2)的使用量为60至97摩尔,较佳为65至95摩尔,更佳为70至95摩尔。
制备聚合物(A)的方法
该聚合物(A)可包括聚酰胺酸及聚酰亚胺中的至少一者。另外,聚合物(A)可更包括聚酰亚胺系嵌段共聚合物。以下进一步说明上述各种聚合物的制备方法。
制备聚酰胺酸的方法
制备该聚酰胺酸的方法为先将第一单体混合物溶解于溶剂中,其中第一单体混合物包括四羧酸二酐组分(a1)与二胺组分(a2),并于0℃至100℃的温度下进行聚缩合反应。反应1小时至24小时后,以蒸发器对反应溶液进行减压蒸馏,即可得到聚酰胺酸。或者,将反应溶液倒入大量的贫溶剂中,以得到析出物。接着,以减压干燥的方式干燥析出物,即可得到聚酰胺酸。
用于聚缩合反应中的溶剂可与下述液晶配向剂中的溶剂相同或不同,且用于聚缩合反应中的溶剂并无特别的限制,只要是可溶解反应物与生成物即可。溶剂较佳为包括但不限于(1)非质子系极性溶剂,例如:N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidinone;NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基尿素或六甲基磷酸三胺等的非质子系极性溶剂;或(2)酚系溶剂,例如:间-甲酚、二甲苯酚、酚或卤化酚类等的酚系溶剂。基于第一单体混合物的总使用量为100重量份,用于聚缩合反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。
值得注意的是,于聚缩合反应中,溶剂可并用适量的贫溶剂,其中贫溶剂不会造成聚酰胺酸析出。贫溶剂可以使用单独一种或者组合多种来使用,且其包括但不限于(1)醇类,例如:甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇或三乙二醇等的醇类;(2)酮类,例如:丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等的酮类;(3)酯类,例如:醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯或乙二醇乙基醚醋酸酯等的酯类;(4)醚类,例如: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、乙二醇二甲基醚或二乙二醇二甲基醚等的醚类;(5)卤化烃类,例如:二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯或邻-二氯苯等的卤化烃类;或(6)烃类,例如:四氢呋喃、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯或二甲苯等的烃类或上述溶剂的任意组合。基于该第一单体混合物的总使用量为100重量份,贫溶剂的用量较佳为0重量份至60重量份,且更佳为0重量份至50重量份。
制备聚酰亚胺的方法
制备聚酰亚胺的方法为将上述制备聚酰胺酸的方法所制的聚酰胺酸在脱水剂及催化剂的存在下进行加热而得。在加热过程中,聚酰胺酸中的酰胺酸官能基可经由脱水死循环反应转变成酰亚胺官能基(即酰亚胺化)。
用于脱水死循环反应中的溶剂可与液晶配向剂中的溶剂(C)相同,故在此不另赘述。基于聚酰胺酸的使用量为100重量份,用于脱水死循环反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。
为获得较佳的聚酰胺酸的酰亚胺化程度,脱水死循环反应的操作温度较佳为40℃至200℃,更佳为40℃至150℃。若脱水死循环反应的操作温度低于40℃时,酰亚胺化的反应不完全,而降低聚酰胺酸的酰亚胺化程度。然而,若脱水死循环反应的操作温度高于200℃时,所得的聚酰亚胺的重量平均分子量偏低。
用于脱水死循环反应中的脱水剂可选自于酸酐类化合物,其具体例如:醋酸酐、丙酸酐或三氟醋酸酐等的酸酐类化合物。基于聚酰胺酸为1摩尔,脱水剂的使用量为0.01摩尔至20摩尔。用于脱水死循环反应中的催化剂可选自于(1)吡啶类化合物,例如:吡啶、三甲基吡啶或二甲基吡啶等的吡啶类化合物;(2)三级胺类化合物,例如:三乙基胺等的三级胺类化合物。基于脱水剂的使用量为1摩尔,催化剂的使用量可为0.5摩尔至10摩尔。
聚合物(A)的酰亚胺化率可为30%至80%,较佳为35%至80%,且更佳为35%至75%。若该聚合物(A)的酰亚胺化率于上述范围内,该液晶配向剂的液晶接触角较低。
制备聚酰亚胺系嵌段共聚合物的方法
聚酰亚胺系嵌段共聚合物为选自聚酰胺酸嵌段共聚合物、聚酰亚胺嵌段共聚合物、聚酰胺酸-聚酰亚胺嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合。
制备聚酰亚胺系嵌段共聚合物的方法较佳为先将起始物溶解于溶剂中,并进行聚缩合反应,其中起始物包括至少一种聚酰胺酸及/或至少一种聚酰亚胺,且可进一步包括羧酸酐组分与二胺组分。
起始物中的羧酸酐组分与二胺组分可与制备聚酰胺酸的方法中所使用的四羧酸二酐组分(a1)与二胺组分(a2)相同,且用于聚缩合反应中的溶剂可与下述液晶配向剂中的溶剂(C)相同,在此不另赘述。
基于起始物的使用量为100重量份,用于聚缩合反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。聚缩合反应的操作温度较佳为0℃至200℃,且更佳为0℃至100℃。
起始物较佳为包括但不限于(1)二种末端基相异且结构相异的聚酰胺酸;(2)二种末端基相异且结构相异的聚酰亚胺;(3)末端基相异且结构相异的聚酰胺酸及聚酰亚胺;(4)聚酰胺酸、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分之中的至少一种与形成聚酰胺酸所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(5)聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分中的至少一种与形成聚酰亚胺所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(6)聚酰胺酸、聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分中的至少一种与形成聚酰胺酸或聚酰亚胺所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(7)二种结构相异的聚酰胺酸、羧酸酐组分与二胺组分;(8)二种结构相异的聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分;(9)二种末端基为酸酐基且结构相异的聚酰胺酸以及二胺组分;(10)二种末端基为胺基且结构相异的聚酰胺酸以及羧酸酐组分;(11)二种末端基为酸酐基且结构相异的聚酰亚胺以及二胺组分;或者(12)二种末端基为胺基且结构相异的聚酰亚胺以及羧酸酐组分。
在不影响本发明的功效的范围内,聚酰胺酸、聚酰亚胺以及聚酰亚胺系嵌段共聚合物较佳为先进行分子量调节后的末端修饰型聚合物。通过使用末端修饰型的聚合物,可改善液晶配向剂的涂布性能。制备末端修饰型聚合物的方式可通过在聚酰胺酸进行聚缩合反应的同时,加入单官能性化合物来制得。
单官能性化合物的具体例包括但不限于(1)一元酸酐,例如:马来酸酐、邻苯二甲酸酐、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或正十六烷基琥珀酸酐等一元酸酐;(2)单胺化合物,例如:苯胺、环己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺或正二十烷胺等单胺化合物;或(3)单异氰酸酯化合物,例如:异氰酸苯酯或异氰酸萘基酯等单异氰酸酯化合物。
本发明的聚合物(A)的重量平均分子量为10,000至100,000;较佳为20,000至80,000;更佳为30,000至70,000。
本发明的液晶配向剂包含聚硅氧烷(B),且该聚硅氧烷(B)可包括含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)。
前述的含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)由一混合物反应所制得,该混合物可包括含环氧基的聚硅氧烷(b1)与乙烯性不饱和化合物(b2),且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二单体混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包括由式(III-1)表示的基、由式(III-2)表示的基以及由式(III-3)表示的基中的至少一者:
式(III-1)中,B表示氧原子或单键;
c表示1至3的整数;
d表示0至6的整数;及
其中当d表示0时,B为单键;
式(III-2)中,e表示0至6的整数;
式(III-3)中,D表示碳数为2至6的亚烷基;及
E表示氢原子或碳数为1至6的烷基。
含环氧基的基团较佳为包括由式(III-1-1)表示的基、由式(III-2-1)表示的基以及由式(III-3-1)表示的基中的至少一者。
该含环氧基的聚硅氧烷(b1)可由一第二单体混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。其中,该第二单体混合物包含如式(III-4)所示的硅烷单体(b1-1):
Si(Rf)p(ORg)4-p 式(III-4)
式(III-4)中,Rf为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基、含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基,且至少一个Rf为含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基;
当p为2或3时,Rf各自为相同或不同;
Rg为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-p为2或3时,Rg各自为相同或不同;及
p为1至3的整数。
更详言之,当式(III-4)中的Rf表示C1至C10的烷基时,具体而言,Rf例如是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正己基或正癸基。又,Rf也可以是烷基上具有其他取代基的烷基,具体而言,Rf例如是三氟甲基、3,3,3-三氟丙基、3-胺丙基、3-巯丙基或3-异氰酸丙基。
当式(III-4)中的Rf表示C2至C10的烯基时,具体而言,Rf例如是乙烯基。又,Rf也可以是烯基上具有其他取代基的烯基,具体而言,Rf例如是3-丙烯酰氧基丙基或3-甲基丙烯酰氧基丙基。
当式(III-4)中的Rf表示C6至C15的芳基时,具体而言,Rf例如是苯基、甲苯基(tolyl)或萘基(naphthyl)。又,Rf也可以是芳基上具有其他取代基的芳基,具体而言,Rf例如是对-羟基苯基(o-hydroxyphenyl)、1-(对-羟基苯基)乙基(1-(o-hydroxyphenyl)ethyl)、2-(对-羟基苯基)乙基(2-(o-hydroxyphenyl)ethyl)或4-羟基-5-(对-羟基苯基羰氧基)戊基(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyl)。
再者,当式(III-4)中的Rf表示含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基时,Rf的具体例为前述含环氧基的聚硅氧烷(b1)所含有的环氧基团,于此不再赘述。
另外,当式(III-4)的Rg表示C1至C6的烷基时,具体而言,Rg例如是甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。当式(III-4)中的Rg表示C1至C6的酰基时,具体而言,Rg例如是乙酰基。当式(III-4)中的Rg表示C6至C15的芳基时,具体而言,Rg例如是苯基。
硅烷单体(b1-1)的具体例包括3-(N,N-二缩水甘油基)胺基丙基三甲氧基硅烷、3-(N-烯丙基-N-缩水甘油基)胺基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基二甲基乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基甲基二甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基甲基二乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基二甲基甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基二甲基乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基甲基二甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基甲基二乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基二甲基甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁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、3-(3,4-环氧环己基)丙基三甲氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)丙基三乙氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三甲氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三乙氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷或((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙烷二甲基甲氧基硅烷、市售商品例如DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(JNC制)或上述化合物的组合。
式(III-4)表示的硅烷单体(b1-1)的具体例较佳为包括3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三甲氧基硅烷、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、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三甲氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三乙氧基硅烷,DMS-E01、DMS-E12或上述化合物的组合。
基于所述第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-1)的使用量为0.6摩尔至1摩尔,较佳为0.65至1摩尔,更佳为0.7至1摩尔。
用以反应生成所述含环氧基的聚硅氧烷(b1)的第二单体混合物较佳为进一步包含由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2):
Si(Rh)q(ORi)4-q 式(III-5)
式(III-5)中,Rh为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基或含有酸酐基的烷基;
当q为2或3时,Rh各自为相同或不同;
Ri为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-q为2或3时,Ri各自为相同或不同;及
p为1至3的整数。
当式(III-5)中的Rh表示C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基时,其具体例与较佳例如前述Rf所示,于此不再赘述。
当式(III-5)中的Rh表示含有酸酐基的烷基时,烷基较佳为C1至C10的烷基。具体而言,所述含有酸酐基的烷基例如是式(III-5-1)所示的乙基丁二酸酐、式(III-5-2)所示的丙基丁二酸酐或式(III-5-3)所示的丙基戊二酸酐。值得一提的是,酸酐基是由二羧酸(dicarboxylic acid)经分子内脱水(intramolecular dehydration)所形成的基团,其中二羧酸例如是丁二酸或戊二酸。
当式(III-5)中的Ri表示C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基时,其具体例与较佳例如前述Rg所示,于此不再赘述。
由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2)可单独或混合使用,且由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2)包含具有1个硅原子的化合物。具有1个硅原子的化合物包括具有4个水解性基团的硅烷化合物、具有3个水解性基团的硅烷化合物、具有2个水解性基团的硅烷化合物、具有1个水解性基团的硅烷化合物,或其组合。
具有4个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括四氯硅烷、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、四第二丁氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有3个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane简称MTMS)、甲基三乙氧基硅烷(methyltriethoxysilane)、甲基三异丙氧基硅烷(methyltriisopropoxysilane)、甲基三正丁氧基硅烷(methyltri-n-butoxysilane)、乙基三甲氧基硅烷(ethyltrimethoxysilane)、乙基三乙氧基硅烷(ethyltriethoxysilane)、乙基三异丙氧基硅烷(ethyltriisopropoxysilane)、乙基三正丁氧基硅烷(ethyltri-n-butoxysilane)、正丙基三甲氧基硅烷(n-propyltrimethoxysilane)、正丙基三乙氧基硅烷(n-propyltriethoxysilane)、正丁基三甲氧基硅烷(n-butyltrimethoxysilane)、正丁基三乙氧基硅烷(n-butyltriethoxysilane)、正己基三甲氧基硅烷(n-hexyltrimethoxysilane)、正己基三乙氧基硅烷(n-hexyltriethoxysilane)、癸基三甲氧基硅烷(decyltrimethoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)、乙烯基三乙氧基硅烷(vinyltriethoxysilane)、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3-acryoyloxypropyltrimethoxysilane)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3-methylacryloyloxypropyltrimethoxysilane,MPTMS)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(3-methylacryloyloxypropyltriethoxysilane)、苯基三甲氧基硅烷(phenyltrimethoxysilane,PTMS)、苯基三乙氧基硅烷(phenyltriethoxysilane,PTES)、对-羟基苯基三甲氧基硅烷(p-hydroxyphenyltrimethoxysilane)、1-(对-羟基苯基)乙基三甲氧基硅烷(1-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、2-(对-羟基苯基)乙基三甲氧基硅烷(2-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、4-羟基-5-(对-羟基苯基羰氧基)戊基三甲氧基硅烷(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyltrimethoxysilane)、三氟甲基三甲氧基硅烷(trifluoromethyltrimethoxysilane)、三氟甲基三乙氧基硅烷(trifluoromethyltriethoxysilane)、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷(3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane)、3-(三苯氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-triphenoxysilyl propyl succinic anhydride)、由信越化学所制造的市售品:3-(三甲氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-trimethoxysilyl propyl succinic anhydride)(商品名X-12-967)、由WACKER公司所制造的市售品:3-(三乙氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-(triethoxysilyl)propyl succinic anhydride)(商品名GF-20)、3-(三甲氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(trimethoxysilyl)propyl glutaric anhydride,TMSG)、3-(三乙氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(triethoxysilyl)propyl glutaric anhydride)、3-(三苯氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(triphenoxysilyl)propyl glutaric anhydride)或上述化合物的组合。
具有2个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二正丁基二甲氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有1个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲氧基二甲基硅烷、甲氧基三甲基硅烷、甲氧基甲基二苯基硅烷、三正丁基乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
该式(III-5)所示结构的其他硅烷单体(b1-2)较佳为四甲氧基硅烷、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、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、巯甲基三甲氧基硅烷、巯甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
基于所述第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-2)的使用量为0摩尔至0.7摩尔,较佳为0至0.6摩尔,更佳为0至0.5摩尔。
第二单体混合物可进一步包含市售商品的硅烷单体,其具体例可列举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(信越化学制);玻璃树脂(GLASS RESIN,昭和电工制);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(东丽道康宁制);FZ3711、FZ3722(NUC制);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(JNC制);MS51、MS56(三菱化学制);以及GR100、GR650、GR908、GR950(昭和电工制)等的部分缩合物。
制备含环氧基的聚硅氧烷(b1)的方法
含环氧基的聚硅氧烷化合物的聚缩合反应可使用一般的方法形成,例如,在上述第二单体混合物中添加有机溶剂、水或选择性地进一步添加催化剂,接着利用油浴等进行50℃至150℃的加热,较佳加热时间为0.5小时至120小时。加热中,可将混合液进行搅拌,也可以置于回流条件下。
上述有机溶剂并没有特别限制,可与本发明液晶配向剂中所含的溶剂(C)为相同或不同。
该有机溶剂的具体例包括甲苯、二甲苯等的烃类化合物;甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、环己酮、2-丁酮、2-己酮等的酮类溶剂;醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸异戊酯、丙二醇单甲基醚醋酸酯、醋酸-3-甲氧基丁酯、乳酸乙基等的酯类溶剂;乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、四氢呋喃、二恶烷(dioxane)等的醚类溶剂;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的醇类溶剂;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、六甲基磷酸三酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮等的酰胺类溶剂,或上述有机溶剂的组合。
上述有机溶剂可单独使用或组合多种来使用。
基于第二单体混合物为1摩尔,有机溶剂的使用量较佳为10克至1200克,更佳为30克至1000克。
基于第二单体混合物为1摩尔,水的使用量较佳为20克至1000克。
该催化剂没有特别的限制,较佳地,该催化剂是选自于酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物,或其组合。
酸的具体例包括盐酸、硝酸、硫酸、氟酸、草酸、磷酸、醋酸、三氟醋酸、蚁酸、多元羧酸、多元酸酐,或其组合。
碱金属化合物的具体例包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾,或其组合。
有机碱的具体例包括乙胺、二乙胺、哌嗪(piperazine)、哌啶(piperidine)、吡咯啶(pyrrolidine)、吡咯(pyrrole)等的一级或二级的有机胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶(pyridine)、4-二甲胺基吡啶、二氮杂二环十一烯(diazabicycloundecene)等的三级有机胺;四甲基氢氧化铵等的四级有机胺等,或上述化合物的组合。
催化剂的使用量根据种类、温度等反应条件等而异,并可适当地设定,例如基于第二单体混合物为1摩尔,该催化剂的添加量为5克至50克,较佳为8克至45克,更佳为10克至40克。
基于安定性观点,待聚缩合反应结束后,较佳为将从反应液中分馏的有机溶剂层以水清洗。进行该清洗时,较佳为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。清洗可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(molecular sieves)等干燥剂进行干燥后,去除有机溶剂,即可获得含环氧基的聚硅氧烷(b1)。
本发明的乙烯性不饱和化合物(b2)可包含如式(II)的结构:
式(II)中,R1为亚甲基、C2至C10的直链或支链亚烷基、亚苯基或亚环己基,且R1官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R2为亚甲基或C2至C10的直链或支链亚烷基,且R2官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R3为单键、亚甲基、或C2至C10的直链或支链亚烷基,且R3官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R4为氢原子或甲基;
L为-OCO-、-O-或-S-;
a为0至10的整数;
b为0至1的整数;
当b为0时,a不为0;及
当a为2至10的整数时,多个R2及L各自为相同或不同。
具体而言,上式(II)的化合物的例子可包含丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯基氧乙基-2-羟基乙基邻苯二甲酸、4-(2-甲基-丙烯酰)安息香酸、2-丙烯酰氧乙基己基氢邻苯二甲酸、2-丙烯酰氧乙基琥珀酸、甲基丙烯酰氧乙基琥珀酸、2-甲基丙烯酰氧乙基己基氢邻苯二甲酸、邻苯二甲酸单羟基乙基丙烯酸酯。可从上述例子中选择一种以上来使用。上述化合物的市售品举例可为丙烯酸和甲基丙烯酸(东京化成工业股份有限公司制)、LightesterHO-MS、Lightester HO-HH、HOA-MPL、HOA-MS、HOA-HH(共荣社化学股份有限公司制)、M-5400(东亚合成股份有限公司制)。
上式(II)的化合物的例子也可包含如下式(II-1)至式(II-16)的化合物。
于式(II-10)至式(II-16)中,R4表示氢原子或甲基,t1为1至10的整数、t2+t3为1至10的整数。
该含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的合成中,若使用该乙烯性不饱和化合物(b2)时,则该液晶配向剂的体阻较高。
基于第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,乙烯性不饱和化合物(b2)的使用量为0.1摩尔至0.5摩尔,较佳为0.15摩尔至0.45摩尔,然以0.12摩尔至0.4摩尔为更佳。若该乙烯性不饱和化合物(b2)的使用量于上述范围内,该液晶配向剂的液晶接触角较低。
本发明中,该制得含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的混合物更可包含一侧链化合物(b3),该侧链化合物(b3)包含如式(IV)所示的结构:
E1-L0-L1-Z 式(IV)
式(IV)中,E1为C1至C30的烷基、被C1至C20的烷基或烷氧基取代或未被取代的C3至C10的环烷基,或含有类固醇骨架的C17至C51之烃基,该E1的烷基及烷氧基的一部分氢原子被取代或未被取代;
L0为单键、*1-O-、*1-COO-或*1-OCO-,其中*1为与E1键结处;
L1为单键、C1至C20的亚烷基、亚苯基、亚联苯基、亚环己基、二亚环己基或如下式(IV-1)或式(IV-2)所示的基团:
当L1为单键时,L0为单键;
*2为与Z键结处;及
Z为与环氧基反应形成结合基的一价有机基团。
上式(IV)中的E1所述的直链状或支链状的C1至C30的烷基,举例而言,可为甲基、乙基、n-丙基、异丙基、n-丁基、第二丁基、叔丁基、n-戊基、3-甲基丁基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、n-己基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、3,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、、1,1-二甲基丁基、n-庚基、5-甲基己基、4-甲基己基、3-甲基己基、2-甲基己基、1-甲基己基、4,4-二甲基戊基、3,4-二甲基戊基、2,4-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、2,2-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,1-二甲基戊基、2,3,3-三甲基丁基、1,3,3-三甲基丁基、1,2,3-三甲基丁基、n-辛基、6-甲基庚基、5-甲基庚基、4-甲基庚基、3-甲基庚基、2-甲基庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、n-壬基、n-癸基、n-十一基、n-十二基、n-十三基、n-十四基、n-十五基、n-十六基、n-十七基、n-十八基、n-十九基等。
上式(IV)中的E1所述的C3至C10的环烷基,举例而言,可为环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等。上述这些环烷基可经或未经C1至C20的烷氧基取代。所述的C1至C20的烷氧基的具体例可参考上述C1至C30的烷基的说明所举的具体例子。所述的C1至C20的烷氧基的具体例,可参考上述C1至C30的烷基的说明中所举的具体例子的烷基,与氧原子结合后的基团。E1所述的烷基以及烷氧基,可至少有一部分的氢原子被取代,而用以取代氢原子的基团,举例可为腈基、氟原子、三氟甲基等。
上式(IV)中的E1所述的含有类固醇骨架的C17至C51的烃基,举例而言可为下式(S-1)至式(S-3)所示的基团,其中*5代表上述基团与式(IV)的L0的键结处。
较佳地,E1可选自于C1至C20的烷基、C1至C20的氟烷基、上式(S-1)的基团以及上式(S-3)的基团所组成的族群。Z较佳为羧基。上式(IV)中的L1所述的C1至C20的亚烷基,举例而言,可为将前述C1至C30的烷基所举的各个基团去除掉1个氢原子而得的基团。
上式(IV)所示的化合物较佳可为下式(IV-1)至(IV-8)所示的化合物。
式(IV-1)至(IV-8)中,u为1至5的整数、v为1至18的整数、w为1至20的整数、k为1至5的整数、p为0或1、q为1至18的整数、r为0至18的整数,以及j为1至18的整数。s及t各自独立为0至2的整数。然而,s和t不同时为0。
较佳的,上式(IV-1)的v为1至18的整数,然以1至12的整数为更佳。上式(IV-2)的w较佳可为5至20的整数,然以10至18为更佳。上式(IV-3)的w较佳可为1至17的整数,然以3至12的整数为更佳。上式(IV-4)的w较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。上式(IV-8)的w较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。上式(IV-5)和式(IV-6)的r较佳为0至15的整数,然以0至8的整数为更佳。上式(IV-6)的q较佳可为1至12的整数,然以1至5的整数为更佳。上式(IV-8)的j较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。
上述化合物中,较佳为上式(IV-2)至式(IV-5)、式(IV-7)以及式(IV-8)的至少一者。具体而言,以下式(IV-1’)至式(IV-8’)为较佳。
基于第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,该侧链化合物(b3)的使用量为0.05摩尔至0.3摩尔,较佳为0.08摩尔至0.3摩尔,然以0.08摩尔至0.27摩尔为更佳。若该侧链化合物(b3)的使用量于上述范围内,则该液晶配向剂的液晶接触角较低。
基于该聚合物(A)的使用量为100重量份,含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的使用量为3重量份至60重量份,较佳为5重量份至60重量份,然以5重量份至55重量份为更佳。
含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的制备方法
本发明使用的含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)可通过使上述含环氧基的聚硅氧烷(b1)与乙烯性不饱和化合物(b2)及侧链化合物(b3),在催化剂的存在下来反应合成。
作为催化剂,可以使用有机盐或是使用可促进环氧化合物和酸酐反应的硬化促进剂等公知的化合物。
上述有机盐,可以列举乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡咯等一级有机胺或二级有机胺;三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、二氮杂双环十一碳烯等三级有机胺以及氢氧化四甲基铵等四级有机胺等。在这些有机胺中,较佳为三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶等三级有机胺或是氢氧化四甲基铵等四级有机胺。
上述硬化促进剂的的具体例包括苄基二甲基胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、环己基二甲基胺、三乙醇胺等三级胺;2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正烷基咪唑、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)-2-5-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-羟甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羟甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、l-(2-氰基乙基-2-正十一烷基咪唑鎓苯偏苯三酸盐、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、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-S-三嗪、2,4-二胺基-6-(2’-正十一烷基咪唑)乙基-S-三嗪、2,4-二胺基-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、2,4-二胺基-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;苄基三苯基氯化鏻(benzyl triphenyl phosphonium chloride)、四正丁基溴化鏻、甲基三苯基溴化鏻、乙基三苯基溴化鏻、正丁基三苯基溴化鏻、四苯基溴化鏻、乙基三苯基碘化鏻、乙基三苯基鏻乙酸盐、四正丁基鏻-O,O-二乙基偶磷二硫代硫酸盐(tetra-n-butyl phosphonium-O,O-diethyl phosphorodithionate)、四正丁基鏻苯并三唑盐(tetra-n-butylphosphonium benzotriazolate)、四正丁基鏻四氟硼酸盐、四正丁基鏻四苯基硼酸盐、四苯基鏻四苯基硼酸盐等的四级鏻盐;1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烯-7或其有机酸盐等的二氮杂双环烯烃;辛酸锌、辛酸锡、乙酰丙酮铝错合物(aluminiumacetylacetone complex)等的有机金属化合物;四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵、四-正丁基氯化铵等的四级铵盐;三氟化硼(boron trifluoride)、硼酸三苯酯等的硼化合物;氯化锌、四氯化锡等的金属卤素化合物;双氰胺(dicyandiamide)或胺与环氧树脂的加成物等胺加成型促进剂等的高熔点分散型潜在性硬化促进剂;将上述咪唑化合物、有机磷化合物或四级鏻盐等硬化促进剂的表面以聚合物包覆的微胶囊(microcapsule)型潜在性硬化促进剂;胺盐型潜在性硬化促进剂;刘易斯酸盐、布忍斯特酸盐(Bronsted acidsalt)等高温解离型的热阳离子聚合型潜在性硬化促进剂等潜在性硬化促进剂等。
硬化促进剂的具体例较佳为包括四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵及四-正丁基氯化铵等的四级铵盐。
硬化促进剂的具体例较佳为包括四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵及四-正丁基氯化铵等的四级铵盐。
反应温度较佳为0℃至200℃,且更加佳为50℃至150℃。反应时间较佳为0.1小时至50小时,更佳为0.5小时至20小时。
含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的合成反应根据需要,可在有机溶剂存在的条件下进行。所述有机溶剂并没有特别限制,可与含环氧基的聚硅氧烷(b1)的制备中所使用的有机溶剂以及与本发明液晶配向剂中所含的溶剂(C)为相同或不相同。上述有机溶剂的具体例较佳为2-丁酮、2-己酮、甲基异丁基酮、醋酸正丁酯,或其组合。
本发明的含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的重量平均分子量为2,000至20,000;较佳为3,000至18,000;更佳为5,000至15,000。
本发明的液晶配向剂包含聚硅氧烷(B),且该聚硅氧烷(B)可包括未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)。该未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)亦可与上述含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)共同使用。
前述的未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)为含环氧基的聚硅氧烷(b4),且该含环氧基的聚硅氧烷(b4)包含由一第三单体混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。其中,该第三单体混合物可包含如前述的硅烷单体(b1-1)及/或其他硅烷单体(b1-2),且其制法同前述的含光反应性基的聚硅氧烷(B-1),此处不再赘述。
本发明中,该第三单体混合物可进一步包含一侧链化合物(b3),其中,该侧链化合物(b3)同前所述,此处不再赘述。
基于第三单体混合物中的单体的总量为1摩尔,该侧链化合物(b3)的使用量为0.05摩尔至0.3摩尔,较佳为0.08摩尔至0.3摩尔,然以0.08摩尔至0.27摩尔为更佳。若该侧链化合物(b3)的使用量于上述范围内,则该液晶配向剂的液晶接触角较低。
基于该聚合物(A)的使用量为100重量份,该未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)的使用量为3重量份至60重量份,较佳为5重量份至60重量份,然以5重量份至55重量份为更佳。
本发明的未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)的重量平均分子量为2,000至20,000;较佳为3,000至18,000;更佳为5,000至15,000。
基于该聚合物(A)的使用量为100重量份,该聚硅氧烷(B)的使用量为3重量份至60重量份,较佳为5重量份至60重量份,然以5重量份至55重量份为更佳。
若本发明的液晶配向剂未包含聚硅氧烷(B)时,则该液晶配向剂的体阻抗低,且液晶接触角过高。
本发明的液晶配向剂中所使用的溶剂并无特别的限制,只要是可溶解聚合物(A)、聚硅氧烷(B)与其他任意成分且并不与其产生反应即可,较佳为同前述合成聚酰胺酸中所使用的溶剂,同时,亦可并用合成该聚酰胺酸时所使用的贫溶剂。
溶剂(C)的具体例包括但不限于N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、γ-丁内酰胺、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(ethylene glycol n-butyl ether)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单乙基醚乙酸酯或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺(N,N-dimethylacetamide)等。溶剂(C)可以单独使用或者组合多种来使用。
基于聚合物(A)的使用量为100重量份,溶剂(C)的使用量为800至3000重量份,较佳为1,000至3000重量份,且更佳为1000至2800重量份。
在不影响本发明的功效的范围内,液晶配向剂还可选择性地添加添加剂(D),其中添加剂(D)包括具有至少两个环氧基的化合物、具有官能性基团的硅烷化合物,或其组合。
具有至少两个环氧基的化合物包括但不限于乙二醇二环氧丙基醚、聚乙二醇二环氧丙基醚、丙二醇二环氧丙基醚、三丙二醇二环氧丙基醚、聚丙二醇二环氧丙基醚、新戊二醇二环氧丙基醚、1,6-己二醇二环氧丙基醚、丙三醇二环氧丙基醚、2,2-二溴新戊二醇二环氧丙基醚、1,3,5,6-四环氧丙基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四环氧丙基-间-二甲苯二胺、1,3-双(N,N-二环氧丙基胺基甲基)环己烷、N,N,N’,N’-四环氧丙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、3-(N,N-二环氧丙基)胺基丙基三甲氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有至少两个环氧基的化合物可单独使用或组合多种来使用。
基于聚合物(A)的使用量为100重量份,具有至少两个环氧基的化合物的使用量可为0至40重量份,且较佳为0.1重量份至30重量份。
具有官能性基团的硅烷化合物的具体例包括但不限于3-胺基丙基三甲氧基硅烷、3-胺基丙基三乙氧基硅烷、2-胺基丙基三甲氧基硅烷、2-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷(3-ureidopropyltrimethoxy silane)、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙三胺、N-三甲氧基硅烷基丙基三亚乙三胺、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三吖癸烷、10-三乙氧基硅烷基-1,4,7-三吖癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二吖壬基醋酸酯、9-三乙氧基硅烷基-3,6-二吖壬基醋酸酯、N-芐基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-芐基-3-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-双(氧化乙烯)-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧化乙烯)-3-胺基丙基三乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有官能性基团的硅烷化合物可以单独使用或组合多种来使用。
基于聚合物(A)的使用量为100重量份,具有官能性基团的硅烷化合物的使用量可为0至10重量份,且较佳为0.5重量份至10重量份。
基于聚合物(A)的总使用量为100重量份,添加剂(D)的使用量较佳为0.5重量份至50重量份,且更佳为1重量份至45重量份。
液晶配向剂的制造方法
本发明的液晶配向剂的制备方法并无特别的限制,可采用一般的混合方法来制备。举例而言,先将以上述方式制备而成的聚合物(A)以及聚硅氧烷(B)混合均匀形成混合物。接着,于温度为0℃至200℃的条件下添加溶剂(C),并选择性地加入添加剂(D),最后以搅拌装置持续搅拌至溶解即可。另外,较佳的是于20℃至60℃的温度下添加溶剂(C)。
在25℃下,本发明的液晶配向剂的黏度通常为15cps至35cps,较佳为17cps至33cps,且更佳为20cps至30cps。
液晶配向膜以及液晶显示组件的制造方法
本发明另提供一种液晶配向膜,其是由前述的液晶配向剂所形成。
本发明亦提供一种液晶显示组件,其包含前述的液晶配向膜。
本发明的液晶配向膜是利用上述调制的液晶配向剂所形成。再者,本发明的液晶显示组件具有由上述液晶配向剂所形成的液晶配向膜。液晶显示组件的操作模式并无特别限制,较佳可为垂直配向型。
本发明的液晶配向膜以及液晶显示组件的制造方法,可包含:将本发明的液晶配向剂,涂布于一对具有导电膜的基板的该导电膜上,接着将上述基板加热以形成涂膜的第一步骤;将上述形成有涂膜的一对基板相对设置,以建构液晶胞的第二步骤;以及,将具有导电膜的该对基板,在施加电压的情况下,以光照射液晶胞的第三步骤。
第一步骤:涂膜的形成
在此步骤中,以二枚设有图案化的透明导电膜的基板作为一对,在形成有透明导电膜的基板的表面上,分别涂布本发明的液晶配向剂,较佳地可使用平版印刷法、旋转涂布印刷法、辊涂法或喷墨法进行液晶配向剂的涂布。此处所称的基板可例如使用浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;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)等塑料透明基板。设于基板表面的透明导电膜,可使用由氧化锡(SnO2)所形成的NESA膜(美国PPG公司的登录商标)、由氧化铟和氧化锡(In2O3-SnO2)所形成的ITO膜。图案化的透明导电膜的形成,可例如先形成未图案化的透明导电膜后,以光蚀刻(Photo-etching)的图案形成方法,并使用具有透明导电膜形成时预定图案的罩幕等方式达成。涂布液晶配向剂时,为了使基板表面以及透明导电膜与涂膜之间具有良好的接着性,也可在形成涂膜之基板的表面,预先进行涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的前处理。
涂布液晶配向剂后,为防止所涂布的液晶配向剂滴落,较佳可进行预烤(Prebake)。预烤的温度可为30℃至200℃,以40℃至150℃为较佳,然以40℃至100℃为更佳。预烤的时间可为0.25分至10分,较佳为0.5分至5分。之后,将溶剂完全去除,为了形成必要存在的聚合物以及酰胺酸的结构的热酰亚胺化,对上述基板进行烧结(后烤)的步骤。后烤的温度可为80℃至300℃,较佳为120℃至250℃。后烤的时间可为5分至200分,较佳为10分至100分。因此,所形成的膜的厚度可为0.001μm至1μm,较佳为0.005μm至0.5μm。
涂布液晶配向剂后的加热步骤,可去除有机溶剂,因而形成液晶配向膜的涂膜。此时,本发明的液晶配向剂中所含的聚合物包括聚酰胺酸、或具有酰亚胺结构和酰胺酸结构的酰亚胺聚合物。之后,进一步将所形成的涂膜加热,上述聚合物则会进行脱水死循环反应,以形成酰亚胺化的涂膜。以上述方法形成的涂膜,可直接作为液晶配向膜使用,但也可进行预定的摩擦处理。
第二步骤:液晶胞的建构
在此步骤中,提供形成有上述液晶配向膜的二枚基板,并于相对配置的二枚基板之间设置含液晶性化合物及光聚合性化合物的液晶层,以形成液晶胞。制造液晶胞的方法可举例如下述二种方法。
第一种方法是现有的方法(真空注入法)。首先,将二枚基板相对设置,使相对设置的液晶配向膜之间形成间隙(晶胞间隙;Cell Gap)。将二枚基板的周围以黏着剂贴合,于利用基板表面以及黏着剂所划分出来的晶胞间隙中,注入液晶性化合物及光聚合性化合物并填满后,密封注入孔,以制得液晶胞。
第二种方法称为液晶滴入工艺(One Drop Filling;ODF)。在形成有液晶配向膜的二枚基板中的其中一者的基板上的预定处,涂布例如紫外光硬化性的黏着剂。接着,在上述液晶配向膜的预定处滴下液晶性化合物及光聚合性化合物的混合物后,将上述液晶配向膜与另一基板的液晶配向膜相对设置,将二枚基板贴合,使液晶在基板的整个表面上扩散,接着以紫外光照射整个基板,使黏着剂硬化,以制造液晶胞。无论使用上述哪个方法,形成上述液晶胞后,将上述基板加热至所使用的液晶性化合物转变为等向性的温度,再缓慢冷却至室温,以去除液晶填充时的流动配向。
作为上述的黏着剂,可使用作为硬化剂以及间隔件的环氧树脂,其含有氧化铝球。该液晶性化合物较佳可选用具有负介电各向异性的向列液晶,例如可以使用二氰基苯基液晶、哒嗪基液晶、希夫碱基液晶、氧化偶氮基液晶、联苯液晶、苯基环己基液晶、三联苯液晶等。此外,为了使PSA模式的液晶显示设备的响应速度更快,优选并用烯基液晶,其为具有一个烯基或氟烯基的单官能性液晶化合物。所述烯基液晶,可使用现有的烯基液晶,例如下式(L1-1)~式(L1-9)所示的化合物等。
该光聚合性化合物可使用具有丙烯酰基、甲基丙烯基、乙烯基等可进行自由基聚合反应的官能基的化合物。从反应性的观点出发,其中较佳使用具有丙烯酰基及甲基丙烯基中至少二个的官能基的化合物。此外,从维持液晶分子的配向性稳定的观点出发,该光聚合性化合物为液晶骨架,较佳使用具有环己烷环及苯环中至少二个的环的化合物。再者,该光聚合性化合物可以使用现有的光聚合性化合物。该光聚合性化合物的使用量较佳占液晶性化合物整体重量的0.1%至0.5%。液晶层的厚度较佳为1μm至5μm。
第三步骤:曝光步骤
建构液晶胞后,于该对基板的导电膜之间施加电压,并同时以光照射。此处所施加的电压可例如为5V至50V的直流或交流电。再者,所照射的光可例如为包含波长为150nm至800nm的光的紫外光和可见光,然以包含波长为300nm至400nm的光的紫外光为较佳。照射光的光源可例如使用低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤素灯、氩气共振灯、氙灯、准分子雷射等。此外,可将光源与滤光片、绕射光栅等搭配使用,而得到上述较佳的波长范围的紫外光。
光的照射量可为1000J/m2以上至小于100,000J/m2,较佳为1000J/m2至50,000J/m2。例如现有在制造PSA模式的液晶显示组件时,需要100,000J/m2的光照射量,然而本发明的液晶显示组件可利用小于100,000J/m2,甚至小于50,000J/m2的照射光量,制得具有预定的预倾角特性的液晶显示组件,并降低液晶显示组件的制造成本。再者,也可抑制因强光照射而造成的电学性质的劣化、液晶分子的反应性的劣化。
然后,将偏光板贴合于液晶胞的外侧表面,则可制得本发明的液晶显示组件。上述偏光板可举例为以聚乙烯醇延伸配向并吸收碘液的,被称为“H膜”的偏光膜,与将上述偏光膜夹设于中间的醋酸纤维素的保护膜,所形成的偏光板。
本发明的液晶显示组件,可适用于各种装置中,例如:手表、可携式游戏机、字处理器、笔记本电脑、导航系统、摄影机、PDA、数字相机、手机、智能型手机、各种屏幕、液晶电视、电子广告牌等各种显示设备。
兹以下列实例予以详细说明本发明,唯并不意味本发明仅局限于此等实例所揭示的内容。
二胺化合物(a2-1)的制备
<合成例a2-1-1>
于500ml的三颈烧瓶中加入1,3-二硝基芐醇25.0g(0.13mol)、3,4-二氢-2H-吡喃-2-丙酸氯化物(3,4-dihydro-2H-Pyran-2-propanoic chloride)15.6g(0.1mol)及四氢呋喃300ml。接着,滴加吡啶9.0ml,并于室温下搅拌25小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。然后,加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于四氢呋喃/己烷=1/3(体积比,以下相同)中进行再结晶,以获得30.3g(0.94mol)的乳白色固体(产率94%)。上述反应的反应式如下。
然后,于500ml的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳(质量比为1/10,以下相同)2.5g及甲醇240g,并于氢气氛下搅拌43小时。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇中再结晶,得到17.4g的二胺化合物a2-1-1(浅橙色固体,产率85%)。上述反应的反应式如下。
<合成例a2-1-2>
于500ml的四颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯甲酰氯0.1mol、2H-吡喃-4-甲醇(2H-Pyran-4-methanol)0.1mol及四氢呋喃200ml。接着,滴加吡啶9.7ml,并于室温下搅拌16小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物通过硅胶管柱层析(流动相为己烷:乙酸乙酯=3:1的混合溶剂)纯化,得到29.1g(0.095mol)的二硝基化合物(产率95%),如下式(I-5-1)所示。
于500ml的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g及甲醇300ml,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇/己烷=1/1中再结晶,得到9.2g的二胺化合物a2-1-2(浅茶色固体,产率46%),如下式(I-5-2)所示。
<合成例a2-1-3>
于500ml的三颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯胺0.1mol、吡啶12ml及四氢呋喃300ml,接着,滴加2H-1-苯并吡喃-4-乙酸氯化物(2H-1-Benzopyran-4-acetic chloride)0.1ml,并于室温下搅拌18小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于四氢呋喃/己烷=1/3中进行再结晶,得到29.8g(0.095mol)的二硝基化合物(产率84%),如下式(I-5-3)所示。
于1L的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g、1,4-二恶烷300g及四氢呋喃800g,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇/己烷=1/1中再结晶,得到18.3g的二胺化合物a2-1-3(浅茶色固体,产率88%),如下式(I-5-4)所示。
<合成例a2-1-4>
于500ml的四颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯甲酰氯0.1mol、2H-吡喃-6-甲胺(2H-Pyran-6-methanamine)0.1mol及四氢呋喃200ml,接着,滴加吡啶9.5ml,并于室温下搅拌16小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物通过硅胶管柱层析(流动相为己烷:乙酸乙酯=3:1的混合溶剂)纯化,得到28.4g(0.093mol)的二硝基化合物(产率93%),如下式(I-5-5)所示。
于1L的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g、1,4-二恶烷300g及四氢呋喃800g,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇/己烷=1/1中再结晶,得到9.6g的二胺化合物a2-1-4(浅茶色固体,产率48%),如下式(I-5-6)所示。
<合成例a2-1-5>
于500ml的四颈烧瓶中加入环戊二烯并[c]吡喃-1-乙酸(Cyclopenta[c]pyran-1-acetic acid)0.1mol及二氯甲烷170ml,并从室温冷却至0℃。接着,加入草酰氯5.9ml及DMF0.5g,并于室温下搅拌2小时。搅拌后,加入3,5-二硝基酚(3,5-dinitrophenol)0.1mol及吡啶6ml,于室温下搅拌16小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。然后,加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并以硅藻土过滤后,以回旋浓缩仪去除溶剂。以异丙醇洗净残余物,得到29g的二硝基化合物(产率85%),如下式(I-5-7)所示。
于500ml的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g及四氢呋喃200g,于氢气氛下搅拌21小时。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇中再结晶,得到14.4g的二胺化合物a2-1-5(浅茶色固体,产率70%),如下式(I-5-8)所示。
<合成例a2-1-6>
于500ml的四颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯甲酰氯0.1mol、6-甲氧基-2H-1-苯并吡喃-3-甲胺(6-methoxy-2H-1-Benzopyran-3-methanamine)0.1mol及四氢呋喃200ml,接着,滴加吡啶9.5ml,并于室温下搅拌16小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物通过硅胶管柱层析(流动相为己烷:乙酸乙酯=3:1的混合溶剂)纯化,得到36.19g(0.094mol)的二硝基化合物(产率94%),如下式(I-5-9)所示。
于1L的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g、1,4-二恶烷300g及四氢呋喃800g,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇中再结晶,得到9.7g的二胺化合物a2-1-6(浅茶色固体,产率46%),如下式(I-5-10)所示。
<合成例a2-1-7>
于500ml的三颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯胺0.1mol、吡啶12ml及四氢呋喃300ml,接着,滴加3-(2H-1-苯并吡喃-3-基)-2-丙烯酸氯化物(3-(2H-1-benzopyran-3-yl)-2-propenoic chloride)0.1ml,并于室温下搅拌18小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于四氢呋喃/己烷=1/3中进行再结晶,得到30.1g的二硝基化合物(产率82%),如下式(I-5-11)所示。
于1L的四颈烧瓶中加入二硝基化合物25g、铂/碳2.5g、1,4-二恶烷300g及四氢呋喃800g,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇中再结晶,得到18.0g的二胺化合物a2-1-7(浅茶色固体,产率86%),如下式(I-5-12)所示。
<合成例a2-1-8>
于500ml的四颈烧瓶中加入3,5-二硝基苯甲酰氯0.1mol、6-氟-4-甲基-2H-1-苯并吡喃-3-甲胺(6-fluoro-4-methyl-2H-1-Benzopyran-3-methanamine)0.1mol及四氢呋喃250ml,接着,滴加吡啶10ml,并于室温下搅拌16小时。反应结束后,加入纯水50ml并搅拌1小时。加入乙酸乙酯萃取有机层,并以1N盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水溶液洗涤有机层。加入无水硫酸镁将有机层脱水干燥,并于过滤后以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物通过硅胶管柱层析(流动相为己烷:乙酸乙酯=3:1的混合溶剂)纯化,得到35.6g(0.092mol)的二硝基化合物(产率92%),如下式(I-5-13)所示。
于1L的四颈烧瓶中加入二硝基化合物30g、铂/碳3.0g、1,4-二恶烷300g及四氢呋喃800g,于氢气氛及室温下搅拌。反应完成后,以硅藻土过滤,并以回旋浓缩仪去除溶剂。将残余物溶于异丙醇中再结晶,得到12.7g的二胺化合物a2-1-8(浅茶色固体,产率50%),如下式(I-5-14)所示。
聚合物(A)的制备
<合成例A-1-1>
在容积500毫升的四颈锥瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入氮气。然后,在四颈锥瓶中,加入0.0015摩尔前述合成例的二胺化合物a2-1-1、0.0435摩尔的对-二胺苯(简称为a2-2-1)、0.005摩尔的表1所示的a2-2-4及80克的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,简称为NMP),并于室温下搅拌至溶解。接着,加入0.05摩尔的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐(简称为a1-1)以及20克的NMP。于室温下反应6小时后,加入97克的NMP、0.035摩尔的醋酸酐及0.05摩尔的吡啶,升温至115℃,且持续搅拌3小时,以进行酰亚胺化反应。待反应结束后,将反应溶液倒入1500毫升水中,以使聚合物析出。然后,过滤所得的聚合物,并重复以甲醇清洗及过滤三次,置入真空烘箱中,以温度60℃进行干燥后,即可得聚合物(A-1-1)。
<合成例A-1-2至A-1-12及比较合成例A-3-1至A-3-2>
合成例A-1-2至A-1-12及比较合成例A-3-1至A-3-2是以与合成例A-1-1相同的步骤来制备该聚合物,不同的地方在于:改变四羧酸二酐化合物或二胺化合物的种类及其使用量、醋酸酐及吡啶的使用量以及反应温度,如表1及表2所示。
<合成例A-2-1>
在容积500毫升的四颈锥瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入氮气。然后,在四颈锥瓶中,加入0.005摩尔前述合成例的a2-1-1、0.04摩尔的对-二胺苯(简称为a2-2-1)、0.005摩尔的表1所示的a2-2-5及80克的N-甲基-2-吡咯烷酮NMP,并于室温下搅拌至溶解。接着,加入0.05摩尔的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐(简称为a1-2)以及20克的NMP,并于室温下反应2小时。待反应结束后,将反应溶液倒入1500毫升水中,以使聚合物析出。然后,过滤所得的聚合物,并重复以甲醇清洗及过滤三次,置入真空烘箱中,以温度60℃进行干燥后,即可得聚合物(A-2-1)。
<合成例A-2-2及比较合成例A-3-3至A-3-4>
合成例A-2-2及比较合成例A-3-3至A-3-4是以与合成例A-2-1相同的步骤来制备该聚合物,不同的地方在于:改变四羧酸二酐化合物或二胺化合物的种类及其使用量,如表1及表2所示。
表2:
表1及表2中:
制备含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)
<合成例B-1-1>
在容积500毫升的三颈烧瓶上设置搅拌器、冷凝管及温度计。然后,在三颈烧瓶中,加入1.00摩尔的2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(以下简称为ECETS)以及600克的丙二醇单甲基醚(以下简称为PGME),并于室温下一边搅拌一边于30分钟内添加三乙胺(Triethylamine,以下简称为TEA)水溶液(20克TEA/200克H2O)。接着,将三颈烧瓶浸渍于30℃的油浴中并搅拌30分钟,然后于30分钟内将油浴升温至90℃,待溶液的内温达到75℃时,持续加热搅拌进行聚缩合6小时。待反应结束后,取出有机层并使用0.2wt%的硝酸铵水溶液进行清洗后,即可获得含环氧基的聚硅氧烷化合物的溶液。
接着,将0.50摩尔的乙烯性不饱和化合物b2-1及0.2克硬化促进剂UCAT 18X(三亚普罗(SAN-APRO)公司制)加入含环氧基的聚硅氧烷化合物的溶液。然后,将三颈烧瓶浸渍于30℃的油浴中并搅拌10分钟,然后于30分钟内将油浴升温至115℃,待溶液的内温达到100℃时,持续加热搅拌24小时。待反应结束后,取出有机层并进行水洗后,使用硫酸镁进行干燥,去除溶剂后,即可获得含光反应性基的聚硅氧烷(B-1-1)。
<合成例B-1-2至合成例B-1-10>
合成例B-1-2至B-1-10是以与合成例B-1-1相同的步骤来制备该含光反应性基的聚硅氧烷(B-1),并且其不同处在于:改变含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的反应物的种类及其使用量、催化剂及溶剂的种类及其使用量、反应温度及聚缩合时间(如表3-1、表3-2所示)。
制备未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)
<合成例B-2-1至B-2-7>
合成例B-2-1至B-2-7是以与上述含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的合成例B-1-1相同的步骤来制备该未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2),并且其不同处在于:改变未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)的反应物的种类及其使用量、催化剂及溶剂的种类及其使用量、反应温度及聚缩合时间(如表4-1、表4-2所示)。
表3-1、表3-2、表4-1及表4-2中:
液晶配向剂、液晶配向膜及液晶显示组件的制备
<实施例1>
秤取100重量份的聚合物(A-1-1)、3重量份的含光反应性基的聚硅氧烷(B-1-1)、1200重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(简称C-1)以及300重量份的乙二醇正丁基醚(简称为C-2),并且在室温下,以搅拌装置持续搅拌至溶解,即可形成实施例1的液晶配向剂。将该液晶配向剂进行各检测项目评价,所得结果如表5-1所示。
<实施例2至24及比较例1至5>
实施例2至24及比较例1至5是以与实施例1相同的步骤来制备该液晶配向剂,不同的地方在于:改变聚合物组成物、溶剂及添加剂的种类及其使用量,如表4及5所示。将该等液晶配向剂进行各检测项目评价,所得结果如表5-1、表5-2及表6所示。
表5-1:
表5-2:
表6:
表5-1、表5-2及表6中:
评价方式
<体阻抗>
将调制好的液晶配向剂滴入直径32mm的铝皿中,并以加热板烘烤后,得到约0.01mm膜厚的薄膜。接续以电阻测量仪(AGILENT 4339b High resistance meter)测量薄膜的电阻值,将仪器的正负电极夹于含薄膜的铝皿的两端,于电压50伏下,记录测得的电阻值,其评价标准如下:
◎:电阻值≧5.0×1012
○:1.0×1012≦电阻值<5.0×1012
╳:电阻值<1.0×1012
<液晶接触角>
将上述的液晶配向剂,利用液晶配向膜印刷机(日本写真印刷公司制)涂布于ITO表面设有电极构造的玻璃基板的透明电极表面上,并在加热板上以80℃加热1分钟(预烤),以去除溶剂。之后,在加热板上以200℃加热10分钟(后烤),以形成平均膜厚为的涂膜。将7μl的MLC-2038液晶(默克公司制)滴于上述基板上并放置30秒,之后使用协和界面化学公司制造的接触角测定装置(DropMaster 700),并以θ/2法测定接触角,测定标准如下所示:
◎:液晶接触角≦13°
○:13°>液晶接触角≧15°
╳:液晶接触角>15°。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效,而非限制本发明。习于此技术的人士对上述实施例所做的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明的权利范围应如所述权利要求书所列。
Claims (19)
1.一种液晶配向剂,包含:
聚合物(A),是由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的第一单体混合物反应所制得,其中,所述聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中所述二胺组分(a2)包含至少一种式(I)所示的二胺化合物(a2-1):
式(I)中,Ra为单键、或C1至C10的直链或支链烷基;
Y为-COO-、-OCO-、-NRdCO-或-CONRd-;
Rb为单键、C1至C10的直链或支链烷基、或C1至C10的直链或支链烯基;
Rc为C1至C10的直链或支链烷基、C1至C10的直链或支链氧烷基、C1至C10的醚基、C1至C10的酮基、C2至C10的酯基、卤素或腈基;
Rd为氢原子、或C1至C10的直链烷基或支链烷基;
Py为2H-吡喃、4H-吡喃、3,4-二氢吡喃、3,6-二氢吡喃、环戊二烯并[b]吡喃、环戊二烯并[c]吡喃、1H-苯并吡喃、2H-苯并吡喃、4H-苯并吡喃或3,4-二氢-2H-苯并吡喃;
a1为0至5的整数;及
当Rc为多个时,各Rc相同或不同。
2.如权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述聚合物(A)的酰亚胺化率为30%~80%。
3.如权利要求1所述的液晶配向剂,其中,基于所述聚合物(A)为100重量份,所述聚硅氧烷(B)的使用量为3重量份至60重量份,所述溶剂(C)的使用量为800重量份至3000重量份。
4.如权利要求1所述的液晶配向剂,其中,基于所述二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,所述由式(I)所示的二胺化合物(a2-1)的使用量为3至40摩尔。
5.如权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述聚硅氧烷(B)包括含光反应性基的聚硅氧烷(B-1),所述含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)由一混合物反应所制得,该混合物包括含环氧基的聚硅氧烷(b1)与乙烯性不饱和化合物(b2),且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二单体混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
6.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,基于所述聚合物(A)为100重量份,所述含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的使用量为3重量份至60重量份。
7.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,所述含环氧基的聚硅氧烷(b1)包括由式(III-1)表示的基、由式(III-2)表示的基以及由式(III-3)表示的基中的至少一者:
式(III-1)中,B表示氧原子或单键;
c表示1至3的整数;
d表示0至6的整数;及
其中当d表示0时,B为单键;
式(III-2)中,e表示0至6的整数;
式(III-3)中,D表示碳数为2至6的亚烷基;及
E表示氢原子或碳数为1至6的烷基。
8.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,所述第二单体混合物包含如式(III-4)所示的硅烷单体(b1-1):
Si(Rf)p(ORg)4-p 式(III-4)
式(III-4)中,Rf为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基、含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基,且至少一个Rf为含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基;
当p为2或3时,Rf各自为相同或不同;
Rg为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-p为2或3时,Rg各自为相同或不同;及
p为1至3的整数。
9.如权利要求8所述的液晶配向剂,其中,基于所述第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-1)的使用量为0.6摩尔至1摩尔。
10.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,所述乙烯性不饱和化合物(b2)包含如式(II)的结构:
式(II)中,R1为亚甲基、C2至C10的直链或支链亚烷基、亚苯基或亚环己基,且R1官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R2为亚甲基或C2至C10的直链或支链亚烷基,且R2官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R3为单键、亚甲基、或C2至C10的直链或支链亚烷基,且R3官能基的一部分氢原子被取代或未被取代;
R4为氢原子或甲基;
L为-OCO-、-O-或-S-;
a为0至10的整数;
b为0至1的整数;
当b为0时,a不为0;及
当a为2至10的整数时,多个R2及L各自为相同或不同。
11.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,基于所述第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,所述乙烯性不饱和化合物(b2)的使用量为0.1摩尔至0.5摩尔。
12.如权利要求5所述的液晶配向剂,其中,制得所述含光反应性基的聚硅氧烷(B-1)的所述混合物还包含一侧链化合物(b3),且该侧链化合物(b3)包含如式(IV)的结构:
E1-L0-L1-Z 式(IV)
式(IV)中,E1为C1至C30的烷基、被C1至C20的烷基或烷氧基取代或未被取代的C3至C10的环烷基,或含有类固醇骨架的C17至C51的烃基,所述E1的烷基及烷氧基的一部分氢原子被取代或未被取代;
L0为单键、*1-O-、*1-COO-或*1-OCO-,其中*1为与E1键结处;
L1为单键、C1至C20的亚烷基、亚苯基、亚联苯基、亚环己基、二亚环己基或如下式(IV-1)或式(IV-2)所示的基团:
当L1为单键时,L0为单键;
*2为与Z键结处;及
Z为与环氧基反应形成结合基的一价有机基团。
13.如权利要求12所述的液晶配向剂,其中,基于所述第二单体混合物中的单体的总量为1摩尔,该侧链化合物(b3)的使用量为0.05摩尔至0.3摩尔。
14.如权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述聚硅氧烷(B)包括未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2),所述未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)为含环氧基的聚硅氧烷(b4),且所述含环氧基的聚硅氧烷(b4)包含由一第三单体混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
15.如权利要求14所述的液晶配向剂,其中,基于所述聚合物(A)为100重量份,所述未含光反应性基的聚硅氧烷(B-2)的使用量为3重量份至60重量份。
16.如权利要求14所述的液晶配向剂,其中,所述含环氧基的聚硅氧烷(b4)包括由式(III-1)表示的基、由式(III-2)表示的基以及由式(III-3)表示的基中的至少一者:
式(III-1)中,B表示氧原子或单键;
c表示1至3的整数;
d表示0至6的整数;及
其中当d表示0时,B为单键;
式(III-2)中,e表示0至6的整数;
式(III-3)中,D表示碳数为2至6的亚烷基;及
E表示氢原子或碳数为1至6的烷基。
17.如权利要求14所述的液晶配向剂,其中,所述第三单体混合物包含如式(III-4)所示的硅烷单体(b1-1):
Si(Rf)p(ORg)4-p 式(III-4)
式(III-4)中,Rf为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基、含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基,且至少一个Rf为含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基;
当p为2或3时,Rf各自为相同或不同;
Rg为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-p为2或3时,Rg各自为相同或不同;及
p为1至3的整数。
18.一种液晶配向膜,其是由根据权利要求1至17任一项所述的液晶配向剂所形成。
19.一种液晶显示组件,其包含权利要求18所述的液晶配向膜。
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