CN111808424A - 一种柔性透明聚酰亚胺薄膜、柔性液晶显示器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种柔性透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法,通过在聚酰亚胺的有机膜层中含有无机纳米颗粒,得到一种内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜,从而有效改善了传统聚酰亚胺膜的耐热性、透明度以及尺寸稳定性能。
Description
技术领域
本发明涉及光学材料技术领域,尤其涉及一种柔性透明聚酰亚胺膜、柔性液晶显示器及其制备方法。
背景技术
近年来,由于影像通信技术的发展,如平板显示器(FPD:例如液晶显示装置、有机EL显示装置)那样的显示装置朝轻量、薄型化发展。以往,显示装置的基板多使用玻璃基板。玻璃基板在透明性及耐溶剂性、阻气性、耐热性上优异,但是缺点是无法弯曲变形,不具有可挠曲性。为了制备柔性显示器,柔性薄板如塑料和金属薄片作为基底已被研究。在过去十几年中,柔性基底大规模替代传统的玻璃基板具备很大的潜力,其被认为是柔性显示发展的关键。塑料作为柔性基底被认为具有广阔的前景,因为塑料基底具备透明性、柔性、质量轻、耐用、价格便宜等优点。这其中,聚酰亚胺(PI)薄膜由于具有良好的热稳定性,较好的力学性能和化学性能,被广泛应用于柔性显示基底,但是PI相对透明度低,价格也比较贵。
为了更加有效地取代玻璃基板,在改善塑料基底性能方面,如透明度、尺寸稳定性、热稳定性、阻隔性、耐溶剂性、低热膨胀系数和表面平滑等,目前最有效的方法之一即是在有机树脂基板上附着上无机氧化物,可以一次性提高有机树脂基板的表面硬度、光透过率、耐候性和其他功能膜层的结合力。但是聚酰亚胺(PI)薄膜和无机氧化物的界面相容性相差甚大,结合难度非常大,虽然可以用粘接剂将带有无机氧化物保护膜层和薄膜粘合在一起,但厚度和重量会进一步增加,性能改进效果有限,无法广泛使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种柔性透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法,通过在聚酰亚胺的有机膜层中含有无机纳米颗粒,得到一种内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜,从而有效改善了传统聚酰亚胺膜的耐热性、透明度以及尺寸稳定性能。
本发明提出的一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,所述聚酰亚胺薄膜为内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜。
优选地,所述无机纳米颗粒为Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO中的至少一种;优选地,所述无机纳米颗粒的粒径为10-100nm。
优选地,所述无机纳米颗粒的质量是所述聚酰亚胺薄膜质量的1-20wt%。
优选地,所述聚酰亚胺薄膜的玻璃化转变温度为360℃以上,线性热膨胀系数为30ppm/K以下,平均光透射率为85%以上。
本发明还提出上述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,包括如下步骤:
S1、将四羧酸二酐类单体与二胺类单体进行缩聚反应,得到聚酰胺酸;
S2、将经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒,与步骤S1中得到的聚酰胺酸混合充分,得到混合溶液;
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行热固化反应,即得到所述柔性透明聚酰亚胺薄膜。
优选地,所述四羧酸二酐类单体和二胺类单体的摩尔量之比为1-1.2:1。
优选地,所述四羧酸二酐类单体为芳香族或者脂环族四羧酸二酐,优选为4,4'-氧双邻苯二甲酸酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐中的至少一种;
所述二胺类单体为芳香族二胺单体,优选为2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯砜、4,4'-双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)苯、4,4'-双(2-甲基-4-氨基苯氧基)苯中的至少一种。
优选地,所述“经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒”采用下述方法制备得到:将偶联剂加入醇类溶剂中溶解完全,再加入无机纳米颗粒搅拌混合充分,烘干,研磨,得到所述经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒;
优选地,所述偶联剂为环氧基末端偶联剂,优选为2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种;所述偶联剂的用量是无机纳米颗粒质量的1-5wt%。
优选地,所述“热固化反应”具体包括:在80-90℃下加热10-20min,再升温至160-170℃加热1-2h,继续升温至200-210℃加热0.5-1h,再升温至350-360℃加热0.5-1h。
本发明还提出一种柔性液晶显示器,其包含上述柔性透明聚酰亚胺薄膜。
本发明所提出的柔性透明聚酰亚胺薄膜,其实质为内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜,该薄膜制备过程中,通过具有羧基和氨基的聚酰胺酸对经过环氧基末端偶联剂改性后的无机纳米颗粒进行有效分散和吸附,并在固化同时发生化学键合或相互作用,由此所获得的聚酰亚胺薄膜不仅有效地改善了聚酰亚胺与无机纳米颗粒之间的界面结合性能,使无机纳米颗粒能够更均匀地分散在聚酰亚胺膜基体中,而且赋予聚酰亚胺薄膜更加优良的综合性能。
具体实施方式
本发明中所提出的柔性透明聚酰亚胺薄膜中,所述聚酰亚胺薄膜为内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜。
上述聚酰亚胺薄膜可采用四羧酸二酐类单体和二胺类单体进行缩聚生成聚酰胺酸后,将该聚酰胺酸与经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒混匀,最后进行加热固化得到,该柔性透明聚酰亚胺薄膜中弥散分布有无机纳米颗粒。
优选地,上述四羧酸二酐原料可以为4,4'-氧双邻苯二甲酸酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐,但是并不限于此;
上述二胺类单体原料可以为2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯砜、4,4'-双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)苯、4,4'-双(2-甲基-4-氨基苯氧基)苯,但是并不限于此;
由四羧酸二酐类单体与二胺类单体进行缩聚反应获得聚酰胺酸时,可在自以往就已知的条件下进行,其中四羧酸二酐与二胺单体的添加顺序或添加方法并无特别限定。例如可以将所述四羧酸二酐类单体溶解在有机溶剂中,再加入二胺类单体,并在适宜的反应温度下进行聚合反应,由此获得聚酰胺酸溶液;其中关于四羧酸二酐类单体的加入量,相对于二胺类单体1mol,通常为1mol或者以上,1.2mol或者以下;关于反应温度,只要是可使反应进行的温度,则并无特别限制,通常为0℃以上,优选为5℃;关于反应时间,通常为5h以上,优选为8h;关于反应环境,可以是空气下,优选为惰性气体环境下;关于反应用的有机溶剂,并无特别限定,只要它可溶解聚酰胺酸即可,优选为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等酰胺系溶剂。
在利用偶联剂对无机纳米颗粒进行改性时,先将偶联剂加入溶剂中加热至完全溶解,再将无机纳米颗粒加入偶联剂溶液中,搅拌使无机纳米颗粒和偶联剂溶液充分接触,将溶剂烘干后,再用溶剂清洗无机纳米颗粒,真空干燥,即得到偶联剂表面修饰的无机纳米颗粒;其中,所述溶剂选自乙醇或甲苯,所述搅拌方式为机械搅拌和/或超声搅拌。
使聚酰胺酸形成聚酰亚胺薄膜时,先将上述经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒加入到聚酰胺酸中充分接触,再通过将该聚酰胺酸的溶液涂布到载体上并进行亚胺化过程成膜。优选为将聚酰胺酸的溶液用流延法涂布在洁净光滑的玻璃板上成膜,亚胺化反应可以使用已知的方法,本发明中优先采用热亚胺化,将该涂布成膜的玻璃板在80-90℃下加热10-20min,再升温至160-170℃加热1-2h,继续升温至200-210℃加热0.5-1h,再升温至350-360℃干燥0.5-1h,待温度降至室温后取出玻璃板,将其置于水中脱膜,最后置于80-100℃干燥箱中干燥除水,即得所述柔性透明聚酰亚胺薄膜。
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但是应该明确提出这些实施例用于举例说明,但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,其制备方法包括:
S1、在氮气氛围下,将10mmol 4,4'-氧双邻苯二甲酸酐加入到100mL的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯,在5℃条件下搅拌反应6h,得到聚酰胺酸溶液;
S2、将0.1mmol的2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷加入无水乙醇中,升温至50℃搅拌10min,再加入6mmol氧化铝颗粒(平均粒径为50nm),升温至100℃搅拌5h,140℃下烘干溶剂,无水乙醇洗涤后真空干燥,研磨,得到经过偶联剂改性后的氧化铝颗粒;将该经过偶联剂改性后的氧化铝颗粒加入到前述聚酰胺酸溶液中,再加入30mL的N,N-二甲基乙酰胺,在50℃下搅拌1h,得到混合溶液;
S3、将该混合溶液用流延法均匀涂覆在玻璃板上,溶液涂膜厚度控制为0.05mm,再将该玻璃板置于80℃的干燥箱中加热20min,升温至160℃,加热1h,继续升温至200℃,加热0.5h,再升温至350℃,加热1h,待温度降至25℃后取出玻璃板,将其置于水中脱膜,然后将薄膜置于100℃干燥箱中干燥除水,即得到所述柔性透明聚酰亚胺薄膜,该柔性透明聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果如表1中所示。
在该实施例中,平均粒径为50nm的氧化铝颗粒可参照下述方法制备得到:将2.5g异丙醇铝加入到100ml乙醇中,在室温下以400rpm的速度搅拌3h,接着在该速度搅拌条件下逐滴加入0.52mL氨水(0.15mol/L),室温下搅拌反应4h,将得到的粉末过滤,洗涤,干燥,即得到平均粒径为50nm的氧化铝颗粒。
其他实施例中提及的无机氧化物颗粒可同样参照该方法得到。
实施例2
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐加入到100mL的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例3
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐加入到100ml的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例4
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐加入到100ml的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 4,4'-二氨基二苯醚,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例5
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐加入到100ml的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 4,4'-二氨基二苯醚,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例6
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 4,4'-氧双邻苯二甲酸酐加入到100ml的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 4,4'-二氨基二苯砜,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例7
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S2的混合溶液制备中,加入6mmol二氧化硅颗粒(平均粒径为50nm),由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
实施例8
一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺膜的制备方法与实施例1相同,除了在步骤S2的混合溶液制备中,加入6mmol二氧化钛颗粒(平均粒径为50nm),由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
对比例1
一种聚酰亚胺薄膜,其制备方法包括:
S1、在氮气氛围下,将10mmol 4,4'-氧双邻苯二甲酸酐加入到100mL的N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯,在5℃条件下搅拌反应6h,得到聚酰胺酸溶液;
S2、将6mmol氧化铝颗粒(平均粒径为50nm)加入到上述聚酰胺酸溶液中,再加入30mL的N,N-二甲基乙酰胺,在50℃下搅拌1h,得到混合溶液;
S3、将该混合溶液用流延法均匀涂覆在玻璃板上,溶液涂膜厚度控制为0.05mm,再将该玻璃板放置于80℃的干燥箱中加热20min,升温至160℃,加热1h,继续升温至200℃,加热0.5h,再升温至350℃,加热1h,待温度降至25℃后取出玻璃板,将其置于水中脱膜,然后将薄膜置于100℃干燥箱中干燥除水,即得到所述聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果如表1中所示。
对比例2
一种聚酰亚胺薄膜,该聚酰亚胺薄膜的制备方法与对比例1相同,除了在步骤S1的聚酰胺酸溶液制备中,将10mmol 4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐加入100mL的N,N-二甲基乙酰胺溶剂中搅拌至溶解完全后,再加入10mmol 2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯,由此所获得的聚酰亚胺薄膜的相关性能测试结果同样如表1中所示。
将实施例1-8和对比例1-2获得的聚酰亚胺薄膜进行下述方法所示的性能测试,结果参照表1。
总光线透射率:用紫外-可见光谱测定总光线透射率。
线性热膨胀系数:使用热机械式分析装置,在氮气氛围下,施加50mN的荷重,以10℃/min的升温速度进行测定,求出平均值。
玻璃化转变温度:使用差式扫描热量计装置,在氮气氛围下,以10℃/min的升温速度条件下进行DSC测定,求出玻璃化转变温度。
力学性能:使用万能材料试验机,按照GB/T 1040.3-2006测定。
表1实施例1-8和对比例1-2对应获得的聚酰亚胺膜的测试结果
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性透明聚酰亚胺薄膜,其特征在于,所述聚酰亚胺薄膜为内部弥散有无机纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜。
2.根据权利要求1所述柔性透明聚酰亚胺薄膜,其特征在于,所述无机纳米颗粒为Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO中的至少一种;优选地,所述无机纳米颗粒的粒径为10-100nm。
3.根据权利要求1或2所述柔性透明聚酰亚胺薄膜,其特征在于,所述无机纳米颗粒的质量是所述聚酰亚胺薄膜质量的1-20wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述柔性透明聚酰亚胺薄膜,其特征在于,所述聚酰亚胺薄膜的玻璃化转变温度为360℃以上,线性热膨胀系数为30ppm/K以下,平均光透射率为85%以上。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将四羧酸二酐类单体与二胺类单体进行缩聚反应,得到聚酰胺酸;
S2、将经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒,与步骤S1中得到的聚酰胺酸混合充分,得到混合溶液;
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行热固化反应,即得到所述柔性透明聚酰亚胺薄膜。
6.根据权利要求5所述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,其特征在于,所述四羧酸二酐类单体和二胺类单体的摩尔量之比为1-1.2:1。
7.根据权利要求5或6所述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,其特征在于,所述四羧酸二酐类单体为芳香族或者脂环族四羧酸二酐,优选为4,4'-氧双邻苯二甲酸酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐中的至少一种;
所述二胺类单体为芳香族二胺单体,优选为2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯砜、4,4'-双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)苯、4,4'-双(2-甲基-4-氨基苯氧基)苯中的至少一种。
8.根据权利要求5-7任一项所述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,其特征在于,所述“经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒”采用下述方法制备得到:将偶联剂加入溶剂中溶解完全,再加入无机纳米颗粒搅拌混合充分,烘干,研磨,得到所述经过偶联剂改性后的无机纳米颗粒;
优选地,所述偶联剂为环氧基末端偶联剂,优选为2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种;所述偶联剂的用量是无机纳米颗粒质量的1-5wt%。
9.根据权利要求5-8任一项所述柔性透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,其特征在于,所述“热固化反应”具体包括:在80-90℃下加热10-20min,再升温至160-170℃加热1-2h,继续升温至200-210℃加热0.5-1h,再升温至350-360℃加热0.5-1h。
10.一种柔性液晶显示器,其特征在于,其包含权利要求1-4任一项所述柔性透明聚酰亚胺薄膜或者权利要求5-9任一项所述制备方法制备得到的柔性透明聚酰亚胺薄膜。
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Application publication date: 20201023 |