CN112752787A - 聚酰亚胺前驱体以及由其所得的聚酰亚胺和可挠性器件 - Google Patents

聚酰亚胺前驱体以及由其所得的聚酰亚胺和可挠性器件 Download PDF

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Abstract

一种聚酰亚胺前驱体,其特征在于:作为源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2‑双(三氟甲基)联苯胺的结构单元,作为源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4'‑(2,2'‑六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'‑氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元,且进行酰亚胺化时的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。

Description

聚酰亚胺前驱体以及由其所得的聚酰亚胺和可挠性器件
技术领域
本发明涉及一种兼具高透明性、低热膨胀系数、低延迟性(low retardation)、耐撕裂性(tear resistance),且作为形成显示装置的支撑基材等而有用的聚酰亚胺以及其前驱体和可挠性器件。
背景技术
有机EL(electroluminescence,电致发光)装置等显示装置或触摸屏被用作以电视之类的大型显示器或移动电话、个人计算机、智能手机等小型显示器为代表的各种显示器的构成构件。例如,有机EL装置一般是在作为支撑基板的玻璃基板上形成薄膜晶体管(thin film transistor,TFT),进而在其上依次形成电极、发光层及电极,并利用玻璃基板或多层薄膜等将这些气密密封而制成。另外,触摸屏为将形成有第一电极的第一玻璃基板与形成有第二电极的第二玻璃基板经由绝缘层(介电层)接合而成的构成。
这些构成构件为在玻璃基板上形成有各种功能层的层叠体。通过将所述玻璃基板替换成树脂基板,与使用现有的玻璃基板的构成构件相比,可进行薄型化、轻量化、可挠化。期待利用其来获得可挠性显示器等可挠性器件。另一方面,与玻璃相比,树脂的(i)尺寸稳定性、(ii)透明性、(iii)耐热性等差,因此正进行各种研究。作为树脂基板,特别活跃地研究了所述(i)~(iii)的特性比较优异的聚酰亚胺。
聚酰亚胺的特性依赖于构成其的单体(主要是二胺及四羧酸二酐)的组成。因此,为了制造所述特性优异的树脂基板,重要的是选择优异的单体。
作为所述优异的单体之一,可列举2,2-双(三氟甲基)联苯胺(2,2-bis(trifluoromethyl)benzidine,TFMB)。TFMB为含有氟的芳香族二胺。通过将其作为聚酰亚胺的单体而导入,可期待在聚酰亚胺基板中提高所述特性。进而,TFMB作为含有氟的芳香族二胺,具有制造成本比较小的产业上极其重要的优点。
就这些理由而言,大量进行使用TFMB的树脂基板的研究(专利文献1~专利文献5)。
然而,现状为即便为使用TFMB的聚酰亚胺,也未出现具有对于代替玻璃基板而言充分的特性的聚酰亚胺基板。
特别是为了在可挠性显示器用途中应用树脂基板,除所述(i)~(iii)的特性以外,重要的是(iv)树脂的双折射(延迟)低。其是为了获得鲜明的图像而需要的物性。延迟有基板的面内方向的延迟及基板的膜厚方向的延迟(Rth),特别是Rth就如下理由而言为重要的特性:若双折射率大,则有时图像会出现双重显示(double images)、颜色模糊(colorsbecome blurred)。但是,在专利文献1~专利文献4的任一者中,均未公开在使用TFMB的聚酰亚胺中Rth是否显示出充分低的值。
另外,作为对聚酰亚胺基板所要求的其他重要特性,可列举(v)大的撕裂传播阻力(high tear propagation resistance)。在可挠性器件的制造中,包括如下步骤:在玻璃等支撑基材上形成聚酰亚胺层,进而在其上形成功能层,剥离支撑基材,但自无机基板剥离膜时,需要一定以上的膜的机械强度、伸长率等力学特性,特别是若撕裂传播阻力小,则存在在剥离时膜断裂的问题。因此,对用作支撑基材的膜要求大的撕裂传播阻力。因此,本发明人等人在专利文献5中发现一种可同时满足尺寸稳定性、耐热性、透明性、及高撕裂传播阻力的使用TFMB的聚酰亚胺膜。
根据以上,为了将使用TFMB的聚酰亚胺基板应用作可挠性器件用的基板,除(i)尺寸稳定性、(ii)透明性、(iii)耐热性以外,特别要求(iv)Rth低、(v)撕裂传播阻力大。但是,在现有的技术中难以同时满足(i)~(v)的特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2012-040836号公报
专利文献2:国际公开2014/098235号
专利文献3:国际公开2015/125895号
专利文献4:国际公开2016/158825号
专利文献5:日本专利特开2015-187987号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种除优异的尺寸稳定性、透明性、耐热性以外,Rth低、撕裂传播阻力大的聚酰亚胺以及其前驱体。
解决问题的技术手段
本发明人等人进行了努力研究,结果发现特定的聚酰亚胺前驱体以及由其所得的聚酰亚胺能够满足所述特性,从而完成了本发明。
即,本发明的聚酰亚胺前驱体为具有源自二胺的结构单元与源自四羧酸二酐的结构单元的聚酰亚胺前驱体。
本发明的聚酰亚胺前驱体中,作为i)源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元,作为ii)源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元。而且,本发明的聚酰亚胺前驱体中经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,且撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
本发明的聚酰亚胺前驱体的重量平均分子量可为80,000~800,000的范围内。
将本发明的聚酰亚胺前驱体经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的膜厚度5μm~20μm下的伸长率可为10%以上。
将本发明的聚酰亚胺前驱体经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的膜的厚度方向的延迟(以膜厚度10μm换算后)可为65nm以下。
本发明的聚酰亚胺为具有源自二胺的结构单元与源自四羧酸二酐的结构单元的聚酰亚胺。本发明的聚酰亚胺中,作为i)源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元,作为ii)源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元。而且,本发明的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
本发明的聚酰亚胺在5μm~20μm的膜状态下的伸长率可为10%以上。
本发明的聚酰亚胺在膜状态下的厚度方向的延迟(以膜厚度10μm换算后)可为65nm以下。
本发明的聚酰亚胺中,作为i)源自二胺的结构单元,可以源自二胺的所有结构单元的80摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元。
本发明的聚酰亚胺中,作为ii)源自四羧酸二酐的结构单元,可以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的25摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元。
本发明的可挠性器件是在包含所述任一聚酰亚胺的聚酰亚胺层上形成有功能层而成。
发明的效果
本发明的聚酰亚胺前驱体或由其获得的聚酰亚胺除优异的尺寸稳定性、透明性、耐热性以外,Rth及撕裂传播阻力优异。特别是在使用4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐的情况下,低Rth优异。另外,在使用4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐的情况下,在制成5μm~20μm左右的薄膜膜时延伸率也优异。进而,由于使用TFMB作为原料单体,故可抑制制造成本,生产性非常优异。因此,例如适合作为显示装置、触摸屏等的树脂基板用聚酰亚胺膜,且可优选地应用作在聚酰亚胺膜的表面上在表面上形成有显示元件、发光元件、电路、ITO(indium tin oxide,氧化铟锡)等导电膜、金属网(metal mesh)、硬涂膜或者防止水分或氧等的渗透的阻气(gas barrier)膜等功能层的可挠性器件。
具体实施方式
本发明的聚酰亚胺前驱体为具有源自二胺的结构单元与源自四羧酸二酐(以下,也简称为“酸二酐”)的结构单元的聚酰亚胺前驱体,作为i)源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺(TFMB)的结构单元,作为ii)源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐(6FDA)及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐(ODPA)中的一种以上的结构单元。在对本发明的聚酰亚胺前驱体进行酰亚胺化而成的聚酰亚胺中,也原样地拥有这些结构单元。
另外,本发明的聚酰亚胺前驱体中进行酰亚胺化时的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,且撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
再者,聚酰亚胺前驱体及聚酰亚胺的结构单元及其比例取决于二胺与四羧酸二酐的种类与使用比例,因此结构单元的说明是通过二胺与酸二酐来进行说明。二胺与酸二酐的使用比例设为源自各自的结构单元的存在比例。
关于所述TFMB,就将其用作单体而制造的聚酰亚胺的(以下,也简称为“聚酰亚胺的”)耐热性、低热膨胀系数(低CTE(coefficient of thermal expansion))、透明性的观点而言,优选为包含所有二胺的80摩尔%以上,更优选为90摩尔%以上。
除TFMB以外,以对聚酰亚胺赋予所需的特性为目的,可使用其他二胺。在使用其他二胺的情况下,可以未满所有二胺的40摩尔%的范围使用,优选为未满20摩尔%,更优选为未满10摩尔%。
作为所述其他二胺,就聚酰亚胺的耐热性、低CTE的观点而言,可使用具有一个以上的芳香族环的二胺。若列举所述二胺的例子,则可列举:2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯(别名;2,2'-二甲基-联苯胺)、3,3'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯基醚、3,4'-二氨基二苯基醚、4,6-二甲基间苯二胺、2,5-二甲基对苯二胺、2,4-二氨基-1,3,5-三甲苯、4,4'-亚甲基二邻甲苯胺、4,4'-亚甲基二-2,6-二甲苯胺、4,4'-亚甲基-2,6-二乙基苯胺、2,4-甲苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、4,4'-二氨基二苯基丙烷、3,3'-二氨基二苯基丙烷、4,4'-二氨基二苯基乙烷、3,3'-二氨基二苯基乙烷、4,4'-二氨基二苯基甲烷、3,3'-二氨基二苯基甲烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]、丙烷4,4'-二氨基二苯基硫醚、3,3'-二氨基二苯基硫醚、4,4'-二氨基二苯基砜、3,3'-二氨基二苯基砜、4,4'-二氨基二苯基醚、3,3'-二氨基二苯基醚、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、联苯胺、3,3'-二氨基联苯、3,3'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、3,3'-二甲氧基联苯胺、4,4'-二氨基对三联苯、3,3'-二氨基对三联苯、双(对β-氨基-叔丁基苯基)醚、双(对β-甲基-δ-氨基戊基)苯、对双(2-甲基-4-氨基戊基)苯、对双(1,1-二甲基-5-氨基戊基)苯、1,5-二氨基萘、2,6-二氨基萘、2,4-双(β-氨基-叔丁基)甲苯、2,4-二氨基甲苯、间二甲苯-2,5-二胺、对二甲苯-2,5-二胺、间二甲苯二胺、对二甲苯二胺、2,6-二氨基吡啶、2,5-二氨基吡啶、2,5-二氨基-1,3,4-噁二唑、哌嗪、5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑等。
这些中,就聚酰亚胺的生成反应快、且为高透明的观点而言,更优选为4,4'-二氨基二苯基醚、4,6-二甲基间苯二胺、2,5-二甲基对苯二胺、2,4-二氨基-1,3,5-三甲苯、2,4-甲苯二胺、间苯二胺、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑或对苯二胺。进而优选为适合为2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑或4,4'-二氨基二苯基醚。
另外,作为所述其他二胺,就聚酰亚胺的低弹性、低残存应力等柔软性的观点而言,也可应用具有硅氧烷骨架的二胺。作为具有硅氧烷骨架的二胺,例如可列举二氨基丙基四甲基二硅氧烷、两末端氨基改性甲基苯基硅酮。
另外,作为所述其他二胺,就聚酰亚胺的透明性或低CTE的观点而言,也可应用具有脂环结构的二胺。作为具有脂环结构的二胺,例如可列举1,4-环己烷二羧酸。
关于选自所述6FDA及ODPA中的一种以上的单体,就将这些用作单体而制造的聚酰亚胺的耐热性、透明性的观点而言,包含合计为所有四羧酸二酐的20摩尔%以上,优选为包含25摩尔%以上。在6FDA的情况下,就低Rth的观点而言,下限优选为60摩尔%,更优选为80摩尔%,进而优选为90摩尔%。在ODPA的情况下,就低Rth的观点而言,优选为下限为25摩尔%,更优选为30摩尔%,进而优选为35摩尔%。另外,就低CTE的观点而言,在ODPA的情况下,上限优选为60摩尔%,更优选为50%,进而优选为40%。
除6FDA或ODPA以外,以对聚酰亚胺赋予所需的特性为目的,可使用其他四羧酸二酐。在使用其他四羧酸二酐的情况下,可以未满所有四羧酸二酐的40摩尔%的范围使用,优选为未满20摩尔%,更优选为未满10摩尔%。
作为所述其他四羧酸二酐,例如可列举:萘-2,3,6,7-四羧酸二酐、萘-1,2,5,6-四羧酸二酐、萘-1,2,6,7-四羧酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四羧酸二酐、萘-1,2,4,5-四羧酸二酐、萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、萘-1,2,6,7-四羧酸二酐、4,8-二甲基-1,2,3,5,6,7-六氢萘-1,2,5,6-四羧酸二酐、4,8-二甲基-1,2,3,5,6,7-六氢萘-2,3,6,7-四羧酸二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、1,4,5,8-四氯萘-2,3,6,7-四羧酸二酐、2,2',3,3'-联苯四羧酸二酐、2,3,3',4'-联苯四羧酸二酐、3,3”,4,4”-对三联苯四羧酸二酐、2,2”,3,3”-对三联苯四羧酸二酐、2,3,3”,4”-对三联苯四羧酸二酐、2,2-双(2,3-二羧基苯基)-丙烷二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)-丙烷二酐、双(2,3-二羧基苯基)醚二酐、双(2,3-二羧基苯基)甲烷二酐、双(3,4-二羧基苯基)甲烷二酐、双(2,3-二羧基苯基)砜二酐、双(3,4-二羧基苯基)砜二酐、1,1-双(2,3-二羧基苯基)乙烷二酐、1,1-双(3,4-二羧基苯基)乙烷二酐、苝-2,3,8,9-四羧酸二酐、苝-3,4,9,10-四羧酸二酐、苝-4,5,10,11-四羧酸二酐、苝-5,6,11,12-四羧酸二酐、菲-1,2,7,8-四羧酸二酐、菲-1,2,6,7-四羧酸二酐、菲-1,2,9,10-四羧酸二酐、环戊烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、吡嗪-2,3,5,6-四羧酸二酐、吡咯烷-2,3,4,5-四羧酸二酐、噻吩-2,3,4,5-四羧酸二酐、(三氟甲基)均苯四甲酸二酐、二(三氟甲基)均苯四甲酸二酐、二(七氟丙基)均苯四甲酸二酐、五氟乙基均苯四甲酸二酐、双{3,5-二(三氟甲基)苯氧基}均苯四甲酸二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、5,5'-双(三氟甲基)-3,3',4,4'-四羧基联苯二酐、2,2',5,5'-四(三氟甲基)-3,3',4,4'-四羧基联苯二酐、5,5'-双(三氟甲基)-3,3',4,4'-四羧基二苯基醚二酐、5,5'-双(三氟甲基)-3,3',4,4'-四羧基二苯甲酮二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}苯二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}三氟甲基苯二酐、双(二羧基苯氧基)三氟甲基苯二酐、双(二羧基苯氧基)双(三氟甲基)苯二酐、双(二羧基苯氧基)四(三氟甲基)苯二酐、2,2-双{4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基}六氟丙烷二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}联苯二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}双(三氟甲基)联苯二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}二苯基醚二酐、双(二羧基苯氧基)双(三氟甲基)联苯二酐等。另外,这些可单独使用或者也可并用两种以上。
作为其他四羧酸二酐,优选为能够对聚酰亚胺赋予强度与柔软性、低CTE性的均苯四甲酸二酐(pyromellitic dianhydride,PMDA)、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-biphenyl tetracarboxylic dianhydride,BPDA)。
另外,就耐热性、透明性优异、且可将CTE控制于适当的范围而言,优选为1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐(1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride,CBDA)、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐(1,2,4,5-cyclohexane tetracarboxylic dianhydride,CHDA)。
再者,本发明的聚酰亚胺前驱体可为一种聚酰亚胺前驱体,也可为两种以上的聚酰亚胺前驱体的混合物。在后者的情况下,各原料单体的优选的含有率是作为所述混合物相对于所有结构单元的含有率而计算。
本发明的聚酰亚胺前驱体中,经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,且撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。为了表现出这些的优异的特性,优选为将聚酰亚胺前驱体的重量平均分子量(Mw)设为80,000~800,000。作为将Mw设为这一范围的方法,可列举将四羧酸二酐及二胺的投入比等反应条件最优选化。
作为反应条件的最优选化的方法,可列举:(I)在反应溶媒中的高基质浓度下的聚合、(II)原料单体的投入比、(III)清漆的反应条件(温度、时间)。
在进行(I)高基质浓度下的聚合的情况下,调整原料溶液中的原料单体的固体成分浓度。在将固体成分浓度加以最优选化的情况下,优选为将清漆中的包含所述二胺及四羧酸二酐的单体群的固体成分浓度设为10wt%~40wt%。由此,撕裂传播阻力变高。
一般而言,分子间反应有如下倾向:通过提高反应基质浓度,单体分子的碰撞概率提高而反应率变高。
但是,若反应基质浓度过高、即单体在溶剂中的浓度超过40wt%,则经高分子量化的聚酰亚胺前驱体无法充分溶解而析出,明显难以形成薄膜。就所述观点而言,更优选的下限为12wt%,进而优选为17wt%。另外,更优选的上限为30wt%,进而优选为25wt%。
在选择溶解性或反应活性低的单体的情况下,为了适当地进行聚合,可添加研究各单体的添加顺序、在有机溶媒中添加各单体后加热并搅拌、在有机溶媒中添加各单体后照射超声波等步骤。
(II)投入比的最优选化如所述那样,只要调节作为原料单体的二胺与四羧酸二酐的使用量即可。具体而言,为了获得适当的分子量的清漆,优选为以0.985~1.003的范围调整四羧酸二酐/二胺的摩尔比率。进而更优选为0.987~1.002的范围。由此,撕裂传播阻力变高。
一般而言,在由酸二酐与二胺进行加成聚合的聚酰亚胺的情况下,有四羧酸二酐/二胺的摩尔比率越接近1则分子量变最高的倾向。另一方面,越远离1,则随着聚合反应的进行,末端官能基偏向酸酐结构或氨基中的任一者,末端的反应无法进行,难以进行高分子量化。如所述那样,若分子量过大,则有产生如下不良情况的倾向:粘度过高而难以制膜、伸长率降低等。另一方面,若分子量过小,则有聚酰亚胺的撕裂传播阻力降低的倾向。另外,有无法获得Rth的降低效果的倾向。
而且,各单体的反应活性不同。因此,酸酐/二胺的摩尔比率相对于投入比发生大幅变动而变得过大或过小,即便四羧酸二酐/二胺的摩尔比率在投入时为1,也有时无法形成充分高的分子量。相对于此,本发明的聚酰亚胺前驱体选择适当的单体,选择适合各单体的四羧酸二酐/二胺的摩尔比率,由此可将聚酰亚胺前驱体的Mw设为80,000~800,000的范围内。进而,经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
为了将四羧酸二酐/二胺的摩尔比率设为适当的范围,可添加变更各单体相对于有机溶媒的添加顺序、在有机溶媒中添加各单体后加热并搅拌、在有机溶媒中添加各单体后照射超声波等步骤。
在将(III)反应条件加以最优选化的情况下,优选为经过将包含所述二胺及四羧酸二酐的单体群在有机溶剂中以35℃~50℃加热1小时~10小时的步骤。由此,撕裂传播阻力变高。一般而言,关于包含二胺及四羧酸二酐的单体群在有机溶剂中的反应条件,有如下倾向:反应温度越高,越难以控制聚合反应而产生凝胶化等不良情况。因此,为了溶解所使用的单体,虽有时提高反应温度,但一般而言尽量在低温下进行反应。
相对于此,本发明的聚酰亚胺前驱体即便在有机溶剂中的反应温度高,也可将聚酰亚胺前驱体的Mw设为80,000~800,000的范围内。优选为将具体的反应温度设为35℃~50℃,且将反应时间设为1小时~10小时。即便在此种反应条件下,所获得的本发明的聚酰亚胺前驱体的Mw也为80,000~800,000的范围内,并且经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
进而,如所述那样,由于选择适当的单体,因此特别是在使用6FDA的情况下,可获得黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下、热膨胀系数为100ppm/K以下的聚酰亚胺。在加热温度未满35℃时,无法获得高分子量的树脂,从而无法获得撕裂传播阻力的提高效果或Rth的降低效果。另一方面,若超过50℃,则发生聚合的逆反应,无法获得高分子量的树脂。在加热时间未满1小时时,无法获得高分子量的树脂,从而无法获得撕裂传播阻力的提高效果或Rth的降低效果。另一方面,若加热时间超过10小时,则发生聚合的逆反应,无法获得高分子量的树脂。
特别是就将Rth抑制得低的观点而言,加热温度优选为40℃~50℃,且加热时间优选为1小时~6小时,更优选为1小时~4小时。
为了提高聚合度,优选为在35℃~50℃下加热1小时~10小时的步骤之后,进而经过在5℃~35℃下搅拌5小时以上的步骤。搅拌温度更优选为10℃~35℃,进而优选为15℃~30℃。另外,搅拌时间进而优选为10小时以上。如此,通过花费充分的时间实施搅拌步骤,聚酰亚胺前驱体的聚合度变高,容易获得Mw为80,000~800,000的聚酰亚胺前驱体。
所述(I)~(III)的方法可分别单独适应,但更优选为组合(I)~(III)的方法来进行。通过将这些方法加以最优选化,所获得的聚酰亚胺前驱体的Mw为80,000~800,000的范围内,并且经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
特别是在使用6FDA的情况下,通过所述步骤,将聚酰亚胺的Rth抑制得低,Rth(以膜厚度10μm换算后)为65nm以下。
另外,在使用ODPA的情况下,即便在制成厚度为5μm~20μm左右的薄膜聚酰亚胺膜时,延伸率也优异。具体而言,在厚度为10μm左右的聚酰亚胺膜时延伸率(也称为“伸长率”)为20%以上,即便是厚度为6μm左右的聚酰亚胺膜,延伸率也可保持10%以上的值。进而将组成加以最优选化,由此厚度为6μm左右的聚酰亚胺膜的延伸率相对于厚度为10μm左右的聚酰亚胺膜的延伸率可保持70%以上。
近年来,电子机器的小型化、轻量化不断发展,因此在可挠性器件中也要求比之前更薄。在使用ODPA的情况下,可在此种用途中特别优选地使用。
作为有机溶媒,优选为极性溶媒,可列举:N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、2-丁酮、二乙二醇二甲醚、二甲苯等。另外,为了提高溶解性,可追加二甲苯、己烷等。更优选为N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮。
另外,在所述加热时,可在大气中进行,优选为在氮气气流下进行。另外,可利用单胺或单羧酸二酐对聚酰亚胺前驱体的分子末端进行密封。
本发明的聚酰亚胺是对本发明的聚酰亚胺前驱体进行酰亚胺化而获得。酰亚胺化可利用热酰亚胺化法或化学酰亚胺化法等来进行。
热酰亚胺化是通过以下方式来进行:在玻璃、金属、树脂等任意的支撑基材上,使用敷料器涂布聚酰亚胺前驱体,在150℃以下的温度下进行2分钟~60分钟预干燥并去除溶媒后,为了进行酰亚胺化而通常自室温阶段性地将温度升温,至450℃为止进行10分钟~20小时左右的热处理。能够根据所需的机械特性来变更热处理温度。就聚酰亚胺的耐热性、机械强度的观点而言,优选为用以进行酰亚胺化的热处理的最高温度为350℃~450℃,更优选为360℃~400℃。另外,热酰亚胺化中,若对酸二酐或二胺的种类、溶剂的种类的组合进行选择,则酰亚胺化以较短的时间完成,包括预加热在内的热处理也能够在60分钟以内进行。再者,在涂布聚酰亚胺前驱体时,可制成使聚酰亚胺前驱体溶解于现有的溶媒中而成的聚酰亚胺前驱体溶液来进行涂布。
化学酰亚胺化是在聚酰亚胺前驱体溶液中加入脱水剂与催化剂,在30℃~60℃下进行化学性脱水。作为代表性的脱水剂,可例示乙酸酐,作为催化剂,可例示吡啶。
化学酰亚胺化有容易混入杂质、步骤繁杂的担忧,因此优选为利用热酰亚胺化法进行。
再者,可对一种聚酰亚胺前驱体进行酰亚胺化,也可将两种以上的聚酰亚胺前驱体混合而一次进行酰亚胺化。
关于本发明的聚酰亚胺前驱体及聚酰亚胺的优选的聚合度,作为聚酰亚胺前驱体溶液的利用E型粘度计测定的粘度,为1,000cP~100,000cP,优选为可处于3,000cP~10,000cP的范围。另外,聚酰亚胺前驱体的分子量可利用GPC(gel permeationchromatography,凝胶渗透色谱)法来求出。聚酰亚胺前驱体的优选的分子量范围(聚苯乙烯换算)理想的是数量平均分子量(Mn)为15,000~250,000、重量平均分子量(Mw)为80,000~800,000的范围。再者,聚酰亚胺的分子量也处于与其前驱体的分子量同等的范围。若Mw未满80,000,则有聚酰亚胺的撕裂传播阻力降低的倾向,若超过800,000,则有如下倾向:粘度过高而难以制膜,或生成凝胶而膜变得不均匀,由此撕裂传播阻力降低。在使用6FDA而未使用ODPA的情况下,更优选为Mw的下限为220,000,进而优选为230,000。另外,在使用ODPA而未使用6FDA的情况下,更优选为Mw的下限为180,000,进而优选为200,000。
再者,在并用6FDA及ODPA的情况下,Mw的优选的下限可根据6FDA及ODPA的摩尔分率来求出。即,在将聚酰亚胺前驱体及聚酰亚胺中的6FDA及OPDA的使用量的合计设为α摩尔、将6FDA的使用量设为β摩尔、将使用6FDA而未使用ODPA时的优选的Mw的下限设为γ、将使用ODPA而未使用6FDA时的优选的Mw的下限设为δ的情况下,Mw的优选的下限ε是由
ε=γ×β/α+δ×(α-β)/α
来表示。
对本发明的聚酰亚胺前驱体进行酰亚胺化而得的本发明的聚酰亚胺如所述那样,黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,且撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上,优选为Rth(以膜厚度10μm换算后)为65nm以下,CTE为100ppm/K以下。
本发明的聚酰亚胺的黄色度(YI)可为10以下,优选为6以下,更优选为4以下。若为这一范围,则可优选地用于有机EL装置用TFT基板、触摸屏基板、彩色滤光片基板等要求透明性或着色少的基板。
如所述那样,本发明的聚酰亚胺的撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。若未满1.0mN/μm,则例如在聚酰亚胺层上搭载显示元件等功能层,并自支撑基材剥离聚酰亚胺层的步骤等中,担心聚酰亚胺层断裂。更优选的范围为1.3mN/μm以上。进而优选的范围为1.5mN/μm以上。
另外,就耐热性的观点而言,本发明的聚酰亚胺的玻璃化温度(Tg)可为250℃以上,优选为300℃以上。另外,热分解温度(1%重量减少温度,Td1)可为400℃以上。
另外,本发明的聚酰亚胺的Rth可为65nm以下,优选为45nm以下,更优选为40nm以下,进而优选为30nm以下。若为这一范围,则例如在用作触摸屏基板的情况下,视认性等光学特性优异。
就可挠性器件用基板的透明性的观点而言,本发明的聚酰亚胺在厚度10μm~15μm的膜的状态下,可见区域的总光线透过率可为70%以上,优选为80%以上。另外,在厚度10μm~15μm的聚酰亚胺膜的状态下,450nm的透光率优选为70%以上,更优选为80%以上。
本发明的聚酰亚胺的CTE可为100ppm/K以下,优选为-10ppm/K~80ppm/K的范围内。若CTE未满-10ppm/K或超过80ppm/K,则有时产生如下问题:因显示元件搭载时的热应力而在显示装置产生翘曲或裂纹或者发生剥离等。CTE更优选为0ppm/K~80ppm/K的范围内。特别是在使用ODPA的情况下,通过组成的最优选化,优选为将CTE的上限设为40ppm/K,更优选为设为30ppm/K,最优选为设为20ppm/K。
将本发明的聚酰亚胺前驱体制成聚酰亚胺的方法并无限制,在将聚酰亚胺用作树脂基板的情况下,有利的是以膜状或包含聚酰亚胺层的层叠体的形式获得。
优选为可利用如下方法的任一方法获得聚酰亚胺层叠体:(1)将包含聚酰亚胺前驱体的树脂溶液(树脂组成物)涂布于支撑基材上后进行干燥、热处理(酰亚胺化)的方法;(2)将在液相中完成了酰亚胺化的树脂溶液涂布于支撑基材上并进行干燥的方法;(3)将另行制作的聚酰亚胺膜贴附至另一支撑基材上的方法。就生产效率的观点而言,理想的是如所述(1)的方法那样在支撑基材上进行酰亚胺化而直接制成层叠体,并视需要将其剥离而制成膜。此处,作为支撑基材,若可确保可耐受形成聚酰亚胺层时的加热的耐热性或自聚酰亚胺层叠体剥离支撑基材时的剥离性,则可应用树脂基材、玻璃基材、金属基材等现有的支撑基材。就聚酰亚胺层的低Rth的观点而言,优选为玻璃及聚酰亚胺膜,更优选为聚酰亚胺膜。
本发明的聚酰亚胺适合作为在包含本发明的聚酰亚胺的聚酰亚胺层上形成有功能层而成的可挠性器件。所述情况下的聚酰亚胺层可为单层,也可设为包含多层。在单层的情况下,可设为具有3μm~100μm的范围内的厚度。另一方面,在多层的情况下,只要为主要的聚酰亚胺层具有所述厚度的聚酰亚胺膜即可。此处,所谓“主要的聚酰亚胺层”是指在多层聚酰亚胺中厚度占最大比率的聚酰亚胺层,且为包含本发明的聚酰亚胺的层,优选为可将其厚度设为3μm~100μm的范围内,进而优选为4μm~50μm的范围内。
本发明的聚酰亚胺可制成具有所述聚酰亚胺层的层叠体,并在其聚酰亚胺层表面上形成具有各种功能的元件层等(功能层)。若列举功能层的例子,则为以液晶显示装置、有机EL显示装置、触摸屏、电子纸为代表的显示装置,可列举:彩色滤光片等显示装置或这些的构成零件。另外,例如也包括包含有机EL照明装置、触摸屏装置、层叠有ITO等的导电性膜、触摸屏用膜、防止水分或氧等的渗透的阻气膜、可挠性电路基板的构成零件等在内的随附于所述显示装置而使用的各种功能装置。即,此处所述的“功能层”例如不仅包括液晶显示装置、有机EL显示装置、及彩色滤光片等的构成零件,而且也包括将有机EL照明装置、触摸屏装置、有机EL显示装置的电极层或发光层、阻气膜、接着膜、薄膜晶体管(TFT)、液晶显示装置的配线层或透明导电层等的一种或两种以上组合而成者。
功能层的形成方法可根据目标器件来适宜设定形成条件,一般而言可使用在聚酰亚胺膜上形成金属膜、无机膜、有机膜等后视需要图案化为规定的形状、或进行热处理等现有的方法。即,关于用以形成这些显示元件的手段并无特别限制,例如可适宜选择溅射、蒸镀、CVD(chemical vapor deposition,化学气相沉积)、印刷、曝光、浸渍等,在必要情况下也可在真空腔室内等进行这些工艺处理。而且,对支撑基材与聚酰亚胺膜进行的分离可在经由各种工艺处理而形成功能层之后立即进行,也可在一定程度的期间内预先与基材成为一体,例如在即将用作显示装置之前进行分离而加以去除。
以下,作为本发明的可挠性器件的一例,对作为功能层的底部发光结构的有机EL显示装置的制造方法的概略进行以下说明。
在含有本发明的聚酰亚胺的聚酰亚胺膜(以下,有时记作“本发明的聚酰亚胺膜”)上设置阻气层而形成可阻止水分或氧的透湿的结构。其次,在阻气层的上表面形成包含薄膜晶体管(TFT)的电路构成层。所述情况下,在有机EL显示装置中主要选择动作速度快的LTPS(low temperature poly-silicon,低温多晶硅)-TFT作为薄膜晶体管。所述电路构成层是对在其上表面以矩阵状配置有多个的像素区域中的各个形成例如包含氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)的透明导电膜的阳极电极而构成。进而,在阳极电极的上表面形成有机EL发光层,并在所述发光层的上表面形成阴极电极。所述阴极电极共通地形成于各像素区域。而且,以被覆所述阴极电极表面的方式再次形成阻气层,进而在最表面设置密封基板以保护表面。就可靠性的观点而言,理想的是也在所述密封基板的阴极电极侧的表面层叠阻止水分或氧的透湿的阻气层。再者,有机EL发光层是由空穴注入层-空穴传输层-发光层-电子传输层等多层膜(阳极电极-发光层-阴极电极)形成,特别是有机EL发光层会因水分或氧而劣化,因此通过真空蒸镀来形成,也包括电极形成在内一般而言是在真空中连续地形成。
自所述有机EL显示装置的发光层发出的光的波长主要为440nm至780nm,故作为有机EL显示装置中所使用的透明树脂基板,要求在这一波长区域中的平均透过率至少为80%以上。另一方面,在通过UV(ultraviolet,紫外)激光光的照射进行玻璃基材等支撑基材与聚酰亚胺层的剥离的情况下,若UV激光光的波长下的透过率高,则需要另外设置吸收/剥离层,由此生产性降低。所述剥离中目前一般使用308nm激光装置。为了进行激光剥离,聚酰亚胺本身需要充分吸收308nm激光光,理想的是尽量不使光透过。就此种观点而言,本发明的聚酰亚胺膜在308nm下的透过率优选为1%以下,进而优选为0.5%以下。
实施例
以下,基于实施例及比较例来对本发明进行具体说明。再者,本发明并不受这些内容限制。
示出实施例及比较例中使用的材料的略号及评价方法。
(酸二酐)
·6FDA:4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐
·ODPA:4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐
·PMDA:均苯四甲酸酐
(二胺)
·TFMB:2,2-双(三氟甲基)联苯胺
·m-TB:2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯
(溶剂)
·NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮
·DMAc:二甲基乙酰胺
(透光率T450及黄色度YI)
利用岛津(SHIMADZU)UV-3600分光光度计对聚酰亚胺膜(50mm×50mm)求出450nm下的透光率(T450)。
另外,基于下式(1)所表示的计算式来算出YI(黄色度)。
YI=100×(1.2879X-1.0592Z)/Y…(1)
[此处,X、Y、Z为由日本工业标准(Japanese Industrial Standards,JIS)Z 8722规定的试验片的三刺激值。]
然后,算出下式(2)所表示的以厚度10μm换算而得的值YI(10)。
YI(10)=(YI/厚度[μm])×10…(2)
(热膨胀系数;CTE)
利用热机械分析(thermomechanical analysis,TMA)装置(日立高新技术科技(Hitachi High-Tech Science)公司制造;品名TMA/AA6100),一面对聚酰亚胺膜(3mm×15mm)施加5.0g的负荷,一面以一定的升温速度(10℃/min)自30℃升温至280℃,在280℃下保持10分钟,继而自280℃降温至30℃,并根据250℃~100℃的降温时的聚酰亚胺膜的伸长量测定CTE。
(总光线透过率;TT)
利用雾度计(日本电色工业公司制造;品名雾度计(HAZE METER)NDH500)对聚酰亚胺膜(50mm×50mm)测定总光线透过率。
(玻璃化温度;Tg)
利用动态粘弹性测定装置(日本TA仪器(TA Instruments Japan)公司制造;品名RAS-G2)对聚酰亚胺膜(5mm×70mm)测定以5℃/min自23℃升温至450℃时的动态粘弹性,并将显示出tanδ极大值的温度设为玻璃化温度(Tg)。
(厚度方向的延迟;Rth)
首先,准备为了变更入射至试样的光的入射角而安装使试样旋转的旋转装置的双折射、相位差评价装置(光子晶格(Photonic-Lattice)股份有限公司制造,WPA-100)。利用此装置来测定聚酰亚胺膜(50mm×50mm)在波长543nm下的延迟的入射角依赖性。
对所述测定数据进行数值分析,求出厚度方向的延迟Rth。将以膜厚度10μm换算后的值设为Rth10。
(撕裂传播阻力)
准备聚酰亚胺膜(63.5mm×50mm)的试验片,在试验片上切入长度12.7mm的切口,使用轻负荷撕裂试验机(东洋精机公司制造)并在室温下测定撕裂传播阻力值。测定的撕裂传播阻力值表示为每单位厚度的阻力值(kN/m)。
(分子量Mw)
分子量是利用凝胶渗透色谱法(东曹股份有限公司制造,商品名;HLC-8220GPC)来测定。作为标准物质,使用聚苯乙烯,展开溶媒是使用N,N-二甲基乙酰胺。
(拉伸强度、及拉伸伸长率)
准备聚酰亚胺膜(10mm×15mm)的试验片,使用腾喜龙(Tensilon)万能试验机(奥立特(Orientec)股份有限公司制造,RTA-250),以拉伸速度10mm/min进行拉伸试验。算出5个样品的平均值,设为拉伸伸长率与拉伸强度。
依据下述的合成例来制备聚酰亚胺前驱体溶液A~聚酰亚胺前驱体溶液C、聚酰亚胺前驱体溶液H~聚酰亚胺前驱体溶液T。
(合成例1)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中使156.45g的TFMB溶解于2125g的DMAc中。继而,加入218.99g的6FDA。再者,将酸二酐(a)与二胺(b)的摩尔比(a/b)设为1.009。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌10小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(polyimide,PI)前驱体溶液A(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液A的Mw等示于表1中。
(合成例2)
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中使6.28g的TFMB及8.72g的6FDA溶解于85g的DMAc中。再者,将酸二酐(a)与二胺(b)的摩尔比(a/b)设为1.0。对此溶液一面搅拌一面自室温升温至80℃为止,在80℃下持续搅拌6小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液B(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液B的Mw等示于表1中。
(合成例3)
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中使6.28g的TFMB溶解于85g的DMAc中。继而,加入8.72g的6FDA。再者,将酸二酐(a)与二胺(b)的摩尔比(a/b)设为1.0。对于此溶液,不进行加热而在室温(20℃)下持续搅拌3小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液C(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液C的Mw等示于表1中。
(合成例4)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表1的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌10小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液H(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液H的Mw等示于表1中。
(合成例5)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表1的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌10小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液I(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液I的Mw等示于表1中。
(合成例6)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表1的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌30小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液J(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液J的Mw等示于表1中。
(合成例7)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌30小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液K(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液K的Mw等示于表2中。
(合成例8)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌30小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液L(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液L的Mw等示于表2中。
(合成例9)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在室温(23℃)下将此溶液加热3小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌3小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液M(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液M的Mw等示于表2中。
(合成例10)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌30小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液N(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液N的Mw等示于表2中。
(合成例11)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。对此溶液一面搅拌一面自室温升温至80℃为止,在80℃下持续搅拌6小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液O(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液O的Mw等示于表2中。
(合成例12)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。对于此溶液,不进行加热而在室温(20℃)下持续搅拌3小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液P(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液P的Mw等示于表2中。
(合成例13)
在氮气气流下,在3000ml的可分离式烧瓶中,如表2的组成那样,使二胺溶解于NMP中,继而加入酸二酐。在45℃下将此溶液加热2小时而使内容物溶解,之后,在室温下对溶液持续搅拌30小时以进行聚合反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液T(粘稠的溶液)。将组成、固体成分浓度、聚酰亚胺(PI)前驱体溶液T的Mw等示于表2中。
[表1]
合成例1 合成例2 合成例3 合成例4 合成例5 合成例6
TFMB(g) 156.45 6.28 6.28 199.19 212.47 190.34
6FDA(g) 218.99 8.72 8.72 81.98 36.66
ODPA(g) 184.66
PMDA(g) 93.83 125.87
DMAc(g) 2125 85 85
NMP(g) 2125 2125 2125
合计(g) 2500 100 100 2500 2500 2500
固体成分浓度(wt%) 15 15 15 15 15 15
a/b 1.009 1.0 1.0 0.989 0.995 1.0015
PI前驱体的Mw 250000 850000 70000 340000 540000 366000
PI前驱体溶液 A B C H I J
[表2]
合成例7 合成例8 合成例9 合成例10 合成例11 合成例12 合成例13
TFMB(g) 213.25 209.85 224.52 206.55 190.34 190.34 253.79
6FDA(g)
ODPA(g) 61.29 80.42 98.94 184.66 184.66 246.21
PMDA(g) 100.46 84.73 150.48 69.5
NMP(g) 2125 2125 2125 2125 2125 2125 2000
合计(g) 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500
固体成分浓度(wt%) 15 15 15 15 15 15 20
a/b 0.989 0.989 0.985 0.989 1.0015 1.0015 1.002
PI前驱体的Mw 25000 31000 189000 350000 70000 30000 530000
PI前驱体溶液 K L M N O P T
合成例14
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中加入50g的合成例9中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液M。继而,加入50g的合成例10中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液N。在室温下搅拌3小时,获得高粘稠的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液Q。
合成例15
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中加入50g的合成例8中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液L。继而,加入50g的合成例5中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液I。在室温下搅拌3小时,获得高粘稠的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液S。
合成例16
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中加入50g的合成例10中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液N。继而,加入50g的合成例5中所获得的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液I。在室温下搅拌3小时,获得高粘稠的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液R。
(实施例1)
在合成例1中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液A中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的75μm的聚酰亚胺膜(宇部兴产制造的优匹莱克斯(UPILEX)-S)上。继而,在100℃下进行15分钟加热。然后,在氮气环境中以10分钟自100℃升温至400℃为止,从而在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺A)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜A。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜A的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(实施例2)
在合成例1中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液A中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的75μm的聚酰亚胺膜(宇部兴产制造的优匹莱克斯(UPILEX)-S)上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。其次,一面利用握持工具保持支撑基材的宽度方向的膜端部,一面将支撑基材搬入加热炉中,以约30℃/min的升温速度自180℃至360℃为止进行热处理,并且将支撑基材沿宽度方向延伸10%,在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺B)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜B。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜B的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(实施例3)
在合成例1中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液A中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的75μm的聚酰亚胺膜(宇部兴产制造的优匹莱克斯(UPILEX)-S)上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。其次,一面利用握持工具保持支撑基材的宽度方向的膜端部,一面将支撑基材搬入加热炉中,以约30℃/min的升温速度自180℃至360℃为止进行热处理,并且将支撑基材沿宽度方向延伸20%,在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺C)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜C。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜C的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(实施例4)
在合成例1中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液A中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的75μm的聚酰亚胺膜(宇部兴产制造的优匹莱克斯(UPILEX)-S)上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。其次,在氮气环境中,以一定的升温速度(4℃/min)自室温升温至360℃为止,进而在360℃下保持10分钟。之后,在氮气环境中花费3小时恢复至室温而在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺D)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜D。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜D的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(实施例5)
在合成例1中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液A中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的100μm的玻璃基板上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。其次,在氮气环境中,以一定的升温速度(4℃/min)自室温升温至370℃为止,进而在370℃下保持30分钟。之后,在氮气环境中花费4小时恢复至室温而在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺E)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜E。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜E的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(比较例1)
在合成例2中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液B中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的100μm的玻璃基板上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。之后,在350℃下进行30分钟加热,从而在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺F)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜F。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜F的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
(比较例2)
在合成例3中所获得的聚酰亚胺前驱体溶液C中加入溶剂DMAc,以粘度成为4000cP的方式进行稀释后,使用棒涂机,以酰亚胺化后的聚酰亚胺层的厚度成为约10μm的方式涂敷于作为支撑基材的100μm的玻璃基板上。继而,在120℃下加热10分钟而加以干燥并进行溶剂去除。其次,在氮气环境中,以一定的升温速度(4℃/min)自室温升温至360℃为止,进而在360℃下保持10分钟。之后,在氮气环境中花费3小时恢复至室温而在支撑基材上形成聚酰亚胺层(聚酰亚胺G)。自其剥离支撑基材而获得聚酰亚胺(PI)膜G。所述剥离是通过以下方式来进行:利用切割刀仅对所形成的聚酰亚胺层切出一周切口以决定进行剥离的范围后,利用镊子自支撑基材进行剥离。再者,聚酰亚胺(PI)膜G的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表3中。
对所获得的聚酰亚胺(PI)膜A~聚酰亚胺(PI)膜G进行各种评价。将结果示于表3中。
(实施例6~实施例14、比较例3~比较例5)
代替聚酰亚胺前驱体溶液A而分别使用表4及表5所示的聚酰亚胺前驱体溶液,除此以外以与实施例5相同的条件,在作为支撑基材的100μm的玻璃基板上形成厚度10μm的聚酰亚胺层,继而获得聚酰亚胺(PI)膜。所获得的聚酰亚胺层及聚酰亚胺(PI)膜的种类也记载于表4及表5中。
再者,所获得的聚酰亚胺(PI)膜的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表4及表5中。
(实施例15~实施例23)
分别使用表6所示的聚酰亚胺前驱体溶液,以使酰亚胺化后的聚酰亚胺层成为表6所示的厚度的方式涂敷于作为支撑基材的100μm的玻璃基板上,除此以外以与实施例5相同的条件形成聚酰亚胺层,继而获得聚酰亚胺(PI)膜。所获得的聚酰亚胺层及聚酰亚胺(PI)膜的种类也记载于表6中。再者,所获得的聚酰亚胺(PI)膜的厚度、CTE、Tg、TT、T450、Rth10、YI(10)、撕裂传播阻力、伸长率及强度是示于表6中。
[表3]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 比较例1 比较例2
PI膜 A B C D E F G
PI厚度(μm) 10 10 10 10 10 10 10
CTE(ppm/K) 69 67 66 69 70 53 -
Tg(℃) 335 335 335 335 335 - -
TT(%) 92 92 92 91 91 - -
T450(%) 90 90 90 90 90 - -
Rth10(nm) 15 16 19 34 61 92 -
YI(10) 1.4 1.7 1.3 1.8 1.8 1.8 1.8
撕裂传播阻力(kN/m) 1.7 1.7 1.6 1.7 1.6 0.9 0.8
伸长率(%) 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 5.6 3.4
强度(MPa) 135 135 135 135 135 130 94
PI前驱体溶液 A A A A A B C
[表4]
Figure BDA0002990271190000251
[表5]
实施例12 实施例13 实施例14
PI膜 Q R S
PI厚度(μm) 10 10 10
CTE(ppm/K) 7.8 10 11
Tg(℃) 389 17 405
TT(%) 87 403 87
T450(%) 82 85 82
YI(10) 8.5 6.7 7.9
撕裂传播阻力(kN/m) 1.8 2 1.9
伸长率(%) 34.4 36.8 26
强度(MPa) 303 289 250
PI前驱体溶液 Q R S
[表6]
Figure BDA0002990271190000261
比较例6
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中使18.55g的m-TB溶解于212.5g的DMAc中。继而,加入18.95g的PMDA。再者,将酸二酐(a)与二胺(b)的摩尔比(a/b)设为0.995。在室温下将此溶液搅拌3小时并且使其反应,从而获得高聚合度的聚酰亚胺(PI)前驱体溶液(粘稠的溶液)。与实施例2同样地进行制膜,并测定光学特性。若YI为51,则为黄色膜。
比较例7
在氮气气流下,在300ml的可分离式烧瓶中使18.55g的m-TB溶解于212.5g的DMAc中。继而,加入18.95g的PMDA。再者,将酸二酐(a)与二胺(b)的摩尔比(a/b)设为0.995。在45℃下将此溶液加热2小时并使内容物溶解,之后将溶液搅拌10分钟并进行聚合反应,结果树脂的粘度大幅上升,整体成为凝胶化。无法进行制膜。
以上,出于例示的目的而对本发明的实施方式进行了详细说明,但本发明并不受所述实施方式制约。
本申请主张基于日本专利申请2018-186221号(申请日:2018年9月29日)的优先权,在此引用所述申请的全部内容。

Claims (10)

1.一种聚酰亚胺前驱体,为具有源自二胺的结构单元与源自四羧酸二酐的结构单元的聚酰亚胺前驱体,所述聚酰亚胺前驱体的特征在于:作为i)所述源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元,作为ii)所述源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4‘-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4‘-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元,
经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,且撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺前驱体,其中重量平均分子量为80,000~800,000的范围内。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺前驱体,其中经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的膜厚度5μm~20μm下的伸长率为10%以上。
4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺前驱体,其中经酰亚胺化而成的聚酰亚胺的膜的厚度方向的延迟(以膜厚度10μm换算后)为65nm以下。
5.一种聚酰亚胺,为具有源自二胺的结构单元与源自四羧酸二酐的结构单元的聚酰亚胺,所述聚酰亚胺的特征在于:作为i)所述源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的60摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元,作为ii)所述源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的20摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元,且黄色度(以膜厚度10μm换算后)为10以下,撕裂传播阻力为1.0mN/μm以上。
6.根据权利要求5所述的聚酰亚胺,其中在5μm~20μm的膜状态下的伸长率为10%以上。
7.根据权利要求5所述的聚酰亚胺,其中在膜状态下的厚度方向的延迟(以膜厚度10μm换算后)为65nm以下。
8.根据权利要求5所述的聚酰亚胺,其中作为所述源自二胺的结构单元,以源自二胺的所有结构单元的80摩尔%以上包含源自2,2-双(三氟甲基)联苯胺的结构单元。
9.根据权利要求5所述的聚酰亚胺,其中作为所述源自四羧酸二酐的结构单元,以合计为源自四羧酸二酐的所有结构单元的25摩尔%以上包含源自选自4,4'-(2,2'-六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸二酐及4,4'-氧基二邻苯二甲酸二酐中的一种以上的结构单元。
10.一种可挠性器件,包括聚酰亚胺层、以及形成于所述聚酰亚胺层上的功能层,所述可挠性器件的特征在于:
所述聚酰亚胺层包含如权利要求5至9中任一项所述的聚酰亚胺。
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