CN113912847A - 一种聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶取向膜的应用 - Google Patents
一种聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶取向膜的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本申请具体公开了一种聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶取向膜的应用。所述液晶取向剂由具有式(Ⅰ)结构单元的聚合物制备而成,其中,所述式(Ⅰ)结构单元包括均三嗪结构。所述液晶取向剂可用于制备液晶取向膜,所得液晶取向膜在不使用交联剂的情况下即具有耐摩擦的特性,并且在高温下具有电压保持率高,电荷积蓄少,稳定性高的特点。
Description
技术领域
本申请涉及功能性聚酰亚胺材料领域,更具体地说,它涉及一种聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶取向膜的应用
背景技术
液晶显示是通过控制液晶分子的排列状态来实现的,通常液晶显示器件中利用液晶取向膜来控制液晶分子的初始排列状态。而液晶取向膜是通过在基板表面涂覆液晶取向剂后固化而成,随着液晶产品使用量的增大和深入,人们对液晶取向膜的要求越来越高,不仅要求液晶取向膜具有良好的液晶取向性和电学性,还要求在极端条件具有高电压保持率、积聚电荷少等特性。对于液晶显示器件而言,如果电压保持率降低,积蓄电荷增加,容易导致显示器件对比度降低、显示中产生闪烁、显示画面出现残像等问题。
另外,液晶显示器件在制造过程中还需要对液晶取向膜进行摩擦处理,随着对液晶显示器质量及产线良品率的要求越来越高,对液晶取向膜的耐摩擦性能要求也越来越苛刻。为了提高液晶取向膜的耐摩擦处理性能,相关技术中常常通过增加单体的刚性或添加交联剂的方法,然而作为交联剂使用的化合物为低分子化合物,在加热时容易发生升华。如果不过量地添加,则无法获得足够的效果。另外,过量添加时未反应的交联剂残留在膜中,形成液晶显示元件时使电压保持率及离子密度劣化影响显示效果。
发明内容
为了提高液晶取向膜在高温下的电压保持率,同时使得在不添加交联剂的情况下制备的液晶取向膜具有较高的耐摩擦性能,本申请提供一种聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶取向膜的应用。由该液晶取向剂制备的液晶显示器件在高温下具有电压保持率高,电荷积蓄少,稳定性高的特点,并且在实施摩擦处理时不易因摩擦处理而造成摩擦损伤或摩擦斜纹。
第一方面,本申请提供一种聚合物,采用如下的技术方案:
一种聚合物,包括如式(Ⅰ)所示的结构单元
式(Ⅰ)中,
M选自衍生自脂肪环族二酐和芳香族二酐的四价有机基团;
X为羟基;
Q如式(Ⅱ)所示
式(Ⅱ)中,
R1为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子中的一种或两种及以上组合而成的基团,R1的数量为1个、2个、3个或4个;
R4为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子中的一种或两种及以上组合而成的基团,R4的数量为1个、2个、3个或4个;
R2、R3、R5、R6各自独立的为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子。
优选的,所述聚合物还包括如式(Ⅲ)所示的结构单元
式(Ⅲ)中,
M选自衍生自脂肪环族二酐和芳香族二酐的四价有机基团;
X为羟基;
Y为衍生自脂肪环二胺或芳香族二胺的二价有机基团。
优选的,上述M可以衍生自脂肪环二酐,具体的,M可以衍生自1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐中的一种或多种。
优选的,上述M还可以衍生自芳香族二酐,具体的,M可以衍生自均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐、2,3,3’,4’-二苯酮四酸二酐、双(3,4-二羧基苯基)醚二酐、双(3,4-二羧基苯基)砜二酐、1,2,5,6-萘四酸二酐、2,3,6,7-萘四酸二酐、1,4,5,8-萘四酸二酐中的一种或多种。
更优选的,在组成聚合物的所有M结构中,一部分M可以是衍生自脂肪环族二酐的,而另一部分M可以是衍生自芳香族二酐的。
在本申请的其他几种实施方案中,M还可以衍生自脂肪链结构的四羧酸二酐或者杂环结构的四羧酸二酐。
在本申请的几种实施方案中,所述M衍生自如下二酐结构的至少一种:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐、均苯四酸二酐。
优选的,按物质的量计,所述聚合物中衍生自脂肪环的M占M总量的(20-100)%。更优选的,按物质的量计,所述聚合物中衍生自脂肪环的M占M总量的(50-100)%。
优选的,上述Y可以衍生自1,4-二氨基环己烷、1,3-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基环己胺、对苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二甲基-5,5’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯基醚、2,4-二氨基十六烷基苯醚、1,2-双[(4-氨基苯基)-2-丙基]苯、4,4’-二氨基二苯胺和4,4’-二氨基二苯基脲、3,6-二氨基咔唑、2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、2,4-二氨基-6-羟基嘧啶、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、2,6-二氨基嘌呤、3,5-二氨基-1,3,5-三唑等中的一种或多种。
更优选的,所述Y衍生自如下二胺结构中的至少一种:对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,4-二氨基十六烷基苯醚。
优选的,按物质的量计,所述Y与所述Q的用量满足如下关系:
Q/(Y+Q)=(10-95)%。
优选的,Q/(Y+Q)=(30-95)%
优选的,所述聚合物由二酐组分和二胺组分反应而成,其中二酐组分与二胺组分的摩尔比为100:(20-200)。
第二方面,本申请提供一种聚合物的制备方法,采用如下的技术方案:
一种聚合物的制备方法,将二胺原料分散或溶解在非质子性溶剂中,再加入二酐原料混匀,进行聚合反应,反应温度为0-35℃,反应时间为1-30h。
非质子性溶剂的用量为控制二胺原料与二酐原料在反应体系中的总含量为(5-30)wt%,优选为(10~25)wt%。
一种聚合物的制备方法,与上述制备方法的不同之处在于还可以先将二酐原料分散或溶解在非质子性溶剂中,然后加入二胺原料进行聚合反应。
一种聚合物的制备方法,与第一种制备方法的不同之处在于,还可以将二胺原料和二酐原料分别分散或溶解在非质子性溶剂中,再两种溶液共混后,进行共聚反应。
优选的,聚合反应的温度为0-35℃,更优选为15-25℃;
优选的,聚合反应的时间为1-30小时,更优选为20-25小时;
优选的,聚合反应的溶剂为非质子性溶剂,所述非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、间甲酚、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和γ-丁内酯中的至少一种,优选为N-甲基吡咯烷酮或γ-丁内酯。
聚酰胺酸溶液酰亚胺化的方法,聚酰胺酸(PAA)溶液中加入乙酸酐和吡啶进行化学酰亚胺化反应,反应温度为0-100℃,优选为30-80℃,反应时间为10-30小时,优选为20-25小时,更优选为24小时。
第三方面,本申请提供一种液晶取向剂,采用如下的技术方案:
一种液晶取向剂,由上述聚合物制备而成。
优选的,所述液晶取向剂还包括聚酰亚胺,所述聚酰亚胺与所述聚合物的重量比为1:(3-5)。
优选的,所述液晶取向剂还包括溶剂。
优选的,所述溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇甲乙醚、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜中的一种或多种。
通过采用上述技术方案,羧酸二酐组份a和二胺组份b通过聚合反应得到聚酰亚胺,再经酰亚胺化得到聚酰亚胺,该方法流程简单,易于实施,便于工业化生产。
优选的所述液晶取向剂中还包括调节剂。
进一步的,调节剂可以是:乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、二甘醇-乙醚、二甘醇-丁醚、二甘醇-乙醚乙酸酯、乙二醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-一甲酯-2-乙酸酯、丙二醇-1-一乙酯-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯中的一种或几种。
溶剂中适当混合这些调节剂,可以提高液晶取向膜涂布的均匀性。
本发明的液晶取向剂中,固体成分浓度可按期望形成的液晶取向膜厚度设定而进行调整,优选为(1~10)wt%,更优选的为(3~10)wt%。(本发明所指的固体成分为液晶取向剂中包括上述聚合物、聚酰亚胺的总和)
第四方面,本申请提供一种液晶取向膜,采用如下的技术方案:
一种液晶取向膜,其特征在于,由权上述液晶取向剂制备而成。
第五方面,本申请提供一种液晶取向膜的制备方法,采用如下的技术方案:
一种液晶取向膜的制备方法,将上述液晶取向剂涂布于基板上,经干燥、焙烧而成的涂膜构成。
通过采用上述技术方案,本液晶取向膜中由于添加了上述聚合物,从而使得制备出的液晶取向膜经摩擦处理也不易产生摩擦损伤或摩擦斜纹、高温下仍保持较高的电压保持率、较低的蓄积电荷、稳定性好。
第六方面,本申请提供一种液晶显示器件,采用如下的技术方案:
一种液晶显示器件,采用了上述液晶取向膜。
进一步的,该液晶显示器件包括上述液晶取向膜。该液晶显示器件可以纵向电场液晶显示器件(LCD),如TN-LCD、VA-LCD,也可以是横向电场的LCD,如IPS-LCD、FFS-LCD。该液晶显示器件在高温环境中对比度高,在长时间连续运转时不发热粘着、不会产生图像保留、显示性能优异。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
本申请制备了一种聚合物,这种聚合物可以用于制备液晶取向剂,并且制备的液晶取向膜具有良好的热稳定性,优异的光电性能、预倾角稳定性,并且在高温环境下其电压保持率高、且蓄积电荷少。形成的液晶取向膜经摩擦处理时不易因摩擦处理而造成摩擦损伤或摩擦斜纹。
附图说明
图1是式(1)的结构示意图。
具体实施方式
本申请的一种聚合物,由至少一种的二酐原料和至少一种的二胺原料聚合反应获得。
其中,二酐原料包括脂肪环结构的四羧酸二酐、脂肪链结构的四羧酸二酐或杂环结构的四羧酸二酐中的至少一种。
具体的,具有脂肪环结构的四羧酸二酐包括但不限于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、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环己烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、3,4-二羧基-1-环己基琥珀酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐、双环[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐。
具有脂肪链结构的四羧酸二酐包括但不限于1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐。
具有杂环结构的四羧酸二酐包括但不限于2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐为了获得更高的电压保持特性,并得到优良的液晶取向性,所述四羧酸二酐化合物a-1优选的是:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐、双环[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐、1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐中的至少一种;更优的是:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐中的至少一种。
二酐原料还包括芳香族结构的四羧酸二酐,四羧酸结构的二酐可以与上述脂肪环结构的四羧酸二酐、脂肪链结构的四羧酸二酐、杂环结构的四羧酸二酐组合使用。
具有芳香族结构的四羧酸二酐包括但不限于均苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、2,3,3’,4’-二苯酮四酸二酐、双(3,4-二羧基苯基)醚二酐、双(3,4-二羧基苯基)砜二酐、1,2,5,6-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四酸二酐等
在上述的芳香族结构的四羧酸二酐中,均苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐具有使电压保持特性降低的倾向,并且液晶取向性优良,有进一步减少蓄积电荷的效果,因此在重视使用蓄积电荷更少的配方中,较好是将这些四羧酸二酐与所述具有脂肪环结构、脂肪链结构或杂环结构的四羧酸二酐a-1组合使用。
优选的,用于本发明的液晶取向剂的四羧酸二酐成分中,具有脂肪环结构、脂肪链结构或杂环结构的四羧酸二酐a-1在整个四羧酸二酐中的占比是20~100摩尔%,更优选的是50~100摩尔%。
如果具有脂肪环结构、脂肪链结构或杂环结构的四羧酸二酐的占比较少,则难以获得较高的电压保持率。
二胺原料包括如式(Ⅳ)所示的化合物,
式(Ⅳ)中,
R1为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子中的一种或两种及以上组合而成的基团,R1的数量为1个、2个、3个或4个;
R4为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子中的一种或两种及以上组合而成的基团,R4的数量为1个、2个、3个或4个;
R2、R3、R5、R6各自独立的为C1~C20的烷基、环烷基、苯基、联苯基、三联苯基、氟原子、氢原子。
根据式(Ⅳ),可以实现本发明的具体化合物包括但不限于2,4-双(4-氨基苯胺基)-6-苯胺基-1,3,5-三嗪、2-(二苯基氨基)-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪、2-二甲氨基-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪。
二胺原料还可以包括其他结构的二胺组合物,即式(Ⅳ)所表示的化合物还可以与其他结构的二胺组合物组合使用。
其他结构的二胺组合物可以是脂肪环二胺、脂肪链二胺或芳香族二胺,具体的,其他结构的二胺包括但不限于1,4-二氨基环己烷、1,3-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基环己胺、对苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二甲基-5,5’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯基醚、1,2-双[(4-氨基苯基)-2-丙基]苯、4,4’-二氨基二苯胺和4,4’-二氨基二苯基脲、3,6-二氨基咔唑、2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、2,4-二氨基-6-羟基嘧啶、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、2,6-二氨基嘌呤、3,5-二氨基-1,3,5-三唑等。
为了提高液晶的预倾角,二胺中还可以含有已知具有提高液晶的预倾角效果的有机基团,可列举的有长链烷基、全氟烷基、基于烷基和氟烷的环状基、甾体骨架基等。
优选的,长链烷基碳原子数为6~20。
优选的,全氟烷基碳原子数为1~12。
优选的,有烷基和氟烷基的环状基的碳原子数为1~20。
优选的,二胺原料中,式(Ⅳ)所表示的二胺化合物占二胺原料总量的10%~100摩尔%;
更优选的,二胺原料中,式(Ⅳ)所表示的二胺化合物占二胺原料总量的30-90摩尔%;
若式(Ⅳ)表示的二胺化合物含量较少,则不能发挥耐摩擦、耐高温、降低蓄积电荷的作用。若式(Ⅳ)表示的二胺化合物含量过高,则不能充分提高电压保持特性。
本发明的液晶取向剂所用的四羧酸二酐原料和二胺原料在有机溶剂中发生聚合反应得到聚合物,即为聚酰胺酸类聚合物;
上述聚酰胺酸类聚合物可以采用如下方法制备得到:将二胺原料分散或溶解在非质子性溶剂中,再加入二酐原料混匀,进行聚合反应,反应温度为0-35℃,反应时间为1-30h。
非质子性溶剂的用量为控制二胺原料与二酐原料在反应体系中的总含量为5-30wt%,优选为10~25wt%。
聚酰胺酸类聚合物还可以采用如下制备方法得到,与上述制备方法的不同之处在于还可以先将二酐原料分散或溶解在非质子性溶剂中,然后加入二胺原料进行聚合反应。
聚酰胺酸类聚合物还可以采用如下制备方法得到,与第一种制备方法的不同之处在于,还可以将二胺原料和二酐原料分别分散或溶解在非质子性溶剂中,将两种溶液共混后,进行共聚反应。
在本申请的几种实施方案中,反应温度还可以优选为15-25℃。
在本申请的几种实施方案中,反应时间还可以优选为20-25小时。
在本申请的几种实施方案中,反应时间还可以优选为24小时。
优选的,上述非质子性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、间甲酚、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和γ-丁内酯中的至少一种。
更优选的,非质子性溶剂为N-甲基吡咯烷酮或γ-丁内酯。
当二胺原料由多种化合物组成时,可以将多种化合物进行预混合;二酐原料同理。
优选的,二胺原料与二酐原料的摩尔比为100:(20~200),更优选的,二胺原料与二酐原料的摩尔比为100:(80~120)。
进一步的,该聚酰胺酸类聚合物还可以进一步酰亚胺化得到聚酰亚胺。
聚酰胺酸溶液酰亚胺化的方法,聚酰胺酸(PAA)溶液中加入乙酸酐和吡啶进行化学酰亚胺化反应,反应温度为0-100℃,优选为30-80℃,反应时间为10-30小时,优选为20-25小时,更优选为24小时。
所述二胺组份与乙酸酐的摩尔比为100:(200~1000),优选为100:(300~500)。
所述二胺组份与吡啶的摩尔比为100:(200~1000),优选为100:(300~500)。
将反应后的反应液加入弱溶剂中进行抽丝,洗涤,得到最终的聚酰亚胺。
弱溶剂为甲醇、丙酮、己烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲基乙基酮、乙醇、甲苯、苯等聚酰亚胺在其中不溶或微溶的溶剂。
本申请的一种液晶取向剂,包括上述聚合物和溶剂,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、N、N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)和γ-丁内酯(GBL)中的至少一种,优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或γ-丁内酯(GBL)中的至少一种。
进一步的,液晶取向剂中还包括调节剂,具体的调节剂选自乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、二甘醇-乙醚、二甘醇-丁醚、二甘醇-乙醚乙酸酯、乙二醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-一甲酯-2-乙酸酯、丙二醇-1-一乙酯-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯中的一种或几种,这些调节剂单独使用虽然不能溶解上述聚合物,但通过适度混合这些溶剂,可以提高液晶取向膜涂布的均匀性。
一种液晶显示器件,该液晶显示器件包括上述液晶取向膜。该液晶显示器件可以纵向电场液晶显示器件(LCD),如TN-LCD、VA-LCD,也可以是横向电场的LCD,如IPS-LCD、FFS-LCD。该液晶显示器件在高温环境中对比度高,在长时间连续运转时不发热粘着、不会产生图像保留、显示性能优异。
实施例
本实施方式中所使用的原料均可以通过市售获得
以下实施例中所使用的简称如下
a-1-1:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐;
a-1-2:3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐
a-2:均苯四酸二酐
b-1-1:2,4-双(4-氨基苯胺基)-6-苯胺基-1,3,5-三嗪,结构式如式(Ⅴ)
b-1-2:2-(二苯基氨基)-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪,结构式如式(Ⅵ);
b-1-3:2-二甲氨基-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪,结构式如式(Ⅶ)
b-2-1:对苯二胺
b-2-2:4,4’-二氨基二苯基醚
b-2-3:4,4’-二氨基二苯基甲烷
b-2-4:2,4-二氨基十六烷基苯醚
B-1:N-甲基吡咯烷酮
B-2:丁基溶纤剂
聚酰亚胺和聚酰胺酸的制备并测定制得的聚合物的重均分子量(Mw)
重均分子量按照GPC方法测定(日本岛津公司,凝胶渗透色谱)得到,流动相为N-甲基吡咯烷酮。
制备例1
将二胺原料12.17g(0.1125mol)的b-2-1,4.36g(0.0125mol)的b-2-4投入到氮气保护的单口瓶中,加入250g的B-1中混合,依次加入二酐原料19.6g(0.1mol)的a-1-1,7.5g(0.025mol)的a-1-2。于常温下反应24小时。依次加入吡啶49.38g(0.625mol)和乙酸酐63.75g(0.625mol)常温反应24小时进行亚胺化反应。再将反应液投入乙醇中析出,抽滤,得到白色粉末状固体,将所得白色固体用乙醇洗涤后,再将白色固体溶解于B-1中,再在乙醇中析出,抽滤,使聚酰亚胺进行精制,最后将精制的聚酰亚胺进行真空干燥,备用。将真空干燥后的聚酰亚胺固体先用B-1溶解,再加入B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰亚胺溶液A-1,GPC测试分子量Mw为69876g/mol。
制备例2
将二胺原料15.38g(0.04mol)的b-1-1,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入165g的B-1中混合,依次加入二酐原料15.01g(0.05mol)的a-1-2,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-1,GPC测试分子量Mw为56534g/mol。
制备例3
将二胺原料15.38g(0.04mol)的b-1-1,12.01g(0.06mol)的b-2-2投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入166g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-2,GPC测试分子量Mw为55018g/mol。
制备例4
将二胺原料15.38g(0.04mol)的b-1-1,11.89g(0.06mol)的b-2-3投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入154g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-3,GPC测试分子量Mw为59732g/mol。
制备例5
将二胺原料15.38g(0.04mol)的b-1-1,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入144g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-4,GPC测试分子量Mw为58103g/mol。
制备例6
将二胺原料18.42g(0.04mol)的b-1-2,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入177g的B-1中混合,依次加入二酐原料15.01g(0.05mol)的a-1-2,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-5,GPC测试分子量Mw为60307g/mol。
制备例7
将二胺原料18.42g(0.04mol)的b-1-2,12.01g(0.06mol)的b-2-2投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入178g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-6,GPC测试分子量Mw为51095g/mol。
制备例8
将二胺原料18.42g(0.04mol)的b-1-2,11.89g(0.06mol)的b-2-3投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入178g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-7,GPC测试分子量Mw为58994g/mol。
制备例9
将二胺原料18.42g(0.04mol)的b-1-2,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入156g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-8,GPC测试分子量Mw为53367g/mol。
制备例10
将二胺原料13.46g(0.04mol)的b-1-3,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入157g的B-1中混合,依次加入二酐原料15.01g(0.05mol)的a-1-2,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-9,GPC测试分子量Mw为56032g/mol。
制备例11
将二胺原料13.46g(0.04mol)的b-1-3,12.01g(0.06mol)的b-2-2投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入159g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-10,GPC测试分子量Mw为57078g/mol。
制备例12
将二胺原料13.46g(0.04mol)的b-1-3,11.89g(0.06mol)b-2-3投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入158.04g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-11,GPC测试分子量Mw为58796g/mol。
制备例13
将二胺原料13.46g(0.04mol)的b-1-3,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入136g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-2-12,GPC测试分子量Mw为54515g/mol。
制备例14
将二胺原料的8.01g(0.04mol)的b-2-2,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入115g的B-1中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-3-1,GPC测试分子量Mw为58115g/mol。
制备例15
将二胺原料的7.92g(0.04mol)的b-2-3,6.49g(0.06mol)的b-2-1投入到带有氮气保护的三口瓶中,加入B-1 114g中混合,依次加入二酐原料9.8g(0.05mol)的a-1-1,4.36g(0.05mol)的a-2。常温下反应24小时。待反应完成,加入B-1和B-2,配制成溶液,溶液中聚合物含量为6wt%,B-1为74wt%、B-2为20wt%的溶液,得到聚酰胺酸溶液A-3-2,GPC测试分子量Mw为55918g/mol。
制备例1-15选择的二胺原料以及二酐原料如表1
表1制备例1-15选择的二胺原料以及二酐原料
液晶取向剂的制备
实施例1
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例2得到的聚酰胺酸溶液A-2-1和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂1。
实施例2
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例3得到的聚酰胺酸溶液A-2-2和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂2。
实施例3
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例4得到的聚酰胺酸溶液A-2-3和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂3。
实施例4
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例5得到的聚酰胺酸溶液A-2-4和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂4。
实施例5
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例6得到的聚酰胺酸溶液A-2-5和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂5。
实施例6
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例7得到的聚酰胺酸溶液A-2-6和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂6。
实施例7
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例8得到的聚酰胺酸溶液A-2-7和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂7。
实施例8
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例9得到的聚酰胺酸溶液A-2-8和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂8。
实施例9
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例10得到的聚酰胺酸溶液A-2-9和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂9。
实施例10
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例11得到的聚酰胺酸溶液A-2-10和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂10。
实施例11
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例12得到的聚酰胺酸溶液A-2-11和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂11。
实施例12
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例13得到的聚酰胺酸溶液A-2-12和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂12。
对比例1
取20.00g制备例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例14得到的聚酰胺酸溶液A-3-1和KBM-903(信越化学)0.05g在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂13。
对比例2
取20.00g合成例1中得到的聚酰亚胺溶液A-1、80.00g制备例15得到的聚酰胺酸溶液A-3-2和0.05g的KBM-903(信越化学)在室温下搅拌3小时,由此得到液晶取向剂14。
实施例1-12、对比例1、2所得的液晶取向剂混合方式如表2
表2实施例1-12、对比例1、2所得的液晶取向剂混合方式
组别 | 原料1 | 原料2 | 组别 | 原料1 | 原料2 |
实施例1 | A-1 | A-2-1 | 实施例8 | A-1 | A-2-8 |
实施例2 | A-1 | A-2-2 | 实施例9 | A-1 | A-2-9 |
实施例3 | A-1 | A-2-3 | 实施例10 | A-1 | A-2-10 |
实施例4 | A-1 | A-2-4 | 实施例11 | A-1 | A-2-11 |
实施例5 | A-1 | A-2-5 | 实施例12 | A-1 | A-2-12 |
实施例6 | A-1 | A-2-6 | 对比例1 | A-1 | A-3-1 |
实施例7 | A-1 | A-2-7 | 对比例2 | A-1 | A-3-2 |
液晶取向膜的制备
将液晶取向剂用PTFE制的膜过滤器过滤,再用旋涂法将其涂布在带ITO电极和6umspacer的玻璃基板上(玻璃基板购买自FPD Solutions),形成预涂层。经过预固化(热台、80℃,5分钟)、主固化(循环烘箱,230℃,60分钟)、将得到膜厚为80nm的薄膜。
再将薄膜通过辊轮直径120mm的人造丝布摩擦装置,以固定转速600rpm、基板进行速度20mm/s、压入量0.3mm的条件对膜表面进行摩擦取向处理,得到包含液晶取向膜的基板。
经过制膜后,液晶取向剂1-14对应制备出的液晶取向膜依次命名为液晶取向膜1-14。
一种液晶显示元件
将以上制得的带有液晶取向膜的玻璃基板两片平行放置,并使得两块玻璃基板涂有液晶取向膜的一面相向设置,两玻璃基板上液晶取向膜的摩擦方向垂直设置,用密封胶粘接周围部分,制成空盒。通过减压注入法在该空盒子内注入液晶MLC-2003(默克公司),将注入孔密封,获得扭曲向列型液晶盒,即液晶显示元件。
由液晶取向剂1-14对应制备出的扭曲向列型液晶盒依次命名为扭曲向列型液晶盒1-14.
性能检测试验
1.对液晶取向膜1-14的亚胺化率、透过率、热分解温度、耐摩擦性进行检测。
(1)亚胺化率
将聚酰亚胺粉末20mg加入到NMR样品管中,添加氘代二甲基亚砜(DMSO-d6),0.05%TMS(四甲基硅烷)混合品(0.53ml)后进行超声使聚酰亚胺粉末完全溶解。使用核磁共振波谱仪(布鲁克,500MHz)进行测试。亚胺化率按照以下方法求出:将源自亚胺化前后没有变化的结构质子确定为基准质子,使用该质子的峰累计值和在9.5-10.0ppm之间出现的源自酰胺酸的NH基的质子峰累计值,利用以下公式得出亚胺化率:
亚胺化率(%)=(1-m*x/y)*100%
上述公式中,x为源自酰胺酸的NH基质子峰累积值、y为基准质子峰累积值、m为聚酰胺酸(亚胺化率为0%)情况下基准质子相对于酰胺酸1个NH基质子的个数比率。
(2)透光率
将制备的聚酰亚胺薄膜采用紫外-可见光分光光度计(日本日立,U3900)在于常温25℃下进行测试。
(3)热分解温度(5%重量减少温度T5%)
将聚酰亚胺膜在热重分析仪(美国TA公司,TGA55系列)中测试,升温速度:10℃/min。
(4)耐摩擦性
将实施例和对比例中所得的液晶显示元件的上下基板贴上偏振轴方向正交的偏光片,然后将液晶显示元件放置于背光板上面,用5倍的放大镜观察阈值附近电压(液晶显示元件相对透过率为10%附近的电压)点亮的液晶显示器件的摩擦条纹。摩擦条纹越轻微说明取向膜的耐摩擦性能越好。
耐摩擦性能的评价结果如下:
√:放大镜观测无摩擦条纹,耐摩擦性能良好;
○:放大镜观测有轻微摩擦条纹,肉眼观测不到摩擦条纹,耐摩擦性能一般;
×:肉眼观测有明显的摩擦条纹,耐摩擦性能差。
检测结果如表3所示
从表3的数据可以看出,使用本发明使用本发明式(Ⅳ)所示结构的二胺所得到的液晶取向膜具有较高的透光率,并且本发明液晶取向膜的重量减少5%时的温度明显高于对比例,说明本发明得到的液晶取向膜具有良好的耐高温性能;尤其是当二胺原料选自b-1-2:2-(二苯基氨基)-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪时,所得到的液晶取向膜具有更优秀的耐热性能。与此同时本发明液晶取向膜还具有非常好的耐摩擦性。
2.对扭曲向列型液晶盒1-14的液晶取向性、电压保持率、电荷积累特性进行检测。
(1)液晶取向性
对于所述制造的扭曲向列型液晶显示器件,利用显微镜以50倍的倍率来观察施加/解除5V电压时有无明暗变化的异常区,将未观察到异常区的情况视为液晶取向性“良好”,将观察到异常区的情况视为液晶取向性的“不良”。
(2)电压保持特性
对于所述制造的扭曲向列型液晶显示器件,施加4V的电压60us,测定16.67ms后的电压,算出从初始值开始变化作为电压保持率。测定时,将液晶盒的温度设定为23℃、90℃,分别在这2种温度下进行测定。
(3)电荷积累特性(施加直流电压后的残留电压)
在23℃条件下,对测定了电压保持率特性的扭转向列型液晶器件施加叠加3V直流电压的±3V/30Hz的矩形波60分钟,用光学闪烁消除法测定3V直流电压刚切断后的液晶器件内所残留的残余电压。
检测结果如表4所示
表4扭曲向列型液晶盒1-14的液晶取向性、电压保持率、残留电压检测结果
从上述表4的数据对比可以看出,使用本发明式(Ⅳ)所示结构的二胺所得到的液晶取向膜具有良好的液晶取向性、较高的VHR和较低的残留电压,即使在高温条件仍保持较高的VHR。当二胺原料中含有b-1-2:2-(二苯基氨基)-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪时,液晶取向膜的残留电压可以进一步的降低,实施例8中的液晶取向膜的残留电压可以保持在41mv。而当二胺原料中含有b-1-3:2-二甲氨基-4,6-双[(3-氨基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪时,制备的液晶取向膜在高温下具有更好的电压保持率,在90℃下实施例11的液晶取向膜的电压保持率为93.5%。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
4.根据权利要求3所述的一种聚合物,其特征在于:所述Y衍生自如下二胺结构中的至少一种:对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,4-二氨基十六烷基苯醚。
5.根据权利要求1或3所述的一种聚合物,其特征在于:所述M衍生自如下二酐结构中的至少一种:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐、均苯四酸二酐。
6.根据权利要求3所述的一种聚合物,其特征在于:按物质的量计,所述Y与所述Q的用量满足如下关系:
Q/(Y+Q)=(10-95)%。
7.根据权利要求1或3所述的一种聚合物,其特征在于:按物质的量计,所述聚合物中衍生自脂肪环的M占M总量的(20-100)%。
8.一种液晶取向剂,由权利要求1-7任一所述的聚合物制备而成。
9.一种液晶取向膜,其特征在于,由权利要求8所述的液晶取向剂制备而成。
10.一种液晶显示器件,包括权利要求9所述的液晶取向膜。
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