CN1220753C - 一种常温制备聚酰亚胺液晶取向膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液晶器件取向膜制备技术领域，涉及常温制备聚酰亚胺取向膜的方法。本发明选择了单体两端带有光敏基的N-苯基双马来酰亚胺进行光控取向。首先将N-苯基双马来酰亚胺溶解于2-甲基-甲酰胺溶剂中，加入光敏剂和黏度调节剂，配成预聚物胶体溶液。将预聚物胶体溶液旋涂于基板上成膜，常温自然挥发溶剂，然后用线性偏振紫外光照射基板上的薄膜，使单体分子双端发生[2+2]环加成反应，无需传统的高温亚胺化过程直接生成聚酰亚胺取向膜。经检测，取向膜具有使液晶取向排列的能力和较好的热稳定性。
Description
技术领域：本发明属于液晶器件取向膜制备技术领域，涉及常温制备聚酰亚胺取向膜的方法。本发明采用线偏振紫外光照射N-苯基双马来酰亚胺膜材料，由于分子两端能够发生[2+2]环加成反应，经链状聚合生成聚酰亚胺取向膜。与传统的聚酰亚胺取向膜相比，省去了200℃下的高温亚胺化过程，避免了高温对液晶器件中薄膜晶体管(TFT)造成的伤害。这是一种常温制备高稳定性聚酰亚胺取向膜的理想方法。
背景技术：液晶分子排列的好坏直接影响到器件的质量，而液晶产业均采用摩擦处理的聚酰亚胺作为取向膜，因为聚酰亚胺具有很好的热稳定性。但存在以下两个问题：一是聚酰亚胺膜的形成一定要经过高于200℃的亚胺化过程，二是采用摩擦技术会引进灰尘和静电荷，对液晶器件中的TFT阵列造成伤害，甚至击穿，导致成品率降低。可以说高温处理和接触性的摩擦技术是与TFT液晶器件生产工艺不相匹配的。
光控取向的思想最早提出于1991年，到1996年M.Schadt用线偏振紫外光照射高分子膜，使其发生定向光交联反应，表面产生各向异性，诱导液晶分子均匀排列。光控取向不直接接触取向膜，摈弃了摩擦取向的不足，是最有希望替代摩擦取向的方法，而且能够制作多畴像元，从而解决液晶显示器视角狭窄的问题，为开阔液晶光电器件提供了途径。
目前各国研究人员正致力于光控取向材料的探索研究，对肉桂酸、香豆素、偶氮类分子、光敏聚酰胺酸等都进行了深入的探讨。但这些材料都是大分子预聚物，普遍存在着位阻高、光交联效率低、取向效果不理想的问题。今年中国专利公报公开了“一种双端具有碳碳双键单体的光控取向膜制备方法”(CN 1367404A，公开日2002年9月4日)和“一种双端光敏单体的光控取向膜制备方法”(CN 1367403A，公开日2002年9月4日)两项专利申请。这两项专利申请，所用的小分子单体预聚物材料，单体两端带有光敏性基团，为解决光交联效率问题提供了途径。但这些小分子聚合生成的产物均没有聚酰亚胺的热稳定性好。
发明内容：为了避免传统制备聚酰亚胺取向膜所需的亚胺化高温过程，本发明选择单体两端带有光敏基的N-苯基双马来酰亚胺进行光控取向，目的是提供一种在常温下制备聚酰亚胺取向膜的方法。
本发明选用的单体两端带有光敏基的N-苯基双马来酰亚胺，分子结构式为：
本发明在常温下将N-苯基双马来酰亚胺溶解在2-甲基-甲酰胺溶剂中，配成预聚物胶体溶液。将预聚物胶体溶液旋涂于基板上成膜，立即用线性偏振紫外光照射基板上的薄膜，使单体分子双端发生[2+2]环加成反应，无须高温过程直接生成聚酰亚胺取向膜。
为了更清楚地理解本发明，下面详述常温聚酰亚胺取向膜的制备方法：
(1)取向材料的合成过程
将0.1mol、即9.8g马来酸酐加到装有搅拌器的250mL三口烧瓶中，加入100mL乙酸乙酯搅拌溶解。待马来酸酐全部溶解后，缓慢滴加0.05mol对苯二胺的乙酸乙酯溶液，滴加过程约用15min。继续搅拌熟化1hr。抽滤、干燥得到黄色对苯二胺双马来酰胺酸。
在装有搅拌器的三口烧瓶中加入20mL醋酐，15mmol无水醋酸钠，0.05mol对苯二胺双马来酰胺酸，加热至60℃，搅拌60min，冷却至室温，倒入50mL蒸馏水，静止12hr，抽滤、水洗、干燥即得N-苯基双马来酰亚胺。产品为黄色针状晶体。
(2)预聚物胶体溶液的配制
N-苯基双马来酰亚胺单体溶解在2-甲基-甲酰胺中，配成浓度为5～10wt％的溶液。为了使单体实现较好的光聚合反应，选用二苯甲酮作光敏剂，其重量百分比浓度为0.5wt％。
单体预聚物粘度较低，成膜能力相对较弱，可加入1wt％JSR公司生产的ACT609进行粘度调节。
(3)涂膜
将N-苯基双马来酰亚胺、光敏剂二苯甲酮、粘度剂混合均匀后，形成预聚物胶体溶液，旋涂在玻璃基板上。常温下，溶剂自然挥发。
(4)光照
直接用偏振紫外光垂直照射预聚物膜15～30分钟，预聚物膜发生光交联反应而固化。紫外光源采用汞氙灯，297nm处偏振光功率密度为1.2～10mw/cm2。
本发明采用N-苯基双马来酰亚胺在线偏振紫外光作用下链状聚合，即光控取向技术，在常温下即可形成聚酰亚胺取向膜。这是非常有希望的高热稳定性光控取向膜，在TFT液晶器件或在不耐高温的塑料基板液晶器件中具有巨大的应用前景。
附图说明：
图1是本发明正交偏振片下偏光显微镜观察的暗态
图2是本发明取向膜诱导液晶取向度随温度的变化曲线
具体实施方式：配制10wt％N-苯基双马来酰亚胺单体的2-甲基-甲酰胺溶液，N-苯基双马来酰亚胺单体、光敏剂二苯甲酮、粘度调节剂ACT609三种组分重量浓度比为，单体∶光敏剂∶粘度调节剂＝10∶0.5∶0.5。溶液混合均匀后，旋涂在玻璃基板上，旋涂两遍。旋涂速度和时间设为：V1＝300rpm，t1＝5秒；V2＝2000rps，t2＝10秒。光源采用300W汞氙灯，297nm波长处偏光功率密度为1.2mw/cm2。将涂膜基板垂直光照15分钟，固化后的取向膜不溶于溶剂，说明已形成聚酰亚胺膜。
为检测常温制备的聚酰亚胺膜的取向效果，将光照后的两块基板以光偏振方向为基准作成平行盒。液晶(TEB30A，石家庄实力克公司制)在清亮点62℃注入液晶盒。自然降至室温，获得液晶分子的平行排列。在偏光显微镜下观察，可以看到液晶盒每旋转45°视场中交替出现鲜明的明场和暗场。图1为正交偏光显微镜下观察到的暗态，表明所制备的聚酰亚胺取向膜能够诱导液晶均匀地平行排列。再将液晶盒逐点加热至130℃，分别在每个温度点平衡半小时，再自然冷却至室温，观测液晶取向度的变化，以判断取向膜的热稳定性。如图2所示，加热直至130℃，液晶取向度未有明显降低，说明本发明在常温制备的聚酰亚胺取向膜具有较好的热稳定性。
Claims (4)
1、一种常温聚酰亚胺取向膜的制备方法，其特征是采用N-苯基双马来酰亚胺作为预聚物，分子结构式为：
把N-苯基双马来酰亚胺单体溶解在2-甲基-甲酰胺中，配制预聚物胶体溶液，胶体溶液旋涂在基板上成膜，立即用线性偏振紫外光照射基板上的薄膜，使N-苯基双马来酰亚胺分子发生直链聚合，常温下形成聚酰亚胺取向膜。
2、根据权利要求1所述的常温聚酰亚胺取向膜的制备方法，其特征是把N-苯基双马来酰亚胺单体溶解在2-甲基-甲酰胺中，配成质量浓度为5～10wt％的胶体溶液。
3、根据权利要求2所述的常温聚酰亚胺取向膜的制备方法，其特征是选用二苯甲酮作光敏剂，以0.5wt％的浓度加入胶体溶液。
4、根据权利要求1或2或3所述的常温聚酰亚胺取向膜的制备方法，其特征是直接用偏振紫外光垂直照射玻璃基板上的预聚物膜15～30分钟，紫外光源采用汞氙灯，297nm处偏振光功率密度为1.2～10mw/cm2。
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