JP2022509603A - 多層ポリマー膜 - Google Patents

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Abstract

第１の態様において、多層ポリマー膜は、第１の弾性率を有する第１の実質的に透明なポリマー層と、第２の弾性率を有する第２の実質的に透明なポリマー層とを含む。第１の弾性率は第２の弾性率とは異なり、且つ第１及び第２の実質的に透明なポリマー層は、圧密によって結合される。第２の態様において、カバーウインドウは、第１の態様の多層ポリマー膜と、透明材料の層とを含む。透明材料の層は、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する。第３の態様において、電子デバイスは、第２の態様のカバーウインドウを含む。

Description

本発明は、多層ポリマー膜、カバーウインドウ及び電子デバイスに関する。
折り畳み式スマートフォン、小型タブレット、巻き取り式電話、並びに自動車パネル及び機器パネルなどの用途のための一重及び二重曲線状ディスプレー用の巻き取り式大型ディスプレーフォーマットにおいて使用される折り畳み式ＯＬＥＤディスプレーの作成に対する関心が増えている。
芳香族モノマーを含有するポリイミド膜は、典型的に非常に熱安定性であり、折り畳み可能である。光学必要条件、屈曲性必要条件、表面損傷抵抗及び折り畳み持久力必要条件に加えて、カバーウインドウは、厳しい衝撃持久力を提供しなければならない。粉砕可能であるか、又は衝撃波に耐えることができる硬質ガラスのように、ポリマーは、衝撃からディスプレー上に直接生じる音波によって衝撃エネルギーを伝達する。衝撃エネルギーが低い場合、ディスプレーは無傷のままである。衝撃エネルギーが増加すると、ディスプレーはダメージを受ける可能性があり、最悪の場合、下層の電子部品がダメージを受けて、ディスプレーが使用不可になる。
激しい衝撃からディスプレー電子部品を保護することが可能であり、且つ層間剥離を受けない膜構造は、携帯用電子機器のための屈曲性ディスプレーに関して重要である。
第１の態様において、多層ポリマー膜（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ）は、第１の弾性率を有する第１の実質的に透明なポリマー層と、第２の弾性率を有する第２の実質的に透明なポリマー層とを含む。第１の弾性率は第２の弾性率とは異なり、及び第１及び第２の実質的に透明なポリマー層は、圧密によって結合される。
第２の態様において、カバーウインドウは、第１の態様の多層ポリマー膜と、透明材料の層とを含む。透明材料の層は、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する。
第３の態様において、電子デバイスは、第２の態様のカバーウインドウを含む。
第１の態様において、多層ポリマー膜は、第１の弾性率を有する第１の実質的に透明なポリマー層と、第２の弾性率を有する第２の実質的に透明なポリマー層とを含む。第１の弾性率は第２の弾性率とは異なり、及び第１及び第２の実質的に透明なポリマー層は、圧密によって結合される。
第１の態様の一実施形態において、第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の間のモードＩ層間破壊靭性（（ＧIc）は、少なくとも５００Ｊ／ｍ2である。
第１の態様の別の実施形態において、第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の弾性率の差は、少なくとも５％である。
第１の態様のさらに別の実施形態において、第１の実質的に透明なポリマー層、第２の実質的に透明なポリマー層又は第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方は、少なくとも１３００ｍ／秒の音速を有する。
第１の態様のさらに別の実施形態において、第１の実質的に透明なポリマー層、第２の実質的に透明なポリマー層又は第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方は、サブミクロンフィラーをさらに含む。
第１の態様のなおさらに別の実施形態において、第１の実質的に透明なポリマー層のポリマーは架橋されるか、第２の実質的に透明なポリマー層のポリマーは架橋されるか、又は第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方のポリマーは架橋される。
第１の態様のさらなる実施形態において、第１の実質的に透明なポリマー層、第２の実質的に透明なポリマー層、又は第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドのブロックコポリマー又はポリアミドイミドのブロックコポリマーを含む。特定の実施形態において、第１の実質的に透明なポリマー層、第２の実質的に透明なポリマー層、又は第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方は、イミド化触媒をさらに含む。
第１の態様のなおさらなる実施形態において、多層ポリマー膜は、第３の弾性率を有する第３の実質的に透明なポリマー層をさらに含む。第２の実質的に透明なポリマー層は、第１及び第３の実質的に透明なポリマー層の間に配置され、並びに第２及び第３の実質的に透明なポリマー層は圧密によって結合される。特定の実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、且つ第３の弾性率は第２の弾性率より大きいか、第２の弾性率は第１の弾性率より大きく、且つ第３の弾性率は第２の弾性率より大きいか、又は第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、且つ第３の弾性率は第２の弾性率より小さい。
第２の態様において、カバーウインドウは、第１の態様の多層ポリマー膜と、透明材料の層とを含む。透明材料の層は、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する。
第２の態様の一実施形態において、透明材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル及び粒子強化ポリマーからなる群から選択される。
第２の態様の別の実施形態において、多層ポリマー膜が少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する透明材料の２層の間に配置されるように、カバーウインドウは、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する透明材料の追加的な層をさらに含む。
第２の態様のさらに別の実施形態において、カバーウインドウは接着剤層をさらに含む。
第２の態様のさらに別の実施形態において、カバーウインドウ中の任意の隣接する層の間の最小モードＩ層間破壊靭性（ＧIc）は、少なくとも１００Ｊ／ｍ2である。
第２の態様のなおさらに別の実施形態において、カバーウインドウは、２％未満の曇り度（ｈａｚｅ）を有する。
第２の態様のさらなる実施形態において、カバーウインドウは、２未満のｂ＊を有する。
第２の態様のなおさらなる実施形態において、カバーウインドウは、少なくとも８０％の透過率を有する。
第３の態様において、電子デバイスは、第２の態様のカバーウインドウを含む。
多層ポリマー膜は、実質的に透明であり、且つ折り畳み可能な膜を形成するために使用することができる。一実施形態において、多層ポリマー膜は、圧密によって一緒に結合される、同一であるか又は異なるポリマー組成物をベースとする層を含むことができる。一実施形態において、多層ポリマーのために有用なポリマー組成物としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート及びポリエステルを含むことができる。芳香族モノマーを含有するポリイミドは、典型的に非常に熱安定性であり、折り畳み可能である。
一実施形態において、多層ポリマー膜は、ポリイミドブロックコポリマー又はポリアミドイミドブロックコポリマーなどのブロックコポリマーの層を含むことができる。ブロックコポリマーの組成物は、典型的により剛性であり、すなわち、同組成物のランダムコポリマーよりも高い弾性率を有する。例えば、ポリイミドのブロックコポリマーは、より硬質の二無水物及び／又はより硬質のジアミンの組合せを含有する、より長いか、又はより高い分子量のブロックを有することができる。このように、ブロックコポリマーの機械特性は、多層膜中の他の層と比較して操作されることが可能である。一実施形態において、ポリイミドのブロックコポリマーは、より高い弾性率を必要とする層のために使用され、及びポリイミドは、より低い弾性率を有する層のために使用される。
ポリアミドイミド組成物は、典型的により剛性である、すなわち、ポリイミド組成物よりも高い弾性率を有する。一実施形態において、ポリアミドイミドは、より高い弾性率を必要とする層のために使用され、及びポリイミドは、より低い弾性率を有する層のために使用される。
一実施形態において、ポリマー層の弾性率は、サブミクロンフィラーの存在によって増加させることができる。別の実施形態において、ポリマー層の弾性率は、ポリマー層中のポリマー鎖間での架橋結合によって増加させることができる。さらに別の実施形態において、ポリイミド層又はポリアミドイミド層の弾性率は、層中へのイミド化触媒の導入によって増加させることができる。
異なる層の数及び層の相対弾性率の変動を有する多層ポリマー膜の種々の実施形態がある。
一実施形態において、３つのポリマー層があり、第１の層が第１の弾性率を有し、第２の層が第２の弾性率を有し、及び第３の層が第３の弾性率を有し、第２の層は第１の層と第３の層との間に配置される。
３－ポリマー層実施形態の１つにおいて、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、及び第３の弾性率は第２の弾性率より大きい。１つのそのような実施形態において、第１の弾性率は、第１のポリマー層中のサブミクロンフィラーの存在によって、第１のポリマー層中のポリマー鎖間での架橋結合によって、第１のポリマー層中へのイミド化触媒の導入によって、又はその組合せによって増加した。或いは、他の実施形態において、第１のポリマー層は、ポリアミドイミド層又はポリイミドのブロックコポリマーの層であり、及び第２のポリマー層はポリイミドである。別のそのような実施形態において、第３のポリイミド層の弾性率は、第３のポリマー層中のサブミクロンフィラーの存在によって、第３のポリマー層中のポリマー鎖間での架橋結合によって、第３のポリマー層中へのイミド化触媒の導入によって、又はその組合せによって増加した。或いは、他の実施形態において、第３のポリマー層は、ポリアミドイミド層又はポリイミドのブロックコポリマーの層である。さらに別のそのような実施形態において、第１の弾性率及び第３の弾性率は本質的に同一である。さらに別のそのような実施形態において、第１の弾性率は第３の弾性率より大きい。
別の３－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、及び第３の弾性率は第２の弾性率より小さい。１つのそのような実施形態において、第１の弾性率は、第１のポリマー層中のサブミクロンフィラーの存在によって、第１のポリマー層中のポリマー鎖間での架橋結合によって、第１のポリマー層中へのイミド化触媒の導入によって、又はその組合せによって増加した。或いは、他の実施形態において、第１のポリマー層は、ポリアミドイミド層又はポリイミドのブロックコポリマーの層であることが可能である。
さらに別の３－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より大きく、及び第３の弾性率は第２の弾性率より大きい。１つのそのような実施形態において、第３の弾性率は、第３のポリマー層中のサブミクロンフィラーの存在によって、第３のポリマー層中のポリマー鎖間での架橋結合によって、又は、それがポリイミドを含む場合、第３のポリマー層中へのイミド化触媒の導入によって、又はその組合せによって増加した。或いは、他の実施形態において、第３のポリマー層は、ポリアミドイミド層又はポリイミドのブロックコポリマーの層であることが可能である。
別の実施形態において、４つのポリマー層があり、第１の層が第１の弾性率を有し、第２の層が第２の弾性率を有し、第３の層が第３の弾性率を有し、及び第４の層が第４の弾性率を有し、第２の層は第１の層と第３の層との間に配置され、及び第３の層は第２の層と第４の層との間に配置される。
４－ポリマー層実施形態の１つにおいて、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より小さく、及び第４の弾性率は第３の弾性率より大きい。１つのそのような実施形態において、第１の弾性率は、３－ポリマー層実施形態に関して上述の通りに増加した。別のそのような実施形態において、第２の弾性率は、３－ポリマー層実施形態に関して上述の通りに増加した。また別のそのような実施形態において、第４の弾性率は、３－ポリマー層実施形態に関して上述の通りに増加した。さらに別のそのような実施形態において、第２の弾性率及び第４の弾性率は本質的に同一である。追加的な実施形態において、第２の弾性率は第４の弾性率より大きい。
別の４－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より小さく、及び第４の弾性率は第３の弾性率より小さい。
さらに別の４－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より大きく、第４の層は低いガラス転移温度を有し、及び第４の弾性率は、他の３層のいずれの弾性率よりも小さい。さらに別のそのような実施形態において、第１の弾性率及び第３の弾性率は本質的に同一である。追加的なそのような実施形態において、第１の弾性率は第３の弾性率より大きい。
さらに別の実施形態において、５つのポリマー層があり、第１の層が第１の弾性率を有し、第２の層が第２の弾性率を有し、第３の層が第３の弾性率を有し、第４の層が第４の弾性率を有し、及び第５の層が第５の弾性率を有し、第２の層は第１の層と第３の層との間に配置され、第３の層は第２の層と第４の層との間に配置され、及び第４の層は第３の層と第５の層との間に配置される。
５－ポリマー層実施形態の１つにおいて、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より小さく、第４の弾性率は第３の弾性率より大きく、及び第５の層は低いガラス転移温度を有し、及び第５の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも小さく、及び第１の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも大きい。１つのそのような実施形態において、第１の弾性率は、３－ポリマー層実施形態に関して上述の通りに増加した。別のそのような実施形態において、第２の弾性率及び第４の弾性率は本質的に同一である。さらに別のそのような実施形態において、第２の弾性率は第４の弾性率より大きい。
別の５－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より小さく、第４の弾性率は第３の弾性率より小さく、及び第５の層は低いガラス転移温度を有し、及び第５の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも小さく、及び第１の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも大きい。１つのそのような実施形態において、第１の弾性率は、３－ポリマー層実施形態に関して上述の通りに増加した。
さらに別の５－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より大きく、第４の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも大きく、及び第５の層は低いガラス転移温度を有し、及び第５の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも小さい。別のそのような実施形態において、第１の弾性率及び第３の弾性率は本質的に同一である。さらに別のそのような実施形態において、第１の弾性率は第３の弾性率より大きい。
別の５－ポリマー層実施形態において、第２の弾性率は第１の弾性率より小さく、第３の弾性率は第２の弾性率より小さく、第４の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも大きく、及び第５の層は低いガラス転移温度を有し、及び第５の弾性率は、他の４層のいずれの弾性率よりも小さい。当業者は、いずれかの数の層を有する圧密によって結合される多層ポリマー膜の形成方法、及びそれぞれの層の相対的な弾性率の制御方法を理解するであろう。
一実施形態において、２つの隣接する実質的に透明なポリマー層の弾性率の差は、少なくとも５％、少なくとも１５％又は少なくとも２５％である。
同一ポリイミド及び同一量のサブミクロンフィラー、同一架橋度、同一量のイミド化触媒、ポリイミドの同一ブロックコポリマー又は同一ポリアミドイミドを使用する場合であっても、正確に同一の弾性率を有する２つの層を製造することは困難である。「本質的に同一」は、本明細書中、同一弾性率を有するように意図及び注意して調製されるそれらの層を記載するために使用される。
上記の構成中の種々の他の層は、サブミクロンフィラーの存在によって、又はポリマー鎖間での架橋結合によって、又はイミド化触媒の導入によって、又はその組合せによって増加した弾性率を有し得る。
一実施形態において、多層ポリマー膜は実質的に透明である。可視（４００～７００ｎｍ）又は３８０～７８０ｎｍにおける、透明度又は透過率が必要とされる。実質的に透明なポリマー膜又は層は、可視範囲において６０、７０、８０又は９０％より高い透過率を有することができる。
一実施形態において、ポリマー膜は無色且つ透明でなければならない。可視スペクトル（４００～７００ｎｍ）又は３８０～７８０ｎｍにおける、透明度又は高い透過率が必要とされる。典型的な仕様は、ａ＊及びｂ＊両方がＣＩＥ Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊色空間座標のニュートラル（０）から１色単位以下であることを要求している。ＣＩＥ Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の３つの座標は、（１）色の明度（Ｌ＊＝０は、黒を生じさせ、Ｌ＊＝１００は、拡散白色を示す）、（２）赤色／マゼンタ色と緑色との間のその位置（負のａ＊値は、緑色を示す一方、正の値は、マゼンタ色を示す）、及び（３）黄色と青色との間のその位置（負のｂ＊値は、青色を示し、正の値は、黄色を示す）を表す。５０μｍ膜に関して、ａ＊及びｂ＊の絶対値は、それぞれ２未満、又は１未満でなければならない。
ジアミン及びそれを形成するために使用される二無水物に関して、ポリイミド、ポリアミドイミド及びポリイミドのブロックコポリマーを説明する。
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド層のブロックコポリマーを形成するための適切なジアミンの例としては、ｐ－フェニレンジアミン（ＰＰＤ）、ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、２，５－ジメチル－１，４－ジアミノベンゼン、２，５－ジメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＰＸ）、２，２－ビス－（４－アミノフェニル）プロパン、１，４－ナフタレンジアミン、１，５－ナフタレンジアミン、４，４’－ジアミノビフェニル、４，４’－ジアミノターフェニル、４，４’－ジアミノベンズアニリド、４，４’－ジアミノフェニルベンゾエート、４，４’－ジアミノベンゾフェノン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）、４，４’－ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニルスルホン（ＢＡＰＳ）、４，４’－ビス－（アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）、４，４’－ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル、４，４’－ジアミノベンゾフェノン、４，４’－イソプロピリデンジアニリン、２，２’－ビス－（３－アミノフェニル）プロパン、Ｎ，Ｎ－ビス－（４－アミノフェニル）－ｎ－ブチルアミン、Ｎ，Ｎ－ビス－（４－アミノフェニル）メチルアミン、１，５－ジアミノナフタレン、３，３’－ジメチル－４，４’－ジアミノビフェニル、ｍ－アミノベンゾイル－ｐ－アミノアニリド、４－アミノフェニル－３－アミノベンゾエート、Ｎ，Ｎ－ビス－（４－アミノフェニル）アニリン、２，４－ジアミノトルエン、２，５－ジアミノトルエン、２，６－ジアミノトルエン、２，４－ジアミン－５－クロロトルエン、２，４－ジアミン－６－クロロトルエン、２，４－ビス－（ベータ－アミノ－ｔ－ブチル）トルエン、ビス－（ｐ－ベータ－アミノ－ｔ－ブチルフェニル）エーテル、ｐ－ビス－２－（２－メチル－４－アミノペンチル）ベンゼン、ｍ－キシリレンジアミン及びｐ－キシリレンジアミンなどが挙げられる。
他の有用なジアミンとしては、１，２－ビス－（４－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３－ビス－（４－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，２－ビス－（３－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３－ビス－（３－アミノフェノキシ）ベンゼン、１－（４－アミノフェノキシ）－３－（３－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４－ビス－（４－アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４－ビス－（３－アミノフェノキシ）ベンゼン、１－（４－アミノフェノキシ）－４－（３－アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２－ビス－（４－［４－アミノフェノキシ］フェニル）プロパン（ＢＡＰＰ）、２，２’－ビス－（４－フェノキシアニリン）イソプロピリデン、２，４，６－トリメチル－１，３－ジアミノベンゼン、２，４，６－トリメチル－１，３－ジアミノベンゼンが挙げられる。
一実施形態において、適切なジアミンとしては、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン（ＴＦＭＢ）、トリフルオロメチル－２，４－ジアミノベンゼン、トリフルオロメチル－３，５－ジアミノベンゼン、２，２’－ビス－（４－アミノフェニル）－ヘキサフルオロプロパン、４，４’－ジアミノ－２，２’－トリフルオロメチルジフェニルオキシド、３，３’－ジアミノ－５，５’－トリフルオロメチルジフェニルオキシド、９．９’－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン、４，４’－トリフルオロメチル－２，２’－ジアミノビフェニル、４，４’－オキシ－ビス－［２－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン］（１，２，４－ＯＢＡＢＴＦ）、４，４’－オキシ－ビス－［３－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン］、４，４’－チオ－ビス－［（２－トリフルオロメチル）ベンゼン－アミン］、４，４’－チオビス［（３－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン］、４，４’－スルホキシル－ビス－［（２－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン、４，４’－スルホキシル－ビス－［（３－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン］、４，４’－ケト－ビス－［（２－トリフルオロメチル）ベンゼンアミン］、１，１－ビス［４’－（４”－アミノ－２”－トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］シクロペンタン、１，１－ビス［４’－（４”－アミノ－２”－トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル］シクロヘキサン、２－トリフルオロメチル－４，４’－ジアミノジフェニルエーテル；１，４－（２’－トリフルオロメチル－４’，４”－ジアミノジフェノキシ）－ベンゼン、１，４－ビス（４’－アミノフェノキシ）－２－［（３’，５’－ジトリフルオロメチル）フェニル］ベンゼン、１，４－ビス［２’－シアノ－３’（“４－アミノフェノキシ）フェノキシ］－２－［（３’，５’－ジトリフルオロ－メチル）フェニル］ベンゼン（６ＦＣ－ジアミン）、３，５－ジアミノ－４－メチル－２’，３’，５’，６’－テトラフルオロ－４’－トリ－フルオロメチルジフェニルオキシド、２，２－ビス［４’（４”－アミノフェノキシ）フェニル］フタレイン－３’，５’－ビス（トリフルオロメチル）アニリド（６ＦＡＤＡＰ）、及び３，３’，５，５’－テトラフルオロ－４，４’－ジアミノ－ジフェニルメタン（ＴＦＤＡＭ）などのフッ素化ジアミンを挙げることができる。特定の実施形態において、フッ素化ジアミンは、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン（ＴＦＭＢ）である。
一実施形態において、任意の数の適切な二無水物を使用することができる。二無水物は、それらのテトラ酸形態において（又はテトラ酸のモノ、ジ、トリ若しくはテトラエステルとして）又はそれらのジエステル酸ハロゲン化物（塩化物）として使用することができる。しかしながら、いくつかの実施形態において、二無水物形態は、それが一般に酸又はエステルよりも反応性が高いために好ましいものである可能性がある。
適切な二無水物の例としては、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）、１，２，５，６－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２－（３’，４’－ジカルボキシフェニル）５，６－ジカルボキシベンズイミダゾール二無水物、２－（３’，４’－ジカルボキシフェニル）５，６－ジカルボキシベンゾオキサゾール二無水物、２－（３’，４’－ジカルボキシフェニル）５，６－ジカルボキシベンゾチアゾール二無水物、２，２’，３，３’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、２，２’，３，３’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ－［２，２，２］－オクテン－（７）－２，３，５，６－テトラカルボン酸－２，３，５，６－二無水物、４，４’－チオ－ジフタル酸無水物、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）スルホキシド二無水物（ＤＳＤＡ）、ビス（３，４－ジカルボキシフェニルオキサジアゾール－１，３，４）ｐ－フェニレン二無水物、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）２，５－オキサジアゾール１，３，４－二無水物、ビス２，５－（３’，４’－ジカルボキシジフェニルエーテル）１，３，４－オキサジアゾール二無水物、４，４’－オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）チオエーテル二無水物、ビスフェノールＡ二無水物（ＢＰＡＤＡ）、ビスフェノールＳ二無水物、ビス－１，３－イソベンゾフランジオン、１，４－ビス（４，４’－オキシフタル酸無水物）ベンゼン、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、シクロペンタジエニルテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ペリレン３，４，９，１０－テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、１，３－ビス－（４，４’－オキシジフタル酸無水物）ベンゼン、２，２－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、２，６－ジクロロナフタレン－１，４，５，８－テトラカルボン酸二無水物、２，７－ジクロロナフタレン－１，４，５，８－テトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７－テトラクロロナフタレン－１，４，５，８－テトラカルボン酸二無水物、フェナントレン－１，８，９，１０－テトラカルボン酸二無水物、ピラジン－２，３，５，６－テトラカルボン酸二無水物、ベンゼン－１，２，３，４－テトラカルボン酸二無水物、チオフェン－２，３，４，５－テトラカルボン酸二無水物、及びシクロブタン二無水物（ＣＢＤＡ）が挙げられる。
一実施形態において、適切な二無水物としては、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（６ＦＤＡ）及び９，９－ビス（トリフルオロメチル）－２，３，６，７－キサンテンテトラカルボン酸二無水物などのフッ素化二無水物を挙げることができる。特定の実施形態において、フッ素化二無水物は、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（６ＦＤＡ）である。
特定の実施形態において、多層を形成するために、６ＦＤＡ／ＴＦＭＢ及びＢＰＤＡ／６ＦＤＡ／／ＴＦＭＢポリマー層が使用された。一実施形態において、ＢＰＤＡ、６ＦＤＡ及びＴＦＭＢを含有するポリ（アミド酸）ブレンドは、ＢＰＤＡをＴＦＭＢと一緒に重合し、６ＦＤＡとＴＦＭＢとの反応から誘導されたポリアミド酸と組み合わせることによって作成された。
一実施形態において、ポリマー層の弾性率は、サブミクロンフィラーの存在によって増加させることができる。多層膜のパーセント透過率は、フィラーとポリマーホストとの間の屈折率の差及びフィラーのサイズの関数になる。フィラーとポリマーホストとの間の屈折率の差が小さいほど、膜の透過率に悪影響を及ぼすことなしにフィラーの寸法を大きくすることができる。サブミクロンフィラーは、無機物であっても有機物であってもよく、また次のパーセンテージのうちの任意の２つの間、及び任意選択的にはその任意の２つを含む量で存在することができる：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０及び４５体積パーセントのポリマー膜。
フィラーの屈折率に応じて、一実施形態において、サブミクロンフィラーは、少なくとも１つの寸法方向で５５０ｎｍ未満のサイズを有することが可能である。別の実施形態において、フィラーは、５００未満、４５０未満、４００未満、３５０未満、３００未満、２５０未満、又は２００ｎｍ未満のサイズを有することが可能である（フィラーは任意の寸法方向で様々な形状をとることができ、フィラーの形状は任意の寸法方向に沿って変動可能であるため、「少なくとも１つの寸法方向」はその寸法方向に沿った数値平均であることが意図されている）。フィラーの平均アスペクト比は１以上であることが可能である。いくつかの実施形態において、サブミクロンフィラーは、針状フィラー（アシキュラー）、繊維状フィラー、板状フィラー、ポリマー繊維、及びこれらの混合物からなる群から選択される。一実施形態において、サブミクロンフィラーは実質的に凝集していない。サブミクロンフィラーは、中空、多孔性又は固体であることが可能である。一実施形態において、本開示のサブミクロンフィラーは、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも４：少なくとも６、少なくとも８、少なくとも１０、少なくとも１２、又は少なくとも１５：１のアスペクト比を示す。
いくつかの実施形態において、サブミクロンフィラーのサイズは１００ｎｍ以下である。いくつかの実施形態において、フィラーは球形又は楕円形の形状であり、ナノ粒子である。一実施形態において、サブミクロンフィラーとしては、ケイ素、アルミニウム、及びチタンの酸化物、中空（多孔質）ケイ素酸化物、アンチモン酸化物、ジルコニウム酸化物、インジウムスズ酸化物、アンチモンスズ酸化物、混合チタン／スズ／ジルコニウム酸化物、並びにケイ素、チタン、アルミニウム、アンチモン、ジルコニウム、インジウム、スズ、亜鉛、ニオブ、及びタンタルから選択される１種以上のカチオンの二元、三元、四元、及びより高次の複合酸化物などの無機酸化物を挙げることができる。一実施形態において、１つの粒子中で１種の酸化物が別の酸化物を封入しているナノ粒子複合材料（例えば単一又は複数のコア／シェル構造）が使用されてもよい。
一実施形態において、サブミクロンフィラーとしては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ホウ素とアルミニウムと窒素を含む三元以上の化合物、窒化ガリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、炭化ケイ素、及びこれらの組合せ、又は複数のカチオンと複数のアニオンとを含むより高次の化合物などの他のセラミック化合物を挙げることができる。
一実施形態において、固体ケイ素酸化物ナノ粒子は、ケイ素酸化物のゾル（例えば、液体媒体中の固体ケイ素酸化物ナノ粒子のコロイド分散液）、特にアモルファス、半結晶性、及び／又は結晶性シリカのゾルから製造することができる。そのようなゾルは、様々な手法により、ヒドロゾル（すなわち水が液体媒体として機能する）、オルガノゾル（すなわち有機液体が液体媒体として機能する）、及び混合ゾル（すなわち液体媒体が水と有機液体の両方を含む）などの様々な形態で、調製することができる。例えば、米国特許第２，８０１，１８５号明細書、同第４，５２２，９５８号明細書及び同第５，６４８，４０７号明細書に開示の技術及び形態の説明を参照のこと。一実施形態において、ナノ粒子は、極性、非プロトン性溶媒、例えばＤＭＡＣ、又はポリアミド酸若しくはポリ（アミドアミド酸）と相溶性である他の溶媒中に懸濁される。別の実施形態において、固体ナノシリカ粒子は、例えばＤＭＡＣ－ＳＴ（Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｏｕｓｔｏｎ ＴＸ）、０．５％未満の水を含み２０～２１重量％のＳｉＯ2を含む、ナノシリカ粒子のメジアン径ｄ５０が約１６ｎｍであるジメチルアセトアミド中の固体シリカコロイドなど、極性非プロトン性溶媒中に分散されているコロイド分散液又はゾルとして商業的に得ることができる。
一実施形態において、サブミクロンフィラーは多孔質であってもよく、任意の形状の細孔を有し得る。１つの例は、細孔が、ケイ素酸化物などの酸化物のシェル内に形成された低密度且つ低屈折率の空隙（例えば空気を含む空隙）を含む場合、すなわち中空ケイ素酸化物ナノ粒子である。サブミクロンフィラーのシェルの厚さは、サブミクロンフィラーの強度に影響を与える。中空のケイ素酸化物粒子は、屈折率を下げ、空隙率を上げるため、シェルの厚さが減少してサブミクロンフィラーの強度（すなわち耐破壊性）が低下する。そのような中空のケイ素酸化物ナノ粒子の製造方法は、例えば日本特許第４４０６９２１Ｂ２号公報及び同第４０３１６２４Ｂ２号公報に記載されているように公知である。中空ケイ素酸化物ナノ粒子は、日本の日揮触媒化成株式会社から入手可能である。
一実施形態において、サブミクロンフィラーはカップリング剤でコーティングされてもよい。例えば、ナノ粒子は、アミノシラン、フェニルシラン、対応するアルコキシシランから誘導されるアクリル又はメタクリルカップリング剤でコーティングすることができる。サブミクロンフィラーとヘキサメチルジシラザンとの反応により、トリメチルシリル表面キャッピング剤がナノ粒子表面に導入されてもよい。一実施形態において、サブミクロンフィラーは分散剤でコーティングされてもよい。一実施形態において、サブミクロンフィラーは、カップリング剤と分散剤との組合せでコーティングされてもよい。或いは、カップリング剤、分散剤、又はそれらの組合せは、ポリイミド膜に直接組み込まれてもよく、必ずしもサブミクロンフィラー上にコーティングされる必要はない。
無機サブミクロンフィラーの表面コーティングは、その屈折率に影響を与える。表面コーティングを有するサブミクロンフィラーの屈折率は、表面コーティングの体積分率にその屈折率を掛けたものと、無機コアの体積分率にコアの屈折率を掛けたものを合計することにより見積もることができる。
いくつかの実施形態において、サブミクロンフィラーは、それ自体が望まれる処理温度で分解したり、オフガスを発生したりしないように選択される。同様に、いくつかの実施形態において、サブミクロンフィラーは、ポリマーの分解に寄与しないように選択される。一実施形態において、コア層の両側上に外層を有する多層ポリマー膜に関して、より軟質のコア層を維持しながら、外層率を増加させることができる。層の間にいくらかの相互拡散があるため、隣接する層の間の特性の移行がより段階的であるように、層の間に混在する境界層は、１～２μｍ以上の距離で延在することが可能である。
一実施形態において、ポリマー層の弾性率は、層内のポリマー鎖間での架橋結合によって増加させることができる。架橋化学作用は、より高い弾性率及び音速が必要とされる特定の層内で標的とされる。ポリマー鎖間での架橋結合は、熱処理によって、又はＵＶ開始化学作用によって達成することができる。
ポリマー鎖間での熱的に誘導された架橋結合は、ジアセチレン基をポリマー組成物に導入することによって達成することができる。これらのアセチレン又はエチレン基は、他のアセチレン又はエチレン基によって、いくつかの場合、膜のイミド化温度付近の熱活性化されたプロセスによって架橋可能である。熱的に開始された架橋結合のための他のアプローチは、適度な温度で脱炭酸して、隣接するポリマー鎖上の実体と反応及び供給結合することができるラジカルを発生することが可能なカルボン酸ペンダント基を有するモノマーの包含を含む。ポリアミド酸中に共重合されることが可能であるそのようなモノマーの例は、架橋反応を開始するためにアリール基を生成する３，５－ジアミノ安息香酸である。
ポリマー鎖間での架橋化学作用は、ポリマー骨格中へのジオールの組み込みによっても達成することができる。１つのそのような例は、１，４－ブチレングリコールである。加えて、ジオールは、（ジアミノ安息香酸によって導入されるものなどの）隣接する鎖上のカルボン酸部分と反応して、ポリマー鎖間のエステル結合を形成することができる。
ＵＶによって誘導される架橋反応も使用することもでき、及びこれらは熱イミド化ステップの前又は後に実行されてよい。１つのアプローチは、ＢＴＤＡ（３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物）などのベンゾフェノンモノマーにと一緒に、ポリアミド酸の形成の間、ポリマー骨格中にＤＡＭ（２，４，６－トリメチル－１，３－フェニレンジアミン）を組み込むことである。ベンゾフェノンは、水素抽出及びその後のポリマー鎖間でのラジカルカップリングによって、（ペンダント水素基を有するＤＡＭモノマー又は別のモノマー上にあるものなどの）隣接する鎖上の水素供与部分と反応することができることが仮定される。
ポリマー鎖間での架橋結合及び分岐は、ポリマー骨格中への三官能性モノマー（例えばトリアミン）を導入することによっても達成することができる。
架橋化学作用は、中間層接着に対する有益な影響を有する。例えば、架橋のために２つの化学部分が必要とされる場合、１つはそれぞれの層のポリマー組成物に対して使用されることができる。熱的に、又はＵＶによって誘導される架橋反応は、２つの隣接層のポリマー鎖間に共有結合を導入することによって、層の間の結合を改善することができる。多層ポリマー膜の任意のポリマー層中に架橋結合を組み込む場合、層は最初に圧密によって結合され、続いて架橋結合が生じる。
一実施形態において、ポリイミド層の特性は、特定の層にイミド化触媒を導入することによって調整することができる。一般に、触媒はイミド化の温度を低下させ、結晶化度を増加させ、及びポリイミド率を増加させる。特性を制御するために、触媒の濃度及び種類を使用することができる。典型的なイミド化触媒は、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、１，２－ジメチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、イソキノリン、又は置換ピリジン（メチルピリジン、ルチジン、及びトリアルキルアミンなど）などの塩基に及び得る。三級アミンと酸無水物との組合せを使用することができる。助触媒として機能し得るこれらの脱水剤としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水ｎ－酪酸、無水安息香酸などが挙げられる。ポリアミド酸層の中のこれらの触媒の比率とこれらの濃度は、イミド化の反応速度及び膜の特性に影響する。いくつかの構成は、所望の特性次第で、異なる層に導入された異なる触媒を有してもよい。例えば、第１及び第３の層が増加した率を有する３－層ポリイミド膜に関して、触媒はそれらの２つの層にのみ導入されることができる。
層の間に溶媒のいくらかの相互拡散があるため、イミド化触媒も同様に、ある程度まで相互拡散することができる。これは、膜を調製するために使用される触媒濃度、層の厚さ、及び乾燥プロファイル次第である。このように、１つの層から別の層への特性のグラデーションを達成することができる。
多層ポリマー膜の隣接するポリマー層は、圧密によって結合される。圧密は、接着プロセスというよりも、むしろ溶接プロセスである。圧密又は溶接される層は、物理的変化、すなわち、溶融及び凝固を受けることができなければならない。一緒に圧密される層を軟化し、溶融するために、熱移動がある。表面を一緒にして、密接な分子接触を達成することが可能となる。レプテーション（ｒｅｐｔａｔｉｏｎ）（ヘビ様）運動によるポリマー相互拡散がある。圧密される２層の界面を横切って長鎖ポリマー鎖が移動するため、これによって強い結合が達成される。一般に再圧密された界面は検知されない。
本プロセスにおいて、ポリアミド酸又はポリイミドアミド酸は、ポリアミド酸層、部分的にイミド化されたポリアミド酸層、ポリアミドアミド酸、可溶性ポリイミド又は可溶性ポリアミドイミドとしてキャストされる。これらの層を共押出形成プロセスでキャストすることが可能であり、その結果、圧密が得られる。本プロセスにおいて、ポリアミド酸ポリマー鎖は混ざり合うことが可能であり；上記の通り隣接する層の間で、ポリアミド酸又はポリイミドアミド酸層、部分的にイミド化されたポリアミド酸層、ポリイミドアミド酸、可溶性ポリイミド又は可溶性ポリアミドイミド鎖がもつれ合うことが可能である。以前に形成された第２のポリマー基材上に１つの配合物をコーティングすることによって従来通りに達成可能であるものよりも、より大きい接着中間層が存在するであろう。多層がポリアミド酸をベースとする場合、多層全体が同時に硬化又はイミド化されるように、それを別々のステップでイミド化することができる。独立したポリアミド酸流を用いて、多数個取りダイを使用して材料が共押出成形される場合、（１つの膜層を他の膜層上に順にコーティングすることとは対照的に、）シングル又はカスケード式キャストプロセスによって層が形成されて、組み合わせられるので、製造コストの利点も有意である。一実施形態において、複合スロットダイをわずかにカスケードすることができる。
一実施形態において、層を同時に押出成形することによって、多層ポリマー膜は調製される。いくつかの実施形態において、層は、１個取り又は多数個取り押出成形ダイによって押出成形される。一実施形態において、多層膜は、１個取りダイを用いて製造される。１個取りダイが用いられる場合、流れの層流は、流れの混合を防ぎ、且つ、均一な層化を提供するのに十分に高い粘度のものであるべきである。一実施形態において、多層ポリマー膜は、スロットダイから移動ステンレス鋼ベルト上にキャストすることによって調製される。ポリイミド層を含む特定の実施形態において、ベルトは、次に、対流オーブンを通過して溶媒を蒸発させ、ポリマーを部分的にイミド化させて「グリーン」膜をもたらす。グリーン膜をキャスティングベルトから剥ぎ取り、巻き取ることができる。次に、グリーン膜をテンターオーブンに通過させて、ポリイミドを完全硬化させることができる。いくつかの実施形態において、テンタリング中、収縮は、端縁に沿って膜を束縛すること（すなわちクリップ又はピンを使用すること）によって最小限にすることができる。
いくつかの実施形態において、層はポリアミド酸、ポリアミド酸イミド、可溶性ポリイミド又は可溶性ポリアミドイミドの連続コーティングによって形成することができる。例えば、これらのポリマーの溶液は、スロットダイコーティング、キャスティング又は類似のプロセスによって順に堆積させることができる。
一実施形態において、多層ポリマー膜の外層は、コア層に、或いは、ゲル膜又はグリーン膜などへの膜形成の中間の製造段階の間に適用可能である。
本発明の多層ポリマー膜を含むディスプレー用のカバーウインドウも提供される。種々の多層変動体のそれぞれの第１の層は、ディスプレーから最も遠い層である。
カバーウインドウなどの耐衝撃性構造において、応力が材料中で伝播する速度は、大きい構造体積上での初期の動力学的エネルギーの消散を可能にし、及び衝撃装置と標的との間の運動量の交換を強化するために、高くなければならない。音、機械的波及び応力は、材料中、異なる波速度で伝播する。異なる変形モードによって、材料中の異なる波速度（縦、歪み、レイリーなど）がもたらされる。
本明細書中、高音速層への参照は、材料中の縦波の速度を意味する。これは、材料中で最も速い弾性波である。材料中の音速として縦波速度を参照することは、一般的である。等方材料に関して、縦波速度の方程式は、
Figure 2022509603000001
であり、式中、
・Ｅは、材料の弾性率であり、
・νは、材料のポアソン比であり、
・ρは、材料の密度である。
一実施形態において、多層ポリマー膜中の界面は、少なくとも１００、少なくとも５００、少なくとも１５００又は少なくとも３０００Ｊ／ｍ2のモードＩ層間破壊靭性（ＧIc）を有する。一実施形態において、カバーウインドウ中のいずれの隣接する層の間の最小モードＩ層間破壊靭性（ＧIc）も、少なくとも１００、少なくとも２００又は少なくとも３５０Ｊ／ｍ2である。一実施形態において、多層ポリマー膜の少なくとも１枚の実質的に透明な層の音速は、少なくとも１３００、少なくとも１８００又は少なくとも２０００ｍ／秒である。
一実施形態において、カバーウインドウは、多層ポリマー膜とディスプレーとの間に配置された高い音速を有する透明材料の層をさらに含む。１つのそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料の音速は、少なくとも２０００、少なくとも２５００又は少なくとも３０００ｍ／秒である。別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート又はポリエステルである。さらに別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、粒子強化ポリマーである。
別の実施形態において、カバーウインドウは、多層ポリマー膜の第１の層より上に配置された、高い音速を有する透明材料の層をさらに含む。１つのそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料の音速は、少なくとも２０００、少なくとも２５００又は少なくとも３０００ｍ／秒である。別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート又はポリエステルである。さらに別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、粒子強化ポリマーである。
別の実施形態において、カバーウインドウは、１層が多層ポリマー膜とディスプレーとの間に配置され、もう１層が多層ポリマー膜の第１の層より上に配置される、高い音速を有する２層の透明材料をさらに含む。１つのそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料の音速は、少なくとも２０００、少なくとも２５００又は少なくとも３０００ｍ／秒である。別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート又はポリエステルである。さらに別のそのような実施形態において、高い音速を有する透明材料は、粒子強化ポリマーである。
一実施形態において、カバーウインドウは、エポキシ接着剤、アクリル接着剤又はウレタン接着剤などの接着剤層をさらに含む。
一実施形態において、カバーウインドウは、２層以上の多層ポリマー膜を含むことができる。例えば、一実施形態において、カバーウインドウは、第１の多層ポリマー膜、第１の接着剤、高い音速を有する透明材料の層、第２の接着剤、及び第２の多層ポリマー膜を含むことができる。別の実施形態において、カバーウインドウは、高い音速を有する第１の透明材料の層、第１の多層ポリマー膜、高い音速を有する第２の透明材料の層、接着剤、高い音速を有する第３の透明材料の層、及び第２の多層ポリマー膜を含むことができる。当業者は、本発明で記載される種々の層の特性の理解に基づき、いずれかの数のカバーウインドウのデザインを提供することができることを理解するであろう。
試験方法
弾性率
膜の剛性を測定するために特に構成されるナノインデンターを使用して、弾性率を測定した。ナノインデンテーションは、薄膜に関して理想的であるいくつかの面内弾性率成分を有する横弾性率を測定する。ナノインデンター（Ｈｙｓｉｔｒｏｎ ＴＩ ９８０ ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒ，Ｂｒｕｋｅｒ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）を使用して、膜インデンテーション弾性率を特徴づけた。インデント深さの関数としての機械特性の単一測定からの改善された表面検出及び抽出のために、ナノインデンターは、それぞれ、１ｎＮ及び０．０４ｎｍの荷重及び変位解像度を有し、及び連続剛性モードで運転され、それによって、インデンターチップは１～２ｎｍの振幅で連続的に振動した。それぞれの試験片上に２０～２５のインデンテーションを作成することによって、約５０ｎｍ以上からインデンテーション深さまで標準Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈチップの射影接触面積関数が較正された。試料台に接着剤を使用することによって、示された膜を試料ホルダーに取り付けた。試験系が約０．１～０．２ｎｍ／秒の熱ドリフトに到達したら、それぞれのコーティング上の少なくとも６つの異なる位置でインデンテーションを作成した。測定後、その測定に続いて、以前の較正を確認するために、試験片上で３～５つのインデンテーションを再び作成した。
モードＩの層間破壊靭性（ＧIc）
二重片持梁試験によって界面結合強度を測定した。この試験では、１インチ×６インチの多層膜試験片を使用する。この試験片は、荷重下での試料歪曲を制限するため、及び荷重ブロックに付着させるために、１インチ×６インチのアルミニウム裏当材で上部及び底部を接着させた。その結果、以下のサンドイッチ構造が得られる：Ａｌ裏当材／「Ａ」層／「Ｂ」層／「Ａ」層／Ａｌ裏当材。次いで、荷重ブロックをアルミニウム裏当材上部及び底部に付着させた。１０００ｌｂ荷重セルを備えたＥｌｅｃｔｒｏＦｏｒｃｅ １０００荷重フレームで試料を試験した。この試験では、最も弱い層の間で意図的に初期の亀裂が作成され、且つ亀裂は界面に沿って伝播し、その間に横方向荷重、開口部変位及び試験片長軸に沿った亀裂長さを測定する。亀裂が容易に作成可能である場合、界面接着は低いか、又は適度であり、且つＧIcを測定することができる。亀裂が作成不可能である場合、層間接着は高いか、又は全く接着はなく、その代わりに圧密である。完全に圧密化された３層スタックは分離不可能であるべきである。破損の場所は他の場所でなければならない。
厚さ
多層膜及び個々の膜層の厚さを決定するために、膜の断面走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を得た。膜試料を切断し、エポキシに取り付け、一晩乾燥させた。次に、試料をビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）可変速度グラインダー／研磨装置を用いて研磨し、乾燥度を確実にするために約２時間デシケーター中へ入れた。可変圧力下でのＨｉｔａｃｈｉ Ｓ－３４００ ＳＥＭ（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．，Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，ＩＬ）を用いて画像を撮った。
実施例１
実施例１（Ｅ１）に関して、多層膜を共押出形成によってキャストし、圧密によって「ＡＢＡ」型の層を形成した。３つの別個のポリアミド酸ポリマー流を、加熱された移動ベルト上へ多数個取り押出ダイを通して同時に押出成形して共押出３層ポリアミド酸膜を形成した。これを硬化すると３層ポリイミド膜を形成することができる。ポリイミドコア層（第２の透明、無色ポリマー層）並びに上部及び底部外層（第１及び第３の透明、無色ポリマー相）の厚さは、押出機に供給されるポリアミック酸の量を変えることによって調整された。層弾性率を増加させるために、ケイ素酸化物ナノ粒子を外側「Ａ」層に導入した。
コア層（第２の透明、無色ポリマー層）を調製するために、窒素パージされた８０ガロン反応器中で１６．２０ｋｇのトリフルオロメチルベンジジン（ＴＦＭＢ、セイカ（Ｓｅｉｋａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、和歌山精化工業株式会社、日本）及び１４３．３４ｋｇのジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を撹拌し、かき混ぜた。２１．９１ｋｇの４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（６ＦＤＡ，Ｓｙｎａｓｉａ，Ｍｅｔｕｃｈｅｎ，ＮＪ）を、６時間かけて４つの別個のアリコートで添加した。反応混合物をこの手順中に約４０℃に維持した。３６．１４５ｇの６ＦＤＡの８つの追加のアリコートを約３時間かけて反応混合物に添加した。プレポリマーの粘度は、約６０ポアズであった。
窒素パージされた反応器中でＤＭＡＣ中の６重量％のピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）の混合物を使用してポリマーの一部を約１２００～１３００ポアズまで重合させた（「仕上げた」）。材料を４０℃で約２４時間にわたってＰＭＤＡ溶液で重合させた。
外側ポリマー層（第１及び第３の透明、無色ポリマー層）を調製するために、コア層で使用されるポリマーの一部を外側スキン層でも共押出成形した。しかしながら、この層は、ケイ素酸化物ナノ粒子の流れと混和された。ケイ素酸化物ナノコロイドをこの外層に注入した。このコロイドは、直径約２０～３０ｎｍであり、且つＤＭＡＣ中約３１重量％でコロイド状に分散されたケイ素酸化物ナノ粒子を含有する。この生成物は、水中のＬｕｄｏｘ（登録商標）ＴＭＡコロイドシリカ製品（（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）から誘導された。このコロイドは、Ｄｏｗｅｘ（登録商標）ＨＣＲ－Ｗ２樹脂（水素型、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）で交換することによって脱イオン化された（Ｎａイオンが除去される）。脱イオン化されたＬｕｄｏｘ（登録商標）ＴＭＡを蒸留によってＤＭＡＣ溶媒に交換した。交換の最終部分の間、トリメトキシフェニルシランキャッピング剤をコロイド混合物に導入し、ナノ粒子を官能化した。約１３体積％のＳｉＯ2ナノ粒子を有するケイ素酸化物ナノ粒子リッチ外層を作成するために必要な体積率でナノ粒子流を導入した。
多層ポリマー膜を共押出形成によって形成した。ポリアミド酸溶液の流量を調整して、外層が、乾燥後に約５～６μｍの厚さである共押出３層膜を得た。内部コア層は約３５～３６μｍであった。いくつかのＤＭＡＣ溶媒を含有するグリーン膜を製造するために、押出成形された多層ポリマー膜を約９５～１５０℃の範囲のオーブン温度で乾燥させた。
乾燥させた膜を、それを固定するための３×８インチのピンフレームに取り付け、炉（Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ（商標）Ｆ６０００ボックス炉、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．，Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）に入れた。炉を窒素パージし、次の温度プロトコルに従って加熱した：
２５℃から４５℃まで（５℃／分）、４５℃で５分間保持；
４５℃から１５０℃まで（２０℃／分）、１５０℃で１０分間保持；
１５０℃から２５０℃まで（２０℃／分）、２５０℃で１０分間保持；
２５０℃から３５０℃まで（２０℃／分）、３５０℃で５分間保持。
３５０℃に５分間加熱した後、膜をオーブンから「高温」で取り出し、空気中で放冷した。
実施例２
実施例２（Ｅ２）に関して、約１８体積％まで外層中のケイ素酸化物ナノ粒子の濃度を増加させるためにケイ素酸化物コロイドの流速を増加させたことを除き、Ｅ１に記載のものと同一手順を使用した。
多層ポリマー膜の層間の界面を観察するために、高解像度顕微鏡観察を使用した。炉中で膜を硬化する代わりに、テンターオーブン中で約１８０～約６２０℃（ラジエントヒーター表面温度）のラジエントヒーターを使用して、自立膜を加熱し、ポリマーを完全に乾燥させ、イミド化させことを除き、Ｅ１及びＥ２において上述の通りに膜を調製した。膜の透過電子顕微鏡検査法（ＴＥＭ）断面図像を捕えるために、試料をウルトラミクロトームで調製した。外層及びコアからの移行領域は非常に段階的である。いくつかのケイ素酸化物ナノ粒子はこの界面領域に存在し、且つ外層とコア層との間に明らかな境界線はない。このミクロ構造のため、圧密で結合することによって、外層とコア層との間の高い接着がもたらされる。
Ｅ１及びＥ２の両方において、非強化「Ｂ」層のナノインデンテーション弾性率は４．５３ＧＰａであった。粒子強化がより高レベルである場合、「Ａ」層は５．５７ＧＰａの弾性率が測定され、「Ａ」層の弾性率より約２３％高い。粒子強化がより低レベルである場合、「Ａ」層は５．４６ＧＰａの弾性率が測定され、「Ａ」層の弾性率より約２１％高い（表１）。
Figure 2022509603000002
モードＩでの層間破壊靭性試験（ＧIc）によって測定されるように、Ｅ１及びＥ２の両方の界面強度は、元の材料の強度と同一、又はほぼ同一であった。二重片持梁試験を使用して、圧密化された３－層構造の最も弱いＧIcを測定する我々の試みは、界面の強度のために不成功だった。我々は、圧密化された界面間に初期の亀裂領域を作成することができなかった。その代わりに、破損の場所は、圧密化された構造をアルミニウム梁に接合するために使用されるエポキシ層中にあった。したがって、我々は、圧密化された界面のＧIcがエポキシ－アルミニウム界面のものより高いということを知っている。以前の研究（Ａｌｆａｎｏ ｅｔ ａｌ．，“Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｊｏｉｎｔｓ Ｂｏｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ａ Ｂｉ－Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｐｏｘｙ Ａｄｈｅｓｉｖｅ”、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．２，２０１０）は、類似のアルミニウム／エポキシ界面に関して約２０００Ｊ／ｍ2のＧIc値を報告する。このことは、試験された試料の圧密化界面の界面が２０００Ｊ／ｍ2より高いことを示唆する。

Claims (19)

  1. 多層ポリマー膜であって、
    第１の弾性率を有する第１の実質的に透明なポリマー層と、
    第２の弾性率を有する第２の実質的に透明なポリマー層と
    を含み、前記第１の弾性率が前記第２の弾性率とは異なり、且つ
    前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層が、圧密によって結合される、多層ポリマー膜。
  2. 前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の間のモードＩ層間破壊靭性（（ＧIc）が、少なくとも５００Ｊ／ｍ2である、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  3. 前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の弾性率の差が、少なくとも５％である、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  4. 前記第１の実質的に透明なポリマー層、前記第２の実質的に透明なポリマー層、又は前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方が、少なくとも１３００ｍ／秒の音速を有する、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  5. 前記第１の実質的に透明なポリマー層、前記第２の実質的に透明なポリマー層、又は前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方が、サブミクロンフィラーをさらに含む、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  6. 前記第１の実質的に透明なポリマー層のポリマーが架橋されるか、前記第２の実質的に透明なポリマー層のポリマーが架橋されるか、又は前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方のポリマーが架橋される、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  7. 前記第１の実質的に透明なポリマー層、前記第２の実質的に透明なポリマー層、又は前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドのブロックコポリマー又はポリアミドイミドのブロックコポリマーを含む、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  8. 前記第１の実質的に透明なポリマー層、前記第２の実質的に透明なポリマー層、又は前記第１及び第２の実質的に透明なポリマー層の両方が、イミド化触媒をさらに含む、請求項７に記載の多層ポリマー膜。
  9. 第３の弾性率を有する第３の実質的に透明なポリマー層をさらに含み、
    前記第２の実質的に透明なポリマー層が、前記第１及び第３の実質的に透明なポリマー層の間に配置され、且つ
    前記第２及び第３の実質的に透明なポリマー層が、圧密によって結合される、請求項１に記載の多層ポリマー膜。
  10. （ｉ）前記第２の弾性率が前記第１の弾性率より小さく、且つ前記第３の弾性率が前記第２の弾性率より大きいか、又は（ｉｉ）前記第２の弾性率が前記第１の弾性率より大きく、且つ前記第３の弾性率が前記第２の弾性率より大きいか、又は（ｉｉｉ）前記第２の弾性率が前記第１の弾性率より小さく、且つ前記第３の弾性率が前記第２の弾性率より小さい、請求項９に記載の多層ポリマー膜。
  11. 請求項１に記載の多層ポリマー膜と、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する透明材料の層とを含む、カバーウインドウ。
  12. 前記透明材料が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル及び粒子強化ポリマーからなる群から選択される、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  13. 前記多層ポリマー膜が少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する透明材料の２層の間に配置されるように、少なくとも２０００ｍ／秒の音速を有する透明材料の追加的な層をさらに含む、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  14. 接着剤層をさらに含む、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  15. 前記カバーウインドウ中の任意の隣接する層の間の最小モードＩ層間破壊靭性（ＧIc）が、少なくとも１００Ｊ／ｍ2である、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  16. 前記カバーウインドウが、２％未満の曇り度を有する、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  17. 前記カバーウインドウが、２未満のｂ＊を有する、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  18. 前記カバーウインドウが、少なくとも８０％の透過率を有する、請求項１１に記載のカバーウインドウ。
  19. 請求項１１に記載のカバーウインドウを含む、電子デバイス。
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