TW202112909A - 聚醯亞胺膜及電子裝置 - Google Patents
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Abstract
在第一方面,聚醯亞胺膜包含二酐和二胺。該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者。該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數。該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成:(a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液;(b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成基本上醯亞胺化的溶液;(c) 流延該基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及 (d) 乾燥該膜。
Description
本揭露的領域係聚醯亞胺膜和電子裝置。
聚醯亞胺膜可以潛在地取代剛性玻璃覆蓋片和目前在顯示器應用,如有機發光二極體(OLED)顯示器中使用的其他基板。例如,芳香族聚醯亞胺典型地是非常熱穩定性的,具有大於320°C的玻璃化轉變溫度(Tg
),並具有優異的可折疊性和可軋製性,這係下一代柔性顯示器所需的關鍵特性。對於在顯示器應用中使用的聚醯亞胺膜,除了具有高透射率和低霧度之外,聚醯亞胺膜還需要在顏色上係中性的。典型規格要求a*和b*二者距離CIE L*,a*,b*顏色空間座標中的中性色(0)不大於1個顏色單位,即a*和b*的絕對值應小於1。CIE L*,a*,b*的三個座標表示:(1)顏色的亮度(L* = 0產生黑色且L* = 100表示漫反射白色),(2)其在紅色/品紅色與綠色之間的位置(負a*值表示綠色,而正值表示品紅色)和(3)其在黃色與藍色之間的位置(負b*值表示藍色且正值表示黃色)。
典型的具有氟化單體的聚醯亞胺(其係幾乎無色的)仍然吸收藍色或紫色波長(400-450 nm)的光,這使膜在透射時具有黃色外觀。聚醯亞胺膜的顏色主要由HOMO-LUMO躍遷產生的電荷轉移吸收產生,該躍遷可在聚合物鏈內和聚合物鏈之間發生。已經使用各種方法來改變HOMO-LUMO躍遷能量或抑制鏈間相互作用。在一種方法中,使用氟化單體來改變聚醯亞胺聚合物的HOMO-LUMO躍遷能量,但在該等聚醯亞胺膜中一些殘留的黃色仍然可能是明顯的。因此,取決於聚醯亞胺中的單體組成,b*可以高於1。由於膜的CIE L*,a*,b*顏色測量也取決於其厚度,因此實現中性色外觀對於較厚的膜(如大於25 µm的膜)係甚至更加困難的。
脂環族和脂肪族單體,當摻入聚醯亞胺結構中時,可以藉由改變聚合物的電子結構和電荷轉移特性來降低顏色。該等單體本身不會對任何電荷轉移躍遷有影響。然而,其中藉由流延聚醯胺酸溶液形成膜並固化所產生的膜的方法導致顯著的顏色。當在空氣中進行固化時,顏色的產生更加明顯,表明正在發生二次顏色形成機制。
在第一方面,聚醯亞胺膜包含二酐和二胺。該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者。該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數。該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成:
(a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液;
(b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成基本上醯亞胺化的溶液;
(c) 流延(casting)該基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及
(d) 乾燥該膜。
在第二方面,電子裝置包括第一方面的該聚醯亞胺膜。
在第三方面,聚醯亞胺膜包含二酐和二胺。該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者。該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數。該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成:
(a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液;
(b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成第一基本上醯亞胺化的溶液;
(c) 用抗溶劑從該第一基本上醯亞胺化的溶液中沈澱出固體聚醯亞胺樹脂;
(d) 分離並乾燥該固體聚醯亞胺樹脂;
(e) 將該固體聚醯亞胺樹脂溶解在第二溶劑中以形成第二基本上醯亞胺化的溶液;
(f) 流延該第二基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及
(g) 乾燥該膜。
在第四方面,電子裝置包括第三方面的該聚醯亞胺膜。
前面的一般性描述和以下詳細描述僅是示例性的和解釋性的,並且不限制如所附申請專利範圍所限定的本發明。
在第一方面,聚醯亞胺膜包含二酐和二胺。該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者。該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數。該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成:
(a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液;
(b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成基本上醯亞胺化的溶液;
(c) 流延該基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及
(d) 乾燥該膜。
在第一方面的一個實施方式中,在 (b) 之後並且在 (c) 之前,過濾該基本上醯亞胺化的溶液以除去該溶液的不溶性成分。
在第一方面的另一個實施方式中,該二酐選自由以下組成之群組:4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐、3,3’,4,4’-聯苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯碸四甲酸二酐及其混合物。在具體實施方式中,該二酐進一步包含選自由以下組成之群組之脂環族二酐:環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐、1,2,4,5-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四甲酸二酐、六氫-4,8-橋亞乙基-1H,3H-苯并[1,2-c:4,5-c']二呋喃-1,3,5,7-四酮、3-(羧甲基)-1,2,4-環戊烷三甲酸1,4:2,3-二酐以及內消旋-丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。
在第一方面的又另一個實施方式中,該二胺包含氟化的芳香族二胺。在具體實施方式中,該氟化的芳香族二胺包含2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺。
在第一方面的還另一個實施方式中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂肪族二胺:1,2-二胺基乙烷、1,6-二胺基己烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、1,11-二胺基十一烷、1,12-二胺基十二烷、1,16-十六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二胺及其混合物。
在第一方面的還又另一個實施方式中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂環族二胺:順式-1,3-二胺基環丁烷、反式-1,3-二胺基環丁烷、6-胺基-3-氮雜螺[3.3]庚烷、和3,6-二胺基螺[3.3]庚烷、二環[2.2.1]庚烷-1,4-二胺、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4二胺、順式-1,4環己烷二胺、反式-1,4環己烷二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、4,4'-亞甲基雙(2-甲基-環己胺)、雙(胺基甲基)降莰烷及其混合物。
在第一方面的另外的實施方式中,該聚醯亞胺膜具有10至150 µm的厚度。
在第一方面的還另外的實施方式中,該聚醯亞胺膜具有至少90的L*以及小於1%的霧度。
在第二方面,電子裝置包括第一方面的該聚醯亞胺膜。
在第三方面,聚醯亞胺膜包含二酐和二胺。該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者。該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數。該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成:
(a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液;
(b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成第一基本上醯亞胺化的溶液;
(c) 用抗溶劑從該第一基本上醯亞胺化的溶液中沈澱出固體聚醯亞胺樹脂;
(d) 分離並乾燥該固體聚醯亞胺樹脂;
(e) 將該固體聚醯亞胺樹脂溶解在第二溶劑中以形成第二基本上醯亞胺化的溶液;
(f) 流延該第二基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及
(g) 乾燥該膜。
在第三方面的一個實施方式中,在 (e) 之後並且在 (f) 之前,過濾該第二基本上醯亞胺化的溶液以除去該溶液的不溶性成分。
在第三方面的另一個實施方式中,第一和第二溶劑係相同或不同的。
在第三方面的還另一個實施方式中,該二酐選自由以下組成之群組:4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐、3,3’,4,4’-聯苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯碸四甲酸二酐及其混合物。在具體實施方式中,該二酐進一步包含選自由以下組成之群組之脂環族二酐:環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐、1,2,4,5-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四甲酸二酐、六氫-4,8-橋亞乙基-1H,3H-苯并[1,2-c:4,5-c']二呋喃-1,3,5,7-四酮、3-(羧甲基)-1,2,4-環戊烷三甲酸1,4:2,3-二酐以及內消旋-丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。
在第三方面的又另一個實施方式中,該二胺包含氟化的芳香族二胺。在具體實施方式中,該氟化的芳香族二胺包含2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺。
在第三方面的還另一個實施方式中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂肪族二胺:1,2-二胺基乙烷、1,6-二胺基己烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、1,11-二胺基十一烷、1,12-二胺基十二烷、1,16-十六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二胺及其混合物。
在第三方面的還又另一個實施方式中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂環族二胺:順式-1,3-二胺基環丁烷、反式-1,3-二胺基環丁烷、6-胺基-3-氮雜螺[3.3]庚烷、和3,6-二胺基螺[3.3]庚烷、二環[2.2.1]庚烷-1,4-二胺、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4二胺、順式-1,4環己烷二胺、反式-1,4環己烷二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、4,4'-亞甲基雙(2-甲基-環己胺)、雙(胺基甲基)降莰烷及其混合物。
在第三方面的另外的實施方式中,該聚醯亞胺膜具有10至150 µm的厚度。
在第三方面的還另外的實施方式中,該聚醯亞胺膜具有至少90的L*以及小於1%的霧度。
在第四方面,電子裝置包括第三方面的該聚醯亞胺膜。
許多方面和實施方式已在上文中描述並且僅是示例性的且非限制性的。在閱讀本說明書後,技術人員將瞭解的是,在不背離本發明範圍之情況下,其他方面和實施方式係可能的。本發明的其他特徵和優點從以下詳細說明、以及從請求項中將是清楚的。
根據上下文,如本文所用的「二胺」旨在意指:(i) 未反應形式(即,二胺單體);(ii) 部分反應形式(即,衍生自或以其他方式可歸因於二胺單體的寡聚物或其他聚合物先質的一個或多個部分)或者 (iii) 完全反應形式(衍生自或以其他方式可歸因於二胺單體的聚合物的一個或多個部分)。根據在本發明的實踐中選擇的具體實施方式,二胺可以用一個或多個部分官能化。
實際上,術語「二胺」不旨在限制(或字面上解釋)為二胺組分中的胺部分的數目。例如,以上 (ii) 和 (iii) 包括可以具有兩個、一個或零個胺部分的聚合物材料。可替代地,二胺可以用額外胺部分(除了與二酐反應以延長聚合物鏈的單體末端處的胺部分之外)官能化。此類額外胺部分可以用於交聯聚合物或用於向聚合物提供其他官能基。
類似地,如本文所用的術語「二酐」旨在意指以下組分:該組分與二胺反應(與其協作)並且組合能夠反應以形成中間體(該中間體然後可以被固化成聚合物)。根據上下文,如本文所用的「酸酐」可以不僅意指酸酐部分本身,而且意指酸酐部分的先質,如:(i) 一對羧酸基團(其可以藉由脫水或類似類型的反應轉化成酸酐);或者 (ii) 能夠轉化成酸酐官能基的醯基鹵(例如,氯化物)酯官能基(或目前已知或未來開發的任何其他官能基)。
根據上下文,「二酐」可以意指:(i) 未反應形式(即,二酐單體,無論酸酐官能基係呈真正酸酐形式還是呈先質酸酐形式,如先前以上段落中所討論的);(ii) 部分反應形式(即,由二酐單體反應或以其他方式可歸因於二酐單體的寡聚物或其他部分反應或先質聚合物組成物的一個或多個部分)或者 (iii) 完全反應形式(衍生自或以其他方式可歸因於二酐單體的聚合物的一個或多個部分)。
根據在本發明的實踐中選擇的具體實施方式,二酐可以用一個或多個部分官能化。實際上,術語「二酐」不旨在限制(或字面上解釋)為二酐組分中的酸酐部分的數目。例如,(i)、(ii) 和 (iii)(在以上段落中)包括根據酸酐係呈先質狀態還是反應狀態可以具有兩個、一個或零個酸酐部分的有機物質。可替代地,二酐組分可以用額外的酸酐類型部分(除了與二胺反應以提供聚合物的酸酐部分之外)官能化。此類額外酸酐部分可用於交聯聚合物或用於向聚合物提供其他官能基。
儘管與本文所述之方法和材料類似或等效的方法和材料可以用於本發明的實踐或測試中,但是本文描述了合適的方法和材料。
當量、濃度、或者其他值或參數以範圍、較佳的範圍、或一系列上限較佳值和下限較佳值給出時,這應當被理解為具體揭露了由任何範圍上限或較佳值與任何範圍下限或較佳值的任一配對所形成的所有範圍,而不論該範圍是否被單獨揭露。當本文描述數值範圍時,除非另行說明,否則該範圍旨在包括其端點,以及該範圍內的所有整數和分數。不旨在將本發明的範圍限制為限定範圍時敘述的具體值。
在描述某些聚合物時,應當理解,有時申請人藉由用來製造聚合物的單體或用來製造聚合物的單體的量來提及聚合物。儘管此種描述可能不包括用於描述最終聚合物的具體命名或可能不含以製程限定產品的術語,但對單體和量的任何此種提及應當被解釋為意指聚合物由那些單體或那個量的單體,以及其相應的聚合物和組成物製成。
除非特別說明,否則本文的材料、方法和實例僅是說明性的,而非旨在係限制性的。
如本文所用,術語「包含(comprises)」、「包含(comprising)」、「包括(includes)」、「包括(including)」、「具有(has)」、「具有(having)」或其任何其他變型均旨在涵蓋非排他性的包含。例如,包括要素列表的方法、製程、製品或設備不一定僅限於那些要素,而是可以包括未明確列出的或此類方法、製程、製品或設備所固有的其他要素。此外,除非有相反的明確說明,否則「或」係指包含性的或,而不是指排他性的或。例如,條件A或者B藉由以下中的任一項滿足:A為真(或存在)且B為假(或不存在),A為假(或不存在)且B為真(或存在),以及A和B二者都為真(或存在)。
另外,使用「一個/種(a/an)」用於描述本發明的要素和組分。這樣做僅僅是為了方便並且給出本發明的一般意義。此描述應當被解讀為包括一個/種或至少一個/種,並且單數形式也包括複數形式,除非很明顯其另有所指。
有機溶劑
用於合成本發明的聚合物的有用的有機溶劑較佳的是能夠溶解聚合物先質材料。這種溶劑應也具有相對低的沸點,如低於225°C,因此聚合物可以在中等(即,更方便且成本更低的)溫度下乾燥。小於210°C、205°C、200°C、195°C、190°C、或180°C的沸點係較佳的。
有用的有機溶劑包括:N-甲基吡咯啶酮(NMP)、二甲基乙醯胺(DMAc)、甲基乙基酮(MEK)、N,N’-二甲基-甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)、四甲基脲(TMU)、二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、1,2-二甲氧基乙烷(單甘醇二甲醚)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、1,2-雙-(2-甲氧基乙氧基)乙烷(三甘醇二甲醚)、γ-丁內酯和雙-(2-甲氧基乙基)醚、四氫呋喃(THF)、乙酸乙酯、羥乙基乙酸酯二醇單乙酸酯、丙酮及其混合物。在一個實施方式中,較佳的溶劑包括N-甲基吡咯啶酮(NMP)和二甲基乙醯胺(DMAc)。
二胺
在一個實施方式中,合適的用於形成聚醯亞胺膜的二胺可以包括脂肪族二胺,如1,2-二胺基乙烷、1,6-二胺基己烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷(DMD)、1,11-二胺基十一烷、1,12-二胺基十二烷(DDD)、1,16-十六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷、及其組合。適合於實踐本發明的其他脂肪族二胺包括具有六至十二個碳原子的那些或較長鏈二胺和較短鏈二胺的組合,只要維持顯影性和柔性二者。長鏈脂肪族二胺可以增加柔性。
在一個實施方式中,合適的用於形成聚醯亞胺膜的二胺可以包括脂環族二胺(可以是完全或部分飽和的),如環丁烷二胺(例如,順式-和反式-1,3-二胺基環丁烷、6-胺基-3-氮雜螺[3.3]庚烷和3,6-二胺基螺[3.3]庚烷)、二環[2.2.1]庚烷-1,4-二胺、異佛爾酮二胺和二環[2.2.2]辛烷-1,4二胺。其他脂環族二胺可包括順式-1,4環己烷二胺、反式-1,4環己烷二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、4,4'-亞甲基雙(2-甲基-環己胺)、雙(胺基甲基)降莰烷。
在一個實施方式中,合適的用於形成聚醯亞胺膜的二胺可以進一步包括氟化的芳香族二胺,如2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺(TFMB)、三氟甲基-2,4-二胺基苯、三氟甲基-3,5-二胺基苯、2,2'-雙-(4-胺基苯基)-六氟丙烷、4,4'-二胺基-2,2'-三氟甲基二苯醚、3,3'-二胺基-5,5'-三氟甲基二苯醚、9,9'-雙(4-胺基苯基)茀、4,4'-三氟甲基-2,2'-二胺基聯苯、4,4'-氧基-雙-[(2-三氟甲基)苯胺](1,2,4-OBABTF)、4,4'-氧基-雙-[(3-三氟甲基)苯胺]、4,4'-硫代-雙-[(2-三氟甲基)苯胺]、4,4'-硫代雙[(3-三氟甲基)苯胺]、4,4'-亞硫醯基(sulfoxyl)-雙-[(2-三氟甲基)苯胺]、4,4'-亞硫醯基-雙-[(3-三氟甲基)苯胺]、4,4'-酮基-雙-[(2-三氟甲基)苯胺]、1,1-雙[4'-(4」-胺基-2」-三氟甲基苯氧基)苯基]環戊烷、1,1-雙[4'-(4」-胺基-2」-三氟甲基苯氧基)苯基]環己烷、2-三氟甲基-4,4'-二胺基二苯醚;1,4-(2'-三氟甲基-4',4」-二胺基二苯氧基)-苯、1,4-雙(4'-胺基苯氧基)-2-[(3',5'-二三氟甲基)苯基]苯、1,4-雙[2'-氰基-3'(「4-胺基苯氧基)苯氧基]-2-[(3',5'-二三氟-甲基)苯基]苯(6FC-二胺)、3,5-二胺基-4-甲基-2',3',5',6'-四氟-4'-三-氟甲基二苯醚、2,2-雙[4'(4」-胺基苯氧基)苯基]酞-3',5'-雙(三氟甲基)苯胺(6FADAP)和3,3',5,5'-四氟-4,4'-二胺基-二苯基甲烷(TFDAM)。在具體實施方式中,氟化的二胺係2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺(TFMB)。
在一個實施方式中,任何數量的額外的二胺可用於形成聚醯亞胺膜,包括對苯二胺(PPD)、間苯二胺(MPD)、2,5-二甲基-1,4-二胺基苯、2,5-二甲基-1,4-苯二胺(DPX)、2,2-雙-(4-胺基苯基)丙烷、1,4-萘二胺、1,5-萘二胺、4,4'-二胺基聯苯、4,4"-二胺基三聯苯、4,4'-二胺基苯甲醯苯胺、4,4'-二胺基苯基苯甲酸酯、4,4'-二胺基二苯甲酮、4,4'-二胺基二苯基甲烷(MDA)、4,4'-二胺基二苯基硫醚、4,4'-二胺基二苯基碸、3,3'-二胺基二苯碸、雙-(4-(4-胺基苯氧基)苯基碸(BAPS)、4,4'-雙-(胺基苯氧基)聯苯(BAPB)、4,4'-二胺基二苯醚(ODA)、3,4'-二胺基二苯醚、4,4'-二胺基二苯甲酮、4,4'-異亞丙基二苯胺、2,2'-雙-(3-胺基苯基)丙烷、N,N-雙-(4-胺基苯基)-正丁胺、N,N-雙-(4-胺基苯基)甲胺、1,5-二胺基萘、3,3'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、間-胺基苯甲醯基-對-胺基苯胺、4-胺基苯基-3-胺基苯甲酸酯、N,N-雙-(4-胺基苯基)苯胺、2,4-二胺基甲苯、2,5-二胺基甲苯、2,6-二胺基甲苯、2,4-二胺-5-氯甲苯、2,4-二胺-6-氯甲苯、2,4-雙-(β-胺基-三級丁基)甲苯、雙-(對-β-胺基-三級丁基苯基)醚、對-雙-2-(2-甲基-4-胺基戊基)苯、間苯二甲胺、以及對苯二甲胺。
其他有用的二胺包括1,2-雙-(4-胺基苯氧基)苯、1,3-雙-(4-胺基苯氧基)苯、1,2-雙-(3-胺基苯氧基)苯、1,3-雙-(3-胺基苯氧基)苯、1-(4-胺基苯氧基)-3-(3-胺基苯氧基)苯、1,4-雙-(4-胺基苯氧基)苯、1,4-雙-(3-胺基苯氧基)苯、1-(4-胺基苯氧基)-4-(3-胺基苯氧基)苯、2,2-雙-(4-[4-胺基苯氧基]苯基)丙烷(BAPP)、2,2'-雙-(4-苯氧基苯胺)異亞丙基、2,4,6-三甲基-1,3-二胺基苯、以及2,4,6-三甲基-1,3-二胺基苯。
二酐
在一個實施方式中,任何數量的合適的二酐可用於形成聚醯亞胺膜。二酐可以以其四酸形式(或作為四酸的單、二、三或四酯),或作為其二酯醯基鹵(氯化物)使用。然而,在一些實施方式中,二酐形式可能是較佳的,因為它通常比酸或酯更具反應性。
合適的二酐的實例包括3,3',4,4'-聯苯四甲酸二酐(BPDA)、1,2,5,6-萘四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、2,3,6,7-萘四甲酸二酐、2-(3',4'-二羧基苯基)5,6-二羧基苯并咪唑二酐、2-(3',4'-二羧基苯基)5,6-二羧基苯并㗁唑二酐、2-(3',4'-二羧基苯基)5,6-二羧基苯并噻唑二酐、2,2',3,3'-二苯甲酮四甲酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、2,2',3,3’-聯苯四甲酸二酐、2,3,3',4'-聯苯四甲酸二酐、二環-[2,2,2]-辛烯-(7)-2,3,5,6-四甲酸-2,3,5,6-二酐、4,4'-硫代-二鄰苯二甲酸酐、雙(3,4-二羧基苯基)碸二酐、雙(3,4-二羧基苯基)亞碸二酐(DSDA)、雙(3,4-二羧基苯基㗁二唑-1,3,4)對苯二酐、雙(3,4-二羧基苯基)2,5-㗁二唑1,3,4-二酐、雙2,5-(3',4'-二羧基二苯醚)1,3,4-㗁二唑二酐、4,4'-氧基二鄰苯二甲酸酐(ODPA)、雙(3,4-二羧基苯基)硫醚二酐、雙酚A二酐(BPADA)、雙酚S二酐、雙-1,3-異苯并呋喃二酮、1,4-雙(4,4'-氧基鄰苯二甲酸酐)苯、雙(3,4-二羧基苯基)甲烷二酐、環戊二烯基四甲酸二酐、乙烯四甲酸二酐、苝3,4,9,10-四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐(PMDA)、四氫呋喃四甲酸二酐、1,3-雙-(4,4'-氧基二鄰苯二甲酸酐)苯、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)丙烷二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四甲酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5,8-四甲酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-1,4,5,8-四甲酸二酐、菲-1,8,9,10-四甲酸二酐、吡𠯤-2,3,5,6-四甲酸二酐、苯-1,2,3,4-四甲酸二酐和噻吩-2,3,4,5-四甲酸二酐。
在一個實施方式中,合適的二酐可以包括脂環族二酐,如環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐(CBDA)、1,2,4,5-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四甲酸二酐(CPDA)、六氫-4,8-橋亞乙基-1H,3H-苯并[1,2-c:4,5-c']二呋喃-1,3,5,7-四酮(BODA)、3-(羧甲基)-1,2,4-環戊烷三甲酸1,4:2,3-二酐(TCA)、以及內消旋-丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。在一個實施方式中,基於聚醯亞胺的總二酐含量,脂環族二酐可以以約70莫耳百分比或更少的量存在。
在一個實施方式中,合適的用於形成聚醯亞胺膜的二酐可包括氟化的二酐,如4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(6FDA)和9,9-雙(三氟甲基)-2,3,6,7-𠮿口星四甲酸二酐。在具體實施方式中,氟化的二酐係4,4’-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(6FDA)。
聚醯亞胺膜
在一個實施方式中,聚醯亞胺膜可以藉由將二胺和二酐(單體或其他聚醯亞胺先質形式)與溶劑一起組合以形成聚醯胺酸(polyamic acid)(也稱為聚醯胺酸(polyamide acid))溶液來生產。二酐和二胺可以約0.90至1.10的莫耳比組合。由其形成的聚醯胺酸的分子量可以藉由調節二酐和二胺的莫耳比來調節。
用於生產根據本發明的聚醯胺酸溶液的有用方法可以見於美國專利號5,166,308和5,298,331,該專利為了其中的所有傳授內容藉由援引併入本說明書中。許多變型也是可能的,如,
(a) 一種方法,其中將二胺組分和二酐組分預先混合在一起,且然後將混合物在攪拌的同時分批添加到溶劑中。
(b) 一種方法,其中將溶劑添加到二胺和二酐組分的攪拌混合物中。(與以上 (a) 相反)
(c) 一種方法,其中將二胺單獨地溶解在溶劑中,且然後以允許控制反應速率的比例向其中添加二酐。
(d) 一種方法,其中將二酐組分單獨地溶解在溶劑中,且然後以允許控制反應速率的比例向其中添加胺組分。
(e) 一種方法,其中將二胺組分和二酐組分分別溶解在溶劑中,且然後將該等溶液在反應器中混合。
(f) 一種方法,其中預先形成具有過量胺組分的聚醯胺酸和具有過量二酐組分的另一種聚醯胺酸,且然後使其在反應器中彼此反應,特別是以產生非無規或嵌段共聚物的這樣的方式彼此反應。
(g) 一種方法,其中首先使特定部分的胺組分和二酐組分反應,且然後使殘餘的二胺組分反應,或反之亦然。
(h) 一種方法,其中將該等組分以部分或整體按任何順序添加到部分或全部溶劑中,此外其中部分或全部任何組分可以作為部分或全部溶劑中的溶液添加。
(i) 一種首先使二酐組分之一與二胺組分之一反應,從而得到第一聚醯胺酸的方法。然後使另一種二酐組分與另一種胺組分反應以得到第二聚醯胺酸。然後在醯亞胺化之前將醯胺酸以許多方式中的任一種組合。
在一個實施方式中,聚醯胺酸溶液可以與轉化化學品組合,該轉化化學品像:(i) 一種或多種脫水劑,如,脂肪族酸酐和/或芳香族酸酐(乙酸酐、丙酸酐、正丁酸酐、苯甲酸酐、三氟乙酸酐等);以及 (ii) 一種或多種催化劑,如,脂肪族三級胺(三乙胺等)、芳香族三級胺(二甲基苯胺等)和雜環三級胺(吡啶,α、β和γ甲基吡啶(2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶)、異喹啉等)。酸酐脫水材料經常以與聚醯胺酸中醯胺酸基團的量相比莫耳過量使用。所使用的乙酸酐的量典型地是每當量(重複單元)聚醯胺酸約2.0-4.0莫耳。通常,使用相當量的三級胺催化劑。
在一個實施方式中,轉化化學品可以是醯亞胺化催化劑(有時稱為「醯亞胺化促進劑」),其可以幫助降低醯亞胺化溫度並縮短醯亞胺化時間。典型的醯亞胺化催化劑的範圍可以是鹼,如咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-苯基咪唑、苯并咪唑、異喹啉,取代的吡啶,如甲基吡啶、二甲基吡啶,和三烷基胺以及羥基酸如羥基苯甲酸的異構物。該等催化劑的比例及其在聚醯胺酸層中的濃度將影響醯亞胺化動力學和膜特性。
在一個實施方式中,可以加熱聚醯胺酸溶液,視需要在醯亞胺化催化劑的存在下,以部分或完全醯亞胺化聚醯胺酸,將其轉化為聚醯亞胺。溫度、時間、以及醯亞胺化催化劑的濃度和選擇可能影響聚醯胺酸溶液的醯亞胺化程度。較佳的是,溶液應被基本上醯亞胺化。在一個實施方式中,對於基本上聚醯亞胺溶液,如藉由紅外光譜法測定的,大於85%、大於90%、或大於95%的醯胺酸基團被轉化為聚醯亞胺。
在一個實施方式中,可將溶劑化的混合物(基本上醯亞胺化的溶液)流延以形成聚醯亞胺膜。在另一個實施方式中,可以用抗溶劑如水或醇(例如,甲醇、乙醇、異丙醇)使溶劑化的混合物(第一基本上醯亞胺化的溶液)沈澱,並且可以分離固體聚醯亞胺樹脂。例如,可以藉由上清液的過濾、傾析、離心和傾析,氣相中的蒸餾或溶劑去除,或藉由其他已知的用於從漿料中分離固體沈澱物的方法來實現分離。在一個實施方式中,可以洗滌沈澱物以除去催化劑。洗滌後,沈澱物可以是基本上乾燥的,但是不必完全乾燥。可以將聚醯亞胺沈澱物重新溶解在第二溶劑中,如甲基異丁酮(MIBK)、甲基乙基酮(MEK)、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸甲酯、四氫呋喃、丙酮、DMAc、NMP及其混合物,以形成第二基本上醯亞胺化的溶液(流延溶液),可以將其流延以形成聚醯亞胺膜。
流延溶液可以進一步包含許多添加劑中的任何一種,該添加劑如加工助劑(例如,寡聚物)、抗氧化劑、光穩定劑、阻燃添加劑、抗靜電劑、熱穩定劑、紫外線吸收劑、無機填料或各種增強劑。無機填料可包括導熱填料、金屬氧化物、無機氮化物和金屬碳化物,以及導電填料像金屬。常見的無機填料係氧化鋁、二氧化矽、金剛石、黏土、氮化硼、氮化鋁、二氧化鈦、磷酸二鈣和熱解法金屬氧化物。也可以使用低顏色有機填料,如聚二烷基茀。
在一個實施方式中,可以將基本上醯亞胺化的聚醯亞胺溶液流延或施用到載體(如環形帶或轉鼓)上,以形成膜。可替代地,可以將其流延在聚合物載體如PET,其他形式的Kapton®聚醯亞胺膜(例如,Kapton® HN或Kapton ® OL膜)或其他聚合物載體上。接下來,可以藉由加熱以部分或完全除去溶劑來將含溶劑的膜轉變成膜。在本發明的一些方面,在乾燥完成之前將膜與載體分離。最終的乾燥步驟可以在膜的尺寸支撐或穩定下進行。在其他方面,將膜直接在載體上加熱。
根據膜的預期目的或最終應用規格,可以調節聚醯亞胺膜的厚度。在一個實施方式中,聚醯亞胺膜具有約10至約150 µm、或約10至約100 µm、或約25至約80 µm的總厚度。
在一個實施方式中,當用雙光束分光光度計,使用D65照明和10度觀察器,在360至780 nm波長範圍內以全透射模式測量時,對於約50 µm的膜厚度,聚醯亞胺膜具有小於約1.25、或小於約1.0或小於約0.8的b*。在一個實施方式中,當使用ASTM E313描述的程序測量時,對於約50 µm的膜厚度,聚醯亞胺膜具有小於約2.25、或小於約2.0或小於約1.75的黃度指數(YI)。
應用
在一個實施方式中,聚醯亞胺膜可用於電子裝置應用,如有機電子裝置中的許多層。此類層的非限制性實例包括裝置基板、觸摸面板、濾色片的基板、覆蓋膜等。每種應用的特定材料的特性要求係獨特的,並且可以藉由本文揭露的聚醯亞胺膜的一種或多種適當組成和一種或多種加工條件解決。可得益於具有塗覆膜的有機電子裝置包括但不限於:(1) 將電能轉換為輻射的裝置(例如,發光二極體、發光二極體顯示器、照明裝置、光源、或二極體雷射器),(2) 藉由電子方法檢測信號的裝置(例如,光電檢測器、光導電池、光敏電阻器、光控繼電器、光電電晶體、光電管、IR檢測器、生物感測器),(3) 將輻射轉換為電能的裝置(例如,光伏裝置或太陽能電池),(4) 將一個波長的光轉換成更長波長的光的裝置(例如,下變頻磷光體裝置);以及 (5) 包括一個或多個電子部件的裝置(例如,電晶體或二極體),該電子部件包括一個或多個有機半導體層。
本發明的有利特性可以藉由參考說明但不限制本發明的以下實例來觀察。除非另外指明,否則所有份數和百分比皆為按重量計。
實例
測試方法
CIE L*,a*,b*顏色和黃度指數的測量
顏色測量使用ColorQuest® XE雙光束分光光度計(維吉尼亞州雷斯頓的亨特聯合實驗室有限公司(Hunter Associates Laboratory, Inc., Reston, VA)),使用D65照明和10度觀察器,在360至780 nm波長範圍內以全透射模式進行。黃度指數(YI)使用ASTM E313描述的程序測量。
透射率和霧度
透射率和霧度使用Haze-Guard Plus(德國畢克-加特納公司(BYK-Gardner GmbH, Germany))測量,其中霧度使用ASTM1003描述的方法藉由收集前向散射光以透射率測量。百分比霧度藉由測量平均偏離入射光束超過2.5度的光的量來測定。
百分比醯亞胺化
聚醯亞胺膜由溶液流延並在25°C(10毫托)下乾燥16小時。使用安裝在FTIR光譜儀(Nicolet™ iS50,麻塞諸塞州沃爾瑟姆的賽默飛世爾科技公司(Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA))中的單次反射鍺ATR附件進行衰減全反射傅立葉轉換紅外(ATR-FTIR)光譜測量。相對於被定義為100%固化的用標準固化方法製備的樣品,使用1365 cm-1
(聚醯亞胺C-N)相對於1492 cm-1
(用作內標的芳香族拉伸)的強度比來表徵固化。測量膜的兩側以確定總的百分比醯亞胺化。
厚度
塗層厚度藉由使用接觸式FISCHERSCOPE MMS PC2模組化測量系統厚度規(康涅狄格州溫莎市飛世爾科技公司(Fisher Technology Inc., Windsor, CT))在跨越膜輪廓的5個位置測量經塗覆和未塗覆的樣品來確定。
對比實例1和2
對於具有CBDA 0.4/6FDA 0.6//TFMB 1.0單體組成的對比實例1和2(CE1-CE2)的聚醯胺酸(PAA)溶液,向500-ml氮氣吹掃的樹脂釜中,添加61.2547 g的三氟甲基聯苯胺(TFMB,Seika Corp., Wakayama Seika Kogyo有限公司,日本)連同381.96 g的二甲基乙醯胺(DMAc,HPLC等級)。在三個5-10分鐘的間隔內以三等份添加50.5138 g的4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(6FDA,新澤西州麥塔城的新納希公司(Synasia Inc., Metuchen, NJ))和14.7049 g的環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐(CBDA,新澤西州普林斯頓的威爾遜技術公司(Wilshire Technologies, Princeton, NJ))。添加另外94.49 g的DMAc。在該等添加過程中將反應混合物保持在40°C。
使用在DMAc中的6 wt% 6FDA溶液的少量添加將聚合物聚合(「加工」)至約975泊(重量平均分子量,Mw
= 290,480道耳頓,PDI 2.17)。
使用離心行星式混合器(加利福尼亞州拉古納山的美國THINKY公司(THINKY USA, Laguna Hills, CA))對聚醯胺酸進行脫氣,以便以2000 rpm持續2分鐘然後以2200 rpm持續2分鐘迫使氣體離開預聚物。如果需要進一步對聚合物進行脫氣,則重複此程序。
將47.00 g的在DMAc中的此聚醯胺酸溶液置於冷凍機中並冷卻至約-5°C。在約-5°C下將3.48 g的b-甲基吡啶(威斯康辛州密爾沃基的西格瑪-奧德里奇公司(Sigma-Aldrich, Milwaukee, WI))和3.81 g的乙酸酐(西格瑪-奧德里奇公司)與聚醯胺酸混合物組合。將具有β-甲基吡啶和乙酸酐的聚醯胺酸混合物保持在-5°C至-10°C以最小化溶液的醯亞胺化。將其混合並使用離心行星式混合器進行脫氣,以便以2000 rpm持續1分鐘然後以2200 rpm持續30秒迫使氣體離開預聚物。
將溶液在25°C下使用刮刀以25密耳間隙流延到玻璃板上以在固化後產生約2密耳膜。將玻璃基板上的膜加熱至80°C持續30分鐘並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到4 x 8英吋的梢釘機框(pin frame)上。將安裝的膜置於爐(Thermolyne™ F6000箱式爐,麻塞諸塞州沃爾瑟姆的賽默飛世爾科技公司)中。將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),在45°C下保持5分鐘;
45°C至150°C(20°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至250°C(20°C/min),在250°C下保持10分鐘;
250°C至300°C(20°C/min),在300°C下保持5分鐘。
將膜在加熱至300°C持續5分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
實例1
對於實例1(E1),為了製備基本上醯亞胺化的聚醯亞胺溶液(聚醯亞胺醯胺酸溶液),將60.83 g的來自CE1/CE2的PAA溶液添加到500-ml氮氣吹掃的樹脂釜中。將4.50 g的β-甲基吡啶和4.93 g的乙酸酐與PAA溶液組合。添加另外6.21 g的DMAc。將反應混合物不加熱攪拌30分鐘,然後加熱到80°C持續1小時以醯亞胺化溶液。將43.0 g的冷卻的聚合物溶液倒入在摻混機中的100 g的快速攪拌的甲醇中。將粉碎的聚合物固體在摻混機中攪拌10分鐘,然後藉由過濾收集。將聚合物在25°C下在真空下乾燥約16小時。將乾燥的聚合物添加到43.19 g的DMAc中並在離心行星式混合器中混合以獲得溶液。紅外數據表明,聚合物基本上轉化(96.1%)為聚醯亞胺形式。
使用離心行星式混合器對溶液進行脫氣,以便以2000 rpm持續2分鐘然後以2200 rpm持續2分鐘迫使氣體離開聚合物。如果需要進一步對聚合物進行脫氣,則重複此程序。
將溶液在25°C下使用刮刀以20密耳間隙流延到玻璃板上以產生約2密耳固化膜。將玻璃基板上的膜加熱至80°C持續30分鐘並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到4 x 8英吋的梢釘機框上。將安裝的膜置於爐中。將爐用氮氣吹掃並按照與上面針對CE1/CE2所述相同的溫度方案加熱。將膜在加熱至300°C持續5分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
實例2
對於實例2(E2),使用與針對E1所述相同的程序來形成溶液並製備膜,但是使用不同的加熱曲線,在較低溫度下停止以進行最終固化。將安裝的膜置於爐中,然後將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),在45°C下保持5分鐘;
45°C至150°C(20°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至250°C(20°C/min),在250°C下保持15分鐘;
將膜在加熱至250°C持續15分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
對比實例3和4
對於對比實例3和4(CE3-CE4),使用離心行星式混合器對如上面針對CE1-CE2所述之PAA溶液進行脫氣,以便以2000 rpm持續2分鐘然後以2200 rpm持續2分鐘迫使氣體離開預聚物。如果需要進一步對聚合物進行脫氣,則重複此程序。
將溶液在25°C下使用刮刀以25密耳間隙流延到玻璃板上以產生約2密耳固化膜。將玻璃基板上的膜加熱至80°C持續30分鐘並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到4 x 8英吋的梢釘機框上。將安裝的膜置於爐中。將爐用氮氣吹掃並按照與上面針對CE1/CE2所述相同的溫度方案加熱。將膜在加熱至300°C持續5分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
如表1中所示,對於CE1-CE4和E1-E2的膜,所有具有CBDA 0.4/6FDA 0.6//TFMB 1.0的相同單體組成,E1和E2提供良好的光學特性,具有低顏色(b*)和低黃度指數(YI),同時保持良好的透明度(L*)和低霧度。E1與CE1-CE2之間的比較係尤其令人關注的和出人意料的。儘管聚合物、催化劑、催化劑濃度和膜的加熱程序相同,但對於E1,在流延和加熱以形成膜之前,將催化劑從醯亞胺化的溶液中分離(除去)。在CE1-CE2中,沒有從聚醯胺酸中除去催化劑,並且在流延之前將聚醯胺酸溶液保持在-5°C至-10°C(以幫助抑制醯亞胺化),並且所有三個(E1和CE1-CE2)以相同的方式流延和固化。CE3和CE4證明,對於該等相同的單體組成,使用無催化劑的熱醯亞胺化製程可以生產具有良好透明度和低霧度的膜,但是它們的顏色和黃度比使用E1和E2的聚醯亞胺溶液生產的膜高得多。
[表1]
實例3
實例 | 厚度 (µm) | a* | b* | L* | YI (E313) | 霧度 (%) |
CE1 | 55.1 | -0.21 | 1.32 | 96.20 | 2.35 | 0.15 |
CE2 | 55.6 | -0.25 | 1.54 | 96.17 | 2.74 | 0.08 |
E1 | 49.8 | -0.08 | 0.89 | 96.15 | 1.62 | 0.12 |
E2 | 47.8 | -0.04 | 0.71 | 96.30 | 1.32 | 0.07 |
CE3 | 68.1 | -0.71 | 4.55 | 95.45 | 8.00 | 0.27 |
CE4 | 56.6 | -0.52 | 3.08 | 95.68 | 5.43 | 0.21 |
對於實例3(E3),將0.428 g的3,3’,4,4’-聯苯四甲酸二酐(BPDA,日本三菱化學公司(Mitsubishi Chemical Co., Japan))、1.998 g的CBDA、2.586 g的6FDA和5.663 g的TFMB與30.998 g的DMAc在150 ml THINKY容器中組合以製備具有BPDA 0.083/CBDA 0.583/6FDA 0.33//TFMB 1.0單體組成的聚醯胺酸溶液。將容器放置在輥磨機上持續12小時以使混合物反應並形成聚醯胺酸溶液。隨後將溶液在離心行星式混合器中攪拌5分鐘,然後將其用16 g的DMAc稀釋以達到16 wt%的重量分數(溶液中的固體單體濃度),並將材料在離心行星式混合器中再混合5分鐘並且然後放置在輥磨機上再持續2小時。
向66.63 g的聚醯胺酸溶液中,添加4.085 g的β-甲基吡啶和4.478 g的乙酸酐。將聚醯胺酸混合物轉移到更大的250 ml THINKY杯中,並添加另外80.3 g的DMAc以進一步稀釋混合物並使溶液的最終重量分數達到6.8 wt%,基於單體和催化劑的總含量。將聚醯胺酸混合物放置在離心行星式混合器中以2000 rpm持續5分鐘以引發醯亞胺化反應。在此期間,由於溶液的攪拌,具有催化劑的聚醯胺酸溶液被稍微加熱。
使用離心行星式混合器對溶液進行脫氣,以便以2000 rpm持續2分鐘然後以2200 rpm持續2分鐘迫使氣體離開聚合物。如果需要進一步對聚合物進行脫氣,則重複此程序。
將溶液在25°C下使用刮刀以20密耳間隙流延到玻璃板上以產生約2密耳固化膜。將玻璃基板上的膜加熱至110°C持續60分鐘並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到4 x 8英吋的梢釘機框上。將安裝的膜置於爐中。將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),在45°C下保持5分鐘;
45°C至150°C(20°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至220°C(20°C/min),在220°C下保持15分鐘。
將膜在加熱至220°C持續15分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
實例4
對於實例4(E4),使用與針對E1所述之用於製備聚醯胺酸和聚醯亞胺樹脂的相同程序,但有以下區別。添加66.713 g的TFMB連同479.66 g的DMAc、36.571 g的6FDA和24.219 g的CBDA,以製備具有CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 1.0單體組成的聚醯胺酸溶液。
使用在DMAc中的6 wt% 6FDA溶液的少量添加將聚合物「加工」至1475泊(重量平均分子量,Mw
= 363,739道耳頓,PDI 2.18)。
如E1中所述,一部分聚醯胺酸被轉化成聚醯亞胺,聚合物藉由沈澱分離並且乾燥的樹脂溶解並流延成膜,但有以下區別。在500-ml氮氣吹掃的樹脂釜中,向103.50 g的聚醯胺酸溶液中添加8.268 g的β-甲基吡啶和9.064 g的乙酸酐。將11.75 g的聚醯亞胺樹脂與45.0 g的DMAc組合並混合以獲得溶液並流延成膜。
將安裝的膜置於爐中。將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),在45°C下保持5分鐘;
45°C至150°C(20°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至250°C(20°C/min),在250°C下保持15分鐘。
將膜在加熱至250°C持續15分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
對比實例5
對於對比實例5(CE5)的PAA溶液,具有CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 1.0的單體組成,向1升氮氣吹掃的樹脂釜中,添加50 g的TFMB連同618.55 g的DMAc。在三個5-10分鐘的間隔內以三等份添加27.411 g的6FDA和18.151 g的CBDA。添加另外154.64 g的DMAc以產生11 wt%溶液。在該等添加過程中將反應混合物保持在40°C。使用6FDA單體的少量添加將聚合物「加工」至約26泊。
使用離心行星式混合器對少量的聚醯胺酸進行脫氣,以便以2000 rpm持續2分鐘然後以2200 rpm持續2分鐘迫使氣體離開預聚物。如果需要進一步對聚合物進行脫氣,則重複此程序。
將溶液在25°C下使用刮刀以40密耳間隙流延到PET膜上以在固化後產生約2密耳膜。將PET基板上的膜加熱至50°C和80°C持續30分鐘並且隨後將其從基板上提起並安裝到4 x 8英吋的梢釘機框上。將安裝的膜放置在爐(HTMA 6/28,賓夕法尼亞州紐鎮卡博萊特蓋羅公司(Carbolite Gero Ltd., Newtown, PA))中。將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),不在45°C下保持;
45°C至150°C(7°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至250°C(7°C/min),在250°C下保持10分鐘;
250°C至320°C(7°C/min),在320°C下保持5分鐘。
將膜在加熱至320°C持續5分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。膜係脆的並在烘箱中粉碎。
實例5
對於實例5(E5),具有ODPA 0.1/CBDA 0.6/6FDA 0.3//TFMB 1.0的單體組成,使用與E1所述相同的程序,但對於製備聚醯胺酸溶液有以下區別。添加35.0 g的TFMB連同529.5 g的DMAc溶劑。14.39 g的6FDA、12.71 g的CBDA、以及3.35 g的4,4’-氧基二鄰苯二甲酸酐(ODPA,威爾遜技術公司)。在1克DMAc中添加另外0.13 g的6FDA單體,以增加聚合物的黏度和分子量。
如E1中所述,聚醯胺酸被轉化成聚醯亞胺溶液,聚合物藉由沈澱分離並且乾燥的樹脂溶解並流延成膜,但有以下區別。在氮氣吹掃的樹脂釜中,向595 g的聚醯胺酸溶液中添加26.02 g的β-甲基吡啶和28.52 g的乙酸酐。將乾燥的樹脂溶解在DMAc中,如E1中所述。
將安裝的膜置於爐中。將爐用氮氣吹掃並根據以下溫度方案加熱:
25°C至45°C(5°C/min),在45°C下保持5分鐘;
45°C至150°C(20°C/min),在150°C下保持10分鐘;
150°C至250°C(20°C/min),在250°C下保持15分鐘。
將膜在加熱至250°C持續15分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
表2顯示出可以使用一系列芳香族/脂肪族二酐單體組成,如BPDA 0.083/CBDA 0.583/6FDA 0.33//TFMB 1.0(E3)、CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 1.0(E4)和ODPA 0.1/CBDA 0.6/6FDA 0.3//TFMB 1.0(E5)生產具有優異光學特性的聚醯亞胺膜。CE5證明,直接由具有與E4相同的單體組成的PAA溶液形成聚醯亞胺膜,但使用無催化劑的熱醯亞胺化製程不會產生具有所希望的光學特性的膜。
[表2]
實例6
實例 | 厚度 (µm) | a* | b* | L* | YI (E313) | 霧度 (%) |
E3 | 32.4 | -0.03 | 0.82 | 96.0 | 1.54 | 0.28 |
E4 | 47.0 | -0.03 | 0.94 | 96.0 | 1.77 | 0.34 |
E5 | 56.6 | -0.11 | 0.91 | 96.09 | 1.65 | - |
CE5 | 55.1 | -0.23 | 1.56 | 96.10 | 2.79 | 1.06 |
對於具有CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 0.75/HMDA 0.25的單體組成的實例6(E6)的PAA溶液,向在氮氣吹掃的手套箱中的300-ml燒杯中,添加4.497 g的TFMB和0.985 g的4,4'-亞甲基雙(環己胺)(HMDA,西格瑪奧德里奇公司)連同89 g的DMAc。在三個5-10分鐘的間隔內以三等份添加2.199 g的CBDA和3.320 g的6FDA。在該等添加過程中將反應混合物保持在40°C。將反應保持在40°C下過夜,直至重量平均分子量Mw
= 156,000 g/mol,且分散度為2.14。
對於E6,為了製備基本上醯亞胺化的聚醯亞胺溶液(聚醯亞胺醯胺酸溶液),將4.36 g的β-甲基吡啶和4.78 g的乙酸酐與PAA溶液組合。將反應混合物在40°C下攪拌30分鐘,然後加熱到80°C持續3小時以醯亞胺化溶液。將100 g的室溫聚合物溶液倒入在摻混機中的300 ml的甲醇(西格瑪奧德里奇公司)中並迅速攪拌以粉碎聚合物固體。將粉碎的聚合物固體在摻混機中攪拌10分鐘,然後藉由過濾收集。然後將聚合物固體用另外100 ml的甲醇洗滌。將聚合物空氣乾燥過夜。
對於E6,將5 g的乾燥的聚合物樹脂添加到45 g的DMAc中並在離心行星式混合器中混合以獲得溶液。使用離心行星式混合器對溶液進行脫氣,以便以2000 rpm持續10分鐘迫使氣體離開聚合物。
將溶液在25°C下流延到玻璃基板上以產生1-2密耳固化膜。將玻璃基板上的膜加熱至80°C持續25分鐘,使其冷卻,並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到8 x 12英吋的框上。將安裝的膜置於爐中。將爐從120°C加熱至250°C(16°C/min),然後在250°C下保持20分鐘。將膜在加熱至250°C持續20分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
實例7
對於具有CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 0.75/IPDA 0.25的單體組成的實例7(E7)的PAA溶液,向在氮氣吹掃的手套箱中的300-ml燒杯中,添加4.575 g的TFMB和0.811 g的異佛爾酮二胺(IPDA,奧勒岡州波特蘭的美國TCI公司(TCI America, Portland, OR))連同89 g的DMAc。在三個5-10分鐘的間隔內以三等份添加2.237 g的CBDA和3.378 g的6FDA。在該等添加過程中將反應混合物保持在40°C。將反應保持在40°C下過夜,直至重量平均分子量Mw
= 272,000 g/mol,且分散度為2.68。
對於E7,為了製備基本上醯亞胺化的聚醯亞胺溶液(聚醯亞胺醯胺酸溶液),將4.44 g的β-甲基吡啶和4.86 g的乙酸酐與PAA溶液組合。將反應混合物在40°C下攪拌30分鐘,然後加熱到80°C持續3小時以醯亞胺化溶液。將100 g的室溫聚合物溶液倒入在摻混機中的300 ml的甲醇中並迅速攪拌以粉碎聚合物固體。將粉碎的聚合物固體在摻混機中攪拌10分鐘,然後藉由過濾收集。然後將聚合物固體用另外100 ml的甲醇洗滌。將聚合物空氣乾燥過夜。
對於E7,將5 g的乾燥的聚合物樹脂添加到45 g的DMAc中並在離心行星式混合器中混合以獲得溶液。使用離心行星式混合器對溶液進行脫氣,以便以2000 rpm持續10分鐘迫使氣體離開聚合物。
將溶液在25°C下流延到玻璃基板上以產生1-2密耳固化膜。將玻璃基板上的膜加熱至80°C持續25分鐘,使其冷卻,並且隨後將其從玻璃表面上提起並安裝到8 x 12英吋的框上。將安裝的膜置於爐中。將爐從120°C加熱至250°C(16°C/min),然後在250°C下保持20分鐘。將膜在加熱至250°C持續20分鐘後從烘箱中「熱」移出並使其在空氣中冷卻。
表3顯示出可以使用一系列芳香族/脂肪族二酐和芳香族/脂肪族二胺單體組成,如CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 0.75/HMDA 0.25(E6)和CBDA 0.6/6FDA 0.4//TFMB 0.75/IPDA 0.25(E7)生產具有優異光學特性的聚醯亞胺膜。
[表3]
實例8
實例 | 厚度 (µm) | a* | b* | L* | YI (E313) |
E6 | 38.9 | -0.35 | 1.10 | 95.19 | 1.82 |
E7 | 41.7 | -0.36 | 1.11 | 95.14 | 1.83 |
對於實例8(E8)的PAA溶液,具有6FDA 0.6/CBDA 0.4//TFMB 0.75/PDA 0.25的單體組成,在氮氣吹掃的手套箱中,將181.2 g的無水DMAc、18.021 g的TFMB和1.391 g 1,3-丙二胺(PDA)添加到配備有頂置式機械混合器的300-ml燒杯中。攪拌溶液直至單體完全溶解。以一次添加將20.000 g的6FDA和5.886 g CBDA添加到攪拌溶液中。將反應混合物在室溫下攪拌過夜,或持續最少18小時。
為了使溶液醯亞胺化,將29.21 g的β-甲基吡啶和28.37 g的乙酸酐添加到PAA中。將溶液在40°C加熱並攪拌過夜,或持續最少18小時。藉由向室溫聚合物混合物中緩慢添加1000 g的甲醇進行沈澱。將固體藉由真空過濾收集,空氣乾燥24小時並最終在150°C下在真空下乾燥8小時。
可以藉由將在DMAc中的脫氣的15至30 wt%聚合物溶液刮刀塗覆到玻璃基板上,在80°C下將膜乾燥30分鐘或直至膜不再發黏並從玻璃上剝離來形成膜。將剝離的膜安裝到框上並在15分鐘內從150°C加熱至250°C。將膜移開並使其冷卻至室溫。
實例9
對於實例9(E9)的PAA溶液,具有6FDA 0.6/CBDA 0.4//TFMB 0.75/BDA 0.25的單體組成,在氮氣吹掃的手套箱中,將182.2 g的無水DMAc、18.021 g的TFMB和1.654 g 1,4-丁二胺(BDA)添加到配備有頂置式機械混合器的300-ml燒杯中。攪拌溶液直至單體完全溶解。以一次添加將20.000 g的6FDA和5.886 g CBDA添加到攪拌溶液中。將反應混合物在室溫下攪拌過夜,或持續最少18小時。
為了使溶液醯亞胺化,將29.21 g的β-甲基吡啶和28.37 g的乙酸酐添加到PAA中。將溶液在40°C加熱並攪拌過夜,或持續最少18小時。藉由向室溫聚合物混合物中緩慢添加1000 g的甲醇進行沈澱。將固體藉由真空過濾收集,空氣乾燥24小時並最終在150°C下在真空下乾燥8小時。
可以藉由將在DMAc中的脫氣的15至30 wt%聚合物溶液刮刀塗覆到玻璃基板上,在80°C下將膜乾燥30分鐘或直至膜不再發黏並從玻璃上剝離來形成膜。將剝離的膜安裝到框上並在15分鐘內從150°C加熱至250°C。將膜移開並使其冷卻至室溫。
E8和E9係使用一系列芳香族/脂肪族二酐和芳香族/脂肪族二胺單體組成生產的聚醯亞胺膜的另外的實例。
應注意的是,並不是所有的以上在一般性描述中所描述的活動皆為必需的,一部分具體活動可能不是必需的,並且除了所描述的那些以外,還可以進行其他活動。此外,列舉每一個活動的順序不必是它們實施的順序。在閱讀本說明書之後,熟練的技術人員將能夠確定哪些活動可用於他們具體的需求或期望。
在前述說明書中,已參考具體實施方式描述了本發明。然而,熟悉該項技術者理解,在不脫離以下申請專利範圍中所規定的本發明範圍之情況下可作出各種修改和改變。本說明書中揭露的所有特徵可以由服務於相同、等同或類似目的替代特徵來代替。因此,應該在說明性而非限制性意義上看待本說明書和附圖,並且所有此類修改均旨在包括在本發明的範圍內。
上面已經關於具體實施方式描述了益處、其他優點和問題的解決方案。然而,益處、優點、問題的解決方案、以及可能引起任何益處、優點、或解決方案出現或使其變得更明顯的一個或多個任何要素不會被解釋為任何或所有請求項之關鍵的、必要的或基本的特徵或要素。
無
無
Claims (16)
- 一種聚醯亞胺膜,其包含: 二酐和二胺,其中: 該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者;並且 該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數;並且 該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成: (a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液; (b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成基本上醯亞胺化的溶液; (c) 流延該基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及 (d) 乾燥該膜。
- 如請求項1所述之聚醯亞胺膜,其中,在 (b) 之後並且在 (c) 之前,過濾該基本上醯亞胺化的溶液以除去該溶液的不溶性成分。
- 如請求項1所述之聚醯亞胺膜,其中,該二酐選自由以下組成之群組:4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐、3,3’,4,4’-聯苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯碸四甲酸二酐及其混合物。
- 如請求項3所述之聚醯亞胺膜,其中,該二酐進一步包含選自由以下組成之群組之脂環族二酐:環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐、1,2,4,5-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四甲酸二酐、六氫-4,8-橋亞乙基-1H,3H-苯并[1,2-c:4,5-c']二呋喃-1,3,5,7-四酮、3-(羧甲基)-1,2,4-環戊烷三甲酸1,4:2,3-二酐以及內消旋-丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。
- 如請求項1所述之聚醯亞胺膜,其中,該氟化的芳香族二胺包含2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺。
- 如請求項1所述之聚醯亞胺膜,其中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂肪族二胺:1,2-二胺基乙烷、1,6-二胺基己烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、1,11-二胺基十一烷、1,12-二胺基十二烷、1,16-十六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二胺及其混合物。
- 如請求項1所述之聚醯亞胺膜,其中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂環族二胺:順式-1,3-二胺基環丁烷、反式-1,3-二胺基環丁烷、6-胺基-3-氮雜螺[3.3]庚烷、和3,6-二胺基螺[3.3]庚烷、二環[2.2.1]庚烷-1,4-二胺、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4二胺、順式-1,4環己烷二胺、反式-1,4環己烷二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、4,4'-亞甲基雙(2-甲基-環己胺)、雙(胺基甲基)降莰烷及其混合物。
- 一種電子裝置,其包含如請求項1所述之聚醯亞胺膜。
- 一種聚醯亞胺膜,其包含: 二酐和二胺,其中: 該二酐、該二胺或該二酐和該二胺二者包含脂環族單體、脂肪族單體或脂環族單體和脂肪族單體二者;並且 該聚醯亞胺膜對於50 µm的膜厚度具有1.25或更小的b*以及2.25或更小的黃度指數;並且 該聚醯亞胺膜藉由以下方式形成: (a) 在第一溶劑的存在下使該二酐和該二胺聚合以獲得聚醯胺酸溶液; (b) 醯亞胺化該聚醯胺酸溶液以形成第一基本上醯亞胺化的溶液; (c) 用抗溶劑從該第一基本上醯亞胺化的溶液中沈澱出固體聚醯亞胺樹脂; (d) 分離並乾燥該固體聚醯亞胺樹脂; (e) 將該固體聚醯亞胺樹脂溶解在第二溶劑中以形成第二基本上醯亞胺化的溶液; (f) 流延該第二基本上醯亞胺化的溶液以形成膜;以及 (g) 乾燥該膜。
- 如請求項9所述之聚醯亞胺膜,其中,在 (e) 之後並且在 (f) 之前,過濾該第二基本上醯亞胺化的溶液以除去該溶液的不溶性成分。
- 如請求項9所述之聚醯亞胺膜,其中,該二酐選自由以下組成之群組:4,4'-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐、3,3’,4,4’-聯苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯碸四甲酸二酐及其混合物。
- 如請求項11所述之聚醯亞胺膜,其中,該二酐進一步包含選自由以下組成之群組之脂環族二酐:環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐、1,2,4,5-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四甲酸二酐、六氫-4,8-橋亞乙基-1H,3H-苯并[1,2-c:4,5-c']二呋喃-1,3,5,7-四酮、3-(羧甲基)-1,2,4-環戊烷三甲酸1,4:2,3-二酐以及內消旋-丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。
- 如請求項9所述之聚醯亞胺膜,其中,該氟化的芳香族二胺包含2,2'-雙(三氟甲基)聯苯胺。
- 如請求項9所述之聚醯亞胺膜,其中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂肪族二胺:1,2-二胺基乙烷、1,6-二胺基己烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、1,11-二胺基十一烷、1,12-二胺基十二烷、1,16-十六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4-二胺及其混合物。
- 如請求項9所述之聚醯亞胺膜,其中,該二胺包含選自由以下組成之群組之脂環族二胺:順式-1,3-二胺基環丁烷、反式-1,3-二胺基環丁烷、6-胺基-3-氮雜螺[3.3]庚烷、和3,6-二胺基螺[3.3]庚烷、二環[2.2.1]庚烷-1,4-二胺、異佛爾酮二胺、二環[2.2.2]辛烷-1,4二胺、順式-1,4-環己烷二胺、反式-1,4-環己烷二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、4,4'-亞甲基雙(2-甲基-環己胺)、雙(胺基甲基)降莰烷及其混合物。
- 一種電子裝置,其包含如請求項9所述之聚醯亞胺膜。
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