TWI637981B - 聚醯胺醯亞胺及其製備製程及包含其的聚醯胺醯亞胺膜 - Google Patents

聚醯胺醯亞胺及其製備製程及包含其的聚醯胺醯亞胺膜 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種聚醯胺醯亞胺、其製備方法及包含其的聚 醯胺醯亞胺膜。所述聚醯胺醯亞胺膜具有大幅提高的機械物性與耐熱性，同時保持透明性。上述聚醯胺醯亞胺具有優異的透明性、耐熱性、機械強度及柔軟性，因此可使用於如元件用基板、顯示器用覆蓋基板、光學膜、積體電路封裝體、黏合膜、多層可撓性印刷電路、膠帶、觸控面板、光碟用保護膜等的各種領域。

Description

聚醯胺醯亞胺及其製備製程及包含其的聚醯胺 醯亞胺膜
本申請案主張以2016年5月24日申請的韓國專利申請案第10-2016-0063317號為基礎的優先權，本說明書將上述韓國專利申請案的文獻中所揭示的所有內容包括作一部分。
本發明是有關於一種無色透明且表現出高強度的機械特性的聚醯胺醯亞胺及其製備方法。
聚醯亞胺(polyimide，PI)作為結晶度相對較低、或大部分具有非晶質結構的聚合物，其是一種不僅具有合成容易、可製作成薄膜且無需使用用以硬化的交聯基等優點，而且具有透明性、因堅固的鏈結構所實現的卓越耐熱性與耐化學品性、優異的機械物性、電特性及尺寸穩定性的聚合物材料，目前廣泛地用作汽車、航空航天領域、軟性電路板、液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)用液晶配向膜、接著劑及塗佈劑等電性、電子材料。
然而，即便聚醯亞胺為具有較高的熱穩定性、機械物性、耐化學品性及電特性的高性能聚合物材料，亦未能滿足顯示器領域所需的基本必要條件(即無色透明的性質)，且存在需進一步降低熱膨脹係數的課題。例如，由杜邦公司售賣的Kapton的熱膨脹係數為約30ppm/℃左右，其雖表現出較低的熱膨脹系數值，但仍無法滿足塑膠基板的要求條件。因此，目前較多研究都朝向保持聚醯亞胺的基本特性且最小化其光學特性及熱特性的改變方向進行。
通常，以芳香族聚醯亞胺為例，其呈深褐色的固有顏色，能夠以存在於醯亞胺主鏈中的苯的π電子因鏈間的鍵結發生電荷轉移複合化(charge transfer complex，又稱為CT-complex)，而發生上述電荷轉移複合化的原因在於醯亞胺(imide)結構中存在σ電子、π電子、非鍵結(nonbonding)非共價電子對，故發生電子激發。
典型的聚醯亞胺在500nm之間的可見光區域吸收來自400nm以下的波長的光，因此呈現與上述光對應的顏色(即黃色(yellow)至紅色(red))。因此，為了減少芳香族聚醯亞胺的缺點(即電荷轉移複合化)，有藉由在上述芳香族聚醯亞胺的主鏈中導入如三氟甲基(-CF3)、碸(-SO2)、醚(-O-)等陰電性相對較強的元素以限制π電子的移動來降低共振效應的方法，可藉由導入苯以外的烯烴類環狀(環烯烴(cycloolefin))結構而減少存在於主鏈中的π電子的密度來製造無色透明的聚醯亞胺膜。
另一方面，聚醯胺醯亞胺具有優異的耐熱性、機械強度、 電特性等特性，故長久以來廣泛地用作電性、電子、機械、航空領域等的工業用材料。此外，聚醯胺醯亞胺本身的結構與典型的聚醯亞胺不同，已知其可溶於有機溶劑，因此亦用作瓷漆(enamel varnish)、電絕緣用塗佈劑、塗料等必需溶液成形的用途。
然而，為了使用於顯示器領域，需開發一種具有更低的熱膨脹係數，且具有較高的溶解度、透明度及熱穩定性的可撓性顯示器用聚合物。
本發明所欲解決的課題在於提供一種具有提高的透明性及機械強度的聚醯胺醯亞胺。
本發明所欲解決的另一課題在於提供一種製備上述聚醯胺醯亞胺的方法。
本發明的又一課題在於提供一種以上述聚醯胺醯亞胺製備的高強度透明聚醯胺醯亞胺。
為了解決上述技術課題，本發明提供一種聚醯胺醯亞胺，其一併包括以下述化學式1a表示的重複結構及以下述化學式1b表示的重複結構。
[化學式1a]
於上述化學式1a、化學式1b中，X1為自四羧酸二酐衍生的以下述化學式2表示的4價有機基團，
X2為自以下述化學式3表示的化合物衍生的2價有機基團，
Y1、Y2分別獨立地為自二異氰酸酯衍生的2價有機基團，Y1及Y2中的一者必須包括自下述化學式4衍生的2價有機基團，
上述R1、R2分別獨立地為選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基， Q可為選自由單鍵、-O-、-CR18R19-、-C(=O)-、-C(=O)O-、-C(=O)NH-、-S-、-SO2-、伸苯基及其組合所構成的族群中的一者，此時上述R18及R19分別獨立地為選自由氫原子、碳數為1至10的烷基及碳數為1至10的氟烷基所構成的族群中的一者。
此外，本發明提供一種製備上述聚醯胺醯亞胺的方法。
為了解決本發明的另一課題，提供一種包括上述聚醯胺醯亞胺的聚醯胺醯亞胺膜。
本發明提供一種具有大幅提高的機械物性與耐熱性且保持透明性的聚醯胺醯亞胺膜。上述聚醯胺醯亞胺具有優異的透明性、耐熱性、機械強度及柔軟性，因此可使用於如元件用基板、顯示器用覆蓋基板、光學膜、積體電路(intergrated circuit，IC)封裝體、黏合膜(adhesive film)、多層可撓性印刷電路(flexible printed circuit，FRC)、膠帶、觸控面板、光碟用保護膜等的各種領域。
本發明可實施多種變換，可具有多種實施例，於圖中例示特定實施例，並於詳細說明中詳細地進行說明。然而，上述實施例並非意欲將本發明限定於特定實施方式，應理解為包括包含本發明的思想及技術範圍內的所有變換、等同物或替代物。於對本發明進行說明時，在判斷為對相關公知技術的具體說明會混淆本發明的主旨的情形時，省略其詳細說明。
於本說明書中，只要未特別提及，則所有化合物或有機基團可為經取代或未經取代者。此處，「經取代」是指化合物或有機基團中所包括的至少一個氫由選自由鹵素原子、碳數為1至10的烷基、鹵化烷基、碳數為3至30的環烷基、碳數為6至30的芳基、羥基、碳數為1至10的烷氧基、羧酸基、醛基、環氧基、氰基、硝基、胺基、磺酸基及其衍生物所構成的族群中的取代基取代。
再者，於本說明書中，只要未特別提及，則「其組合」是指兩個以上的官能基藉由如單鍵、雙鍵、三鍵、碳數為1至10的伸烷基(例如，亞甲基(-CH2-)、伸乙基(-CH2CH2-)等)、碳數為1至10的氟伸烷基(例如，氟亞甲基(-CF2-)、全氟伸乙基(-CF2CF2-)等)、如N、O、P、S或Si的雜原子或包括其的官能基(例如，於分子內包括羰基(-C=O-)、醚基(-O-)、酯基(-COO-)、-S-、-NH-或-N=N-等的雜伸烷基)的連接基而鍵結、或兩個以上的 官能基縮合或連接。
聚醯亞胺是包括堅固的芳香族環及醯亞胺鍵而表現出優異的機械物性與耐熱性的聚合物，基於此種特性而以各種形態利用於廣泛的產業領域。然而，現有的聚醯亞胺會因鏈內及鏈間電子轉移吸收一部分可見光區域而表現出黃變，上述黃變會阻礙作為顯示器用高耐熱透明材料的可能性。此種黃變現象會因電荷轉移複合化而產生，堅固的聚醯亞胺聚合物鏈的堆積(packing)越突出，則上述黃變現象越嚴重。為了解決此種黃變現象，本發明可提供一種向聚醯亞胺主鏈導入包括其他基的重複單元而阻礙聚醯亞胺鏈間堆積(packing)，藉此將電荷轉移最小化的方法。聚醯胺可作為上述重複單元導入至聚醯亞胺鏈，上述聚合物與聚醯亞胺相同地具有優異的機械物性與耐熱性，上述聚合物於與聚醯亞胺共聚合時，可阻止聚合物鏈間堆積與進一步減少電荷轉移，進而改善光學特性。然而，聚醯胺結構因堅固形態的鏈結構與鏈結構間的氫鍵結而局部具有結晶結構，從而透明性會降低，會產生因此種聚醯胺的晶質結構與聚醯亞胺的非晶質結構間的非相溶性引起的白濁現象。
為了解決此種先前的問題，本發明提供一種聚醯胺醯亞胺，其一併包括以下述化學式1a表示的重複結構及以下述化學式1b表示的重複結構。
[化學式1a]
於上述化學式1a、化學式1b中，X1為自四羧酸二酐衍生的以下述化學式2表示的4價有機基團，
X2為自以下述化學式3表示的化合物衍生的2價有機基團，
Y1、Y2分別獨立地為自二異氰酸酯衍生的2價有機基團，Y1及Y2中的一者必須包括自下述化學式4衍生的2價有機基團，
於上述化學式4中， 上述R1、R2分別獨立地為選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基，較佳為可為選自鹵素原子、鹵代烷基、烷基、芳基及氰基中的取代基，Q可為選自由單鍵、-O-、-CR18R19-、-C(=O)-、-C(=O)O-、-C(=O)NH-、-S-、-SO2-、伸苯基及其組合所構成的族群中的一者，此時上述R18及R19分別獨立地為選自由氫原子、碳數為1至10的烷基及碳數為1至10的氟烷基所構成的族群中的一者。
例如，上述鹵素原子可為氟(-F)，鹵代烷基是包括氟類原子的碳數為1至10的氟烷基，其可為選自氟甲基、全氟乙基及三氟甲基等中的一者，上述烷基可為選自甲基、乙基、丙基、異丙基、第三丁基、戊基、己基中的一者，上述芳基可為選自苯基及萘基中的一者，更佳為可為包括氟原子及氟烷基等氟類原子的取代基。
根據一實施例，上述化學式2可為選自具有下述化學式2a至化學式2e的結構的四羧酸二酐中的一者。
上述化學式2中所包括的芳香族環的氫可由選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基取代。例如，上述鹵素原子可為氟(-F)，鹵代烷基是包括氟類原子的碳數為1至10的氟烷基，可為選自氟甲基、全氟乙基及三氟甲基等中的一者，上述烷基可為選自甲基、乙基、丙基、異丙基、第三丁基、戊基、己基中的一者，上述芳基可為選自苯基及萘基中的一者，更佳為可為氟原子及氟烷基等氟類原子的取代基。
再者，本發明提供一種聚醯胺醯亞胺製備方法，其包括如下步驟： 攪拌包括以下述化學式4表示的結構的二胺的步驟； 於上述二胺溶液中添加包括以下述化學式2表示的4價有機基團的四羧酸二酐及以下述化學式3表示的化合物而進行反應來製備聚醯胺醯亞胺前驅物的步驟；以及 將上述聚醯胺醯亞胺前驅物醯亞胺化的步驟。
於上述化學式4中， 上述R1、R2分別獨立地為選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基， Q可為選自由單鍵、-O-、-CR18R19-、-C(=O)-、-C(=O)O-、-C(=O)NH-、-S-、-SO2-、伸苯基及其組合所構成的族群中的一者，此時上述R18及R19分別獨立地為選自由氫原子、碳數為1至10的烷基及碳數為1至10的氟烷基所構成的族群中的一者。
例如，以上述化學式4表示的化合物可為選自下述化學式4a至化學式4d的化合物中的一者。
於上述化學式4a至化學式4d中，Q與於上述化學式4中定義者相同。
根據一實施例，上述聚醯胺醯亞胺可更包括藉由酐與二胺的聚合而形成的重複單元。可使用於本發明的酐可為雙環庚烯二羧酸酐(Nadicanhydride)、4-(9-蒽基乙炔基)鄰苯二甲酸酐(4-(9-anthracenyl ethynyl)phthalic anhydride)、金剛烷甲醯氯(1-Adamantanecarbonyl chloride)、金剛烷二甲醯氯(1,3-Adamantanedicarbonyl dichloride)、降冰片烯甲醯氯(5-Norbornene-2-carbonyl chloride)、降冰片烯二甲醯氯(5-Norbornene-2,3- dicarbonyl chloride)、環戊基甲醯氯(cyclopentane chloride)等，相對於上述化學式2的酸二酐與酐的總莫耳，可包括10mol%以下的上述酐。
通常，於聚合聚醯胺醯亞胺時，在使用二胺的情形時，包括聚醯胺酸重複單元作為中間物，為了將上述聚醯胺酸醯亞胺化成聚醯亞胺，更需要熱醯亞胺化及化學醯亞胺化等醯亞胺化製程。於此種醯亞胺化製程中，產生如H2O的副產物，或於化學醯亞胺化製程中，添加觸媒等附加添加物。為了去除此種副產物及添加劑，需要沈澱製程及乾燥製程等附加製程。特別是，於為了導入醯胺基而使用如二羧醯氯的單體的情形時，上述二羧醯氯中所包括的Cl與二胺的H鍵結而產生鹽酸作為副產物，因此需要用以去除上述鹽酸的附加製程。再者，如鹽酸的副產物使聚合溶液凝膠化(gelation)，因此會明顯地降低膜的製膜特性及聚合反應。
本發明使用二異氰酸酯來代替二胺而與四羧酸二酐及化學式3的二羧酸反應，藉此可僅產生CO2作為反應產物，CO2是以氣體狀態產生，故而不會溶解至聚合溶劑而於反應中容易地以氣體狀態去除，因此不僅無需用以去除附加物及添加劑的另外的沈澱製程及乾燥製程，而且無需另外的醯亞胺化製程而可僅藉由調節聚合溫度來形成聚醯亞胺，從而可使製程非常簡單。
再者，於為了導入醯胺基而使用二羧醯氯的情形時，因反應性較高而較多地形成分子量，但不易控制反應，因此會於聚合程度的控制中存在問題。然而，於使二異氰酸酯與二羧酸反應而聚 合聚醯胺醯亞胺的情形時，反應性較低，因此可藉由固定地控制組成及聚合條件的環境而幾乎固定地控制分子量，從而可提供具有均勻的特徵的聚醯胺醯亞胺。例如，根據本發明而聚合的聚醯胺醯亞胺能夠以±25%以下的分子量誤差範圍聚合，可提供具有較佳為±20%、更佳為±15%的誤差範圍內的分子量的聚醯胺醯亞胺。
根據本發明，於上述化學式1a至化學式1b中，上述化學式1a的重複結構與化學式1b的重複結構的莫耳比可為1：5至2：1，較佳為上述化學式1b的重複結構可多於化學式1a的重複結構，例如上述化學式1a與化學式1b的重複結構的莫耳比可為1：5至1：2。也就是說，包括上述化學式2的4價有機基團的四羧酸二酐及下述化學式3的化合物能夠以1：5至2：1的莫耳比聚合，較佳為以1：5至1：2的莫耳比與上述化學式4的二異氰酸酯反應，藉此可製備化學式1b的重複結構多於上述化學式1a的聚醯胺醯亞胺前驅物。此時，於上述化學式3的化合物以90mol%以上的含量、較佳為85mol%以上的含量反應的情形時，源自聚醯胺的晶質較強地發揮用作而會發生難以製備膜等加工性變差的問題，因此藉此製造的膜的均勻性下降，而對其透明性等光學特性造成影響。
根據一實施例，本發明的聚醯胺醯亞胺為無規共聚物，其重複結構可呈無規排列的形態，此種形態可防止鏈內電荷轉移與阻礙規則性排列而將因聚醯胺的鏈間氫鍵發生局部結晶化的情形最小化，因此可獲得更透明的聚醯胺醯亞胺膜。
本發明不僅可藉由在現有的聚醯亞胺結構中導入聚醯胺基而表現出優異的耐熱性與機械物性，而且可藉由因聚醯胺基引起的鏈間距離增加而防止因堆積現象引起的電荷轉移複合化，藉由將因此引起的黃變現象最小化，可提供一種既保持較高的耐熱性與機械物性，亦更無色透明的聚醯胺醯亞胺。
再者，於上述二胺結構中導入如上述R1及R2的陰電性較高的取代基，藉此可抑制電荷的移動而進一步將電荷轉移最小化，因此可提供一種光學特性得到更明顯提高的聚醯胺醯亞胺。
例如，本發明的聚醯胺醯亞胺可包括以下述化學式1a-1及化學式1b-1表示的重複結構。
根據一實施例，本發明的聚醯胺醯亞胺可更添加下述化學式6的四羧酸二酐而製備。
[化學式6]
於上述化學式6中，X3為包括兩個以上的脂環族及芳香族環的4價有機基團。
例如，上述X3可為包括碳數為3至24的脂環族或碳數為6至30的芳香族環的4價有機基團，例如可列舉以下述化學式6a至化學式6h表示的4價有機基團，更佳為芳香族環或脂環族結構可為各環結構包括堅固(rigid)的結構、即單環結構、各環以單鍵鍵結而成的結構或各環直接連接而成的雜環結構的4價有機基團。
上述化學式6a至化學式6h的4價有機基團中的1個以上的氫原子亦可由選自由碳數為1至10的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、異丙基、第三丁基、戊基、己基等)、碳數為1至10的 氟烷基(例如，氟甲基、全氟乙基、三氟甲基等)、碳數為6至12的芳基(例如，苯基、萘基等)、磺酸基及羧酸基所構成的族群中的取代基取代，較佳為可由碳數為1至10的氟烷基取代。
於本發明的聚醯胺醯亞胺重複結構中，一個以上的重複結構可為包括含有氟類取代基的2價有機基團及/或4價有機基團者。此處，「氟類取代基」不僅是指「氟原子取代基」，而且是指所有「含有氟原子的取代基」。上述氟類取代基可為碳數為1至10、較佳為碳數為1至6的氟烷基。相對於整體聚醯胺醯亞胺前驅物的重複結構，上述氟類取代基能夠以30莫耳%以上、較佳為40莫耳%以上或60莫耳%以上存在，最多能夠以100莫耳%、較佳為90莫耳%或80莫耳%以下存在。
可根據聚醯胺醯亞胺前驅物的典型聚合製備方法(如溶液聚合)來實施使上述四羧酸二酐及二羧酸或二羧醯氯與二胺反應的方法，具體而言，可藉由如下方式製備：將二胺溶解於有機溶劑中後，於所獲得的混合溶液中添加四羧酸二酐及二羧酸或二羧醯氯以進行聚合反應。此時，於以1：1.1至1.1：1的莫耳比、或1：1.05至1.05：1的莫耳比混合四羧酸二酐及二羧酸或二羧醯氯的總量與二胺的情形時，可獲得較佳的分子量、機械物性及黏度。
上述反應可於惰性氣體或氮氣氣流中實施，可於無水條件下執行。
再者，於進行上述聚合反應時，可於-20℃至60℃、較佳為0℃至30℃的溫度下實施。
再者，具體而言，作為可使用於上述聚合反應的有機溶劑，可包括選自由γ-丁內酯、1,3-二甲基-咪唑啶酮、甲基乙基酮、環己酮、環戊酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮等酮類；甲苯、二甲苯、四甲基苯等芳香族烴類；乙二醇單乙醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、二丙二醇二乙醚、三乙二醇單乙醚等醇醚類(賽路蘇)；乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二丙二醇單甲醚乙酸酯、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、卡必醇、二甲基乙醯胺(DMAc)、N,N-二乙基乙醯胺、二甲基甲醯胺(DMF)、二乙基甲醯胺(DEF)、N-甲基吡咯啶酮(NMP)、N-乙基吡咯啶酮(NEP)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、N,N-二甲基甲氧基乙醯胺、二甲基亞碸、吡啶、二甲基碸、六甲基磷醯胺、四甲基脲、N-甲基己內醯胺、四氫呋喃、間二噁烷、對二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷、雙(2-甲氧基乙基)醚、1,2-雙(2-甲氧基乙氧基)乙烷、雙[2-(2-甲氧基乙氧基)]醚及其混合物所構成的族群中的一者。
更佳地，可列舉的溶劑包括二甲基亞碸、二乙基亞碸等亞碸類溶劑、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺等甲醯胺類溶劑、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺等乙醯胺類溶劑、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-乙烯基-2-吡咯啶酮等吡咯啶酮類溶劑、苯酚、鄰甲酚、間甲酚或對甲酚、二甲苯酚、鹵化苯酚、鄰苯二酚等苯酚類溶劑、六甲基磷醯胺或γ-丁內酯等，且所述溶劑可單獨利用或 作為混合物而利用。然而，並不限定於此，亦可更使用如二甲苯、甲苯的芳香族烴，再者，為了促進聚合物的溶解，亦可於上述溶劑中進一步添加相對於上述溶劑總量為約50重量%以下的鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽。
考量到膜形成製程時的塗佈性等加工性，根據上述製備方法製備的聚醯胺醯亞胺前驅物組成物較佳為包括能使上述組成物具有適當的黏度的固體成分含量。根據一實施例，能夠以整體聚合物的含量成為5重量%至25重量%、較佳為5重量%至20重量%、更佳為5重量%至15重量%的方式調節組成物的含量。
可選地，上述聚醯胺醯亞胺前驅物組成物可為以具有500cP以上或1,000cP以上、較佳為3,000cP以上的黏度的方式調節，上述聚醯胺醯亞胺前驅物組成物的黏度較佳為以具有30,000cP以下或20,000cP以下、較佳為18,000cP以下或15,000cP以下的黏度的方式調節。於聚醯胺醯亞胺前驅物組成物的黏度小於500cP或超過30,000cP的情形時，在對聚醯胺醯亞胺膜進行加工時，會產生氣泡及表面粗糙度欠佳的情形，而導致光學特性下降。
再者，本發明的聚醯胺醯亞胺的分子量可為具有10,000g/mol至200,000g/mol、20,000g/mol至100,000g/mol或30,000g/mol至100,000g/mol的重量平均分子量者。
再者，本發明的聚醯胺醯亞胺的分子量分佈(Mw/Mn)較佳為1.1至2.5。於聚醯胺醯亞胺的醯亞胺化率及重量平均分子 量或分子量分佈脫離上述範圍的情形時，存在難以形成膜、或穿透度、耐熱性及機械特性等聚醯胺醯亞胺類膜的特性下降的疑慮。
上述聚醯胺醯亞胺前驅物組成物可呈溶解於有機溶劑中的溶液形態，於呈此種形態的情形時、或例如於在有機溶劑中合成聚醯胺醯亞胺前驅物的情形時，溶液可為所獲得的反應溶液其本身，亦可為以其他溶劑稀釋上述反應溶液所得者。再者，於以粉末形式獲得聚醯胺醯亞胺前驅物的情形時，亦可為將上述粉末溶解至有機溶劑而製成溶液者。
再者，於將聚合物成分的粉末溶解至有機溶劑而製備溶液時，亦可進行加熱。加熱溫度較佳為20℃至150℃，特佳為20℃至80℃。
於具有堅固的結構的聚醯亞胺的分子結構中導入聚醯胺結構而增加鏈間距離來減少鏈間堆積，將陰電性較高的取代基鍵結至聚醯胺醯亞胺鏈結構而減少電荷轉移，藉此可製備具有優異的機械特性，且亦無色透明的聚醯胺醯亞胺膜，藉由在聚合反應中使用二異氰酸酯來代替二胺，可利用進一步簡化的製程提供具有更均勻的特性的聚醯胺醯亞胺。
再者，上述聚醯胺醯亞胺類膜可為如下的無色透明的聚醯胺醯亞胺膜：厚度可為20μm至100μm，霧度(Haziness)為2以下、較佳為1以下、更佳為0.9以下，於10μm至50μm的膜厚範圍內，380nm至760nm的波長的光的穿透度為80%以上，黃色度(YI)為約10以下、較佳為約7以下或約5以下、更佳為約 4以下或3以下。由於具有如上所述般優異的透光度及黃色度，因此可表現出得到明顯地改善的透明度及光學特性。
再者，上述聚醯胺醯亞胺類膜可為如下的各向異性膜：面內相位差值(Rτη)為約0nm至100nm，厚度方向的相位差值(Rιν)為約200nm以上；或面內相位差值(Rτη)為約0nm至70nm，厚度方向的相位差值(Rιν)為約300nm以上。
再者，上述聚醯胺醯亞胺類膜的模數(modulus)為約5.0GPa以上或約5GPa至9GPa，可於利用鉛筆硬度測定機根據測定標準即日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)K5400而以750gf的負重對每個鉛筆共測定3次表面硬度後，測定劃傷及按壓程度而確認硬度，較佳為可為具有H以上、更佳為2H以上的表面硬度者。
因此，於本發明的又一實施例中，提供一種包括上述聚醯胺醯亞胺共聚物的成形品(article)。
上述成形品可為膜、纖維(fiber)、塗佈材料、接著材料等，但並不限定於此。上述成形品可使用上述共聚物與無機粒子的錯合物組成物而藉由乾濕法、乾式法、濕式法等形成，但並不限定於此。具體而言，上述成形品可如上所述般為光學膜，於此情形時，包括上述聚醯胺醯亞胺共聚物的組成物可藉由如下方式容易地製備：於利用旋轉塗佈等方法應用至基板上後，對其進行乾燥及硬化。
本發明的聚醯胺醯亞胺可保持因堅固的結構實現的耐 熱性、機械強度等固有特性，並且表現出優異的無色透明特性，因此可使用於如元件用基板、顯示器用覆蓋基板、光學膜(optical film)、IC(integrated circuit)封裝體、黏合膜(adhesive film)、多層軟性電路板(flexible printed circuit)、膠帶、觸控面板、光碟用保護膜等的各種領域，特別是可適於顯示器用覆蓋基板。
根據本發明的又一實施例，提供一種包括上述成形品的顯示裝置。具體而言，上述顯示裝置可列舉液晶顯示裝置(liquid crystal display，LCD)、有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)等，但並不限定於此。
以下，詳細地對本發明的實施例進行說明，以便在本發明所屬的技術領域內具有常識者可容易地實施。然而，本發明能夠以多種不同的形態實現，並不限定於此處所說明的實施例。
<實施例1>2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-聯苯二異氰酸酯(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyl diisocyanate，DICTFMB)(1)/3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride，BPDA)(0.3)_對苯二甲醯酸(terephthaloyl acid，TPA)(0.7)
於流通氮氣氣流的攪拌機內填充260g的N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethylacetamide，DMAc)，之後於將反應機的溫度保持為25℃的狀態下溶解42g的DICTFMB(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyl diisocyanate)。於相同的溫度下向上述DICTFMB溶液添加10g的BPDA(3,3',4,4'- biphenyltetracarboxylic dianhydride)而溶解攪拌一段時間。當達到充分的攪拌後，將溫度降至0℃，添加13g的TPA(terephthaloyl acid)而繼續進行攪拌。將藉由上述反應製備的聚醯胺醯亞胺前驅物溶液的固體成分濃度調節成16重量%而製備聚醯胺醯亞胺溶液。
測定所製備的上述聚醯胺醯亞胺溶液的黏度及分子量而示於下述表1。
<比較例1>2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-聯苯二胺(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyl diamine，TFMB)(1)/BPDA(0.3)_對苯二甲醯氯(terephthaloyl chloride，TPC)(0.7)
於流通氮氣氣流的攪拌機內填充400g的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)，之後於將反應機的溫度保持為25℃的狀態下溶解36g的TFMB(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyl diamine)。於相同的溫度下向上述TFMB溶液添加10g的BPDA(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride)而溶解攪拌一段時間。當達到充分攪拌後，將溫度降至0℃，添加16g的TPC(terephthaloyl chloride)而繼續進行攪拌。於向藉由上述反應而製備的聚醯胺醯亞胺前驅物溶液添加吡啶(Pyridine)與乙酸酐(acetic anhydride)而充分地進行攪拌後，利用甲醇(methanol)與水的混合溶液形成沈澱而進行乾燥。將乾燥的聚醯胺醯亞胺粉末溶解於DMAc中，將固體成分的濃度調節成13重量%而製備聚醯胺醯亞胺前驅物溶液。
測定所製備的上述聚醯胺醯亞胺前驅物溶液的黏度及 分子量而示於下述表1。
根據上述結果可知，根據本發明，不僅無需用以去除附加物及添加劑的另外的沈澱製程及乾燥製程，而且無需另外的醯亞胺化製程而可僅藉由調節聚合溫度來形成聚醯亞胺，因此可使製程非常簡單。
<實施例2>DICTFMB(1)/BPDA(0.20)/聯苯基乙醯氯(4,4'-Biphenyldicarbonyl chloride，6FDA)(0.10)_TPA(0.7)_耐地酸酐(Nadic Anhydride)(0.01)
<共聚合聚醯胺醯亞胺的製備>
作為反應機，於附著有攪拌機、氮氣注入裝置、滴加漏斗、溫度調節器及冷卻機的1L的反應機中流通氮氣而填充772g的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)，之後於將反應機的溫度調節成25℃後，溶解74.29g的DICTFDB(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-biphenyl diisocyanate)而將上述溶液保持為25℃。於向此處投入8.885g的6FDA(4,4'-Biphenyldicarbonyl chloride)與11.76g的BPDA(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride)後，攪拌一段時間而使其溶解及反應。此時，溶液的溫度保持為25℃。另外， 添加23.21g的TPA(terephthaloyl acid)，於攪拌12小時後，投入0.33g的耐地酸酐而獲得固體成分的濃度為13重量%的聚醯胺酸溶液。
於向上述聚醯胺酸溶液投入13g的吡啶與17g的乙酸酐而攪拌30分鐘後，再次於70℃下攪拌1小時而冷卻至常溫，利用20L的甲醇使其沈澱，過濾所沈澱的固體成分進行粉碎，之後於100℃下以真空乾燥6小時而獲得98g的固體成分粉末的共聚合聚醯胺-醯亞胺。
<共聚合聚醯胺-醯亞胺膜的製備>
將98g的上述聚醯胺醯亞胺固體成分粉末溶解至656g的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)而獲得13wt%的溶液，將以此方式獲得的溶液塗佈至不鏽鋼板，之後以400μm進行澆鑄，以130℃的熱風乾燥30分鐘，之後自不鏽鋼板剝離膜而利用銷固定至框架。將固定有膜的框架放入至真空烘箱，自100℃至300℃慢慢加熱2小時，之後緩慢地進行冷卻而自框架分離，藉此獲得聚醯胺醯亞胺膜。此後，作為最終熱處理製程，再次於300℃下進行30分鐘的熱處理。
<比較例2>TFMB(1)/6FDA(0.7)_TPC(0.3)
<共聚合聚醯胺-醯亞胺的製備>
作為反應機，於附著有攪拌機、氮氣注入裝置、滴加漏斗、溫度調節器及冷卻機的1L的反應機中流通氮氣而填充797g的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)，之後於將反應機的溫度調節成25 ℃後，溶解64.046g的TFMB而將上述溶液保持為25℃。於向此處投入26.655g的6FDA後，攪拌一段時間而使其溶解及反應。 此時，溶液的溫度保持為25℃。另外，添加28.423g的TPC而獲得固體成分的濃度為13重量%的聚醯胺醯亞胺前驅物溶液。
向上述聚醯胺酸溶液投入13g的吡啶與17g的乙酸酐而攪拌30分鐘，之後再次於70℃下攪拌1小時而冷卻至常溫，利用20L的甲醇使其沈澱，過濾所沈澱的固體成分而進行粉碎，之後於100℃下以真空乾燥6小時而獲得120g的固體成分粉末的共聚合聚醯胺醯亞胺。
<共聚合聚醯胺醯亞胺膜的製備>
將上述120g的固體成分粉末的共聚合聚醯胺-醯亞胺溶解至723g的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)而獲得13wt%的溶液。
此後，藉由與實施例2相同的方法製備膜。
<實驗例2>
<熱膨脹係數(CTE)>
利用熱機械分析儀(Thermo Mechanical Analyzer，TMA)(Perkin Elmer公司，鑽石(Diamond)TMA)根據TMA法(TMA-Method)而測定兩次50℃至300℃下的熱膨脹係數，升溫速度為10℃/分鐘，施加100mN的負重。排除第一個值而顯示第二個值的原因在於：膜的去除會因熱處理而於膜內殘留剩餘應力，因此於藉由第一次處理(Run)而完全去除剩餘應力後，才將第二個值顯 示為實測定值。
<厚度的測定及耐溶劑性指數的計算>
將聚醯胺醯亞胺膜於80℃的真空烘箱內乾燥1小時，測定上述膜的任意5處的厚度，再次將上述膜浸漬至裝有DMAc的燒杯10分鐘，之後利用水進行清洗，於80℃的真空烘箱內乾燥1小時而測定膜的任意5處的厚度，根據浸漬至溶劑前後的厚度而計算以下述式1定義的耐溶劑性指數。
[式1] 耐溶劑性指數(%)=(T0-T10)/T0×100
於上述式中，T10為將膜浸漬於極性溶劑10分鐘後的膜的厚度，T0為將膜浸漬至極性溶劑前的膜的厚度。
利用Anritsu電子式測微計(Electronic Micrometer)測定厚度，裝置的偏差為±0.5%以下。
以上，詳細地對本發明內容的特定部分進行了記述，於業界具有常識者應瞭解，此種具體的記述僅為較佳的實施方式，本發明的範圍並不限制於此。因此，本發明的實質性的範圍由隨附的 申請專利範圍與其等效物定義。

Claims (12)

  1. 一種聚醯胺醯亞胺，其包括由化學式1a表示的重複結構及由化學式1b表示的重複結構：
    Figure TWI637981B_C0001
    於化學式1a及化學式1b中，X1為自四羧酸二酐衍生的由以下化學式2表示的4價有機基團，
    Figure TWI637981B_C0002
    X2為自由以下化學式3表示的化合物衍生的2價有機基團，
    Figure TWI637981B_C0003
    Y1、Y2分別獨立地為自二異氰酸酯衍生的2價有機基團，Y1及Y2中的一者必須包括自由以下化學式4衍生的2價有機基團，
    Figure TWI637981B_C0004
    於化學式4中，R1、R2分別獨立地為選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基，Q為選自由單鍵、-O-、-CR18R19-、-C(=O)-、-C(=O)O-、-C(=O)NH-、-S-、-SO2-、伸苯基及其組合所構成的族群中的一者，其中R18及R19分別獨立地為選自由氫原子、碳數為1至10的烷基及碳數為1至10的氟烷基所構成的族群中的一者，其中所述由化學式1a表示的重複結構與所述由化學式1b表示的重複結構以1：5至2：1的莫耳比聚合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯胺醯亞胺，其中化學式4衍生的所述2價有機基團為選自下述化學式4a至化學式4d的化合物中的一者：
    Figure TWI637981B_C0005
    於化學式4a至化學式4d中，Q與化學式4中所定義者相同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯胺醯亞胺，其中所述由化學式1a表示的重複結構與所述由化學式1b表示的重複結構聚合成無規共聚物的形態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯胺醯亞胺，其中化學式1a及化學式1b包括由以下化學式1a-1及化學式1b-1表示的重複結構：
    Figure TWI637981B_C0006
  5. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯胺醯亞胺，更包括由以下化學式6表示的四羧酸二酐：
    Figure TWI637981B_C0007
    於化學式6中，X3為選自由以下化學式6a至化學式6h表示的4價有機基團中的一者，
    Figure TWI637981B_C0008
  6. 一種如申請專利範圍第1項所述的聚醯胺醯亞胺的製備方法，其包括如下步驟：步驟a)，攪拌由以下化學式4表示的二異氰酸酯；步驟b)，於在所述步驟a)中製備的溶液中以1：5至2：1的莫耳比添加包括由以下化學式2表示的結構的四羧酸二酐以及由以下化學式3表示的化合物而進行反應來製備聚醯胺醯亞胺前驅物；以及步驟c)，將所述聚醯胺醯亞胺前驅物醯亞胺化：
    Figure TWI637981B_C0009
    於化學式4中，R1、R2分別獨立地為選自包括-F、-Cl、-Br及-I的鹵素原子、羥基(-OH)、硫醇基(-SH)、硝基(-NO2)、氰基、碳數為1至10的烷基、碳數為1至4的鹵代烷氧基、碳數為1至10的鹵代烷基、碳數為6至20的芳基中的取代基。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的聚醯胺醯亞胺的製備方法，其中化學式2的所述四羧酸二酐及所述化學式3的化合物的總量與所述化學式4表示的二異氰酸酯以1：1.1至1.1：1的莫耳比反應。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的聚醯胺醯亞胺的製備方法，其中於所述步驟b)中更包括與化學式2的所述四羧酸二酐不同的酐而進行反應。
  9. 一種聚醯胺醯亞胺膜，其包括如申請專利範圍第1項至第5項中任一項的聚醯胺醯亞胺。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的聚醯胺醯亞胺膜，其中所述聚醯胺醯亞胺膜的霧度為2以下，黃色度為10以下。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的聚醯胺醯亞胺膜，其中所述聚醯胺醯亞胺膜的鉛筆強度為2H以上。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的聚醯胺醯亞胺膜，其中所述聚醯胺醯亞胺膜的於50℃至300℃下的熱膨脹係數為15ppm/℃以下，以下述式1定義的耐溶劑性指數為2%以內：[式1]耐溶劑性指數(%)=(T0-T10)/T0×100其中，T10為將膜浸漬於極性溶劑10分鐘後的膜的厚度，T0為將膜浸漬至所述極性溶劑前的膜的厚度。
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