尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法，主要解决现有技术中无色透明聚酰亚胺薄膜尺寸稳定性差且工艺过程不易控制，产品质量不稳定的问题。本发明专利技术提供一种无色透明聚酰亚胺薄膜，由前驱体溶液经成膜、热亚胺化得到；其中，所述前驱体溶液包括聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液的混合物；其中，以所含聚酰胺酸的质量计，聚酰胺酸A溶液及聚酰胺酸B溶液的质量比为1:(1～20)；所述聚酰胺酸B为含有柔性链段的聚酰胺酸；所述聚酰胺酸A的结构为式(I)所示的技术方案，较好地解决了该问题，可用于无色透明聚酰亚胺薄膜的工业生产中。

Colorless transparent polyimide film with stable size and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺是一类综合性能非常优异的聚合物，具有非常优良的耐热性、耐低温性、自润滑性、耐辐射性以及阻燃等特性，同时具有优良的力学性能和介电性能，广泛用于航空航天、微电子、太阳能电池、高温过滤、机械、分离膜以及OLED等领域。用于高端领域的聚酰亚胺例如柔性电路基板、OLED衬底等对材料的尺寸稳定性要求较高，而如何降低聚酰亚胺材料的热膨胀系数(CTE)，提高材料的尺寸稳定性是开发无色透明聚酰亚胺材料的重要研究方向。普通的聚酰亚胺主链上含有大量的酰亚胺环结构,由于电子极化和结晶性致使聚酰亚胺分子链间存在较强的作用力,使得聚酰亚胺分子链紧密堆积,从而导致其难溶难熔而难以加工成型，从而严重影响其应用价值。为了解决溶解性的难题，通常先合成聚酰亚胺的前体-聚酰胺酸溶液，通过涂膜或纺丝等方式先加工成聚酰胺酸材料，然后再通过热亚胺化或者化学亚胺化等方式转化成最终的聚酰亚胺材料。聚酰亚胺前驱体溶液的品质与加工工艺稳定性以及产品性能有着直接关联。通常，聚酰胺酸通常由二酐和二胺在非质子极性溶剂中于低温下反应制得。二酐和二胺单体种类非常多，原料来源广，不同单体组合可以聚合得到不同结构的聚酰亚胺材料，从而造成了聚酰亚胺材料性能上的差异。传统的芳香族PI由于在分子结构中存在强烈的共轭效应，相邻分子链的二酐和二胺单元间会形成电荷转移络合物(CTC)，使薄膜呈现棕黄色，从而在蓝紫光及紫外波段的透明性上存在不足。目前，黄色透明PI已经在柔性显示器件中开始得到广泛应用。相比之下，虽然无色透明PI薄膜作为柔性显示基板更具发展潜力，但现有的无色透明PI材料在耐热性和尺寸稳定性等方面尚存在明显的缺陷，难以满足应用需要。而如何降低聚酰亚胺材料的热膨胀系数(CTE)，提高材料的尺寸稳定性是开发透明聚酰亚胺材料的重要研究方向。无色透明PI薄膜的研究主要从单体结构上入手，引入强极性基团或大侧基结构单体或使用脂肪族单体，从而抑制了分子内/分子间的电荷转移络合物(CTC)的形成，达到聚酰亚胺的透明性的目的。但与此同时，由于这类分子结构对分子链的稳定性有一定影响，所得薄膜的耐热性和热稳定性将有所下降。所以，平衡PI薄膜的透光率及其热性能的关系，在达到透明度要求的同时，保持PI本身优异的热性能，并降低其热膨胀系数，是柔性显示PI薄膜材料研究的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是现有技术中无色透明聚酰亚胺薄膜热膨胀系数高且工艺过程不易控制，产品质量下降的问题，提供了一种尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜，在该聚酰亚胺薄膜的前驱体溶液在柔性结构中采用共混的方法加入刚性链段，在保持聚酰亚胺透明性的同时能够有效降低材料的CTE，并采用分子量分布较窄且凝胶粒子含量很低的聚酰胺酸溶液，在薄膜加工过程中容易稳定控制，且薄膜不易产生缺陷，能够获得尺寸稳定的无色透明聚酰亚胺薄膜产品。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种解决上述技术问题之一的聚酰亚胺薄膜的制备方法。为解决上述技术问题之一，本专利技术采用的技术方案如下：一种聚酰亚胺薄膜，由前驱体溶液经成膜、亚胺化得到；其中，所述前驱体溶液包括聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液的混合物；其中，以所含聚酰胺酸的质量计，聚酰胺酸A溶液及聚酰胺酸B溶液的质量比为1:(1～20)；所述聚酰胺酸B为含有柔性链段的聚酰胺酸；所述聚酰胺酸A的结构为式(1)所示：式(1)中，R选自中的一种或两种以上。上述技术方案中，所述聚酰胺酸B优选选自通式(2)所示结构：式(2)中，其中，Ar1为四价脂环族残基或含有至少一个碳六元环的四价含氟芳香族残基，Ar2为含有至少一个碳六元环的二价芳香族残基。上述技术方案中，Ar1中所述的一个碳六元环的四价含氟芳香族残基，更优选的是以下结构式(3)所示的残基：上述技术方案中，Ar1中所述的四价脂环族残基，更优选的是以下结构式(4)所示的残基：上述技术方案中，Ar2优选含有至少一个碳六元环的四价芳香族残基,更优选的是以下结构式(5)所示的芳香族残基:上述结构式(5)中,R2较好选用H-、CH3-、Cl-、Br-、F-、CH3O-等任意一个基团。上述技术方案中，所述前驱体溶液中聚酰胺酸的分子量分布优选为1.2-2，更优选为1.2～1.6；本专利技术人发现，该分子量分布范围的聚酰酰胺酸，在薄膜加工过程中不易产生缺陷，也有利于提高聚酰亚胺薄膜产品质量。上述技术方案中，所述前驱体溶液中聚酰胺酸的数均分子量优选为10000-400000。为解决上述技术问题之二，本专利技术采用的技术方案如下：一种无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)前驱体溶液制备：按所述质量比，将聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液混合均匀，混合后的聚酰胺酸溶液经过过滤、脱泡后，得到所述前驱体溶液；(2)流延成膜：将骤(1)得到的前驱体溶液流延得到聚酰胺酸湿膜；(3)预烘处理：将骤(2)得到的聚酰胺酸湿膜经预烘处理得到自支撑聚酰胺酸膜；(4)热拉伸：将骤(3)得到的聚酰胺酸膜经过纵向、横向拉伸，得到拉伸聚酰胺酸膜；(5)亚胺化：将骤(4)得到的拉伸聚酰胺酸膜经过热亚胺化，得到高性能聚酰亚胺薄膜。上述技术方案中，所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法中步骤(1)将聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液混合的混合过程优选为-5～40℃温度下，搅拌1～5小时。上述技术方案中，所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法中聚酰胺酸A溶液的制备方法，优选包括以下步骤：(a)将对苯二胺单体溶于有机溶剂中；(b)向步骤(a)中加入二酐单体进行反应，反应温度为-5～40℃，反应1～10小时；其中所述二酐与对苯二胺的摩尔比为0.95～1.05：1，所述二酐单体为其中R1选自中的一种或两种以上。上述技术方案中，所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法中聚酰胺酸A与聚酰胺酸B优选为同样的封端形式，同为酐封端或者同为胺封端。上述技术方案中，所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法中聚酰胺酸B溶液的制备方法，优选包括以下步骤：(a)将含Ar2基团的二胺单体溶于有机溶剂中，得到二胺单体溶液；(b)向步骤(a)中获得的二胺单体溶液中加入含Ar1基团的二酐单体，反应温度为-5～40℃，进行反应1～10小时后，得到所述的聚酰胺酸B溶液，所述二酐与二胺摩尔比为0.95～1.05：1。上述技术方案中，所述前驱体溶液的制备方法中加入二酐单体的方式优选连续进料，且进料速度优选为上述技术方案中，所述的聚酰胺酸溶液的制备过程优选在惰性的气体保护下进行；其中的有机溶剂优选选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的至少一种。上述技术方案中，所述惰性气体优选为氮气、氩气或氦气中的至少一种。上述技术方案中，任一所述的前驱体溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无色透明聚酰亚胺薄膜，由前驱体溶液经成膜、亚胺化得到；其中，所述前驱体溶液包括聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液的混合物；其中，以所含聚酰胺酸的质量计，聚酰胺酸A溶液及聚酰胺酸B溶液的质量比为1:(1～20)；所述聚酰胺酸B为含有柔性链段的聚酰胺酸；所述聚酰胺酸A的结构为式(1)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种无色透明聚酰亚胺薄膜，由前驱体溶液经成膜、亚胺化得到；其中，所述前驱体溶液包括聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液的混合物；其中，以所含聚酰胺酸的质量计，聚酰胺酸A溶液及聚酰胺酸B溶液的质量比为1:(1～20)；所述聚酰胺酸B为含有柔性链段的聚酰胺酸；所述聚酰胺酸A的结构为式(1)所示：



式(1)中，R选自中的一种或两种以上。


2.根据权利要求1中所述的聚酰亚胺薄膜，其特征在于，所述聚酰胺酸B选自通式(2)所示结构：



式(2)中，Ar1为四价脂环族残基或含有至少一个碳六元环的四价含氟芳香族残基，Ar2为含有至少一个碳六元环的二价芳香族残基。


3.根据权利要求1中所述的前驱体溶液，其特征在于所述前驱体中聚酰胺酸的分子量分布为1.2-2。


4.一种权利要求1～3任一所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)前驱体溶液制备：
按所述质量比，将聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液混合均匀，混合后的聚酰胺酸溶液经过过滤、脱泡后，得到所述前驱体溶液；
(2)流延成膜：将骤(1)得到的前驱体溶液流延得到聚酰胺酸湿膜；
(3)预烘处理：将骤(2)得到的聚酰胺酸湿膜经预烘处理得到自支撑聚酰胺酸膜；
(4)热拉伸：将骤(3)得到的聚酰胺酸膜经过纵向、横向拉伸，得到拉伸聚酰胺酸膜；
(5)亚胺化：将骤(4)得到的拉伸聚酰胺酸膜经过热亚胺化，得到高性能聚酰亚胺薄膜。


5.根据权利要求4所述的无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中将聚酰胺酸A溶液和聚酰胺酸B溶液混合的混合过程为-5～40℃温度下，搅拌1～5小时。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京妮，孙旭阳，崔晶，陈雪，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11