一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺柔性电子基底材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术属于柔性电子领域，公开了一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备及应用。本发明专利技术的聚合物基底材料由具有羟基的二胺和带有三氟甲基的二酐合成，借助分子结构的优越性，现有柔性基底不易被绿色分解和热稳定性差的问题被解决。并且基底表现出了出色的热稳定性和机械性能，其T

【技术实现步骤摘要】
一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺柔性电子基底材料的制备及应用
本专利技术属于柔性电子领域，特别涉及一种乙醇可分解的、高热稳定性无色聚酰亚胺基底材料的制备及应用。
技术介绍
近年来，柔性电子发展迅速，由于其具备柔性、高效、低成本的制造工艺等诸多优势给我们的生活带来了极大的便利。但是，随之而来的是，这些电子产品的使用寿命也越来越短，逐渐缩短至平均数月的使用时间，这就直接导致了大量的电子废物的产生。这其中，除导电金属外，聚合物基底占了很大的比例。它是柔性电子的重要组成部分，通常会非常缓慢地降解，并且需要较长的时间才能完全分解，大大增加了我们的土地和水资源负担。因此，聚合物基板的回收处理在柔性电子走向柔性绿色电子的过程中起着至关重要的作用。目前聚合物基板的回收方式主要包括垃圾填埋法，焚化法，热分解法和机械粉碎处理等，但是这些方式往往不环保，不绿色，往往会带来土地和空气污染，从而加重环境的负担。于是许多研究人员试图开发可降解的聚合物基材，主要包括：天然来源的化合物，例如植物纤维，动物蛋白等，已显示出优异的绝缘性能；还有一些新型合成聚合物，如聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)，聚己内酯(PCL)，聚己内酯-聚甘油癸二酸酯(PGS-PCL)，聚乳酸-乙醇酸(PLGA)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚羟基丁酸酯(PHB)，由于其可适应卷对卷的生产工艺，并且它们都是可以生物降解的，安全的，无毒的，在柔性电子领域展现了令人期待的前景。但是它们存在固有的缺陷：热稳定性较差，尤其是在柔性电子的高温制程中，由于玻璃化温度低和较窄的加工温度范围，可能会使该材料不适合用作高温基材。因为它们受热可能会变成橡胶状，这种变形导致基板无法再为器件提供足够的机械支撑，往往导致器件失效。因此，目前制备热稳定性好且可降解的聚合物基底材料仍然存在挑战。现有技术中还没有发现同时具备绿色可分解和高热稳定性的聚合物基底以便得到可用于柔性绿色电子器件基底材料的报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺基底材料的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料。本专利技术再一目的在于提供上述乙醇可分解的高热稳定性聚合物基底材料在制作柔性电子器件中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，包括以下步骤：(1)PAA(聚酰胺酸)前体的制备：在氮气保护下，将二胺单体加入到有机溶剂中搅拌溶解以获得透明的二胺溶液，再加入二酐单体进行搅拌反应以获得透明且粘性的PAA溶液；(2)CPI(无色聚酰亚胺)薄膜的制备：将PAA溶液滴在玻璃板上，然后进行旋涂，旋涂完毕后，放入干燥箱中经程序化升温使其酰亚胺化，结束后取出自然冷却至室温，置于去离子水中剥离得到CPI薄膜，即得到乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料。步骤(1)中所述的二胺单体为2,2-双-(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(BAHPFP)；步骤(1)中所述的二酐单体为4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)、4,4’-联苯醚二酐(ODPA)、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(BPDA)、3,3'4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(CBDA)、均苯四甲酸酐(PMDA)中的至少一种；为使二胺单体和二酐单体充分反应，二酐单体优选为分批加入。步骤(1)中所述的二酐单体在使用前优选为先进行热处理，热处理是指在150-180℃下真空干燥处理8-20h；步骤(1)中所述的有机溶剂为DMAC、DMF、NMP、THF中的至少一种；所述的有机溶剂的用量满足反应体系的固含量维持在15-25％之间；步骤(1)中所述的二胺单体与二酐单体的摩尔比为1：1；步骤(1)中所述的反应是指在冷水浴条件下反应10-24h，其中冷水浴是指在0-5℃下的冷水浴；步骤(1)中所述的搅拌是为了使原料之间充分的接触，本领域常规的搅拌速度都可以实现本专利技术的技术效果，因此不用限定搅拌速度；步骤(2)中所述的程序化升温以热亚胺化是指在50-80℃下保温2-3h除去溶剂，之后程序升温至100-120℃保温1-4h，再升温至140-180℃保温1-4h，再升温至200-230℃保温1-4h，再升温至250-350℃保温1-4h。步骤(2)中所述的程序化升温优选指80℃/2h，120℃/1h，150℃/1h，200℃/1h和250℃/1h升温程序下的热亚胺化过程。步骤(1)～(2)中未指明温度的均指在室温下进行，本专利技术中的室温指20℃±5℃。一种由上述方法制备得到的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料。上述的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料(CPI薄膜)在制作柔性电子器件中的应用，尤其是在制作柔性印刷线路板(FPC)中的应用。一种透明的柔性FPC板，其由上述的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料制备得到，具体包括以下步骤：(1)使用纳米银溶液在准备好的CPI基板上按照预设好的电路图案进行掩模印刷；(2)印刷后，将电路在空气中加热干燥，然后冷却至室温后得到完整的导电电路，即获得一种透明的柔性FPC板。步骤(1)中所述的纳米银溶液的固含量优选为30-45wt％。步骤(2)中所述的加热干燥优选为在60℃干燥30min；步骤(2)中所述的导电电路优选为宽度为1mm的导电电路；本专利技术的机理为：当前的柔性电子基板不能同时具有高的热稳定性和绿色回收性或降解性，也给环境造成了极大的负担。本专利技术对无色聚酰亚胺(CPI)进行分子设计，在CPI分子结构中引入羟基这种对溶剂有亲和性结构的基团和含氟取代基来破坏聚合物链的规整性，使分子链的堆砌不再紧密，增加分子链间的自由体积，减弱分子间的强相互作用力，有利于溶剂分子的插入，从而弥补现有CPI膜不易降解的缺陷，并且得到一种可在乙醇这种绿色溶剂中分解的CPI基底。而且，由于CPI分子链中含有具备带有刚性的C-N键的酰亚胺环结构和C＝C键，使其表现出优异的热稳定性。同时，含氟基团的存在还有助于提升其透明性。以获取降解性、耐热性和透明性俱佳的柔性电子基底新材料。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术制备CPI基底同时具备优异的热性能和机械性能，并保持了出色的光学性能。其中，热分解温度达到430℃，最高工作温度达到300℃，拉伸强度和弹性模量分别为103MPa和2.49GPa。同时，基底在550nm处具有91％的透光率。(2)本专利技术制备的CPI膜具有良好的表面平整性，其粗糙度仅为0.38nm，满足柔性电子基底粗糙度小于5nm的要求，适合在此基底上制作各种柔性电子器件。(3)在此基底上制备的柔性线路印刷板(FPC)在绿色溶剂乙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)PAA前体的制备：在氮气保护下，将二胺单体加入到有机溶剂中搅拌溶解以获得透明的二胺溶液，再加入二酐单体进行搅拌反应以获得透明且粘性的PAA溶液；/n(2)CPI薄膜的制备：将PAA溶液滴在玻璃板上，然后进行旋涂，旋涂完毕后，放入干燥箱中经程序化升温使其酰亚胺化，结束后取出自然冷却至室温，置于去离子水中剥离得到CPI薄膜，即得到乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)PAA前体的制备：在氮气保护下，将二胺单体加入到有机溶剂中搅拌溶解以获得透明的二胺溶液，再加入二酐单体进行搅拌反应以获得透明且粘性的PAA溶液；
(2)CPI薄膜的制备：将PAA溶液滴在玻璃板上，然后进行旋涂，旋涂完毕后，放入干燥箱中经程序化升温使其酰亚胺化，结束后取出自然冷却至室温，置于去离子水中剥离得到CPI薄膜，即得到乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料。


2.根据权利要求1所述的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的二胺单体为2,2-双-(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷；
步骤(1)中所述的二酐单体为4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐、4,4’-联苯醚二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、3,3'4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐、均苯四甲酸酐中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的有机溶剂为DMAC、DMF、NMP、THF中的至少一种；所述的有机溶剂的用量满足反应体系的固含量维持在15-25％之间；
步骤(1)中所述的二胺单体与二酐单体的摩尔比为1：1；
步骤(1)中所述的反应是指在冷水浴条件下反应10-24h，其中冷水浴是指在0-5℃下的冷水浴。


4.根据权利要求1所述的乙醇可分解的高热稳定性无色聚酰亚胺聚合物基底材料的制备方法，其特征在于：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶劲松，陈琳琳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44