高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用，以带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺与3,3',4,4'

【技术实现步骤摘要】
高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于聚酰亚胺薄膜
，尤其涉及一种高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在图像显示、光学薄膜、有机光伏、柔性印刷电路板、触控板等光电器件领域中，无色透明聚合物作为塑料基材而备受关注，将脆弱的无机玻璃基板(厚度约400
‑
700μm)替换为塑料基板(厚度约50μm)来提高便携性和柔韧性，是目前光电器件领域的一大趋势。
[0003]除了对光学透明度、溶解性、尺寸稳定性和热膨胀系数(CTE)等有一定要求外，这类基材极高的加工温度还对材料的耐热性提出了很高要求。例如，在制备柔性有源矩阵有机发光显示器件(AMOLEDs)时，在柔性聚合物薄膜衬底上的加工温度可高于300℃；无铅焊料回流工艺的温度约为270℃；硅基薄膜晶体管(TFT)制作工艺的温度会在短时间内保持400℃。而目前常用的商业无色工程塑料的玻璃化转变温度(T
g
)均不足以支持如此高温的制作工艺，如聚对苯二甲酸乙酯(78℃)，聚萘甲酸乙酯(120℃)，聚碳酸酯(145℃)和聚醚砜(225℃)。目前看来，聚酰亚胺(PI)(T
g
可达到400℃以上)是为数不多的可以作为光电器件柔性基材的材料。
[0004]传统PI一般为棕色透明材料，这是由于PI分子结构中存在较强的电子供体和受体，在分子链内或链间形成强烈的电荷转移络合物(CTC)，使PI在可见光范围内具有强烈吸收，严重限制了PI在光电工程领域的应用。因此，近年来耐高温的无色透明PI(CPI)逐渐得到关注。但有利于材料光学透明性的分子结构设计往往会在一定程度上降低材料的热性能；而增加热性能的结构因素，例如刚性芳香族结构、高度共轭结构，会带来CTC效应，往往会损害材料的光学透明性。另一方面，传统PI高度的刚性和分子间相互作用使其溶解性降低，成型加工性能不佳，引入柔性链段、大体积基团等方法可以改善溶解性，但往往会损害材料的热性能。因此需要通过分子设计，在一定程度上抑制CTC效应，使聚酰亚胺的各项性能达到一个良好的平衡。
[0005]综上可知，现有PI存在热性能、光学透明性和溶解性无法兼顾的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有PI存在的热性能、光学透明性和溶解性无法兼顾的问题，本专利技术以带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺与3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐(BPDA)或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐(OPDA)缩聚，提供了一种高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供上述高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜的应用。
[0008]本专利技术采用3,3'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二胺基
‑3”‑
苯氧基三苯甲烷与刚性二酐(BPDA)或柔性二酐(OPDA)缩聚，所得PI由于二胺单体中心碳的sp3杂化，三个芳环形成螺旋状结构，使得高分子呈现扭曲状态，自由体积和链间距增大，使所得聚合物具有良好的溶解性；这类聚合物同时含有芳香环和脂肪链，能为PI同时提供高温稳定性和良好的成型加工性
能，且本身拥有大体积扭曲结构，又在苯环取代基处引入了大体积基团苯氧基，有利于对CTC效应的抑制；异丙基的引入，使酰亚胺环和苯环形成了较大的扭转角，增加了单键旋转位垒，使主链保持一定刚性，有利于保持芳香族PI优异的耐热性。
[0009]本专利技术目的通过如下方案实现：
[0010]一种高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜，具有如下结构通式：
[0011][0012]其中Ar为：虚线为连接键位置；n表示重复结构单元的平均个数，n的取值范围为25
‑
35。
[0013]所述高耐热透明可溶聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)在氮气气氛下，将带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体与3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐单体以及极性非质子溶剂和催化剂异喹啉混合，在室温下搅拌至澄清。
[0015](2)将步骤(1)得到的澄清溶液，置于室温下继续搅拌10小时，加入邻二氯苯并加装分水器，再升温至185℃搅拌10小时，得到聚酰亚胺溶液。
[0016](3)将步骤(2)得到的聚酰亚胺溶液滴加到质量为其30
‑
50倍的乙醇中，有纤维状沉淀析出，过滤得到沉淀，用乙醇洗涤后干燥，得到纤维状聚酰亚胺。
[0017](4)将步骤(3)得到的纤维状聚酰亚胺溶解在极性非质子溶剂中，控制固含量为10
‑
20wt％，充分溶解后流延于干燥洁净的二氧化硅玻璃板上，真空条件下常温静置1小时，升温干燥，冷却，得到高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜。
[0018]为进一步实现本专利技术目的，优选地，步骤(1)中所述的带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体为3,3'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二胺基
‑3”‑
苯氧基三苯甲烷，其结构式为3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐的结构式为4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐的结构式为
[0019]优选地，步骤(1)中所述的带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体与3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐单体的摩尔比为1:1。
[0020]优选地，所述的极性非质子溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、间甲基苯酚中的一种。
[0021]优选地，步骤(1)中所述的极性非质子溶剂的用量为带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体和3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐单体总质量的6
‑
9倍。
[0022]优选地，步骤(1)中所述的催化剂异喹啉用量为带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体摩尔数的1
‑
1.5倍。
[0023]优选地，步骤(1)中所述在室温下搅拌的时间为30
‑
60分钟。
[0024]优选地，步骤(2)中所述邻二氯苯用量为极性非质子溶剂体积的15
‑
20％。
[0025]优选地，步骤(3)中所述的干燥为将沉淀置于100℃下真空或常压干燥6
‑
8小时；步骤(4)中所述的干燥为在40℃干燥2
‑
4小时，再升温至50
‑
80℃干燥2
‑
4小时，继续升温至120
‑
150℃干燥2
‑
4小时，最后升温至180
‑
200℃干燥2
‑
4小时。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜，其特征在于，具有如下结构通式：其中Ar为：或；n表示重复结构单元的平均个数，n的取值范围为25
‑
35。2.根据权利要求1所述的高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气气氛下，将带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体与3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐单体以及极性非质子溶剂和催化剂异喹啉混合，在室温下搅拌至澄清；（2）将步骤（1）得到的澄清溶液，置于室温下继续搅拌10小时，加入邻二氯苯并加装分水器，再升温至185℃搅拌10小时，得到聚酰亚胺溶液；（3）将步骤（2）得到的聚酰亚胺溶液滴加到质量为其30
‑
50倍的乙醇中，有纤维状沉淀析出，过滤得到沉淀，用乙醇洗涤后干燥，得到纤维状聚酰亚胺；（4）将步骤（3）得到的纤维状聚酰亚胺溶解在极性非质子溶剂中，控制固含量为10
‑
20wt%，充分溶解后流延于干燥洁净的二氧化硅玻璃板上，真空条件下常温静置1小时，升温干燥，冷却，得到高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜。3.根据权利要求2所述高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体为3,3'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二胺基
‑
3''
‑
苯氧基三苯甲烷，其结构式为。4.根据权利要求2所述高耐热透明可溶聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的带大体积侧基的三芳基甲烷类二胺单体与3,3',4,4'
‑
联苯四羧酸二酐或4,4'
‑
氧双邻苯二甲酸酐...

【专利技术属性】
技术研发人员：方昕，佘扬楷，廖庆，林梅金，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：