CN107250213A - 聚酰胺‑酰亚胺前体、聚酰胺‑酰亚胺薄膜以及包括该薄膜的显示装置 - Google Patents

聚酰胺‑酰亚胺前体、聚酰胺‑酰亚胺薄膜以及包括该薄膜的显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚酰胺‑酰亚胺前体、通过使该聚酰胺‑酰亚胺前体亚胺化而得到的聚酰胺‑酰亚胺、聚酰胺‑酰亚胺薄膜，以及包括该聚酰胺‑酰亚胺薄膜的图像显示装置。所述聚酰胺‑酰亚胺前体在其分子结构中包含：第一嵌段，该第一嵌段通过使包含二酐和二胺的单体共聚而得到；第二嵌段，该第二嵌段通过使包含芳香族二羰基化合物和所述二胺的单体共聚而得到；以及第三嵌段，该第三嵌段通过使包含所述芳香族二羰基化合物和芳香族二胺的单体共聚而得到。用于形成所述第一嵌段的二酐包括2‑双(3,4‑二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)，用于形成所述第一嵌段和所述第二嵌段的二胺包括9,9‑双(3‑氟‑4‑氨基苯基)芴(FFDA)。

Description

聚酰胺-酰亚胺前体、聚酰胺-酰亚胺薄膜以及包括该薄膜的 显示装置
技术领域
本发明涉及一种聚酰胺-酰亚胺前体、通过使该聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化(imidizing)而得到的聚酰胺-酰亚胺薄膜，以及包括该聚酰胺-酰亚胺薄膜的显示装置。
背景技术
通常，聚酰亚胺(PI)薄膜通过使聚酰亚胺树脂成型为薄膜而得到。聚酰亚胺树脂是高度耐热性树脂，其通过如下方式制备：使芳香族二酐和芳香族二胺或芳香族二异氰酸酯进行溶液聚合以制备聚酰胺酸衍生物，然后，通过在较高温度下闭环脱水来进行亚胺化反应。由于具有优异的机械性能、耐热性和电绝缘性能，因此，聚酰亚胺薄膜用于多种电子材料，如半导体绝缘膜、TFT-LCD的电极保护膜以及柔性印刷电路的基板。
然而，由于较高的芳环密度，聚酰亚胺树脂通常具有棕色和黄色，因此，可见光区域中的透光率较低并且树脂表现出淡黄色。因此，透光率降低并且双折射率较高，这使得难以将聚酰亚胺树脂用作光学元件。
为了解决上述限制，已经尝试利用单体和溶剂的纯化来进行聚合，但是透光率的改善不显著。关于此，在美国专利No.5053480中，当采用使用脂肪族环状二酐组分代替芳香族二酐的方法以使树脂为溶液或薄膜形式时，透明度和色度得到改善。然而，这仅是纯化方法的改进，透光率的最终提高仍然存在限制。因此，不能实现较高的透光率，但是引起热和机械劣化。
另外，美国专利No.4595548、No.4603061、No.4645824、No.4895972、No.5218083、No.5093453、No.5218077、No.5367046、No.5338826、No.5986036和No.6232428以及韩国专利申请公开No.2003-0009437公开了一种聚酰亚胺的新型结构，该新型结构使用具有诸如-CF3的取代基或者具有由于诸如-O-、-SO2-或CH2-的连接基团而发生间位连接代替对位连接的弯曲结构(bent structure)的芳香族二酐和芳香族二胺单体，具有改善的透光率和颜色透明度，同时热性能不显著降低。然而，由于机械性能、耐热性和双折射率方面的限制，已经发现上述聚酰亚胺的新型结构不足以用作诸如OLED、TFT-LCD和柔性显示器的显示装置的材料。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在提供一种聚酰胺-酰亚胺前体，用于形成具有较低的双折射率以及优异的机械性能和耐热性的无色透明薄膜。此外，本发明旨在提供一种通过使所述聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而制备的聚酰胺-酰亚胺薄膜，以及一种包括所述聚酰胺-酰亚胺薄膜的图像显示装置。
技术方案
因此，本发明的优选第一实施方案提供一种聚酰胺-酰亚胺前体，该聚酰胺-酰亚胺前体在其分子结构中包含：第一嵌段，该第一嵌段通过使包含二酐和二胺的单体共聚而得到；第二嵌段，该第二嵌段通过使包含芳香族二羰基化合物和所述二胺的单体共聚而得到；以及第三嵌段，该第三嵌段通过使包含所述芳香族二羰基化合物和芳香族二胺的单体共聚而得到。用于形成第一嵌段的二酐包括2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)，用于形成第一嵌段和第二嵌段的二胺包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)。
另外，本发明的优选第二实施方案提供一种聚酰胺-酰亚胺树脂，该聚酰胺-酰亚胺树脂具有通过使第一实施方案的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而得到的结构，第三实施方案提供一种聚酰胺-酰亚胺薄膜，该薄膜通过使第一实施方案的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而制备。
另外，本发明的优选第四实施方案提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括第三实施方案的聚酰胺-酰亚胺薄膜。
有益效果
当使本发明的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化时，可以形成具有较低的双折射率以及优异的机械性能和耐热性的无色透明薄膜。特别地，本发明的聚酰胺-酰亚胺薄膜可以用于多种领域，如半导体绝缘膜、TFT-LCD绝缘膜、钝化膜、液晶取向膜、光通信材料、用于太阳能电池的保护膜以及柔性显示基板。
附图说明
图1是示出通过使本发明的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而得到的聚酰胺-酰亚胺的分子结构的分子结构式的一个实例，其包含通过使6FDA和FFDA聚合而得到的第一嵌段(A)，通过使TPC和FFDA聚合而得到的第二嵌段(B)，以及通过使TPC和TFBD聚合而得到的第三嵌段(C)。
具体实施方案
本发明的实施方案提供一种聚酰胺-酰亚胺前体，该聚酰胺-酰亚胺前体在其分子结构中包含：第一嵌段，该第一嵌段通过使包含二酐和二胺的单体共聚而得到；第二嵌段，该第二嵌段通过使包含芳香族二羰基化合物和所述二胺的单体共聚而得到；以及第三嵌段，该第三嵌段通过使包含所述芳香族二羰基化合物和芳香族二胺的单体共聚而得到。用于形成第一嵌段的二酐包括2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)，用于形成第一嵌段和第二嵌段的二胺包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)。
更具体地，本发明的实施方案提供一种聚酰胺-酰亚胺前体，该聚酰胺-酰亚胺前体在其分子结构中包含：第一嵌段，该第一嵌段通过使包括2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)的二酐与包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)的二胺共聚而得到；第二嵌段，该第二嵌段通过使芳香族二羰基化合物与包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)的二胺共聚而得到；以及第三嵌段，该第三嵌段通过使所述芳香族二羰基化合物与芳香族二胺共聚而得到。
当将本发明的实施方案的聚酰胺-酰亚胺前体形成为薄膜以用作图像显示装置的基板或保护层时，所述聚酰胺-酰亚胺前体通过聚合得到，进行所述聚合，使得在所述聚酰胺-酰亚胺前体的分子结构中存在包含酰亚胺键的第一嵌段以及包含酰胺键的第二嵌段和第三嵌段三者，从而确保优异的热和机械性能以及优异的光学性能。换言之，使用具有酰胺键结构的第二嵌段和第三嵌段，可以改善当前体仅由酰亚胺结构构成时的较差的机械性能，从而最终以平衡的方式改善热稳定性、机械性能、较低的双折射率和光学特性。
特别地，在本发明的实施方案中，可以使用6FDA作为形成第一嵌段的二酐，从而改善双折射率并且确保耐热性。可以使用包含苯环并且在其分子结构中具有大体积键合结构(bulk bond structure)的9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)作为形成第一嵌段和第二嵌段的二胺，从而有效地防止由提供给第二嵌段和第三嵌段的芳香族二羰基化合物而引起的光学性能的降低。
在本发明的实施方案中，为了改善黄色指数和双折射率，基于总和为100摩尔的全部嵌段共聚物，第一嵌段和第二嵌段的总含量可以优选为20摩尔％至80摩尔％，为了防止机械性能劣化，可以更优选地为40摩尔％至60摩尔％。当第一嵌段和第二嵌段的总含量小于20摩尔％时，由于第三嵌段的摩尔比例相对增加，机械性能会改善，但是耐热性会降低，并且光学性能如透光率和黄色指数会迅速降低。当第一嵌段和第二嵌段的总含量大于80摩尔％时，由于机械性能的改善不显著，因此，在显示器的制造工艺的过程中会发生扭曲和撕裂现象。
另外，在本发明的实施方案中，第一嵌段和第二嵌段的摩尔比例优选为2:8至8:2。当第一嵌段的含量超出上述范围时，热稳定性和机械性能会改善，但是光学性能如黄色指数或透光率会降低，并且双折射率会提高，这使得所述前体难以应用于光学器件。另一方面，当第二嵌段的含量超出上述范围时，热稳定性和机械性能的改善效果会达不到预期。
在本发明的实施方案中，用于形成第二嵌段和第三嵌段的芳香族二羰基化合物可以是选自对苯二甲酰氯(TPC)、对苯二甲酸、间苯二甲酰氯和4,4'-苯甲酰二氯(4,4'-苯甲酰氯)中的一种或多种，更优选地，可以是选自对苯二甲酰氯(TPC)和间苯二甲酰氯中的一种或多种。
另外，用于形成第三嵌段的芳香族二胺可以是选自2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)六氟丙烷(HFBAPP)、双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)砜(BAPS)、双(4-(3-氨基苯氧基)苯基)砜(BAPSM)、4,4'-二氨基二苯基砜(4DDS)、3,3'-二氨基二苯基砜(3DDS)、2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基丙烷)(6HMDA)、4,4'-二氨基二苯基丙烷(6HDA)、4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)、4,4'-二氨基二苯基硫醚(4,4'-硫代苯胺)、4,4'-二氨基二苯基二乙基硅烷、4,4'-二氨基二苯基硅烷(44DDS)、4,4'-二氨基二苯基N-甲基胺、4,4'-二氨基二苯基N-苯基胺、1,3-苯二胺(m-PDA)、1,2-苯二胺(o-PDA)、4,4'-二氨基二苯醚(44'ODA)、3,3'-二氨基二苯醚(33'ODA)、2,4-二氨基二苯醚(24'ODA)、3,4'-二氨基二苯醚(34'ODA)、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(TPE-R)、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(APB)、4,4'-双(3-氨基苯氧基)联苯(联间甲苯胺)和4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)中的一种或多种具有柔性基团的二胺。
在本发明的实施方案中，用于形成第三嵌段的芳香族二胺可以与用于形成第一嵌段和第二嵌段的二胺，即9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)不同。当第三嵌段中包含FFDA时，其结构会与第二嵌段的结构相同，从而不能确保由三组分结构所产生的理想的机械性能。同样地，当用于形成第三嵌段的芳香族二胺用第一和第二嵌段中的FFDA替代时，第二和第三嵌段的结构会变得相同，这引起光学性能的降低和双折射率的提高。换言之，优选地，包含大体积结构的苯环的咔唑类二胺FFDA包含在第一和第二嵌段中。为了确保所需的机械性能，优选在第三嵌段中使用芳香族二胺。
另外，当分子结构中包含由芳香族二羰基化合物衍生的结构时，可以容易地实现较高的热稳定性和机械性能，但是由于分子结构中的苯环，双折射率会较高。因此，在本发明的实施方案中，更优选地，从防止由芳香族二羰基化合物引起的双折射率降低的视角出发，用于形成第三嵌段的芳香族二胺可以具有包含柔性基团的分子结构。特别地，芳香族二胺可以优选地具有较长的柔性基团和以间位存在的取代基，并且为了实现优异的双折射率，可以优选地是选自双(4-(3-氨基苯氧基)苯基)砜(BAPSM)、4,4'-二氨基二苯基砜(4DDS)和2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)六氟丙烷(HFBAPP)中的一种或多种芳香族二胺。
在本发明的实施方案中，所述聚酰胺-酰亚胺前体在其分子结构中包含：第一嵌段，该第一嵌段通过使包括2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)的二酐与包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)的二胺共聚而得到；第二嵌段，该第二嵌段通过使芳香族二羰基化合物与包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)的二胺共聚而得到；以及第三嵌段，该第三嵌段利用单体的聚合，通过使所述芳香族二羰基化合物与芳香族二胺共聚而得到。所述聚酰胺-酰亚胺前体使用GPC(凝胶渗透色谱法)测量的重均分子量优选为60,000至70,000，并且在约20重量％至25重量％的固体浓度范围内，粘度为400至600ps。
同时，本发明的实施方案可以提供一种聚酰胺-酰亚胺树脂，该聚酰胺-酰亚胺树脂具有通过所述聚酰胺-酰亚胺前体的闭合脱水(即，亚胺化)而得到的结构，或者可以提供一种聚酰胺-酰亚胺薄膜，该薄膜通过使所述聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而制备。为了使用所述聚酰胺-酰亚胺前体制备聚酰胺-酰亚胺树脂或聚酰胺-酰亚胺薄膜，可以进行下面的亚胺化步骤。
首先，基于单体的总摩尔比例，以1:1的当量比使满足本发明的上述条件的<二酐和芳香族二羰基化合物>以及<二胺和芳香族二胺>共聚，来制备聚酰胺-酰亚胺前体溶液。对聚合反应的条件没有特别地限制，但是聚合反应优选在-10℃至80℃下在惰性气氛如氮气或氩气中进行2至48小时。
可以使用溶剂以用于单体的溶液聚合反应。对溶剂没有特别地限制，只要它是已知的反应溶剂即可，但是可以优选地使用选自间甲酚、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮和乙酸乙酯中的一种或多种极性溶剂。此外，可以使用诸如四氢呋喃(THF)和氯仿的低沸点溶液，或者诸如γ-丁内酯的低吸收性溶剂。
另外，对溶剂的含量没有特别地限制。然而，为了得到聚酰胺-酰亚胺前体溶液的适当的分子量和粘度，基于聚酰胺-酰亚胺前体溶液的总含量，溶剂的含量可以优选地为50重量％至95重量％，更优选地为70重量％至90重量％。
随后，可以适当地选择已知的亚胺化方法以使得到的聚酰胺-酰亚胺前体溶液亚胺化。例如，可以应用热亚胺化方法或化学亚胺化方法，或者可以组合应用热亚胺化方法和化学亚胺化方法。
在化学亚胺化方法中，向聚酰亚胺-酰亚胺前体溶液中添加以酸酐如乙酸酐为代表的脱水剂，以及以叔胺如异喹啉、β-甲基吡啶和吡啶为代表的亚胺化催化剂，来进行反应。在热亚胺化方法中，将聚酰胺-酰亚胺前体溶液在40℃至300℃的温度范围内缓慢加热1至8小时来进行反应。
在本发明的实施方案中，可以将热亚胺化方法和化学亚胺化方法组合使用的复合亚胺化方法用作聚酰胺-酰亚胺薄膜的制备方法的一个实例。更具体地，所述复合亚胺化方法可以通过一系列过程来进行。在这些过程中，将脱水剂和亚胺化催化剂添加到待浇铸到载体上的聚酰胺-酰亚胺前体溶液中，然后加热至80℃至200℃，优选地为100℃至180℃，来使其活化。将得到的物质部分地固化和干燥，然后在200℃至400℃下加热5至400秒。
另外，在本发明的实施方案中，可以使得到的聚酰胺-酰亚胺前体溶液亚胺化，并且可以将亚胺化后的溶液添加到第二溶剂中，然后沉淀、过滤和干燥，从而得到聚酰胺-酰亚胺树脂固体。可以将得到的聚酰胺-酰亚胺树脂固体溶解在用于成膜的第一溶剂中，从而制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。对于聚酰胺-酰亚胺树脂固体过滤后的干燥条件，考虑到第二溶剂的沸点，优选地，温度为50℃至120℃，时间为3至24小时。可以进行浇铸，并且可以经1分钟至8小时在40℃至400℃的温度范围内缓慢地升高温度，从而实现成膜工艺。
另外，第一溶剂可以与在聚酰胺-酰亚胺前体溶液的聚合过程中所使用的溶剂相同。作为第二溶剂，为了得到聚酰胺-酰亚胺树脂固体，可以使用极性低于第一溶剂的极性的溶剂，即，选自水、醇、醚和酮中的一种或多种溶剂。对第二溶剂的含量没有特别地限制，但是优选为基于聚酰胺-酰亚胺前体溶液的重量的5至20倍的重量。
在本发明的实施方案中，为了消除薄膜中残留的热史(thermal history)和残余应力，可以对得到的聚酰胺-酰亚胺薄膜再次进行额外的热处理。额外的热处理工艺的温度优选为300℃至500℃，热处理时间优选为1分钟至3小时。热处理后的薄膜的残留挥发物含量可以为5％以下，优选地为3％以下。结果，热处理后的薄膜最终表现出非常稳定的热性能。
在本发明的实施方案中，对聚酰胺-酰亚胺薄膜的厚度没有特别地限制，但是优选地在5至100μm，更优选地在9至15μm的范围内。
根据本发明的实施方案的聚酰胺-酰亚胺薄膜表现出如下光学性能，包括：基于10μm至50μm的薄膜厚度，利用TE(横向电场)-TM(横向磁场)定义的双折射率(n)为0.030以下，优选地为0.019以下；在550nm处测量的透光率为88％以上，优选地为90％以上，更优选地为90.68％以上；黄色指数为5以下，从而可以用于光学器件，如显示器的基板或保护层。
另外，在根据本发明的聚酰亚胺薄膜中，基于10μm至50μm的薄膜厚度，使用热机械分析方法(TMA方法)在50℃至250℃下重复测量两次的线性热膨胀系数(CTE)为60ppm/℃以下，优选地为44.50ppm/℃以下，更优选地为40.37ppm/℃以下，更优选地为37.12ppm/℃以下，基于ASTM D882测量的断裂伸长率为5％以上，优选地为5.31％以上，更优选地为6.11％以上。因此，在显示器的制造过程中，即使在苛刻的工艺温度或突然的温度变化下也不容易发生弯曲或变形，从而表现出优异的产率。
另外，由于本发明包含上述聚酰亚胺薄膜，因此，可以提供一种具有优异的光学和物理性能以及较高的制造产率的图像显示装置。
通过下面提出的实施例可以得到对本发明的更好的理解，但是不解释为限制本发明。
实施例1
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入398.628g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解49.207g(0.128mol)的9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)。随后，添加10.247g(0.032mol)的2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)并反应2小时，接着添加10.247g(0.032mol)的双三氟甲基联苯胺(TFDB)。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加25.987g(0.128mol)的对苯二甲酰氯(TPC)，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为120泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
反应结束之后，将得到的溶液涂布到不锈钢板上，浇铸至10μm至20μm，在80℃的热空气中干燥20分钟，在120℃下干燥20分钟，并在300℃的恒温下干燥10分钟，缓慢冷却，并从不锈钢板上分离，从而制备厚度为20μm的聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例2
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入386.301g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解30.754g(0.08mol)的FFDA。随后，添加14.216g(0.032mol)的6FDA并反应2小时，接着添加25.618g(0.08mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加25.987g(0.128mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为640泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例3
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入401.714g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解19.606g(0.051mol)的FFDA。随后，添加15.105g(0.034mol)的6FDA并反应2小时，接着添加38.107g(0.119mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加27.611g(0.136mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为1100泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例4
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入390.410g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解36.905g(0.096mol)的FFDA。随后，添加14.216g(0.032mol)的6FDA并反应2小时，接着添加20.495g(0.064mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加25.987g(0.128mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为610泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例5
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入405.849g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解36.905g(0.096mol)的FFDA。随后，添加21.324g(0.048mol)的6FDA并反应2小时，接着添加20.495g(0.064mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加22.738g(0.112mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为590泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例6
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入394.957g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解34.599g(0.09mol)的FFDA。随后，添加26.655g(0.06mol)的6FDA并反应2小时，添加12.914g(0.06mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加18.272g(0.09mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为550泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
实施例7
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入398.288g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解31.139g(0.081mol)的FFDA。随后，添加23.99g(0.054mol)的6FDA并反应2小时，添加27.999g(0.054mol)的2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)六氟丙烷(HFBAPP)。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加16.445g(0.081mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为420泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例1
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入338.101g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解39.212g(0.102mol)的FFDA。将溶液的温度保持在常温之后，添加45.314g(0.102mol)的6FDA并反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为120泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例2
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入399.466g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解65.353g(0.17mol)的FFDA。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加34.513g(0.17mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为150泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例3
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入397.530g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解41.630g(0.13mol)的TFDB。将溶液的温度保持在常温之后，添加57.753g(0.13mol)的6FDA并反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为1750泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例4
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入397.670g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解60.844g(0.19mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加38.574g(0.19mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为2100泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例5
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入388.660g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解9.611g(0.025mol)的FFDA。将溶液的温度保持在常温之后，添加32.023g(0.1mol)的TFDB，2小时后，添加55.531g(0.125mol)的6FDA。反应进行18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为1100泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例6
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入398.290g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解24.027g(0.0625mol)的FFDA。将溶液的温度保持在常温之后，添加20.014g(0.0625mol)的TFDB，2小时后，添加55.531g(0.125mol)的6FDA。反应进行18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为550泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例7
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入407.920g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解38.443g(0.1mol)的FFDA。将溶液的温度保持在常温之后，添加8.006g(0.025mol)的TFDB，2小时后，添加55.531g(0.125mol)的6FDA。反应进行18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为110泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例8
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入438.887g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解26.141g(0.068mol)的FFDA。随后，添加30.209g(0.068mol)的6FDA并反应2小时，接着添加32.663g(0.102mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加20.708g(0.102mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为920泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例9
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入421.425g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解54.439g(0.17mol)的TFDB。随后，添加30.209g(0.068mol)的6FDA并反应2小时。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加20.708g(0.102mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为710泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例10
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入465.081g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解65.353g(0.17mol)的FFDA。随后，添加30.209g(0.068mol)的6FDA并反应2小时。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加20.708g(0.102mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为220泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例11
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入417.187g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解29.217g(0.076mol)的FFDA。在保持温度的同时溶解36.506g(0.114mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加38.574g(0.190mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为530泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例12
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入420.722g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解46.113g(0.144mol)的TFDB。随后，添加15.993g(0.036mol)的6FDA并反应2小时，接着添加13.839g(0.036mol)的FFDA。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加29.235g(0.144mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为325泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
比较例13
在配备有搅拌器、氮气注射器、滴液漏斗、温度控制器和冷凝器的500ml的反应器中，在通氮气的同时加入450.566g的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且溶解58.433g(0.152mol)的FFDA。随后，添加11.180g(0.038mol)的BPDA并反应6小时，接着添加12.169g(0.038mol)的TFDB。将溶液的温度保持在10℃以下之后，添加30.859g(0.152mol)的TPC，并在较低的温度下反应1小时，然后将温度升高至常温，接着反应18小时，从而得到固体浓度为20重量％且粘度为280泊的聚酰胺-酰亚胺前体溶液。
随后，根据与实施例1中相同的步骤制备聚酰胺-酰亚胺薄膜。
<测量>
使用下面的方法评价在实施例和比较例中制备的聚酰胺-酰亚胺薄膜的物理性能。结果示于下面的表1和表2中。
(1)粘度：使用Brookfield粘度计(RVDV-II+P)的Scandal 6或7，在25rpm和50rpm下对粘度测量两次来得到平均值。
(2)透光率的测量：使用紫外分光光度计(Konica Minolta,CM-3700d)，在550nm下对透光率测量三次，平均值示于表1中。
(3)黄色指数(Y.I.)的测量：使用紫外分光光度计(Konica Minolta,CM-3700d)，根据ASTM E313标准测量黄色指数。
(4)双折射率的测量：使用双折射分析仪(Prism Coupler,Sairon SPA4000)，在TE(横向电场)和TM(横向磁场)模式中分别在532nm下测量三次双折射率，来得到平均值，并将(TE模式)-(TM模式)作为双折射率值。
(5)热膨胀系数(CTE)的测量：根据TMA方法，使用TMA(TA Instrument Company,Q400)在50℃至250℃下对线性热膨胀系数测量两次。样品的尺寸为4mm×24mm，负载为0.02N，升温速率为10℃/min。由于成膜之后的热处理，残余应力会残留在膜中。对于此，在第一次运行中在残余应力被完全除去之后，将第二次的值作为实际测量值。
(6)断裂伸长率的测量(％)：根据ASTM-D882标准，使用Instron公司的5967测量断裂伸长率。测量时，样品的尺寸为15mm×100mm，称重传感器为1KN，拉伸速率为10mm/min。
[表1]
1)当单体相同时，对单体的描述顺序是其添加顺序。
2)A＝第一嵌段，B＝第二嵌段，C＝第三嵌段
[表2]
从表1和表2可以证实，在实施例1至7中，透光率、黄色指数和双折射率与比较例1、3以及5至7(常规聚酰亚胺基板)中的相似，并且热膨胀系数较低。因此，光学性能和耐热性优异，并且断裂伸长率与比较例2和4(聚酰胺)的断裂伸长率相比相同或更高，表明实施例1至7具有优异的机械性能。特别地，可以证实，如在实施例7中，当添加具有较长的柔性基团的二胺HFBAPP时，双折射率和断裂伸长率进一步改善。
此外，如在比较例8和9中，当分子结构中不包含通过使FFDA与芳香族二羰基化合物共聚而得到的第二嵌段时，光学性能(透光率降低，双折射率差值增加)存在限制。如在比较例10和11中，当未形成第一嵌段或第二嵌段时，根据未形成的嵌段的类型，耐热性(比较例10)或双折射率(比较例11)降低。此外，如在比较例12中，当不包含作为用于形成第一嵌段和第二嵌段的二胺的FFDA时，耐热性较差。如在比较例13中，当不包含作为用于形成第一嵌段的二酐的6FDA时，发现黄色指数的值不理想。
工业实用性
本发明涉及一种聚酰胺-酰亚胺前体，并且适用于通过使所述聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而得到的聚酰胺-酰亚胺，一种聚酰胺-酰亚胺薄膜，以及包括该聚酰胺-酰亚胺薄膜的图像显示装置。

Claims (12)

1.一种聚酰胺-酰亚胺前体，该聚酰胺-酰亚胺前体在其分子结构中包含：
第一嵌段，该第一嵌段通过使包含二酐和二胺的单体共聚而得到；
第二嵌段，该第二嵌段通过使包含芳香族二羰基化合物和所述二胺的单体共聚而得到；以及
第三嵌段，该第三嵌段通过使包含所述芳香族二羰基化合物和芳香族二胺的单体共聚而得到，
其中，用于形成所述第一嵌段的二酐包括2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)，用于形成所述第一嵌段和所述第二嵌段的二胺包括9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴(FFDA)。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺-酰亚胺前体，其中，用于形成所述第二嵌段和所述第三嵌段的芳香族二羰基化合物是选自对苯二甲酰氯(TPC)、对苯二甲酸、间苯二甲酰氯和4,4'-苯甲酰二氯(4,4'-苯甲酰氯)中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的聚酰胺-酰亚胺前体，其中，用于形成所述第三嵌段的芳香族二胺是选自2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)六氟丙烷(HFBAPP)、双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)砜(BAPS)、双(4-(3-氨基苯氧基)苯基)砜(BAPSM)、4,4'-二氨基二苯基砜(4DDS)、3,3'-二氨基二苯基砜(3DDS)、2,2-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基丙烷)(6HMDA)、4,4'-二氨基二苯基丙烷(6HDA)、4,4'-二氨基二苯基甲烷(MDA)、4,4'-二氨基二苯基硫醚(4,4'-硫代二苯胺)、4,4'-二氨基二苯基二乙基硅烷、4,4'-二氨基二苯基硅烷(44DDS)、4,4'-二氨基二苯基N-甲基胺、4,4'-二氨基二苯基N-苯基胺、1,3-苯二胺(m-PDA)、1,2-苯二胺(o-PDA)、4,4'-二氨基二苯醚(44'ODA)、3,3'-二氨基二苯醚(33'ODA)、2,4-二氨基二苯醚(24'ODA)、3,4'-二氨基二苯醚(34'ODA)、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(TPE-R)、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(APB)、4,4'-双(3-氨基苯氧基)联苯(联间甲苯胺)和4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的聚酰胺-酰亚胺前体，其中，基于总和为100摩尔的全部嵌段共聚物，所述第一嵌段和所述第二嵌段的总含量为30摩尔％至80摩尔％。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺-酰亚胺前体，其中，所述第一嵌段与所述第二嵌段的摩尔比例为8:2至2:8。
6.一种聚酰胺-酰亚胺树脂，该聚酰胺-酰亚胺树脂具有通过使权利要求1至5中的任意一项所述的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而得到的结构。
7.一种聚酰胺-酰亚胺薄膜，该聚酰胺-酰亚胺薄膜通过使权利要求1至5中的任意一项所述的聚酰胺-酰亚胺前体亚胺化而制备。
8.根据权利要求7所述的聚酰胺-酰亚胺薄膜，其中，所述聚酰胺-酰亚胺薄膜使用TE(横向电场)-TM(横向磁场)定义的双折射率(n)为0.030以下。
9.根据权利要求7所述的聚酰胺-酰亚胺薄膜，其中，所述聚酰胺-酰亚胺薄膜的线性热膨胀系数(CTE)为60ppm/℃以下，该线性热膨胀系数是基于10μm至50μm的薄膜厚度，使用热机械分析方法(TMA方法)在50℃至250℃下两次重复测量的。
10.根据权利要求7所述的聚酰胺-酰亚胺薄膜，其中，所述聚酰胺-酰亚胺薄膜基于10μm至50μm的薄膜厚度，在550nm处测量的透光率为88％以上，黄色指数为5以下。
11.根据权利要求7所述的聚酰胺-酰亚胺薄膜，其中，所述聚酰亚胺薄膜在薄膜厚度为10μm至50μm时，基于ASTM D882测量的断裂伸长率为5％以上。
12.一种图像显示装置，包括：
权利要求7所述的聚酰亚胺薄膜。
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