CN112225923A - 聚酰亚胺基膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

实施方案涉及聚酰亚胺基膜，其包括第一面和与所述第一面相对的第二面，其中根据等式1的模量不对称度(MA)为0.03至0.2，还涉及制备该膜的方法以及包括该膜的显示装置。

Description

聚酰亚胺基膜及其制备方法
技术领域
实施方案涉及一种无色、透明且机械特性和光学特性优异的聚酰亚胺基膜，以及制备该膜的方法。
背景技术
由于聚酰亚胺基树脂耐摩擦和耐热，且具有优异的耐化学性，因此它们被用于内层电绝缘、涂料、粘合剂、挤出树脂、耐热涂料、耐热板、耐热粘合剂、耐热纤维和耐热薄膜等应用。
例如，聚酰亚胺基树脂是以粉末的形式制成的，并用作金属或磁线的涂层。根据其应用，它们与其他添加剂混合。此外，聚酰亚胺基树脂与含氟聚合物一起用作装饰和防腐油漆。它们还起着将含氟聚合物与金属基底结合的作用。此外，聚酰亚胺基树脂被用来涂覆厨房用具，由于其优异的耐热性和耐化学性而被用作气体分离的膜，并用于天然气井中过滤二氧化碳、硫化氢和杂质等污染物。
近年来，通过向聚酰亚胺引入酰胺基团已开发出薄膜形式的聚酰亚胺基树脂，其价格较低，且具有优良的光学、机械和热特性。
发明内容
要解决的问题
实施方案旨在提供一种无色、透明、机械特性和光学特性优异的聚酰亚胺基膜，以及制备该膜的方法。
所述问题的解决方案
根据一个实施方案的聚酰亚胺基膜包括第一面和与所述第一面相对的第二面,其中根据以下等式1的模量不对称度(MA)为0.03至0.2：
[等式1]
Figure BDA0002560671340000021
在等式1中，AM1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM模量，AM2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM模量，并且AM2大于AM1。
根据一个实施方案的制备聚酰亚胺基膜的方法，包括在有机溶剂中将芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应以制备聚酰胺-酰亚胺溶液；浇铸所述聚酰胺-酰亚胺溶液，然后干燥以制备凝胶片；当凝胶片在传送带上移动时，热处理所述凝胶片以制备固化膜；和卷绕所述固化膜，
其中所述干燥在60～200℃下进行10～90分钟，
所述热处理在200～450℃下进行10～120分钟，
所述固化膜的第一面的AFM模量为40～90MPa，与所述第一面相对的第二面的AFM模量为45～95MPa，并且第一面的AFM模量和第二面的AFM模量之差为15MPa或以下。
根据一个实施方案的用于显示装置的覆盖窗包括聚酰亚胺基膜，其具有40～90MPa的第一面的AFM模量，45～95MPa的与所述第一面相对的第二面的AFM模量。
根据一个实施方案的显示装置包括显示面板；以及设置在所述显示面板上的覆盖窗，其中所述覆盖窗包括聚酰亚胺基膜，
所述聚酰亚胺基膜包括第一面和与所述第一面相对的第二面，且根据上述等式1所述的聚酰亚胺基膜的模量不对称度(MA)为0.03～0.2。
本发明的有利效果
在所述实施方案的聚酰亚胺基膜中，第一面的AFM模量和与所述第一面相对的第二面的AFM模量满足特定的数值范围，从而使聚酰亚胺基膜无色、透明，且具有增强的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
附图说明
图1示出了一个实施方案的聚酰亚胺基膜的剖视图。
图2为一个实施方案的显示装置的剖视图。
图3示意性地示出了一个实施方案的制备聚酰亚胺基膜的工艺设施。
具体实施方式
在下文中，本发明将参照实施方案进行详细描述。实施方案不限于下面描述的实施方案。相反，只要不改变本发明的主旨，它们就可以被修改成各种形式。
在本说明书中，当每个薄膜、面板、层等被提到要形成在另一个薄膜、面板、层等之“上”或之“下”时，它不仅意味着一个元件直接形成在另一个元件上或下，还意味着一个元件间接形成在另一个元件上或下，其间***有其他元件。此外，术语关于每个元件的上或下可以参考附图。
在本说明书中，当一个部分被称为“包含”一个元件时，应当理解为，可以包含其他元件，而不是排除其他元件，除非另有具体说明。
除非另有具体说明，否则与本文中使用的组分数量、反应条件等有关的所有数字和表达式都应理解为被术语“大约”所修饰。
本文所用的术语“取代”是指被至少一个取代基取代，所述取代基选自由氘、-F、-Cl、-Br、-I、羟基、氰基、硝基、氨基、脒基、肼基、腙基、酯基、酮基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的脂环有机基团、取代或未取代的杂环基，取代或未取代的芳基，和取代或未取代的杂芳基组成的组。上述列举的取代基可相互连接形成环。
聚酰亚胺基膜
一个实施方案提供了一种无色、透明且具有优异的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度的聚酰亚胺基膜。
根据一个实施方案的聚酰亚胺基膜包括第一面和与所述第一面相对的第二面，其中根据上述等式1所述的模量不对称度(MA)为0.03～0.2。
[等式1]
Figure BDA0002560671340000041
在等式1，AM1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM模量，AM2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM模量，并且AM2大于AM1。
所述第一面可以是聚酰亚胺基膜的一面，所述第二面可以是聚酰亚胺基膜的另一面。
所述聚酰亚胺基膜可包括聚酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺，所述聚酰胺-酰亚胺衍生自芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物。具体地，它可以包括聚酰胺-酰亚胺。
所述聚酰胺-酰亚胺可以通过同时或依次反应包括芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物的反应物来制备。具体地，所述聚酰胺-酰亚胺可以通过反应芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物来制备。
所述聚酰胺-酰亚胺包括由所述芳香族二胺化合物和所述芳香族二酐化合物聚合而得的酰亚胺组分和由所述芳香族二胺化合物和所述二羰基化合物聚合而得的酰胺组分。
所述芳香族二胺化合物可与所述芳香族二酐化合物形成酰亚胺键，并与所述二羰基化合物形成酰胺键，从而形成共聚物。
所述芳香族二胺化合物可以是由以下式1表示的化合物。
[式1]
H2N-(E)e-NH2
在式1中，E可选自由取代或未取代的二价C6-C30芳族环基和取代或未取代的二价C4-C30杂芳环基组成的组。
e选自整数1至5。当e为2或以上时，所述E可彼此相同或不同。
根据一个实施方案，所述芳香族二胺化合物可包括具有含氟取代基的化合物。或者，所述二胺化合物可以由具有含氟取代基的化合物组成。在这种情况下，含氟取代基可为氟化烃基，具体地可为三氟甲基。但不限于此。
根据一个实施方案，所述芳香族二胺化合物可包括2,2'-二(三氟甲基)二氨基联苯(TFMB)。
由于所述二酐化合物具有较低的双折射值，它可以促进聚酰亚胺基膜的透射率等光学特性的提高。
所述芳香族二酐化合物可以是由以下式2表示的化合物。
[式2]
Figure BDA0002560671340000051
在式2中，G是取代或未取代的四价C6-C30芳族环基或取代或未取代的四价C4-C30杂芳环基，其中芳族环基或杂芳环基可单独存在，可相互结合形成稠环，或通过一个连接基团相互连接，所述连接基团选自取代或未取代的C1-C30烯基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、-O-、-S-、-C(＝O)-、-CH(OH)-、-S(＝O)2-、-Si(CH3)2-、-C(CH3)2-和-C(CF3)2-。
根据一个实施方案，所述芳香族双氢化合物可包括2,2’-二-(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA),3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)，或其组合。
根据一个实施方案，所述芳香族二酐化合物可包括具有含氟取代基的化合物。或者，所述芳香族二酐化合物可以由具有含氟取代基的化合物组成。在这种情况下，含氟取代基可为氟化烃基，具体地可为三氟甲基。但不限于此。
在另一个实施方案中，所述芳香族二酐化合物可由单组分或双组分的混合物组成。
例如，所述芳香族二酐化合物可包括2,2’-二-(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA)，但不限于此。
根据一个实施方案，基于100重量份的芳香族二胺化合物，所述聚酰胺-酰亚胺可包含0至50重量份的芳香族二酐化合物。例如，基于100重量份的芳香族二胺化合物，聚酰胺-酰亚胺可包含1至45重量份的、3至45重量份的或3至40重量份的芳香族二酐化合物。
所述芳香族二胺化合物和芳香族二酐化合物可聚合形成聚酰胺酸。
随后，所述聚酰胺酸可通过脱水反应转化为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺包括亚胺组分。聚酰亚胺可形成以下式A。
[式A]
Figure BDA0002560671340000061
在式A中，E、G和e如式1和2中所述。
例如，所述聚酰亚胺可包括以下式A-1，但不限于此。
[式A-1]
Figure BDA0002560671340000062
在式A-1中，n为整数1至400。
所述二羰基化合物可以是由以下式3表示的化合物。
[式3]
Figure BDA0002560671340000063
在式3中，J可选自由取代或未取代的二价C6-C30脂族环基、取代或未取代的二价C4-C30杂脂族环基、取代或未取代的二价C6-C30芳族环基、取代或未取代的二价C4-C30杂芳族环基、取代或未取代的C1-C30亚烷基、取代或未取代的C2-C30亚烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、-O-、-S-、-C(＝O)-、-CH(OH)-、-S(＝O)2-、-Si(CH3)2-、-C(CH3)2-和-C(CF3)2-组成的组。
j选自整数1至5。当j为2或以上时，J可以与彼此相同或不同。
X为卤素原子。具体地，X可以是F、Cl、Br或I。更具体地，X可以是Cl，但不限于此。
根据一个实施方案，所述二羰基化合物可包括对苯二甲酰氯(TPC)、4,4'-苯偶酰氯(BPDC)、间苯二甲酰氯(IPC)或其组合。
根据一个实施方案，所述二羰基化合物可以是至少两种彼此不同的二羰基化合物的混合物。具体地，所述二羰基化合物可包括第一二羰基化合物和第二二羰基化合物。
所述第一二羰基化合物和所述第二二羰基化合物可分别为芳香族二羰基化合物。如果所述第一二羰基化合物和所述第二二基化合物分别为芳香族二羰基化合物，则有可能提高由此产生的聚酰亚胺基膜的机械特性，如表面硬度。
根据一个实施方案，所述第一二羰基化合物可以是对苯二甲酰氯，且所述第二二羰基化合物可以是4,4'-苯偶酰氯、间苯二甲酰氯或其组合。
具体地，如果所述第一二羰基化合物为对苯二甲酰氯且所述第二二羰基化合物为4,4'-苯偶酰氯，或如果所述第一二羰基化合物为对苯二甲酰氯且所述第二二羰基化合物为间苯二甲酰氯，则有可能提高由此产生的聚酰亚胺基膜的抗氧化性。
根据一个实施方案，基于100重量份的芳香族二胺化合物，所述聚酰胺-酰亚胺可包含50至100重量份的二羰基化合物。例如，基于100重量份的芳香族二胺化合物，所述聚酰胺-酰亚胺可包含55至100重量份的，60至100重量份的，或60至97重量份的二羰基化合物。
具体地，基于100重量份的二羰基化合物，所述二羰基化合物可包含10至80重量份的第一二羰基化合物。例如，基于100重量份的二羰基化合物，所述二羰基化合物可包含15至80重量份的，20至80重量份的，25至80重量份的，25至75重量份的，或29至75重量份的第一二羰基化合物。
此外，基于100重量份的二羰基化合物，所述二羰基化合物可包含15至60重量份的第二二羰基化合物。例如，基于100重量份的二羰基化合物，所述二羰基化合物可包含15至55重量份的，15至50重量份，20至50重量份，或22至47重量份的第二二羰基化合物。
所述芳香族二胺化合物和所述二羰基化合物可以聚合形成以下式B。
[式B]
Figure BDA0002560671340000081
在式B中，E、J、e和j如式1和3所述。
例如，所述芳香族二胺化合物和所述二羰基化合物可以聚合形成由以下下式B-1或B-2表示的酰胺组分。
[式B-1]
Figure BDA0002560671340000082
在式B-1中，x为1至400的整数。
[式B-2]
Figure BDA0002560671340000083
在式B-2中，y为1至400的整数。
在另一个实施方案中，所述聚酰胺-酰亚胺可包含以下式A和式B：
[式A]
Figure BDA0002560671340000091
[式B]
Figure BDA0002560671340000092
在式A和式B中，E、G、J、e和j如式1和3所述。
所述聚酰胺-酰亚胺包含酰亚胺组分和酰胺组分。所述酰亚胺组分与酰胺组分的摩尔比可为0：100至50：50、1：99至50：50、2：98至50：50、3：97至50：50、5：95至50：50、20：80至80：20或20：80至50：50。在这种情况下，所述酰亚胺组分可以是上述式A，且所述酰胺组分可以是上述式B。如果满足上述范围，则容易控制聚酰胺-酰亚胺的粘度，并制备一种表面上没有缺陷的均一的聚酰亚胺基膜。
图1示出了根据一个实施方案的聚酰亚胺基膜的剖视图。具体地，图1示出了一种聚酰亚胺基膜(100)，其包括第一面(101)和与所述第一面(101)相对的第二面(102)。
所述第一面(101)可以是在制备所述聚酰亚胺基膜的过程中与用于浇铸所述聚酰胺-酰亚胺的铸造体(30)没有直接接触的一面。也就是说，当浇铸所述聚酰胺-酰亚胺时，所述第一面(101)可以是与空气接触的空气面。
所述第二面(102)可以是在制备所述聚酰亚胺基膜的过程中与铸造体(30)直接接触的一面。也就是说，所述第二面(102)可以是与所述铸造体接触的传送带面，例如浇铸步骤中的传送带。
在本说明书中，所述聚酰亚胺基膜的第一面的或与所述第一面(一个面或另一个面)相对的第二面的AFM模量可通过AFM装置来测量，特别是XE-150(制造商：Park System)。所述AFM装置可使用接触模式、非接触模式或轻敲模式。
根据每种模式，所述AFM装置可对测量装置有不同的设定值。在本说明书中，使用下表1中的设定值，在非接触模式下测量AFM模量和AFM硬度。
[表1]
非接触模式
力常数(N/m) 0.2
共振频率(kHz) 23
厚度(μm) 1
平均宽度(μm) 48
长度(μm) 225
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的第一面的AFM模量(AM1)为40～90MPa，且所述聚酰亚胺基膜的第二面的AFM模量(AM2)为45～95MPa。
例如，所述聚酰亚胺基膜的AM1可以为45～90MPa、45～88MPa、50～88MPa、53～85MPa、55～83MPa、55～80MPa、55～75MPa或59～72MPa。所述聚酰亚胺基膜的AM2为50～95MPa、50～90MPa、53～90MPa、53～88MPa、55～85MPa、58～83MPa、60～83MPa、60～80MPa、60～78MPa、63～78MPa、63～75MPa或63～73MPa。
在这种情况下，根据上述等式1的模量不对称度(MA)可以为0.03～0.2、0.03～0.18或0.03～0.15。如果满足上述范围，则有可能提高所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的AM1和AM2的差值为15MPa或以下。例如，所述聚酰亚胺基膜的AM1和AM2的差值可以为13MPa或以下，12MPa或以下，11MPa或以下，1～15MPa，1～13MPa，1～12MPa，2～13MPa，或2～12MPa。如果满足上述范围，则有可能增强所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜可具有根据以下等式2的0.03～0.15、0.03～0.1或0.03～0.08的硬度不对称度(HA)。
[等式2]
Figure BDA0002560671340000101
在等式2中，AH1是通过原子力显微镜从所述第一面测量的AFM硬度，AH2是通过原子力显微镜从所述第二面测量的AFM硬度，并且AH2大于AH1。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的AH1可以为15～40MPa，且所述聚酰亚胺基膜的AH2可以为18～50MPa。
例如，所述聚酰亚胺基膜的AH1可以为15～38MPa、18～38MPa、17～35MPa、17～34MPa、20～38MPa或20～35MPa。所述聚酰亚胺基膜的AH2可以为18～40MPa、18～37MPa、20～50MPa、20～48MPa、20～45MPa、20～43MPa或20～40MPa。如果满足上述范围，则有可能提高所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的AH1和AH2的差值为10MPa或以下。例如，所述聚酰亚胺基膜的AH1和AH2的差值可以为8MPa或以下、6MPa或以下、5MPa或以下、4MPa或以下、3MPa或以下、1～10MPa、1～8MPa、1～6MPa、1～5MPa、1～4MPa、1～3MPa或1.5～3MPa。如果满足上述范围，则有可能提高所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的拉伸强度可以为4.0GPa或以上。例如，所述聚酰亚胺基膜的拉伸强度可以为5.0GPa或以上，6.0GPa或以上，6.5GPa或以上，4.0～10.0GPa，4.5～10.0GPa，5.0～9.0GPa，5.5～9.0GPa，6.0～9.0GPa，6.3～8.5GPa，6.5～8.0GPa，6.5～7.8GPa，或6.5～7.4GPa。如果满足上述范围，则有可能提高所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。具体地，如果当所述聚酰亚胺基膜的拉伸强度满足上述范围时，所述聚酰亚胺基膜的第一面的和与所述第一面相对的第二面的AFM模量以及所述AFM模量的差值满足上述范围，所述聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性的增强效果最好。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的表面硬度可以为2H或以上。所述聚酰亚胺基膜的表面硬度可以为3H或以上，或4H或以上。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的透射率可以为85％或以上。例如，所述聚酰亚胺基膜的透射率可以为86％或以上，87％或以上，88％或以上，或88.5％或以上。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的雾度可以为3％或以下。例如，所述聚酰亚胺基膜的雾度可以为2.5％或以下，2.0％或以下，1.8％或以下，1.5％或以下，1.3％或以下，1.0％或以下，0.8％或以下，或0.6％或以下。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的黄度指数(Y.I.)可以为5或以下。例如，所述聚酰亚胺基膜的黄度指数可以为4.5或以下，4.0或以下，3.8或以下，或3.6或以下。
根据一个实施方案，所述聚酰亚胺基膜的厚度可以为10～200μm。例如，所述聚酰亚胺基膜的厚度可以为10～180μm，20～150μm，20～130μm，25～100μm，30～80μm，或40～60μm。
制备聚酰亚胺基膜的方法
根据一个实施方案的制备聚酰亚胺基膜的方法包括在有机溶剂中将芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应以制备聚酰胺-酰亚胺溶液；浇铸聚酰胺-酰亚胺溶液，然后干燥以制备凝胶片；当凝胶片在传送带上移动时，热处理所述凝胶片以制备固化膜；和卷绕所述固化膜。
所述干燥在60～200℃的温度下进行10～90分钟。所述热处理在200～450℃进行10～120分钟。
所述固化膜的第一面的AFM模量为40至90兆帕，与所述第一面相对的第二面的AFM模量为45至95兆帕，并且所述第一面的AFM模量和所述第二面的AFM模量的差值为15兆帕或以下。
具体地，制备聚酰亚胺基膜的方法包括在有机溶剂中将芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应以制备聚酰胺-酰亚胺溶液(S100)；将所述聚酰胺-酰亚胺溶液浇铸在传送带上，然后干燥以制备凝胶片(S200)；当凝胶片移动时，热处理所述凝胶片以制备固化膜(S300)；当固化膜在传送带(S400)移动时，冷却固化膜；并使用卷绕机卷绕固化膜(S500)。
在制备聚酰亚胺基膜的方法中，通过在有机溶剂(S100)中将芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应来制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液。
所述芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物与上述相同。
根据一个实施方案，可以通过在有机溶剂中将所述芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物同时混合反应来制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液。
在另一个实施方案中，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤可包括：首先在溶剂中将所述芳香族二胺化合物和所述芳香族二酐化合物混合反应，以生产聚酰胺酸(PAA)溶液；其次，将所述聚酰胺酸(PAA)溶液与所述二羰基化合物混合反应，以同时形成酰胺键和酰亚胺键。所述聚酰胺酸溶液为包含聚酰胺酸的溶液。
在另一个实施方案中，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤可包括：首先在溶剂中将所述芳香族二胺化合物和所述芳香族二酐化合物混合反应，以生产聚酰胺酸溶液；使所述聚酰胺酸溶液脱水以生产聚酰亚胺(PI)溶液；其次，将所述聚酰亚胺(PI)溶液与所述二羰基化合物混合反应，以进一步形成酰胺键。所述聚酰亚胺溶液为包含具有酰亚胺组分的聚酰胺-酰亚胺的溶液。
在另一个实施方案中，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤可包括：首先在溶剂中将所述芳香族二胺化合物和所述二羰基化合物混合反应，以生产聚酰胺(PA)溶液；其次，将所述聚酰胺(PA)溶液与所述芳香族二酐化合物混合反应，以进一步形成酰亚胺键。所述聚酰胺溶液为包含具有酰胺组分的聚酰胺-酰亚胺的溶液。
由此制备得的聚酰胺-酰亚胺溶液可包括选自由聚酰胺酸(PAA)组分、聚酰胺(PA)组分和聚酰亚胺(PI)组分组成的组中的至少一个组分。
或者，所述聚酰胺-酰亚胺溶液包括衍生自所述芳香族二胺化合物和所述芳香族二酐化合物聚合而得的酰亚胺组分和衍生自所述芳香族二胺化合物和所述二羰基化合物聚合而得的酰胺组分。
根据一个实施方案，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤还可进一步包括引入催化剂。
所述催化剂可包括，例如β甲基吡啶或乙酸酐，但不限于此。进一步添加所述催化剂可以加快反应速率，并提高各组分的结构之间或其结构内的化学结合力。
在一个实施方案中，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤还可包括调整聚酰胺-酰亚胺溶液的粘度。
具体地，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤可包括(a)在有机溶剂中将芳香族二胺化合物、芳香族二酐化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应以制备第一聚酰胺-酰亚胺溶液；(b)测量所述第一聚酰胺-酰亚胺溶液的粘度并评估是否达到目标粘度；和(c)如果所述第一聚酰胺-酰亚胺溶液的粘度未达到目标粘度，则进一步添加所述二羰基化合物以制备具有所述目标粘度的第二聚酰胺-酰亚胺溶液。
在室温下，所述目标粘度可为100,000cps至500,000cps。例如，所述目标粘度可为100,000cps至400,000cps、100,000cps至350,000cps、100,000cps至300,000cps、150,000cps至300,000cps或150,000cps至250,000cps，但不限于此。
在另一个实施例中，所述聚酰胺-酰亚胺溶液中的固体含量可为10～20％重量百分比。具体地，所述第二聚酰胺-酰亚胺溶液中的固体含量可为12～18％重量百分比，但不限于此。
如果所述聚酰胺-酰亚胺溶液中的固体含量在上述范围内，则在挤出和浇铸步骤中可以有效地生产聚酰亚胺基膜。此外，由此产生的聚酰亚胺基膜可以具有在改进的表面硬度等方面的机械特性，在低黄度指数等方面的光学特性。
在一个实施方案中，制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤还可包括调节所述聚酰胺-酰亚胺溶液的pH值。在这一步骤中，所述聚酰胺-酰亚胺溶液的pH值可调节为4～7或4.5～7。
所述聚酰胺-酰亚胺溶液的pH值可以通过添加pH值调节剂来调节。所述pH值调节剂未特别限定且可包括胺化合物，如烷氧胺、烷基胺和链烷醇胺。
如果将所述聚酰胺-酰亚胺溶液的pH值调节到上述范围，则可以防止后续过程中对设备的损坏，防止由聚酰胺-酰亚胺溶液生产的薄膜出现缺陷，并在黄度指数和表面硬度方面达到所需的光学特性和机械特性。
基于所述聚酰胺-酰亚胺溶液中单体的摩尔总数，所述pH值调节剂可使用0.1～10％摩尔百分比的量。
制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤还可包括用惰性气体进行净化。用惰性气体净化的步骤可以去除水分、减少杂质、提高反应产率，并赋予最终产生的薄膜优良的表面外观和机械特性。
所述惰性气体可至少选自由从氮气、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(KR)、氙气(Xe)和氡气(Rn)组成的组中的一种，但不限于此。具体地，所述惰性气体可以是氮气。
用于制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的聚酰胺-酰亚胺中的酰亚胺组分与酰胺组分的摩尔比可以为0：100至50：50、1：99至50：50、2：98至50：50、3：97至50：50、5：95至50：50、20：80至80：20或20：80至50：50。在这种情况下，所述酰亚胺组分可以是上述式A，所述酰胺组分可以是上述式B。如果满足上述范围，则容易控制所述聚酰胺-酰亚胺的粘度，并制备一种表面没有缺陷的均一的聚酰亚胺基膜。
通过适当控制酰亚胺组分和酰胺组分的含量，可以生产出一种聚酰亚胺基膜，其光学特性、机械特性和柔韧性以平衡的方式得以改进，而不需要复杂的加工。此外，还可以提供一种透明的聚酰亚胺基膜，其光学特性、机械特性和柔韧性以平衡的方式得以改进，而不需要如现有技术中采用的沉淀、过滤、干燥和再溶解等步骤。所述酰亚胺组分和所述酰胺组分的含量可分别通过所述芳香族二酐化合物和所述二羰基化合物的含量得以控制。
图3示意性地示出了根据一个实施方案制备聚酰亚胺基膜的加工设备。
具体地，上述聚酰胺-酰亚胺溶液是在聚合装置(10)中制备的，且由此产生的聚酰胺-酰亚胺溶液被转移到储罐(20)中并储存。在这里，一旦制备了所述聚酰胺-酰亚胺溶液，就可以在没有任何附加步骤的情况下将所述聚酰胺-酰亚胺溶液转移到储罐中。
在所述聚合装置中制备得的所述聚酰胺-酰亚胺溶液被转移到所述储罐中储存，而不需经过任何单独的沉淀和再溶解步骤来去除杂质。在常规工艺中，为了去除聚酰胺-酰亚胺溶液制备过程中产生的盐酸(HCL)等杂质，通过单独的步骤来纯化所得的聚酰胺-酰亚胺溶液以除去杂质，然后在溶剂中再溶解。然而，在这种情况下，存在的问题是，在除杂步骤中活性成分的损失增加，导致产率下降。
因此，根据一个实施方案的制备方法最终将在制备所述聚酰胺-酰亚胺溶液的步骤中产生的杂质的数量降到最低，或者在随后的步骤中适当地控制杂质，即使存在一定量的杂质，以免使最终薄膜的物理特性变坏。因此，所述方法的优点在于薄膜的生产不需要单独的沉淀或再溶解步骤。此外，所述聚酰胺-酰亚胺溶液不应经过沉淀、过滤、干燥和再溶解等单独步骤。由于所述聚合步骤中产生的所述聚酰胺-酰亚胺溶液可以直接应用于浇铸步骤，产率得到显著提高。
所述储罐(20)是用于储存形成薄膜之前的所述聚酰胺-酰亚胺溶液的地方，其内部温度可以是-20～20℃。例如，内部温度可以是-20～15℃、-20～10℃，-20～5℃，或-20～0℃，但不限于此。
如果将储罐(20)的温度控制在上述范围内，则可以防止所述聚酰胺-酰亚胺溶液在储存过程中变质，并降低水分含量，从而防止由此产生的薄膜的缺陷。
制备聚酰亚胺基膜的过程还可包括对转移到储罐(20)的聚酰胺-酰亚胺溶液进行真空排气。
所述真空排气可在储罐(20)内压力减压至0.1～0.7bar后进行30分钟至3小时。在这些条件下的真空排气可减少所述聚酰胺-酰亚胺溶液中的气泡。因此，可防止由此产生的薄膜的表面缺陷，并获得优异的光学特性，如雾度。
此外，制备聚酰亚胺基膜的方法还可包括用惰性气体净化转移到储罐(20)的聚酰胺-酰亚胺溶液。
具体地，所述净化是通过在内部压力为1至2个标准大气压下使用惰性气体对所述储罐(20)进行净化。在这些条件下的氮气净化可去除所述聚酰胺-酰亚胺溶液中的水分，减少杂质，从而提高反应产率，并达到良好的光学特性(如雾度)和机械特性。
所述真空排气的步骤和使用氮气净化储罐(20)的步骤分别在单独的过程中进行。例如，可进行真空排气的步骤，然后用氮气净化储罐(20)，但不限于此。
所述真空排气的步骤和使用氮气净化储罐的步骤可以改善由此产生的聚酰亚胺基膜表面的物理特性。
此后，所述方法还可包括将所述聚酰胺-酰亚胺溶液储存在储罐(20)中12小时至360小时。在这里，储罐内的温度可保持在-20℃～20℃。
所述制备聚酰亚胺基膜的方法还可包括在储罐(20)中浇铸所述聚酰胺-酰亚胺溶液，然后将其干燥以制备凝胶片(S200)。
所述聚酰胺-酰亚胺溶液可浇铸到铸造体上，如铸造辊或铸造带。
在一个实施方案中，参见图3，所述聚酰胺-酰亚胺溶液可作为铸造体应用于铸造带(30)上，并当其移动时干燥以制备成凝胶形式的薄片。
当所述聚酰胺-酰亚胺溶液注入到传送带(30)上时，注入量可为300g/min～700g/min。如果所述聚酰胺-酰亚胺溶液的注入量满足上述范围，则所述凝胶片可均一地形成合适的厚度。
此外，所述聚酰胺-酰亚胺溶液的浇铸厚度可为200～700μm。如果将所述聚酰胺-酰亚胺溶液浇铸到上述范围内的厚度，则所述干燥和热处理后产生的最终薄膜可具有适当和均一的厚度。
根据一个实施方案，浇铸所述聚酰胺-酰亚胺溶液，然后在60℃至200℃的温度下干燥10分钟至90分钟以制备凝胶片。所述聚酰胺-酰亚胺溶液的溶剂在干燥以制备所述凝胶片过程中部分或完全挥发。例如，所述干燥可在60℃至200℃、60℃至150℃或80℃至150分钟进行，持续10分钟至60分钟、10分钟至30分钟或10分钟至20分钟。如果满足上述范围，则可提高由此制得的聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。
在室温下，所述聚酰胺-酰亚胺溶液的粘度可为100,000cps至500,000cps。例如，它可以是100,000cps到400,000cps、100,000cps到350,000cps、或者150,000cps到350,000cps。如果满足上述范围，所述聚酰胺-酰亚胺溶液可均一厚度地浇铸在传送带上而不产生缺陷。
制备聚酰亚胺基膜的方法包括当凝胶片移动时，热处理所述凝胶片，以制备固化膜(S300)。
参见图3，所述凝胶片的热处理可通过将凝胶片通过热固性装置(40)进行。
根据一个实施方案，所述热处理可在200℃至450℃下持续10分钟至120分钟。例如，所述热处理可在200℃至420℃、250℃至420℃、300℃至420℃或380℃至420℃下持续10分钟至60分钟、10分钟至30分钟或10分钟至20分钟。如果满足上述范围，则可以增强聚酰亚胺基膜的机械特性和光学特性，如雾度、黄度指数和表面硬度。具体地，如果满足上述范围，所述凝胶片可以被固化成具有适当的表面硬度和模量，且所述固化膜可同时具有高的光透射率和低的雾度。
根据一个实施方案，所述热处理可在2～80℃/min的温度升高速率下进行。例如，它可以在5～80℃/min或10～80℃/min的升温速率下进行。
所述制备聚酰亚胺基膜的方法包括当固化膜移动时，冷却固化膜(S400)。
参见图3，所述固化膜通过热固性装置(40)后对其进行冷却。它可以通过使用单独的冷却室(未显示)或在没有单独冷却室的情况下形成适当的温度环境来进行。
当固化膜移动时，冷却固化膜的步骤可包括以100℃/min～1000℃/min的速率降低温度的第一降温步骤和以40℃/min～400℃/min的速率降低温度的第二降温步骤。
在这种情况下，具体地，所述第二降温步骤在所述第一降温步骤之后进行。所述第一降温步骤的降温速率可比所述第二降温步骤的降温速率快。例如，所述第一降温步骤的最大速率可比所述第二降温步骤的最大速率快。或者，所述第一降温步骤的最小速率可比所述第二降温步骤的最小速率快。
如果冷却固化膜的步骤是以这样一种多级的方式进行的，则有可能进一步稳定所述固化膜的物理特性，并使固化步骤中所达到的薄膜的光学特性和机械特性在很长一段时间内保持更稳定。
所述凝胶片的移动速度和所述固化膜的移动速度是相同的。
所述制备聚酰亚胺基膜的方法包括使用卷绕机(S500)卷绕冷却的固化膜。
参见图3，可使用卷形卷绕机卷绕所述冷却的固化膜。
在这种情况下，干燥时所述传送带上的凝胶片的移动速度与卷绕时所述固化膜的移动速度之比为1：0.95～1：1.40。例如，所述移动速度的比率可以是1：0.99～1：1.20、1：0.99～1：1.10或1：1.10～1：1.05，但不限于此。如果移动速度的比率超出上述范围，所述固化膜的机械特性可能会受到损害，柔韧性和弹性可能会变差。
具体地，干燥时所述传送带上的凝胶片的移动速度可为0.1m/min～15m/min，例如0.5m/min～10m/min。
在所述制备聚酰亚胺基膜的方法中，根据以下等式3的厚度变化(％)可以是3％～30％，例如5％～20％。
[等式3]
厚度变化(％)＝(M1–M2)/M2×100
在等式3中，M1是凝胶片的厚度(μm)，M2是卷绕时冷却的固化膜的厚(μm)。
如上所述的聚酰亚胺基膜的物理特性是基于40～60μm的厚度。例如，所述聚酰亚胺基膜的物理特性可基于50μm的厚度。
通过如上所述的制备方法制备得的聚酰亚胺基膜具有优异的光学特性和机械特性。所述聚酰亚胺基膜可适用于需要柔韧性和透明度的各种用途。例如，所述聚酰亚胺薄膜可应用于太阳能电池、显示器、半导体装置、传感器等。
显示装置
一个实施方案提供一种用于显示器的覆盖窗，所述覆盖窗包括聚酰亚胺基膜，该膜第一面的AFM模量为40～90MPa，与所述第一面相对的第二面的AFM模量为45～95MPa。所述聚酰亚胺基膜与上述相同。
此外，一个实施方案提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示面板；以及设置在所述显示面板上的覆盖窗。
所述覆盖窗包括聚酰亚胺基膜，其中所述聚酰亚胺基膜包括第一面和与所述第一面相对的第二面，并且根据上述等式1的聚酰亚胺基膜的模量不对称度(MA)为0.03～0.2。
图2为根据一个实施方案的显示装置的剖视图。具体地，图2示出了一种显示装置，其包括显示单元(400)和设置在所述显示单元(400)上的覆盖窗(300)，其中所述覆盖窗包括具有第一面(101)和第二面(102)的聚酰亚胺基膜(100)和功能层(200)，且在所述显示单元(400)和所述覆盖窗(300)之间***粘合层(500)。
所述显示单元用于显示图像，且其可具有灵活的特性。
所述显示单元可以是用于显示图像的显示面板。例如，它可以是液晶显示面板或有机电致发光显示面板。所述有机电致发光显示面板可包括前偏光板和有机电致发光面板。
所述前偏光板可设置在所述有机电致发光面板的前面。具体地，所述前偏光板可附着到所述有机电致发光面板显示图像的一面。
所述有机电致发光面板通过像素单元的自发光显示图像。所述有机电致发光面板可包括有机电致发光基板和驱动基板。所述有机电致发光基板可包括多个有机电致发光单元，每个有机电致发光单元对应于一个像素。具体地，它可以包括阴极、电子传输层、发光层、孔传输层和阳极。所述驱动基板与所述有机电致发光基板操作性地耦合。也就是说，所述驱动基板可操作地耦合到所述有机电致发光基板上，以施加驱动信号，如驱动电流，从而使所述驱动基板能够通过将电流施加到各自的有机电致发光单元来驱动所述有机电致发光基板。
此外，还可以在所述显示单元和所述覆盖窗之间***粘合层。所述粘合层可以是光学上透明的粘合层，但不特别限定。
所述覆盖窗设置在所述显示单元上。所述覆盖窗位于根据一个实施方案的显示装置的最外层位置，从而保护所述显示面板。
所述覆盖窗可包括聚酰亚胺基膜和功能层。所述功能层可至少为选自由硬涂层、反射率降低层、防污层和防眩光层组成的组中的一种。所述功能层可以涂覆在所述聚酰亚胺基膜的至少一面。
在下文中，将通过参考实施例详细描述上述说明书。但以下实施例旨在说明本发明，且实施例的范围不仅限于此。
实施例
实施例1：聚酰亚胺基膜的制备
在氮气气氛、20℃下向备有温度可控的双夹套的1,000升玻璃反应器中加入250kg二甲基乙酰胺(DMAc)有机溶剂。然后，向其中缓慢加入10kg作为芳香族二胺的2,2'-二(三氟甲基)二氨基联苯(TFMB)并溶解。
随后，当向其中缓慢加入2.4kg作为芳香族二酐的2,2’-二-(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA)时，将混合物搅拌1小时，随后加入150g作为填充剂的硫酸钡并搅拌1小时。
然后，加入2.9kg作为第一二羰基化合物的对苯二甲酰氯(TPC)，其相对于94％的摩尔数输入，然后将其搅拌1小时。然后加入4.7kg作为第二二羰基化合物的1,1'-联苯-4,4'-二羰基二氯化物(BPDC)，然后将其搅拌1小时以制备第一聚酰胺-酰亚胺溶液。
测量由此制得的第一聚酰胺-酰亚胺溶液的粘度。如果测得的粘度未达到目标粘度，则制备在DMAc有机溶剂中浓度为10％重量百分比的TPC溶液，并且将1ml的TPC溶液添加到第一聚酰胺-酰亚胺溶液中，然后搅拌混合物30分钟。重复该过程直到粘度变为约200,000cps，从而制备第二聚酰胺-酰亚胺溶液。
将第二聚酰胺-酰亚胺溶液转移至-10℃的储罐中并储存。将其排气1.5小时，以使储罐中的压力达到0.3bar。用内部压力为1.5个标准大气压的氮气净化储罐。净化后，将第二聚酰胺-酰亚胺溶液在储罐中储存30小时。
随后，浇铸第二聚酰胺-酰亚胺溶液，然后用热空气在80℃～150℃下干燥10～20分钟，从而制得凝胶片。然后，当凝胶片在移动时，在380℃～420℃下热处理凝胶片10～20分钟。此后，通过以约800℃/min的速率降低温度来进行第一降温步骤，随后通过以约100℃/min的速率降低温度来进行第二降温步骤，从而获得聚酰亚胺膜，其使用卷绕机卷绕。在此，控制卷绕机的速度，使得干燥时传送上的凝胶片的移动速度为1m/min，干燥时传送带上的凝胶片的移动速度与卷绕时薄膜的移动速度的比率在1∶1.01～1∶1.10的范围内，从而制备厚度为50μm的聚酰亚胺基膜(或聚酰胺-酰亚胺膜)。
实施例2-6：聚酰亚胺基膜的制备
除了各反应物的含量、干燥的温度和时间以及热处理的温度和时间如表2所示改变之外，以与实施例1相同的方式进行测试。
[表2]
Figure BDA0002560671340000211
[评估实施例]
评估实施例1：AFM模量和AFM硬度
用AFM设备(制造商：Park System，设备名称：XE-150)在非接触模式下测量AFM模量和AFM硬度。测量AFM硬度时使用的悬臂梁(制造商：Nanosensors，设备名称：NCHR)有以下产品规格。
[表3]
非接触模式
力常数(N/m) 0.2
共振频率(kHz) 23
厚度(μm) 1
平均宽度(μm) 48
长度(μm) 225
评估实施例2：拉伸强度
样品在垂直于薄膜主收缩方向的方向上切割至少5cm，在主收缩方向切割10cm。它是由间隔5cm的夹子固定在一个Instron的万能试验机UTM5566a中。当在室温下以5mm/min的速率拉伸直到样品断裂，得到应力-应变曲线。应力-应变曲线上相对于初始应变的负荷斜率为拉伸强度(GPA)。
评估实施例3：表面硬度
根据ASTM D3363，使用铅笔硬度测试仪在0.5kg和10mm的条件下拉伸5次，然后测量伤口是否存在。
评估实施例4：透射率
使用Nippon Denshoku Kogyo制造的雾度计NDH-5000W测量550nm的透射率。
评估实施例5：雾度
使用Nippon Denshoku Kogyo制造的雾度计NDH-5000W测量雾度。
评估实施例6：黄度指数
使用CIE比色***用分光光度计(UltraScan PRO，Hunter AssociatesLaboratory)测量黄度指数(Y.I.)。
评估实施例7：膜厚度
使用由Mitutoyo Corporation制造的数字千分尺547-401在宽度方向上的5个点处测量厚度。将其平均值用作厚度。
评估实施例1至7的结果示于下表4和5中。
[表4]
Figure BDA0002560671340000231
[表5]
Figure BDA0002560671340000232
如以上表4和表5所示，实施例中制备的膜具有优异的机械特性和光学特性，例如拉伸强度、表面硬度、雾度、模量、黄度指数和透射率。
附图标记
10：聚合装置
20：储罐
30：铸造体(铸造带)
40：热固性装置
50：卷绕机
100：聚酰亚胺基膜
101：第一面
102：第二面
200：功能层
300：覆盖窗
400：显示单元
500：粘合层

Claims (10)

1.一种聚酰亚胺基膜，其包括：
第一面和与所述第一面相对的第二面，
其中根据以下等式1的模量不对称度(MA)为0.03至0.2：
[等式1]
Figure FDA0002560671330000011
在等式1中，
AM1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM模量，
AM2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM模量，并且
AM2大于AM1。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺基膜，其中AM1为40至90兆帕，AM2为45至95兆帕，并且AM1和AM2之间的差值为15兆帕或以下。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺基膜，其中根据以下等式2的硬度不对称度(HA)为0.03至0.1：
[等式2]
Figure FDA0002560671330000012
在等式2中，
AH1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM硬度，
AH2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM硬度，并且
AH2大于AH1。
4.根据权利要求3所述的聚酰胺-酰亚胺膜，其中AH1为15至40兆帕，AH2为18至50兆帕，并且AH1和AH2之间的差值为10兆帕或以下。
5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺基膜，其包含衍生自芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物的聚酰胺-酰亚胺。
6.根据权利要求5所述的聚酰胺-酰亚胺膜，其中基于100重量份的芳香族二胺化合物，所述聚酰胺-酰亚胺包含0至50重量份的芳香族二酐化合物和50至100重量份的二羰基化合物。
7.根据权利要求1所述的聚酰亚胺基膜，其具有4.0GPa或以上的拉伸强度、2H或以上的表面硬度、85％或以上的透射率、3％或以下的雾度和5或以下的黄度指数。
8.一种制备聚酰亚胺基膜的方法，其包括：
在有机溶剂中将芳香族二酐化合物、芳香族二胺化合物和二羰基化合物同时或依次混合反应以制备聚酰胺-酰亚胺溶液；
浇铸聚酰胺-酰亚胺溶液，然后干燥以制备凝胶片；
当凝胶片在传送带上移动时，热处理凝胶片以制备固化膜；和
卷绕所述固化膜，
其中所述干燥在60～200℃下进行10～90分钟，
所述热处理在200～450℃下进行10～120分钟，
所述固化膜的第一面的AFM模量为40至90兆帕，与所述第一面相对的第二面的AFM模量为45至95兆帕，并且所述第一面的AFM模量和所述第二面的AFM模量之差为15兆帕或以下。
9.一种显示装置，其包括：
显示面板；和
设置在所述显示面板上的覆盖窗，
其中所述覆盖窗包括聚酰亚胺基膜，
所述聚酰亚胺基膜包括第一面和与所述第一面相对的第二面，并且
根据以下等式1，所述聚酰亚胺基膜中的模量不对称度(MA)为0.03至0.2：
[等式1]
Figure FDA0002560671330000021
在等式1中，
AM1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM模量，
AM2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM模量，并且
AM2大于AM1。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中根据以下等式2的聚酰亚胺基膜中的硬度不对称度(HA)为0.03至0.1：
[等式2]
Figure FDA0002560671330000031
在等式2中，
AH1是通过原子力显微镜从第一面测量的AFM硬度，
AH2是通过原子力显微镜从第二面测量的AFM硬度，并且
AH2大于AH1。
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