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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf neue photoaktive Polymere,
basierend auf Polyimiden, Polyamidsäuren und daraus gebildeten
Estern und auf deren Verwendung als Orientierungsschichten für Flüssigkristalle
und zur Herstellung von unstrukturierten und strukturierten optischen
Elementen und Mehrschicht-Systemen.
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Das
erfolgreiche Funktionieren eines Flüssigkristall-Device hängt von
der Fähigkeit
der LC-Moleküle innerhalb
dieser Vorrichtung ab, eine ihnen auferlegte Orientierung anzunehmen
und zu bewahren. Die Ausrichtung der LC-Moleküle wird durch Verwendung einer
Orientierungs-Schicht erreicht, welche eine Orientierungsrichtung
für die
LC-Moleküle
der Vorrichtung definiert mit dem Resultat, dass die longitudinalen
Achsen der Moleküle
mit der Orientierungsrichtung ausgerichtet werden, wie sie durch
die Orientierungsschicht definiert wird. Zusätzlich zu dieser direktionalen
Ausrichtung ist die Orientierungsschicht auch in der Lage, den LC-Molekülen einen
Tilt-Winkel aufzuerlegen, so dass sich die Moleküle unter einem Winkel zur Oberfläche der
Orientierungsschicht ausrichten und nicht parallel dazu liegen.
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Tilt-Winkel
von zwischen 1° und
15° sind
normal für
nematische LCDs. Einige elektro-optische Effekte, wie sie für Flüssigkristall-Anzeigen
(LCD) verwendet werden, erfordern dagegen Orientierungsschichten
mit sehr hohen Pretilt-Winkeln.
Vertikal ausgerichtete nematische, (vertically aligned nematic,
VAN) LCDs erfordern beispielsweise Pretilt-Winkel zwischen 85° und 90°, gemessen
bezüglich
der Oberflächen-Ebene.
Im Falle von hybrid aligned nematic (HAN) LCDs muss der Pretilt-Winkel
bei einem der Substrate im oben angegebenen Bereich liegen, währenddessen
der Tilt-Winkel am anderen Substrat niedrig ist (typischerweise
zwischen 0–10°).
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Verfahren
zur Herstellung von strukturierten und unstrukturierten Orientierungsschichten
sind dem Fachmann wohlbekannt. Die normalerweise verwendeten, uniaxial
geriebenen, polymeren Orientierungsschichten, wie beispielsweise
Polyimide, beinhalten aber eine Anzahl von Nachteilen wie Staubbildung
während
des Reibprozesses, Zerstörung
von Dünnfilm-Transistoren
und die Unmöglichkeit
der Strukturierung. Der Reibprozess erlaubt entsprechend nicht die
Herstellung von strukturierten Schichten. Orientierungsschichten, in
welchen die Orientierungsrichtung durch Einstrahlung mit polarisiertem
Licht vorbestimmt werden kann, sind ebenfalls seit einiger Zeit
bekannt. Es ist dadurch möglich,
die dem Reibprozess inhärenten
Probleme zu vermeiden. Zudem ist es möglich, Regionen mit unterschiedlicher
Orientierung vorzusehen und somit die Orientierungsschicht zu strukturieren,
wie dies beispielsweise in Jpn. J. Appl. Phys., 31 (1992), 2155-64(Schadt et al.)
beschrieben ist. In diesem Prozess wird die Dimerisierung von Polymer-gebundenen,
photoreaktiven Zimtsäuregruppen
durch Einstrahlung mit linear polarisiertem Licht induziert und
verwendet, was zu einem anisotropen Polymernetzwerk führt. Diese
photoorientierten Polymernetzwerke können überall dort verwendet werden,
wo strukturierte oder unstrukturierte Flüssigkristall-Orientierungsschichten
erforderlich sind. Zusätzlich
zu deren Verwendung als LCDs können
solche Orientierungsschichten auch beispielsweise in der Herstellung von
sogenannten Hybrid-Schichten wie beispielhaft gezeigt in den europäischen Anmeldungen EP-A-0611981,
EP-A-0689084 und EP-A-0753785 (alle F. Hoffmann-La Roche AG) verwendet werden. Unter Verwendung
von diesen Hybrid-Schichten von photostrukturierten Orientierungspolymeren
und vernetzbaren Flüssigkristallen
mit niedrigem Molekulargewicht ist es möglich, optische Elemente zu
realisieren, wie beispielsweise nicht absorptive Farbfilter, Linear-
und Zirkular-Polarisatoren, optische Verzögerungsschichten, usw.
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EP-A-0611786
and WO-A-96/10049 (beide F. Hoffmann-La Roche AG), sowie auch EP-A-0763552 (Rolic
AG), beschreiben Zimtsäure-Polymere,
welche im Prinzip für
die Synthese von solchen anisotrop vernetzten, photostrukturierten Orientierungsschichten
für Flüssigkristalle
geeignet sind. Im Falle der Komponenten wie beschrieben in EP-A-0763552
und WO-A-96/10049, ist es möglich
durch Einstrahlung von linear polarisiertem Licht, zusätzlich zur
Induktion der gewünschten
Orientierung, gleichzeitig einen Tilt-Winkel zu induzieren. Es ist
entsprechend möglich,
Schichten zu produzieren mit einer Struktur in Bezug auf Oberflächen-Orientierung und
Tilt-Winkel.
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Die
oben angegebenen photostrukturierten Orientierungsschichten haben
aber den Nachteil, dass für gewisse
Anwendungen, insbesondere bei der Verwendung in TFT-Displays, eine
anliegende Flüssigkristall-Mischung
resultiert, welche einen ungenügenden
Wert des elektrischen Widerstandes aufweist. In TFT-Displays führt ein
zu niedriger Widerstandswert des Flüssigkristall-Mediums zu einer
unangemessenen „holding
ratio", welche ein
Mass ist für
den Spannungsabfall im Display nachdem die Spannung ausgeschaltet
wurde. Niedrige holding ratio-Werte ziehen entsprechend ungewünschte Veränderungen
in Helligkeit und Kontrast über
die Zeit nach sich und resultieren in unstabilen Graduierungen der
Grautöne.
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Kürzlich wurden
photoreaktive Materialien für
Orientierungsschichten mit verbesserten holding ratios beschrieben
in WO-A-99/49360 (Rolic AG), JP-A-10-195296, JP-A-10-232400 (beide
Samsung Electron Devices Co., Ltd.), WO-A-99/15576 (Rolic AG) und
WO-A-99/51662 (Kanegafuchi Kagaku Kogyo KK). In WO-A-99/49360, JP-A-10-195296
und JP-A-10-232400 werden Mischungen von polymeren Komponenten, enthaltend
photoreaktive Polymere auf der einen Seite und Polyimide auf der
anderen Seite, vorgeschlagen. Ein Nachteil von solchen Mischungen
ist deren eingeschränkte
Mischbarkeit. Niedrige Gehalte an photoreaktiven Polymeren führen aber
zu einem Verlust der Orientierungseigenschaften und entsprechend
zu einem reduzierten Kontrastverhältnis von den zu orientierenden
Flüssigkristall-Schichten,
während
ein reduzierter Polyimid-Gehalt in ungenügenden holding ratios resultiert.
In WO-A-99/15576 und WO-A-99/51662 werden Polyimide mit photoreaktiven
Zimtsäuregruppen
in deren Seitenketten beschrieben. WO-A-99/15576 offenbart photoaktive
Polymere, welche als Seitenketten photovernetzbare Gruppen der folgenden
Formel enthalten:
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Eine
typische Monomereinheit ist 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[2-methoxy-4-(2-methoxycarbonylvinyl)phenoxy]hexylester:
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Die
Zimtsäurederivate
wie in der WO-A-99/15576 offenbart, sind mit dem Polyimid-Backbone
verbunden, so dass die photoreaktiven Gruppen vom Backbone wegzeigen.
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WO-A-99/51662
offenbart photoaktive Polymere mit einer Zimtskelett-Struktur. Ein typisches
derart offenbartes Monomer ist von der folgenden Formel:
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Es
wird behauptet, dass die Polyimid-Kompositionen die Photoreaktivität sowie
die thermischen Reaktivitätscharakteristiken
der Zimtsäure-Skelett-Struktur
kombinieren. Es gibt keine Lehre der Verbesserung der Orientierung
von Flüssigkristallen.
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Entsprechend
sind stabile, photoorientierbare Materialien für hohe Pretilt-Winkel mit genügend hohen holding
ratios bisher nicht bekannt. Das Problem, welches der Erfindung
zugrunde lag, war entsprechend, photoreaktive Polymere zu finden,
welche, wenn mit polarisiertem Licht eingestrahlt, in der Herstellung
von stabilen, hochauflösenden
Orientierungsmustern resultieren mit sehr hohem Tilt-Winkel, und welche
gleichzeitig in genügend
hohen holding ratios im benachbarten Flüssigkristall-Medium resultieren.
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Überraschenderweise
wurde nun herausgefunden, dass Polyimide, welche Zimtsäurederivate
in ihren Seitenketten beinhalten und dies derart, dass die Zimtsäuregruppen
mit dem Polyimid-Backbone verbunden sind über die Carboxyl-Gruppe unter Zuhilfenahme
eines flexiblen Spacers, perfekt die oben angegebenen Erfordernisse
erfüllen.
Die Beleuchtung von solchen Komponenten unter Verwendung von linear
polarisiertem Licht resultiert in exzellenter Orientierung der Flüssigkristalle,
in einer genügend
hohen holding ratio des Flüssigkristall-Mediums
und gleichzeitig in einer beträchtlichen
Zunahme des Tilt-Winkels von bis zu 90°.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt entsprechend photoaktive
Polymere der Klasse der Polyimide, Polyamidsäuren und daraus gebildetem
Ester zur Verfügung,
welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie als Seitenketten photovernetzbare
Gruppen der generellen Formel I:
beinhalten,
wobei die gestrichelte Linie den Anknüpfungspunkt der Polyimid-Hauptkette angibt
und wobei:
A steht für
Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl, 2,5-Thiophenylen, 2,5-Furanylen,
1,4- oder 2,6-Naphthylen, oder Phenylen; optional substituiert durch
eine Gruppe, ausgewählt
aus Fluor, Chlor, Cyano oder durch eine zyklische, geradkettige
oder verzweigte C
1-18 Alkylkette, welche
optional substituiert ist durch eine einzelne Cyano-Gruppe oder
durch ein oder mehrere Halogan-Atome und in welcher eine oder mehrere
nicht benachbarte Alkyl-CH
2-Gruppen optional
ersetzt sind durch eine Gruppe Q.
B ein unverzweigter oder
verzweigter Alkylrest ist, welcher unsubstituiert, monosubstituiert
durch Cyano oder Halogen oder polysubstituiert durch Halogen ist,
und 3 bis 18 Kohlenstoff-Atome aufweist, wobei eine oder mehrere
nicht benachbarte CH
2-Gruppen unabhängig voneinander
ersetzt sein können
durch eine Gruppe Q;
C
1 und C
2 jedes für
sich unabhängig
steht für
eine aromatische oder alizyklische Gruppe, welche unsubstituiert ist
oder substituiert durch Fluor, Chlor, Cyano oder durch eine zyklische,
unverzweigte oder verzweigte Alkyl-Kette, welche unsubstituiert ist, monosubstituiert
durch Cyano der Halogen oder polysubstituiert durch Halogen und
welche 1 bis 18 Kohlenstoff-Atome aufweist und wobei eine oder mehrere
nicht benachbarte CH
2-Gruppen unabhängig ersetzt
sein können
durch eine Gruppe Q;
D steht für ein Sauerstoff-Atom oder
-NR
1- wobei R
1 für ein Wasserstoff-Atom oder für eine niedere
Alkyl-Gruppe steht;
S
1 und S
2 jeweils unabhängig voneinander für eine einzelne
Einfachbindung oder eine Spacer-Gruppe steht, wie beispielsweise
eine unverzweigte oder verzweigte Alkylen-Gruppe, welche unsubstituiert
ist, monosubstituiert durch Cyano oder Halogen, oder polysubstituiert
durch Halogen, mit 1 bis 24 Kohlenstoff-Atomen, wobei eine oder
mehrere nicht benachbarte CH
2-Gruppen unabhängig voneinander
ersetzt sein können
durch eine Gruppe Q;
S
3 für eine Spacer-Gruppe
steht, wie beispielsweise eine unverzweigte oder verzweigte Alkylen-Gruppe,
welche unsubstituiert, monosubstituiert durch Cyano oder Halogen,
oder polysubstituiert durch Halogen ist, und 2 bis 24 Kohlenstoff-Atome
aufweist, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH
2-Gruppen
unabhängig
ersetzt sein können
durch eine aromatische, eine alizyklische Gruppe oder eine Gruppe
Q;
Q steht für
eine Gruppe ausgewählt
aus: -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -Si(CH
3)
2-O-Si(CH
3)
2-, -NR
1-, -NR
1-CO-, -CO-NR
1-,
-NR
1-CO-O-, -O-CO-NR
1-,
-NR
1-CO-NR
1-, -CH=CH-,
-C≡C- und -O-CO-O-, wobei
R
1 für
ein Wasserstoff-Atom oder eine niedere Alkyl-Gruppe steht;
n
1 und n
2 jeweils
unabhängig
voneinander 0 oder 1 sind;
X, Y jeweils unabhängig voneinander
stehen für:
Wasserstoff, Fluor, Chlor, Cyano, Alkyl, optional substituiert durch
Fluor mit 1 bis 12 Kohlenstoff-Atomen,
in welchen optional eine oder mehrere nicht benachbarte CH
2-Gruppen
ersetzt sind durch -O-, -CO-O-, -O-CO- und/oder -CH=CH-.
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Unter
dem Begriff "aromatisch" ist zu verstehen,
dass dies optional substituierte carbozyklische und heterozyklische
Gruppen mit fünf,
sechs oder zehn Ring-Atomen beinhaltet, wie Furan, Phenyl, Pyridin,
Pyrimidin, Napthalin oder Tetralin-Einheiten.
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Unter
dem Begriff "zyklische,
unverzweigte oder verzweigte Alkylgruppe, welche optional substituiert ist
durch eine einzelne Cyano-Gruppe oder durch ein oder mehrere Halogen-Atome
und in welchem 1 oder mehrere nicht benachbarte -CH2-Gruppen optional
ersetzt sind durch eine Gruppe Q" soll
verstanden werden, dass dies einschliesst Gruppen ausgewählt aus
der Gruppe umfassend: Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl,
sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Cyclopentyl, Hexyl, Cyclohexyl,
Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, 3-Methylpentyl, Allyl,
But-3-en-1-yl, Pent-4-en-1-yl, Hex-5-en-1-yl, Propynyl, Butynyl,
Pentynyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Isopropoxy, Butoxy, Isobutoxy,
sec-Butoxy, tert-Butoxy, Pentyloxy, Isopentyloxy, Cyclopentyloxy,
Hexyloxy, Cyclohexyloxy, Heptyloxy, Octyloxy, Nonyloxy, Decyloxy,
Undecyloxy, Dodecyloxy, 3-Methylpentyloxy, Allyloxy, But-3-enyloxy,
Pent-4-enyloxy, Cylohexylmethoxy, Cyclopentylmethoxy, Methoxycarbonyl,
Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, Isopropoxycarbonyl, Butoxycarbonyl,
Isobutoxycarbonyl, sec-Butoxycarbonyl, tert-Butoxycarbonyl, Pentyloxycarbonyl,
Isopentyloxycarbonyl, Cyclopentyloxycarbonyl, Hexyloxycarbonyl,
Cyclohexyloxycarbonyl, Octyloxycarbonyl, Nonyloxycarbonyl, Decyloxycarbonyl,
Undecyloxycarbonyl, Dodecyloxycarbonyl, 3-Methylpentyloxycarbonyl,
Allyloxycarbonyl, But-3-enyloxycarbonyl, Pent-4-enyloxycarbonyl,
Cylohexylmethoxycarbonyl, Cyclopentylmethoxycarbonyl, Acetoxy, Ethylcarbonyloxy,
Propylcarbonyloxy, Isopropylcarbonyloxy, Butylcarbonyloxy, Isobutylcarbonyloxy,
sec-Butylcarbonyloxy, tert-Butylcarbonyloxy, Pentylcarbonyloxy,
Isopentyl-Carbonyloxy,
Cyclopentylcarbonyloxy, Hexylcarbonyloxy, Cyclohexylcarbonyloxy,
Octylcarbonyloxy, Nonylcarbonyloxy, Decylcarbonyloxy, Undecylcarbonyloxy,
Dodecylcarbonyloxy, 3-Methylpentylcarbonyloxy, But-3-enyloxy, Pent-4-enyloxy,
Acetyl, Ethylcarbonyl, Propylcarbonyl, Isopropylcarbonyl, Butylcarbonyl,
Isobutylcarbonyl, sec-Butylcarbonyl, Pentylcarbonyl, Isopentylcarbonyl, Cyclohexylcarbonyl,
Octylcarbonyl, Nonylcarbonyl, Decylcarbonyl, Undecylcarbonyl, Dodecylcarbonyl,
Methoxyacetoxy, 1-Methoxy-2-propoxy, 3-Methoxy-1-propoxy, 2-Methoxyethoxy,
2-Isopropoxyethoxy, 1-Ethoxy-3-pentyloxy, 3-Butynyloxy, 4-Pentynyloxy,
5-Chloropentynyl, 4-Pentynecarbonyloxy, 6-Propyloxyhexyl, 6-Propyloxyhexyloxy, 2-Fluoroethyl,
Trifluoromethyl, 2,2,2-Trifluoroethyl, 1H,1H-Pentadecafluorooctyl, 1H,1H,7H-Dodecafluoroheptyl,
2-(Perfluorooctyl)ethyl, 2-(Perfluorobutyl)ethyl, 2-(Perfluorohexyl)ethyl,
2-(Perfluorodecyl)ethyl, Perfluoropropyl, Perfluorobutyl, Perfluoroheptyl,
Perfluorooctyl, Perfluorononyl. 1-Fluoropropoxy, 1-Fluoropentyloxy,
2-Fluoropropoxy, 2,2-Difluoropropoxy, 3-Fluoropropoxy, 3,3-Difluoropropoxy, 3,3,3-Trifluoropropoxy,
Trifluoromethoxy und ähnliche.
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Unter
dem Begriff "niedere
Alkyl-Gruppe" soll
verstanden werden, dass dies unverzweigte und verzweigte Kohlenwasserstoff-Radikale
umfasst, welche 1 bis 6 Kohlenstoff-Atome haben, vorzugsweise von
1 bis 3 Kohlenstoffatome. Methyl, Ethyl, Propyl und Isopropyl-Gruppen
sind insbesondere bevorzugt.
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Unter
dem Begriff "alizyklisch" soll verstanden
werden, dass dies nicht aromatische, carbozyklische oder heterozyklische
Ringsysteme mit 3 bis 10 Kohlenstoff-Atomen umfasst, wie Cyclopropan,
Cyclobutan, Cyclopentan, Cyclopenten, Cyclohexan, Cyclohexen, Cyclohexadien
und Decalin.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die Gruppe A ausgewählt ist aus Pyrimidin-2,5-diyl,
Pyridin-2,5-diyl, 2,5-Thiophenylen, 2,5-Furanylen, 1,4- oder 2,6-Naphthylen
und einer Phenylen-Gruppe, welche optional substituiert ist durch
eine zyklische, unverzweigte oder verzweigte Alkyl-Gruppe mit C1-12, welche Alkyl-Gruppe optional substituiert ist durch
ein oder mehrere Halogen-Atome und in welcher eine oder mehrere
nicht benachbarte -CH2-Gruppen unabhängig optional
ersetzt sind durch eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-,
-CH=CH- und -C≡C-.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass A ausgewählt ist aus Phenylen, welches
optional substituiert ist durch eine unverzweigte oder verzweigte
Alkyl-Gruppe mit C1-12, welche Alkylgruppe
substituiert ist durch ein oder mehrere Fluor-Atome, und wobei ein
oder mehrere nicht benachbarte Alkyl-CH2-Gruppen
unabhängig
optional ersetzt sind durch eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -CO-, -CO-O-,
-O-CO- und -CH=CH-.
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Unter
dem Begriff "Phenylen" soll verstanden
werden, dass dies einschliesst 1,2-, 1,3- oder 1,4-Phenylen, welches
optional substituiert ist. Es ist bevorzugt, dass die Phenylen-Gruppe
entweder ein 1,3- oder ein 1,4-Phenylen ist.
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Bevorzugte
Gruppen B sind ausgewählt
aus einem unverzweigten oder verzweigten Alkylrest, welcher unsubstituiert,
monosubstituiert durch Cyano oder Halogen, oder polysubstituiert
durch Halogen ist, welcher 3 bis 18 Kohlenstoff-Atome aufweist, wobei eine oder mehrere
-CH2-Gruppen unabhängig ersetzt sein können durch
-O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C-, mit der Massgabe, dass
Sauerstoffatome nicht direkt miteinander verbunden sind.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass B ausgewählt ist aus unverzweigten oder
verzweigten Alkylresten, welche unsubstituiert, monosubstituiert
oder polysubstituiert durch Halogen sind, 3 bis 12 Kohlenstoff-Atome
aufweisen, wobei eine oder mehrere CH2-Gruppen
unabhängig
voneinander ersetzt sein können
durch -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, mit der Massgabe, dass Sauerstoff-Atome
nicht direkt miteinander verbunden sind.
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Es
wird bevorzugt, dass jede der Gruppen C1 und
C2 ausgewählt sind aus Cyclohexan-1,4-diyl,
Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl, 1,4- oder 2,6-Naphthylen und
Phenylen, welche optional substituiert sind durch eine oder mehrere
Gruppen ausgewählt
aus Fluor, Chlor, Cyano und einer C1-12 zyklischen,
unverzweigten oder verzweigten Alkyl-Gruppe, welche optional substituiert
ist durch eine einzelne Cyano-Gruppe oder durch ein oder mehrere
Halogen-Atome, und in welchem ein oder mehrere nicht benachbarte
Alkyl-CH2-Gruppen optional unabhängig voneinander
ersetzt sind durch eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -CO-, -CO-O-,
-O-CO-, -CH=CH-, -C≡C-
und -O-CO-O-.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass die Gruppen C1 und
C2 ausgewählt sind aus Cyclohexan-1,4-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl,
Pyridin-2,5-diyl, 2,6-Naphthylen und Phenylen, welches optional
substituiert ist durch ein oder mehrere Fluor-Atome oder eine unverzweigte
oder verzweigte C1-8 Alkylgruppe, welche
optional substituiert ist durch ein oder mehrere Fluor-Atome, und
in welcher eine oder mehrere nicht benachbarte Alkyl-CH2-Gruppen
unabhängig
optional ersetzt sind durch eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-
und -CH=CH-.
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Bevorzugte
Gruppen D sind Sauerstoff-Atome oder -NH-.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass D ein Sauerstoff-Atom ist.
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Es
ist bevorzugt, dass die Gruppen S1 und S2 ausgewählt
sind aus einer einzelnen kovalenten Bindung, -O-, -CO-O-, -O-CO-,
-NR1-, -NR1-CO-,
-CO-NR1-, -NR1-CO-O-,
-O-CO-NR1-, -NR1-CO-NR1-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-CO-O- und eine unverzweigte
oder verzweigte Alkylen-Gruppe, in welcher zwei oder drei nicht
benachbarte Alkyl-CH2-Gruppen unabhängig voneinander
optional ersetzt sind durch eine Gruppe Q, mit der Massgabe, dass
die Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen in der Kette der Alkylen-Gruppe
nicht 24 überschreitet,
wobei R1 ein Wasserstoff-Atom oder eine
niedere Alkyl-Gruppe darstellt.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass S1 und S2 ausgewählt
sind aus einer Einfach-Bindung,
-CO-O-, -O-CO-, -(CH2)r-,
-(CH2)r-O-, -(CH2)r-CO-, -(CH2)r-CO-O-, -(CH2)r-O-CO-, -(CH2)r-CO-NR1-, -(CH2)r-NR1-CO-, -(CH2)r-NR1-,
-O-(CH2)r-, -CO-O-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-, -NR1-CO-(CH2)r-, -CO-NR1-(CH2)r-, -NR1-(CH2)r-, -O-(CH2)r-CO-O-, -O-(CH2)r-O-CO-, -O-(CH2)r-CO-NR1-, -O-(CH2)r-NR1-, -O-(CH2)r-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-, -NR1-(CH2)r-CO-O-,
-NR1-(CH2)r-O-, -NR1-(CH2)r-NR1-,
-NR1-(CH2)r-O-CO-, -CO-NR1-(CH2)r-O-, -CO-NR1-(CH2)r-NR1-, -CO-NR1-(CH2)r-O-CO-, -O-CO-(CH2)r-CO-, -O-CO-(CH2)r-O-, -O-CO-(CH2)r-NR2-, -O-CO-(CH2)r-CO-O-, -O-CO-(CH2)r-CO-NR1-, -O-CO-(CH2)r-NR1-CO-, -(CH2)r-O-(CH2)s-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-O-, -CO-(CH2)r-O-(CH2)s- und -CO-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, wobei R1 definiert ist wie oben angegeben, r und
s jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 20 darstellen, vorzugsweise
von 1 bis 12, und r + s ≤ 21,
vorzugsweise ≤ 15.
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Unter
den Begriffen -(CH2)r-
und -(CH2)s- soll
verstanden werden, dass dies einschliesst unverzweigte und verzweigte
Alkylen-Gruppierungen, enthaltend r respektive s, Kohlenstoff-Atome.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass S1 und S2 ausgewählt
sind aus einer einzelnen kovalenten Bindung, -(CH2)r-, -(CH2)r-O-, -(CH2)r-CO-O-, -(CH2)r-O-CO-, -(CH2)r-CO-NH-, -(CH2)r-NH-CO-, -(CH2)r-, -CO-O-(CH2)r-, -CO-NH-(CH2)r-, -NH-CO-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-CO-O-, -O-(CH2)r-O-CO-, -(CH2)r-CO-NH-, -(CH2)r-NH-CO-, -CO-O-(CH2)r-O-, -CO-NH-(CH2)r-O-, -O-(CH2)r-O-, -(CH2)r-NH-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NH-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NH-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NHCO-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NH-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -O-CO-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -CO-O-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NH-CO-(CH2)s-O- und -O-CO-(CH2)r-NH-CO-(CH2)s-O-, wobei r und s jeweils eine ganze Zahl
repräsentieren
von 1 bis 12, und r + s ≤ 15.
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Beispiele
von bevorzugten Gruppen S1 und S2 umfassen: 1,2-Ethylen, 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen,
1,6-Hexylen, 1,7-Heptylen, 1,8-Octylen, 1,9-Nonylen, 1,10-Decylen,
1,11-Undecylen, 1,12-Dodecylen, 3-Methyl-1,4-Butylen, Methylenoxy,
2-Ethylenoxy, 3-Propylenoxy, 3-Propylenoxycarbonyl, 2-Ethylen-Carbonyloxy, 4-Butylenoxy,
4-Butylenoxycarbonyl, 3-Propylencarbonyloxy, 5-Pentylenoxy, 5-Pentylenoxycarbonyl,
4-Butylencarbonyloxy, 6-Hexylenoxy, 6-Hexylenoxycarbonyl, 5-Pentylencarbonyloxy,
7-Heptylenoxy, 7-Heptylenoxycarbonyl, 6-Hexylencarbonyloxy, 8-Octylenoxy,
8-Octylenoxycarbonyl, 7-Heptylencarbonyloxy, 9-Nonylenoxy, 9-Nonylenoxycarbonyl,
8-Octylencarbonyloxy, 10-Decylenoxy, 10-Decylenoxycarbonyl, 9-Nonylencarbonyloxy,
11-Undecylenoxy, 11-Undecylenoxycarbonyl, 10-Decylencarbonyloxy,
12-Dodecylenoxy, 12-Dodecylenoxycarbonyl, 11-Undecylencarbonyloxy,
3-Propyleniminocarbonyl, 4-Butyleneiminocarbonyl, 5-Pentyleniminocarbonyl,
6-Hexyleniminocarbonyl, 7-Heptyleniminocarbonyl, 8-Octyleniminocarbonyl,
9-Nonyleniminocarbonyl, 10-Decyleniminocarbonyl, 11-Undecyleniminocarbonyl,
12-Dodecyleniminocarbonyl, 2-Ethylencarbonylimino, 3-Propylencarbonylimino,
4-Butylencarbonylimino, 5-Pentylencarbonylimino, 6-Hexylencarbonylimino,
7-Heptylencarbonylimino, 8-Octylencarbonylimino, 9-Nonylencarbonylimino,
10-Decylencarbonylimino, 11-Undecylencarbonylimino, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylen,
6-(3-Propylenoxy)hexylen, 6-(3-Propylenoxy)hexylenoxy, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylenoxy,
6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexyl, 6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexyloxy,
1,2-Ethylendioxy, 1,3-Propylendioxy, 1,4-Butylendioxy, 1,5-Pentylendioxy,
1,6-Hexylendioxy, 1,7-Heptylendioxy, 1,8-Octylendioxy, 1,9-Nonylendioxy,
1,10-Decylendioxy, 1,11-Undecylendioxy, 1,12-Dodecylendioxy und ähnliche.
-
Es
ist bevorzugt, dass die Gruppe S3 ausgewählt ist
aus einer Spacer-Einheit wie beispielsweise einer unverzweigten
oder verzweigten Alkylen-Gruppe mit 5 bis 24 Kohlenstoff-Atomen,
wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen
unabhängig
ersetzt sein können
durch eine Gruppe Q. Insbesondere bevorzugt hat die Gruppe S3 6 bis 24 Kohlenstoff-Atome, und insbesondere
7 bis 20 Kohlenstoff-Atome,
wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen
unabhängig
ersetzt sein können
durch eine Gruppe Q. Zu beachten ist, dass, wenn die Polyimid-Hauptkette einen
aromatischen Ring beinhaltet, welcher die polymerisierbaren Gruppen
verknüpft,
der Ring als Teil der Hauptkette zu betrachten ist und nicht als
Teils des Spacers.
-
Es
ist noch bevorzugter, dass S3 ausgewählt ist
aus -(CH2)r-1-,
-O-(CH2)r-, -CO-O-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-, -NR1-CO-(CH2)r-, -CO-NR1-(CH2)r-, -NR1-(CH2)r-,
-(CH2)r-O-(CH2)s-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s- und -CO-O-(CH2)r-O-(CH2)s-, wobei R1 wie oben definiert ist, r und s jeweils
eine ganze Zahl von 1 bis 20 repräsentieren, vorzugsweise von 2
bis 12, und r + s ≤ 21,
vorzugsweise ≤ 15.
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Beispiele
von bevorzugten Gruppen S3 sind 1,2-Ethylen,
1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen, 1,6-Hexylen, 1,7-Heptylen,
1,8-Octylen, 1,9-Nonylen, 1,10-Decylen, 1,11-Undecylen, 1,12-Dodecylen,
3-Methyl-1,4-butylen, 2-Oxyethylen, 3-Oxypropylen, 4-Oxybutylen,
5-Oxypentylen, 6-Oxyhexylen, 7-Oxyheptylen, 8-Oxyoctylen, 9-Oxynonylen,
10-Oxydecylen, 11-Oxyundecylen, 12-Oxydodecylen, 2-(Oxycarbonyl)ethylen, 3-(Oxycarbonyl)propylen,
4-(Oxycarbonyl)butylen, 5-(Oxycarbonyl)pentylen, 6-(Oxycarbonyl)hexylen,
7-(Oxycarbonyl) heptylen, 8-(Oxycarbonyl)octylen, 9-(Oxycarbonyl)nonylen,
10-(Oxycarbonyl)decylen, 11-(Oxycarbonyl)undecylen, 12-(Oxycarbonyl)dodecylen,
2-(Carbonyloxy)ethylen, 3-(Carbonyloxy)propylen, 4-(Carbonyloxy)butylen,
5-(Carbonyloxy)pentylen, 6-(Carbonyloxy)hexylen, 7-(Carbonyloxy)heptylen,
8-(Carbonyloxy)octylen, 9-(Carbonyloxy)nonylen, 10-(Carbonyloxy)decylen,
11-(Carbonyloxy)undecylen, 12-(Carbonyloxy)dodecylen, 2-(Carbonylimino)ethylen,
3-(Carbonylimino)propylen, 4-(Carbonylimino)butylen, 5-(Carbonylimino)pentylen,
6-(Carbonylimino)hexylen, 7-(Carbonylimino)heptylen, 8-(Carbonylimino)octylen,
9-(Carbonylimino)nonylen, 10-(Carbonylimino)decylen, 11-(Carbonylimino)undecylen,
12-(Carbonylimino)dodecylen, 2-Iminoethylen, 3-Iminopropylen, 4-Iminobutylen,
5-Iminopentylen, 6-Iminohexylen, 7-Iminoheptylen, 8-Iminooctylen,
9-Iminononylen, 10-Iminodecylen, 11-Iminoundecylen, 12-Iminododecylen,
2-Iminocarbonylethylen, 3-Iminocarbonylpropylen, 4-Iminocarbonylbutylen,
5-Iminocarbonylpentylen, 6-Iminocarbonylhexylen, 7-Iminocarbonylheptylen,
8-Iminocarbonyloctylen, 9-Iminocarbonylnonylen, 10-Iminocarbonyldecylen,
11-Iminocarbonylundecylen, 12-Iminocarbonyldodecylen, 2-(2-Ethyleneoxy)ethylen,
2-(3-Propylenoxy)ethylen, 6-(4-Butylenoxy)hexylen, 2-(2-Ethyleniminocarbonyl)ethylen,
2-(3-Propyleniminocarbonyl)ethylen, 6-(4-Butyleniminocarbonyl)hexylen,
6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylen, 6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylen
und ähnliche.
-
Es
ist bevorzugt, dass die Gruppen X und Y Wasserstoff repräsentieren.
-
Es
ist bevorzugt dass n1 + n2 =
0 oder 1, und es ist insbesondere bevorzugt dass n1 =
n2 = 0.
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Bevorzugte
Monomer-Einheiten, aus welchen die Hauptketten der Seitenketten-Polymere
entsprechend der Erfindung aufgebaut sind, sind die Imid-Gruppen der generellen
Formeln II, IV und VI und/oder die analogen Amidsäure-Gruppen und Amidsäureester-Gruppen
der generellen Formeln III, V und VII; besonders bevorzugt sind
Gruppen der Formeln II, III, VI und VII:
wobei:
die gepunktete
Linie den Anknüpfungspunkt
zu S
3 darstellt
T
1 ein
tetravalentes organisches Radikal darstellt;
T
2,
T
3 jeweils unabhängig voneinander eine trivalente
aromatische oder alizyklische Gruppe darstellen, welche optional
substituiert ist durch eine Gruppe ausgewählt aus Fluor, Chlor, Cyano
und einem zyklischen, unverzweigten oder verzweigten C
1-18 Alkylrest,
welcher optional substituiert ist durch ein oder mehrere Halogen-Gruppen,
und in welchem eine oder mehrere nicht benachbarte Alkyl-CH
2-Gruppen optional unabhängig voneinander ersetzt sind
durch eine Gruppe ausgewählt
aus -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH- und -C≡C-;
S
4 bis
S
8 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind
aus einer einzelnen kovalenten Bindung und einem unverzweigten oder
verzweigten C
1-24 Alkylenrest, welcher optional
substituiert ist durch eine einzelne Cyano-Gruppe oder durch ein oder mehrere Halogen-Atome
und in welchem eine oder mehrere nicht benachbarte Alkylen-CH
2-Gruppen optional unabhängig voneinander ersetzt sind
durch eine Gruppe Q;
E ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet
aus einem Stickstoff-Atom, einer Gruppe -CR
1-
und einer aromatischen oder alizyklischen, divalenten oder tetravalenten
Gruppe, welche optional substituiert ist durch eine oder mehrere
Gruppen ausgewählt
aus Fluor, Chlor, Cyano oder einem zyklischen, unverzweigten oder
verzweigten C
1-18 Alkylrest, welcher optional
substituiert ist durch eine einzelne Cyano-Gruppe oder durch ein
oder mehrere Halogen-Atome, und in welchem eine oder mehrere nicht
benachbarte CH
2-Gruppen unabhängig voneinander optional
ersetzt sind durch eine Gruppe ausgewählt aus -O-, -CO-, -CO-O-,
-O-CO-, -CH=CH- und -C≡C-,
wobei R
1 definiert ist wie oben;
F
für ein
aliphatisches, alizyklisches oder aromatisches divalentes Radikal
steht;
G für
ein Wasserstoff-Atom oder für
eine monovalente organische Gruppe steht.
-
Unter
dem Begriff "aliphatisch" soll verstanden
werden, dass dies gesättigte
und unsgesättigte,
unverzweigte oder verzweigte Alkyl-Gruppen umfasst, welche optional
substituiert sein können,
und in welchen eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen
ersetzt sein können
durch ein oder mehrere Hetero-Atome. Optionale Substituenten umfassen
Alkyl, Aryl, Cykloalkyl, Amino, Cyano, Epoxy, Halogen, Hydroxy,
Nitro und Oxo. Beispiele von Hetero-Atomen, welche die eine oder mehrere
CH2-Gruppen ersetzen können, umfassen Stickstoff,
Sauerstoff und Schwefel. Ersetzende Stickstoff-Atome können weiter
substituiert sein mit Gruppen, wie beispielsweise Alkyl, Aryl und
Cycloalkyl.
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Das
tetravalente organische Radikal T1 ist vorzugsweise
abgeleitet von einem aliphatischen, alizyklischen oder aromatischen
Tetracarboxylsäure-Dianhydrid.
Alizyklische oder aliphatische Tetracarboxylsäure-Anhydride sind vorzugsweise
ausgewählt
aus 1,1,4,4-Butantetracarboxylsäure-Dianhydrid,
Ethylenemalleinsäure-Dianhydrid, 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid,
1,2,3,4-Cyclopentantetracarboxylsäure-Dianhydrid, 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäure-Dianhydrid,
3,5,6-TricarboxynorbornylEssigsäure-Dianhydrid,
2,3,4,5-Tetrahydrofurantetracarboxylsäure-Dianhydrid, 4-(2,5-Dioxotetrahydrofuran-3-yl)-Tetrahydronaphthalen-1,2-diCarboxylsäure-Dianhydrid,
5-(2,5-Dioxotetrahydrofuran-3-yl)-3-Methyl-3-CycloHexen-1,2-Dicarboxylsäure-Dianhydrid,
Bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-Tetracarboxylsäure-Dianhydrid, Bicyclo[2.2.2]Octan-2,3,5,6-Tetracarboxylsäure-Dianhydrid
und 1,8-DimethylBicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-Tetracarboxylsäure-Dianhydrid.
-
Aromatische
Tetracarboxylsäure-Dianhydride
sind vorzugsweise ausgewählt
aus Pyromellitsäure-Dianhydrid,
3,3',4,4'-Benzophenontetracarboxylsäure-Dianhydrid, 4,4'-Oxydiphthalsäure-Dianhydrid, 3,3',4,4'-Diphenylsulfontetra-Carboxylsäure-Dianhydrid,
1,4,5,8-Naphthalentetracarboxylsäure-Dianhydrid, 2,3,6,7-NaphthalenTetracarboxylsäure-Dianhydrid,
3,3',4,4'-Dimethyldiphenylsilan-Tetracarboxylsäure-Dianhydrid,
3,3',4,4'-Tetraphenylsilantetracarboxylsäure-Dianhydrid, 1,2,3,4-Furantetracarboxylsäure-Dianhydrid, 4,4'-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)Diphenylsulfid-Dianhydrid,
4,4'-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)DiphenylSulfon-Dianhydrid,
4,4'-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)Diphenylpropan-Dianhydrid,
3,3',4,4'-Biphenyltetracarboxylsäure-Dianhydrid,
Ethylenglycol bis(Trimellitsäure)-Dianhydrid, 4,4'-(1,4-Phenylen)bis(Phthalsäure)Dianhydrid, 4,4'-(1,3-Phenylen)bis(Phthalsäure)Dianhydrid,
4,4'-(Hexafluoroisopropyliden)Diphthalsäure- Dianhydrid, 4,4'-Oxydi(1,4-phenylen)bis(phthalsäure)Dianhydrid
und 4,4'-Methylendi(1,4-phenylene)bis(phthalsäure)Dianhydrid.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass die Tetracarboxylsäure-Dianhydride,
welche dazu verwendet werden, das tetravalente organische Radikal
T1 zu bilden, ausgewählt sind aus 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid,
1,2,3,4-Cyclopentantetracarboxylsäure-Dianhydrid,
2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäure-Dianhydrid, 5-(2,5-Dioxotetrahydrofuran-3-yl)-3-methyl-3-cyclohexen-1,2-dicarboxylsäure-Dianhydrid, 4-(2,5-Dioxotetrahydrofuran-3-yl)tetrahydronaphthalin-1,2-dicarboxylsäure-Dianhydrid,
4,4'-(Hexafluoroisopropyliden)diphthalsäure-Dianhydrid
und Bicyclo[2.2.2]oct-7-en-2,3,5,6-tetracarboxylsäure-Dianhydrid.
-
Jede
der Gruppen T2 und T3 kann
abgeleitet werden von einem aliphatischen, alizyklischen oder aromatischen
Dicarboxylsäure-Anhydrid.
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Die
Gruppen T2 und T3 sind
vorzugsweise trivalente aromatische oder alizyklische Gruppen, deren
drei Valenzen verteilt sind zwischen drei verschiedenen Kohlenstoff-Atomen,
mit der Massgabe, dass zwei der Valenzen bei benachbarten Kohlenstoff-Atomen
angeordnet sind. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Gruppen
T2 und T3 trivalente
Benzolderivate sind.
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Die
Gruppe S4 ist vorzugsweise ausgewählt aus
einer einzelnen kovalenten Bindung, -(CH2)r-, -(CH2)r-O-, -(CH2)r-CO-, -(CH2)r-CO-O-, -(CH2)r-O-CO-, -(CH2)r-CO-NR1-, -(CH2)r-NR1-CO-,
-(CH2)r-NR1-, -(CH2)r-O-(CH2)s-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-O-(CH2)s-CO-O- und -(CH2)r-O-(CH2)s-O-CO-, wobei
R1 wie oben definiert ist; r und s jeweils
eine ganze Zahl von 1 bis 20 darstellen; und r + s ≤ 21. Es ist noch
bevorzugter, dass r und s jeweils eine ganze Zahl von 2 bis 12 darstellen.
Es ist besonders bevorzugt, dass r+s≤15.
-
Beispiele
von bevorzugten Gruppen S4 schliessen folgende
Gruppen ein: 1,2-Ethylen, 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen,
1,6-Hexylen, 1,7-Heptylen, 1,8-Octylen, 1,9-Nonylen, 1,10-Decylen,
1,11-Undecylen, 1,12-Dodecylen, 3-Methyl-1,4-butylen, 3-Propylenoxy,
3-Propylenoxycarbonyl, 2-Ethylencarbonyloxy, 4-Butylenoxy, 4-Butylenoxycarbonyl,
3-Propylencarbonyloxy, 5-Pentylenoxy, 5-Pentylenoxycarbonyl, 4-Butylencarbonyloxy,
6-Hexylenoxy, 6-Hexylenoxycarbonyl, 5-Pentylencarbonyloxy, 7-Heptylenoxy,
7-Heptylenoxycarbonyl, 6-Hexylencarbonyloxy, 8-Octylenoxy, 8-Octylenoxycarbonyl,
7-Heptylencarbonyloxy, 9-Nonylenoxy, 9-Nonylenoxycarbonyl, 8-Octylencarbonyloxy,
10-Decylenoxy, 10-Decylenoxycarbonyl, 9-Nonylencarbonyloxy, 11-Undecylenoxy,
11-Undecylenoxycarbonyl, 10-Decylencarbonyloxy, 12-Dodecylenoxy,
12-Dodecylenoxycarbonyl, 11-Undecylencarbonyloxy, 3-Propyleniminocarbonyl,
4-Butyleniminocarbonyl, 5-Pentyleniminocarbonyl, 6-Hexyleniminocarbonyl,
7-Heptyleniminocarbonyl, 8-Octyleniminocarbonyl, 9-Nonyleniminocarbonyl,
10-Decyleniminocarbonyl, 11-Undecyleniminocarbonyl, 12-Dodecyleniminocarbonyl,
2-Ethylencarbonylimino, 3-Propylencarbonylimino, 4-Butylencarbonylimino,
5-Pentylencarbonylimino, 6-Hexylencarbonylimino, 7-Heptylencarbonylimino,
8-Octylencarbonylimino, 9-Nonylencarbonylimino, 10-Decylencarbonylimino, 11-Undecylencarbonylimino,
6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylen, 6-(3-Propylenoxy)hexylen,
6-(3-Propylenoxy)hexylenoxy, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylenoxy,
6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylen, 6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylenoxy
und ähnliche.
-
Die
Gruppen S5 und S8 sind
vorzugsweise ausgewählt
aus einer Einfach-Bindung,
-(CH2)r-, -O-(CH2)r-, -CO-(CH2)r-, -CO-O-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-, -NR1-CO-(CH2)r-, -NR1-(CH2)r-, -CO-NR1-(CH2)r-,
-NR1-CO-(CH2)r-, -(CH2)r-O-(CH2)s-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-, -O-CO-(CH2)r-O-(CH2)s- und -CO-O-(CH2)r-O-(CH2)s-, wobei R1 definiert ist wie oben angegeben; r und
s jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 20 darstellen; und r + s ≤ 21. Es ist
noch bevorzugter, dass r und s jeweils eine ganze Zahl von 2 bis
12 darstellen. Es ist weiter bevorzugt, dass r + s ≤ 15.
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Beispiele
von bevorzugten Gruppen S5 und S8 beinhalten 1,2-Ethylen, 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen,
1,6-Hexylen, 1,7-Heptylen, 1,8-Octylen, 1,9-Nonylen, 1,10-Decylen,
1,11-Undecylen, 1,12-Dodecylen, 3-Methyl-1,4-Butylen, 2-Oxyethylen,
3-Oxypropylen, 4-Oxybutylen, 5-Oxypentylen, 6-Oxyhexylen, 7-Oxyheptylen,
8-Oxyoctylen, 9-Oxynonylen, 10-Oxydecylen, 11-Oxyundecylen, 12-Oxydodecylen,
2-(Oxycarbonyl)ethylen, 3-(Oxycarbonyl)propylen, 4-(Oxycarbonyl)butylen,
5-(Oxycarbonyl)pentylen, 6-(Oxycarbonyl)hexylen, 7-(Oxycarbonyl)heptylen,
8-(Oxycarbonyl)octylen, 9-(Oxycarbonyl)nonylen, 10-(Oxycarbonyl)decylen,
11-(Oxycarbonyl)undecylen, 12-(Oxycarbonyl)dodecylen, 2-(Carbonyloxy)ethylen,
3-(Carbonyloxy)propylen, 4-(Carbonyloxy)butylen, 5-(carbonyloxy)pentylen,
6-(Carbonyloxy)hexylen, 7-(Carbonyloxy)heptylen, 8-(Carbonyloxy)octylen,
9-(Carbonyloxy)nonylen, 10-(Carbonyloxy)decylen, 11-(Carbonyloxy)undecylen, 12-(Carbonyloxy)dodecylen,
2-(Carbonylimino)ethylen, 3-(Carbonylimino)propylen, 4-(Carbonylimino)butylen, 5-(Carbonylimino)pentylen,
6-(Carbonylimino)hexylen, 7-(Carbonylimino)heptylen, 8-(Carbonylimino)octylen, 9-(Carbonylimino)nonylen,
10-(Carbonylimino)decylen, 11-(Carbonylimino)undecylen, 12-(Carbonylimino)dodecylen,
2-Iminoethylen, 3-Iminopropylen, 4-Iminobutylen, 5-Iminopentylen,
6-Iminohexylen, 7-Iminoheptylen, 8-Iminooctylen, 9-Iminononylen,
10-Iminodecylen, 11-Iminoundecylen, 12-Iminododecylen, 2-Iminocarbonylethylen,
3-Iminocarbonylpropylen, 4-Iminocarbonylbutylen, 5-Iminocarbonylpentylen,
6-Iminocarbonylhexylen, 7-Iminocarbonylheptylen, 8-Iminocarbonyloctylen, 9-Iminocarbonylnonylen,
10-Iminocarbonyldecylen, 11-Iminocarbonylundecylen, 12-Iminocarbonyldodecylen,
2-(2-Ethylenoxy)ethylen, 2-(3-Propylenoxy)ethylen, 6-(4-Butylenoxy)hexylen,
2-(2-Ethyleniminocarbonyl)ethylen, 2-(3-Propyleniminocarbonyl)ethylen,
6-(4-Butyleniminocarbonyl)hexylen, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylen,
6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylen und ähnliche.
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Die
Gruppen S6 und S7 sind
vorzugsweise ausgewählt
aus einer Einfach-Bindung,
-(CH2)r-, -(CH2)r-O-, -(CH2)r-CO-, -(CH2)r-CO-O-, -(CH2)r-O-CO-, -(CH2)r-CO-NR1-, -(CH2)r-NR1-CO-, -(CH2)r-NR1-,
-O-(CH2)r-, -CO-O-(CH2)r-, -O-CO-(CH2)r-, -NR1-CO-(CH2)r-, -CO-NR1-(CH2)r-, -NR1-(CH2)r-,
-O-(CH2)r-CO-O-, -O-(CH2)r-O-CO-, -O-(CH2)r-CO-NR1-, -O-(CH2)r-NR1-, -O-(CH2)r-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-,
-NR1-(CH2)r-CO-O-, -NR1-(CH2)r-O-, -NR1-(CH2)r-NR1-, -NR1-(CH2)r-O-CO-, -CO-NR1-(CH2)r-O-,
-CO-NR1-(CH2)r-NR1-, -CO-NR1-(CH2)r-O-CO-,
-O-CO(CH2)r- CO-,
-O-CO-(CH2)r-O-,
-O-CO-(CH2)r-NR1-, -O-CO-(CH2)r-CO-O-, -O-CO-(CH2)r-CO-NR1-, -O-CO-(CH2)r-NR1-CO-,
-(CH2)r-O-(CH2)s-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-)NR1-CO-(CH2)s-, -(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)r-, -(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-CO-O-(CH2)s-O-, -(CH2)r-O-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-O-, -(CH2)r-NR1CO-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-, -O-(CH2)r-CO-O-(CH-)s-O-, -O-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-(CH2)s-O-, -O-(CH2)r-NR1-CO-O-(CH2)s-O-, -CO-O-(CH2)r-O-(CH2)s-, -CO-O-(CH2)r-O-(CH2)s-O-, wobei R1 definiert ist wie oben angegeben; r und
s jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 20 darstellen; und r + s ≤ 21. Es ist
noch bevorzugter, dass r und s jeweils eine ganze Zahl von 2 bis
12 darstellen. Es ist insbesondere bevorzugt, dass r + s ≤ 15.
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Beispiele
von bevorzugten Gruppen S6 und S7 schliessen ein: 1,2-Ethylen, 1,3-Propylen,
1,4-Butylen, 1,5-Pentylen, 1,6-Hexylen, 1,7-Heptylen, 1,8-Octylen,
1,9-Nonylen, 1,10-Decylen, 1,11-Undecylen, 1,12-Dodecylen, 3-Methyl-1,4-Butylen,
3-Propylenoxy, 3-Propylenoxycarbonyl, 2-Ethylencarbonyloxy, 4-Butylenoxy, 4-Butylenoxycarbonyl,
3-Propylencarbonyloxy, 5-Pentylenoxy, 5-Pentylenoxycarbonyl, 4-Butylencarbonyloxy, 6-Hexylenoxy,
6-Hexylenoxycarbonyl, 5-Pentylencarbonyloxy, 7-Heptylenoxy, 7-Heptylenoxycarbonyl,
6-Hexylencarbonyloxy, 8-Octylenoxy, 8-Octylenoxycarbonyl, 7-Heptylencarbonyloxy,
9-Nonylenoxy, 9-Nonylenoxycarbonyl, 8-Octylencarbonyloxy, 10-Decylenoxy,
10-Decylenoxycarbonyl, 9-Nonylencarbonyloxy, 11-Undecylenoxy, 11-Undecylenoxycarbonyl,
10-Decylencarbonyloxy, 12-Dodecylenoxy, 12-Dodecylenoxycarbonyl, 11-Undecylencarbonyloxy,
3-Propyleniminocarbonyl, 4-Butyleniminocarbonyl, 5-Pentyleniminocarbonyl,
6-Hexyleniminocarbonyl, 7-Heptyleniminocarbonyl, 8-Octyleniminocarbonyl,
9-Nonyleniminocarbonyl, 10-Decyleniminocarbonyl, 11-Undecyleniminocarbonyl,
12-Dodecyleniminocarbonyl, 2-Ethylencarbonylimino, 3-Propylencarbonylimino,
4-Butylencarbonylimino, 5-Pentylencarbonylimino, 6-Hexylencarbonylimino,
7-Heptylencarbonylimino, 8-Octylencarbonylimino, 9-Nonylencarbonylimino,
10-Decylencarbonylimino, 11-Undecylencarbonylimino, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylen,
6-(3-Propylenoxy)hexylen, 6-(3-Propylenoxy)hexylenoxy, 6-(3-Propyleniminocarbonyloxy)hexylenoxy,
6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylen, 6-(3-Propyleniminocarbonyl)hexylenoxy,
1,2-Ethylendioxy, 1,3-Propylendioxy, 1,4-Butylendioxy, 1,5-Pentylendioxy,
1,6-Hexylendioxy, 1,7-Heptylendioxy, 1,8-Octylendioxy, 1,9-Nonylendioxy,
1,10-Decylendioxy, 1,11-Undecylendioxy, 1,12-Dodecylendioxy und ähnliche.
-
Das
aliphatische, alizyklische oder aromatische divalente Radikal F
kann abgeleitet werden von aliphatischen, alizyklischen oder aromatischen
Diaminen durch formale Entfernung der Amino-Gruppe. Beispiele von
aliphatischen oder alizyklischen Diaminen, von welchen das Radikal
F abgeleitet werden kann, schliessen ein: Ethylendiamin, 1,3-Propylendiamin,
1,4-Butylendiamin, 1,5-Pentylendiamin, 1,6-Hexylendiamin, 1,7-Heptylendiamin,
1,8-Octylendiamin, 1,9-Nonylendiamin, 1,10-Decylendiamin, 1,11-Undecylendiamin,
1,12-Dodecylendiamin, α,α'-Diamino-m-xylol, α,α'-Diamino-p-xylol,
(5-Amino2,2,4-trimethylcyclopentyl)methylamin, 1,2-Diaminocyclohexan,
4,4'-Diaminodicyclohexylmethan,
1,3-bis(Methylamino)cyclohexan und 4,9-Dioxadodecan-1,12-diamin.
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Beispiele
von aromatischen Diaminen, von welchen das Radikal F abgeleitet
werden kann, schliessen ein: 3,5-Diaminobenzoesäure-Methylester, 3,5-Diaminobenzoesäure-Hexylester,
3,5-Diaminobenzoesäure-Dodecylester,
3,5-Diaminobenzoesäure-Isopropylester,
4,4'-Methylendianilin,
4,4'-Ethylen-dianilin,
4,4'-Diamino-3,3'-Dimethyldiphenylmethan,
3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin,
4,4'-Diaminodiphenylsulfon,
4,4'-Diaminodiphenylether,
1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl,
3,4'-Diaminodiphenylether,
3,3'-Diaminobenzophenon,
4,4'-Diaminobenzophenon,
4,4'-Diamino-2,2'-dimethylbibenzyl,
bis[4-(4-Aminophenoxy)phenyl]sulfon, 1,4-bis(4-Aminophenoxy)benzol,
1,3-bis(4-Aminophenoxy)benzol, 1,3-bis(3-Aminophenoxy)benzol, 2,7-Diaminofluoren,
9,9-bis(4-Aminophenyl)fluoren, 4,4'-Methylenbis(2-chloroanilin), 4,4'-bis(4-Aminophenoxy)biphenyl,
2,2',5,5'-Tetrachloro-4,4'-diaminobiphenyl,
2,2'-Dichloro-4,4'-diamino-5,5'-dimethoxybiphenyl,
3,3'-Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl,
4,4'-(1,4-Phenylenisopropyliden)bisanilin, 4,4'-(1,3-Phenylenisopropyliden)bisanilin,
2,2-bis[4-(4-Aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-bis[3-(4-Aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropan,
2,2-bis[3-Amino-4-methylphenyl]hexafluoropropan,
2,2-bis(4-Aminophenyl)hexafluoropropan, 2,2'-bis[4-(4-Amino-2-trifluoromethylphenoxy)phenyl]hexafluoropropan,
4,4'-diAmino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl,
und 4,4'-bis[(4-Amino-2-trifluoromethyl)phenoxy]-2,3,5,6,2',3',5',6'-octafluorobiphenyl.
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Die
Gruppe E kann divalent, trivalent oder tetravalent sein. Wenn E
divalent ist, dient es dazu, die Gruppen S4 und
S5, respektive S6 und
S7 oder S8 und N
die Gruppen III bis VII zu verbinden. Es ist klar, dass wenn E eine
divalente Gruppe ist, die Monomer-Einheit, von welcher es einen
Bestandteil bildet, nicht verbunden ist mit einer Seitenketten-Gruppe
nach Formel (I). Wenn E eine trivalente oder eine tetravalente Gruppe ist,
dient es dazu, die Monomer-Einheit, von welcher es einen Teil bildet,
mit einer oder zwei Seitenketten-Gruppen der Formel (I) zu verbinden.
Es ist bevorzugt, dass das photoaktive Polymer weniger als 75 % von
von Monomer-Einheiten
enthaltend eine divalente Gruppe E, vorzugsweise weniger als 50%
und insbesondere weniger als 30 % enthält. Monomer-Einheiten enthaltend
eine trivalente Gruppe E sind bevorzugt.
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Die
Bausteine der Formel III, V und VII sind Amidsäure-Gruppierungen oder Amidsäureester-Gruppierungen
(d.h. Carboxamid-Carboxylsäure-Gruppierungen
oder Carboxamid-Carboxylsäureester-Gruppierungen),
welche einerseits als Resultat einer unvollständigen Imidisierung in der
Polyimidkette resultieren können. Auf
der anderen Seite sind Polymere, welche nur aus Bausteinen der Formel
III, V oder VII bestehen, d.h. Polyamidsäuren oder Polyamidsäureester,
wichtige Vorläufer
für die
Herstellung von den Polyimiden entsprechend der Erfindung und sind
ebenfalls eingeschlossen in der vorliegenden Erfindung. Von diesen
Polymeren, welche Gruppen der Formeln III, V oder VII enthalten,
wird der Vorzug jenen gegeben, in welchen G Wasserstoff ist, d.h.
jenen, welche ausschliesslich aus Polyamidsäuregruppen bestehen oder solche
enthalten.
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Die
Polymere der Erfindung können
hergestellt werden unter Verwendung von Methoden, welche dem Fachmann
bekannt sind und ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren
zur Herstellung einer Komponente nach Formel I wie oben definiert
zur Verfügung.
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Polyamidsäuren und
Polyimide der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden in Übereinstimmung
mit bekannten Methoden wie beispielsweise jenen beschrieben in Plast.
Eng. 36 (1996) (Polyimides, fundamentals and applications).
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Beispielsweise
wird die Polykondensations-Reaktion für die Herstellung der Polyamidsäuren durchgeführt in einer
Lösung
in einem polaren, aprotischen, organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise
in γ-Butyrolacton,
N,N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon oder N,N-Dimethylformamid.
In den meisten Fällen
werden äquimolare
Anteile des Dianhydrids und des Diamins verwendet, d.h. eine Amino-Gruppe
pro Anhydrid-Gruppe. Wenn es gewünscht
wird, das Molekulargewicht des Polymers zu stabilisieren, ist es
zu diesem Zwecke möglich,
einen Überschuss
oder einen weniger als stoichiometrischen Anteil von einer der zwei
Komponenten zuzugeben, oder eine monofunktionale Komponente zuzugeben
in Form eines Dicarboxylsäure-Monoanhydrides
oder in Form eines Monoamins. Beispiele von solchen monofunktionalen
Komponenten sind Maleinsäure-Anhydrid,
Phthalsäure-Anhydrid,
Anilin usw. Die Reaktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur
von weniger als 100°C
durchgeführt.
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Die
Zyklisierung der Polyamidsäuren
zur Bildung der Polyimide kann durch Erwärumung durchgeführt werden,
d.h. durch Kondensation unter Entfernung von Wasser oder durch andere
Imidisierungs-Reaktionen mit Reagenzien. Wenn ausschliesslich thermisch
durchgeführt,
ist die Imidisierung der Polyamidsäuren nicht immer vollständig, d.h.
die resultierenden Polyimide können
immer noch Anteile von Polyamidsäure
enthalten. Die Imidisierungsreaktionen werden generell bei einer
Temperatur von 60–250° durchgeführt, aber
vorzugsweise bei weniger als 200°C.
Um Imidisierungen bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen zu
erreichen, werden zusätzlich
in die Reaktionsmischung Reagenzien eingemischt, welche die Entfernung
von Wasser erleichtern. Solche Reagenzien sind beispielsweise Mischungen
aus Säure-Anhydriden,
wie beispielsweise Essigsäure-Anhydrid,
Propionsäure-Anhydrid,
Phthalsäure-Anhydrid,
Trifluoroessigsäure-Anhydrid
und tertiäre Amine,
wie Triethylamin, Trimethylamin, Tributylamin, Pyridin, N,N-Dimethylanilin,
Lutidin, Collidin usw. Die Menge von in diesem Fall verwendeten
Reagenzien ist vorzugsweise wenigstens zwei Äquivalente von Amin und vier Äquivalente
von Essigsäure
pro Äquivalent
Polyamidsäure,
welches zu kondensieren ist.
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Die
Imidisierungs-Reaktion kann vor oder alternativ auch erst nach der
Auftragung auf einen Träger durchgeführt werden.
Letztere Variante ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das Polyimid,
welches in Frage steht, eine schlechte Löslichkeit in den üblichen
Lösungsmitteln
hat.
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Die
Polyiamidsäuren
und die Polyimide der vorliegenden Erfindung haben eine intrinsische
Viskosität vorzugsweise
im Bereich von 0.05 bis 10 dL/g, bevorzugtermassen 0.05 bis 5 dL/g.
Hierbei ist die intrinsische Viskosität (ηinh =
ln ηrel/C) bestimmt durch Messung einer Lösung, enthaltend
ein Polymer in einer Konzentration von 0.5 g/100 ml für seine
Viskosität
bei 30 °C
unter Verwendung von N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel.
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Die
Polyamidsäure-Gruppen
oder Polyimid-Gruppen der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise
von 2 bis 2000 Monomereinheiten, insbesondere von 3 bis 200.
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Additive
wie Silan-enthaltende Komponenten und Epoxy-enthaltende Vernetzungsmittel
können
den Polymeren nach der Erfindung zugefügt werden, um die Adhäsion des
Polymers auf einem Substrat zu verbessern. Geeignete Silan-enthaltende Komponenten
sind beschrieben in Plast. Eng. 36 (1996) (Polyimides, fundamentals
and applications). Geeignete Epoxy-enthaltende Vernetzungsmittel
beinhalten 4,4'-Methylenbis(N,N-diglycidylanilin),
Trimethylolpropan triglycidylether, Benzol-1,2,4,5-tetracarboxylsäure 1,2:4,5-N,N'-diglycidyldiimid,
Polyethylenglykoldiglycidylether, N,N-Diglycidylcyclohexylamin und ähnliche.
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Weitere
Additive wie Photosensitiser, ein Photoradikal-Generator und/oder
ein kationischer Photoinitiator kann ebenfalls den Polymeren der
Erfindung zugefügt
werden. Geeignete photoaktive Additive schliessen 2,2-Dimethoxyphenylethanon,
eine Mischung von Diphenylmethanon und N,N-Dimethylbenzolamin oder Ethyl- 4-(dimethylamino)benzoat,
Xanthon, Thioxanthon, IRGACURETM 184, 369,
500, 651 und 907 (Ciba), Michler's
Keton, Triarylsulfoniumsalze und ähnliche ein.
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Die
Polymere entsprechend der Erfindung können allein oder in Kombination
mit anderen Polymeren, Oligomeren, Monomeren, photoaktiven Polymeren,
photoaktiven Oligomeren und/oder photoaktiven Monomeren verwendet
werden, abhängig
von der Anwendung in welcher das Polymer eingesetzt werden soll.
Entsprechend kann gesehen werden, dass es durch Variation der Zusammensetzung
der Polymerschicht möglich
ist, Eigenschaften wie beispielsweise einen induzierten Pretilt-Winkel,
gute Oberflächenanfeuchtung,
hohe Voltage Holding Ratio, eine spezifische Verankerungsenergie
etc., eingestellt werden können.
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Polymer-Schichten
können
einfach aus den Polymeren der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden, und ein dritter Aspekt der Erfindung stellt eine Polymerschicht
zur Verfügung,
enthaltend ein Polymer entsprechend der vorliegenden Erfindung in
vernetzter Form. Die Polymerschicht wird vorzugsweise hergestellt durch
Auftragen von einem oder mehreren Polymeren entsprechend der Erfindung
auf einen Träger
und, nach einem beliebigen Imidisierungs-Schritt, welcher notwendig
sein kann, vernetzen des Polymers oder der Polymer-Mischung durch
Einstrahlung mit linear polarisiertem Licht. Es ist möglich, die
Richtung der Orientierung und den Tilt-Winkel innerhalb der Polymer-Schicht
durch Kontrolle der Richtung der Einstrahlung des linear polarisierten
Lichtes zu variieren. Es kann gesehen werden, dass es durch selektive
Einstrahlung von spezifischen Regionen der Polymerschicht möglich ist,
sehr spezifische Regionen der Schicht auszurichten und Schichten
mit einem definierten Tilt-Winkel zur Verfügung zu stellen. Diese Orientierung
und der Tilt wird in der Polymerschicht durch den Prozess des Vernetzens
beibehalten.
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Es
kann gesehen werden, dass die Polymerschichten nach der vorliegenden
Erfindung auch als Orientierungsschichten für Flüssigkristalle verwendet werden können, und
in einer bevorzugten Ausführungsform gemäss einem
dritten Aspekt der Erfindung wird eine Orientierungsschicht zur
Verfügung
gestellt, enthaltend ein oder mehrere Polymere entsprechend der
Erfindung in vernetzter Form. Solche Orientierungs-Schichten können verwendet
werden in der Herstellung von optischen, konstruktiven Elementen,
vorzugsweise in der Herstellung von Hybridschicht-Elementen.
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Die
Orientierungsschichten sind geeignet herstellbar aus einer Lösung des
Polymer-Materials. Die Polymerlösung
wird auf einen Träger
aufgetragen, welcher optional mit einer Elektrode versehen ist (beispielsweise
eine Glasplatte, beschichtet mit Indium-Zinn-Oxid (ITO) in einem
Spincoating-Prozess, zur Herstellung von homogenen Schichten einer
Dicke von 0.05 bis 50 μm.
Zur Auftragung des Polymer-Materials
können
generell verschiedene Beschichtungstechniken verwendet werden wie
Spincoating, Meniskuscoating, Wirecoating, Slotcoating, Offsetprint,
Flexoprint, und Gravur-Printing.
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Die
resultierende Schicht wird imidisiert, wenn erforderlich, und kann
dann selektiv orientiert werden durch Einstrahlung mit einer Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe,
einer Xenon-Lampe oder einem gepulsten UV-Laser, unter Verwendung
eines Polarisators und optional einer Maske zur Schaffung von Bildern
von Strukturen. Die Einstrahlungszeit hängt vom Output der individuellen
Lampe ab und kann von ein paar Sekunden bis zu mehreren Stunden
betragen. Die Vernetzungsreaktion kann auch durchgeführt werden
durch Einstrahlung unter Verwendung von Filtern, welche, beispielsweise,
nur die Strahlung geeignet für
die Vernetzungsreaktion hindurchlassen.
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Es
kann gesehen werden, dass die Polymerschichten der Erfindung in
der Herstellung von optischen oder elektro-optischen Vorrichtungen
mit wenigstens einer Orientierungsschicht verwendet werden können, sowie
auch für
unstrukturierte oder strukturierte optische Elemente und Mehrschicht-Systeme;
insbesondere zur Verwendung in Vertikal Aligned Nematic (VAN) LCDs
und Hybrid Aligned Nematic (HAN) LCDs.
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Eine
weitere Ausführungsform
des dritten Aspekts der Erfindung stellt eine optische oder elektrooptische
Vorrichtung enthaltend ein oder mehrere Polymere entsprechend dem
ersten Aspekt der Erfindung in vernetzter Form zur Verfügung. Die
elektrooptische Vorrichtung kann mehr als eine Schicht enthalten.
Die oder jede der Orientierungsschichten kann eine oder mehrere
Regionen von unterschiedlicher räumlicher
Orientierung enthalten.
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Die
Polymere in Übereinstimmung
mit der Erfindung werden detaillierter durch die folgenden Beispiele angegeben.
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Beispiel 1
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182.5
mg (0.9306 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
wurden zu einer Lösung von
0.501 g (1.0339 mmol) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butoxyphenyl)acryloyloxy]hexylester in
3.5 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Anschliessend wurde bei 0°C während 2
Std. gerührt.
Dann wurden 20.3 mg (0.1035 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
zugegeben. Man liess anschliessend die Mischung während 44
Std. bei Raumtemperatur reagieren. Die Polymermischung wurde mit
3.5 ml THF verdünnt,
in 200 ml Diethylether gekippt und durch Filtration gesammelt. Das
Polymer wurde ausgefällt
aus THF (10 ml) in 600 ml Wasser unter Ausbeute, nach Trocknen bei
Raumtemperatur unter Vakuum, von 0.61 g von Polyamidsäure 1 in
Form eines beigen Pulvers [η]
= 0.52 dL/g.
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Der
3,5-Diaminobenzoesäure
6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester, welcher
als Ausgangsmaterial verwendet wurde, wurde in Übereinstimmung mit der folgenden
Vorschrift hergestellt.
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Herstellung
von (E)-4-Butyloxy-3-Methoxyzimtsäuremethylester
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4.16
g (20.0 mmol) Ferulasäuremethylester
wurden in 115 ml 2-Butanon aufgelöst. 2.09 ml (22.0 mmol) n-Butylbromid
und 11.06 g (80 mmol) Kalziumcarbonat wurden zugegeben. Die Reaktions-Suspension wurde
dann unter Rückflusstemperatur
während
20 Std. erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde filtriert. Das Filtrat
wurde durch Abdampfen konzentriert. Das Rohprodukt wurde umkristallisiert
aus 42 ml Isopropylalkohol und lieferte 4.85 g (92 %) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäuremethylester
als weisse Kristalle.
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Herstellung
von (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure
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10
g (0.15 mol) Kaliumhydroxid wurde in einer Mischung von 200 ml Methylalkohol
und 5 ml Wasser aufgelöst.
4.85 g (18.35 mmol) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäuremethylester wurden zugegeben.
Die Reaktionsmischung wurde anschliessend auf 60°C erhitzt. Nach 2.5 Std. wurde
die Mischung durch Abdampfen konzentriert. Der Rest wurde in 100
ml kaltem Wasser aufgelöst
und auf pH=1 mit 13.5 ml hydrochloriger Säure 37 wt. % angesäuert. Das
Produkt wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen, und bei 50°C unter Vakuum
getrocknet, was 4.24 g (92 %) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure als
weisse Kristalle ergab.
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Herstellung
von (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure 6-hydroxyhexylester
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1.38
g (5.50 mmol) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure wurden in 3 ml Acetonitril
suspendiert. Eine Mischung von 0.84 g (5.50 mmol) 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en(1,5-5)
(DBU) und 3 ml Acetonitril wurden tropfenweise über eine Zeitspanne von 5 Minuten
zugegeben. 0.46 g (1.25 mmol) Tetrabutylammonium iodid und 0.68
g (5.00 mmol) 6-Chlorohexanol wurden zugegeben und die resultierende
Mischung wurde dann unter Rückfluss
während
6 Std. gehalten. Die Reaktionsmischung wurde gekühlt und dann unter Verwendung
von Ethylacetat und Wasser extrahiert. Die Ethylacetat-Phase wurde
mit Wasser gewaschen, über
Natriumsulfat getrocknet, gefiltert und durch Rotationsverdampfen
konzentriert. Der Rest wurde durch Chromatographie unter Verwendung
einer Silicagel-Säule
(120 g) und Toluol:Ethylacetat (1:1) als Laufmittel gereinigt, was
1.39 g (79 %) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure 6-hydroxyhexylester
als farbloses Öl
ergab.
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3,5-Dinitrobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloxy]hexylester
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3.00
g (8.56 mmol) (E)-4-Butyloxy-3-methoxyzimtsäure 6-hydroxyhexylester 2.07
g (8.98 mmol) 3,5-dinitrobenzoylchlorid und 10 mg 4-Dimethylaminopyridin
wurden in 30 ml Dichloromethan aufgelöst. Die Lösung wurde anschliessend auf
0°C gekühlt und
dann wurden 3.5 ml (43.36 mmol) Pyridin tropfenweise während 20
Min. zugegeben. Nach 2.5 Std. bei 0°C wurde die Reaktionsmischung
zwischen Dichloromethan und Wasser aufgeteilt. Die organische Phase
wurde wiederholt mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet,
filtriert und durch Rotationsverdampfen konzentriert. Chromatographie
des Restes über
50 g Silicagel unter Verwendung von Toluol:Ethylacetat (9:1) lieferte
3.80 g (81 %) 3,5-Dinitrobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
als gelbes Öl.
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3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
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3.80
g (6.98 mmol) 3,5-Dinitrobenzoesäure
6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester und 1.47
g (27.48 mmol) Ammoniumchlorid wurden in 75 ml einer Mischung bestehend
aus Methanol:Wasser 9:1 suspendiert. 9.07 g (0.139 mol) Zinkpulver
wurden dann in einer Portion beigegeben. Die Reaktionstemperatur
stieg auf 36°C.
Die Suspension wurde dann auf 40°C
erhitzt während
1.5 Std. Die Reaktions-Suspension wurde aufgeteilt zwischen Dichloromethan
und Wasser. Die resultierende Suspension wurde filtriert, die organische
Phase wurde mit einer gesättigten
Natriumbicarbonat-Lösung
und wiederholt mit Wasser gewaschen. Die organische Phase wurde
dann über
Natriumsulfat getrocknet, filtriert und durch Verdampfen konzentriert,
was 3.47 g (99 %) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxyhexylester als
gelbes Öl
ergab.
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Beispiel 2
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177.0
mg (0.9025 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
wurden zu einer Lösung von
0.500 g (1.0028 mmol) 3,5-Diaminobenzoe-säure 6-[3-(3-methoxy-4-pentyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
in 3.1 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Anschliessend wurde bei 0°C während zwei
Stunden gerührt. Dann
wurden weitere 19.7 mg (0.1003 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutan-tetracarboxylsäue-Dianhydrid zugegeben. Man
liess anschliessend die Mischung während 21 Std. bei Raumtemperatur
reagieren. Die Polymermischung wurde mit 3.5 ml THF verdünnt, in
200 ml Diethylether gestürzt
und gesammelt. Das Polymer wurde ausgefällt aus THF (10 ml) in 600
ml Wasser, was nach Trocknung bei Raumtemperatur unter Vakuum 0.59
g Polyamidsäure
2 in der Form eines beigen Pulvers ergab; [η] = 0.52 dL/g.
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Der
3,5-Diaminobenzoesäure
6-[3-(3-methoxy-4-pentyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester, welcher
als Ausgangsmaterial verwendet wurde, wurde hergestellt unter Verwendung
des Verfahrens entsprechend Beispiel 1.
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Beispiel 3
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182.1
mg (0.9285 mmol) von 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid wurden
zu einer Lösung
von 0.2572 g (0.5158 mmol) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-pentyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
zugegeben und 0.2500 g (0.5159 mmol) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(3-methoxy-4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
in 3.5 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Anschliessend wurde bei 0°C während 2 Std.
gerührt.
Dann wurden weitere 20.2 mg (0.1030 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid zugegeben.
Anschliessend liess man die Mischung während 22 Std. bei Raumtemperatur
reagieren. Die Polymermischung wurde mit 3.5 ml THF verdünnt, und
in 200 ml Diethylether gestürzt
und eingesammelt. Das Polymer wurde ausgefällt aus THF (10 ml) in 600
ml Wasser, was nach Trocknung bei Raumtemperatur unter Vakuum 0.65
g Polyamidsäure
3 in der Form eines beigen Pulvers ergab; [η] = 0.52 dL/g.
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Beispiel 4
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148.4
mg (0.7567 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
wurden zu einer Lösung von
500.0 g (0.8406 mmol) 3,5-Diaminobenzoe-säure 11-[3-(3-methoxy-4-cyclohexylmethoxyphenyl)acryloyloxy]undecylester
in 3.5 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Anschliessend wurde bei 0°C während 2
Std. gerührt. 16.5
mg (0.0841 mmol) von 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
wurden zugegeben. Man liess die Mischung anschliessend während 21
Std. bei Raumtemperatur reagieren. Die Polymermischung wurde mit 3.5
ml THF verdünnt
und in 200 ml Diethylether gestürzt
und eingesammelt. Das Polymer wurde ausgefällt aus THF (10ml) in 600 ml
Wasser, was nach Trocknung bei Raumtemperatur unter Vakuum 0.55
g Polyamidsäure 4
in Form eines beigen Pulvers ergab; [η] = 0.31 dL/g.
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Beispiel 5
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Die
Herstellung wurde analog zum Beispiel 1 durchgeführt unter Verwendung von 208.3
mg (0.1.062 mmol) von 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid
und 480.7 g (1.062 mmol) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(4-pentylphenyl)acryloyloxy]hexylester,
was 0.60 g Polyamidsäure
5 in der Form eines beigen Pulvers ergab; [η] = 0.94 dL/g.
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Beispiel 6
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Die
Herstellung wurde analog zum Beispiel 1 durchgeführt unter Verwendung von 215.7mg
(0.1.100 mmol) 1,2,3,4-Cyclobutantetracarboxylsäure-Dianhydrid und 480.7 g
(1.100 mmol) 3,5-Diaminobenzoesäure 6-[3-(4-butyloxyphenyl)acryloyloxy]hexylester
was 0.67 g Polyamidsäure
6 in Form eines beigen Pulvers ergab; [η] = 0.86 dL/g.
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Beispiel 7: Herstellung
einer Orientierungsschicht
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Eine
2 %-ige Lösung
einer Polyamidsäure
1 in Cyclopentanon wurde über
einen 0.2 μm
Teflonfilter filtriert und auf eine Glasplatte, welche mit Indium
Zinn Oxid (ITO), beschichtet worden war in einem Spincoating-Apparat
bei 3000 U/min während
60 Sekunden aufgetragen. Der resultierende Film wurde während 15
Minuten bei 130 °C
vorgetrocknet und dann während
einer Stunde bei 180°C
imidisiert unter Bildung des Polyimides.
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Die
so beschichtete Glasplatte wurde dann während 4 Minuten mit dem linear
polarisierten UV-Licht einer 350W Hochdruck-Quecksilberdampflampe
bestrahlt. Eine flüssigkristalline
Mischung von Diacrylaten wurde dann durch Spincoating auf die bestrahlte
Schicht aufgetragen und anschliessend durch isotropes UV-Licht während 30
Minuten vernetzt. Unter einem Polarisationsmikroskop wurde eine uniaxiale
doppelbrechende Schicht von orientierten Flüssigkristall-Molekülen beobachtet.
Unter Verwendung eines Tilt-Kompensators wurde betsätitgt, dass
die Orientierungsrichtung mit der Polarisationsrichtung des bei
der Bestrahlung der Polyimidschicht verwendeten Lichtes übereinstimmt.
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Beispiel 8: Herstellung
einer Orientierungsschicht mit einem definierten Tilt-Winkel
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Zwei
Glasplatten, beschichtet mit Polyamidsäure 1 wie in Beispiel 7 wurden
4 Minuten mit linear polarisiertem Licht angestrahlt, wobei die
Einstrahlungsrichtung des Lichtes 40° geneigt war, relativ zur Normalen der
Platte. Die Polarisationsrichtung des Lichtes wurde in der Ebene
gehalten, definiert durch den Einfallwinkel des Lichtes und der
Normalen der Platte. Aus beiden Platten wurde eine Zelle mit 20 μm Abstand
gebaut, so dass die bestrahlten Flächen gegeneinander zeigten
und die vorherigen Polarisationsrichtungen der Einstrahlung parallel
waren. Die Zelle wurde dann mit einer Flüssigkristallmischung, MLC6610
von Merck in der isotropen Phase bei 105°C gefüllt. Die Zelle wurde dann sukzessive
auf Raumtemperatur abgekühlt
mit einer Geschwinidgkeit im Bereich von 0.1 °C pro Minute, bis 2°C pro Minute.
Zwischen gekreuzten Polarisatoren wurde eine uniform orientierte
Flüssigkristallschicht
beobachtet. Der Tilt-Winkel dieser parallelen Zelle war 86°, bestimmt
durch Kristallrotations-Methode.
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Beispiel 9: Bestimmung
der Holding Ratio (HR)
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Zwei
Glasplatten, beschichtet in Übereinstimmung
mit Beispiel 7, wurden senkrecht während 4 Minuten mit linear
polarisiertem UV-Licht bestrahlt. Aus beiden Platten wurde eine
Zelle mit 4 μm
Abstand gebaut, so dass die angestrahlten Oberflächen gegeneinander zeigten
und die vorherigen Polarisationsrichtungen der Einstrahlung parallel
waren. Jede Zelle wurde dann bei 120°C unter Hochvakuum während 14
Std. gehalten und anschliessend mit einer TFT Flüssgkristallmischung, MLC6610
von Merck, im Vakuum bei Raumtemperatur gefüllt. Zwischen gekreuzten Polarisatoren
wurde eine uniform orientierte Flüssigkristallschicht beobachtet. Vor
dem Ausmessen der Holding Ratio (HR) wurde die Zelle zunächst einem
Alterungsprozess während
50 Std. bei 120°C
ausgesetzt. Der Spannungsabfall V (bei T = 20 ms) eines Spannungs-Stosses
von 64 μs
mit V0 (V bei t = 0) = 0.2 V wurde dann
gemessen über
eine Zeitspanne von T = 20 ms. Die Holding Ratio, die dann bestimmt
wurde, gegeben durch HR = Vrms (t = T)/V0, war 98 % bei Raum-Temperatur und 91 % bei 80°C.