TWI710588B - 用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法及藉由其製備之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜 - Google Patents
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Abstract
實施例係有關於一種用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,及藉由其製備之一種聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。此方法能製備於光學性質及機械性質係優異之一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。
Description
技術領域
實施例係有關於一種用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法。此方法能製備於光學性質及機械性質係優異之一種聚(醯胺-醯亞胺)薄膜光學。
發明背景技術
因為聚(醯胺-醯亞胺)(PAI)於耐磨擦性、耐熱性,及耐化學性係優異,其可用於諸如內層電絕緣(primary electrical insulation)、塗層、黏著劑、用於擠壓之樹脂、耐熱塗料、耐熱板、耐熱黏著劑、耐熱纖維,及耐熱薄膜之應用。
聚(醯胺-醯亞胺)用於各種領域。例如,聚(醯胺-醯亞胺)被製成粉末型式且作為用於一金屬或一磁線之一塗層。依其應用而定與其它添加劑混合。此外,聚(醯胺-醯亞胺)與一氟聚合物一起作為用於裝飾及防腐蝕之一塗料。其亦扮演將一氟聚合物與一金屬基材結合的角色。此外,聚(醯胺-醯亞胺)用於塗覆廚具,藉由其耐熱性及耐化學性值為用於氣體分離之一薄膜,及用於天然氣井以便過濾諸如二氧化碳、硫化氫,及雜質之污染物。
近年來,聚(醯胺-醯亞胺)已發展成一薄膜的型式,其係較不昂貴且具有優異之光學、機械,及熱特徵。
發明揭露
欲解決的問題
一實施例目的係提供一種用於製備無色、透明,且於機械性質係優異的聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之最佳方法。
此外,另一實施例目的係提供一種藉由上述製備方法製備之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜,及其之用途。
問題解決方式
於一實施例,提供一種用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其包含於一聚合反應裝置中使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一有機溶劑中同時或依序地混合及反應製備一聚合物溶液;將聚合物溶液轉移至一槽;以一惰性氣體吹洗此槽;將於此槽中之聚合物溶液鑄製於一帶上,然後將其乾燥製備一凝膠片;將凝膠片於其移動時熱處理而製備一經固化之薄膜;將經固化之薄膜於其移動時冷卻;及使用一捲器將經冷卻的固化薄膜捲繞。
於另一實施例,提供一種藉由上述用於製備(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法製備的聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。
發明有利功效
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法能確保一高處理效率,降低藉此製得之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的不良率,及以光學性質及機械性質而言實現優異性能。
用於實施本發明之詳細說明
以下,本發明參考實施例作詳細說明。實施例不限於以下揭露者。相反地,其等可被修改成各種不同型式,只要本發明之主旨不改變。
為了清楚例示說明圖式中之各層及各區域,某些區域或某些厚度係放大。於圖式中,為了方便解釋,某些層及區域的厚度被誇大。相同參考數字於整份說明書係指相同元件。
於此說明書中,除另有規定外,當一零件被稱為“包含”一元件,需瞭解此零件可亦可包含其它元件。
此外,除另有規定外,用於此處之有關於組分量、反應條件等之所有數字及表示需瞭解係以術語“約”作修飾。
第一、第二等之術語於此處係用以描述不同元件,且此等元件不應受此等術語所限制。此等術語僅係用於使一元件與其它者作區別之目的。
此外,術語“取代”於此處使用係意指以選自由氘、-F、-Cl、-Br、-I、一羥基基團、一氰基基團、一硝基基團、一胺基基團、一脒基基團、一肼基團、一腙基團、一酯基團、一酮基團、一羧基基團、一經取代或未經取代之烷基基團、一經取代或未經取代之烯基基團、一經取代或未經取代之炔基基團、一經取代或未經取代之烷氧基基團、一經取代或未經取代之脂環有機基團、一經取代或未經取代之雜環基團、一經取代或未經取代之芳基基團,及一經取代或未經取代之雜芳基基團所組成群組之至少一取代基團取代。上述列舉之取代基團可彼此連接形成一環。
一實施例提供一種用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法。
圖1係依據一實施例之一用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法的一示意流程圖。
參考圖1,用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法包含使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一聚合反應裝置中之一有機溶劑內同時或依序地混合及反應,以製備一聚合物溶液(S100);將聚合物溶液轉移至一槽(S200);以一惰性氣體吹洗此槽(S300);使聚合物溶液於此槽中鑄製成一帶材,然後使其乾燥製備一凝膠片(S400);將此凝膠片於其移動時熱處理而製備一經固化之薄膜(S500);使經固化之薄膜於其移動時冷卻(S600);及使用一捲器使經冷卻之固化薄膜捲繞(S700)。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜係主要由一聚(醯胺-醯亞胺)樹脂組成之一薄膜。聚(醯胺-醯亞胺)樹脂係包含作為一結構單元之呈一預定莫耳比率的一醯胺重複單元及一醯亞胺重複單元的一樹脂。
於用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,用於製備聚(醯胺-醯亞胺)樹脂之一聚合物溶液係藉由使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一 聚合反應裝置中之一有機溶劑內同時或依序地混合及反應而製備(S100)。
於一實施例,聚合物溶液可藉由使二胺化合物、二酐化合物,及二羰基化合物於一有機溶劑中同時混合及反應而製備。
於另一實施例,製備聚合物溶液之步驟可包含首先使二胺化合物及二酐化合物混合及反應製備一聚醯胺酸(PAA)溶液;及第二使聚醯胺酸(PAA)溶液及二羰基化合物混合及反應而同時形成一醯胺鍵及一醯亞胺鍵。聚醯胺酸溶液係包含一聚醯胺酸之一溶液。
於另一實施例,製備聚合物溶液之步聚可包含先使二胺化合物及二酐化合物混合及反應產生一聚醯胺酸(PAA)溶液;使聚醯胺酸溶液脫水產生一聚醯亞胺(PI)溶液;及第二使聚醯亞胺(PI)溶液及二羰基化合物混合及反應進一步形成一醯胺鍵。聚醯亞胺溶液係包含具有一 醯亞胺重複單元之一聚合物的一溶液。
於另一實施例,製備聚合物溶液之步驟可包含首先使二胺化合物及二羰基化合物混合及反應產生一聚醯胺(PA)溶液;及第二使PA溶液及二酐化合物混合及反應而進一步形成一醯亞胺鍵。聚醯胺溶液係包含具有一醯胺重複單元之一聚合物的一溶液。
因而製備之聚合物溶液可為包含含有選自由一聚醯胺酸(PAA)重複單元、一聚醯胺(PA)重複單元,及一聚醯亞胺(PI)重複單元所組成群組之至少一者的一聚合物之一溶液。
另外,包含於聚合物溶液中之聚合物包含自二胺化合物與二酐化合物之聚合反應衍生的一醯亞胺重複單元,及自二胺化合物與二羰基化合物之聚合反應衍生的一醯胺重複單元。
於一實施例,製備聚合物溶液之步驟可進一步包含引入一催化劑。
催化劑可包括,例如,β甲吡啶或乙酸酐,但不限於此等。進一步添加催化劑可促進反應速率及增強重複單元之間或重複單元之內的化學鍵結力量。
於一實施例,製備聚合物溶液之步驟可進一步包含調整聚合物溶液的黏度。
特別地,製備聚合物溶液之步驟可包含(a)使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一有機溶劑中同時或依序地混合及反應,製備一第一聚合物溶液;(b)測量第一聚合物溶液的黏度及評估是否達到目標黏度;及(c)若第一聚合物溶液之黏度未達到目標黏度,進一步添加二羰基化合物製備具有目標黏度之一第二聚合物溶液。
目標黏度於室溫可為100,000厘泊(cp)至500,000厘泊。特別地,目標黏度可為100,000厘泊至400,000厘泊,100,000厘泊至350,000厘泊,100,000厘泊至300,000厘泊,150,000厘泊至300,000厘泊,或150,000厘泊至250,000厘泊,但不限於此等。
於另一實施例,聚合物溶液中所含之固量含量可為10重量%至20重量%。特別地,第二聚合物溶液中所含之固體含量可為12重量%至18重量%,但不限於此等。
若聚合物溶液中所含之固體含量係於上述範圍內,一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可於擠壓及鑄製步驟有效地產生。此外,因而製備之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可具有以改良模數等而言之機械性質,及一低黃色指數等而言之光學性質。
於一實施例,製備聚合物溶液之步驟可進一步包含調整聚合物溶液之pH。於此步驟,聚合物溶液之pH可調整成4至7或4.5至7。
聚合物溶液之pH可藉由添加一pH調整劑而調整。pH調整劑不受特別限制,且可包括,例如,胺化合物,諸如,烷氧基胺、烷基胺,及烷醇胺。
若聚合物溶液之pH調整至上述範圍,可避免損及於其後方法之裝設,避免自聚合物溶液製造之薄膜中發生缺陷,及達成以黃色指數及模數而言之所欲光學性質及機械性質。
以聚合物溶液中之單體的總莫耳數為基準,pH調整劑可以0.1莫耳%至10莫耳%之量使用。
製備聚合物溶液之步驟可進一步包含以一惰性氣體吹洗此槽。以一惰性氣體吹洗此槽的步驟可移除水分,降低雜質,增加反應產率,及賦予最終產生之薄膜優異表面外觀及機械性質。
於此情況,惰性氣體可為選自由氮、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe),及氡(Rn)所組成群組之至少一者,但不限於此等。特別地,惰性氣體可為氮。
於以製備聚合物溶液之二酐化合物對二羰基化合物的莫耳比率可為20:80至80:20,例如,20:80至50:50。若二酐化合物及二羰基化合物係以上述莫耳比率使用,可有利地達成自聚合物溶液製備之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的所欲機械及光學性質。
二胺化合物係與二酐化合物形成一醯亞胺鍵及與二羰基化合物形成一醯胺鍵而藉此形成一共聚物之一化合物。
於上述化學式1中,
E可選自一經取代或未經取代之二價C6
-C30
脂族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C4
-C30
雜脂族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C6
-C30
芳香族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C4
-C30
雜芳香族環狀基團、一經取代或未經取代之C1
-C30
伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸炔基基團、-O-、-S-、-C(=O)-、-CH(OH)-、-S(=O)2
-、-Si(CH3
)2
-、-C(CH3
)2
-,及-C(CF3
)2
-。
e係選自1至5之整數。當e係2或更多,E可為彼此相同或不同。
更特別地,於上述化學式1中之(E)e
可為以上述化學式1-6b表示之基團。
於一實施例,二酐化合物可包含具有一含氟的取代基之一化合物。另外,二酐化合物可由具有一含氟的取代基之一化合物所組成。於此情況,此含氟的取代基可為一經氟化之烴基團,且特別地可為三氟甲基基團。但其不受此所限制。
於另一實施例,一種類之二胺化合物可作為此二胺化合物。即,此二胺化合物可由一單一組分所組成。
二酐化合物係具有一低雙折射率值之一化合物,使得其能促成諸如聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的穿透率之光學性質的增強。
於上述化學式2中,
G可藉由一鍵結基團鍵結,此鍵結基團係選自一經取代或未經取代之四價C6
-C30
脂族環狀基團、一經取代或未經取代之四價C4
-C30
雜脂族環狀基團、一經取代或未經取代之四價C6
-C30
芳香族環狀基團、一經取代或未經取代之四價C4
-C30
雜芳香族環狀基團,其中,脂族環狀基團、雜脂族環狀基團、芳香族環狀基團,或雜芳香族環狀基團可單獨存在,或可彼此鍵結形成一縮合環,一經取代或未經取代之C1
-C30
伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸炔基基團、-O-、-S-、-C(=O)-、-CH(OH)-、-S(=O)2
-、-Si(CH3
)2
-、-C(CH3
)2
-,及-C(CF3
)2
-。
例如,於上述化學式2中之G可為以上述化學式2-8a表示之基團。
於一實施例,二酐化合物可包含具有一含氟的取代基之一化合物。另外,此二酐化合物可由具有一含氟的取代基之一化合物所組成。於此情況,含氟的取代基可為一經氟化之烴基團,且特別地可為一三氟甲基基團。但其不限於此。
於另一實施例,此二酐化合物可由一單一組分或二組分的一混合物所組成。
二胺化合物及二酐化合物可聚合形成一聚醯胺酸。
其後,聚醯胺酸可經由一脫水反應轉化成一聚醯亞胺,且聚醯亞胺包含一醯亞胺重複單元。
於上述化學式A中,E、G,及e係如上所述。
於上述化學式A-1中,n係1至400之一整數。
於上述化學式3中,
J可選自一經取代或未經取代之二價C6
-C30
脂族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C4
-C30
雜脂族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C6
-C30
芳香族環狀基團、一經取代或未經取代之二價C4
-C30
雜芳香族環狀基團、一經取代或未經取代之C1
-C30
伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2
-C30
伸炔基基團、-O-、-S-、-C(=O)-、-CH(OH)-、-S(=O)2
-、-Si(CH3
)2
-、-C(CH3
)2
-,及-C(CF3
)2
-。
j係選自1至5之整數。當j係2或更多,J可為彼此相同或不同。
X係一鹵素原子。特別地,X可為F、Cl、Br、I等。更特別地,X可為Cl,但其不限於此等。
更特別地,於上述化學式3中之(J)j
可以下列化學式3-2b或3-3b表示之基團。
於一實施例,彼此不同之至少二種類之二羰基化合物的一混合物可作為二羰基化合物。若使用二或更多種二羰基化合物,至少二種其中於上述化學式3中之(J)j
係選自以上述化學式3-1b至3-8b表示的基團的二羰基化合物可作為二羰基化合物。
於另一實施例,二羰基化合物可為含有一芳香族結構之一芳香族二羰基化合物。
例如,二羰基化合物可包含一第一二羰基化合物及/或一第二二羰基化合物。
第一二羰基化合物及第二二羰基化合物可個別為一芳香族二羰基化合物。
第一二羰基化合物及第二二羰基化合物可為彼此不同之化合物。
例如,第一二羰基化合物及第二二羰基化合物可為彼此不同之芳香族二羰基化合物,但其等不限於此。
若第一二羰基化合物及第二二羰基化合物個別係一芳香族二羰基化合物,其等包含一苯環。因此,其等可促成因而製得之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的諸如表面硬度及抗拉強度之機械性質增強。
例如,第一二羰基化合物可包含BPDC,且第二二羰基化合物可包含TPC,但其等不限於此。
特別地,若以一適當組合使BPDC作為第一二羰基化合物且TPC作為第二二羰基化合物,因而製得之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可具有高的耐氧化性。
於上述化學式B中,E、J、e,及j係如上所述。
於上述化學式B-2中,y係1至400之一整數。
於另一實施例,聚合物溶液可包含藉由將一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物聚合而形成之一聚(醯胺-醯亞胺)聚合物。於此情況,二胺化合物可包含一種類之二胺化合物,二酐化合物可包含一種類之二酐化合物,且二羰基化合物可包含二種類之二羰基化合物。
另外,二胺化合物可由一種類之二胺化合物組成,二酐化合物可由一種類之二酐化合物組成,且二羰基化合物可由二種類之二羰基化合物組成。
如上所述,為聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之一主要組分的聚(醯胺-醯亞胺)樹脂係包含作為一結構單元之呈一預定莫耳比率的一醯胺重複單元及一醯亞胺重複單元的一樹脂。
可藉由適當控制醯亞胺重複單元及醯胺重複單元的含量,而無需一複雜方法,製造光學特徵、機械性質,及可撓性係以一均衡方式改良之一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。此外,可無需皆知技藝中採用之諸如沉澱.過濾、乾燥,及溶解之步驟,提供光學特徵、機械性質,及可撓性係以均衡方式改良之一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。醯亞胺重複單元及醯胺重複單元的含量可個別藉由芳香族二酐及二羰基化合物的量而控制。
聚(醯胺-醯亞胺)樹脂中之醯亞胺重複單元對醯胺重複單元的莫耳比率可為20:80至80:20,例如,20:80至50:50。於此情況,醯亞胺重複單元可為以上述化學式A表示之一重複單元,且醯胺重複單元可為以上述 化學式B表示之一重複單元。
若聚(醯胺-醯亞胺)樹脂之莫耳比率滿足上述範圍,其可藉由使用如上對於製造其所述般之單體輕易控制聚合物溶液的黏度。因此,輕易自凝膠片及經固化之薄膜製造一均勻薄膜,且於其表面上無缺陷。
有機溶劑可為選自由二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基乙醯胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、間-甲酚.四氫呋喃(THF),及氯仿所組成群組之至少一者。特別地,於一實施例,於聚合反應溶液中使用之有機溶劑可為二甲基乙醯胺(DMAc),但其不限於此。
其次,於製備聚合物溶液之步驟後,聚合物溶液被轉移至一槽(S200)。
圖2示意例示依據一實施例之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之一製程設施。參考圖2,如上所述之聚合物溶液係於一聚合反應裝置(10)中製備,且因而製得之聚合物溶液被轉移且貯存於一槽(20)內。
此處,一旦聚合物溶液被製備,將聚合物溶液轉移至槽的步驟係於無需任何額外步驟下實行。特別地,於聚合反應裝置中製備之聚合物溶液係於無用以移除雜質的任何分離沉澱及溶解步驟下轉移及貯存於槽中。於傳統方法中, 為移除於製備一聚合物溶液期間產生之諸如鹽酸(HCl)的雜質,因而製備之聚合物溶液係經由一分離步驟移除雜質而純化,然後,經純化之聚合物溶液溶解於一溶劑中。但是,於此情況,有活性成分之損失於移除離質步驟中增加的問題,造成產率減少。
因此,依據一實施例之製備方法最終使在製備聚合物溶液之步驟中產生之雜質的量達最小,或於其後步驟適當地控制雜質,即使存在一特定量之雜質,以便不會使最終薄膜的物理性質惡化。因此,此方法具有一薄膜係於無分離沉澱或溶解步驟下製得的一優點。
槽(20)係在將聚合物溶液形成一薄膜之前用以將其貯存之一位置,且其內部溫度可為-20℃至20℃。
特別地,內部溫度可為-20℃至15℃,-20℃至10℃,-20℃至5℃,或-20℃至0℃,但其不限於此等。
若槽(20)的溫度控制於上述範圍,可避免聚合物溶液於貯存期間惡化,且可降低水分含量,藉此避免自其製得之薄膜的缺陷。
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法可進一步包含實行將轉移至槽(20)的聚合物溶液真空脫氣。
真空脫氣可於將槽之內部壓力減壓到0.1巴至0.7巴之後實行30分離至3小時。於此等條件下之真空脫氣可降低聚合物溶液中之氣泡。因此,可避免自其製得之薄膜的表面缺陷,並且達成優異之諸如霧度的光學性質。
此外,用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法可進一步包含以一惰性氣體吹洗轉移至槽(20)的聚合物溶液(S300)。
特別地,吹洗係藉由以於1 atm至2 atm之一內部壓力的一惰性氣體吹洗此槽而實行。於此等條件下之氮吹洗可移除聚合物溶液中之水分,降低雜質藉此增加反應產率,及達成優異之諸如霧度及機械性質之光學性質。
真空脫氣之步驟及以氮氣吹洗此槽之步驟係個別地於一個別方法實施。
例如,真空脫氣之步驟可被實行,其後係以氮氣吹洗此槽之步驟,但其不限於此。
真空脫氣之步驟及/或以氮氣吹洗此槽之步驟可改良因而製得之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的表面物理性質。
其後,此方法可進一步包含將聚合物溶液貯存於槽(20)中持續12小時至360小時。此處,槽內之溫度可保持於-20℃至20℃。
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法可進一步包含將於槽內之聚合物溶液鑄製,然後,將其乾燥製備一凝膠片(S400)。
聚合物溶液可鑄製於一鑄製體上,諸如,一鑄製輥或一鑄製帶。
參考圖2,於一實施例,在移動時,聚合物溶液施用於作為一鑄製體之一鑄製帶(30)上,並且使其乾燥,製成呈一凝膠型式之一片材。
當聚合物溶液被注射於鑄製帶(30)上時,注射量可為300克/分鐘至700克/分鐘。若聚合物溶液之注射量滿足上述範圍,凝膠片可均勻形成為一適當厚度。
此外,聚合物溶液之鑄製厚度可為200 µm至700 µm。若聚合物溶液鑄製成於上述範圍內之一厚度,乾燥及熱處理後製得之最終薄膜可具有一適當且均匀的厚度。
聚合物溶液被鑄製,然後於60℃至150℃之一溫度乾燥5分鐘至60分鐘,製成一凝膠片。聚合物溶液之溶劑於乾燥期間部分或完全揮發,製成此凝膠片。
如上所述,聚合物溶液於室溫之黏度可為100,000厘泊至500,000厘泊,例如,100,000厘泊至400,000厘泊,100,000厘泊至350,000厘泊,100,000厘泊至300,000厘泊,或150,000厘泊至350,000厘泊。若黏度滿足上述範圍,聚合物溶液可於一帶上鑄製成一均匀厚度且無缺陷。
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法包含將凝膠片於移動時熱處理而製備一經固化之薄膜(S500)。
參考圖2,凝膠片之熱處理可藉由使其通過一熱固化裝置(40)而實行。
凝膠片之熱處理可於80℃至500℃之一溫度範圍,以2℃/分鐘至80℃/分鐘之一升溫速率,實行5分鐘至40分鐘。特別地,凝膠片之熱處理可於80℃至470℃之一溫度範圍,以10℃/分鐘至80℃/分鐘之一升溫速率,實行5分鐘至30分鐘。
於此情況,凝膠片之熱處理的起始溫度可為80℃或更高,且熱處理之最大溫度可為300℃至500℃。例如,熱處理之最大溫度可為350℃至500℃,380℃至500℃,400℃至500℃,410℃至480℃,410℃至470℃,或410℃至450℃。
即,參考圖2,熱固化裝置(40)之入口溫度可為熱處理之起始溫度,且熱固化裝置(40)內部之一特定區域的溫度可為熱處理之最大溫度。
於此等條件下之熱處理可將凝膠片固化而具有適當之表面硬度及模數,且同時確保經固化之薄膜的高光穿透率及低霧性。
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法包含將經固化之薄膜於其移動時冷卻(S600)。
參考圖2,經固化之薄膜的冷卻可於其已通過熱固化裝置(40)之後實行。其可藉由使用一個別冷卻腔室(未示出)或藉由形成一適當溫度氛圍而無一個別冷卻腔室而實行。
將經固化之薄膜於其移動時冷卻之步驟可包含以100℃/分鐘至1,000℃/分鐘之一速率使溫度降低之一第一降溫步驟,及以40℃/分鐘至400℃/分鐘之一速率使溫度降低之一第二降溫步驟。
於此情況,特別地,第二降溫步驟係於第一降溫步驟之後實施。第一降溫步驟之降溫速率可比第二降溫步驟之降溫速率快。
例如,第一降溫步驟之最大速率係比第二降溫步驟之最大速率快。另外,第一降溫步驟之最小速率係比第二降溫步驟之最小速率快。
若將經固化之薄膜冷卻之步驟係以一多階段方式實行,可使經固化之薄膜的物理性質進一步穩定化,且使於固化步驟期間達成之薄膜的光學性質及機械性質更穩定地維持一段長時間。
凝膠片之移動速度及經固化之薄膜的移動速度係相同。
用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法包含使用一捲器(S700)將經冷卻之固化薄膜捲繞。
參考圖2,經冷卻之固化薄膜可使用一輥狀捲器(50)捲繞。
於此情況,乾燥時凝膠片於帶上之移動速度對捲繞時固化薄膜之移動速度的比率係1:0.95至1:1.40。特別地,移動速度之比率可為1:0.99至1:1.20,1:0.99至1:1.10,或1:1.10至1:1.05,但其不限於此等。
若移動速度之比率係於上述範圍外,經固化之薄膜的機械性質會受損,且可撓性及彈性性質會惡化。
特別地,乾燥時凝膠片於帶上之移動速度可為0.1公尺/分鐘至15公尺/分鐘,例如,0.5公尺/分鐘至10公尺/分鐘。
在用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,依據下列方程式1之厚度變化(%)可為3%至30%,例如,5%至20%。
[方程式1]
厚度變化(%) = (M1 - M2)/M2 × 100
於上述方程式1中,M1係凝膠片之厚度(µm),且M2係經冷卻之固化薄膜於捲繞時之厚度(µm)。
依據上述製備方法製得之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有高耐氧化性,且能確保優異光學性質,諸如,高光穿透率、低霧度,及低黃色指數(YI)。再者,以模數、伸長率、抗拉特徵,及彈性貯存力而言,可於需要可撓性之一其材上達成長期穩定機械性質。
此外,於用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之傳統方法,諸如鹽酸(HCl)之副產物於聚合反應時產生。於分離沉澱、過濾,及乾燥步驟移除此等副產物之後,形成物再次溶解於一溶劑中製備用於形成一薄膜之一組成物。但是,當此等沉澱、過濾、乾燥,及溶解步驟實行時,具有產率顯著降低的問題。相反地,於依據一實施例之製備方法,聚合物溶液不應接受分離沉澱、過濾、乾燥,及溶解步驟。因為於聚合反應步驟製得之聚合物溶液可直接施用於鑄製步驟,產率可顯著增進。
此外,於用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之傳統方法,以氮氣吹洗之步驟於用於形成一薄膜之熱處理步驟被採用,以便確保薄膜之透明性及避免其黃化。相反地,於依據一實施例之製備方法,即使氮吹洗於薄膜形成及熱處理步驟未被實行,亦可達成優異光學性質。因此,可除去雜質於製備方法中摻雜及光學性質以外之其它物理性質會受損的可能性。
於另一實施例,提供一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜,其係 藉由上述用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法製備。
藉由上述製備方法製備之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜於光學性質及機械性質係優異。此聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可應用於需要可撓性及透明性之各種用途。例如,聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可應用於太陽能電池、顯示器、半導體裝置、感應器等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可具有80%或更多之一總光穿透率。特別地,聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之總光穿透率可為80%至99%。例如,其可為85%至99%,或88%至99%。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜可具有3%或更少之霧度。例如,霧度可為2%或更少,或1%或更少。
於室溫測量時,聚(醯胺-醯亞胺)薄膜於MD方向可具有5 GPa至10 GPa之一模數。例如,模數可為6 GPa至10 GPa,或7 GPa至10 GPa。此外,於TD方向之模數可為5 GPa至10 GPa,或6 GPa至10 GPa。
當聚(醯胺-醯亞胺)薄膜以一UTM壓模模式,使用一2.5 mm球形尖部,以10 mm/分鐘之一速率穿孔時,包括裂紋之穿孔的最大直徑(mm)係60 mm或更少。特別地,穿孔之最大直徑可為5至60 mm,10至60 mm,15至60 mm,20至60 mm,25至60 mm,或25至58 mm,但其不限於此等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有0.4 kgf/µm或更多之一壓縮強度。特別地,壓縮強度可為0.45 kgf/µm或更多,或0.46 kgf/µm或更多,但其不限於此等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有5或更少之一黃色指數。特別土也,黃色指數可為3或更少,2.9或更少,2.7或更少,2.5或更少,2.3或更少,2.2或更少,或2.1或更少,但其不限於此等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有HB或更多之一表面硬度。特別地,表面硬度可為H或更多,或2H或更多,但其不限於此等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有15 kgf/mm2
或更多之一抗拉強度。特別地,抗拉強度可為18 kgf/mm2
或更多,20 kgf/mm2
或更多,21 kgf/mm2
或更多,或22 kgf/mm2
或更多,但其不限於此等。
聚(醯胺-醯亞胺)薄膜具有15%或更多之一伸長率。特別地,伸長率可為16%或更多,17%或更多,或17.5%或更多,但其不限於此等。
如上所述之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的各種特徵可被組合。
如上所述之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的物理性質係以40 µm至60 µm之一厚度為基準。例如,聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之物理性質係以50 µm之一厚度為基準。此外,“MD方向”係指帶於製備薄膜期間移動的方向,且“TD方向”係指與MD方向垂直之方向。
如上所述之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜的性質係藉由如上所述之構成聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之組分的化學及物理性質組合,及用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法的每一步驟中之條件所實現的結果。
以下,上述說明將參考範例作詳細說明。但下列範例係打算用以例示本發明,且此等範例之範圍並非僅限於此。
範例
裝設一可控溫雙夾套的一1,000公升聚合反應裝置係於一氮氛圍下於20℃注入作為一有機溶劑之二甲基乙醯胺(DMAc)。然後,添加作為一芳香族二胺之2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯(TFDB)並且溶解。
其後,於作為一芳香族二酐之2,2'-雙(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6-FDA)緩慢添加時,混合物攪拌1小時。
然後,添加作為一第一二羰基化合物之1,1'-二苯基-4,4'-二羰基二氯化物(BPDC),其後,將混合物攪拌1小時。且添加作為一第二二羰基化合物之對苯二甲醯氯(TPC),其後將混合物攪拌1小時,藉此製備一第一聚合物溶液。
因而製備之第一聚合物溶液的黏度被測量。若測得之黏度未達目標黏度,製備為10重量%之濃度的於一DMAc有機溶劑中之一TPC溶液,且1毫升之TPC溶液添加至第一聚合物溶液,其後將混合物攪拌30分鐘。重複此程序至黏度變成200,000厘泊為止,藉此製備一第二聚合物溶液。
第二聚合物溶液轉移至一槽,且於-10℃貯存。將此槽脫氣1.5小時,使得此槽內之壓力為0.3巴。然後,此槽以1.5 atm之一內部壓力的一氮氣吹洗。於吹洗時,第二聚合物溶液於此槽中貯存30小時。
其後,第二聚合物溶液被鑄製,然後以於80℃之熱空氣乾燥30分鐘,藉此產生一凝膠片。然後,凝膠片於移動時接受於80℃至500℃之一溫度範圍,以2℃/分鐘至80℃/分鐘之一升溫速率的熱處理,持續30分鐘。其後,一第一降溫步驟係藉由以800℃/分鐘之一速率使溫度降低而實行,其後藉由以100℃/分鐘之一速率使溫度降低實行一第二降溫步驟,藉此獲得一聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。此薄膜使用一捲器捲繞。於此情況,乾燥時凝膠片於帶上之帶速度係1公尺/秒。捲器之速度被控制,使得乾燥時凝膠於帶上之帶速度對捲繞時薄膜的帶速度之比率係於1:1.01至1:1.10之範圍內。
範例2
一薄膜以相同方式製備,除了製備之第二聚合物溶液被轉移且貯存於維持在0℃之一槽內。
範例3
一薄膜以相同方式製備,除了製備之第二聚合物溶液被轉移且貯存於維持在30℃之一槽內。
範例4
一薄膜係以與範例1相同之方式製備,除了“將第二聚合物溶液於槽內貯存30小時之步驟”於吹洗第二聚合物溶液之後未被實行。
範例5
一薄膜係以與範例1相同之方式製備,除了“脫氣5小時使得槽內之壓力為0.3巴之一步驟”被實行,以替代“脫氣1.5小時使得槽內之壓力為0.3巴之一步驟”。
範例6
一薄膜係以與範例1相同之方式製備,除了“脫氣1.5小時使得槽內之壓力係0.3巴的一步驟”於吹洗第二聚合物溶液之後未被實行。
比較例1
一薄膜係以與範例1相同之方式製備,除了“以一氮氣吹洗此槽之步驟”於將第二聚合物溶液轉移至此槽之後未被實行。
評估例
依據範例1至6及比較例1之薄膜每一者被測量及評估下列性質。
評估例1:測量薄膜厚度
厚度於寬度方向之5點使用Mitutoyo公司製造之一數位微測計547-401測量。其等之平均值被採用作為厚度。
評估例2:測量光穿透率
於550 nm之穿透率係使用Nippon Denshoku Kogyo製造之一霧度計NDH-5000W測量。
評估例3:測量霧度
霧度係使用Nippon Denshoku Kogyo製造之一霧度計NDH-5000W測量。
評估例4:測量黃色指數
黃色指數(YI)係以一分光光度計(UltraScan PRO, Hunter Associates Laboratory)使用一CIE比色系統測量。
評估例5:測量模數
一樣品係以於與薄膜之主要收縮方向垂直的方向為至少5公分且於主要收縮方向為10公分切割。將其以呈5公分間隔置放之夾具固定於Instron之一萬用測試機UTM 5566A。於室溫以5 mm/分鐘之一速率拉伸時,獲得一應力-應變曲線至樣品破裂為止。應力-應變曲線中之載重相對於起始應變的斜率被取作為模數(GPa)。
評估例6:測量伸長率
一樣品係以於與薄膜之主要收縮方向垂直的方向為至少5公分且於主要收縮方向為10公分切割。將其以呈5公分間隔置放之夾具固定於Instron之一萬用測試機UTM 5566A。於室溫以5 mm/分鐘之一速率拉伸時,獲得一應力-應變曲線至樣品破裂為止。應力-應變曲線中於破裂時最大伸長比率被定義為伸長率(%)。
評估例7:測量抗拉強度
一樣品係以於與薄膜之主要收縮方向垂直的方向為至少5公分且於主要收縮方向為10公分切割。將其以呈5公分間隔置放之夾具固定於Instron之一萬用測試機UTM 5566A。於室溫以5 mm/分鐘之一速率拉伸時,獲得一應力-應變曲線至樣品破裂為止。應力-應變曲線中於破裂時使用之最大力量被定義為抗拉強度(kgf/mm2
)。
[表2]
由上述表2可看出,與比較例1之製備方法相比,範例1至6之製備方法能製造於 光學性質及機械性質係之聚(醯胺-醯亞胺)薄膜。
標號說明
10‧‧‧聚合反應裝置
20‧‧‧槽
30‧‧‧帶
40‧‧‧熱固化裝置
50‧‧‧捲器
圖式簡要說明
圖1係依據一實施例之一用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法的一示意流程圖。
圖2係示意地例示依據一實施例之用於製備(醯胺-醯亞胺)薄膜的一製程設備。
S100~S700‧‧‧步驟
Claims (16)
- 一種用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其包含:於一聚合反應裝置中使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一有機溶劑中同時或依序地混合及反應,以製備一聚合物溶液;將該聚合物溶液轉移至一槽;該聚合物溶液轉移至該槽之後實行真空脫氣;以一惰性氣體吹洗該槽;將於該槽中之該聚合物溶液鑄製於一帶上,然後將其乾燥以製備一凝膠片;將該凝膠片材於其移動時熱處理以製備一經固化之薄膜;將該經固化之薄膜於其移動時冷卻;及使用一捲器將該經冷卻的固化薄膜捲繞。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,製備該聚合物溶液之該步驟可包含(a)使一二胺化合物、一二酐化合物,及一二羰基化合物於一有機溶劑中同時或依序地混合及反應,製備一第一聚合物溶液;(b)測量該第一聚合物溶液的黏度及評估是否達到目標黏度;及(c)若該第一聚合物溶液之該黏度未達到該目標黏 度,進一步添加該二羰基化合物以製備具有該目標黏度之一第二聚合物溶液。
- 如請求項2之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該目標黏度於室溫係100,000厘泊至300,000厘泊。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其進一步包含於製備該聚合物溶液之該步驟中以一惰性氣體吹洗該聚合反應裝置之步驟。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,一旦該聚合物溶液被製備,將該聚合物溶液轉移至該槽之步驟係於無任何額外步驟下實行。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該槽之起始溫度係-20℃至20℃。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該真空脫氣係於將該槽之內部壓力減壓到0.1至0.7巴之後實行30分鐘至3小時。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該吹洗係以1atm至2atm之一內部壓力的一惰 性氣體吹洗該槽而實行。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其進一步包含於該吹洗步驟之後將該聚合物溶液於該槽中貯存12小時至360小時。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該聚合物溶液被鑄製,然後於60℃至150℃之一溫度乾燥5分鐘至60分鐘而製備一凝膠片。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該熱處理係於80℃至500℃之一溫度範圍,於2℃/分鐘至80℃/分鐘之升溫速率,實行5至40分鐘。
- 如請求項11之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,該凝膠片之該熱處理的起始溫度係80℃或更高,且該熱處理之最大溫度係300℃至500℃。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,將該經固化之薄膜於其移動時冷卻之步驟包含一第一降溫步驟,其係以100℃/分鐘至1,000℃/分鐘之一速率使溫度降低,及一第二降溫步驟,其係以40℃/分鐘至400℃/分鐘之一速率使溫度降低; 該第二降溫步驟係於該第一降溫步驟之後實施;且該第一降溫步驟之該降溫速率係比該第二降溫步驟之該降溫速率快。。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,乾燥時該凝膠片於該帶上之移動速度對捲繞時該固化薄膜之移動速度的比率係1:0.95至1:1.40。
- 如請求項1之用於製備聚(醯胺-醯亞胺)薄膜之方法,其中,依據下列方程式1之厚度變化(%)係3%至30%;[方程式1]厚度變化(%)=(M1-M2)/M2×100,於上述方程式1中,M1係該凝膠片之厚度(μm),且M2係該經冷卻之固化薄膜於捲繞時之厚度(μm)。
- 一種聚(醯胺-醯亞胺)薄膜,其係藉由如請求項1之製備方法製備。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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