[發明專利]一種高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數聚酰亞胺及其制法和應用

有效

• 申請號: 201710448825.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107200845B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 房強;王元強;金凱凱;孫晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海有機化學研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C07D251/18;C07D251/70
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 馬思敏;王正君

本發明涉及一種高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數聚酰亞胺及其制法和應用。具體地，本發明的聚酰亞胺的制備方法以三聚氯氰為原料，通過格氏反應、取代反應和還原反應制備含交聯基團的新型二元胺。該二胺與芳香族二元酐在極性非質子溶劑中反應獲得一定粘度的聚酰胺酸，然后在高溫下進行閉環和固化處理，得到高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數聚酰亞胺。本發明所提出的芳香族二元胺的制備工藝簡單，操作方便，產率高，適合放大制備。特別地，該芳香二胺可作為第三單體，引入傳統聚酰亞胺的制備工藝中，可提升聚酰亞胺的耐熱性和機械強度。

技術領域

本發明屬于高性能聚合物的制造領域，具體涉及一種制造高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數聚酰亞胺的方法及其應用。

背景技術

柔性電子與柔性顯示技術是未來電子信息產業發展的重要發展方向。柔性電子產品具有輕便，可彎曲甚至可折疊的特點，被認為將逐步取代傳統電子設備成為未來的主流產品。Displaybank對未來柔性顯示技術動向及市場展望做了分析與預測，其報告稱，從2015年到2020年柔性顯示市場規模將從的11億美金增長至420億美金，約占整體平板顯示市場的16％。該行業的巨大發展潛力已經吸引了全球該領域巨頭的廣泛關注，并早已做出了大量的研發投入。

與柔性電子產品相關的各種關鍵材料的研發是該行業發展的重要支撐，其中柔性基板是實現器件柔性化的重要材料，其對柔性器件起著保護和支撐的重要作用，并對器件的壽命和穩定性有著重要的影響。柔性基板材料的研制與開發是近年來相關行業十分關注的問題。柔性基板材料需要良好的耐熱性和高溫尺寸穩定性，較高的柔韌性，以柔性顯示器為例，在制作過程中往往需要在較高的溫度下進行，例如在利用低溫多晶硅技術制造TFT背板組件時加工溫度往往高達300-500℃，這要求柔性基板具有很高的玻璃化轉變溫度，至少要高于400℃。

在常見的聚合物基板材料中，聚酰亞胺由于具有優異的耐熱性、力學性能、耐化學腐蝕性等滿足柔性基板材料的技術要求，已成為柔性基板材料的首選。柔性顯示器件的制作工藝對柔性基板材料的耐高溫性及熱尺寸穩定性有很高的要求，往往需要材料的玻璃化轉變溫度高于450℃且線性熱膨脹系數需小于10ppm/℃，同時還需要其聚酰胺酸溶液具有較低的黏度以滿足可以涂覆的需求。但能同時滿足上述條件的聚酰亞胺還鮮有報道，獲得高耐熱的聚酰亞胺材料的方法還較少，并且很少有聚酰亞胺能同時具有高的玻璃化轉變溫度及低的熱膨脹系數。

在已報道的制備高耐熱聚酰亞胺的方法中，往往需要制備分子量非常高的聚酰亞胺才能使其玻璃化轉變溫度高于450℃。但是這種聚酰亞胺的黏度非常高，只能用拉伸等加工方式制備成薄膜，不能用涂覆的方式，這不滿足柔性顯示器件加工工藝的需求。本領域迫切需要開發一種獲得具有高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數且便于加工的聚酰亞胺的方法。

目前PI柔性基板的研究主要集中在日本、韓國、美國以及臺灣，國內還沒有相關的突破性進展報道，相關的專利技術也集中在杜邦、Ube、東芝和三星等公司，在將來的柔性顯示領域我國還缺少核心技術競爭力，所以開發具有自主知識產權的滿足柔性顯示需求的柔性PI基板材料是非常迫切的。而且現有報道的PI性能還在不斷有優化中，仍無成熟產品形成，所以需開發性能更優異的PI基板材料。

發明內容

本發明的目的提供一種制造高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數聚酰亞胺的方法及其應用。

本發明的第一方面提供了一種具有高玻璃化轉變溫度和低熱膨脹系數的聚酰亞胺，具有如下式I和/或式II所示的化學結構：

式中，R₁為選自下組的基團：

R₂為選自下組的基團：

Ar為選自下組的基團：