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耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

2021-03-20 16:10:17

耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

  技术领域

  本发明涉及功能性聚酰亚胺领域,更具体地,涉及一种耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

  背景技术

  标准全芳香族聚酰亚胺(PI)薄膜通常被称为“黄金薄膜”,这主要是由于其金黄色的外观。这种颜色产生的主要原因是由于全芳香族PI分子结构中,电荷会在作为电子给体的二胺单元以及作为电子受体的二酐单元直接发生转移,在这种电荷转移(CT)过程中会发生对可见光的显著吸收,从而使得PI薄膜呈现出较深的颜色。这种CT作用既可以发生在分子链内部,也可发生于分子链之间。较深的颜色限制了标准全芳香族PI薄膜在先进光电领域中的应用。为了获得无色透明的PI薄膜就需要尽可能减少或消除上述CT作用。目前较为有效的手段是将具有强电负性的基团,如三氟甲基、砜基等引入PI分子结构中来切断CT通道,或者将脂肪族或脂环结构引入PI分子链中,减少电子云的共轭作用,同样达到切断CT通道的目的。第一种途径衍生的典型无色透明PI(CPI)薄膜主要以含氟全芳香族CPI为主。例如,美国杜邦公司在专利US 7550194,韩国Kolon公司在专利US 8846852中均报道了采用含氟芳香族二酐单体,4,4'-(六氟异丙烯)双邻苯二甲酸酐(6FDA)与刚性芳香族二酐,3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)以及含氟芳香族二胺单体2,2'-双(三氟甲基)联苯二胺(TFMB)共聚制备CPI薄膜的工艺。而第二种途径则主要是以脂环二酐单体与芳香族二胺单体聚合制备的半脂环族CPI薄膜为主。例如,日本三菱瓦斯株式会社在专利US 8357322中报道了基于氢化均苯四甲酸二酐(HPMDA)与芳香族二胺单体的CPI薄膜。

  上述改性措施虽然可以赋予PI薄膜无色和优良的光学透明性,但是同时会在一定程度上牺牲全芳香族PI薄膜固有的优良特性,例如耐热稳定性、阻燃性能等。其中,抗紫外(UV)辐照稳定性的劣化会严重影响CPI薄膜的实际使用寿命。研究表明,无论是引入含氟基团或是引入脂环结构,所制备的CPI薄膜的抗UV辐照特性都会显著降低。CPI薄膜应用过程中的UV辐射主要来自太阳辐照,是一种波长在100~400nm之间的高能辐射,可分为UV-A(315~400nm)、UV-B(280~315nm)和UV-C(100~280nm)三部分。大多数短波长的光,如UV-B和UV-C都会被臭氧层和地球大气吸收。然而,UV-A不受臭氧层的影响,并会到达地球表面,对CPI薄膜造成损害。UV-A可被CPI薄膜分子结构中的羰基等官能团吸收,并破坏化学键,产生自由基。自由基会导致CPI薄膜表面裂纹和黄变。因此,这种UV光降解既会削弱CPI薄膜的力学性能,同时也会缩短其使用寿命。

  现有的透明高分子薄膜,如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等薄膜的抗UV辐照措施主要是添加紫外线吸收剂或稳定剂,如受阻胺类稳定剂(HALS)等。但常规UV稳定剂的耐热稳定性较差,无法适应CPI薄膜制备过程中的高温处理(≥280℃)工序的应用需求。因此无法应用于CPI薄膜的抗UV应用中。而另外一些耐高温型抗UV稳定剂往往又具有较深的颜色,加入CPI薄膜基体中往往会破坏薄膜的光学性能。因此,如何在赋予CPI薄膜良好耐UV辐照特性的同时,保持其高耐热性以及高透明性是目前研究学者需要解决的问题。

  发明内容

  本发明的第一目的是提供一种耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜。

  该耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜,由如下式I所示的PI基体树脂与受阻胺类UV稳定剂复合制得;

  

  所述式I中,中的至少一种;

  所述受阻胺类UV稳定剂的数均分子量不低于1000g/mol。

  本发明通过将高分子量(数均分子量不低于1000g/mol)受阻胺类(HALS)UV稳定剂加入到如式I所示的半脂环结构无色透明聚酰亚胺薄膜基体中,在不改变CPI薄膜透明性的同时,使得薄膜达到抗UV辐照的目的。

  本发明的PI基体数脂是可溶性PI基体。常规聚酰亚胺由于本身不溶的特性,因此首先是合成其前驱体——聚酰胺酸(PAA),然后再高温亚胺化(350℃)成膜。一方面,PAA分子结构中的-COOH会与HALS类UV稳定剂发生反应,因此会降低这类UV稳定剂的功效。另一方面,高达350℃的亚胺化温度也会使常规HALS类UV稳定剂发生分解。本发明使用的可溶性PI基体由于已经亚胺化完全,因此不含有-COOH等酸性游离基,不会与HALS发生反应。另一方面,可溶性PI树脂溶液固化温度相对较低,也不会引起HALS的分解。本发明将如式I所示的PI基体树脂与数均分子量不低于1000g/mol的受阻胺类UV稳定剂复合,可以在不改变薄膜透明性的同时,使得薄膜具有优良的抗UV辐照性能。

  在本发明一个优选实施方式中,所述PI基体树脂的结构式I中,

  在本发明一个优选实施方式中,所述受阻胺类UV稳定剂为齐聚物或高聚物;所述受阻胺类UV稳定剂为如式II~式V中任一项所示的结构式:

  

  

  其中,所述式II~式V所示结构通式中,n为0-200的整数,n不为0。更优选地是,所述受阻胺类UV稳定剂为式II所示的结构式。

  在本发明一个优选实施方式中,所述耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜中受阻胺类UV稳定剂的质量分数为0.001-10%,优选为0.1-1.0%。

  在本发明一个优选实施方式中,所述耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法包括如下步骤:将所述PI基体树脂和受阻胺类UV稳定剂分别溶于有机溶剂中,将两者混合得复合溶液,涂覆成膜,即得。

  其中,所述复合溶液的固含量优选为1-30wt%,优选为10-25wt%。

  在本发明中,该耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜的厚度可以根据实际需求来进行调控,优选为20-30μm。

  本发明的第二目的在于提供上述耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜的制备方法,该制备方法包括如下步骤:

  (1)将所述PI基体树脂与受阻胺类UV稳定剂分别溶于有机溶剂中,将两者混合得复合溶液;

  (2)将所述复合溶液涂覆在玻璃板上,最终在50-300℃下固化0.5-15小时。

  其中,步骤(1)中的有机溶剂优选为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)及其按任意比例混合而成的混合物。

  在本发明一个优选实施方式中,步骤(1)中,所述复合溶液的固含量为1-30wt%,优选为10-25wt%。即,复合溶液中PI基体树脂与UV稳定剂的总固含量为1-30wt%,优选为10-25wt%。

  在本发明一个优选实施方式中,步骤(2)中,最终固化温度优选为50-250℃,固化时间优选为5-12小时。本发明中固化采用阶梯式升温固化,优选按照如下程序升温固化:50℃/0.5-1h;80℃/2-3h;120℃/0.5-1h;150℃/0.5-1h;180℃/0.5-1h;200℃/1-2h;250℃/1-2h。

  在本发明一个优选实施方式中,所述PI基体树脂的制备方法包括如下步骤:

  1)将二胺单体溶于非质子强极性溶剂中,通氮气搅拌形成均相溶液,分批加入脂环二酐单体和催化剂,反应,得到粘稠聚酰胺酸(PAA)溶液;

  2)将所述粘稠PAA溶液中加入甲苯共沸剂,升温回流脱水。补加少量溶剂,继续升温至160-200℃,反应后得到可溶性PI溶液;

  3)将上述可溶性聚酰亚胺溶液沉淀到无水乙醇中得到PI树脂。将该树脂分离、洗涤、干燥后得到可溶性PI树脂,即式I所述化合物。

  其中,所述步骤1)中脂环二酐单体选自氢化1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(HPMDA)或氢化3,3',4,4'-联苯四酸二酐(HBPDA)中的至少一种。

  所述步骤1)中芳香族二胺单体选自4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯(144APB)、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(134APB)、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(133APB)、1,4-双[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]苯(6FAPB)、4,4'-双[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]联苯(6FBAB)、2,2'-双[(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、2,2'-双[(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(BDAF)、2,2'-双甲基-4,4'-联苯二胺(DMBZ)、2,2'-双三氟甲基-4,4'-联苯二胺(TFDB)或5(6)-1-(4-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚中的至少一种。

  所述步骤1)中,脂环族二酐单体与芳香族二胺的摩尔比为1.00:1.00,优选为(1.10-1.05):1.00:(0.20-0.10);反应步骤中,时间为10-30小时,优选为20-25小时,温度为0-35℃,优选15-25℃。

  所述步骤1)中的非质子强极性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、间甲酚、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、γ-丁内酯中的至少一种,优选NMP。所述溶剂的用量均为使反应体系中固体的质量百分含量为10%-30%,优选为15%-20%。

  其中,所述步骤2)中,反应时间为1-30小时,更优选的是,反应温度为180-190℃,反应时间为3-10小时。

  将本发明制得的复合薄膜置于UV-A面光源下进行辐照,辐照距离为20cm,辐照剂量为2000J/cm2,本发明的复合薄膜的耐UV稳定性较好,具有较优异的抗UV辐照特性,同时,本发明的复合薄膜还具有良好的热稳定性和良好的透明度。

  本发明的再一目的在于提供上述耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜或其制备方法在太阳能电池基板、柔性印刷电路板、汽车、新能源或OLED领域中的应用。

  本发明将如式I所示的PI基体树脂与适宜比例的高分子量(数均分子量不低于1000g/mol)的受阻胺类UV稳定剂充分混合后制得的复合薄膜兼具优良的耐热稳定性、高玻璃化转变温度(Tg)、高透明性以及优异的耐UV辐照性能。

  附图说明

  图1为实施例1~实施例6以及对比例1制备所得聚酰亚胺薄膜的紫外-可见光谱。

  图2为实施例1~实施例6以及对比例1制备所得聚酰亚胺的黄度指数变化谱图。

  图3为实施例1~实施例6以及对比例1制备所得聚酰亚胺薄膜的浊度变化谱图。

  具体实施方式

  下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例,用于说明本发明,但不止用来限制本发明的范围。

  所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。通式II~V所示的化合物可通过商业渠道购买到。例如,式II所示化合物可购置德国BASF公司,商品名为2020;式III所示化合物可购置德国BASF公司,商品名为944;式IV所示化合物可购置德国BASF公司,商品名为791;式V所示化合物可购置德国BASF公司,商品名为783。

  实施例1由HPMDA与ODA制备PI(HPMDA-ODA)薄膜(UV稳定剂含量:0)

  在一个配有加热套、机械搅拌、温度计、分水器、回流冷凝管的500mL三口瓶中加入20.0240g(0.1mol)ODA和150g NMP。通入氮气,机械搅拌20min后得到清亮溶液。搅拌下加入22.4170g(0.1mol)HPMDA,体系粘度逐渐增加。补加20g NMP,室温搅拌30min,得到粘稠溶液。加入0.5g吡啶与150mL甲苯分别作为催化剂和共沸脱水剂。体系温度升至130-140℃时,分水器中有甲苯/水共沸物蒸出。保持回流脱水至体系中无水滴脱出。继续升温至180℃,保持该温度3h。停止加热,自然冷却至室温。将得到的粘稠液体缓慢倾倒在乙醇水溶液(乙醇:水=1:3)中,得到白色丝状物。24h后更换乙醇1次,24h后再更换乙醇1次。80℃烘干24h得到白色丝状聚酰亚胺树脂。

  取上述PI树脂10g溶解于40g DMAc中,配制得到20wt%的溶液。将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI薄膜,薄膜厚度:25μm。

  薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  薄膜的黄度指数如附图2所示;

  薄膜的浊度如附图3所示;

  薄膜的性能如表1所示。

  实施例2由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式II)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式II所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式II所示UV稳定剂含量为0.5wt%。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例3由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式III)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式III所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式III所示UV稳定剂含量为0.5wt%。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例4由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式IV)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式IV所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式IV所示UV稳定剂含量为0.5wt%。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例5由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式V)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式V所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式V所示UV稳定剂含量为0.5wt%。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例6由PI(HBPDA-ODA)配合UV稳定剂(式II)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  在一个配有加热套、机械搅拌、温度计、分水器、回流冷凝管的500mL三口瓶中加入20.0240g(0.1mol)ODA和150g NMP。通入氮气,机械搅拌20min后得到清亮溶液。搅拌下加入30.6310g(0.1mol)HBPDA,体系粘度逐渐增加。补加52.62g NMP,室温搅拌30min,得到粘稠溶液。加入0.5g吡啶与150mL甲苯分别作为催化剂和共沸脱水剂。体系温度升至130-140℃时,分水器中有甲苯/水共沸物蒸出。保持回流脱水至体系中无水滴脱出。继续升温至180℃,保持该温度3h。停止加热,自然冷却至室温。将得到的粘稠液体缓慢倾倒在乙醇水溶液(乙醇:水=1:3)中,得到白色丝状物。24h后更换乙醇1次,24h后再更换乙醇1次。80℃烘干24h得到白色丝状聚酰亚胺树脂。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式II所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式II所示UV稳定剂含量为0.5wt%。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例7由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式II)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.1%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.007895g式II所示UV稳定剂溶解于2.678g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式V所示UV稳定剂含量为0.1wt%。该复合薄膜的性能如表1所示。

  实施例8由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(式II)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的1.0%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.07895g式II所示UV稳定剂溶解于3.081g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式V所示UV稳定剂含量为1.0wt%。该复合薄膜的性能如表1所示。

  对比例1PI(HPMDA-ODA)薄膜进行UV辐照

  PI(HPMDA-ODA)PI薄膜制备流程如实施例1。

  辐照后薄膜的紫外-可见光谱如附图1所示;

  辐照后薄膜的黄度指数如附图2所示;

  辐照后薄膜的浊度如附图3所示;

  复合薄膜的性能如表1所示。

  对比例2采用两步法制备CPI(HPMDA-ODA)薄膜并进行UV辐照

  在一个配有机械搅拌、温度计的500mL三口瓶中加入20.0240g(0.1mol)ODA和150gNMP。通入氮气,机械搅拌20min后得到清亮溶液。搅拌下加入22.4170g(0.1mol)HPMDA,体系粘度逐渐增加。补加20g NMP,室温搅拌24h,得到粘稠PAA(HPMDA-ODA)溶液。

  取上述PAA溶液37.5g,加入10g DMAc,稀释得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g式II所示UV稳定剂溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h;330℃/1h;350℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中式II所示UV稳定剂含量为0.5wt%。该复合薄膜的性能如表1所示。

  对比例3

  由PI(HPMDA-ODA)配合UV稳定剂(327,分子量:357.9g/mol)制备耐紫外辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜(UV稳定剂质量占PI薄膜总质量的0.5%,质量比)

  PI树脂制备流程如实施例1。

  取上述树脂7.5g溶解于40g DMAc中,得到PI溶液(溶液A)。同时将0.039475g UV稳定剂327溶解于2.857g DMAc中,得到UV稳定剂溶液(溶液B)。将溶液B倒入溶液A中,配制得到15wt%的PI复合溶液。待该溶液混合均匀后,将其通过自动涂膜机均匀涂覆在干净的玻璃板表面,放置于100级洁净程序控温干燥箱中,按照如下程序升温固化:50℃/0.5h;80℃/3h;120℃/1h;150℃/1h;180℃/1h;200℃/1h;250℃/1h。自然冷却至室温。将玻璃板浸泡于去离子水中,剥离得到无色透明PI复合薄膜,薄膜厚度:25μm。复合薄膜中UV稳定剂327的含量为0.5wt%。

  实验例

  本发明的实施例和对比例所得PI薄膜的性能评价方法如下:

  (1)玻璃化转变温度评价方法:

  量热示差扫描法(DSC)。将制备的PI薄膜在量热示差扫描仪(美国TA公司,Q100系列)测试,升温速度:10℃/min。

  (2)热分解温度评价方法:

  将制备的PI薄膜在热重分析仪(美国TA公司,Q50系列)测试,升温速度:10℃/min。

  (3)薄膜透明度评价方法:

  紫外可见光谱(UV-Vis)。将制备的薄膜在紫外分光光度计(Hitachi U-3210)测试。薄膜的黄度指数和雾度用测色仪(X-rite color i7)测试。

  (4)UV辐照稳定性评价方法:

  将薄膜置于UV-A光源(UV-LED面光源,型号:IMS-811A-0606,艾优威(苏州)光电科技有限公司)下进行辐照,辐照距离为20cm,辐照剂量为2000J/cm2。辐照后测试薄膜的紫外-可见光谱和黄度指数与浊度数据。

  表1、实施例和对比例中得到的聚酰亚胺薄膜的性能

  

  

  将表1中的数据加以总结可以看出,实施例1制备的CPI(HPMDA-ODA)薄膜具有优良的光学透明性和良好的耐热性。但对比例1的实验结果显示,未加任何UV稳定剂的CPI(HPMDA-ODA)薄膜经过UV辐照后,其光学性能显著发生劣化。400nm波长处的透光率显著降低,薄膜的黄度指数和浊度显著升高。对比例2的实验结果显示,首先制备PAA后,HALS会与PAA中的-COOH反应,从而影响其抗UV辐照功效。此外,为了实现PAA完全亚胺化而采用的高温处理也使得HALS发生了分解。最终PI薄膜的耐UV稳定性较差。对比例3的实验结果显示,采用分子量较低的HALS型UV稳定剂会在较大程度上减低PI复合薄膜的耐热稳定性,而且由于制膜过程中发生UV稳定剂的热分解,因此并不能很好地起到抗UV辐照的效果。实施例2~8中制备的含有UV稳定剂的CPI(HPMDA-ODA)薄膜具有优良的综合性能,包括良好的热稳定性、良好的透明度以及抗UV辐照性能。这证明本发明提供的通过在CPI薄膜基体中加入高分子量受阻胺类UV稳定剂来提高薄膜的抗UV辐照特性,同时保持薄膜固有耐热稳定性和光学性能的绝决方案是可行的。实施例6的结果表明,CPI(HBPDA-ODA)型薄膜加入UV稳定剂后也具有良好的抗UV辐照稳定性。由此可见,本发明提供的实施方案具有良好的应用前景。基于该方案制备的无色透明PI薄膜有望在太阳能电池基板、柔性印刷电路板、汽车、新能源、OLED等微电子与光电子领域得到应用。

  最后,本发明的方法仅为较佳的实施方案,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

《耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用.doc》
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