共聚物链结构对共聚型含氟PI薄膜性能的影响

发布时间：2020-10-09 20:58

　　随着科技发展,光电器件逐渐趋向于柔性化、可穿戴化和可弯曲化发展,如OLEDs显示器基板、薄膜太阳能电池基板等,这种发展趋势使柔性光电器件的相关研究成为研究者关注的热点,以柔性透明聚合物薄膜材料代替传统玻璃基板材料是使器件柔性化的重要方法。一些传统透明聚合物薄膜由于耐热温度不高无法满足后期工艺温度需求,而透明聚酰亚胺(PI)薄膜在透明性、热稳定性等方面体现出的优异性能有望满足光电器件对基板材料的应用要求。目前,越来越多的企业如美国杜邦、日本东丽杜邦、韩国科隆、台湾达迈等采用含氟单体成功制备出高透明的PI薄膜。本文采用溶液缩聚法,以4,4'-二氨基-2,2'-双三氟甲基苯(TFMB)、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)和联苯四甲酸二酐(BPDA)作为反应单体,通过化学亚胺化制备了一系列共聚型聚酰亚胺薄膜。通过改变非含氟单体BPDA在二酐单体中的配比及加料方式,经化学亚胺化制备了一系列无规共聚型含氟聚酰亚胺薄膜。在此基础上,为了改变分子链段序列的排布,先合成了两种由活性基团封端的低聚物,而后将两者按比例混合反应,改变非含氟单体BPDA在二酐单体中的配比,经化学亚胺化制备了一系列嵌段共聚型含氟聚酰亚胺薄膜。通过测试对上述两个系列的共聚型含氟聚酰亚胺薄膜的性能进行了分析。研究结果表明:非含氟二酐单体BPDA的加料方式对无规共聚型PI薄膜各项性能有不同影响;非含氟单体BPDA在二酐中的比例对两种共聚型PI薄膜的性能均有影响;当BPDA含量相同时,采用不同共聚方式制备的嵌段共聚型PI薄膜和无规共聚型PI薄膜性能存在差异。制备的两种共聚型含氟PI薄膜在室温下均可溶于非质子极性溶剂,且薄膜在可见光范围内透光率较高。随着非含氟二酐单体BPDA含量增加,薄膜的光学性能略微下降,热性能和力学性能得到提高。当非含氟二酐单体BPDA占二酐单体摩尔比为68.97%时,制备的较为有序的无规共聚型PI薄膜和嵌段共聚型PI薄膜在500 nm处的透过率分别为91.40%和91.70%,均达到了90%以上;当非含氟二酐单体BPDA占二酐单体摩尔比为35.71%时,制备的无规共聚型PI薄膜和嵌段共聚型PI薄膜在失重5%时的热分解温度分别为563.68℃和571.54℃,拉伸强度分别为100.98 MPa和110.31 MPa。当BPDA单体含量一定时,嵌段共聚型PI薄膜比无规共聚型PI薄膜的线性热膨胀系数(CTE)更低,非含氟单体BPDA比例增加可使两种共聚型PI薄膜的线性热膨胀系数大幅度降低。当BPDA含量相同时,嵌段共聚型PI薄膜比无规共聚型PI薄膜的热性能和力学性能更优异,但光学性能有所降低。同时,非含氟二酐单体BPDA加料方式的改变对无规共聚型PI薄膜的光学性能、力学性能和力学性能均有不同程度影响。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ323.7;TB383.2
【部分图文】：

结构示意图,薄膜,填充改性,应用需求

）填充改性聚酰亚胺树脂中添加一些与其组成和结构不同的填料对其进充改性常用的填料主要有无机填料、纳米填料、金属及金属填料等。填充改性可利用复合效应来改善和克服聚酰亚胺的合性能[19-20]。可根据应用需求，在聚酰亚胺中加入不同的填度、硬度及耐磨性等性能。这种改性方法虽然简单有效，但体树脂中分散性较差[21]的问题仍需要解决。来，一些高技术领域对于具有特殊功能的特种聚酰亚胺薄膜增加[22]，特种 PI 薄膜应运而生并成为了近年来研究的热点性方法对 PI 薄膜进行改性，可以制备出无色透明 PI 薄膜、电常数 PI 薄膜、耐电晕 PI 薄膜和低热膨胀系数 PI 薄膜等功中，为了适应光电子、微电子领域的应用需求，研究者相继度较高的 PI 薄膜[24,25]。1-1 为柔性显示器的结构示意图。柔性显示器件按其组成构造显示介质以及薄膜封装三个部分，其中柔性基板是柔性显示成部分，它起到了支撑和保护的作用[26,27]。

薄膜太阳能电池

图 1-2 薄膜太阳能电池结构Fig. 1-2 The structure of thin film solar cell聚酰亚胺薄膜研究进展科技发展，未来的光电器件将逐渐向柔性化、超薄化和可穿而玻璃作为传统的透明基板材料则无法满足这些发展要求[34不高的传统透明树脂，聚酰亚胺薄膜质轻且耐热性优良，因薄膜这样的透明树脂材料在未来的光电领域将会有很大的需柔韧的太阳辐射保护装置、太阳能电池基板、液晶显示器的电路用的半波片以及通讯装置上的光波导等[35-38]。PI 薄膜通单体经缩聚反应制备而成，其分子主链中存在残余的二胺和的吸电子作用与二胺基团的给电子作用形成电子转移，同时分子内或分子间存在着传荷作用，因此使薄膜在可见征的棕黄色[39]。从传统聚酰亚胺薄膜有色原因入手，通过分含氟基团[40-46]、脂环结构[47,48]、体积较大的取代基[49]等，可子间的传荷作用，达到抑制CTC形成的目的，提高薄膜透明

技术路线图,技术路线,共聚型,含氟

图 1-3 研究的技术路线Fig. 1-3 Technical route of the research于透明聚酰亚胺薄膜的相关报道，有关共聚型透明聚酰亚胺薄膜的相少，且共聚方式多属于无规共聚，因此本课题以 4,4'-二氨基-2,2'-双三（TFMB）、2,2-双（3,4-二羧基苯基）六氟丙烷二酐（6FDA）和联苯酐（BPDA）作为反应单体，通过溶液缩聚法来制备共聚型含氟透明薄膜。引入含刚性结构的非含氟单体 BPDA 与含氟二酐和二胺单体共PI 薄膜，可以提高反应活性，降低试验成本，且第三单体的加入为 P了不同的分子链结构，能在一定程度上改变均聚物分子链的规整性，间作用力，使共聚型PI薄膜的性能发生一定改变。为了探究共聚物链氟 PI 薄膜性能的影响，通过改变加料方式、非含氟单体 BPDA 摩尔共聚的方式，在一定程度上改变其分子链的链段排布，由此通过改变制备共聚型含氟PI薄膜在降低反应成本的基础上还可以对其光学性能性能进行调控，利于含氟PI薄膜具有更好的综合性能，满足不同应用求。具体的研究内容如下所示：1）以上述单体为反应物，调整两种二酐单体的比例和非含氟二酐单

【参考文献】