聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜課件

1、LOGO聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶取向膜材料的學(xué)習(xí)研究及與原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)的結(jié)合聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜什么是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合；什么是液晶取向膜；液晶取向膜的性質(zhì)與應(yīng)用；用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合成聚酰亞胺液晶取向膜。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜1.什么是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合什么是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合也稱自由基活性聚合。它是以低價過渡金屬絡(luò)合物為催化劑，有機鹵化物為引發(fā)劑，在休眠種與活性種之間通過氧化還原反應(yīng)在建立可逆動態(tài)平衡，分子量可以由加入的單體量控制。其相對分子量一般控制103105。聚

2、酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜1.什么是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)什么是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)Initiation: Propagation: RXMtn RMtn+1Xki+M+MRMX + Mtn+Mtn+1XRM +RMnX + MtnkakdRMnMtn+1X+Mkp聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜ATRP反應(yīng)體系反應(yīng)體系 苯乙烯及取代苯乙烯類，如苯乙烯及取代苯乙烯類，如St 丙烯酸酯和取代丙烯酸酯類，如丙烯酸酯和取代丙烯酸酯類，如MMA 丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺類，如丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺類，如DMAA 其他單體，如丙烯腈、其他單

3、體，如丙烯腈、4-4-乙烯基吡啶乙烯基吡啶 單體單體 鹵代苯基化合物鹵代苯基化合物 鹵代羰基化合物鹵代羰基化合物 鹵代腈基化合物鹵代腈基化合物 含有含有SO2-Cl的取代芳基磺酰氯以及含的取代芳基磺酰氯以及含SiCl鍵的化合物鍵的化合物 引發(fā)劑引發(fā)劑聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜 催化劑催化劑NNbpyNNC4H9C4H9C4H9C4H9dNpyPMDETANNNNNNNHMTETAATRP反應(yīng)體系反應(yīng)體系Cu、Ni、Fe、Re、Ru、Pd、Mo、Rh、Cr 過渡金過渡金屬的低價態(tài)的鹵化物。屬的低價態(tài)的鹵化物。過渡金屬化合物過渡金屬化合物 配位體配位體多用含氮化合

4、物多用含氮化合物 聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜ATRP的優(yōu)點與不足的優(yōu)點與不足 ATRP的優(yōu)點： 1.反應(yīng)特性:慢引發(fā),慢增長,無終止。 2. 反應(yīng)條件溫和、過程好控制。 3.分子量可控，分子量分布較窄。 ATRP的不足： 1. 過渡金屬絡(luò)合物的活性低。 2. 聚合速率較慢。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜第1步：單體的制備 OHCHCHCOOHCHO+COCH3NaOH/EtOHHSPK18-20 oCATRP的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例OHCHCHCOOHCHO+COCH3NaOH/EtOHHSPK18-20 oCEt3NMEK,-5 t

5、o 0CCH2C(CH3)COCl,OHCHCHCOHSPKCHCHCOOCCCH2CH3OMSPK聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜ATRP的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例第2步：PI的氯甲基化反應(yīng)CMPInCF3F3CNNOOOOOCH3OCH2Cl, SnCl4CHCl3, 60 oCxCF3F3CNNOOOOOCH2ClCF3F3CNNOOOOOn-x聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜DMFN2CuCl/bpy100oC+ CH2CCH3COOCHCHCOxCF3F3CNNOOOOOCH2CF3F3CNNOOOOOCH2CCH3COOCHCHCO

6、n-xyyCMPIxCF3F3CNNOOOOOCH2ClCF3F3CNNOOOOOn-xPI-g-PMSPK第3步：用ATRP合成光敏聚酰亞胺聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜2.什么是液晶取向膜什么是液晶取向膜 液晶液晶 液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 液晶成像的原理液晶成像的原理 什么是液晶取向膜什么是液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜液晶液晶 液晶的發(fā)現(xiàn)最早可追溯到 1888 年,奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸酯結(jié)晶的實驗時發(fā)現(xiàn)。 第二年, 德國

7、物理學(xué)家萊曼通過偏光顯微鏡發(fā)現(xiàn)這種材料具有雙折射現(xiàn)象, 并提出了 “液晶” 這一學(xué)術(shù)用語,聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜物質(zhì)有固、液、氣三種相態(tài), 固態(tài)又可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。某些物質(zhì), 受熱熔融或溶解后,外觀呈現(xiàn)液態(tài)的流動性, 卻又仍然保留著晶態(tài)物質(zhì)的分子有序排列, 在物理性質(zhì)上呈現(xiàn)出各向異性, 這種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的中間過渡相態(tài)稱為液晶態(tài)。高分子液晶是由剛性部分和柔性部分組成。從外形上看, 剛性部分通常近似棒狀或片狀, 因為這樣有利于分子的有序堆積。剛性部分被柔性部分以各種方式連接在一起。定義：高分子液晶：聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及

8、液晶取向膜液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展生物膜生物膜分析化學(xué)中應(yīng)用分析化學(xué)中應(yīng)用液晶壓力傳感器液晶壓力傳感器液晶溫度傳感器液晶溫度傳感器液晶平板顯示液晶平板顯示液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展液晶技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜液晶成像的原理液晶成像的原理液液晶晶顯顯示示器器示示意意圖圖聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜液晶顯示器的主要性能參數(shù)：液晶顯示器的主要性能參數(shù)：1.液晶分子的預(yù)傾

9、角在液晶和液晶取向膜表面存在相互作用能。為了使液晶分子更好的沿同一個方向取向(easy axis，EA）材料表面需要進行處理，目前的處理手段包括摩擦法這也是現(xiàn)階段液晶顯示器工業(yè)生產(chǎn)中采用的方法，紫外輻照法和平版印刷法，后幾種方法目前還停留在實驗室階段。EA與表面之間的角度就叫做預(yù)傾角。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜什么是液晶取向膜什么是液晶取向膜液晶盒內(nèi)，能夠使液晶分子產(chǎn)生定向移動的高分子聚液晶盒內(nèi)，能夠使液晶分子產(chǎn)生定向移動的高分子聚合物膜就是液晶取向膜合物膜就是液晶取向膜。液晶顯示器（液晶顯示器（LCDLCD）是顯示領(lǐng)域內(nèi)最具有發(fā)展活力的）是顯示領(lǐng)域內(nèi)最具有發(fā)

10、展活力的電子產(chǎn)品，它具有驅(qū)動電壓低電子產(chǎn)品，它具有驅(qū)動電壓低 功耗低功耗低 重量輕體積小重量輕體積小 不含有害射線等顯著優(yōu)點。液晶顯示依賴于基板表面不含有害射線等顯著優(yōu)點。液晶顯示依賴于基板表面膜的表面各向異性處理而得到不同液晶分子排列。膜的表面各向異性處理而得到不同液晶分子排列。液液晶分子的取向是液晶顯示的關(guān)鍵技術(shù)之一。晶分子的取向是液晶顯示的關(guān)鍵技術(shù)之一。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜3.液晶取向膜的性質(zhì)與用途液晶取向膜的性質(zhì)與用途液晶取向膜的取向技術(shù)可以實現(xiàn)整個基板表面液晶分子相對基板形成整齊的排列并具有最佳的夾角,并且有足夠的穩(wěn)定性。只有這樣,液晶分子才會

11、在宏觀上表現(xiàn)出來其長程有序性?？梢哉f, 液晶的取向技術(shù)是液晶器件正常工作的必要條件。液晶取向技術(shù)涉及到取向?qū)硬牧系男再|(zhì)、 取向?qū)颖砻娴奶幚矸椒ā?界面處的相互作用,是一個綜合的過程。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜Company Logo液晶取向膜的取向技術(shù)液晶取向膜的取向技術(shù).取向技術(shù)取向技術(shù)傳統(tǒng)的摩擦傳統(tǒng)的摩擦取向技術(shù)取向技術(shù)( rubbing ) 非摩擦取向非摩擦取向技術(shù)技術(shù)(nonrubbing)(nonrubbing)聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜摩擦取向技術(shù)摩擦取向技術(shù)摩擦取向技術(shù)工藝摩擦取向技術(shù)是 1911年由 M aug

12、 i n發(fā)明的。是迄今為止在液晶顯示領(lǐng)域里使用最為廣泛的取向技術(shù)。所謂摩擦取向就是利用尼龍、纖維或棉絨等材料按一定方向摩擦液晶顯示器的取向膜 ,使薄膜表面狀況發(fā)生改變 ,對液晶分子產(chǎn)生均一的錨定作用 ,從而使液晶分子在液晶顯示器的兩片玻璃板之間的某一區(qū)域內(nèi) ,以一定的預(yù)傾角呈現(xiàn)均勻、一致的排列。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜摩擦示意圖摩擦示意圖聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜摩擦取向的一般工藝包括摩擦取向的一般工藝包括清洗清洗涂膜涂膜預(yù)烘預(yù)烘固化固化摩擦摩擦取向劑涂取向劑涂布的方法布的方法spin coatingdippingAPR p

13、rinting利用勻膠臺 ,在離心力和液體表面張力作用下形成一層很薄的均勻膜層 ,膜厚可以通過液體粘度及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。將玻璃基片浸入取向材料溶液中 ,取出后甩干即可形成均勻的膜層。使用印刷的方法將取向材料溶液印刷到基板上指定的范圍內(nèi)。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜1.“溝槽”理論溝槽理論認(rèn)為用尼龍、纖維或棉絨等材料按一定方向摩擦取向膜,將在取向膜表面產(chǎn)生定向的、一端寬深另一端窄淺的表面密紋或劃痕,這些表面密紋或劃痕又稱為溝槽,如圖所示。由于液晶顯示器使用的液晶分子呈長棒形,它只有沿著溝槽排列時體系的能量才最低。也就是說,當(dāng)體系處于熱平衡時,體系必定處于能量最小的

14、狀態(tài),取向?qū)犹幍囊壕Х肿訉⒀刂鴾喜鄯较蚺帕小Ｄ壳拜^為流行的說法有兩個目前較為流行的說法有兩個聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜表面分子鏈取向理論認(rèn)為:摩擦取向?qū)颖砻鎸?dǎo)致取向?qū)又蟹肿渔湹亩ㄏ蚺帕?當(dāng)液晶分子與已取向的分子鏈接觸時,液晶分子以一種類似晶體外延外延的方式從取向?qū)颖砻嫱庋映鋈?從而對液晶分子取向。表面分子鏈取向理論表面分子鏈取向理論:聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜結(jié)論：摩擦不僅在聚合物表面形成密紋結(jié)構(gòu)而且在摩擦方向上誘發(fā)了分子鏈的宏觀取向,但這種取向在微觀范圍內(nèi)是不均勻的,因此導(dǎo)致了液晶分子的局部取向因此導(dǎo)致了液晶分子的局部取

15、向的的不均勻性不均勻性。由此可以得出摩擦取向的實質(zhì)實質(zhì)是:摩擦導(dǎo)致取向?qū)颖砻娴母飨虍愋?而液晶分子在這種表面上與取向?qū)臃肿酉嗷プ饔?由于在各個方向上受力不同,為了達到能量最小的穩(wěn)定態(tài),液晶分子沿受力最大的方向排列。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜光控取向技術(shù)光控取向技術(shù)線性偏振紫外光聚合技術(shù)線性偏振紫外光聚合技術(shù)LPP (Liner Photopolymerization by polarized UVlight), 簡稱光控取向技術(shù)?；驹硎? 利用紫外光敏聚合物單體材料光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的各向異性, 使液

16、晶分子定向排列。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺取向膜材料的發(fā)展及優(yōu)勢聚酰亞胺取向膜材料的發(fā)展及優(yōu)勢對液晶取向膜的評價一般考慮以下幾個方面:均勻性均勻性、重復(fù)性重復(fù)性、與液晶材料的相容性相容性和穩(wěn)定性穩(wěn)定性等。最早的取向方法是摩擦法。從70年代開始，人們逐漸開始使用Tg較高的聚酰亞胺(Polyimide，PI)作為取向膜材料。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺取向膜材料的發(fā)展及優(yōu)勢聚酰亞胺取向膜材料的發(fā)展及優(yōu)勢聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一類聚合物，聚酰亞胺具有

17、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性，可耐350一450的高溫，優(yōu)優(yōu)異的絕緣性異的絕緣性，優(yōu)良的介電性能優(yōu)良的介電性能，良好的力學(xué)性能良好的力學(xué)性能。LCD中液晶取向膜材料要求材料具有均勻性均勻性、重復(fù)性重復(fù)性、與液晶材料的相容相容性性和穩(wěn)定性穩(wěn)定性，聚酰亞胺由此成為了不錯的選擇。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶取向膜的應(yīng)用實例聚酰亞胺液晶取向膜的應(yīng)用實例聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺

18、液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜4.4.用用ATRP合成聚酰亞胺液晶取向膜合成聚酰亞胺液晶取向膜4.1 側(cè)鏈分子的設(shè)計側(cè)鏈分子的設(shè)計4.1.1 液晶分子取向機理液晶分子取向機理（1 1）PIPI表面經(jīng)處理后產(chǎn)生的溝槽使液晶分子發(fā)生取表面經(jīng)處理后產(chǎn)生的溝槽使液晶分子發(fā)生取向；向；（2 2）表面分子鏈取向理論；表面分子鏈取向理論；（3）光控取向。）光控取向。 將側(cè)鏈特別是含有脂肪族基團的側(cè)鏈引入PI取向膜，能夠大大提高預(yù)傾角。但烷基的引入會導(dǎo)致PI表面疏水。降低了液晶分子與PI表面的潤濕性。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜啟啟 示示 將脂肪族基團的側(cè)鏈引入PI取向膜；在側(cè)鏈上接上親水基團改善PI取向膜的疏水性；將光敏性基團接入PI主鏈，做成光敏性的取向膜。聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜4.2 主鏈聚酰亞胺的氯甲基化主鏈聚酰亞胺的氯甲基化NOOCF3CF3NOOOCH3OCH2Cl,SnCl4CHCl3,60 OCNOOCF3CF3N