Высокопрозрачная и бесцветная полиимидная пленка, полученная путем ингибирования образования хромофоров

Высокопрозрачная и бесцветная полиимидная пленка, полученная путем ингибирования образования хромофоров

Аннотация

Бесцветные полиимиды (ИПЛ) с выдающимися механическими свойствами являются необходимыми материалами при производстве гибких дисплеев, складных окон и даже кабин космических аппаратов. В этой статье специально уточняется, что звено Моркита, а также азо- и нитрохромофоры являются важными факторами, способствующими образованию желтого PI, наряду с хорошо известной теорией комплекса переноса заряда (CTC). Для ингибирования образования хромофоров и, таким образом, получения пленок CPI использовали три мономера диамина, два мономера ангидрида и три блокатора. Длина волны отсечки была смещена в синий цвет до 334 нм, а коэффициент пропускания улучшен до 98,9% в УФ–видимом диапазоне. Механические и термические свойства пленок CPI не снижаются из-за эффектов сцепления блокаторов. Поэтому метод ингибирования звеньев Morkit и хромофорных групп является многообещающим процессом для получения ИПЦ, которые будут использоваться в качестве гибких дисплейных материалов.

1. Введение

В последнее время бесцветные полиимиды (ИПЦ) широко изучаются для применения в перспективных гибких подложках электронных и микрооптических устройств [1,2,3]. Их можно использовать в областях, где обычно используется стекло, например, в дисплеях [4,5], памяти [6], освещении, солнечных элементах [7] и т. Д. CPI сочетает в себе отличную термическую и химическую стойкость и выдающиеся механические и электрические свойства традиционных ароматических полиимидных пленок (PI), а также обладает преимуществами обычных полимерных оптических пленок [8,9]. Однако традиционный ПИ (каптон, поли (4,4 '-оксидифениленпиромеллитимид) имеет относительно большую длину волны отсечки (~ 454 нм), и пленка выглядит коричневой или коричневой, что влияет на ее оптическую пропускаемость.

В целом, желтоватый PI можно объяснить, используя теорию комплекса переноса заряда (CTC) [10,11,12], вызванную переходом π-электронов в структуре сопряженной полиимидной молекулы. В предыдущих исследованиях исследователи пытались повысить оптическую прозрачность CPI путем включения различных фрагментов, таких как галоген [13,14,15], изогнутый мономер [16,17], гиперразветвленные структуры [18,19], алифатические / алициклические сегменты [20,21,22], большие боковые основания [23,24], фторсодержащие группы (–CF 3) [25,26] и так далее. Эти молекулярные заместители или структуры препятствуют образованию CTC, индуцированных электронодонорными и электроноакцепторными фрагментами в CPI [27]. Однако алифатическое или алициклическое введение часто сопровождается низкой механической прочностью ПИ-пленки. Другим способом получения прозрачных ПИ является изготовление композитных ПИ с неорганическими материалами. Гибридные компоненты включают органоглину [28], оксиды металлов и металлов [29,30], нитрид бора [31], углеродные наноматериалы [32,33,34], зародышеобразующие агенты [35] и органосиликаты [36]. Тем не менее, остается большой проблемой найти компромисс между высокой растворимостью / оптическими свойствами и другими желательными свойствами.

Первоначально мы стремились синтезировать ИПЦ с использованием 2,2-Бис [4- (4-аминофенокси) фенил] пропан (BAPP) диамина и 3,3',4,4'-дифенилтетракарбонового диангидрида (BPDA), поскольку структура сопряженной полиимидной молекулы прерывается –C (CH3) 2–inСегменты BAPP в соответствии с теорией CTC. Тем не менее, полученные пленки PIBB (поликонденсация из BAPP / BPDA) все еще желтые, что позволяет предположить, что другие факторы также могут способствовать образованию PI янтарного цвета. Как подробно описано в На схеме 1 мы предполагаем, что остаточные концевые аминогруппы (1) PAA могут окисляться следовыми количествами воздуха в процессе нагревания или после воздействия света. Образованные группы –N = O (2) и –NO2 (4) представляют собой два хорошо известных хромофора, которые поглощают в области 435-480 нм для удаления синего света из видимого спектра; отраженный свет распознается как желтый. Кроме того, остаточные концевые аминогруппы (1) могут вступать в реакцию с –N=O группами (2) с образованием окрашенных азохромофоров (3) путем электрофильного добавления с последующим удалением воды. Остаточные концевые ангидридные группы могут вступать в реакцию с диаминовыми сегментами с образованием окрашенной единицы Моркита (5) путем электрофильного замещения в процессе нагревания. Многие полимеры окрашены, потому что они содержат хромофоры. Хромофор - это химическая группа, которая поглощает свет с определенной длиной волны и придает цвет органической молекуле. Хотя количество хромофоров может быть небольшим, на длину волны отсечки УФ–видимости (λ cut) и коэффициент пропускания могут сильно влиять высокие ε max в соответствии с законом Бира–Ламберта A = ε max × bc. Чтобы не допустить участия PI-пленок в вышеуказанных хромогенных реакциях, имеет смысл ингибировать хромофоры путем перекрытия остаточных концевых амино- и ангидридных групп PAA.