聚酰亚胺液晶高分子及液晶取向膜精选文档.ppt

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1、聚酰亚胺液晶高分子及液晶取向膜聚酰亚胺液晶高分子及液晶取向膜本讲稿第一页，共四十七页什么是原子转移自由基聚合；什么是液晶取向膜；液晶取向膜的性质与应用；用原子转移自由基聚合成聚酰亚胺液晶取向膜。本讲稿第二页，共四十七页1.什么是原子转移自由基聚合什么是原子转移自由基聚合 原子转移自由基聚合也称自由基活性聚合。它是以低价过渡金属络合物为催化剂，有机卤化物为引发剂，在休眠种与活性种之间通过氧化还原反应在建立可逆动态平衡，分子量可以由加入的单体量控制。其相对分子量一般控制103105。本讲稿第三页，共四十七页1.什么是原子转移自由基聚合反应什么是原子转移自由基聚合反应本讲稿第四页，共四十七页ATRP

2、反应体系反应体系 苯乙烯及取代苯乙烯类，如苯乙烯及取代苯乙烯类，如St 丙烯酸酯和取代丙烯酸酯类，如丙烯酸酯和取代丙烯酸酯类，如MMA 丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺类，如丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺类，如DMAA 其他单体，如丙烯腈、其他单体，如丙烯腈、4-4-乙烯基吡啶乙烯基吡啶 单体单体 卤代苯基化合物卤代苯基化合物 卤代羰基化合物卤代羰基化合物 卤代腈基化合物卤代腈基化合物 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键的化合物键的化合物 引发剂引发剂本讲稿第五页，共四十七页 催化剂催化剂ATRP反应体系反应体系Cu、Ni、Fe、Re、Ru、Pd、Mo、Rh、Cr 过

3、渡金属的低过渡金属的低价态的卤化物。价态的卤化物。过渡金属化合物过渡金属化合物 配位体配位体多用含氮化合物多用含氮化合物 本讲稿第六页，共四十七页ATRP的优点与不足的优点与不足 ATRP的优点：1.反应特性:慢引发,慢增长,无终止。2.反应条件温和、过程好控制。3.分子量可控，分子量分布较窄。ATRP的不足：1.过渡金属络合物的活性低。2.聚合速率较慢。本讲稿第七页，共四十七页第1步：单体的制备 ATRP的应用举例的应用举例本讲稿第八页，共四十七页ATRP的应用举例的应用举例第2步：PI的氯甲基化反应本讲稿第九页，共四十七页第3步：用ATRP合成光敏聚酰亚胺本讲稿第十页，共四十七页本讲稿第十

4、一页，共四十七页2.什么是液晶取向膜什么是液晶取向膜液晶液晶液晶技术的应用与发展液晶技术的应用与发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本讲稿第十二页，共四十七页液晶液晶 液晶的发现最早可追溯到 1888 年,奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸酯结晶的实验时发现。第二年,德国物理学家莱曼通过偏光显微镜发现这种材料具有双折射现象,并提出了“液晶”这一学术用语,本讲稿第十三页，共四十七页物质有固、液、气三种相态,固态又可分为晶态和非晶态。某些物质,受热熔融或溶解后,外观呈现液态的流动性,却又仍然保留着晶态物质的分子有序排列,在物理性质上呈现出各向异性,这种兼有晶体和

5、液体部分性质的中间过渡相态称为液晶态。高分子液晶是由刚性部分和柔性部分组成。从外形上看,刚性部分通常近似棒状或片状,因为这样有利于分子的有序堆积。刚性部分被柔性部分以各种方式连接在一起。定义：高分子液晶：本讲稿第十四页，共四十七页液晶技术的应用与发展液晶技术的应用与发展生物膜生物膜分析化学中应用分析化学中应用液晶压力传感器液晶压力传感器液晶温度传感器液晶温度传感器液晶平板显示液晶平板显示液晶的应用液晶的应用本讲稿第十五页，共四十七页液晶技术的应用与发展液晶技术的应用与发展本讲稿第十六页，共四十七页液晶成像的原理液晶成像的原理液液晶晶显显示示器器示示意意图图本讲稿第十七页，共四十七页本讲稿第十八

6、页，共四十七页液晶显示器的主要性能参数：液晶显示器的主要性能参数：1.液晶分子的预倾角在液晶和液晶取向膜表面存在相互作用能。为了使液晶分子更好的沿同一个方向取向(easy axis，EA）材料表面需要进行处理，目前的处理手段包括摩擦法这也是现阶段液晶显示器工业生产中采用的方法，紫外辐照法和平版印刷法，后几种方法目前还停留在实验室阶段。EA与表面之间的角度就叫做预倾角。本讲稿第十九页，共四十七页什么是液晶取向膜什么是液晶取向膜液晶盒内，能够使液晶分子产生定向移动的高分子聚合液晶盒内，能够使液晶分子产生定向移动的高分子聚合物膜就是液晶取向膜物膜就是液晶取向膜。液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）

7、是显示领域内最具有发展活力的电子产）是显示领域内最具有发展活力的电子产品，它具有驱动电压低品，它具有驱动电压低 功耗低功耗低 重量轻体积小重量轻体积小 不含有害射不含有害射线等显著优点。液晶显示依赖于基板表面膜的表面各向异线等显著优点。液晶显示依赖于基板表面膜的表面各向异性处理而得到不同液晶分子排列。性处理而得到不同液晶分子排列。液晶分子的取向是液晶液晶分子的取向是液晶显示的关键技术之一。显示的关键技术之一。本讲稿第二十页，共四十七页3.液晶取向膜的性质与用途液晶取向膜的性质与用途液晶取向膜的取向技术可以实现整个基板表面液晶分子相对基板形成整齐的排列并具有最佳的夹角,并且有足够的稳定性。只有这

8、样,液晶分子才会在宏观上表现出来其长程有序性。可以说,液晶的取向技术是液晶器件正常工作的必要条件。液晶取向技术涉及到取向层材料的性质、取向层表面的处理方法、界面处的相互作用,是一个综合的过程。本讲稿第二十一页，共四十七页Company Logo液晶取向膜的取向技术液晶取向膜的取向技术.取向技术取向技术传统的摩擦取传统的摩擦取向技术向技术(rubbing)非摩擦取向技非摩擦取向技术术(nonrubbing)(nonrubbing)本讲稿第二十二页，共四十七页摩擦取向技术摩擦取向技术摩擦取向技术工艺摩擦取向技术是 1911年由 M aug i n发明的。是迄今为止在液晶显示领域里使用最为广泛的取向

9、技术。所谓摩擦取向就是利用尼龙、纤维或棉绒等材料按一定方向摩擦液晶显示器的取向膜,使薄膜表面状况发生改变,对液晶分子产生均一的锚定作用,从而使液晶分子在液晶显示器的两片玻璃板之间的某一区域内,以一定的预倾角呈现均匀、一致的排列。本讲稿第二十三页，共四十七页摩擦示意图摩擦示意图本讲稿第二十四页，共四十七页摩擦取向的一般工艺包括摩擦取向的一般工艺包括清洗清洗涂膜涂膜预烘预烘固化固化摩擦摩擦取向剂涂布取向剂涂布的方法的方法spin coatingdippingAPR printing利用匀胶台,在离心力和液体表面张力作用下形成一层很薄的均匀膜层,膜厚可以通过液体粘度及转盘转速来调节。将玻璃基片浸入取

10、向材料溶液中,取出后甩干即可形成均匀的膜层。使用印刷的方法将取向材料溶液印刷到基板上指定的范围内。本讲稿第二十五页，共四十七页1.“沟槽”理论沟槽理论认为用尼龙、纤维或棉绒等材料按一定方向摩擦取向膜,将在取向膜表面产生定向的、一端宽深另一端窄浅的表面密纹或划痕,这些表面密纹或划痕又称为沟槽,如图所示。由于液晶显示器使用的液晶分子呈长棒形,它只有沿着沟槽排列时体系的能量才最低。也就是说,当体系处于热平衡时,体系必定处于能量最小的状态,取向层处的液晶分子将沿着沟槽方向排列。目前较为流行的说法有两个目前较为流行的说法有两个本讲稿第二十六页，共四十七页表面分子链取向理论认为:摩擦取向层表面将会导致取向

11、层中分子链的定向排列,当液晶分子与已取向的分子链接触时,液晶分子以一种类似晶体外延外延的方式从取向层表面外延出去,从而对液晶分子取向。表面分子链取向理论表面分子链取向理论:本讲稿第二十七页，共四十七页结论：摩擦不仅在聚合物表面形成密纹结构而且在摩擦方向上诱发了分子链的宏观取向,但这种取向在微观范围内是不均匀的,因此导致了液晶分子的局部取向的因此导致了液晶分子的局部取向的不均匀性不均匀性。由此可以得出摩擦取向的实质实质是:摩擦导致取向层表面的各向异性,而液晶分子在这种表面上与取向层分子相互作用,由于在各个方向上受力不同,为了达到能量最小的稳定态,液晶分子沿受力最大的方向排列。本讲稿第二十八页，共

12、四十七页本讲稿第二十九页，共四十七页光控取向技术光控取向技术线性偏振紫外光聚合技术线性偏振紫外光聚合技术LPP(Liner Photopolymerization by polarized UVlight),简称光控取向技术。基本原理是,利用紫外光敏聚合物单体材料光化学反应产生的各向异性,使液晶分子定向排列。本讲稿第三十页，共四十七页本讲稿第三十一页，共四十七页聚酰亚胺取向膜材料的发展及优势聚酰亚胺取向膜材料的发展及优势对液晶取向膜的评价一般考虑以下几个方面:均匀性均匀性、重重复性复性、与液晶材料的相容性相容性和稳定性稳定性等。最早的取向方法是摩擦法。从70年代开始，人们逐渐开始使用Tg较高的

13、聚酰亚胺(Polyimide，PI)作为取向膜材料。本讲稿第三十二页，共四十七页聚酰亚胺取向膜材料的发展及优势聚酰亚胺取向膜材料的发展及优势聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，聚酰亚胺具有优优异的热稳定性异的热稳定性和化学稳定性化学稳定性，可耐350一450的高温，优异的绝缘性优异的绝缘性，优优良的介电性能良的介电性能，良好的力学性能良好的力学性能。LCD中液晶取向膜材料要求材料具有均均匀性匀性、重复性重复性、与液晶材料的相容性相容性和稳定性稳定性，聚酰亚胺由此成为了不错的选择。本讲稿第三十三页，共四十七页聚酰亚胺液晶取向膜的应用实例聚酰亚胺液晶取向膜的应用实例本讲稿第三十四页，共四十

14、七页本讲稿第三十五页，共四十七页本讲稿第三十六页，共四十七页本讲稿第三十七页，共四十七页本讲稿第三十八页，共四十七页4.4.用用ATRP合成聚酰亚胺液晶取向膜合成聚酰亚胺液晶取向膜4.1 侧链分子的设计侧链分子的设计4.1.1 液晶分子取向机理液晶分子取向机理（1 1）PIPI表面经处理后产生的沟槽使液晶分子发生取向；表面经处理后产生的沟槽使液晶分子发生取向；（2 2）表面分子链取向理论；表面分子链取向理论；（3）光控取向。）光控取向。将侧链特别是含有脂肪族基团的侧链引入PI取向膜，能够大大提高预倾角。但烷基的引入会导致PI表面疏水。降低了液晶分子与PI表面的润湿性。本讲稿第三十九页，共四十七

15、页本讲稿第四十页，共四十七页本讲稿第四十一页，共四十七页启启 示示 将脂肪族基团的侧链引入PI取向膜；在侧链上接上亲水基团改善PI取向膜的疏水性；将光敏性基团接入PI主链，做成光敏性的取向膜。本讲稿第四十二页，共四十七页4.2 主主链聚聚酰亚胺的胺的氯甲基化甲基化本讲稿第四十三页，共四十七页4.2 用原子用原子转移自由基聚合合成光敏性移自由基聚合合成光敏性PI液晶取向膜液晶取向膜本讲稿第四十四页，共四十七页液晶取向膜的性能测试液晶取向膜的性能测试液晶取向效果的测定液晶取向效果的测定:将做好的液晶盒置于正交偏光显微镜下,旋转样品台,观察透射光强度是否发生变化。预倾角的测定预倾角的测定:采用晶体旋转法测试预倾角。对于每一个液晶盒,按照液晶盒的对称性取五个位置,分别测定其预倾角,然后求其平均值,作为该液晶盒的预倾角。本讲稿第四十五页，共四十七页聚合物的热稳定性是在氮气环境下通过TGA和DSC进行的测试。热学性能分析热学性能分析光敏性的测定光敏性的测定 将聚合物溶解配成0.1%的稀溶液，均匀涂在石英玻璃片上，于100烘箱中挥发溶剂形成厚度约为0.5m的薄膜。在常温下以紫外光照射膜不同的时间，每次照射后测定膜的紫外吸收变化。本讲稿第四十六页，共四十七页THANK YOU ！本讲稿第四十七页，共四十七页