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第1页，共47页，2023年，2月20日，星期四什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。第2页，共47页，2023年，2月20日，星期四1.什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103~105。第3页，共47页，2023年，2月20日，星期四1.什么是原子转移自由基聚合反应第4页，共47页，2023年，2月20日，星期四ATRP反应体系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MMA丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺类，如DMAA其他单体，如丙烯腈、4-乙烯基吡啶

单体

卤代苯基化合物卤代羰基化合物卤代腈基化合物含有SO2-Cl的取代芳基磺酰氯以及含Si–Cl键的化合物

引发剂第5页，共47页，2023年，2月20日，星期四

催化剂ATRP反应体系Cu、Ni、Fe、Re、Ru、Pd、Mo、Rh、Cr过渡金属的低价态的卤化物。过渡金属化合物配位体多用含氮化合物第6页，共47页，2023年，2月20日，星期四ATRP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。第7页，共47页，2023年，2月20日，星期四第1步：单体的制备

ATRP的应用举例第8页，共47页，2023年，2月20日，星期四ATRP的应用举例第2步：PI的氯甲基化反应第9页，共47页，2023年，2月20日，星期四第3步：用ATRP合成光敏聚酰亚胺第10页，共47页，2023年，2月20日，星期四第11页，共47页，2023年，2月20日，星期四2.什么是液晶取向膜液晶液晶技术的应用与发展液晶成像的原理什么是液晶取向膜第12页，共47页，2023年，2月20日，星期四液晶

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,第13页，共47页，2023年，2月20日，星期四物质有固、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：第14页，共47页，2023年，2月20日，星期四液晶技术的应用与发展生物膜分析化学中应用液晶压力传感器液晶温度传感器液晶平板显示液晶的应用第15页，共47页，2023年，2月20日，星期四液晶技术的应用与发展第16页，共47页，2023年，2月20日，星期四液晶成像的原理液晶显示器示意图第17页，共47页，2023年，2月20日，星期四第18页，共47页，2023年，2月20日，星期四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(easyaxis，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。第19页，共47页，2023年，2月20日，星期四什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物膜就是液晶取向膜。液晶显示器（LCD）是显示领域内最具有发展活力的电子产品，它具有驱动电压低功耗低重量轻体积小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性处理而得到不同液晶分子排列。液晶分子的取向是液晶显示的关键技术之一。第20页，共47页，2023年，2月20日，星期四3.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。第21页，共47页，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo液晶取向膜的取向技术.取向技术传统的摩擦取向技术(rubbing)

非摩擦取向技术(nonrubbing)第22页，共47页，2023年，2月20日，星期四摩擦取向技术摩擦取向技术工艺摩擦取向技术是1911年由Maugin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。第23页，共47页，2023年，2月20日，星期四摩擦示意图第24页，共47页，2023年，2月20日，星期四摩擦取向的一般工艺包括清洗涂膜预烘固化摩擦取向剂涂布的方法spincoatingdippingAPRprinting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。第25页，共47页，2023年，2月20日，星期四1.“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第26页，共47页，2023年，2月20日，星期四表面分子链取向理论认为:摩擦取向层表面将会导致取向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:第27页，共47页，2023年，2月20日，星期四结论：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不均匀性。由此可以得出摩擦取向的实质是: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。第28页，共47页，2023年，2月20日，星期四第29页，共47页，2023年，2月20日，星期四光控取向技术线性偏振紫外光聚合技术LPP(LinerPhotopolymerizationbypolarizedUVlight),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。第30页，共47页，2023年，2月20日，星期四第31页，共47页，2023年，2月20日，星期四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、重复性、与液晶材料的相容性和稳定性等。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较高的聚酰亚胺(Polyimide，PI)作为取向膜材料。第32页，共47页，2023年，2月20日，星期四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，聚酰亚胺具有优异的热稳定性和化学稳定性，可耐350一450℃的高温，优异的绝缘性，优良的介电性能，良好的力学性能。LCD中液晶取向膜材料要求材料具有均匀性、重复性、与液晶材料的相容性和稳定性，聚酰亚胺由此成为了不错的选择。第33页，共47页，2023年，2月20日，星期四聚酰亚胺液晶取向膜的应用实例第34页，共47页，2023年，2月20日，星期四第35页，共47页，2023年，2月20日，星期四第36页，共47页，2023年，2月20日，星期四第37页，共47页，2023年，2月20日，星期四第38页，共47页，2023年，2月20日，星期四4.用ATRP合成聚酰亚胺液晶取向膜4.1侧链分子的设计4.1.1

液晶分子取向机理（1）PI表面经处理后产生的沟槽使液晶分子发生取向；（2）表面分子链取向理论；（3）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。第39页，共47页，2023年，2月20日，星期四第40页，共47页，2023年，2月20日，星期四第41页，共47页，2023年，2月20日，星期四启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。第42页，共47页，2023年，2月20日，星期四4.2主链聚酰亚胺的氯甲基化第43页，共47页，2023年，2月20日，星期四4.2用原子转移自由基聚合合成光敏性PI液晶取向膜第44页，共47页，2023年，2月20日，星期四液晶取向膜的性能测试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: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