[发明专利]耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。该耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜由式I所示的PI基体树脂与受阻胺类UV稳定剂复合制得，其中，所述受阻胺类UV稳定剂的数均分子量不低于1000g/mol。本发明将PI基体树脂与适宜比例的UV稳定剂充分混合后制得的复合薄膜兼具优良的耐热稳定性、高玻璃化转变温度(Tg)、高透明性以及优异的耐UV辐照性能。本发明提供的耐UV辐照型无色透明聚酰亚胺薄膜可作为柔性材料应用于太阳能电池、柔性印刷电路板、微电子以及汽车等高技术领域。

技术领域

本发明涉及功能性聚酰亚胺领域，更具体地，涉及一种耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

标准全芳香族聚酰亚胺(PI)薄膜通常被称为“黄金薄膜”，这主要是由于其金黄色的外观。这种颜色产生的主要原因是由于全芳香族PI分子结构中，电荷会在作为电子给体的二胺单元以及作为电子受体的二酐单元直接发生转移，在这种电荷转移(CT)过程中会发生对可见光的显著吸收，从而使得PI薄膜呈现出较深的颜色。这种CT作用既可以发生在分子链内部，也可发生于分子链之间。较深的颜色限制了标准全芳香族PI薄膜在先进光电领域中的应用。为了获得无色透明的PI薄膜就需要尽可能减少或消除上述CT作用。目前较为有效的手段是将具有强电负性的基团，如三氟甲基、砜基等引入PI分子结构中来切断CT通道，或者将脂肪族或脂环结构引入PI分子链中，减少电子云的共轭作用，同样达到切断CT通道的目的。第一种途径衍生的典型无色透明PI(CPI)薄膜主要以含氟全芳香族CPI为主。例如，美国杜邦公司在专利US 7550194，韩国Kolon公司在专利US 8846852中均报道了采用含氟芳香族二酐单体，4,4'-(六氟异丙烯)双邻苯二甲酸酐(6FDA)与刚性芳香族二酐，3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)以及含氟芳香族二胺单体2,2'-双(三氟甲基)联苯二胺(TFMB)共聚制备CPI薄膜的工艺。而第二种途径则主要是以脂环二酐单体与芳香族二胺单体聚合制备的半脂环族CPI薄膜为主。例如，日本三菱瓦斯株式会社在专利US 8357322中报道了基于氢化均苯四甲酸二酐(HPMDA)与芳香族二胺单体的CPI薄膜。

上述改性措施虽然可以赋予PI薄膜无色和优良的光学透明性，但是同时会在一定程度上牺牲全芳香族PI薄膜固有的优良特性，例如耐热稳定性、阻燃性能等。其中，抗紫外(UV)辐照稳定性的劣化会严重影响CPI薄膜的实际使用寿命。研究表明，无论是引入含氟基团或是引入脂环结构，所制备的CPI薄膜的抗UV辐照特性都会显著降低。CPI薄膜应用过程中的UV辐射主要来自太阳辐照，是一种波长在100～400nm之间的高能辐射，可分为UV-A(315～400nm)、UV-B(280～315nm)和UV-C(100～280nm)三部分。大多数短波长的光，如UV-B和UV-C都会被臭氧层和地球大气吸收。然而，UV-A不受臭氧层的影响，并会到达地球表面，对CPI薄膜造成损害。UV-A可被CPI薄膜分子结构中的羰基等官能团吸收，并破坏化学键，产生自由基。自由基会导致CPI薄膜表面裂纹和黄变。因此，这种UV光降解既会削弱CPI薄膜的力学性能，同时也会缩短其使用寿命。

现有的透明高分子薄膜，如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等薄膜的抗UV辐照措施主要是添加紫外线吸收剂或稳定剂，如受阻胺类稳定剂(HALS)等。但常规UV稳定剂的耐热稳定性较差，无法适应CPI薄膜制备过程中的高温处理(≥280℃)工序的应用需求。因此无法应用于CPI薄膜的抗UV应用中。而另外一些耐高温型抗UV稳定剂往往又具有较深的颜色，加入CPI薄膜基体中往往会破坏薄膜的光学性能。因此，如何在赋予CPI薄膜良好耐UV辐照特性的同时，保持其高耐热性以及高透明性是目前研究学者需要解决的问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜。

该耐紫外辐照无色透明聚酰亚胺薄膜，由如下式I所示的PI基体树脂与受阻胺类UV稳定剂复合制得；

所述式I中，中的至少一种；