[发明专利]一种含酚酞基阻燃透明型聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

说明书

一种含酚酞基阻燃透明型聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种阻燃型高透明聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。该阻燃型透明聚酰亚胺薄膜包括如下式I结构通式所示的化合物：本发明提供的阻燃型高透明聚酰亚胺薄膜是脂环族二酐单体与含酚酞结构的芳香族二胺单体为原料，通过一步法高温溶液缩聚法制备得到。本发明技术方案制备的阻燃型高透明聚酰亚胺(CPI)薄膜，兼具优良的阻燃性、良好的耐热稳定性以及与金属或玻璃材质之间良好的粘附力和优异的光学透明性，可广泛应用于航空航天、光电子、微电子以及汽车等高新技术领域。

技术领域

本发明涉及功能性光学薄膜领域，更具体地，涉及一种含酚酞基阻燃透明型聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

无色透明聚酰亚胺(CPI)薄膜在现代光学领域中得到了越来越广泛的重视。传统全芳香族聚酰亚胺(PI)分子结构中在作为电子给体的二胺单元与作为电子受体的二酐单元之间存在着较强的电荷转移(CT)相互作用。这种CT作用会对可见光产生较为显著的吸收，因此全芳香族PI薄膜通常显示出了深棕或深黄色的外观。这种较深的颜色特征极大地限制了传统全芳香族PI薄膜在先进光电器件领域中的应用。CPI薄膜就是针对全芳香族PI薄膜颜色较深的性能缺陷而开发出来的一类新型PI薄膜。CPI薄膜是通过某些改性手段将传统PI薄膜分子结构中的CT相互作用进行消除或者抑制来达到改善其颜色的目的的。常见的改性手段包括在传统PI分子结构中引入高电负性基团，如三氟甲基、六氟异丙基等含氟基团，或者引入非共轭基团，如环己基、双环己基等来达到降低CT相互作用的目的。这其中，基于脂环二酐单体与芳香族二胺单体的半脂环型CPI薄膜表现出了优异的综合性能和相对较低的成本。但是脂环单元的引入虽然可以显著改善传统PI薄膜的颜色，同时可在较大程度上保持传统PI薄膜的耐热稳定性、良好的力学性能和介电性能，但半脂环CPI薄膜的阻燃性能往往会发生显著的劣化。这主要是由于脂环单元的引入降低了PI薄膜的芳香环含量，造成PI分子结构中的氢碳比(H/C)增加，从而使得半脂环CPI薄膜由传统PI薄膜的难燃转化为了可燃材料。例如，基于氢化均苯四甲酸二酐(HPMDA)与芳香族二胺单体，4,4'-二胺基二苯醚(ODA)结构的半脂环CPI薄膜的极限氧指数(LOI)仅为27.4％，属于可燃材料。而结构类似的基于均苯四甲酸二酐(PMDA)与ODA结构的全芳香族PI薄膜的LOI值则高达37.0％，属于难燃材料。

CN109575285针对CPI(HPMDA-ODA)薄膜阻燃性劣化的问题，提出了采用外加阻燃剂，苯氧基磷腈聚合物来改善其阻燃性的解决方案。虽然最终的复合CPI薄膜达到了UL94VTM-0的阻燃级别以及较高的LOI值，但该技术方案在一定程度上增加了薄膜制造工艺的复杂性。

另外，大多数的芳香族聚酰亚胺还具有粘附力差的缺陷，CN109824892B为改善粘附力等力学性能，采用的方案是将带有羟基极性基团的咪唑杂环化合物的结构引入。但其制备过程复杂，且无法同时改善PI膜的热学性能。

因此寻求一种兼具阻燃性、耐热性以及良好的粘附力，同时呈无色透明状的CPI膜材料成为现阶段的研究热点，这也是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种本征阻燃型透明聚酰亚胺薄膜，该阻燃型透明聚酰亚胺薄膜包括如下式I结构通式所示的化合物：

所述式I结构通式中，R1＝-H或-CF₃；

所述式I结构通式中，n代表聚酰亚胺重复单元的摩尔数，n为1～200的整数。

含有上述式I结构通式所示的化合物制成的阻燃型透明聚酰亚胺薄膜兼具阻燃性、耐热性、粘附力的同时呈无色透明状，是性能优异的CPI膜材料。

在本发明一个优选实施方式中，可以将式I结构通式所示的化合物单独或是和其他化合物混合制成阻燃型透明聚酰亚胺薄膜。