功能材料及其制备方法、配向材料、液晶显示基板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种功能材料及其制备方法、配向材料、液晶显示基板，属于显示【技术领域】，其可解决现有液晶显示装置存在污染的问题。本发明的功能材料包括表面带有改性层的无机粉末，无机粉末包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；改性层由二元酐和二元胺的反应产物经脱水闭环而得。本发明的配向材料包括上述功能材料。本发明的液晶显示基板包括由上述配向材料形成的配向层。
【专利说明】功能材料及其制备方法、配向材料、液晶显示基板
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示【技术领域】，尤其涉及一种功能材料及其制备方法、配向材料、液晶 显不基板。
【背景技术】
[0002] 在液晶显示装置中，配向层是重要的结构之一，其经过摩擦或紫外光照射后可产 生特定的取向结构，从而使与其接触的液晶分子按照特定的方向排列（即取向），实现用液 晶进行滤光的目的。
[0003] 其中，配向层通常位于液晶显示基板（如阵列基板、彩膜基板）中，并覆盖在所有 其他的显示结构（如薄膜晶体管阵列、像素电极、彩色滤光膜等）上。配向层由配向材料固 化而成，配向材料中含有聚酰亚胺、交联剂、溶剂等。
[0004] 在液晶显示装置使用时，不可避免的会产生一些电磁辐射，从而对人体健康造成 不良影响。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有液晶显示装置会产生污染的问题，提供一种可起到医疗保健作用 且对环境友好的功能材料及其制备方法、配向材料、液晶显示基板。
[0006] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种功能材料功能材料，其包括表面带 有改性层的无机粉末，所述无机粉末包括：
[0007] 氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化 钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；
[0008] 所述改性层由二元酐和二元胺的反应产物经脱水闭环而得。
[0009] 优选的是，用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在（0.85? 1.05) : 1。
[0010] 进一步优选的是，用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在 (0· 92 ?1. 05) : 1。
[0011] 优选的是，所述用于生成所述改性层的二元酐中含有至少一个苯基；所述用于生 成所述改性层的二元胺中含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环。
[0012] 进一步优选的是，用于生成所述改性层的二元酐选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸 酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种；用于生成所述改性层的二 兀胺选自3-氨基节胺、2, 2'-二氟-4, 4'-(9-亚荛基）二苯胺、2, 2-双（3-氨基-4-轻苯 基）六氟丙烷、六氢-间苯二甲基二胺、1，4-二（氨甲基）环己烷、2, 2-双[4-(4-氨基苯氧 基）苯]六氟丙烧、2, 2-双（3-氨基-4-甲苯基）六氟丙烧、2, 2-双（3-氨基苯基）六氟 丙烧、2, 2-双（4-氨基苯基）六氟丙烧、2, 7-二氨基莉、间苯二甲胺、4, 4' -亚甲基双（2-乙 基-6-甲基苯胺）中的任意一种。
[0013] 优选的是，所述无机粉末的粒径在1?5000nm。
[0014] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种上述功能材料的制备方法，其包 括：
[0015] S1、将所述无机粉末、二元酐、二元胺与引发剂、溶剂混合均匀；
[0016] S2、加热使所述二元酐与二元胺反应，在无机粉末表面形成所述中间产物层；
[0017] S3、对带有中间产物层的无机粉末进行加热，使中间产物层脱水闭环，得到所述功 能材料。
[0018] 优选的是，所述无机粉末的质量与二元酐、二元胺反应后生成的物质的质量的比 为（20 ?1) : 1。
[0019] 优选的是，所述步骤S2中的加热分为两步进行，其具体为：在35?70°C的温度下 加热20?40min ;在70?KKTC的温度下加热20?40min。
[0020] 优选的是，所述步骤S3中的加热为：在50?300°C的温度下加热30?60min。
[0021] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种配向材料，其包括：
[0022] 聚酰亚胺；
[0023] 偶联剂；
[0024] 溶剂；
[0025] 上述的功能材料。
[0026] 优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述配向材料中各组 分的质量百分含量为：聚酰亚胺：1?20% ;偶联剂：0. 1?5% ;溶剂：72. 5?98% ;功能 材料的无机粉末：〇. 1?2. 5%。
[0027] 进一步优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述配向材料 中功能材料的无机粉末的质量百分含量在〇. 1?2%。
[0028] 进一步优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述配向材料 中功能材料的无机粉末的质量百分含量在〇. 1?1. 8%。
[0029] 其中，"在不计算功能材料的改性层质量的情况下，配向材料中某物质的质量百分 含量"是指以配向材料中除功能材料的改性层之外的其余全部物质（功能材料的无机粉末、 聚酰亚胺、偶联剂、溶剂等）的质量为100%时，某物质的质量百分含量。
[0030] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种液晶显示基板，其包括配向层，且
[0031] 所述配向层是由上述配向材料固化得到的。
[0032] 本发明的功能材料可发出远红外线和负离子；远红外线被人体吸收后可使体内水 分子共振，活化水分子，增强分子间结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞 处于最高振动能级；且远红外热量可传递到皮下较深的部分，使下深层温度上升，扩张毛细 血管，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增强组织再生能力，提高机体免疫力，调 节精神异常兴奋状态；而负离子对细菌和有机物有分解和氧化作用，可起到杀菌消毒和净 化环境空气质量的效果；因此，该功能材料可起到医疗保健作用，对环境友好。
[0033] 本发明的功能材料的无机粉末表面具有改性层，该改性层可与配向材料的主要成 分（聚酰亚胺）良好的融合，从而使功能材料可稳定的分布在配向层中；并且该改性层还可 改善无机粉末发出远红外线和负离子的能力。
[0034] 本发明的液晶显示基板具有由上述配向材料生成的配向层，故其在使用过程中可 持续发出远红外线和负离子，对环境友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1为本发明实施例的功能材料的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方 式对本发明作进一步详细描述。
[0037] 本实施例提供一种功能材料及其制备方法。
[0038] 该功能材料包括表面带有改性层的无机粉末，该无机粉末包括氧化铝、氧化镁、氧 化锌、氧化锫、二氧化娃、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化興、氧化钾、氧化钠、氧化锂中 的任意一种或多种；且
[0039] 所述改性层由二元酐和二元胺的反应产物经脱水闭环而得。
[0040] 其中，无机粉末的粒径在纳米量级至微米量级，具体优选在1?5000nm，更优选在 10 ?500nm。
[0041] 其中，二元酐是指分子结构中含有至少两个酸酐基团的物质；而二元胺是指分子 结构中含有至少两个胺基（或氨基）的物质。
[0042] 其中，二元酐中优选含有至少一个苯基，其更优选为均苯四甲酸二酐、偏苯三酸 酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种。
[0043] 其中，二元胺中优选含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环（例如环己烷），其 更优选为3-氨基节胺、2, 2' -二氟-4, 4' -(9-亚荛基）二苯胺、2, 2-双（3-氨基-4-轻苯 基）六氟丙烷、六氢-间苯二甲基二胺、1，4-二（氨甲基）环己烷、2, 2-双[4-(4-氨基苯氧 基）苯]六氟丙烧、2, 2-双（3-氨基-4-甲苯基）六氟丙烧、2, 2-双（3-氨基苯基）六氟 丙烧、2, 2-双（4-氨基苯基）六氟丙烧、2, 7-二氨基莉、间苯二甲胺、4, 4' -亚甲基双（2-乙 基-6-甲基苯胺）中的任意一种。
[0044] 其中，二元酐与二元胺的物质的量的比优选为（0.85?1.05) : 1 ;更优选在 (0· 92 ?1. 05) : 1。
[0045] 其中，二元酐和二元胺反应后可在无机粉末表面生成一层产物（中间产物层），该 层产物再经过脱水闭环，即可得到上述改性层。该改性层可与配向材料中的主要成分（聚 酰亚胺）良好的融合，从而使功能材料可稳定的分布在配向层中；并且该改性层还可改善 无机粉末发出远红外线和负离子的能力。
[0046] 本实施例的功能材料可发出远红外线和负离子；远红外线被人体吸收后可使体内 水分子共振，活化水分子，增强分子间结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细 胞处于最高振动能级；且远红外热量能传递到皮下较深的部分，使下深层温度上升，扩张毛 细血管，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增强组织再生能力，提高机体免疫力， 调节精神异常兴奋状态；而负离子对细菌和有机物有分解和氧化作用，可起到杀菌消毒和 净化环境空气质量的效果；因此，本实施例的功能材料可起到医疗保健作用，对环境友好。
[0047] 上述功能材料的制备方法包括：将所述无机粉末、二元酐、二元胺与引发剂、溶剂 混合均匀；加热使所述二元酐与二元胺反应，在无机粉末表面形成所述中间产物层；对带 有中间产物层的无机粉末进行加热，使中间产物层脱水闭环，得到所述功能材料。
[0048] 具体的，如图1所示，上述制备方法可包括：
[0049] S01、在使用分散剂的情况下，将各原料分别粉碎为粉末后按比例混合均匀，或将 各原料按比例混合均匀后再粉碎，得到无机粉末。
[0050] 其中，分散剂可选用德国毕克公司生产的BYK 161、路博润公司生产的Solsperse 32500、Solsperse 22000等常规分散剂；粉碎可采用球磨、研磨等常规方式；由于得到无机 粉末可采用已知的方法，故在此不再详细描述。
[0051] S02、将占总量1/4?1/3的引发剂及占总量1/4?1/3的二元胺溶解在溶剂中备 用。
[0052] 其中，无机粉末的质量与二元酐、二元胺反应后生成的物质的质量的比为（20? 1) ： 1〇
[0053] 也就是说，二元酐、二元胺的用量按照如下的方式确定：假设二元酐与二元胺可完 全反应并得到生成物，若该生成物的质量为1，则无机粉末的质量就在1?20之间；这样的 用量可保证最终在无机粉末上得到厚度合适的改性层。
[0054] 其中，引发剂用于引发反应，其优选为氮类引发剂，更优选为偶氮二异丁腈、 2, 2' -双偶氮_(2, 4-二甲基戊腈）、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异戊腈中的任意一种。
[0055] 其中，溶剂可选自脂肪醇、乙二醇醚、乙酸乙酯、甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚 乙二醇酯、Y-丁内酯、丙酸-3-乙醚乙酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单甲基 醚、丙二醇单甲基醚醋酸酯、环己烷、二甲苯、异丙醇等常规的有机溶剂。由于溶剂的作用只 是分散各物质，故在各实施例具体制备功能材料的过程中，统一采用丙二醇单甲基醚醋酸 酯作溶剂。
[0056] S03、将无机粉末加入反应容器（如四口瓶）中，并开始搅拌、震荡、摇动等；之后加 入二元酐、溶剂，以及剩余的引发剂、二元胺，溶解均匀。
[0057] S04、开始加热以进行反应，在无机粉末表面形成所述中间产物层；其优选分为两 步进行，具体可包括：先在35?70°C的温度下加热20?40min ;之后继续在70?100°C的 温度下加热20?40min。
[0058] 以上的加热过程中，可使二元酐与二元胺间发生反应，从而在无机粉末表面生成 中间产物层；其中，之所以分步加热，主要是为了防止反应过于剧烈。
[0059] 在反应过程中，逐渐将上述溶解有引发剂和二元胺的溶液逐渐滴加到四口瓶中； 之所以这样加入，是为了防止反应过于剧烈。
[0060] 其中，本步反应优选在氮气保护下进行，且在反应过程中优选一直保持搅拌。
[0061] 其中，各步骤中溶剂的用量以能将其中的物质均匀的分散、溶解为准，而引发剂用 量以能引发反应为准，这些可由本领域技术人员根据实际情况调整，在此不再详细描述。但 通常而言，无机粉末、引发剂、溶剂的质量比（均指总量）为1 : (0.25?0.4) : (1? 1.5)，为了统一，故在各实施例具体制备功能材料的过程中，统一使无机粉末、引发剂、溶剂 的质量比为1 : 0.3 : 1.4。
[0062] S05、反应结束后将粉末分离出来，得到带有中间产物层的无机粉末。
[0063] 也就是说，通过过滤、蒸干溶剂等方式，将带有中间产物层的无机粉末从溶液中分 离出来。
[0064] S06、对带有中间产物层的无机粉末进行加热，使中间产物层脱水闭环而形成改性 层，得到所述功能材料。
[0065] 也就是说，继续对无机粉末进行加热，使其中间产物层发生脱水闭环反应，得到可 与聚酰亚胺良好相容的改性层。
[0066] 具体的，本步骤中的加热为在50?300°C的温度下加热30?60min。
[0067] 当然，应当理解，以上所述的制备方法还可进行许多变化，例如，二元酐、二元胺、 引发剂等可一次都溶解在溶剂中；再如，步骤S04中的加热也可只为一段等。总之，只要最 终能使二元酐与二元胺反应并在无机粉末表面形成改性层即可。
[0068] 本实施例还提供一种配向材料。
[0069] 配向材料用于在液晶显示基板中形成配向层，其中含有聚酰亚胺、溶剂、偶联剂和 上述的功能材料。
[0070] 优选的，在不计算功能材料的改性层质量的情况下，配向材料中各组分的质量百 分含量为：聚酰亚胺：1?20% ;偶联剂：0. 1?5% ;溶剂：72. 5?98% ;功能材料的无机 粉末：0· 1?2. 5%。
[0071] 其中，在不计算功能材料的改性层质量的情况下，功能材料（中的无机粉末）的质 量百分含量更优选在0. 1?2%，进一步优选在0. 1?1. 8%。
[0072] 也就是说，以配向材料中除功能材料的改性层之外的其余全部物质（功能材料的 无机粉末、聚酰亚胺、偶联剂、溶剂）的质量为100%时，各组分的含量如上。
[0073] 其中，聚酰亚胺是生成配向层的主要材料，其优选含量在1?15%，更优选在1? 10%。
[0074] 其中，偶联剂用于使聚酰亚胺发生交联以生成固态的配向层；该偶联剂可为硅烷 偶联剂、氣娃烧偶联剂、苯氧基娃烧偶联剂、乙稀基娃烧、氣基娃烧、环氧基娃烧、疏基娃烧 和甲基丙烯酰氧基硅烷等；其优选含量在〇. 1?5%，优选在0. 1?3%。
[0075] 溶剂用于使配向材料中的各组分溶解、分散，从而形成均匀、稳定的体系。该溶剂 可选自有机溶剂，如N-甲基-2-吡咯酮、间-甲酚、γ - 丁内酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二 甲基甲酰胺、N-甲基己内酰胺、二甲基亚砜、Y-丁内酰胺、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、 乙二醇单内丙基醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁基醚、二乙二醇单乙基醚、丁基卡必醇、乙 酸乙基卡必醇酯、乙二醇等。
[0076] 其中，功能材料为上述的功能材料，将其添加到配向材料中后，可改善配向材料的 环境友好度。
[0077] 按照上述的制备方法，依照以下表格中的参数制备各实施例的功能材料。
[0078] 之后，用所得功能材料继续按照以下表格中的参数制备配向材料，其制备中只要 将各组分混合均匀即可，而不必采用特定的加料顺序及混合方法。
[0079] 之后，按照GB/T 7287-2008标准测试各配向材料的红外线比辐射率，并用空气负 离子测定仪测量其产生的负离子数量，结果如下表所示。
[0080] 最后，用该配向材料固化形成配向层，并用测试其电压保持率，具体为：将配向 材料旋涂在表面具有氧化铟锡（ITO)层的基板上，在80°C下前烘2min，在220°C下后 烘20min，然后以转速1200rpm、平台移动速度50mm/s的参数进行定向摩擦，压入深度为 0.3mm;用该基板组成液晶盒，之后施加脉冲电压（5V，60 μ)对液晶盒充电，再用高速电压 计测量16. 7ms内液晶盒电压的变化，以仍保持的电压的比例作为电压保持率。
[0081] 在各实施例中，聚酰亚胺统一采用JSR株式会社制造的型号为JSR OPTMER AL23201的聚酰亚胺；偶联剂统一米用γ-氨丙基三乙氧基娃烧；溶剂统一米用γ-丁内 酯；由于以上组分均是配向材料中的常规组分，故为了结果的可比性，此处统一采用以上物 质进行试验。
[0082] 表1、功能材料及配向材料的相关参数（含量单位均为质量份数）
[0083]
【权利要求】
1. 一种功能材料，其特征在于，包括表面带有改性层的无机粉末，所述无机粉末包括： 氧化错、氧化镁、氧化锌、氧化锫、二氧化娃、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化I丐、氧 化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种； 所述改性层由二元酐和二元胺的反应产物经脱水闭环而得。
2. 根据权利要求1所述的功能材料，其特征在于， 用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在（0.85?1.05) : 1。
3. 根据权利要求2所述的功能材料，其特征在于， 用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在（0.92?1.05) : 1。
4. 根据权利要求1所述的功能材料，其特征在于， 所述用于生成所述改性层的二元酐中含有至少一个苯基； 所述用于生成所述改性层的二元胺中含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环。
5. 根据权利要求4所述的功能材料，其特征在于， 用于生成所述改性层的二元酐选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、二苯酮二酐、联苯二 酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种； 用于生成所述改性层的二元胺选自3-氨基苄胺、2, 2'-二氟-4, 4'-(9_亚弗基）二苯 胺、2, 2-双（3-氨基-4-轻苯基）六氟丙烧、六氢-间苯二甲基二胺、1，4-二（氨甲基）环 己烧、2, 2-双[4-(4-氨基苯氧基）苯]六氟丙烧、2, 2-双（3-氨基-4-甲苯基）六氟丙 烧、2, 2-双（3-氨基苯基）六氟丙烧、2, 2-双（4-氨基苯基）六氟丙烧、2, 7-二氨基莉、间 苯二甲胺、4, 4' -亚甲基双（2-乙基-6-甲基苯胺）中的任意一种。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的功能材料，其特征在于， 所述无机粉末的粒径在1?5000nm。
7. -种功能材料的制备方法，其特征在于，所述功能材料为权利要求1至6中任意一项 所述的功能材料，所述制备方法包括： 51、 将所述无机粉末、二元酐、二元胺与引发剂、溶剂混合均匀； 52、 加热使所述二元酐与二元胺反应，在无机粉末表面形成所述中间产物层； 53、 对带有中间产物层的无机粉末进行加热，使中间产物层脱水闭环，得到所述功能材 料。
8. 根据权利要求7所述的功能材料的制备方法，其特征在于， 所述无机粉末的质量与二元酐、二元胺反应后生成的物质的质量的比为（20?1) : 1。
9. 根据权利要求7所述的功能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的加热分 为两步进行，其具体为： 在35?70°C的温度下加热20?40min ; 在70?100°C的温度下加热20?40min。
10. 根据权利要求7所述的功能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的加热 为： 在50?300°C的温度下加热30?60min。
11. 一种配向材料，其特征在于，包括： 聚酰亚胺； 偶联剂； 溶剂； 权利要求1至6中任意一项所述的功能材料。
12. 根据权利要求11所述的配向材料，其特征在于，在不计算所述功能材料的改性层 质量的情况下，所述配向材料中各组分的质量百分含量为： 聚酰亚胺：1?20% ; 偶联剂：〇. 1?5% ; 溶剂：72· 5?95% ; 功能材料的无机粉末：〇. 1?2. 5%。
13. 根据权利要求11或12所述的配向材料，其特征在于， 在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述配向材料中功能材料的无机粉末 的质量百分含量在〇. 1?2. 0%。
14. 根据权利要求13所述的配向材料，其特征在于， 在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述配向材料中功能材料的无机粉末 的质量百分含量在〇. 1?1. 8%。
15. -种液晶显示基板，包括配向层，其特征在于， 所述配向层是由权利要求11至14中任意一项所述的配向材料固化得到的。
【文档编号】C09C1/00GK104277500SQ201410366432
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】杨久霞, 白峰, 郭振鹏, 苏京, 刘建涛, 冯鸿博 申请人:京东方科技集团股份有限公司, 北京京东方光电科技有限公司