[发明专利]一种水/氧阻隔聚合物基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水/氧阻隔聚合物基复合材料，其由无机物层状填料经与表面改性剂和插层剂反应后分散于聚合物基体材料中所构成，聚合物基体材料为含有酰胺键或羟基或羧基的有机聚合物。本发明的优点在于：水/氧阻隔层的结构简单且有效；制备方法为溶液态制程，制备过程中不需要涉及真空工艺，制备方法简单；水/氧阻隔聚合物基复合材料的制备成本低，并且应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及柔性电子与显示器件领域。

背景技术

随着科学技术日新月异的发展，具有阻隔性能封装材料的应用从传统食品、药品包装领域迅速向电子产品封装领域扩展，各种高科技电子产品对封装材料的阻隔性能有着越来越严格的要求。不同领域下的水氧阻隔性能的要求如下表1：

表1.不同领域对封装材料阻隔性能的需求范围

在有机电致发光器件(OLED)领域，对封装材料的阻隔性能要求尤为苛刻。有机发光二极管又称为有机电激光显示(Organic Light-Emitting Diode，OLED)，由美籍华裔教授邓青云在实验室中发现，由此展开了对OLED的研究。OLED具有制作成本低、全固态、主动发光、亮度高、对比度高、低电压直流驱动、功耗低、视角宽、响应速度快、厚度薄、工作温度范围宽、可实现柔性显示等特点。传统液晶显示(LCD)封装对水蒸汽渗透率(WVTR)和氧气渗透率(OTR)的要求分别为小于0.1g/m²/day和0.1cm³/m²/day。但OLED中有机发光材料和阴极对水蒸汽和氧气特别敏感。OLED器件为了获得有效电子的注入，其阴极层材料往往采用低功函数的金属(如Ca，Li)。这类金属材料化学性质较活泼，易被环境中的水气以及氧气腐蚀。若环境中的水气和氧气使阴极金属层发生氧化，影响金属层和氧化层的界面，致使电子无法有效发射，导致像素收缩，严重缩短OLED器件的寿命。如果OLED器件在制作出来后没有得到妥善封装，就会在很短时间内失去其发光性能，导致其无法工作。因此，为了阻隔水氧对器件的影响，我们需要在器件与基板之间加入一个防水氧的阻隔结构。若OLED寿命以1万小时计，并以OLED低功函数阴极失效所需水和氧量最低值来估算水和氧气对OLED封装的渗透率，要求OLED封装的WVTR和OTR分别小于10^-6g/m²/day及10^-5～10^-3cm³/m²/day。为了减小封装材料的气体渗透率，高分子阻隔材料相对于无机阻隔材料来说，具有比重小、具柔性、可进行多层复合、低介电、绝缘性能优良、功能化等多种优势，在阻隔材料中占据着十分重要的地位。但利用高分子做阻隔材料的缺点也十分明显，绝大多数高分子材料的透气性均高于无机材料，离实现高阻隔特别是OLED封装领域的要求还有非常大的距离。所以研制一种具有高阻隔性能，同时兼具高机械性、高耐热性、透明性的高分子薄膜材料就有着十分巨大的市场应用前景。

聚酰亚胺(PI)是一种极好的耐高温材料，具有优良的力学性能、介电性能、耐辐射性能和耐溶剂性能等。新型PI材料同时具有高阻隔性、高机械性、高耐热性、高玻璃化转变温度、低成本易制备等特点，能够广泛应用在电子封装等高科技领域，其重要意义不言而喻。聚酰亚胺作为一种具有高耐热性、高T_g、高机械性能、一定透明性的高分子材料，其氧气透过率约为30cm³/m²/day、水的透过率为50g/m²/day，相比于其它高分子材料，阻隔性能良好，将其作为高阻隔材料进行研究应用具有较好的优势。采用共混改性、多元共聚、纳米粒子杂化、添加填料等方法可以有效地降低聚酰亚胺树脂的阻隔性能，改善其性能。