CN102331591A

CN102331591A - 一种各向异性可调控的聚合物基光扩散膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102331591A
Application number: CN201110279806A
Authority: CN
Inventors: 郭少云; 熊英; 郭梅; 董现明
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明提供了一种各向异性可调控的聚合物基光扩散膜及其制备方法，其主要的技术特点是在聚合物基体中混入可变形的分散相，通过对聚合物熔体拉伸力场的控制，调控聚合物基复合材料中分散相沿同一方向被拉伸变形的程度，从而达到对光扩散各向异性程度的调控，实现对光扩散的可控调节。本发明的方法采用普通挤出成型加工，设计和制造成本低，操作简单易行，安全可靠，可根据需求制得综合性能优异的各向异性可调控的光扩散膜。

Description

一种各向异性可调控的聚合物基光扩散膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及各向异性可调控的聚合物基光扩散膜及其制备方法，特别是涉及一种可根据实际需求制备在X方向和Y方向光扩散程度可调控的各向异性光扩散膜及其制备方法。

背景技术

随着人类科技的快速发展，照明与显示领域得到了长足的进步，如何在现有的基础上制得高效、低损、高均匀性与完美视觉相结合的照明与显示系统，成为这一领域所要解决的重要问题之一。借助光扩散材料实现高功效与视觉均匀性相统一是行之有效的解决途径。

光扩散材料是指既能使光通过同时又能有效的扩散光的一类材料，具有一定的透明度和较强的光扩散性，是一种较好的背光源材料，常用的是膜状材料，称为光扩散膜。它质轻，对光线的散射角大，导光性好，透射光均匀，能够将点、线光源转化成线、面光源，可广泛与LED等光源相结合，作为面光源材料应用于照明、指示标牌、投影壁墙、展示橱窗等，使照明与显示系统达到高功效与视觉均匀性相统一，并可以和液晶元件复合后制备高分子分散型扩散器件，成功解决液晶显示器固有的视角不对称性问题，成为材料领域研究的热点之一。

根据对光在各方向扩散程度的不同，可将光扩散膜分为各方向光扩散能力相同的各向同性光扩散膜和各方向光扩散能力不同的各向异性光扩散膜。一般情况下，我们只需扩大光的照射面积，使点光源变成面光源时，可采用各向同性光扩散膜，但是在某些特殊场合，往往需要选择性地对某一方向或角度加强扩散作用，例如当我们本着节能环保的目的，仅需沿某一方向进行光照时；或需要将线光源变成面光源，使其各方向照明程度得到均一化；或液晶显示时，从扩大视角和节省能源的方面考虑，我们需要弱化垂直方向的照明范围，扩大水平方向的照明区域，以增大视角；这时候我们就需要X方向的扩散能力优于Y方向的光扩散膜。

各向异性光扩散膜包括面扩散膜和体扩散膜两类：

面扩散膜是通过机械方法（打磨、涂层或将其成型模具的相应面做喷砂或刻痕处理）或化学方法（溶解表面的某种成分或直接在表面进行定向合成）将制品的一个表面沿某一方向制备成凹凸不平的表面，利用其粗糙表面来产生光扩散。其显著缺点是：（1）扩散光量取决于刻痕、划痕等凹凸痕迹的数量分布，扩散不均匀；（2）若表面受到刮擦或损害，扩散效果将会受到很大影响，这给大尺寸制品的制备和保养带来困难。

体扩散膜是指在透明基体中均匀且定向分散有椭球形、梭形或纤维状等长径比＞1的散射体的光扩散膜，通过散射体和基体间对光的折射率的差异来产生光扩散，这种材料很好地克服面扩散膜所固有的弱点，制品具有高的光扩散性、较好的透明性及优异的综合性能。制备各向异性体散射膜的关键是使各向异性的散射体均匀且沿同一方向分布在基体中，而不可变形的无机材料（如玻璃纤维等）在基体中很难实现完全沿同一方向分布，且其形态结构是固定的，不能对X方向和Y方向的扩散程度进行调控。而聚合物加工温度下可变形的高分子材料或非高分子材料，在熔融过程中，由于与基体之间的粘度存在差异，若对其施加一拉伸作用，则可在共混物中可呈多种形态，如椭球形、棒状、带状、纤维状等形态，并沿同一方向分布；且可通过对拉伸作用的调控，控制可变形高分子材料或非高分子材料的变形程度，即可对散射体的长径比进行调控，从而实现对X方向和Y方向光扩散程度的调控，弥补现有各向异性光扩散材料制备方法复杂，且对光扩散各向异性程度不可控的缺点，具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

针对各向异性体扩散材料的研究现状，本发明的目的是在制备各向异性光扩散材料的同时提供一种简单易行且可有效调控光扩散各向异性程度的方法。

本发明的基本思想是采用挤出—热拉伸的方法，利用高分子材料或在聚合物加工温度下可变形的非高分子材料在挤出成型加工过程中，熔体沿同一方向流动，若基体树脂与分散相间存在粘度差异，则分散相在基体中被拉伸的程度将可调控，即可被拉伸为椭球形、梭形甚至纤维状的形态结构，从而可制备得到各向异性光扩散材料；并通过对分散相形态结构的调控，达到对光扩散各向异性程度调控的目的。

本发明以如下技术方案实现：

本发明公开的调控光扩散膜的各向异性程度的方法，是针对于具有不同折射率的共混复合体系，通过调控分散相的形态来实现光的各向异性扩散。该复合材料的基体选用透明或半透明的高分子材料；分散相可以是透明材料，也可以是非透明材料；可以是有机高分子材料，也可以是聚合物加工温度下可变形的非高分子材料，优选透明或半透明的有机高分子材料。

在上述技术方案中，选择与基体聚合物粘度不同的物质作为分散相，分散相物质的粘度可以大于基体物质，也可以小于基体物质，优先选择粘度小于基体的物质作为分散相。由于基体与分散相物质粘度不同，在成型加工过程中的流动速率即会产生差异，从而可使分散相在基体中形成不同的形态结构。

调控光扩散各向异性程度的方法可通过以下两种方式进行：

方式一：

在上述技术方案中，在挤出机狭缝口模后连接一薄膜牵引装置，该牵引装置含有温度可调节的两组辊筒。前一组辊筒：辊筒温度略低于口模温度，但高于基体物质和分散相物质的热变形温度；后一组辊筒：辊筒温度低于基体和分散相物质的热变形温度，能使基体和分散相物质迅速凝结为固体，使分散相的形态结构被冻结，优选0℃~热变形温度。

在上述技术方案中，通过对牵引速度控制（牵引速度＞挤出速度），调控分散相的形态结构：在一定范围内，增加牵引速度相当于增大施加于薄膜的拉伸作用，前一组温度高的辊筒将使分散相被拉伸的程度不同，后一组温度低的辊筒将使形成的分散相形态结构得以保持，呈现不同长径比的椭球形、梭形或纤维状结构，从而制得各向异性可调控的光扩散薄膜。

方式二：

在上述技术方案中，在挤出机狭缝口模前增加一多级拉伸装置，该多级拉伸装置包括两个连接器和一个或多个拉伸单元，连接器1的进口与挤出机的出口相连，出口与拉伸单元的进口相连；连接器2的进口与拉伸单元的出口相连，出口与狭缝口模的进口相连；两个连接器之间根据需要连接拉伸单元的个数；拉伸单元个数的增加，相当于增加熔体被拉伸的路程，从而使分散相在熔体中被拉伸的程度得以增加，熔体挤出口模后，冷却即可使分散相形态得以保持。

在该技术方案中，改变挤出机的挤出速度同样可改变聚合物复合体系中分散相被拉伸的程度，同样可制得各向异性可调控的光扩散薄膜。

本发明具有以下优点：

1. 此方法可以制得表面光洁的各向异性光扩散膜，具有较好的扩散稳定性，扩散光均匀；

2. 采用普通挤出成型加工，可连续、大规模生产；

3. 设计和制造成本较低，操作简单易行、安全可靠。

附图说明

图1是在狭缝口模后连接一薄膜牵引装置，牵引速度设为3m/min时制得的光散射薄膜对点状光源的扩散图。

图2是在狭缝口模后连接一薄膜牵引装置，牵引速度设为9m/min时制得的光散射薄膜对点状光源的扩散图。。

图3是在狭缝口模前连接一多级拉伸装置，拉伸单元1个时制得的光散射薄膜对点状光源的扩散图。

图4是在狭缝口模前连接一多级拉伸装置，拉伸单元3个时制得的光散射薄膜对点状光源的扩散图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体描述。有必要指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

选取熔融指数为1.58g/10min的线性低密度聚乙烯（折射率：折射率为1.51）为扩散体与充分干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯（折射率1.578）作为基体，按质量分数30/70利用双螺杆挤出机在275℃下挤出混合造粒，再通过单螺杆挤出机、狭缝形口模和牵引装置，制得光扩散薄膜。成型工艺条件如下：熔体温度270℃，口模温度260℃，牵引辊1温度200℃，牵引辊2温度30℃，牵引速度设为3m/min。制得薄膜对点状光的扩散情况如图1所示。

实施例2：

选取熔融指数为1.58g/10min的线性低密度聚乙烯（折射率：折射率为1.51）为扩散体与充分干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯（折射率1.578）作为基体，按质量分数30/70利用双螺杆挤出机在275℃下挤出混合造粒，再通过单螺杆挤出机、狭缝形口模和牵引装置，制得光扩散薄膜。成型工艺条件如下：熔体温度270℃，口模温度260℃，牵引辊1温度200℃，牵引辊2温度30℃，牵引速度设为9m/min。制得薄膜对点状光的扩散情况如图2所示。

实施例3：

选取熔融指数为1.58g/10min的线性低密度聚乙烯（折射率：折射率为1.51）为扩散体与充分干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯（折射率1.578）作为基体，按质量分数30/70利用双螺杆挤出机在275℃下挤出混合造粒，再通过单螺杆挤出机、多级拉伸装置、狭缝形口模和牵引装置，制得光扩散薄膜。成型工艺条件如下：熔体温度270℃，口模温度260℃，拉伸单元1个，牵引辊温度30℃，牵引速度设为3m/min。制得薄膜对点状光的扩散情况如图3所示。

实施例4：

选取熔融指数为1.58g/10min的线性低密度聚乙烯（折射率：折射率为1.51）为扩散体与充分干燥好的聚对苯二甲酸乙二醇酯（折射率1.578）作为基体，按质量分数30/70利用双螺杆挤出机在275℃下挤出混合造粒，再通过单螺杆挤出机、多级拉伸装置、狭缝形口模和牵引装置，制得光扩散薄膜。成型工艺条件如下：熔体温度270℃，口模温度260℃，拉伸单元3个，牵引辊温度30℃，牵引速度设为3m/min。制得薄膜对点状光的扩散情况如图4所示。

Claims

1.一种各向异性可调控的聚合物基光扩散膜及其制备方法，其特征是在制备光扩散膜的同时可根据实际需求使光扩散膜在X方向和Y方向具有不同的光扩散程度，实现对光扩散各向异性的调控。

2.根据权力要求1所述的各向异性可调控的聚合物基光扩散膜，其特征在于聚合物基体与分散相间存在粘度差异。

3.根据权力要求2所述的各向异性光扩散膜，其特征在于聚合物基体为透明或半透明的高分子材料，分散相为高分子材料或在聚合物基体加工温度下可变形的非高分子材料。

4.根据权力要求1所述的各向异性光扩散膜的制备方法，其特征在于采用挤出—热拉伸的方法。

5.根据权力要求4所述的各向异性光扩散膜的制备方法，其特征在于在挤出机的狭缝口模前或口模后增加一使熔体沿同一方向被拉伸的拉伸装置。

6.根据权力要求5所述的各向异性光扩散膜的制备方法，其特征在于狭缝口模后的拉伸牵引装置对熔体的拉伸牵引速度可调，且温度可控。

7.根据权力要求6所述的各向异性光扩散膜的制备方法，其特征在于狭缝口模前的拉伸装置由单个或多个拉伸单元构成，并且温度可控。