CN103570921A - 树脂母粒及其制造方法、以及由其所形成的膜层 - Google Patents
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Abstract
Description
【技术领域】
本发明系有关于一种树脂母粒及其制造方法,且特别是有关于一种可作为抗粘结剂的树脂母粒及其制造方法。
【背景技术】
纳米级二氧化硅材料被用在高分子材料中当透明的填充料,以增加高分子材料的表面硬度、机械强度与耐热性,其被广范的应用在涂布材料、涂料、薄膜与汽车之表面处理上。
目前,纳米级二氧化硅材料也被应用在光学膜上,但当用量增加会造成雾度(haze)增加。先前技术揭露,三醋酸纤维素光学膜中纳米级二氧化硅材料的添加量不可高于0.3%。当三醋酸纤维素添加量高于0.3%时,光学膜的透光率会下降,且雾度会大幅升高,而无法达到光学级的应用要求。
基于上述,目前亟需一种新的抗粘结剂,其具有低雾度与高透光率。
【发明内容】
本发明提出一种具有改性二氧化硅粒子的树脂母粒(masterbatch),以及以该树脂母粒所制备而得之膜层。根据本发明实施例,以该树脂母粒所制备而得之膜层,由于该表面改性二氧化硅粒子的关系,使其具有较低的静磨擦系数及动磨擦系数,提升其抗粘结性。此外,由于表面改性二氧化硅自我分散性良好,使得所得的膜层之雾度大幅下降,并维持高的透光率。
本发明亦提供一种树脂母粒,包含:组合物经聚合及热熔造粒后所得产物。其中该组合物包含:苯二甲酸,以及二氧化硅分散液。其中,该二氧化硅分散液包含表面改性二氧化硅粒子分散于乙二醇中。值得注意的是,该表面改性二氧化硅粒子表面具有第一官能基及第二官能基,其中该第一官能基可为而该第二官能基可为C1-8卤烷基、C1-8烷氧基、C1-8烷氨基(aminoalkyl group)、C2-8烷烯基(alkenyl group)、或环氧基,其中R1系为氢、或C1-3之烷基,n系为1-4。
根据本发明一实施例,本发明系提供一种树脂母粒的制造方法,包含:提供上述二氧化硅分散液;将苯二甲酸与该二氧化硅分散液混合,得到组合物;以及,对该组合物进行聚合及热熔造粒制程,得到该树脂母粒。
根据本发明其他实施例,本发明亦提供一膜层,该膜层系由混掺物经制膜制程所得之产物。此外,该混掺物系由一高分子聚合物、以及上述之树脂母粒经混掺制程所得。
为让本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举出较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下:
【具体实施方式】
本发明系揭露一种可作为抗粘结剂的树脂母粒、该树脂母粒的制造方法、以及以该树脂母粒所制备而得之膜层。根据本发明一实施例,该树脂母粒可包含组合物经聚合及热熔造粒后所得产物,其中该组合物包含:苯二甲酸(terephthalic acid、TPA);以及二氧化硅分散液。其中,该二氧化硅分散液可包含表面改性二氧化硅粒子分散于乙二醇中。
该表面改性二氧化硅粒子系为表面具有第一官能基及第二官能基的二氧化硅粒子,其中该第一官能基及第二官能基系键结于该二氧化硅粒子的表面。值得注意的是,该第一官能基可为而该第二官能基可为可产生氢键的官能基,例如C1-8卤烷基、C1-8烷氧基、C1-8烷氨基(aminoalkyl)、C2-8烷烯基(alkenyl group)、或环氧基,其中R1系为氢、或C1-3烷基,n系为1-4。根据本发明一实施例,该第一官能基及第二官能基系占该表面改性二氧化硅粒子总重之10-50wt%。该二氧化硅分散液可具有固含量介于5-20wt%之间,即该表面改性二氧化硅粒子具有的重量百分比介于5-20wt%之间,以该二氧化硅分散液总重为基准。此外,该表面改性二氧化硅粒子之粒径可介于1-100nm之间,而该树脂母粒之绝对粘度可介于0.55-0.7。
根据本发明一实施例,本发明所述之表面改性二氧化硅粒子可包含以下起始物经水解及缩合反应而得:含二氧化硅的水溶液;具有化学式(I)的化合物;以及具有化学式(II)的化合物:
化学式(I) 化学式(II)
其中R1系为独立的氢、甲基、或乙基,R2系为独立的氢、或C1-6烷基,R3系为独立的C1-8卤烷基、C1-8烷氧基、C1-8烷氨基(aminoalkyl group)、C2-8烷烯基(alkenyl group)、或环氧基,其中R1系为氢、或C1-3烷基,此外,n可为1-4、m可为1-2、而i可为1-2。举例来说,具有化学式(I)的化合物可为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(3-(trimethoxysilyl)-propylmethacrylate);此外,具有化学式(II)的化合物可为3,3,3,三氟丙基三甲氧基硅烷((3,3,3,Trifluoro propyl)trimethoysilane)、N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷(N-methylaminopropyl trimethoysilane)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷((3-aminopropyl)triethoysilane)、3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloropropyltrimethoxysilane)、或乙烯基三甲氧基硅烷、环氧丙基醚基三甲氧基硅烷。
根据本发明其他实施例,本发明亦提供上述树脂母粒的制造方法,包含:提供上述二氧化硅分散液;接着,将苯二甲酸与该二氧化硅分散液混合,得到组合物;接着,在反应温度为200-280℃下对该组合物进行酯化反应;待酯化反应完全后,在真空及250-300℃进行原位(in-situ)聚合反应(可加入聚合催化剂(例如:Sb2O3))。最后,通入氮气,将所得熔融聚酯以双螺杆造粒机(twinscrew),进行热熔及压出成型等步骤,压出至冷水冷却并进行切粒,得到具表面改性二氧化硅粒子之树脂母粒。
本发明所述之树脂母粒可进一步与高分子聚合物(例如:聚对苯二甲酸乙二醇酯)进行混掺,并可藉由连续式押出机来制作薄膜。该高分子聚合物与该树脂母粒的重量比可介于99:1至80:20之间,藉由该具表面改性二氧化硅粒子之树脂母粒的添加可提升所得膜层之抗粘结性。所得的膜层可具有厚度介于1-500nm之间,且该膜层可具有静摩擦系数介于0.3-2.0之间、动摩擦系数介于0.2-0.9之间、雾度系介于0.1-1.0之间、以及透光率系不小于85%,因此非常适合作为光学膜,用于光电装置中。
为了让本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举数实施例及比较实施例,来说明本发明所述之含聚亚酰胺之膜层、以及蚀刻含聚亚酰胺之膜层的方法。
具表面改性二氧化硅粒子的制备
制备例1
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、12克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(3-(trimethoxysilyl)-propyl methacrylate)与3克3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloropropyl trimethoxysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及3-氯丙基(3-chloropropyl)的表面改性二氧化硅粒子(A)。将所得之含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及3-氯丙基(3-chloropropyl)之表面改性二氧化硅粒子(A)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(A)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(A)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(A)的平均粒径为32±5nm)。
制备例2
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、14克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(3-(trimethoxysilyl)-propyl methacrylate)与2克3,3,3,三氟丙烷三甲氧基硅烷((3,3,3,Trifluoro propyl)trimethoysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及三氟丙基官能基(trifluoro propyl)的表面改性二氧化硅粒子(B)。将所得之含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及三氟丙基官能基(trifluoro propyl)之表面改性二氧化硅粒子(B)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(B)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(B)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(B)的平均粒径为30±5nm)。
制备例3
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、14.5克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(3-(trimethoxysilyl)-propyl methacrylate)与0.5克N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷(N-methylaminopropyl trimethoysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及氨基官能基(N-methylaminopropyl)之表面改性二氧化硅粒子(C)。将所得含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)及甲氨基丙基(N-methylaminopropyl)的表面改性二氧化硅粒子(C)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(C)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(C)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(C)的平均粒径为50±5nm)。
制备例4
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、13.5克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与1.5克之3-胺丙基三乙氧基硅烷((3-aminopropyl)triethoysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与胺丙基(aminopropyl)之表面改性二氧化硅粒子(D)。将所得含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与胺丙基(aminopropyl)的表面改性二氧化硅粒子(D)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(D)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(D)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(D)的平均粒径为20±5nm)。
制备例5
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、12克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与1.5克之3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷(3,3,3-trifloro propyl trimethoxysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与三氟丙基(trifloro propyl)之表面改性二氧化硅粒子(E)。将所得含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与三氟丙基(trifloro propyl))的表面改性二氧化硅粒子(E)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(E)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(E)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(E)的平均粒径为31±5nm)。
制备例6
将50克二氧化硅溶胶(分散于H2O中,二氧化硅的重量百分比为20wt%,二氧化硅平均粒径为30±6nm)(由长春石化公司商品制造及贩售,商品名为nano sol)、12克3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与1.5克甲氧基三乙氧基硅烷(hydroxy methyl triethoxysilane)进行混合,在温度40℃下反应4小时,然后降至室温继续搅拌48小时后,得到含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与甲氧基(methoxy)之表面改性二氧化硅粒子(F)。将所得含有甲基丙烯酸酯(methacrylate)与甲氧基(methoxy)的表面改性二氧化硅粒子(F)进行裂解温度及表面官能基成分比例分析,结果请参照表1。
接着,将表面改性二氧化硅粒子(F)分散于乙二醇(ethylene glycol)中,得到二氧化硅分散液(F)(固含量为10%,表面改性二氧化硅粒子(F)的平均粒径为33.4±5nm)。
表1
(备注:
表面改性官能基重量百分比的测量方式系先将表面改性二氧化硅分散液放置在105℃热风烘箱中干燥3小时,接着将干燥后的二氧化硅放至到干燥箱中回温至室温6小时。之后将干燥回温后的二氧化硅样品置于热重量分析仪(Thermogravimetric Analyzer,TGA),于氮气的环境下,温度上升至造成样品中反应性官能基裂解而产生重量损失,记录样品随温度或时间的重量的变化,即可判定表面改性二氧化硅材料的表面改性官能基成分比例。)
具表面改性二氧化硅之树脂母粒的制备
实施例1
取制备例1所得之二氧化硅分散液(A)100克,添加166克对苯二甲酸(terephthalic acid、TPA),并在反应温度为260℃下进行酯化反应。待酯化反应完全后,加入0.1克Sb2O3(作为聚合催化剂),并开始抽真空,待反应温度升至270℃,进行原位(in-situ)聚合反应。接着,用通入氮气破真空,将熔融聚酯以双螺杆造粒机(twinscrew),进行热熔及压出成型等步骤,压出至冷水冷却并进行切粒,得到具表面改性二氧化硅的树脂母粒(A)。接着,对具表面改性二氧化硅的树脂母粒(A)进行物性的分析,结果如表2所示。
实施例2
如实施例1之相同方式进行,但将实施例1所使用的二氧化硅分散液(A)改为制备例2所得之二氧化硅分散液(B),得到具表面改性二氧化硅之树脂母粒(B)。
实施例3
如实施例1之相同方式进行,但将实施例1所使用的二氧化硅分散液(A)改为制备例3所得之二氧化硅分散液(C),得到具表面改性二氧化硅之树脂母粒(C)。
实施例4
如实施例1之相同方式进行,但将实施例1所使用的二氧化硅分散液(A)改为制备例4所得之二氧化硅分散液(D),得到具表面改性二氧化硅之树脂母粒(D)。
实施例5
如实施例1之相同方式进行,但将实施例1所使用的二氧化硅分散液(A)改为制备例5所得之二氧化硅分散液(E),得到具表面改性二氧化硅之树脂母粒(E)。接着,对具表面改性二氧化硅之树脂母粒(E)进行物化性的分析,结果如表2所示。
实施例6
如实施例1之相同方式进行,但将实施例1所使用的二氧化硅分散液(A)改为制备例6所得之二氧化硅分散液(F),得到具表面改性二氧化硅之树脂母粒(F)。接着,对具表面改性二氧化硅之树脂母粒(F)进行物化性的分析,结果如表2所示。
比较实施例1
取未改性之二氧化硅粉未10克,接着添加90克乙二醇(ethylene glycol),形成固含量10%的二氧化硅分散液。接着,加入166克之对苯二甲酸(terephthalic acid、TPA),并在反应温度为260℃下进行酯化反应。待酯化反应完全后,加入0.1克之Sb2O3(作为聚合催化剂),并开始抽真空,待反应温度升至270℃,进行原位(in-situ)聚合反应。接着,用通入氮气破真空,将熔融聚酯以双螺杆造粒机(twinscrew),进行热熔及压出成型等步骤,压出至冷水冷却并进行切粒,得到二氧化硅之树脂母粒。接着,对二氧化硅之树脂母粒进行物化性的分析,结果如表2所示。
表2
由表2可知,由本发明所述之表面改性二氧化硅所制备的母粒,与纯聚对苯二甲酸乙二醇酯相比,玻璃转化温度(Tg)增加19%以上。
PET光学膜的形成的制备
实施例7
分别将实施例1、及4-6所得的表面改性二氧化硅之树脂母粒与纯聚对苯二甲酸乙二醇酯粒(树脂母粒与纯聚对苯二甲酸乙二醇酯粒的重量比为1:9)混掺,并在真空140℃下干燥8小时,利用连续式押出机制作薄膜(厚度为350μm),再进行双轴延伸加工(拉伸前先预热5分钟,并朝流动方向(machine direction、MD)以及垂直流动方向(transverse direction、TD)方向各延伸3倍),分别得到PET光学膜(1)-(4),膜厚为38±2μm。接着,对所得之PET光学膜(1)-(4)进行最大静摩擦系数、动摩擦系数、雾度、及透光率的量测,结果如表3所示。
比较实施例2
将300克未改性之二氧化硅树脂母粒(比较实施例1所得的树脂母粒)与2700克纯聚对苯二甲酸乙二醇酯粒混掺,并利用连续式押出机制作薄膜(厚度为350μm),再进行双轴延伸加工(拉伸前先预热5分钟,并朝流动方向(machine direction、MD)以及垂直流动方向(transverse direction、TD)方向各延伸3倍),得到PET光学膜(5),膜厚为38±2μm。所得之PET光学膜(5)其具有较大的雾度(大于2.5),以及较差的透光率(小于75%)。
表3
(备注:
最大静摩擦系数与动摩擦系数的量测:将PET光学膜根据ASTM1894标准检验方法,放入摩擦系数仪(MXD-02)中进行分析,共检测二次,取其平均得该光学保护膜之最大静摩擦系数与动摩擦系数。
雾度及透光率量测:将PET光学膜放入浊度测定仪中进行分析,分析范围为400-700nm。)
由表3可知,由本发明所述之具有表面改性二氧化硅之树脂母粒所制备而得的PET光学膜与纯PET膜相比,最大静摩擦力及动摩擦力系数大幅下降,且雾度及透光率亦并未增加。反观由未改性二氧化硅树脂母粒所制备而得的PET光学膜,其雾度大幅上升,且透光率由90%下降至70%。
基于上述,由本发明所述具有改性二氧化硅之树脂母粒(masterbatch)所制备而得的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)光学膜,其具有高的抗粘结性(较低的静磨擦系数及动磨擦系数,由该表面改性二氧化硅所提供),且由于表面改性二氧化硅被PET树脂包覆,因此所得的PET光学膜中不会产生二氧化硅粉尘、或聚集等现象。此外,由于表面改性二氧化硅自我分散性良好,使得所得的PET光学膜的雾度大幅下降、并维持高的透光率。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明之精神和范围内,当可作任意之更动与润饰,因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。
Claims (20)
2.如权利要求1所述的树脂母粒,其中该第一官能基及第二官能基系占该表面改性二氧化硅粒子总重的10-50wt%。
3.如权利要求1所述的树脂母粒,其中该二氧化硅分散液的固含量为5-20wt%。
4.如权利要求1所述的树脂母粒,其中该树脂母粒的绝对粘度为0.55-0.7。
5.如权利要求1所述的树脂母粒,其中该表面改性二氧化硅粒子具有的重量百分比为1-50wt%,以该树脂母粒的总重为基准。
6.如权利要求1所述的树脂母粒,其中该表面改性二氧化硅粒子的粒径为1-100nm。
7.一种树脂母粒的制造方法,包含:
提供二氧化硅分散液,其中该二氧化硅分散液包含表面改性二氧化硅粒子分散于乙二醇中,其中该表面改性二氧化硅粒子系为具有第一官能基及第二官能基键结于表面的二氧化硅粒子,其中该第一官能基系而该第二官能基系C1-8卤烷基、C1-8烷氧基、C1-8烷氨基、C2-8烷烯基、或环氧基,其中R1系为氢、或C1-3烷基,n系为1-4;
将苯二甲酸与该二氧化硅分散液混合,得到组合物;以及
对该组合物进行聚合及热熔造粒制程,得到该树脂母粒。
8.如权利要求7所述的树脂母粒的制造方法,其中该第一官能基及第二官能基系占该表面改性二氧化硅粒子总重的10-50wt%。
9.如权利要求7所述的树脂母粒的制造方法,其中该二氧化硅分散液的固含量为5-20wt%。
10.如权利要求7所述的树脂母粒的制造方法,其中该树脂母粒的绝对粘度为0.55-0.7。
11.如权利要求7所述的树脂母粒的制造方法,其中该表面改性二氧化硅粒子具有的重量百分比为1-50wt%,以该树脂母粒之总重为基准。
12.如权利要求7所述的树脂母粒的制造方法,其中该表面改性二氧化硅粒子的粒径为1-100nm。
13.一种膜层,包含:
混掺物,该混掺物系由高分子聚合物、及权利要求1所述的树脂母粒经混掺制程所得。
14.如权利要求13所述的膜层,其中该高分子聚合物与该树脂母粒的重量比为99:1至80:20。
15.如权利要求13所述的膜层,其中该高分子聚合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯。
16.如权利要求13所述的膜层,其中该膜层的厚度系为1-500nm。
17.如权利要求13所述的膜层,其中该膜层的静摩擦系数系为0.3-2.0。
18.如权利要求13所述的膜层,其中该膜层的动摩擦系数系为0.2-0.9。
19.如权利要求13所述的膜层,其中该膜层的雾度系为0.1-1.0。
20.如权利要求13所述的膜层,其中该膜层的透光率系不小于85%。
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