CN103987520A - 能够代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的高强度透明塑料片，其特征在于，包括：透明基材层；第一粘结层及第二粘结层，其分别形成于上述透明基材层的两面；第一耐热树脂层及第二耐热树脂层，其分别形成于上述第一粘结层及第二粘结层的外侧面；以及第一硬涂层及第二硬涂层，其分别形成于上述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层的外侧面。

Description

能够代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度透明塑料片及其制备方法，更详细地，涉及适合用于便携式显示装置的外窗的高强度透明塑料片及其制备方法。
背景技术
使用于手机、智能手机、电子记事簿(PDA，personal digital assistants)、平板电脑(tablet personal computer)等便携式显示装置的外窗的透明玻璃基板大多经过化学强化处理，并在冲击强度、表面硬度以及弯曲弹性率方面呈现非常优秀的物性。
然而，这种透明玻璃基板具有价格相对昂贵，与塑料相比相当重的缺点。尤其在最近，随着多种便携式装置逐渐轻量化及薄型化的趋势，塑料之类的比重低的轻量化材料正迅速被引进。
由此，在最近，利用将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂挤压成单层的薄片为便携式显示装置的外窗，来代替透明玻璃基板。但在利用聚甲基丙烯酸甲酯的薄片的情况下，由于耐冲击性低，因而存在即使在外部很小的冲击下也容易破碎的问题。
并且，作为用于赋予耐冲击性的目的，在便携式显示装置的外窗利用对聚碳酸酯(PC)树脂和聚甲基丙烯酸甲酯树脂进行共挤的透明薄片。但在这种情况下，也因较低的弯曲弹性率而存在用手指按压时外窗向内部下陷的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供能够弥补透明玻璃基板的缺点，既为轻量化材质，也适用于便携式显示装置的外窗的功能性高强度透明塑料片。
并且，本发明的另一个目的在于，提供具有相当接近透明玻璃基板的表面硬度的高的表面硬度，且对高温及高湿具有较强物性的高强度透明塑料片的制备方法。
解决问题的手段
用于实现上述的目的的本发明的实施例的能够代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片，其特征在于，包括：透明基材层；第一粘结层及第二粘结层，分别形成于上述透明基材层的两面；第一耐热树脂层及第二耐热树脂层，分别形成于上述第一粘结层及第二粘结层的外侧面；第一硬涂层及第二硬涂层，分别形成于上述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层的外侧面。
用于实现上述另一个目的的本发明的实施例的能够代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，包括：步骤(a)，在透明基材层的两面分别依次附着第一粘结层、第二粘结层、第一耐热树脂层及第二耐热树脂层；以及步骤(b)，在上述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层的外侧面分别形成第一硬涂层及第二硬涂层。
发明的效果
本发明的高强度透明塑料片不仅具有强的耐冲击性、耐高温性及耐高湿性，还具有与玻璃基板相比相对轻量且制造成本显著降低的优点。
因此，本发明的高强度透明塑料片不仅能够以塑料材质为基础，还能确保良好的机械及光学物性，因而适合用于手机、智能手机、电子记事簿、平板电脑等便携式显示装置的外窗。
附图说明
图1为表示本发明一实施例的高强度透明塑料片的剖视图。
图2为表示本发明另一实施例的高强度透明塑料片的剖视图。
图3为表示本发明一实施例的高强度透明塑料片的制备方法的工序流程图。
具体实施方式
参照附图详细说明的实施例，能够明确本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法。但是本发明并不限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的各种形态来实现，本实施例仅仅是为了使本发明的公开更完整，并向本发明所属于技术领域的普通技术人员完整地告知发明的范畴而提供，本发明仅由发明要求保护范围的范畴进行定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。
以下，参照附图对本发明的优选实施例的能够代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片及其制备方法进行详细说明如下。
图1为表示本发明一实施例的高强度透明塑料片的剖视图。
参照图1，所示的高强度塑料片100可包括透明基材层110、第一粘结层120、第二粘结层122、第一耐热树脂层130、第二耐热树脂层132、第一硬涂层140及第二硬涂层142。
虽然透明基材层110的厚度为约0.03～5mm，但并不局限于此，可根据所适用的模型进行多种变更。
这种透明基材层110能够使用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate：PET)、聚乙烯对苯乙二醇(polyethyleneterephthalate glycol：PETG)、环烯烃聚合物(cyclo-olefin polymer：COP)、环烯烃共聚物(cyclo-olefin copolymer：COC)及聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate：PEN)中的一种以上。
在这种情况下，优选地，除了聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯对苯乙二醇之外，应适用复合树脂。这是因为，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚乙烯对苯乙二醇(PETG)树脂的情况下，即使单独使用，也具有一定的强度和高延伸率，因此具有柔韧的(flexible)特性能够预先防止曲面部分的裂纹(crack)等的不良的效果。
第一粘结层120及第二粘结层122要分别形成于透明基材层110与后述的第一耐热树脂层130之间以及透明基材层110与后述的第二耐热树脂层132之间，并起到增强第一耐热树脂层130、第二耐热树脂层132及透明基材层110的粘结力的作用。这种第一粘结层120、第二粘结层122与第一耐热树脂层130、第二耐热树脂层132可通过共挤涂敷工序形成于透明基材层110。相反地，第一粘结层120及第二粘结层122也能通过利用预处理工序事先涂敷于透明基材层110的方法来形成。
这种第一粘结层120及第二粘结层122可利用选自聚酯、聚氨基甲酸乙酯、丙烯酸、乙烯-醋酸乙烯酯(ethylene co-vinyl acetate)及聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate)等的粘结剂。第一粘结层120及第二粘结层122可以由如下方式形成，即，利用凹版印刷施工法、卷对卷(Roll-to-Roll)式等丝网印刷施工法以及选自柔性印刷施工法、微凹版涂敷、逗号涂敷及辊涂等的一种施工法涂敷成适当的厚度并进行干燥。
这时，虽然第一粘结层120及第二粘结层122的厚度越薄越有优势，但在第一粘结层120及第二粘结层122的各个厚度小于0.5μm的情况下，难以确保适当水准以上的粘结力。相反，在第一粘结层120及第二粘结层122各个的厚度大于5μm的情况下，由于粘结剂的使用量增加而存在产品的硬度降低，并具有耐热性方面的问题。因此，优选地，第一粘结层120及第二粘结层122的厚度分别形成为0.5～5μm。
第一耐热树脂层130及第二耐热树脂层132能够以如下方式形成，即，通过挤压涂敷工序分别形成于事先涂敷有第一粘结层120及第二粘结层122的透明基材层110的两面，或者与第一粘结层120及第二粘结层122一起被共挤涂敷。这时，优选地，第一耐热树脂层130与第二耐热树脂层132分别以重均分子量10～20万的聚甲基丙烯酸甲酯作为主要成分，并包含玻璃转化温度为120度～130度的丙烯酸类树脂。在使用玻璃转化温度小于120度或重均分子量小于10万的丙烯酸类树脂为第一耐热树脂层130及第二耐热树脂层132的情况下，可在较为高温(大约70～90℃)条件下实施的便携式显示装置外窗的印刷工序中引起发生弯曲(curling)的问题。相反，在使用玻璃转化温度大于130度或重均分子量大于20万的丙烯酸类树脂为第一耐热树脂层130及第二耐热树脂层132的情况下，虽然强度增强，但能引起光学上的双折射，且因冷却过程中的残留应力，在印刷工序中发生弯曲问题的可能性增加。
第一硬涂层140及第二硬涂层142分别形成于第一耐热树脂层130及第二耐热树脂层132的外侧面。这种第一硬涂层140及第二硬涂层142起到增强防污性、耐冲击性及耐划性等的作用，作为一例，可通过凹版涂敷施工法形成。
这时，第一硬涂层140及第二硬涂层142分别可以使用选自丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类及硅氧烷类聚合物材质等的一种以上，并能够使用低聚物(oligomer)之类的紫外线固化树脂。并且，为了增强强度，第一硬涂层140及第二硬涂层142还可包含二氧化硅(silica)类的填充剂。
优选地，上述第一硬涂层140及第二硬涂层142的厚度分别形成为2～7μm。在第一硬涂层140及第二硬涂层142的各个厚度小于2μm的情况下，难以发挥上述的效果。相反，在第一硬涂层140及第二硬涂层142的各个厚度大于7μm的情况下，存在与效果的上升相比，生产费用更多的问题。
上述的本发明实施例的高强度透明塑料片不仅具有强的耐冲击性、耐高温性及耐高湿性，还具有与玻璃基板相比相对轻量且制造成本显著降低的优点。
因此，本发明的高强度透明塑料片不仅能够以塑料材质为基础，还能确保良好的机械及光学物性，因而适合用于手机、智能手机、电子记事簿、平板电脑等便携式显示装置的外窗。
图2为表示本发明另一实施例的高强度透明塑料片的剖视图。
参照图2，本发明另一实施例的高强度透明塑料片100具有与一实施例的高强度透明塑料片(图1的100)实质上相同的结构。只是本发明另一实施例的高强度透明塑料片100的特征在于，还包括分别贴合于第一硬涂层140及第二硬涂层142上的第一保护膜150及第二保护膜152。
第一保护膜150及第二保护膜152为用于从灰尘、异物等中保护薄片表面而形成的离型膜，在利用于便携式显示装置的外窗的情况下，以剥离的方式使用。
这种第一保护膜150及第二保护膜152可分别使用选自聚乙烯树脂、聚烯烃树脂,聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚酰亚胺树脂、醋酸酯树脂、聚苯乙烯树脂及氯乙烯树脂等中的一种以上。
这种第一保护膜150及第二保护膜152的厚度虽然不受特殊限制，但优选为20～20μm的厚度，这在第一保护膜150及第二保护膜152的厚度过薄或过厚的情况下，处理方面存在困难，尤其在大于200μm的情况下，存在制造成本过高的问题。
以下，参照附图对本发明的实施例的能够用于代替玻璃基板使用的高强度透明塑料片及其制备方法进行详细简要说明，。
图3为表示制备本发明一实施例的高强度透明塑料片的方法的工序流程图。
参照图3，所示的高强度透明塑料片的制备方法可包括附着耐热树脂层的步骤S210、形成硬涂层的步骤S220及贴合保护膜的步骤S230。
附着耐热树脂层
在附着耐热树脂层的步骤S210中，在透明基材层的两面分别形成第一耐热树脂层及第二耐热树脂层。相反地，在本步骤中，能够与第一耐热树脂层及第二耐热树脂层一起在透明基材层的两面共挤第一粘结层及第二粘结层。相反地，如上所述，事先在透明基材层两面涂敷第一粘结层及第二粘结层，并作为额外的工序，可在第一粘结层及第二粘结层的两面以挤压的方式涂敷第一耐热树脂层与第二耐热树脂层。
透明基材层能够利用选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯对苯乙二醇、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物及聚萘二甲酸乙二醇酯等中的一种以上。
优选地，第一耐热树脂层及第二耐热树脂层分别以重均分子量10～20万的聚甲基丙烯酸甲酯作为主要成分，并使用玻璃转化温度为120度～130度的丙烯酸类树脂。
形成硬涂层
在形成硬涂层的步骤S220中，在第一耐热树脂层及第二耐热树脂层的外侧面分别形成第一硬涂层及第二硬涂层。
这种第一硬涂层及第二硬涂层能够以如下方式形成，即，为了表面硬度的增强，可在第一耐热树脂层及第二耐热树脂层以均匀的厚度涂敷硬涂敷液后，在大约40～80℃条件下烘干10～60分钟。
这时，在烘干温度低于40℃或固化时间少于10分钟的情况下，存在没有形成充分烘干的忧虑。相反，在烘干温度高于80℃或固化时间大于60分钟的情况下，由于过度的烘干温度以及时间而能够使产品形状引起变形。
在此，第一硬涂层及第二硬涂层分别能够使用选自丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类及硅氧烷类聚合物材质等中的一种以上，并能使用低聚物之类的的紫外线固化树脂。并且为了增强强度，第一硬涂层及第二硬涂层还可包含二氧化硅类的填充剂。
贴合保护膜
在贴合保护膜的步骤S230中，在第一硬涂层及第二硬涂层上贴合第一保护膜及第二保护膜。
此时，第一保护膜及第二保护膜为用于从灰尘、异物等中保护薄片表面而形成的离型膜，在利用于便携式显示装置的外窗的情况下，以剥离的方式使用。
这种第一保护膜及第二保护膜可分别使用选自聚乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚酰亚胺树脂、醋酸酯树脂、聚苯乙烯树脂及氯乙烯树脂等中的一种以上。
此时，贴合保护膜的步骤S230并不是必须执行的，根据需求也可以省略。
综上，可以结束本发明实施例的高强度透明塑料薄片的制备方法。
如上所述，通过上述过程(步骤S210至步骤S230)所制备的高强度透明塑料片不仅具有强的耐冲击性、耐高温性及耐高湿的特性，并且还具有与玻璃基板相比相对轻量、制造成本显著降低的优点。
因此，本发明的高强度透明塑料片不仅能够以塑料材质为基础，还能确保良好的机械及光学物性，因而在使用于手机、智能手机、电子记事簿及平板电脑等的便携式显示装置的外窗的情况下，能够在价格竞争力方面确保优势。
实施例
以下，通过本发明的优选实施例对本发明的结构及作用进行更加详细的说明。这些例子只不过是作为本发明的优选实施例而提出的，无论什么情况下也不能解释为本发明局限于此。
未记载于此的内容，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就能充分进行技术性类推，因此省略其说明。
1.试片的制备
实施例1
在厚度为50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的两面涂敷利用凹版涂敷施工法烘干后厚度为2μm的聚氨基甲酸乙酯类粘结剂，并通过额外的挤压工序在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的两面利用T-模法共挤涂敷玻璃转化温度为125度的丙烯酸类共聚物耐热树脂。这一被共挤的整体厚度制备为1mm。
之后，在被共挤的薄片的两面分别涂敷5μm厚度的聚氨酯类聚合物作为硬涂层，并在50℃的温度下固化15分钟后，切断为3cm(宽度)*3cm(高度)*1mm(厚度)，并制备了透明塑料片试片。
实施例2
除了使用聚乙烯对苯乙二醇酯膜来替代聚对苯二甲酸乙二醇酯膜之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
实施例3
除了使用包含60重量％的聚对苯二甲酸乙二醇酯及40重量％的环烯烃聚合物的复合膜来替代聚对苯二甲酸乙二醇酯膜之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
实施例4
除了使用包含80重量％的聚对苯二甲酸乙二醇酯及20重量％的聚萘二甲酸乙二醇酯的复合膜之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
实施例5
除了使用乙烯-醋酸乙烯酯来替代聚氨基甲酸乙酯类粘结剂，并涂敷成4μm的厚度之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
实施例6
除了使用硅氧烷类聚合物作为硬涂层，来替代聚氨酯类聚合物，并分别涂敷成5μm的厚度之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
比较例1
将常用于便携式显示装置的外窗的康宁公司(社)的金刚玻璃(Gorilla Glass)切断为3cm(宽度)*3cm(高度)*1mm(厚度)，并制备了强化玻璃试片。
比较例2
通过T-模法对厚度为0.6mm的聚碳酸酯膜与厚度为0.4mm的聚甲基丙烯酸甲酯膜进行共挤之后，切断为3cm(宽度)*3cm(高度)*1mm(厚度)，并制备了透明塑料片试片。
比较例3
通过T-模法将厚度为1mm的聚甲基丙烯酸甲酯树脂挤压成单层后，切断为3cm(宽度)*3cm(高度)*1mm(厚度)，并制备了透明塑料片试片。
比较例4
除了使用玻璃转化温度为100度的丙烯酸类共聚物耐热树脂之外，以与实施例1相同的方法制备了透明塑料片试片。
2.物性评价
表1为表示实施例1至实施例6的试片的物性评价结果，表2为表示比较例1至比较例4的试片的物性评价结果。
(1)渗透度(％)及浊度(haze)：依据ASTM D1003方法利用浊度计(Hazemeter)进行了测定。
(2)b*：利用SHIMAZU UV-VIS-NIR分光光度计(spectrophotometer)(UV-3600)进行了测定。这时，b*值为表示微黄色(yellowish)程度的值，其值越大显示的越黄，并且，在用作便携式显示装置的外窗的情况下，其值越低越好。
(3)弯曲弹性率(MPa)：依据ASTM D790方法进行了测定。
(4)表面铅笔硬度：依据ASTM D3363方法，以1kg的载荷进行了测定。
(5)落锤实验：为了测定试片破碎的高度，以在一定高度掉落13.2g的铁球(Steel Ball)，每次掉落5次的方式进行了落锤实验，并在表1呈现了各试片并没有破碎而承受的落锤的最大高度。
表1
表2
区分 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4
厚度(mm) 1.0 1.0 1.0 1.0
渗透度(％) 93.0 91.7 92.3 91.0
浊度(haze) 0.1 0.13 0.15 0.6
b* 0.15 0.53 0.49 0.28
弯曲弹性率(MPa) 120000 5500 5300 9700
表面铅笔硬度 9H 4H 3H 7H
落锤最大高度(cm) 112 23 22 84
参照表1及表2，在实施例1至实施例6的多个试片的情况下，与比较例1的试片相比较，能够看出渗透度、浊度及b*值并没有很大的物性差异。并且，在实施例1至实施例6的多个试片的情况下，弯曲弹性率及表面铅笔硬度为9600～10000及5H～6H，这数据虽然达不到作为强化玻璃的比较例1的试片的物性值，但能确认这数据相比于比较例2至比较例3高。尤其，在实施例1至实施例6的多个试片的情况下，通过落锤实验结果能够确认落锤的最大高度为78～80cm，接近于比较例1。
另一方面，在比较例2至比较例3的多个试片的情况下，当与实施例1至实施例6相比时，可知渗透度及浊度具有类似的值，但所测定的b*值相当高。并且，在比较例2至比较例3的试片的情况下，可知弯曲弹性率及表面铅笔硬度的值与实施例1至实施例6的试片的值相比具有相当低的值。尤其，在比较例2至比较例3的试片的情况下，通过落锤实验结果确认了落锤的最大高度仅为22～23cm。
并且，在比较例4的试片的情况下，虽然大部分的物性值呈现出与实施例1至实施例6的多个试片的物性值类似的特性，但确认了浊度急剧变差。
如上述实验结果所示，确认了在将实施例1至实施例6的多个试片利用于便携式显示装置的外窗的情况下，能够以轻量且低费用的方式体现仅次于强化玻璃的机械及光学物性的特性。
以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但这仅仅为例示，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就能理解由此可以进行多种变更或等同的其他实施例。因此，本发明真正的技术保护范围应由所附的发明要求保护范围来判断。

Claims (13)

1.一种高强度透明塑料片，其特征在于，包括：
透明基材层；
第一粘结层及第二粘结层，其分别形成于所述透明基材层的两面；
第一耐热树脂层及第二耐热树脂层，其分别形成于所述第一粘结层及第二粘结层的外侧面；以及
第一硬涂层及第二硬涂层，其分别形成于所述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层的外侧面。
2.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述透明基材层包含选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯对苯乙二醇、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物及聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一粘结层及第二粘结层分别利用选自聚酯、聚氨基甲酸乙酯、丙烯酸及乙烯-醋酸乙烯酯及聚乙酸乙烯酯中的一种粘结剂。
4.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一粘结层与第二粘结层的厚度分别为0.5～2μm。
5.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一耐热树脂层与第二耐热树脂层分别以重均分子量为10万～20万的聚甲基丙烯酸甲酯作为主要成分。
6.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一耐热树脂层与第二耐热树脂层中分别包含玻璃转化温度为120～130度的丙烯酸类树脂。
7.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一硬涂层及第二硬涂层分别包含选自聚合物材质及紫外线固化树脂中的一种以上，所述聚合物材质包含丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类及硅氧烷类，所述紫外线固化树脂包含低聚物。
8.根据权利要求1所述的高强度透明塑料片，其特征在于，所述第一硬涂层及第二硬涂层的厚度分别为2～7μm。
9.一种高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，包括：
步骤(a)，在透明基材层的两面分别依次附着第一粘结层、第二粘结层、第一耐热树脂层及第二耐热树脂层；以及
步骤(b)，在所述第一耐热树脂层与第二耐热树脂层的外侧面分别形成第一硬涂层与第二硬涂层。
10.根据权利要求9所述的高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，当实施所述步骤(a)时，在所述透明基材层的两面事先形成所述第一粘结层及第二粘结层后，接着在两面以挤压的方式涂敷所述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层，或者在透明基材层的两面以共挤压的方式涂敷所述第一粘结层、第二粘结层、所述第一耐热树脂层及第二耐热树脂层。
11.根据权利要求9所述的高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，所述第一耐热增强树脂层及第二耐热增强树脂层分别以重均分子量为10万～20万的聚甲基丙烯酸甲酯作为主要成分。
12.根据权利要求9所述的高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，所述第一耐热增强树脂层与第二耐热增强树脂层中分别包含玻璃转化温度为120～130度的丙烯酸类树脂。
13.根据权利要求9所述的高强度透明塑料片的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)后还包括步骤(c)，所述步骤(c)中，在所述第一硬涂层及第二硬涂层上贴合第一保护膜及第二保护膜。
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