CN105754128A - 一种光学聚酯薄膜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学聚酯薄膜及其制造方法，所述光学聚酯薄膜在双向拉伸基膜的至少一面涂覆底涂层，所述底涂层的组分按重量百分比计为：63?96%的不含羧酸基水性紫外光固化的聚氨酯树脂；3?30%的恶唑啉交联剂；1?7%的纳米级抗粘连粒子，所述粒径范围为80nm～200nm。本发明的光学聚酯薄膜具有优异的附着力和高透明性，同时具有良好的抗粘连性，适用于LCD显示装置领域和高档IMD膜内装饰加工等高端膜材料领域。

Description

一种光学聚酯薄膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及光学聚酯薄膜领域，尤其涉及一种光学聚酯薄膜及其制造方法。

背景技术

双向拉伸光学聚酯薄膜由于相对于其他塑料薄膜具有良好的尺寸稳定性、耐化学性、高透明性及良好的加工性，通常作为液晶显示器(LCD)中使用的各种光学功能膜的基材。而其具有良好的热稳定性、印刷性、耐冲击性、耐划伤及良好的化学稳定性，应用于高档IMD膜内装饰加工领域，在家电和装饰基材等应用范围越来越广泛。

当光学聚酯薄膜用于上述用途时，要求具有高透明性和良好的再加工性。同时，需要在光学聚酯薄膜基材上至少涂布一层需要进行紫外光固化的光学功能层(紫外光固化树脂或紫外光固化油墨等)。只有该光学功能层很好地附着在聚酯基膜上，能够耐受高温、高湿等使用环境，才能发挥其应有的光学功能。为了改善聚酯薄膜的上述特性，通常的做法是通过涂覆的方法在基膜的表面设置含有聚酯类树脂、聚丙烯酸酯类树脂、聚氨酯类树脂等的底涂层。现有公开的聚酯薄膜底涂层配方，可能对薄膜的光学性能、抗粘连性和附着性其中的一项或两项进行了改善：改善了薄膜的抗粘连性时，光学性能较差；同时改善了光学性能和抗粘连性，薄膜的附着力不能满足光学功能膜的使用需求。因此，如何同时解决光学聚酯薄膜对附着性、透明性和抗粘连性的要求是业界比较关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学聚酯薄膜及其制造方法，该聚酯薄膜具有优良的附着性和高透明性，同时具备良好的抗粘连性，适用于LCD显示装置领域和高档IMD膜内装饰加工等高端膜材料领域。

解决上述问题的技术方案如下：

一种光学聚酯薄膜及其制造方法，在双向拉伸的基膜的至少一面涂覆底涂层，所述底涂层的组分按重量百分比计为：63％～96％的不含羧酸基水性紫外光固化的聚氨酯树脂；3％～30％的恶唑啉交联剂；1％～7％的纳米级抗粘连粒子，所述粒子的粒径范围为80nm～200nm。

上述光学聚酯薄膜，所述不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯树脂为在紫外光固化之前可表干的不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯。

上述光学聚酯薄膜，所述光学聚酯薄膜的基膜中不含粒子。

一种制备上述光学聚酯薄膜的方法，步骤如下：

a.将基膜原料送入相应挤出系统熔融挤出；

b.基膜熔体经模头在转动的冷却辊上形成无定形的铸塑厚片；

c.将冷却后的厚片预热后纵向拉伸3.0-3.8倍；

d.将底涂层涂覆液涂覆在纵向拉伸后的膜片的一个面或两个面上；

e.将涂好底涂层的膜片经预热后横向拉伸3.0-4.0倍；

f.将拉伸后的薄膜热定型，冷却后收卷，得到光学用聚酯薄膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点；

1.本发明中不含羧酸基水性紫外光固化的聚氨酯，可与光学功能层中的紫外光固化树脂在紫外光固化过程中发生交联反应，与光学功能层具有良好的附着力。由于水性紫外光固化聚氨酯不含羧酸基，恶唑啉交联剂中的恶唑啉基保留在底涂层中。在高温高湿环境中，恶唑啉基可以与聚酯基膜、光学功能层所使用的光固化型树脂水解产生的羧酸基进行交联反应，能够有效提高底涂层的耐高温高湿性，从而使得底涂层具有良好的附着力。在底涂层中含有粒径范围为80nm～200nm的抗粘连粒子，提高了薄膜的爽滑性和抗粘连性，使光学聚酯薄膜具有良好的再加工性，并保证透明性。

2.本发明所述的基膜中不添加粒子，保证了光学薄膜的高透明性。

3.本发明提供的光学聚酯薄膜具有优良的附着性和高透明性，同时具有良好的抗粘连性，适用于LCD、PDP等显示装置中的高端光学膜材料领域。

具体实施方式

本发明中作为构成基膜的热塑性树脂，优选对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯、间规苯乙烯、降冰片烯类聚合物、聚碳酸酯、聚芳酯等。从提高底涂层的附着性方面来看，优选聚酯、聚酰胺这样具有极性官能团的树脂。其中，进一步优选二元酸和二元醇的聚合物。二元酸可以是直连脂肪二酸，但主要是芳香族二酸，如对苯二甲酸、对苯二乙酸、对萘二甲酸等，优选对苯二甲酸；二元醇主要是乙二醇、丙二醇、丁二醇等低碳原子数的脂肪族二醇，优选乙二醇。因此，特别优选据对苯二甲酸二乙醇酯形成的双轴取向膜。此外，还可以加入少量的间苯二甲酸、邻苯二甲酸2,6-萘二羧酸、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、环己烷二甲醇或双酚A等物质改性的共聚酯。

上述基膜可以是单层结构，两层结构，或者三层及以上的多层结构。层间结构可以是a/b，a/b/a，a/b/c，a/b/c/a，a/b/c/b/a等结构，优选a/b/a三层结构。本发明中使用的基膜的厚度，没有特别限制，可以在20～380μm范围根据使用用途的规格任意地选择，优选50μm～350μm，进一步优选75μm～300μm，特别优选100μm～250μm。

本发明所述底涂层的组分按重量百分比计为：1)63％～96％的不含羧酸基水性紫外光固化的聚氨酯树脂；2)3％～30％的恶唑啉交联剂；3)1％～7％的纳米级抗粘连粒子。

本发明所述不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯在水分挥发之后、紫外光固化之前即拥有的表干性，在聚酯薄膜经横向拉伸、热定型后干燥成膜。在底涂层上涂布紫外光固化的光学功能层后，可与光学功能层中的紫外光树脂在紫外光固化过程中发生交联反应，与光学功能层有良好的附着力,使得底涂层与光学功能层具有良好的初期附着力。

含恶唑啉基树脂作为交联剂与羧酸基，可以增强涂层的耐水性、耐溶剂性、耐热性及涂膜强度等特性。在本发明中，由于水性紫外光固化聚氨酯不含羧酸基，在形成底涂层后，恶唑啉交联剂中的恶唑啉基保留在底涂层中。在高温高湿环境中，恶唑啉基可以与聚酯基膜、光学功能层所使用的光固化型树脂水解产生的羧酸基进行交联反应，能够有效提高底涂层的耐高温高湿性，从而使得底涂层具有良好的耐高温高湿附着力。

所述的不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯、恶唑啉交联剂可选用市售产品，或通过现有公知的方法进行制备。其中，不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯在底涂层加热固化时只是表干成膜，需要进行紫外光照射才能进行最终固化。为了使底涂层的在双向拉伸聚酯薄膜的横拉区可以较好的干燥成膜，优选表干性能优良、最低成膜温度低的不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯。恶唑啉交联剂可选择具有水分散性或水溶性的含恶唑啉基树脂，为了提高水性体系的相容性、涂布层的透明性和交联反应效率等，优选水溶性恶唑啉树脂作为交联剂。

为了提高光学聚酯薄膜的再加工性，底涂层中的含有1％～7％的纳米级抗粘连粒子。粒子可以为无机颗粒或有机颗粒，具体可以选自二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氢氧化铝、高岭土、硫酸钡、碳酸钙、硫酸锌、碳酸锌等无机粒子；或丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯/丁二烯类、甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯类等有机粒子。或是其中的一种或几种，优选二氧化硅粒子的分散体乳液。

为了不影响薄膜的光学性能，同时又能获得足够的抗粘连性，底涂层中粒子的平均粒径优选为80nm～200nm。粒子的形状没有特别限制，从改善爽滑性的角度，优选接近球状的一次粒子或二次粒子。在底涂层中加入抗粘连粒子，不仅提高了薄膜的表面粗糙度、增加层间爽滑性，而且在薄膜表面形成表面突起。这些表面突起部分加大了底涂层与光学功能层的接触面积，增强了底层对光学功能层的物理、化学吸附作用，可以进一步提高底涂层与光学功能层的附着性能。

本发明中的聚酯薄膜的雾度小于2.0％，优选小于1.5％，进一步优选小于1.2％。全光线透光率大于89％，优选大于90％。

本发明中的涂布液的固体成分含量可以控制在5％～10％的范围，涂布量可以选择在4g/m²～14g/m²范围。

在底涂层涂覆液中，可以根据需要添加助溶剂、润湿剂、pH值调节剂、催化剂、表面活性剂、抗静电剂等。

在基膜上的至少一个面上涂覆底涂层的方法可以采用公知的涂覆技术，如凹槽滚涂、棒涂、喷涂、空气刮刀涂、浸涂等已知涂布方法中的一种或多种；可以在双轴拉伸后的聚酯薄膜涂覆底涂层(on-line coating)，也可以涂覆在非伸聚酯薄膜或单轴拉伸之后进行双轴拉伸(in-line coating)；本发明优选后面的在线涂布方法。

本发明可选本领域已知的加工工艺，如管膜工艺、平膜工艺，优选平膜工艺，熔融的聚酯熔体从T型模头共挤出到骤冷的辊筒上，以保证共聚聚酯骤冷至无定型状态，然后拉伸取向，都得到聚合物薄膜。聚合物薄膜的拉伸可以是单轴拉伸取向的，也可以是双轴拉伸取向的，但优选聚合物薄膜在平面的两个相互垂直的方向上双轴取向拉伸，以获得优良的机械和物理性能。

本发明所述光学聚酯薄膜的制造方法优选以下步骤：

1.将光学聚酯薄膜切片在150-180℃结晶干燥后，送入相应的挤出系统熔融挤出，熔融挤出温度为260℃～300℃；

2.将基膜熔体经模头在转动的冷却辊上得到未取向的铸塑厚片；

3.将冷却后的厚片加热到80℃～120℃，纵向拉伸3.0～3.8倍，得到单轴取向聚酯薄膜；

4.将上述底涂层涂覆液涂在经纵向拉伸后膜片的一个面或两个面上；

5.将涂好底涂层的膜片经90℃～180℃加热干燥后，横向拉伸3.0倍～4.0倍；

6.将拉伸后的薄膜经220℃～250℃热定型，冷却后收卷，得到带底涂层的光学聚酯薄膜。

以下结合具体实施例对本发明的光学聚酯薄膜作进一步说明，但本发明的实施方式并不局限于这些实施例。

实施例1

底涂层涂覆液(Ⅰ)制备

取12.6g水性紫外光固化聚氨酯UCECOAT 7655(不含羧酸基，固体成分为35％，湛新树脂有限公司)、8.4g恶唑啉交联剂WS-700(固体成分为25％，日本触媒株式会社)、1.6g抗粘连粒子AB-S14(固体成分为29.9％，日本希爱化成株式会社)、10g异丙醇、77.4g去离子水，经高剪切乳化机分散均匀，得到固含量为7％的底涂层涂覆液。

光学聚酯薄膜的制备

将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯切片熔融挤出；熔融体流延到铸片辊冷却成为无取向的铸塑厚片，随后以3.5倍的纵向拉伸倍数进行纵向拉伸；然后在纵向拉伸片一面上涂布上述制备好的底涂层涂覆液；将涂有底涂层的纵拉片横向拉伸3.5倍，235℃下热定型收卷，得到厚度为188μm的光学用聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

实施例2

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅱ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅱ)制备

实施例3

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅲ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅲ)制备

实施例4

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅳ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜和光学用层压聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅳ)制备

实施例5

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅴ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅴ)制备

比较例1

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅵ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅵ)制备

水性紫外光固化聚氨酯UCECOAT 7699 18.6g

抗粘连粒子AB-S14 1.6g

去离子水 79.8g；

比较例2

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅶ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅶ)制备

比较例3

将实施例1中的底涂层涂覆液(Ⅰ)更改为底涂层涂覆液(Ⅷ)以外，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表1)。

底涂层涂覆液(Ⅷ)制备

水性紫外光固化聚氨酯UCECOAT 7655 17g

恶唑啉交联剂WS-700 4.2g

去离子水 78.8g

表1中各项性能的测试方法如下

1.光学聚酯薄膜的透光率、雾度、清晰度：

使用雾度计BYK AT-4725测试透光率、雾度、清晰度。

2.光学聚酯薄膜的摩擦系数：

使用TESTING MACHINES INC TM1测试摩擦系数。

3.光学聚酯薄膜的抗粘连性：

从实施例和比较例中得到的光学聚酯薄膜，切割成6块4cm×4cm的面积，制成三对待测样品。压板平面尺寸为4cm×4cm，重量为1kg。将待测样品和压板放入恒温恒湿箱中，40℃、90％RH下平衡24h。平衡后的样品，用一片样品的粘接改性层与另一片样品的粘接改性层相向重叠，放在两块压板中间，样品和压板完全对齐，放入恒温恒湿箱中，40℃、90％RH下放置48h。然后取出放置到时的样品，按以下评价基准进行分级：(三对待测样品同时进行测试，取平均值。)

◎：容易剥离，没有残留重叠的痕迹；○：容易剥离，但部分残留重叠的痕迹；△：容易剥离，残留重叠的痕迹；×：剥离时剥离开裂。将◎和○判为合格，△和×判为不合格。

4.光学聚酯薄膜的附着力测试：

在保持洁净的厚度为100μm的PET基膜上放置约5g的光固化型棱镜膜用树脂涂布液(BTW-640-19，折射率为1.54，东莞市贝特利新材料有限公司)，分别将实施例和比较例中得到的光学聚酯薄膜样片的底涂层面与光固化树脂涂布液以接触的方式重叠，使用方形涂布器使光固化型树脂涂布液均匀延展。接着，从光学聚酯薄膜表面一侧照射600Mj/cm²的紫外线，使光固化型树脂固化。从PET基膜上将含有厚度为20μm的具有光固化树脂层的光学聚酯薄膜样片剥离，得到光学功能膜。

①初期附着力测试：参照标准GBT9286-1998，用百格刀测试光学功能膜的光学功能层面附着力，从高到低分为0、1、2、3、4和5共6个等级。

②耐高温高湿附着力测试：将光学功能膜放入恒温恒湿箱中，在温度为65℃、相对湿度为95％的条件下放置120小时。然后，取出光学功能膜，在室温常湿下放置12小时。参照标准GBT9286-1998，用百格刀测试光学功能膜的光学功能层面附着力，从高到低分为0、1、2、3、4和5共6个等级。

表1各实施例性能数据表：

注：A/B/C为水性紫外光固化聚氨酯/恶唑啉交联剂/抗粘连粒子的固体成分比。

Claims (4)

1.一种光学聚酯薄膜，其特征在于，在双向拉伸基膜的至少一面涂覆底涂层，所述底涂层的组分按重量百分比计为：63％～96％的不含羧酸基水性紫外光固化的聚氨酯树脂；3％～30％的恶唑啉交联剂；1％～7％的纳米级抗粘连粒子，所述粒径范围为80nm～200nm。

2.根据权利要求1所述的光学聚酯薄膜，其特征在于，所述不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯树脂为在紫外光固化之前可表干的不含羧酸基水性紫外光固化聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的光学聚酯薄膜，其特征在于，所述光学聚酯薄膜的基膜中不含粒子。

4.一种制备如权利要求1、2或3所述光学聚酯薄膜的方法，其特征在于，制备步骤如下：

a.将基膜原料送入相应挤出系统熔融挤出；

b.基膜熔体经模头在转动的冷却辊上形成无定形的铸塑厚片；

c.将冷却后的厚片预热后纵向拉伸3.0-3.8倍；

d.将底涂层涂覆液涂覆在纵向拉伸后的膜片的一个面或两个面上；

e.将涂好底涂层的膜片经预热后横向拉伸3.0-4.0倍；

f.将拉伸后的薄膜热定型，冷却后收卷，得到光学聚酯薄膜。