CN109735240A - 热塑性聚氨酯光学胶膜及其贴合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热塑性聚氨酯光学胶膜，其以聚氨酯弹性体(TPU)与聚丙烯(PP)按质量份配比共混为基础材料，以丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂为组份制备而成，具有高透明性，优异的力学性能、耐候耐化学性能，耐高低温性能，良好的粘结性能，同时，其也是一种热可塑性胶膜，在一定温度作用下，可熔融，可流动，呈透明状，并呈极低初粘性，因此其可用作触摸显示屏的贴合光学胶材，其粘合的触摸显示屏组件，制程简便、便于排除气泡、可极易返工、生产效率高、成本低等特点，同时其贴合后的触摸显示屏组件光学性能好，力学性能优异、耐化学耐气候环境性能佳，是一种优秀的光学胶材。

Description

热塑性聚氨酯光学胶膜及其贴合方法

技术领域

本发明涉及光学胶膜技术领域，特别涉及一种热塑性聚氨酯光学胶膜及其贴合方法。

背景技术

在触摸屏显示领域，触摸技术的发展直接关系和影响着触摸显示的应用和发展。当前触摸技术正处于迅速发展阶段，同时亦面临着挑战和技术的攻关时期。行业对触摸显示屏的整体性能要求越来越高，对贴合的工艺和技术要求也相应提高。

目前市场上应用触摸显示屏贴合的光学材料，仍主要以固态OCA光学胶、液态LOCA光学胶为主。固态光学胶OCA，其表面带有粘性，在贴合时易污染、难对位、难排泡、难返拆，尤其是对中大尺寸触摸屏更是难于操作；液态LOCA，在贴合时易流胶溢胶、气泡难除、难清理，尤其是对中大尺寸触摸屏也是难于操作；另外，此两种材料，在贴合触摸显示屏应用中，存在操作难、生产效率偏低、生产成本高、物理性能难满足更高要求，对行业的发展存在挑战和制约。

选用一种可提高触摸显示屏贴合工艺简便、生产效率高、成本低，同时具有优秀的光学性能、粘结性能、力学性能、耐候性能的光学材料对当前触摸显示屏的应用和发展将产生积极现实意义和深远影响。

发明内容

本发明提供了一种热塑性聚氨酯光学胶膜及其制备方法、贴合方法，其贴合触摸显示屏制程简便、可返工、生产效率高、成本低，特别是其具有优秀的光学性能、力学性能、耐化学耐候性能，可满足触摸显示屏尤其是对力学性、耐候性要求严苛的触摸显示屏对光学胶材贴合的性能需求。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种热塑性聚氨酯光学胶膜，其由以下质量份的各组份组成：

优选地，聚丙烯为15-25份、或20-25份。

在上述技术方案中，本发明中的热塑性聚氨酯光学胶膜是以聚氨酯弹性体(TPU)和聚丙烯按质量份配比作为混合共聚基础材料。此两种材料都是具有热塑性环保型高分子材料。TPU弹性体具有其他塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐寒、耐热、耐水、耐老化、耐气候等特性，同时具有高防水性、透湿性、抗紫外线以及能量释放等许多优异功能。本发明中所述聚氨酯(TPU)弹性体是由聚醚、聚酯或聚烯烃等低聚物多元醇与多异氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚合而成，聚醚、聚酯或聚烯烃等多元醇构成软段，二异氰酸酯、扩链剂构成硬段。由于软段和硬段之间的热力学不相容，软段及硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，具有微相分离结构。软段提供材料的弹性、韧性及低温性；硬段则提供材料的硬度、强度等性能。本发明中所述聚氨酯弹性体优选为聚醚型聚氨酯，其具有更佳的耐腐性、耐水解、抗绕曲和粘接性，在其结构中既含有羰基又含有氨基，因此可以和许多不饱和极性基团相互作用，形成氢键，可对其进行接枝改性。聚丙烯是由丙烯聚合而成的一种热塑性树脂，具结晶度高、结构规整，因而具有优良的力学性能，刚性好、耐热、耐水、耐化学性优异，同时具有良好的介电性能和高频率绝缘性。对聚丙烯可通过交联改性方法来提高其热变形温度及力学性能，交联改性主要以辐射交联法和化学交联法。辐射交联法是在高能射线的作用下聚丙烯分子链产生自由基进而进行交联反应；化学交联一般是在聚丙烯中加入过氧化物作为引发剂，同时加入助交联剂实现交联反应。

在本技术方案中，通过以聚氨酯弹性体与聚丙烯共混改性制得的合金型聚氨酯光学胶膜，可制得刚柔并济、性能更优越更完整的光学胶材。

作为以上方案的技术途径，本发明中以丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类多官能团反应单体为改性接枝物，以有机过氧化物和自由基光引发剂为混合双重引发剂对聚氨酯合金聚合物进行交联改性，所制得的聚合物在光热条件下交联速率更快、交联密度更大、固化更均匀、固化率更高的光学胶膜。

在上述技术方案中，本发明以聚氨酯弹性体(TPU)与聚丙烯(PP)按质量份配比共混为基础材料，以丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂为组份制备而成，具有高透明性，优异的力学性能、耐候耐化学性能，耐高低温性能，良好的粘结性能，同时，其也是一种热可塑性胶膜，在一定温度作用下，可熔融，可流动，呈透明状，并呈极低初粘性，因此其可用作触摸显示屏的贴合光学胶材，其粘合的触摸显示屏组件，制程简便、便于排除气泡、可极易返工、生产效率高、成本低等特点，同时其贴合后的触摸显示屏组件光学性能好，力学性能优异、耐化学耐气候环境性能佳，是一种优秀的光学胶材。

优选地，所述的丙烯酸单体为丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类多官能团反应单体中的一种或多种混合。如，三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯。

优选地，所述的偶联剂为硅烷类偶联剂中的一种或多种混合。如，r-氨丙基三乙氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-r-氨丙基三甲氧基硅烷。

优选地，所述的引发剂为热引发剂和光引发剂组成的双重引发剂。热引发剂为有机过氧化物，有机过氧化物选自1小时半衰期反应温度在100℃或以上温度的有机过氧化物中的一种或多种组合，如，1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、叔丁基氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物。光引发剂为自由基光引发剂中的一种或多种组合，如；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4,4’-二(二乙氨基)二苯甲酮、聚丁二醇250二-(2-羟甲氧基噻吨酮)酯、聚丁醇250-(4-苯甲酰基苯氧乙酸)酯。

优选地，所述的阻燃剂为有机氮系阻燃剂和有机磷系阻燃剂复配组合。

优选地，所述辅助添加剂按质量份包括：光稳定剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧化剂。所述光稳定剂优选为受阻胺类光稳定剂；所述热稳定剂优选为以有机锡类热稳定剂为主、以亚磷酸酯类热稳定剂为辅的复合热稳定剂；所述润滑剂优选为甲基苯基硅油类作为润滑、流平剂；所述抗氧化剂优选为受阻酚类为主抗氧化剂、以亚磷酸酯类为辅助抗氧化剂的协同组合。

本发明还提供了一种上述热塑性聚氨酯光学胶膜的制备方法，包括：

按质量份计量把TPU弹性体和聚丙烯混合均匀后导入鼓风干燥箱中，温度设定在60-80℃，持续脱水干燥2-3H，直至混合物干燥无水分，并软化；

将所制得混合物导入双螺杆挤出机，并设定挤出机各段温度为110-160℃，在挤出机中段按质量份计量将丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂混合均匀后通过液体注射口注入挤出机，在挤出机后段采用真空泵进行抽真空，真空度为0.05-0.1Mpa，在挤出机末端通过熔体泵挤出，在经换网过滤挤出，压延成膜，同时在胶膜正背面各附上一层保护离型膜而制得光学胶膜，其中光学胶层的厚度为0.2-1.0mm。

以上步骤中，挤出前段为聚氨酯弹性体和聚丙烯材料的共混聚合；挤出后段是化学添加剂与聚氨酯弹性体和聚丙烯共混聚合物混合均匀。分段反应不仅使后段的塑化反应更充分，并减少塑化反应时间。

按以上方法和步骤所制备的热塑性聚氨酯光学胶膜，其成分是以聚氨酯弹性体与聚丙烯共混聚合为基础材料，由于其是一种热塑性材料，在一定温度作用下可熔融，可流动，可呈透明状，并产生极低的初级粘性，因此在贴合触摸显示屏时，在温度层压条件下，光学胶层可熔化可流动并呈透明状，这样在贴合层压过程中可顺利填充触摸显示屏，同时更顺利地排除气泡，可避免触摸显示屏贴合后须进行二次脱泡处理，可提高良率和效率；同时，在贴合层压时，由于光学胶层与触摸显示屏的粘合初粘性极低，对不合格品可进行轻易返拆，这样可避免因不良品无法返拆而造成触摸显示屏组件的报废，可极大降低生产成本。

本发明还提供了一种热塑性聚氨酯光学胶膜应用于触摸显示屏的贴合方法，包括如下步骤：

1)将聚氨酯光学胶膜模切成贴合所需尺寸；

2)除去聚氨酯光学胶膜两面保护离型膜后，将光学胶层与触摸显示屏依次堆叠合好片后放置高温层压机预压，预压温度设为110-130℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为2-10min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa，致光学胶层熔融呈透明状，并排除气泡，产生初级粘性，并与触摸显示屏粘合为一体；

3)检验合格后，放入高温层压机二次压合固化，压合温度设为120-145℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为5-15min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa条件下进行热固化，之后将触摸显示屏取出即放置于紫外光下进行固化，在光固化过程中，触摸显示屏仍保持在110-135℃范围的温度状态，紫外光光强在400-4000MW，波长在200-500NM的汞灯或LED灯源下辐照10s-5min，即可完全固化；

4)冷却后，处理制得触摸显示屏。

在上述技术及贴合方案中，由于以丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类为交联接枝改性极性反应基团，以光热引发剂为双重混合引发剂，在贴合固化时反应速率更快，交联密度更大，固化更均匀、固化率更高，固化后的触摸显示屏组件性能更完整、更优越。同时在聚合物中添加阻燃剂及光稳定剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧化剂等添加剂，在制备光学胶膜的塑化共混过程中更好地抑热、流平、润滑，塑化效果更佳，加工更流畅；在贴合固化过程中，特别是在热固化时能有效地抑制有机过氧化物自由基快速反应而可能产生的气泡问题，让整个固化的过程更平稳更顺利地进行，固化效果更佳；在固化后的触摸显示屏制品，除了具有优异的力学性能、耐候性能等外，同时其具有优秀的耐热性及良好的阻燃性能，可更大地满足触摸显示屏在各个领域和环境中的可靠应用。

相比现有技术，本发明所提供的技术方案具有明显的优势和效果：

1)本技术方案中以聚氨酯弹性体和聚丙烯共聚改性制得合金聚氨酯光学胶膜，其性能刚柔并济，无论是在韧性、抗挠曲性、抗冲击性还是在刚性、耐化学性、耐水、耐热、耐环境性、都具有无可比拟的优越；

2)本技术方案中以丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类多官能团反应单体为改性接枝物，以有机过氧化物为热引发剂和以自由基型光引发剂为混合双重交联固化引发剂，在贴合固化时，交联速率更快，交联密度更大、固化更均匀、固化率更高，因此整个固化效果更佳更完整；

3)本技术方案中在贴合过程中，光学胶层在初次层压时可熔化、可流动、可呈透明状，且初粘性极低，因此，可在贴合时顺利填充、排除气泡，并可轻易返拆，可极大提高生产效率、降低成本；

4)按本技术方案所制得的触摸显示屏组件不仅光学性能好、粘结性能强、力学性能佳、耐化学耐气候环境耐湿汽透射率强，还具有良好的耐热阻燃性，可极大满足触摸显示屏在各个领域和环境中的可靠应用，对触摸显示屏行业的发展将产生积极的推动作用。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明中的热塑性聚氨酯光学胶膜是以聚氨酯弹性体和聚丙烯以质量份计量组成的共聚基础材料，以丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂为组份，通过挤出机挤出后压延成膜制得光学胶膜，将光学胶膜按触摸显示屏贴合用尺寸模切成所需片材后合片，通过高温层压机预压、熔化、排泡、呈透明状、产生初级粘性、检验合格后、进行二次高温和紫外光双重固化制成触摸显示屏。

具体地说，本发明中的热塑性聚氨酯光学胶膜按质量份计量由以下组份组成：

其制备方法为：

按质量份计量把TPU弹性体和聚丙烯混合均匀后导入鼓风干燥箱中，温度设定在60-80℃，持续脱水干燥2-3H，直至混合物干燥无水分，并软化；

将所制得混合物导入双螺杆挤出机，并设定挤出机各段温度为110-160℃，在挤出机中段按质量份计量将丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂混合均匀后通过液体注射口注入挤出机，在挤出机后段采用真空泵进行抽真空，真空度为0.05-0.1Mpa，在挤出机末端通过熔体泵挤出，在经换网过滤挤出，压延成膜，同时在胶膜正背面各附上一层保护离型膜而制得光学胶膜，其中光学胶层的厚度为0.2mm。

实施例1：

热塑性聚氨酯光学胶膜由以下组份组成：

实施例2：

实施例3：

实施例4：

将以上实施例1-4制得的热塑性聚氨酯光学胶膜按如下方法和步骤贴合：

1)将聚氨酯光学胶膜模切成贴合所需尺寸；

2)除去聚氨酯光学胶膜两面保护离型膜后，将光学胶层与触摸显示屏依次堆叠合好片后放置高温层压机预压，预压温度设为110-130℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为2-10min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa，致光学胶层熔融呈透明状，并排除气泡，产生初级粘性，并与触摸显示屏粘合为一体；

3)检验合格后，放入高温层压机二次压合固化，压合温度设为120-145℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为5-15min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa条件下进行热固化，之后将触摸显示屏取出即放置于紫外光下进行固化，在光固化过程中，触摸显示屏仍保持在110-135℃范围的温度状态，紫外光光强在400-4000nm，波长在200-500nm的汞灯或LED灯源下辐照10s-5min，即可完全固化；

4)冷却后，处理制得触摸显示屏。

以上各实施例中所制得的热塑性聚氨酯光学胶膜按照GB/T-1040-1992标准测定其拉伸性能，采用电子万能试验机测试其拉伸强度和断裂伸长率。测试拉伸速度为100mm/min,测试结果取3次平均值，测试结果见表1。

表1热塑性聚氨酯光学胶膜拉伸性能实验结果

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					拉伸强度(mpa)	33.6	35.1	36.8	37.7
断裂伸长率(％)	581.7	545.3	533.5	527.1

将以上实施例中制得的热塑性聚氨酯光学胶膜与触摸显示屏贴合制成以聚氨酯光学胶层为粘合层的触摸显示屏。将所制得的触摸显示屏按标准进行透光率、雾度、剥离强度、耐环境性试验。试验数据均取平均值，试验结果如下表2.

表2触摸屏组件试验结果

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，其以聚氨酯弹性体和聚丙烯为基础材料，按质量份包括：TPU弹性体100份，聚丙烯15-30份，丙烯酸单体2-5份，偶联剂2-5份，引发剂1-3份，阻燃剂5-10份，辅助添加剂2-5份。

2.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，聚丙烯为15-25份、或20-25份。

3.根据权利要求1和2所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，所述的丙烯酸单体为丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类多官能团反应单体中的一种或多种混合，如三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯。

4.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷类偶联剂中的一种或多种混合，如r-氨丙基三乙氧基硅烷、r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、r-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-r-氨丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，所述的引发剂为热引发剂和光引发剂组成的双重引发剂，热引发剂为有机过氧化物，有机过氧化物选自1小时半衰期反应温度在100℃或以上温度的有机过氧化物中的一种或多种组合，如1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、叔丁基过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物。光引发剂为自由基光引发剂中的一种或多种组合，如；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4,4’-二(二乙氨基)二苯甲酮、聚丁二醇250二-(2-羟甲氧基噻吨酮)酯、聚丁醇250-(4-苯甲酰基苯氧乙酸)酯。

6.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，所述的阻燃剂为有机氮系阻燃剂和有机磷系阻燃剂复配组合。

7.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，所述辅助添加剂按质量份包括：光稳定剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧化剂，所述光稳定剂优选为受阻胺类光稳定剂；所述热稳定剂优选为以有机锡类热稳定剂为主、以亚磷酸酯类热稳定剂为辅的复合热稳定剂；所述润滑剂优选为甲基苯基硅油类作为润滑、流平剂；所述抗氧化剂优选为受阻酚类为主抗氧化剂、以亚磷酸酯类为辅助抗氧化剂的协同组合。

8.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯光学胶膜，其特征在于，按质量份计量把TPU弹性体和聚丙烯混合均匀后导入鼓风干燥箱中，温度设定在60-80℃，持续脱水干燥2-3H，直至混合物干燥无水分，并软化；将所制得混合物导入双螺杆挤出机，并设定挤出机各段温度为110-160℃，在挤出机中段按质量份计量将丙烯酸单体、偶联剂、引发剂、阻燃剂、辅助添加剂混合均匀后通过液体注射口注入挤出机，在挤出机后段采用真空泵进行抽真空，真空度为0.05-0.1Mpa，在挤出机末端通过熔体泵挤出，在经换网过滤挤出，压延成膜，同时在胶膜正背面各附上一层保护离型膜而制得光学胶膜，其中光学胶层的厚度为0.2-1.0mm。

9.一种热塑性聚氨酯光学胶膜应用于触摸显示屏的贴合方法，包括如下步骤：

1)将聚氨酯光学胶膜模切成贴合所需尺寸；

2)除去聚氨酯光学胶膜两面保护离型膜后，将光学胶层与触摸显示屏依次堆叠合好片后放置高温层压机预压，预压温度设为110-130℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为2-10min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa，致光学胶层熔融呈透明状，并排除气泡，产生初级粘性，并与触摸显示屏粘合为一体；

3)检验合格后，放入高温层压机二次压合固化，压合温度设为120-145℃，压合压力为5-10Mpa，压合时间为5-15min，真空度保持在-0.6～-1.0Mpa条件下进行热固化，之后将触摸显示屏取出即放置于紫外光下进行固化，在光固化过程中，触摸显示屏仍保持在110-135℃范围的温度状态，紫外光光强在400-4000MW，波长在200-500NM的汞灯或LED灯源下辐照10s-5min，即可完全固化；

4)冷却后，处理制得触摸显示屏。