CN110016195B - 聚甲基丙烯酸酯组成物及其所形成的光学元件与显示设备 - Google Patents

聚甲基丙烯酸酯组成物及其所形成的光学元件与显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚甲基丙烯酸酯组成物及其所形成的光学元件与显示设备。所述聚甲基丙烯酸酯组成物，包括50至85重量份的甲基丙烯酸酯系聚合物且其重量平均分子量(Mw)为2万至20万、15至50重量份的苯乙烯系‑马来酸酐系共聚物以及有机磷化合物。所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括甲基丙烯酸酯系单体单元以及丙烯酸酯系单体单元。所述苯乙烯系‑马来酸酐系共聚物包括76.5wt％～90wt％的苯乙烯系单体单元以及10wt％～23.5wt％的马来酸酐系单体单元以及0～13.5wt％的第二可共聚合单体单元。所述有机磷化合物的含有量范围为200ppm至900ppm。

Description

聚甲基丙烯酸酯组成物及其所形成的光学元件与显示设备
技术领域
本发明涉及一种聚合物组成物，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸酯组成物及其所形成的光学元件与显示设备。
背景技术
聚甲基丙烯酸酯(polymethacrylate)为一种用途广泛的聚合物，加工成型性、物性及机械性质方面皆有良好的评价，且其透光率与玻璃相当，成型品外观良好，因此已成为目前最优良的高分子透明材料之一，并经常应用于各种光学元件或民生消费品，例如相机镜头、镜片、光学膜片、汽车尾灯、看板等。
近年来，随着薄型轻量笔记型电脑的开发，对于如液晶显示装置等显示装置中的光学元件，在薄型化及高性能化要求也随之增高。而且，随着液晶显示装置的应用环境更为广泛，光学元件还被要求需具备于高温环境下的耐热性，以及于高湿环境下的耐湿性等耐久性质。
聚甲基丙烯酸酯虽具备优异光学性质及加工成型性，但耐热性稍嫌不足。故如何使聚甲基丙烯酸酯同时具有良好的光学性质及耐热性，乃为此领域极待改善的课题，此外，于后续加工成形时，高温的热制程容易使聚甲基丙烯酸酯组成物产生劣化或黄变的现象，甚至是出现外观缺陷的问题，都会使聚甲基丙烯酸酯组成物无法充分地显示出其原本良好的光学性质。
发明内容
本发明提供一种聚甲基丙烯酸酯组成物、一种由前述组成物所形成的光学元件以及一种具有前述光学元件的显示设备，能兼具聚甲基丙烯酸酯组成物的耐热性及光学性质。
本发明的聚甲基丙烯酸酯组成物，包括50至85重量份的甲基丙烯酸酯系聚合物且其重量平均分子量(Mw)为2万至20万、15至50重量份的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物以及有机磷化合物。所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括甲基丙烯酸酯系单体单元以及丙烯酸酯系单体单元。所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物包括76.5wt％～90wt％的苯乙烯系单体单元、10wt％～23.5wt％的马来酸酐系单体单元以及0～13.5wt％的第二可共聚合单体单元。所述有机磷化合物的含有量范围为200ppm至900ppm。
在本发明的一实施例中，所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括92wt％～99wt％的所述甲基丙烯酸酯系单体单元、1wt％～8wt％的所述丙烯酸酯系单体单元以及0～7wt％的第一可共聚合单体单元，且所述甲基丙烯酸酯系聚合物的重量平均分子量(Mw)为5万至15万。
在本发明的一实施例中，上述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的苯乙烯系单体单元重量百分比与马来酸酐系单体单元重量百分比的比值为3～9.2。
在本发明的一实施例中，上述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的重量平均分子量(Mw)为6万至10万。
在本发明的一实施例中，上述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的分子量分布指数(PDI)的范围为1.5～2.05。
在本发明的一实施例中，上述聚甲基丙烯酸酯组成物还可包括抗氧化剂，所述抗氧化剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为1.1～10。
在本发明的一实施例中，上述聚甲基丙烯酸酯组成物还可包括500ppm至2000ppm的抗氧化剂。
在本发明的一实施例中，上述聚甲基丙烯酸酯组成物还可包括500ppm至2000ppm的热安定剂。
在本发明的一实施例中，上述聚甲基丙烯酸酯组成物还可包括紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为10～300。
在本发明的一实施例中，上述聚甲基丙烯酸酯组成物还可包括10000ppm至50000ppm的紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂的闪火点≧240℃。
在本发明的一实施例中，上述紫外线吸收剂选自由2-(4,6-双-(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、2,2’-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚]、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧基]-苯酚、2,2’,4,4’-四羟二苯基酮、3-[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]-2,2-双{[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]甲基}丙基2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑所组成的群组的至少其中之一。
本发明的光学元件则是由如上所述的聚甲基丙烯酸酯组成物所形成。
在本发明的一实施例中，上述光学元件为选自由光学板、光学片以及光学膜所组成群组中的至少其中之一。本发明的显示设备，包括如上所述的光学元件，所述显示设备为选自由电视机、数字相机、数字摄像机、数字相框、移动电话机、笔记本个人计算器、移动计算器、用于计算器等的监视器、可携式游戏机、可携式信息终端机、音频再生装置、游戏机以及车用显示器所组成群组中的至少其中之一。
基于上述，本发明的聚甲基丙烯酸酯组成物具有特定组成且这些组成具有特定的比例，所以能同时具有优异的耐热性、热安定性与光学性质，因此可应用于光学元件并具有低雾度与低黄色度的优异光学性质。具有上述光学元件的显示设备，同样具有显示方面优异的效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的一实施例的一种光学元件的剖面示意图。
图1B是依照本发明的另一实施例的一种光学元件的剖面示意图。
图2A至图2E是依照本发明的多个实施例的显示设备的示意图。
附图标记说明：
10、10’：光学板；
12：本体；
122、124：表面；
126：侧表面；
132：第一微结构；
134：第二微结构。
具体实施方式
以下，将详细描述本发明的实施例。然而，这些实施例为例示性，且本发明揭示不限于此。
在本发明的一实施例中，聚甲基丙烯酸酯组成物包括50至85重量份的甲基丙烯酸酯系聚合物、15至50重量份的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物以及有机磷化合物。所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括甲基丙烯酸酯系单体单元以及丙烯酸酯系单体单元且其重量平均分子量(Mw)为2万至20万。所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物包括76.5wt％～90wt％的苯乙烯系单体单元、10wt％～23.5wt％的马来酸酐系单体单元以及0～13.5wt％的第二可共聚合单体单元。所述有机磷化合物的含有量范围为200ppm至900ppm。
甲基丙烯酸酯系聚合物
甲基丙烯酸酯系聚合物主要是由以甲基丙烯酸酯系单体为主的单体混合物所聚合而成。在一实施例中，甲基丙烯酸酯系聚合物是由含有甲基丙烯酸酯系单体及丙烯酸酯系单体的混合物所聚合而成，其重量平均分子量(Mw)为2万至20万；较佳地，甲基丙烯酸酯系聚合物是由含有甲基丙烯酸酯系单体、丙烯酸酯系单体以及第一可共聚合单体的混合物所聚合而成。
甲基丙烯酸酯系单体的具体例包含但不限于：甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate)、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯(n-butylmethacrylate)、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸正辛酯(n-octyl methacrylate)、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯甲酯或甲基丙烯酸-2-乙基己酯(2-ethylhexyl methacrylate)等，且上述单体可以单独或混合使用。
丙烯酸酯系单体的具体例包含但不限于：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸苯甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯(2-ethylhexyl acrylate)、丙烯酸十八酯等。上述单体可以单独或混合使用。
上述第一可共聚合单体的具体例包含但不限于：(1)不饱和羧酸系单体，例如但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸(itaconic acid)、柠康(citraconic)酸、或乌头(aconitic)酸等；(2)马来酰亚胺系单体，例如但不限于马来酰亚胺、氮-甲基马来酰亚胺、氮-异丙基马来酰亚胺、氮-丁基马来酰亚胺、氮-己基马来酰亚胺、氮-辛基马来酰亚胺、氮-十二基马来酰亚胺、氮-环己基马来酰亚胺、氮-苯基马来酰亚胺、氮-2,3-甲苯基马来酰亚胺、氮-2,4-甲苯基马来酰亚胺、氮-2,3-乙苯基马来酰亚胺、氮-2,4-乙苯基马来酰亚胺、氮-2,3-丁苯基马来酰亚胺、氮-2,4-丁苯基马来酰亚胺、氮-2,6-甲苯基马来酰亚胺、氮-2,3-氯苯基马来酰亚胺、氮-2,4-氯苯基马来酰亚胺、氮-2,3-溴苯基马来酰亚胺、氮-2,4-溴苯基马来酰亚胺等；(3)含丙烯基的化合物单体，例如但不限于丙烯酰胺(acrylamide)、丙烯腈(acrylonitrile)、α-甲基丙烯腈、烯丙基环氧丙基醚(allyl glycidyl ether)或(甲基)丙烯酸环氧丙酯(glycidyl(meth)acrylate)；(4)含乙烯基的化合物单体，例如但不限于醋酸乙烯酯(vinyl acetate)或氯乙烯(chloroethene)；(5)苯乙烯系单体，例如但不限于苯乙烯、2-氯苯乙烯、4-氯苯乙烯、溴苯乙烯、乙烯基甲苯(vinyl toluene)、α-甲基苯乙烯(α-methylstyrene)、对-叔丁基苯乙烯、对-甲基苯乙烯、邻-甲基苯乙烯、间-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯等。上述单体可以单独或混合使用。
较佳地，所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括甲基丙烯酸酯系单体单元、丙烯酸酯系单体单元及第一可共聚合单体单元。此处所称“单体单元”是指前述的甲基丙烯酸酯系单体、丙烯酸酯系单体或第一可共聚合单体经聚合反应形成的重复结构。
在一实施例中，所述甲基丙烯酸酯系聚合物含有92重量百分比(wt％)～99wt％的甲基丙烯酸酯系单体单元以及1wt％～8wt％的丙烯酸酯系单体单元。此外，所述甲基丙烯酸酯系聚合物还可视需要包含0～7wt％的第一可共聚合单体单元。
在一实施例中，所述甲基丙烯酸酯系聚合物的重量平均分子量(Mw)为5万至15万，例如是6万至14万，或是9万至13万。
所述甲基丙烯酸酯系聚合物可以使用溶液或块状聚合法制备，且较佳是在溶剂存在下进行聚合反应，以避免因粗制聚合物的黏度上升而使聚合反应难以控制的情形。甲基丙烯酸酯系聚合物的黏度通常是以固含量表示，溶剂的用量需调整至使粗制聚合物的固含量低于50wt％，或较佳是低于40wt％。
上述溶剂的沸点与欲进行聚合反应的主要单体的沸点相近的话，溶剂与单体所形成的混合物会具有较狭窄的沸点范围，因此能减低在循环回送的混合物内混入污染物的机会，同时免去对循环回送的单体及溶剂混合物再进行中间分馏的步骤。举例来说，可选用与甲基丙烯酸酯系单体的沸点相近的溶剂，较佳地，溶剂是具有40℃至225℃的沸点；更佳地，是具有60℃至150℃的沸点。上述溶剂的具体例包含但不限于：己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯、环己烷、环癸烷、异辛烷，或者各种低沸点的烃类或芳香族烃类溶剂。前述溶剂可以单独使用或混合使用。
甲基丙烯酸酯系聚合物的聚合反应是通过自由基起始剂来引发，所述自由基起始剂并无特定限制，具体例包含但不限于：(1)偶氮类化合物：如2,2’-偶氮双异丁腈[2,2’-azobis-(isobutyronitrile)，简称为AIBN]、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)[2,2’-azobis-(2-methylbutyronitrile)，简称为AMBN]、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)[2,2’-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)，简称为ADVN]等；(2)过氧化二酰(diacyl peroxides)类化合物：如过氧化二月桂酰(dilauroyl peroxide)、过氧化二十酰(decanoyl peroxide)、过氧化二苯甲酰(dibenzoyl peroxide，简称为BPO)等；(3)过氧化二烷(dialkyl peroxides)类化合物：如2,5-二甲基-2,5-叔丁基过氧己烷[2,5-dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)hexane]、过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide)、1,3-双(叔丁基过氧异丙基)苯[1,3-bis-(t-butyl peroxy isopropyl)benzene]等；(4)过氧化酯(peroxyesters)类化合物：如叔丁基过氧新戊酸酯(t-butylperoxypivalate)、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰过氧)己烷[2,5-dimethyl-2,5-di(2-ethyl hexanoylperoxy)hexane]等；(5)过氧化碳酸酯(peroxycarbonates)类化合物：如2-乙基己基叔戊基过氧化碳酸酯(tert-amylperoxy 2-ethylhexyl carbonate)、2-乙基己基叔丁基过氧化碳酸酯(tert-butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate)等；(6)过氧化二碳酸酯(peroxydicarbonates)类化合物：如二肉豆蔻基过氧化二碳酸酯(dimyristyl peroxydicarbonate)、二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯[di(4-tert-butylcyclohexyl peroxydicarbonate)]等；(7)过氧酮缩醇(peroxyketal)类化合物：如1,1-二(叔丁基过氧化)3,3,5-三甲基环己烷[1,1-di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane]、2,2-二(4,4-二(叔丁基过氧化)环己基)丙烷[2,2-di(4,4-di(tert-butyl peroxy)cyclohexyl)propane]等；(8)过氧化氢(hydroperoxides)类化合物：如叔丁基过氧化氢(t-butyl hydroperoxide)、异丙基异丙苯基过氧化氢(isopropylcumyl hydroperoxide)等；(9)其他：2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷(2,3-dimethyl-2,3-diphenyl-butane)、过硫酸钾(potassium persulfate)、过硫酸钠(sodium persulfate)、过硫酸铵(ammonium persulfate)等。较佳地，所述自由基起始剂是2,2’-偶氮双异丁基腈。以馈入的单体混合物的总量为100重量份计，所述自由基起始剂的使用量可为0.01至1重量份，较佳地为0.03至0.5重量份，更佳地为0.07至0.1重量份。
用于制备甲基丙烯酸酯系聚合物的聚合反应可于常温下进行，但为提升聚合速度，可以将反应系统加热。一般的反应温度约为5℃至200℃，较佳的反应温度为20℃至130℃，更佳的反应温度为30℃至100℃。聚合反应的过程中可依需要添加链转移剂，以利于控制分子量；所述链转移剂例如但不限于：正-十二烷基硫醇(n-dodecyl mercaptan，简称NDM)、硬脂酰基硫醇(stearyl mercaptan)、叔-十二烷基硫醇(t-dodecyl mercaptan，简称TDM)、正-丙基硫醇、正-辛基硫醇、叔-辛基硫醇、叔-壬基硫醇或萜品油烯(terpinolene)等。
苯乙烯系-马来酸酐系共聚物
苯乙烯系-马来酸酐系共聚物为由包含苯乙烯系单体、马来酸酐系单体与第二可共聚合单体共聚而得的任何聚合物，例如直链或支链无规共聚物、直链或支链嵌段共聚物、或其混合物。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物是由含有苯乙烯系单体、马来酸酐系单体以及第二可共聚合单体的混合物所聚合而成。
上述马来酸酐系单体可单独或混合使用，且马来酸酐系单体例如但不限于马来酸酐、衣康(itaconic)酸酐、柠康(citraconic)酸酐，或乌头(aconitic)酸酐等。较佳地，所述马来酸酐系单体为马来酸酐。
上述苯乙烯系单体可单独或混合使用，且苯乙烯系单体例如但不限于苯乙烯、(1)经卤素取代的苯乙烯例如但不限于2-氯苯乙烯、4-氯苯乙烯或溴苯乙烯等；(2)经烷基取代的苯乙烯类例如但不限于乙烯基甲苯(vinyl toluene)、α-甲基苯乙烯(α-methylstyrene)、对-叔丁基苯乙烯、对-甲基苯乙烯、邻-甲基苯乙烯、间-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯等。于一实施例中，苯乙烯系单体是选自由苯乙烯、经卤素取代的苯乙烯与经烷基取代的苯乙烯所组成的族群中至少一者。于一实施例中，苯乙烯系单体是选自由苯乙烯与α-甲基苯乙烯所组成的族群中至少一者。
用于聚合苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的第二可共聚合单体可单独或混合使用，且第二可共聚合单体例如但不限于选自如同上述用于甲基丙烯酸酯系聚合物的甲基丙烯酸酯系单体以及丙烯酸酯系单体所组成的一族群，所以不再赘述。
较佳地，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物包括苯乙烯系单体单元、马来酸酐系单体单元以及第二可共聚合单体单元。此处所称“单体单元”是指前述的苯乙烯系单体、马来酸酐系单体或第二可共聚合单体经聚合反应形成的重复结构。因此，苯乙烯系单体单元是来自上述苯乙烯系单体，马来酸酐系单体单元是来自上述马来酸酐系单体，第二可共聚合单体单元是来自上述第二可共聚合单体。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物包括76.5wt％～90wt％的苯乙烯系单体单元、10wt％～23.5wt％的马来酸酐系单体单元以及0～13.5wt％的第二可共聚合单体单元。
在另一实施例中，所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物中的苯乙烯系单体单元的含量为76.5wt％～90wt％；较佳为76.8wt％～85wt％；更佳为76.8wt％～84.10wt％，当苯乙烯系单体单元的含量高于76.5wt％时，将使得具有含有此种苯乙烯系单体单元含量的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的聚甲基丙烯酸酯组成物具有良好的透光率(T％)、雾度(HAZE)及黄色度(YI)表现；当苯乙烯系单体单元的含量在90wt％以下时，将使苯乙烯系-马来酸酐系共聚物中马来酸酐系单体单元的含量在10wt％以上，因此，含有此种苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的聚甲基丙烯酸酯组成物可具有良好的耐热性(玻璃化转变温度，Tg)。
在一实施例中，所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物中的苯乙烯系单体单元的含量范围为76.8wt％～83wt％且马来酸酐系单体单元的含量范围为17wt％～23.2wt％，具有含有此种比例的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的聚甲基丙烯酸酯组成物更可应用在具有高耐热要求的光学元件，较佳地，此种比例的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的分子量分布指数(PDI)的范围为1.5～2.05，可于保持良好透光率(T％)、雾度(HAZE)及黄色度(YI)表现的同时又具有高耐热表现。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物中苯乙烯系单体单元与马来酸酐系单体单元的重量百分比的比值为3～9.2之间；较佳为3.2～8之间；更佳为3.2～7。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的重量平均分子量(Mw)为6万至10万，较佳为6.5万至9.5万，更佳为6.5万至9万。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的数量平均分子量(Mn)为3万至5.5万，较佳为3.5万至5万，更佳为3.7万至4.8万。
在一实施例中，苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的分子量分布指数(PDI)的范围为1.5～2.05，较佳为1.7～2.0，更佳为1.7～1.9，当苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的分子量分布指数(PDI)大于2.05时，将使含有此种分子量分布指数的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的聚甲基丙烯酸酯组成物的光学性质(低雾度与低黄色度)变差。
所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的聚合方法无特殊限制，可以是使用自由基起始剂的自由基聚合。利用悬浮聚合、乳化聚合的处理获得的方法，有时无法获得充分的透明性。所使用的自由基起始剂例如但不限于选自如同上述用于甲基丙烯酸酯系聚合物的自由基起始剂，所以不再赘述。
基于单体的合计100重量份，所述自由基起始剂的添加量以0.001至5重量份为较佳。聚合时也可使用少量溶剂，例如是丁烷、戊烷、己烷、异戊烷、庚烷、辛烷、异辛烷等的脂肪族烃；环戊烷、甲基环戊烷、环己烷、甲基环己烷、乙基环己烷等的脂环族烃；或苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等的芳香族烃。又，聚合时还可添加4-甲基-2,4-二苯基戊-1-烯、叔-十二基硫醇、正十二基硫醇等已知的分子量调整剂。聚合温度较佳为80℃～170℃，更佳为100℃～160℃。
有机磷化合物
有机磷化合物的使用，可以避免苯乙烯系-马来酸酐系共聚物于高温制程中发生马来酸酐开环使聚甲基丙烯酸酯组成物的组成发生改变而影响组成物的耐热性(Tg变低)、热安定性(Td变差)与光学性质(雾度与黄色度)。
有机磷化合物为具有亚磷酸酯基团的芳香族化合物，其具体例包含但不限于：三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二[2,4-二(1,1-二甲基乙基)-6-甲基苯基]乙酯、四(2,4-二叔丁基酚)-4,4’-联苯基二亚磷酸酯、双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二-叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二叔丁基间甲苯基亚磷酸酯等，且上述化合物可以单独或混合使用。
在一实施例中，有机磷化合物较佳为含有季戊四醇二亚磷酸酯基团的杂环芳香族亚磷酸酯化合物，例如是含有下式(1)的结构。
Figure GDA0002260526810000101
在上式中，R1与R2各自独立地表示氢或是C1～C10的直链状烷基、支链状烷基、环状烷基或其组合。例如是选自氢、甲基或叔丁基。有机磷化合物的具体例具体例包含但不限于：双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二-叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
于聚甲基丙烯酸酯组成物中的有机磷化合物的含有量为200ppm至900ppm；较佳为250ppm至800ppm；更佳为300ppm至800ppm。当有机磷化合物的含有量在此范围内，可使含有有机磷化合物的聚甲基丙烯酸酯组成物具有高Tg(良好耐热性)、高Td(良好热安定性)与较佳的光学表现(低黄色度与低雾度)。前述的有机磷化合物的含有量一般是在聚甲基丙烯酸酯组成物中的聚合物总量为100重量份的情况下测得，即甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的总量为100重量份计。
此外，在不显着损害本发明效果的范围内，可以根据各种目的混合任何添加剂。这些添加剂的种类没有特别限制，只要是一般用于树脂组合物或橡胶组合物的即可，例如：抗氧化剂、热安定剂、紫外线吸收剂、滑剂、加工助剂、填充剂、强化剂、着色剂、带电防止剂或其他的添加剂等，上述添加剂不限于在聚合反应中、聚合反应后或押出混练的过程中添加。添加剂的含有量一般是在聚甲基丙烯酸酯组成物中的聚合物总量为100重量份的情况下计得，即以甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的总量为100重量份计。
抗氧化剂
抗氧化剂为前述有机磷化合物以外之添加剂。抗氧化剂的具体例包含但不限于：季戊四醇四[3-(3,5-二-三级-丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二-三级-丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸、3,5-二叔丁基-4-羟基肉桂酸、3,9-双(1,1-二甲基-2-羟基乙基-2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷、3,9-双(2-(3-(3-三级-丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基)-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷等，且上述抗氧化剂可以单独或混合使用。
在一实施例中，抗氧化剂较佳为含有2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷基团的化合物，例如是含有下式(2)结构者。
Figure GDA0002260526810000111
在上式中，Ra与Rb各自独立地表示C6～C12的烷基、醚基、酯基或其组合；R3与R4各自独立地表示氢或是C1～C10的直链状、支链状或环状烷基。抗氧化剂的具体例包含但不限于：3,9-双(2-(3-(3-三级-丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基)-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷。
于聚甲基丙烯酸酯组成物中的抗氧化剂含量范围为500ppm至2000ppm，例如是700ppm至1700ppm或是850ppm至1600ppm。在一实施例中，当聚甲基丙烯酸酯组成物同时具有抗氧化剂与有机磷化合物且有抗氧化剂与有机磷化合物的含量比值范围为1.1～10，例如是1.2～8.5或是1.5～8时，可使聚甲基丙烯酸酯组成物不但具有良好耐热性(高Tg)与良好热安定性(高Td)外，更可使其具低雾度的光学表现。在一实施例中，聚甲基丙烯酸酯组成物含有500ppm至2000ppm的抗氧化剂与200ppm至900ppm的有机磷化合物。
热安定剂
在一实施例中，本发明可使用一般的热安定剂。在另一实施例中，本发明可使用如下式(3)所表示的热安定剂。
Figure GDA0002260526810000112
在上式中，R5与R8各自独立地表示氢或甲基，R6和R7则各自独立地表示C1～C9的直链状、支链状或环状烷基。R6例如是选自叔丁基或叔戊基；R7例如是选自叔丁基、叔戊基或叔辛基。
于聚甲基丙烯酸酯组成物中的热安定剂的添加量范围为500ppm至2000ppm，于此范围内可兼顾热安定性、加工性并控制生产成本。在一实施例中，聚甲基丙烯酸酯组成物中的热安定剂的添加量范围为700ppm至1800ppm；另一实施例中，聚甲基丙烯酸酯组成物中的热安定剂的添加量范围为900ppm至1600ppm。
紫外线吸收剂
紫外线吸收剂可选择闪火点高于加工成型温度者，例如是闪火点大于等于240℃的紫外线吸收剂，以避免紫外线吸收剂在加工形成光学元件的高温成型制程中有析出而导致严重模污的问题。
紫外线吸收剂的具体例包含但不限于：2-(4,6-双-(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚(2-(4,6-Bis-(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin-2-yl)-5-(octyloxy)-phenol)、2,2’-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚](2,2'-Methylenebis[6-(benzotriazol-2-yl)-4-tert-octylphenol])、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧基]-苯酚(2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-[(hexyl)oxy]-phenol)、2,2’,4,4’-四羟二苯基酮(2,2',4,4'-Tetrahydroxybenzophenone)、3-[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]-2,2-双{[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]甲基}丙基2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯(3-[(2-Cyano-3,3-diphenylacryloyl)oxy]-2,2-bis{[(2-cyano-3,3-diphenylacryloyl)oxy]methyl}propyl 2-cyano-3,3-diphenylacrylate,uvinul 3030)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚(2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-6-dodecyl-4-methylphenol)、2-(2’-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑(2-(2'-Hydroxy-3',5'-dipentylphenyl)benzotriazole)等，且上述紫外线吸收剂可以单独或混合使用。
于聚甲基丙烯酸酯组成物中的紫外线吸收剂的含量范围为10000ppm至50000ppm，例如是15000ppm至40000ppm或是20000ppm至35000ppm，于此范围内可使紫外线吸收剂与组成物混和均匀，不因后续热加工制程致使紫外线吸收剂析出而产生模污，且可使组成物具良好的紫外光稳定性。在一实施例中，当聚甲基丙烯酸酯组成物同时含有紫外线吸收剂与有机磷化合物且紫外线吸收剂与有机磷化合物的含量比值范围为10～300，例如是15～200或是20～180时，可使聚甲基丙烯酸酯组成物不但具有良好耐热性(高Tg)与良好热安定性(高Td)外，更可使其具低黄色度的光学表现。一实施例中，聚甲基丙烯酸酯组成物含有10000ppm至50000ppm的紫外线吸收剂与200ppm至900ppm的有机磷化合物。
滑剂
滑剂的具体例包含但不限于：硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锂等的金属肥皂、乙撑二硬脂酰胺、甲撑二硬脂酰胺、棕榈酸酰胺、硬脂酸丁酯、硬脂酸棕榈酯、聚丙酸醇三硬脂酸酯、正二十二烷酸、硬脂酸、硬脂醇等的化合物、聚乙烯蜡、二十八烷酸蜡、巴西棕榈蜡(Carnuba wax)、石油蜡等，且上述滑剂可以单独或混合使用。
于聚甲基丙烯酸酯组成物中，滑剂的添加量例如为300ppm至50000ppm。
加工助剂
加工助剂的具体例包含但不限于：重量平均分子量(Mw)在50万以上的核壳(core-shell)式丙烯酸酯系加工助剂，以改善押出成型性、热成型性等。
带电防止剂
带电防止剂的具体例包含但不限于：三级胺系化合物、四级铵盐系化合物等的低分子系化合物；或聚酰胺聚醚，如3-氯-1,2-环氧丙烷聚合体的永久带电防止性的高分子系物质。前述带电防止剂可以单独或混合使用。
填充剂
填充剂的具体例包含但不限于：碳酸钙、硅土、云母等，前述填充剂可以单独或混合使用。
强化剂
强化剂的具体例包含但不限于：玻璃纤维、碳纤维、各种晶丝(whisker)等，前述强化剂可以单独或混合使用。
着色剂
着色剂的具体例包含但不限于：氧化钛、氧化铁、石墨、酞菁染料等，前述着色剂可以单独或混合使用。
本发明的聚甲基丙烯酸酯组成物的用途并无特别的限制，其可适用于射出成型、压模成型(Compression molding)的各种成型品、押出成型、吹延成型、热成型、真空成型及中空成型所制成的成品，例如：押板、薄膜成型品等，可依配方调配达成高流动性、高热安定性等需求。
聚甲基丙烯酸酯组成物则可通过布拉本德塑性仪、班伯立混练机、捏合-混合机、滚压机、单轴或双轴押出机等的一般混合混练机制得。通常藉押出机等混合混练后，再将押制出的押出物加以冷却与粒化。聚甲基丙烯酸酯组成物一般是在160℃～280℃下进行混练，以180℃～250℃的温度为较佳。此外，各成分的混合混练并无顺序上的特别限制。
本发明的另一实施例的光学元件，是由如上所述的聚甲基丙烯酸酯组成物所形成，具有低雾度与低黄色度的优异光学性质。在一实施例中，光学元件可以是光学板、光学片、光学膜等具平面结构的光学材。在一实施例中，所述平面结构的光学材的制备方法于此并无特别限制，可通过押出机先将聚甲基丙烯酸酯组成物熔融，再挤出成形为板状、片状或膜状的未延伸光学板、光学片或光学膜。在另一实施例中，也可使用拉幅机将前述未延伸光学板、光学片或光学膜于其玻璃化转变温度以上的温度下等进行横延伸或双轴延伸。
在一实施例中，光学元件例如是一具平面结构的光学板，其包含薄片状的本体，本体包括平面。其中，所述本体为矩形形状，并由前述聚甲基丙烯酸酯组成物所构成。
在另一实施例中，光学元件例如是具有微结构的光学板。请参考图1A，其为一具微结构的光学板10，光学板具本体12，本体包括表面122，数个第一微结构132，设置于该表面122上。如图1A所示，本实施例的各第一微结构132为凹点结构，然本发明不以此为限。在其他实施例中，各第一微结构132可为凸点结构或是具其他形状的结构。
请参考图1B，示出光学元件的另一实施例，除了图1A的第一微结构132，于微结构光学板10’的另一表面，例如是相对于表面122的表面124或是于垂直表面122的侧表面126，上还可设置第二微结构134，例如是于表面124设置透镜结构。本实施例的各第二微结构134为半突圆状，然本发明不以此为限。在其他实施例中，各第二微结构134可为棱柱、角柱等适当形状的突状结构。此外，光学元件也可以是单独具有第二微结构134的光学板。
在一些实施例中，光学元件可以应用于各种显示装置。作为显示装置，可列举出电视机(也称为电视或电视接收机)(如图2A)、数字相机(如图2B)、数字摄像机(如图2C)、数字相框(如图2D)、移动电话机(如图2E)、笔记本个人计算机、移动计算机、用于计算机等的监视器、可携式游戏机、可携式信息终端机、音频再生装置、游戏机以及车用显示器。
以下将参照数个实验，更具体地描述本发明的聚甲基丙烯酸酯组成物。虽然描述了以下实验，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应根据下文所述的实验对本发明做出限制性的解释。
<实施例和比较例所使用的原料>
甲基丙烯酸酯系聚合物的制备：
首先，将甲基丙烯酸甲酯95重量份、丙烯酸甲酯5重量份、正十二烷基硫醇0.4重量份、2,2’-偶氮双异丁腈0.08重量份及甲苯66重量份混合后，连续地送入反应槽中进行连续式溶液聚合反应。上述反应槽是具有热媒油循环的夹层结构，反应温度维持在100℃、压力为600torr。充分搅拌反应槽内的各成分，使其均匀混合，并将所得的聚合物溶液加热至265℃后，于减压下利用连续脱挥装置将上述聚合物溶液脱挥，再经押出设备制成条状物。经冷却及切粒处理后，制得聚甲基丙烯酸甲酯塑胶粒子。所述聚甲基丙烯酸甲酯塑胶粒子含有甲基丙烯酸甲酯单体单元97wt％和丙烯酸甲酯单体单元3wt％，聚甲基丙烯酸甲酯塑胶粒子的重量平均分子量(Mw)为10万，熔融流动速率(MVR)(230℃×3.8kg)＝1.9。
苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的制备：
于40L的搅拌反应器中，利用氮气冲洗(purge)10分钟后加入7440g的马来酸酐，并将温度升高至130℃，之后恒温30分钟。然后温度仍保持于130℃，于1小时内连续加入含22560g苯乙烯与12g 2,2’-偶氮双异丁腈的混合溶液，再于进料结束后将温度降至110℃，恒温反应4小时，之后先利用丙酮洗去未反应的马来酸酐，并于80℃的真空烘箱脱除未反应的苯乙烯后可得块状苯乙烯-马来酸酐共聚物。苯乙烯-马来酸酐共聚物包含76.8wt％的苯乙烯系单体单元、23.2wt％的马来酸酐系单体单元，其数量平均分子量(Mn)为37916、重量平均分子量(Mw)为67250、PDI＝1.77。
有机磷化合物：双(2,6-二-叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
热安定剂：式(3)中，R5为甲基、R6和R7皆为叔戊基、R8为氢。
抗氧化剂：3,9-双(2-(3-(3-三级-丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基)-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷。
紫外线吸收剂：2,2’-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚，闪火点为420.5±35.7℃。
[评价项目]
穿透率(T％)：将实施例1至2及比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物制成直径5.5cm且厚度3mm的圆盘试片后，以雾度计(Haze Meter NDH 2000N)对其进行量测，单位：％。依据市售光学元件的需求，一般期望具备大于90％的穿透率。
雾度(HAZE)：将实施例1至2及比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物制成直径5.5cm且厚度3mm的圆盘试片后，以雾度计(Haze Meter NDH 2000N)对其进行量测，单位：％。依据市售光学元件的需求，一般期望具备小于1.5的雾度。
黄色度(yellow index，YI值)：将实施例1至2及比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物制成直径5.5cm且厚度3mm的圆盘试片后，以Nippon Denshoku的电脑分光式色差计SA-2000量测。
玻璃化转变温度(Glass transition temperature，Tg)：将实施例1至2及比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物以热示差扫描卡量计(Differential Scanning Calorimeter，DSC)量测。单位：℃。
热裂解温度(5％热重损失温度，Td)：取5毫克的实施例1至2及比较例1的聚甲基丙烯酸甲酯树脂组成物为样品，分别置于热重分析仪(Thermal Gravimetric Analysis，简称TGA)中进行分析，分析条件如下：于氮气的环境下，以升温速率20℃/min，将温度从100℃上升至600℃，量测在5％重量损失时的温度。
实施例1至2
实施例1至2是将甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物根据表1所列的比例混合，其中甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物合计为100重量份，再添加有机磷化合物、热安定剂、抗氧化剂与紫外线吸收剂，以押出机于240℃混合押出制粒后，所分别制得的聚甲基丙烯酸酯组成物。表1所列的有机磷化合物、热安定剂、抗氧化剂与紫外线吸收剂的含量数值分别为将实施例1至2的聚甲基丙烯酸酯组成物以高效能液相层析仪(HPLC)分析后所测得的实际含量数值。实施例1至2的聚甲基丙烯酸酯组成物的雾度(HAZE)、黄色度(YI)、透光率(T％)、玻璃化转变温度(Tg)、热裂解温度(Td)的检测结果也记载于表1。
比较例1
比较例1是将甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物根据表1所列的比例混合，其中甲基丙烯酸酯系聚合物与苯乙烯系-马来酸酐系共聚物合计为100重量份，并实行与实例1至2相同的方式制备聚甲基丙烯酸酯组成物。表1所列的热安定剂、抗氧化剂与紫外线吸收剂的含量数值为将比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物以高效能液相层析仪(HPLC)分析后所测得的实际含量数值。比较例1的聚甲基丙烯酸酯组成物的雾度(HAZE)、黄色度(YI)、透光率(T％)、玻璃化转变温度(Tg)、热裂解温度(Td)的检测结果也记载于表1中。
表1
Figure GDA0002260526810000171
从表1可得到，与比较例1相比，含有200ppm至900ppm的有机磷化合物的实施例1～2可保持较佳的耐热性(Tg较高)、较佳的热安定性(Td较高)，也就是说可使组成物的热裂解温度高，所以苯乙烯系-马来酸酐系共聚物(SMA)不易发生开环，故可保持较高的耐热性。此外，含有200ppm至900ppm的有机磷化合物与10000ppm至50000ppm的紫外线吸收剂的实施例1～2也较比较例1具良好的黄色度(YI)表现。
另外，由表1也可得知，实施例1～2除了因含有200ppm至900ppm的有机磷化合物，可保持较佳的耐热性(Tg较高)与较佳的热安定性(Td较高)外，也因同时含有500ppm至2000ppm的抗氧化剂，于有机磷化合物与抗氧化剂的作用下较比较例1具良好的雾度(Haze)表现，穿透度也较高。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种聚甲基丙烯酸酯组成物，包括：
50至85重量份的甲基丙烯酸酯系聚合物，包括甲基丙烯酸酯系单体单元以及丙烯酸酯系单体单元，且其重量平均分子量Mw为2万至20万；
15至50重量份的苯乙烯系-马来酸酐系共聚物，其中所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物包括：76.5wt%~90wt %的苯乙烯系单体单元、10wt%~23.5wt%的马来酸酐系单体单元以及0~13.5wt%的第二可共聚合单体单元；
有机磷化合物；以及
10000ppm至50000ppm的紫外线吸收剂，所述紫外线吸收剂的闪火点≧240°C，
其中，于所述聚甲基丙烯酸酯组成物中所述有机磷化合物的含有量为200ppm至900ppm，所述有机磷化合物为具有亚磷酸酯基团的芳香族化合物，
其中所述紫外线吸收剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为10~300。
2.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述甲基丙烯酸酯系聚合物包括：92wt%~99wt%的所述甲基丙烯酸酯系单体单元、1wt%~8wt%的所述丙烯酸酯系单体单元以及0~7wt%的第一可共聚合单体单元，且所述甲基丙烯酸酯系聚合物的重量平均分子量Mw为5万至15万。
3.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的所述苯乙烯系单体单元重量百分比与所述马来酸酐系单体单元重量百分比的比值为3~9.2。
4.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的重量平均分子量Mw为6万至10万。
5.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述苯乙烯系-马来酸酐系共聚物的分子量分布指数PDI的范围为1.5~2.05。
6.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，还包括抗氧化剂，其中所述抗氧化剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为1.1~10。
7.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，还包括500ppm至2000ppm的抗氧化剂。
8.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，还包括500ppm至2000ppm的热安定剂。
9.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述紫外线吸收剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为20~180。
10.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述紫外线吸收剂与所述有机磷化合物的含量比值范围为15~200。
11.根据权利要求10所述的聚甲基丙烯酸酯组成物，其中所述紫外线吸收剂选自由2-(4,6-双-(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、2,2’-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)- 4-叔辛基苯酚]、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧基]-苯酚、2,2’,4,4’-四羟二苯基酮、3-[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]-2,2-双{[(2-氰基-3,3-二苯丙烯酰基)氧]甲基}丙基 2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑所组成的群组的至少其中之一。
12.一种光学元件，是由如权利要求1至11中任一项所述的聚甲基丙烯酸酯组成物所形成。
13.根据权利要求12所述的光学元件，其中所述光学元件为选自由光学板、光学片以及光学膜所组成群组中的至少其中之一。
14.一种显示设备，包括：
如权利要求12所述的光学元件，
其中所述显示设备为选自由电视机、数字相机、数字摄像机、数字相框、移动电话机、笔记本个人计算器、移动计算器、用于计算器的监视器、可携式游戏机、可携式信息终端机、音频再生装置、游戏机以及车用显示器所组成群组中的至少其中之一。
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