CN111073015A - 一种光学薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学薄膜，所述光学薄膜将基膜原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布制得，制备所述第一涂层的各组分及其质量百分比为：水性树脂50％～86.5％，交联剂5％～20％，第一纳米粒子8％～20％，第二纳米粒子0.5％～10％；所述第一纳米粒子的平均粒径为5～25nm，第二纳米粒子的平均粒径为0.15～1.0μm。本发明工艺简单，具有高硬度和耐划伤性，适用于增亮膜、保护膜等高端光学膜领域。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜技术领域，特别是一种可用于增亮膜的光学薄膜。
背景技术
作为液晶显示器(LCD)使用的光学功能性膜，通常使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚烯烃、聚碳酸酯(PC)、三醋酸纤维素(TAC)等形成的透明热塑性聚酯膜来作为硬涂膜、扩散膜、增亮膜、抗反射膜等光学功能膜的基材。其中，增亮膜是指用于TFT-LCD背光模块中以改善整个背光系统发光效率为宗旨的薄膜。常见的增亮膜是由一块平板状基膜和众多可以汇聚光线的棱镜或微透镜组成。
增亮膜在生产过程中为了能正常收卷，一般会在光学基膜上设一背涂层。背涂层用于减小增亮膜收卷时的摩擦力、提高收卷的成品率；同时背涂层还有一定的雾度，用于掩盖背光模组的瑕疵。这种增亮膜基膜需要在基膜的两面通过在线涂布涂覆易粘着层，一面用于提高基膜对增亮膜层的附着力，一面用于提高基膜对背涂层的附着力。因此，这类增亮膜是含有增亮膜层、背涂层、两个易粘着层和透明基膜等五层结构的光学功能膜。
背涂层分为两大类，第一类背涂层中含有微米粒子，一般为含溶剂的UV固化层，在固化过程中薄膜需要经过80℃以上的烘箱，会导致基膜的另一面低聚物的析出，引起薄膜的白化、表面污染。第二类背涂层不含粒子，通过模具转印得到表面无规律球状突起的UV固化层，在固化时需要从基膜另一面照射UV光，而基膜经过UV照射后附着力会明显下降。这两种背涂层都需要对基膜进行离线再加工，在加工过程中可能会出现基膜损耗、收放卷过程中对基膜的损伤、加工过程中出现的表观或性能不良造成的基膜损失等问题。而随着显示器薄型化的发展要求，如何降低增亮膜厚度、减少背涂层加工中出现的问题是业界比较关注的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺陷、提供一种光学薄膜，所述光学薄膜通过在线涂布得到，工艺简单，具有高硬度和耐划伤性，适用于增亮膜、保护膜等高端光学膜领域。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种光学薄膜，所述薄膜包括包括透明基膜、第一涂层和第二涂层，所述透明基膜的原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布得到第一涂层和第二涂层；制备所述第一涂层的各组分及其质量百分比为：
水性树脂50％～86.5％
交联剂5％～20％
第一纳米粒子8％～20％
第二纳米粒子0.5％～10％；
所述第一纳米粒子的平均粒径为5～25nm，第二纳米粒子的平均粒径为0.15～1.0μm。
上述光学薄膜，所述第一涂层中第一纳米粒子是二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土或三氧化二铝中的一种或几种。
上述光学薄膜，所述第一涂层中第二纳米粒子是二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯/丁二烯类或甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯类中的一种或几种。
上述光学薄膜，所述第一涂层中水性树脂是水性聚酯、水性聚氨酯或水性丙烯酸酯中的一种或几种。
上述光学薄膜，所述第一涂层中交联剂是三聚氰胺、异氰酸酯、恶唑啉、氮丙啶、碳化二亚胺或环氧树脂中的一种或几种。
上述光学薄膜，所述第一涂层的厚度为0.1～0.6μm；所述第二涂层的厚度为15～80nm。
上述光学薄膜，所述第二涂层中加入第三纳米粒子，所述第三纳米粒子的平均粒径为30～100nm。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
1.本发明所述的光学薄膜，是在基膜原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布得到的光学薄膜，工艺简单，不需要进行离线涂布背涂层。
2.本发明光学聚酯薄膜中的第一涂层中含有8％～20％的第一纳米粒子A1，加入平均粒径为5～25nm的二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝等无机纳米粒子，通过纳米粒子对涂层树脂进行改性，提高树脂层的硬度和韧性，使得第一涂层能够达到离线背涂层具有的硬度和耐划伤性。
3.本发明第一涂层的厚度为0.1～0.6μm，大于通常在线涂布的易粘着层厚度，保证了第一涂层具有较高的硬度和耐划伤性。
4.本发明在第一涂层中加入0.3％～10％的平均粒径为0.15～1.0μm第二纳米粒子A2，根据应用需要使涂层具有一定的雾度，可以有效遮盖背光模组的瑕疵。
5.本发明第一涂层替代了传统的背涂层，第二涂层为提高基膜与增亮膜层附着力的易粘着层。通过离线涂布得到背涂层的增亮膜结构为5层，使用本发明所述的光学薄膜制成的增亮膜结构为4层。该光学薄膜简化了增亮膜的加工工序，降低了增亮膜的厚度，适用于增亮膜、保护膜等高端光学膜领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中各标号分别表示为：1、透明基膜；2、第一涂层2；3、第二涂层3；4、第一纳米粒子A1；5、第二纳米粒子A2；6、第三纳米粒子A3。
具体实施方式
本发明的基膜优选为塑料薄膜，所述塑料薄膜包括：聚酯薄膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯薄膜(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)、ABS与PET复合膜、PET与PEN复合膜、PC与PMMA复合膜等，优选聚酯薄膜和聚碳酸酯薄膜，更优选聚酯薄膜。聚酯薄膜中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。二元酸可以是直链脂肪二酸，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。
所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。本发明使用的基膜厚度在20～350μm，优选38μm～250μm。
本发明中的基膜原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布，得到光学薄膜，包括透明基膜(1)、第一涂层2和第二涂层3。第一涂层2组分及质量百分比为：50％～86.5％的水性树脂，5％～20％的交联剂；8％～20％的第一纳米粒子A1，0.5％～10％的第二纳米粒子A2,第一涂层2中第一纳米粒子A1的平均粒径为5～25nm，第二纳米粒子A2的平均粒径为0.15～1.0μm，第一涂层2的厚度为0.1～0.6μm。
本发明在基膜的两面进行在线涂布得到的光学薄膜，工艺简单。第一涂层2直接替代了传统的背涂层，第二涂层3为提高基膜与增亮膜层附着力的易粘着层。通过离线涂布得到背涂层的增亮膜结构为5层，使用本发明所述的光学薄膜制成的增亮膜结构为4层，该光学薄膜简化了增亮膜的加工步骤，降低增亮膜的厚度，适用于增亮膜、保护膜等高端光学膜领域。
本发明第一涂层2中含有8％～20％的第一纳米粒子A1，加入平均粒径为5～25nm的二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝等无机纳米粒子，通过纳米粒子对涂层树脂进行改性，提高涂层树脂的硬度和韧性，使得第一涂层2能够达到离线背涂层具有的硬度和耐划伤性。
本发明第一涂层2的厚度为0.1～0.6μm，明显大于已有在线涂布的易粘着层厚度。对于硬度较高的涂层，只有涂层厚度达到一定值才能保证涂层具有足够的硬度。本发明中第一涂层2的厚度大于等于0.1μm，使得涂层的硬度能够达到H级。而第一涂层2是经过在线涂布得到，薄膜生产车速较快固化时间短，若涂层厚度大于0.6μm，则涂层不能得到充分的交联固化，导致涂层硬度降低。
本发明在第一涂层2中加入0.5％～10％的平均粒径为0.15～1.0μm第二纳米粒子A2，使涂层具有一定的雾度，可以有效遮盖背光模组的瑕疵。
第一纳米粒子A1选自二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝等无机纳米粒子中的一种或几种，优选二氧化硅。第二纳米粒子A2选自二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝、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/甲基丙烯酸丁酯类中的一种或几种。优选二氧化硅粒子和甲基丙烯酸酯。粒子的形状没有特别限制，优选接近球状的一次粒子或二次粒子。纳米粒子使用水性分散液，也可以将粉体处理成水性分散液。
本发明第一涂层2中水性树脂是水性聚酯、水性聚氨酯和水性丙烯酸酯中的一种或几种，第一涂层2中交联剂是三聚氰胺、异氰酸酯、恶唑啉、氮丙啶、碳化二亚胺、环氧树脂中的一种或几种。为了提高涂层硬度，水性树脂优选玻璃化温度较高的树脂，进一步优选玻璃化温度大于60℃的树脂。交联剂优选两种或两种以上的交联剂混合使用。
本发明第二涂层3是以聚氨酯为主体、对增亮膜附着力优良的易粘着层。第二涂层3的厚度控制为15～80nm，可以满足增亮膜的附着力要求。第二涂层3中第三纳米粒子A3的平均粒径为30～100nm，从爽滑性的角度，可以根据第一涂层2中纳米粒子(A2)的添加量来选择第三纳米粒子A3的添加含量。第三纳米粒子A3的种类可以参考第二纳米粒子A2。
本发明光学薄膜的雾度，全光线透光率大于89％，优选大于90％。
本发明的涂层涂覆液中，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。
在基膜上涂覆涂层的方法可以采用凹槽滚涂、棒涂、喷涂、空气刮刀涂或浸涂等，可以在双轴拉伸后的聚酯薄膜涂覆涂层(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。
本发明的熔融的聚酯熔体从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。
第二涂层3涂覆液制备
取0.30g三聚氰胺树脂PM-80(固体组分为80％，DIC株式会社)、0.60g碳化二亚胺SV-02(固体组分为40％，日清纺株式会社)5.80g水性聚氨酯HUX-561S(固体组分为40％，艾迪科上海贸易有限公司)、0.50g第三纳米粒子A3SNOWTEX ST-YL(固体组分为40％，平均粒径为65nm，日产化学)、93.30g去离子水，经高剪切乳化机分散均匀，得到固含量为3％的第二涂层3涂覆液。
本发明的制造工艺优选以下步骤：
1.将光学薄膜切片在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℃～285℃；
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.将冷却后的铸塑厚片加热到80℃～120℃，纵向拉伸3.0～3.8倍，得到纵向拉伸膜片；
4.将上述涂层涂覆液分别涂覆在经纵向拉伸膜片的两个面上；
5.将涂好双面涂层的膜片经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℃～245℃热定型，冷却后收卷，得到光学薄膜。
以下结合具体实施例对本发明所述光学薄膜作进一步说明，但本发明的实施方式并不限于这些实施例。
实施例1
第一涂层2涂覆液的制备
取10.5g水性聚氨酯TAKLECTM WS-5100(固体组分为30％，三井化学株式会社)、0.23g三聚氰胺树脂PM-80(固体组分为80％，DIC)、0.72g第一纳米粒子A1SNOWTEX ST-50(固体组分为40％，平均粒径为20～25nm，日产化学)、0.90g第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-E10(固体组分为20％，平均粒径为0.15μm，株式会社日本触媒)、87.65g去离子水，经高剪切乳化机分散均匀，得到固含量为3.6％的涂覆液。
光学薄膜的制备
将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯切片熔融在280℃挤出；熔融体流延到铸片辊冷却成为未取向的铸塑厚片，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覆上述制备好的第一涂层2涂覆液(Ⅰ)，涂覆厚度为10μm，另一面上涂覆上述制备好的第二涂层3涂覆液，涂覆厚度为6μm；将涂有双面涂层的膜片横向拉伸3.6倍，235℃下热定型收卷，得到厚度为188μm的光学薄膜，测其性能(见表1)。
实施例2
本实施例中的第一涂层2涂覆液固含量为7.2％，并以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
水性聚酯Z-565 23.62g
(固体组分为25％，互应化学株式会社)
(固体组分为20％，平均粒径为0.30μm，株式会社日本触媒)
去离子水 73.41g。
实施例3
本实施例中的第一涂层2涂覆液固含量为10.8％，并以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
(固体组分为40％，平均粒径为13nm，日产化学)
第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-W50 1.32g
(固体组分为20％，平均粒径为0.40μm，株式会社日本触媒)
去离子水 63.51g。
实施例4
本实施例中的第一涂层2涂覆液固含量为14.4％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
水性丙烯酸酯RX-7710 37.44g
(固体组分为25％，日本电石工业株式会社)
(粉体，平均粒径为0.55μm，制成固体组分为20％的水分散液，株式会社日本触媒)
去离子水 49.05g。
实施例5
本实施例中的第一涂层2涂覆液固含量为18％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
水性丙烯酸酯RX-7710 41.04g
三聚氰胺树脂PM-80 1.33g
环氧树脂CR-5L 2g
(固体组分为100％，DIC株式会社)
第一纳米粒子A1SNOWTEX ST-S 8.1g
(固体组分为40％，平均粒径为13nm，日产化学)
第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-S100 7.2g
(粉体，平均粒径为0.80～1.0μm，制成固体组分为20％的水分散液，株式会社日本触媒)
去离子水 40.33g。
实施例6
本实施例中的第一涂层2涂覆液固含量为21.6％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
(固体组分为40％，平均粒径为9nm，日产化学)
第二纳米粒子A2EPOSTAR-MX MX200W 2.5g
(固体组分为20％，平均粒径为0.35μm，株式会社日本触媒)
第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-S100 8.3g
(粉体，平均粒径为0.80～1.0μm，制成固体组分为20％的水分散液，株式会社日本触媒)
去离子水 30.3g。
比较例1
本比较例中的第一涂层2涂覆液固含量为10.8％，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)。
第一涂层2涂覆液的制备
(固体组分为40％，平均粒径为9nm，日产化学)
第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-E10 1.32g
去离子水 63.7g。
比较例2
本比较例中的第一涂层2涂覆液固含量为10.8％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
(固体组分为40％，平均粒径为65nm，日产化学)
第二纳米粒子A2SEAHOSTAR KE-W50 1.32g
去离子水 63.51g。
比较例3
本比较例中的第一涂层2涂覆液固含量为2.8％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表1)。
第一涂层2涂覆液的制备
比较例4
本比较例中的第一涂层2涂覆液固含量为28.0％，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)。
第一涂层2涂覆液的制备
表1中各项性能的测试方法如下
1.第一涂层2和第二涂层3厚度的测试：
首先，使用RuO4将光学薄膜染色。接着，将光学薄膜冷冻后，在膜厚度方向上切断，得到10个用于涂层厚度剖面观察的超薄切片样品。使用TEM(透射型电子显微镜：(株)日立制作所制H7100FA型)以1万～100万倍观察各样品剖面，得到剖面照片。将该10个样品的第一涂层2和第二涂层3厚度的测定值取平均值，作为光学薄膜的第一涂层2和第二涂层的3厚度。
2.铅笔硬度测试：
根据标准GB/T6739——1996的方法，利用通过铅笔刮擦的涂膜硬度测试仪[上海普申化工机械有限公司；型号“BY”]测量铅笔硬度。
3.耐钢丝绒划伤测试：
使用昆山精佳仪器A20-339耐钢丝绒试验机在200gf/cm2的荷重下，使用#0000钢丝绒在底涂层表面上来回摩擦10次，确认涂层有无划伤。
判定标准：划伤0条，判定合格；划伤≧1条，判定不合格。
4.雾度
按GB/T 25273规定的方法测定。
5.透光率
按GB/T 2410规定的方法测定。
表1各实施例、比较例性能测试数据表：
Claims (7)
1.一种光学薄膜，所述薄膜包括包括透明基膜(1)、第一涂层(2)和第二涂层(3)，所述透明基膜的原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布得到第一涂层(2)和第二涂层(3)；其特征在于，制备所述第一涂层(2)的各组分及其质量百分比为：
水性树脂50％～86.5％
交联剂5％～20％
第一纳米粒子(A1)8％～20％
第二纳米粒子(A2)0.5％～10％；
所述第一纳米粒子(A1)的平均粒径为5～25nm，第二纳米粒子(A2)的平均粒径为0.15～1.0μm。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，所述第一涂层(2)中第一纳米粒子(A1)是二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土或三氧化二铝中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的光学薄膜，其特征在于，所述第一涂层(2)中第二纳米粒子(A2)是二氧化硅、硫酸钡、硫酸钙、高岭土、三氧化二铝、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯/丁二烯类或甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯类中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的光学薄膜，其特征在于，所述第一涂层(2)中水性树脂是水性聚酯、水性聚氨酯或水性丙烯酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的光学薄膜，其特征在于，所述第一涂层(2)中交联剂是三聚氰胺、异氰酸酯、恶唑啉、氮丙啶、碳化二亚胺或环氧树脂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，所述第一涂层(2)的厚度为0.1～0.6μm；所述第二涂层(3)的厚度为15～80nm。
7.根据权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，所述第二涂层(3)中加入第三纳米粒子(A3)，所述第三第三纳米粒子A3的平均粒径为30～100nm。
Priority Applications (1)
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