CN112341636B - 一种光学膜专用高聚合高醇解度pva系熔体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料加工技术领域，公开了一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，包括如下步骤：步骤I：称料，准确称取聚乙烯醇100‑200份、二级脱盐水100‑400份、增塑剂12‑112份、表面活性剂0.01‑8份、抗氧剂0.0005‑0.2份；步骤II：第一溶液的制备，将表面活性剂和抗氧剂加入二级脱盐水中配制成第一溶液；步骤III：第二溶液的制备，将增塑剂添加到第一溶液中，混合均匀形成第二溶液；步骤IV：将剩余原料添加到第二溶液中混合均匀，形成第三溶液；步骤V：将第三溶液在微波辐射条件下搅拌均匀，加热形成PVA系熔体。本发明解决了现有技术中在制备PVA熔体时存在的原料混匀不充分而造成的产品拉伸强度低的问题。

Description

一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法。

背景技术

PVA光学膜是目前唯一可以加工成具有偏光特性的功能性材料，其经染色、拉伸、上下覆膜后制成的偏光片，可广泛用于检测仪表、偏振显微镜、汽车头灯防眩目装置、LCD/OLED显示器、太阳镜、防眩护目镜以及照相机和摄影机镜前的偏振滤光片中。市场对偏光片的运用范围还在不断扩大，其所用的PVA光学膜的需求也在不断增加，因此其具有良好的市场发展前景。

目前PVA光学膜制备方法都是通过熔融PVA原料，然后经过流延或涂布制成膜再经干燥制成产品膜。但PVA的熔融温度和分解温度接近，使得熔融的同时发生分解反应，难于热塑加工。现有的做法是将原料PVA、增塑剂、脱盐水、表面活性剂和其他助剂在一定温度和压力下按一定比例混合，从而降低原料PVA的熔点和沸点，升高原料PVA的分解温度。目前采用上述方法制备PVA熔体时存在如下技术问题：一、目前对原料的混匀方法通常是采用机械搅拌的方式混合，存在搅拌不均匀的现象，导致成品膜拉伸不均匀，瑕疵增多，在后续加工中经常出现断膜现象；二、PVA光学膜拉伸强度主要由原料PVA的聚合度和醇解度决定，高聚合度和高醇解度的PVA制成的膜拉伸强度更强，但由于采用传统方法不能使得原料PVA和增塑剂等其他助剂混合均匀，导致高聚合度和高醇解度的原料PVA熔点和分解温度差距不大，不能有效的形成制膜熔液，因此，采用传统方法只能使用较低聚合度和较低醇解度的PVA作为原料；三、采用传统方法制备PVA光学膜，制膜熔液存在制备过程繁琐，用时长，耗能多的缺点，大大增加了产品的生产运行成本。

发明内容

本发明意在提供一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，以解决现有技术中在制备PVA熔体时存在的原料混匀不充分而造成的产品拉伸强度低的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤I：称料，准确称取聚乙烯醇100-200份、二级脱盐水100-400份、增塑剂12-112份、表面活性剂0.01-8份、抗氧剂0.0005-0.2份；

步骤II：第一溶液的制备，将表面活性剂和抗氧剂加入二级脱盐水中配制成第一溶液；

步骤III：第二溶液的制备，将增塑剂添加到第一溶液中，混合均匀形成第二溶液；

步骤IV：将剩余原料添加到第二溶液中混合均匀，形成第三溶液；

步骤V：将第三溶液在微波辐射条件下搅拌均匀，加热形成PVA系熔体。

本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，在进行PVA熔体制备过程中，首先在混料顺序上，首先添加固态的表面活性剂和抗氧剂，能够使得其经过更多次的搅拌，保证混合的更加充分，同时也避免出现包埋现象。在制备PVA系熔体的过程中，发明人曾尝试过多种混匀方法，但是混匀效果均不理想，由于发明人研究方向的原因，时常会接触到微波辐射相关设备，在偶然的情况下，发明人在混匀原料过程中尝试了辅以微波辐射的方式，结果取得了很好的效果。在后续的机理性研究中发现通过微波辐射加热使增塑剂、脱盐水等能够更容易的钻到大分子聚合物链间，使大分子PVA间距扩大，这样增塑剂减弱了聚合物大分子PVA间的范德华力，使大分子易于移动，熔点和沸点降低，分解温度升高。且有利于增塑剂、表面活性剂、抗氧剂等助剂的快速分散，使物料混合更加均匀。以本发明中的PVA系熔体生产得到的光学膜，产品的拉伸性稳定，厚度均匀性好，瑕疵少，表面光洁度高。此外，微波辐射对物料受热均匀，不易产生气泡，使得制膜原液中的各物料热值分布更加均匀，能使制得的光学膜的拉伸强度提高了12-18％。

本技术方案的有益效果在于：

1、本技术方案中采用微波辐射法制备PVA熔体，能够使得小分子助剂快速均匀且充分的进入原料PVA分子内，减小原料PVA分子间的相互作用力，从而降低原料PVA的熔点和沸点，升高原料PVA的分解温度。使得高聚合度和高醇解度的PVA也能快速熔融为低粘度流体。从而解决成品膜拉伸不均匀，瑕疵增多和拉伸强度不够的问题。

2、本技术方案中微波辐射法对原料PVA和小分子助剂等具有分子内外同时加热的特点，因此，其加热速度快，可以在短时间内将原料PVA和小分子助剂等充分混合，这比传统方法制备出的PVA熔体更加节约时间和节约能量。

优选的，作为一种改进，步骤I中，聚乙烯醇的聚合度为2000-4000，醇解度为97-100mol％。

本技术方案中，聚乙烯醇的聚合度和醇解度在上述范围内时，制备出的光学膜拉伸强度高，在下游生产偏光片时，不断膜，生产的连续性好。

优选的，作为一种改进，步骤I中，聚乙烯醇经再醇解、洗涤并脱水制得。

本技术方案中，通过上述的处理方法制得的聚乙烯醇能够保证聚乙烯醇光学膜的光学性能和由该聚乙烯醇光学膜制得的偏光膜的耐久性。

优选的，作为一种改进，步骤I中，聚乙烯醇的含水量为10-90％。

本技术方案中，当聚乙烯醇的含水量在上述范围内时，能够在加料的时候，防止聚乙烯醇颗粒间的相互粘连，使得后期操作更加流畅。

优选的，作为一种改进，步骤I-步骤V均在惰性气体的保护下进行。

本技术方案中，PVA熔体制备过程中所有操作步骤均是在惰性气体的保护中进行，能够有效防止物料被污染或被氧化变色，保证其洁净度和色度。

优选的，作为一种改进，增塑剂为甘油、二甘油、三甘油、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。

本技术方案中，增塑剂在制备偏振片时可有效提高薄膜的延伸性能，在选择增塑剂时可根据实际需要选择具体的增塑剂，可选择空间大。

优选的，作为一种改进，表面活性剂为月桂酸钾、辛基水杨酸酯、十二烷基苯磺酸酯、聚氧化乙烯油醚、聚氧化乙烯辛基苯醚、聚氧黄乙烯月桂酸、聚氧化乙烯聚氧化丙烯、油酸二乙醇酰胺、聚氧化亚烷基烯丙基苯醚中的一种或多种。

本技术方案中，表面活性剂有抑制薄膜卷曲时粘连作用，在选择表面活性剂时可根据实际需要选择进行具体选择，灵活性更强。

优选的，作为一种改进，抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、2,2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、四[3-(3,5-二叔丁基-4羟苯基)丙酸]季戊醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种。

本技术方案中，抗氧剂能够提高聚乙烯醇光学膜的抗黄变和储存稳定性，在选择抗氧剂时可根据实际需要具体选择。

优选的，作为一种改进，抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4羟苯基)丙酸]季戊醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的组合物。

本技术方案中，上述的抗氧剂组成为经试验验证的较优的组合，抗氧化性更佳。

优选的，作为一种改进，惰性气体为氮气。

本技术方案中，氮气是常用的惰性气体，来源广且性质稳定。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

采用本发明光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法制备PVA熔体的具体步骤如下：

步骤I：称料，准确称取聚乙烯醇100份、二级脱盐水100份、增塑剂17份、表面活性剂0.05份、抗氧剂0.0006份，其中聚乙烯醇的聚合度为4000，醇解度为99.5mol％，含水量为35％，本实施例中的增塑剂为甘油，表面活性剂为月桂酸钾，抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯体积比为1:1的组合物；

步骤II：第一溶液的制备，将表面活性剂和抗氧剂加入二级脱盐水中配制成第一溶液；

步骤III：第二溶液的制备，将增塑剂添加到第一溶液中，混合均匀形成第二溶液；

步骤IV：将剩余原料添加到第二溶液中混合均匀，形成第三溶液；

步骤V：将第三溶液在微波辐射反应釜中搅拌均匀并加热至80℃，恒温保持1.5h，得到PVA系熔体，上述步骤I-步骤V均在氮气的保护下进行，以避免出现原料氧化问题。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中的聚乙烯醇的聚合度为3500。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中聚乙烯醇的聚合度为3000。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中聚乙烯醇的醇解度为97％。

实施例五

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中聚乙烯醇的醇解度为98％。

实施例六

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中聚乙烯醇的醇解度为99％。

对比例一

本对比例与实施例一的不同之处在于：本实施例中在步骤V中是将第三溶液添加到加热反应釜中搅拌均匀并加热至80℃，恒温保持1.5h，得到PVA系熔体。

对比例二

本对比例与实施例一的不同之处在于：本对比例中的聚乙烯醇的聚合度为1500。

对比例三

本对比例与实施例一的不同之处在于：本对比例中的聚乙烯醇的醇解度为95％。

对比例四

本对比例与实施例一的不同之处在于：本对比例中各步骤未在氮气保护下进行。

对利用上述实施例一～实施例六以及对比例一～对比例四的PVA熔体制备而成的光学膜进行理化指标检测，其中晶点等级是在电镜下观察晶点的数量，根据晶点的数量划分10个等级，晶点数量越多等级就越高，产品品质就越差；每组进行三次平行试验，结果表示为平均数：

表1

上述结果可知，本发明中各实施例制备而成的光学膜的色斑个数、晶点等级、拉伸强度以及拉伸倍率均显著优于对比例，其中通过对聚乙烯醇聚合度、醇解度以及对反应过程中辅以微波辐射，能够使得小分子助剂快速均匀且充分的进入原料PVA分子内，减小原料PVA分子间的相互作用力，从而降低原料PVA的熔点和沸点，升高原料PVA的分解温度。使得高聚合度和高醇解度的PVA也能快速熔融为低粘度流体。从而解决成品膜拉伸不均匀，瑕疵增多和拉伸强度不够的问题。以该聚乙烯醇系熔体制备得到的聚乙烯醇系膜，薄膜晶点少，瑕疵少，光学性能优异；拉伸性、延展性好，在拉伸的过程中出现膜断裂的概率非常小；而且在染色的时候，染料能够均匀的分布在聚乙烯醇系膜上，保证薄膜染色的均匀性。对比例一中采用传统的加热反应釜加热的放置制备聚乙烯醇系熔体，以该聚乙烯醇系熔体制备得到的聚乙烯醇系膜，薄膜晶点较多，存在不溶PVA颗粒，有一定的瑕疵；且拉伸性、延展性较弱；对比例二、对比例三中改变了聚乙烯醇的聚合度及醇解度，其拉伸强度以及拉伸倍率均显著降低；对比例四中，未在氮气的保护下进行，使得氧化较多，制备而成的光学膜色斑及晶点较多。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤I：称料，准确称取聚乙烯醇100-200份、二级脱盐水100-400份、增塑剂12-112份、表面活性剂0.01-8份、抗氧剂0.0005-0.2份，聚乙烯醇的聚合度为3500-4000，醇解度为97-100mol％；抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4羟苯基)丙酸]季戊醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的组合物；

步骤II：第一溶液的制备，将表面活性剂和抗氧剂加入二级脱盐水中配制成第一溶液；

步骤III：第二溶液的制备，将增塑剂添加到第一溶液中，混合均匀形成第二溶液；

步骤IV：将剩余原料添加到第二溶液中混合均匀，形成第三溶液；

步骤V：将第三溶液在微波辐射条件下搅拌均匀，加热形成PVA系熔体；步骤I-步骤V均在惰性气体的保护下进行。

2.根据权利要求1所述的一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于：步骤I中，聚乙烯醇经再醇解、洗涤并脱水制得。

3.根据权利要求2所述的一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于：步骤I中，聚乙烯醇的含水量为10-90％。

4.根据权利要求3所述的一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为甘油、二甘油、三甘油、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为月桂酸钾、辛基水杨酸酯、十二烷基苯磺酸酯、聚氧化乙烯油醚、聚氧化乙烯辛基苯醚、聚氧化 乙烯月桂酸、聚氧化乙烯聚氧化丙烯、油酸二乙醇酰胺、聚氧化亚烷基烯丙基苯醚中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种光学膜专用高聚合高醇解度PVA系熔体的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。