CN114325915B

CN114325915B - 一种纳米银线基偏光膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114325915B
Application number: CN202111476158.2A
Authority: CN
Inventors: 王林格; 杨琮亿; 陈定靖; 彭奕桢; 伍一杰; 房子圣; 贾毅凡; 于倩倩
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2041-12-06
Also published as: CN114325915A

Abstract

本发明属于复合材料光学技术领域，公开了一种纳米银线基偏光膜及其制备方法和应用。本发明提供的复合薄膜主要包括聚合物和纳米银线，具体通过将聚合物、纳米银线在指定溶剂中混合均匀制得纺丝溶液，通过静电纺丝法制得一定取向的聚合物/纳米银线复合纤维膜，最后干燥后的复合纤维膜通过溶剂退火定型成膜。本发明的取向纳米银线复合薄膜，可选择的原料种类繁多、工艺简单、可规模化制备，因此在液晶、OLED等新型显示及电子信息等领域具有非常好的应用前景。

Description

一种纳米银线基偏光膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种偏光膜的制备方法，具体涉及一种纳米银线基偏光膜及其制备方法和应用。

背景技术

偏光膜在显示器、光干涉仪、生医领域及日常所佩戴的近视眼镜与太阳镜中有不可替代的地位，被用于产生或阻挡偏振光。目前，生产技术成熟的市售偏光膜为碘系偏光膜，其制备方法为将碘离子吸附在聚乙烯醇(PVA)上，然后定向延伸，使碘离子随着PVA分子链的取向而发生定向排列，形成碘离子导电长链。由于电子可在长链轴向自由运动，故导电长链可以吸收平行于其排列方向的偏振光，透过垂直方向的偏振光，达到偏光效果。虽然生产技术成熟、占偏光膜市场份额较大，该种偏光膜仍存在诸多问题，例如①透光率低，光能利用效率低；②在高温环境下易翘曲，导致显示屏漏光等不良后果；③国内只能进口原膜进行简单复合，原料及核心技术被日韩美三国垄断，成为我国“卡脖子”产品之一。

发明内容

基于上述现有技术所存在的不足之处,本发明提供了一种纳米银线(AgNWs)基偏光片的制备方法，旨在改善传统碘系偏光膜不耐高温易翘曲、透过率低的问题。本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的纳米银线基偏光膜。本发明再一目的在于提供所述纳米银线基偏光膜在液晶、OLED等新型显示及电子信息等领域中的应用。

为达到上述需求，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种AgNWs基偏光膜的制备方法，包括如下几个步骤：

S1.将聚合物、AgNWs、溶剂混合均匀得到纺丝溶液；

S2.将步骤S1配制的纺丝溶液利用静电纺丝技术制得具有取向的聚合物/AgNWs复合纤维膜，室温下干燥；

S3.将S2制得的具有取向的聚合物/AgNWs复合纤维膜置于基体上，然后退火定型成膜，得到AgNWs基偏光膜。

S1所述纺丝溶液由如下重量百分含量组成：聚合物10～18％，AgNWs0.5～8％，其余为纺丝溶剂含量；其中聚合物含量＝聚合物的质量/溶液质量×100％；AgNWs含量＝AgNWs质量/聚合物质量×100％。

S1所述的AgNWs的直径为10～80nm，长度为10～100μm；

S1所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯醇(PVA)和聚环氧乙烷(PEO)中的任意一种或者两种以上。

S1所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EA)、三氯甲烷(TCM)、水、无水乙醇(EtOH)中的任意一种或两种以上。

S2所述静电纺丝的工艺参数为：正压7～18kV，针头与接收板的距离为10～20cm，注射速度为1～2mL/h，其中收集器为滚筒或笼式收集器，收集器的转速为1000～2000r/min，直径为10～15cm。

S3所述退火的溶剂氛围为EtOH、DMAc、DMF、EA、水中的任意一种，所述退火的温度为15～40℃，退火时间为40～240min；

S3所述基体为载玻片或铝箔。

优选的，S3得到AgNWs基偏光膜后还可以对偏光膜进行单轴拉伸；更优选的，拉伸幅度为原长的20％～60％；

一种纳米银线基偏光膜，通过上述方法制备得到。

所述纳米银线基偏光膜在液晶、OLED等新型显示及电子信息等领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明利用静电纺丝技术对材料进行取向，溶剂蒸气退火定型成膜，利用单轴拉伸对AgNWs进行二次定向，AgNWs具有一定的取向程度，可选择的聚合物品种多、制备工艺相对简单、可控性强、尺寸可调控。

2)本发明制备的复合薄膜，与市售的碘系偏光膜相比透过率更高(相同膜厚的前提下)，光能利用率更高。

3)发明制备的复合薄膜，与市售的碘系偏光膜相比受热耐翘曲性能更高(相同温度及湿度，放置相同时间后)。

附图说明

图1是所述实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合纤维膜扫描电镜图，复合纤维的形貌均一、排列规整。插图为纤维取向度分布统计图，峰型越尖锐，纤维的取向度越高。

图2为实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合膜退火后扫描电镜图，纤维形貌消失，复合膜的表面变平整，AgNWs保留一定的取向度。插图为AgNWs取向度分布统计图，峰型越尖锐，AgNWs的取向度越高。

图3为实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合纤维膜退火前透过率随波长变化的曲线图，可见AgNWs/PVP复合纤维膜几乎不透光。

图4为实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合膜退火后透过率随波长变化曲线图，可见退火后AgNWs/PVP复合膜的透过率有较大提升。

图5为实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合膜与市售碘系偏光膜的透过率随波长变化对比图，其中，AgNWs/PVP复合膜的膜厚为54～56μm，市售碘系偏光膜原膜厚为33～37μm。

图6为实施例1中静电纺丝取向AgNWs/PVP复合膜实物图，其中(a)为银线的排列方向分别与线偏振光的偏振方向平行，(b)为银线的排列方向分别与线偏振光的偏振方向垂直。液晶显示器发出的光具有大量线偏振光的成分，可见退火后AgNWs/PVP复合膜具有一定的透过率，当银线的排列方向分别与线偏振光的偏振方向平行、垂直时，AgNWs/PVP复合膜分别表现出淡蓝色、淡黄色，说明制备的AgNWs/PVP复合膜具有偏光效应；

图7为实施例1中AgNWs/PVP复合膜偏振度随AgNWs含量变化曲线图，随着AgNWs含量增加，AgNWs/PVP复合膜的偏振度增加；

图8为实施例1中AgNWs/PVP复合膜与市售碘系偏光膜在受热后翘曲结果对比的效果图，市售碘系偏光膜来源为日本可乐丽公司，产品型号为“光学用PVA薄膜”；

图9为实施例2中AgNWs/PMMA退火膜单轴拉伸至原长增加20％、25％、30％、40％、60％后偏光度的增长率。可见当单轴拉伸能够进一步提高退火纤维膜内部AgNWs的取向度，从而提高偏光度。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，本发明通过下列实施例进一步说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。

实施例1

1)取0.9g PVP溶于3mL EtOH中，加入7mL 10mg/mL AgNWs/无水乙醇溶液，搅拌6h，形成均匀的纺丝溶液。

2)将纺丝液加入到注射器中，固定至注射泵上，针头到滚筒的距离为15cm，流速为1.2mL/h，滚筒转速为1800r/min，纺丝电压为12kV，平口针头的内径为0.61mm，外径为0.91mm，制备取向的AgNWs/PVP复合纤维膜。将一定厚度的纤维膜从滚筒取下，室温干燥，AgNWs/PVP复合纤维膜的扫描电镜图见图1。

3)将室温干燥好的AgNWs/PVP复合纤维膜裁剪为25mm×76mm的样条，从铝箔上撕下后，附于同样尺寸的载玻片上，将附有AgNWs/PVP复合纤维膜的载玻片放入密封盒中，密封盒的一角摆放盛有水的表面皿，30℃恒温进行溶剂蒸气退火定型成膜，退火180min后的AgNWs/PVP复合膜扫描电镜图见图2。

4)测定AgNWs/PVP复合纤维膜与AgNWs/PVP复合膜的透过率，透过率见图3。

5)根据公式PE＝100％×√(T_∥-T_⊥)/(T_∥+T_⊥)(PE为偏振度)计算其偏振度，偏振度见图7。

6)将AgNWs/PVP复合膜与25mm×80mm碘系偏光膜样条置于同一个密封盒，置于60度烘箱中恒温15天，观察复合膜的翘曲情况，翘曲效果图见图8。

实施例2

1)取1.8g PMMA溶于9mL EA中，加入0.18mL 50mg/mL的AgNWs/无水乙醇溶液，搅拌6h，形成均匀的纺丝溶液。

2)将纺丝液加入到注射器中，固定至注射泵上，针头到滚筒的距离为20cm，流速为2mL/h，滚筒转速为1800r/min，纺丝电压为18kV，时间为1.5h。平口针头的内径为0.61mm，外径为0.91mm，收集基底为铝箔，制备取向的AgNWs/PMMA复合纤维膜。将一定厚度的、附着于铝箔上的纤维膜从滚筒取下，室温干燥。

3)将室温干燥好的AgNWs/PMMA复合纤维膜裁剪为50mm×80mm的样条，将AgNWs/PMMA复合纤维膜放入盛有乙酸乙酯的密封盒中，40℃恒温40min进行溶剂蒸气退火定型成膜。

4)将定型后的样条放入夹具中，125℃恒温30s并进行拉伸，拉伸速率为4mm/s，不同样条的拉伸幅度分别为20％、25％、30％、40％、60％，拉伸前后偏光度对比见附图9。

实施例3

1)取0.9g PVP溶于5mL EtOH中，加入5mL 10mg/mL的AgNWs/无水乙醇溶液，搅拌6h，形成均匀的纺丝溶液。

2)将纺丝液加入到注射器中，固定至注射泵上，针头到滚筒的距离为15cm，流速为1.2mL/h，滚筒转速为2100r/min，纺丝电压为13kV，平口针头的内径为0.61mm，外径为0.91mm，制备取向的AgNWs/PVP复合纤维膜。将一定厚度的纤维膜从滚筒取下，室温干燥，AgNWs/PVP复合纤维膜的扫描电镜图与图1相似。

3)将室温干燥好的AgNWs/PVP复合纤维膜裁剪为25mm×76mm的样条，从铝箔上撕下后，附于同样尺寸的载玻片上，将附有AgNWs/PVP复合纤维膜的载玻片放入密封盒中，密封盒的一角摆放盛有水的表面皿，30℃恒温进行溶剂蒸气退火定型成膜，退火180min后取出。

实施例4

1)取0.9g PVP溶于9.2mL EtOH中，加入0.8mL 50mg/mL的AgNWs/无水乙醇溶液，搅拌6h，形成均匀的纺丝溶液。

实施例5

1)取0.9g PVP溶于8.5mL EtOH中，加入1.5mL 20mg/mL的AgNWs/无水乙醇溶液，搅拌6h，形成均匀的纺丝溶液。

综上，本发明提供的AgNWs/PVP复合膜具有良好的偏光效应，与市售的碘系偏光膜产品相比具有更加优良的透过率、耐翘曲性能，在液晶显示及成像等领域具有良好的应用前景。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种纳米银线基偏光膜的制备方法，其特征在于包括如下几个步骤：

S1. 将聚合物、AgNWs、溶剂混合均匀得到纺丝溶液；

S2. 将步骤S1配制的纺丝溶液利用静电纺丝技术制得具有取向的聚合物/AgNWs复合纤维膜，室温下干燥；

S3. 将S2制得的具有取向的聚合物/AgNWs复合纤维膜置于基体上，然后退火定型成膜，得到AgNWs基偏光膜；

S1所述纺丝溶液由如下重量百分含量组成：聚合物10～18％，AgNWs 0.5～8％，其余为纺丝溶剂含量；

S3得到AgNWs基偏光膜后再对偏光膜进行单轴拉伸；

单轴拉伸的拉伸幅度为原长的25%～30%。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

S1所述聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇和聚环氧乙烷中的任意一种或者两种以上。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

S2所述静电纺丝技术的工艺参数为：正压7～18 kV，针头与接收板的距离为10～20cm，注射速度为1～2 mL/h，其中收集器为滚筒或笼式收集器，收集器的转速为1000～2000r/min，直径为 10～15 cm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

S3所述退火的溶剂氛围为EtOH、DMAc、DMF、EA、水中的任意一种，所述退火的温度为15～40 ℃，退火时间为40～240 min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1所述的AgNWs的直径为10～80 nm，长度为10～100 μm ；S1所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、三氯甲烷、水、无水乙醇中的任意一种或两种以上。

6.一种纳米银线基偏光膜，通过权利要求1～5任一项所述方法制备。

7.根据权利要求6所述的纳米银线基偏光膜在液晶、OLED显示或成像电子信息领域的应用。