CN114690292B - 一种防蓝光光学薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学工程技术领域，特别涉及一种防蓝光光学薄膜及其制备方法。为了解决现有有机防蓝光层中的金属络合物存在生产安全隐患和污染环境的问题，本发明提供一种防蓝光光学薄膜及其制备方法。所述的防蓝光光学薄膜依次包括功能层、基材层、和防蓝光底涂层，所述的防蓝光底涂层的组分包括胶粘剂树脂、底涂粒子和氨基化硅溶胶。该防蓝光光学薄膜采用底涂层中的二氧化硅粒子反射吸收蓝光，以达到防蓝光的效果，且在不影响传统光学膜的光学性能要求下，具有优异的防蓝光性能，同时不含金属络合物、环保无污染，具有工业化生产的价值。

Description

一种防蓝光光学薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学工程技术领域，特别涉及以及用于显示器、LED屏或照明领域的一种基于氨基化硅溶胶的新型防蓝光光学薄膜及其制备方法。
背景技术
据眼科CSV理论，蓝光的波长为380-500nm范围的短波光，其部分有害蓝光具有极高的能量，能够穿透晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡。严重地，蓝光还会导致黄斑病变，人眼中的晶状体会吸收部分蓝光渐渐混浊形成白内障，而大部份的蓝光会穿透晶状体，尤其是儿童晶状体较清澈，无法有效抵挡蓝光，从而更容易导致黄斑病变以及白内障。由于蓝光的波长短，聚焦点并不是落在视网膜中心位置，而是离视网膜更靠前一点的位置，眼球会长时间处于紧张状态，引起视疲劳，长时间的视觉疲劳，可能导致人们近视加深、出现复视、阅读时易串行、注意力无法集中等症状，影响人们的学习与工作效率。而且蓝光会抑制褪黑色素的分泌，而褪黑色素是影响睡眠的一种重要激素，目前已知的作用是促进睡眠、调节时差。这也是说明为什么在睡前玩手机或者平板电脑，会造成睡眠质量不高甚至难以入睡的原因。
国内外显示领域主要利用红绿蓝三原色激发作为背光光源，其蓝光的波长范围为420-460nm，所以开发一种新型防蓝光保护膜尤为紧急重要。
例如专利号CN 209784577 U提出防蓝光层由胆甾型液晶分子、手性剂、光引发剂和阻聚剂组成。通过控制防蓝光层中形成的胆甾型液晶的螺距可以选择性的反射420-460nm波段的蓝光，起到防蓝光效果。CN103935097A公开了一种防蓝光硬化膜，该专利采用的方法是在防蓝光层中添加0.5％-10％的金属络合染料类蓝光吸收剂来达到防蓝光的目的。然而对用于显示行业的光学膜增加一层防蓝光层，不仅增加了器件的厚度而且对于终端客户提出更高规格的技术要求；以及有机防蓝光层中增加金属络合物存在生产安全隐患和污染环境问题。
发明内容
为了解决现有有机防蓝光层中的金属络合物存在生产安全隐患和污染环境的问题，本发明提供一种防蓝光光学薄膜及其制备方法。该防蓝光光学薄膜采用底涂层中的二氧化硅粒子反射吸收蓝光，以达到防蓝光的效果，且在不影响传统光学膜的光学性能要求下，具有优异的防蓝光性能，同时不含金属络合物、环保无污染，具有工业化生产的价值。本发明提供的制备方法简单且环保无污染，具有工业化生产的价值。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明提供一种防蓝光光学薄膜，所述的防蓝光光学薄膜依次包括功能层、基材层、和防蓝光底涂层。
本发明还提供上述防蓝光光学薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含有氨基的硅烷偶联剂与正硅酸四乙酯在溶剂中进行共水解制备氨基化硅溶胶，水解过程中需要加入去离子水；
(2)然后将步骤(1)所述的氨基化硅溶胶与胶粘剂树脂和底涂粒子加入溶剂预先搅拌混合，称之为底涂液，其中氨基化硅溶胶是以化学键的方式与胶粘剂树脂结合；
(3)在基材层的一面涂布底涂液，经过固化后，制备防蓝光底涂层；
(4)在基材层的另一面涂布功能层涂布液，经固化后得到功能层。
本申请的创新点在于把带氨基的硅溶胶(即氨基化硅溶胶)引入底涂层，二氧化硅粒子对蓝光主要起反射作用，也有部分吸收作用。氨基化硅溶胶中的氨基与底涂层的胶黏剂反应，提高了二氧化硅粒子在胶层中的稳定性。
所述防蓝光光学薄膜也称为新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜。所述基材层的一面设置防蓝光底涂层，所述基材层的另一面设置功能层。
进一步的，所述的防蓝光底涂层为有机无机杂化涂层，设置在基材层的一面。
进一步的，所述的防蓝光底涂层的厚度为3-30μm。
进一步的，所述的防蓝光底涂层的组分包括胶粘剂树脂、底涂粒子和氨基化硅溶胶。
进一步的，所述的防蓝光底涂层中胶粘剂树脂选自聚酰亚胺，聚酰胺，聚硅氧烷，聚氨酯，聚丙烯酸酯，环氧树脂中的一种或至少两种的组合。
进一步的，所述的防蓝光底涂层中底涂粒子选自聚甲基丙烯酸甲酯粒子(PMMA)、聚甲基丙烯酸丁酯粒子(PBMA)、聚苯乙烯粒子(PS)、二氧化硅粒子(SiO2)、二氧化钛粒子(TiO2)、硫酸钡粒子(BaSO4)等中的一种或至少两种的组合。所述底涂粒子的粒径范围为1-30μm。
进一步的，所述的防蓝光底涂层中氨基化硅溶胶为含有氨基的硅烷偶联剂与正硅酸四乙酯在溶剂中进行共水解制备得到的氨基化硅溶胶，水解过程中需要加入去离子水。
进一步的，所述的硅烷偶联剂的化学通式为R1-Si(OR)3，其中OR为可水解的烷氧基，R1为氨基。本发明所选为硅烷偶联剂KH550，结构式：NH2CH2CH2CH2-Si(OC2H5)3。
正硅酸四乙酯水解为硅溶胶的化学反应式如下：
硅溶胶氨基化以及氨基化硅溶胶与胶粘剂环氧树脂反应式如下：
进一步的，所述的氨基化硅溶胶制备过程中加入了酸性催化剂醋酸，醋酸的用量与正硅酸四乙酯的摩尔比为0.07：1。
进一步的，所述的氨基化硅溶胶制备过程中所用的溶剂的用量与正硅酸四乙酯的摩尔比为25：1。
进一步的，所述的氨基化硅溶胶制备过程中所用去离子水的用量与正硅酸四乙酯的摩尔比为3.5：1。
在氨基化硅溶胶制备过程中，正硅酸四乙酯：去离子水：溶剂：醋酸的摩尔比为1：2-6：20-40：0.02-0.1，例如为1：3.5：25：0.07。
所述溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮中的一种或者至少两种的混合。
进一步的，所述的氨基化硅溶胶是由硅烷偶联剂、正硅酸四乙酯共水解形成，氨基化硅溶胶的粒径在1-100nm之间。硅烷偶联剂用量为正硅酸四乙酯中硅的10wt％。
在防蓝光底涂层中，所述氨基化硅溶胶固体质量占胶粘剂树脂的1％-6％。
在防蓝光底涂层中，所述底涂粒子质量占胶粘剂树脂的0.5-10％，本发明实施例中使用底涂粒子质量占胶粘剂树脂6.6％作为说明。
进一步的，所述防蓝光底涂层的原料包括环氧树脂，氨基化硅溶胶，溶剂，PS粒子(粒径1-10μm)，和异氰酸酯。
进一步的，所述防蓝光底涂层的原料包括环氧树脂15g，氨基化硅溶胶15g，溶剂(乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮中的一种或者几种的混合)12g，PS粒子(粒径1-10μm)1.0g，异氰酸酯1.7g。
在底涂层涂布液中，氨基化硅溶胶的固体质量占胶粘剂树脂1％-6％。氨基化硅溶胶的固体质量由氨基化硅溶胶的质量乘以氨基化硅溶胶的固含量计算得出。
进一步的，所述的基材层材料选自聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺树脂(PA)、聚乙烯(PE)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或至少两种的组合。
进一步的，所述的基材层的厚度为20-200μm。
进一步的，所述基材层的一面设置功能层。
进一步的，所述功能层的作用是提供新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜在使用过程中对光线的增亮效果。
进一步的，所述的新型氨基化硅溶胶防蓝光的光学薄膜中的功能层是刻有微结构的UV固化涂层。
进一步的，所述的刻有微结构的UV固化涂层中的涂层材质选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂中的一种或至少两种的混合物。
进一步的，所述的微结构可以为微棱镜结构或者微透镜结构。
进一步的，所述微棱镜结构的棱镜高度为5-70μm，棱角为80-120°，棱镜条可以是规则的直线型或者抖动结构；所述微透镜结构为半球形或类半球形结构，所述半球形或类半球形结构直径5-100μm，高度为直径的1/6-3/4。
进一步的，所述的微棱镜结构的棱镜高度为55μm，棱角为90°。
进一步的，所述的半球形或类半球形结构直径为30μm，高度为直径的1/2。
进一步的，所述防蓝光光学薄膜中的底涂层的厚度为5-6μm，基材层的厚度为100μm，功能层为微棱镜结构，微棱镜的高度为55μm，棱角为90°。
本发明通过功能化硅溶胶对胶粘剂树脂以化学键的方式进行改性，制得改性有机无机杂化底涂液，同时具备有机树脂和无机物的优良特性，而且使得底涂层的耐磨与耐刮性能得到一定的提升，以及对基材的附着力得到了有效的改善。由于纳米粒子对中长波紫外线和短波蓝光均有屏蔽作用，二氧化硅纳米粒子的小尺寸效应，使底涂层对紫外光与短波蓝光的吸收能力相对显著提高。因此，树脂-硅有机无机杂化材料的研究对提高树脂的应用性能，制备新型工业材料具有重要的指导意义。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明由于硅溶胶中含有氨基，与胶粘剂树脂之间二者以化学键的形式结合，得到性能优异的改性胶粘剂树脂-硅有机无机杂化材料。改性胶粘剂树脂-硅有机无机杂化材料是一种同时具备有机聚合物和无机材料优良特性的新型树脂材料，实现有机高分子与无机相在纳米尺度的结合，使得两者之间存在着较强的界面相互作用。本发明所制备的改性胶粘剂树脂-硅有机无机杂化材料同时具备有机和无机的优良性能，具有良好的强度、高韧性、附着力好、耐候性好，对紫外光短波蓝光的吸收能力高；用作涂料具有耐腐蚀性和耐候性等特性，克服了传统树脂性能的缺陷。
附图说明
图1为本发明提供的防蓝光光学薄膜的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种防蓝光光学薄膜，所述的防蓝光光学薄膜依次包括功能层1、基材层2、和防蓝光底涂层3。
实施例1
所述的新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜依次由功能层、基层材、和防蓝光底涂层构成；所述基材层的一面设置防蓝光底涂层，所述基材层的另一面设置功能层。所述的新型防蓝光光学薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸四乙酯：去离子水：乙酸乙酯：醋酸的摩尔比为1：3.5：25：0.07的比例混合后在常温下搅拌30min，然后缓慢滴加硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂用量为正硅酸四乙酯中硅的10wt％，持续搅拌3h，即得到氨基化硅溶胶；
(2)称取环氧树脂15g，氨基化硅溶胶5g，乙酸乙酯20g，PS粒子(粒径1-10μm)1.0g，异氰酸酯1.7g，混合搅拌至环氧树脂完全溶解(本实验氨基化硅溶胶的固体质量占环氧树脂的1％)，称之为底涂层涂布液(简称底涂液)。最后在基材层的一面涂布底涂层涂布液，经过加热固化后，制得底涂层，涂层厚度为5μm。
(3)功能层为微棱镜结构的UV功能层，微棱镜结构选取为丙烯酸树脂材质，微棱镜结构的棱镜高度为55μm，棱角为90°，棱镜是等高直线型。在基材层的另一面涂布功能层涂布液，经固化后得到功能层；
所述的基材层为PET材质，厚度为100μm。
实施例2
如实施例1中所述的新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜，所述步骤(1)(2)相同，所述步骤(3)功能层改为微透镜结构的UV功能层，微透镜结构选取为聚氨酯树脂材质，微透镜结构为直径为28μm的半球形凸起，凸起曲率为13μm，凸起高度为13μm。
实施例3
(1)以正硅酸四乙酯：去离子水：乙酸乙酯：醋酸＝1：3.5：25：0.07的摩尔比例混合后在常温下搅拌30min，然后缓慢滴加硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂用量为正硅酸四乙酯中硅的10wt％，持续搅拌3h，即得到氨基化硅溶胶；
(2)称取环氧树脂15g，氨基化硅溶胶25g，乙酸乙酯5g，PS粒子(粒径1-10μm)1.0g，异氰酸酯1.7g，混合搅拌至环氧树脂完全溶解(本实验氨基化硅溶胶的固体质量占环氧树树脂的6％)，称之为底涂液。最后在基材层的一面涂布底涂层涂布液，经过加热固化后，制得底涂层，涂层厚度为6μm。
(3)功能层为微棱镜结构的UV功能层，微棱镜结构选取为丙烯酸树脂材质，微棱镜结构的棱镜高度为55μm，棱角为90°，棱镜是等高直线型。在基材层的另一面涂布功能层涂布液，经固化后得到功能层；
所述的基材层为PET材质，厚度为100μm。
实施例4
(1)以正硅酸四乙酯：去离子水：溶剂乙酸乙酯：醋酸＝1：3.5：25：0.07的摩尔比例混合后在常温下搅拌30min，然后缓慢滴加硅烷偶联剂KH-550，偶联剂重量为正硅酸四乙酯中硅的10wt％，持续搅拌3h，即得到氨基化硅溶胶；
(2)称取环氧树脂15g，氨基化硅溶胶15g，溶剂(乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮)其中一种或者几种混合12g，PS粒子(粒径1-10μm)1.0g，异氰酸酯1.7g，混合搅拌至环氧树脂完全溶解(本实验改性硅溶胶的固体质量占环氧树脂脂的3％)，称之为底涂液。最后在基材层的一面涂布底涂层涂布液，经过加热固化后，制得底涂层，涂层厚度为6μm。
(3)功能层为微棱镜结构的UV功能层，微棱镜结构选取为丙烯酸树脂材质，微棱镜结构的棱镜高度为55μm，棱角为90°，棱镜是等高直线型。在基材层的一面涂布功能层涂布液，经固化后得到功能层；
所述的基材层为PET材质，厚度为100μm。
对比例1
如实施例1所述的新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜，所述的基材层为PET材质，厚度为100μm；功能层为微棱镜结构的UV功能层，微棱镜结构选取为丙烯酸树脂材质，微棱镜结构的棱镜高度为55μm，棱角为90°，棱镜是等高直线型，底涂层选择实施示例4中去除硅溶胶底涂液，其他条件相同，制备传统光学薄膜。
与本申请提供的技术方案相比，对比例1提供的防蓝光光学薄膜的区别是底涂涂中不含有氨基化硅溶胶，其他条件和比例不变。
表1显示了新型防蓝光光学薄膜与传统光学薄膜在附着力、硬度、辉度和蓝光透过率等性能方面的对比，显示了本发明提供的新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜的优越性。
表1新型氨基化硅溶胶防蓝光光学薄膜与传统光学薄膜测试结果对比
本发明提供的防蓝光光学薄膜具有好的防蓝光性能，特别的，实施例4提供的防蓝光光学薄膜具有更好的防蓝光性能：紫外-蓝光透过率(波长300nm-460nm)小于等于0.15％。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种防蓝光光学薄膜，其特征在于，所述的防蓝光光学薄膜依次包括功能层、基材层、和防蓝光底涂层；所述的防蓝光底涂层的组分包括胶粘剂树脂、底涂粒子和氨基化硅溶胶；所述氨基化硅溶胶固体质量占胶粘剂树脂的1％-6％；所述底涂粒子质量占胶粘剂树脂的0.5-10％；所述的氨基化硅溶胶是由硅烷偶联剂、正硅酸四乙酯共水解形成，氨基化硅溶胶的粒径在1-100nm之间；所述的硅烷偶联剂的化学通式为R1-Si(OR)3，其中OR为可水解的烷氧基，R1为氨基；硅烷偶联剂用量为正硅酸四乙酯中硅的10％。
2.根据权利要求1所述防蓝光光学薄膜，其特征在于，所述的防蓝光底涂层中胶粘剂树脂选自聚酰亚胺，聚酰胺，聚硅氧烷，聚氨酯，聚丙烯酸酯，环氧树脂中的一种或至少两种的组合；所述的防蓝光底涂层中底涂粒子选自聚甲基丙烯酸甲酯粒子(PMMA)、聚甲基丙烯酸丁酯粒子(PBMA)、聚苯乙烯粒子(PS)、二氧化硅粒子(SiO2)、二氧化钛粒子(TiO2)、硫酸钡粒子(BaSO4)等中的一种或至少两种的组合；所述底涂粒子的粒径范围为1-30μm。
3.根据权利要求1所述防蓝光光学薄膜，其特征在于，所述防蓝光底涂层的原料包括环氧树脂，氨基化硅溶胶，溶剂，PS粒子，粒子的粒径为1-10μm，和异氰酸酯。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的防蓝光光学薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将含有氨基的硅烷偶联剂与正硅酸四乙酯在溶剂中进行共水解制备氨基化硅溶胶，水解过程中需要加入去离子水；
(2)然后将步骤(1)所述的氨基化硅溶胶与胶粘剂树脂和底涂粒子加入溶剂预先搅拌混合，称之为底涂液，其中氨基化硅溶胶是以化学键的方式与胶粘剂树脂结合；
(3)在基材层的一面涂布底涂液，经过固化后，制备防蓝光底涂层；
(4)在基材层的另一面涂布功能层涂布液，经固化后得到功能层。
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