CN115975486B - 一种用于tac膜的聚氨酯复合涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层及其制备方法，涉及偏光片技术领域。所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层包括聚氨酯和还原氧化石墨烯；所述还原氧化石墨烯占所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层质量的0.05‑1wt‰。本发明制备工艺简单，只需简单的物理混合使氧化石墨烯分散于聚氨酯中，通过紫外照射还原即得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层。本发明使用聚氨酯作为涂覆于TAC膜的保护涂层，降低了工艺成本。本发明制得的用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，结合了石墨烯和聚氨酯的性能优点，提高了TAC膜的阻隔性能。

Description

一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及偏光片技术领域，特别是涉及一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层及其制备方法。

背景技术

平板显示器(LCD)的应用越来越广泛，中小尺寸显示器面板出货量近年来增长率为8％，同时这也对平板显示材料对应用环境的适用性提出了更高的要求，以满足更广泛的市场需求。碘系偏光片因其具有高的透光率与偏振度而广泛应用于液晶显示器中，而由PVA膜制成的偏光层易吸水、褪色而丧失偏光性能，因此需要在其两边用一层光学均匀性和透明性良好的TAC膜(三醋酸纤维薄膜)来隔绝水分和空气，保护偏光层，但是TAC膜在高湿高温下放置时，尺寸大小容易发生变化，力学性能变坏而影响其保护性能。因此，如何提高TAC膜的高湿高温稳定性是偏光片技术领域亟需解决的一个重要问题。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层及其制备方法，以解决现有TAC膜存在的阻隔性能差、耐湿热性差的问题，提高TAC膜的高湿高温稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层包括聚氨酯和还原氧化石墨烯；所述还原氧化石墨烯占所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层质量的0.05-1wt‰。

当氧化石墨烯含量超过1wt‰时，经紫外还原后所得还原氧化石墨烯会发生团聚影响涂层的透光性，而含量低于0.05wt‰时添加还原氧化石墨烯的涂层虽其透光性不受影响，但涂层的水蒸气透过率未得到明显提升。

所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的厚度为10-50μm。

本发明技术方案之二，一种上述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯水溶液与聚氨酯混合均匀后涂覆于TAC膜表面，干燥后进行紫外照射，得到所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层。

紫外照射的主要目的为通过紫外线激发产生水合电子使其充当还原剂对氧化石墨烯进行还原，其次，紫外照射在一定程度上可以促进聚氨酯的交联固化过程。

进一步地，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1-1wt％。

进一步地，所述聚氨酯为水性聚氨酯。

进一步地，所述氧化石墨烯水溶液与聚氨酯的质量比为5-15：85-95。

进一步地，所述干燥具体为室温自然干燥。

进一步地，所述紫外照射的时间为5-30min。

本发明所使用紫外照射时间则是根据复合涂层中GO的添加量、涂层经紫外照射后透光性所决定，而当紫外照射时间大于30min后，聚氨酯易发生老化，从而影响涂层的水汽阻隔性。

进一步地，所述紫外照射的照射功率为400W。

当紫外功率低于400W时，需较长时间的紫外照射，才会有足够的能量激发出水合电子去还原涂层中的GO，而当紫外照射功率高于400W后，聚氨酯基体易发生老化，破坏其结构进而影响其水汽阻隔性能。

本发明技术构思：

石墨烯作为一种新兴的蜂窝状二维碳材料，具有几十微米的原子厚度和二维尺寸，其碳环的高长径比和高电子云密度使其能够阻碍原子和分子的渗透，碳环的几何孔径为0.064nm，小于各种气体的动力学直径，可以阻碍He、H₂、O₂等小分子气体的透过，是一种很有前途的纳米阻隔材料。氧化石墨烯作为石墨烯衍生物中最为重要的一种，可由石墨烯经强氧化得到，氧化石墨烯既保留了石墨烯原有性质，同时还附带了含氧官能团，因此通过氧化石墨烯对材料进行改性可通过氧化石墨烯表面的含氧官能团使其更好的分散于聚氨酯中，且在涂层固化过程中氧化石墨烯中的部分含氧官能团与聚氨酯中的异氰酸根发生交联反应穿插于其中。而经紫外还原后得到的还原氧化石墨烯的水蒸气透过性更优于氧化石墨烯。

本发明公开了以下技术效果：

本发明制备工艺简单，只需简单的物理混合使氧化石墨烯分散于聚氨酯中，通过紫外照射还原即得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层。本发明使用聚氨酯作为涂覆于TAC膜的保护涂层，降低了工艺成本。同时本发明所采用的紫外照射还原相较于传统工艺中使用水合肼等高还原性药品对氧化石墨烯进行还原，具有绿色环保、简单易操作、节能、低成本等特点，适用于工业化大规模生产和应用。

本发明制得的用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，结合了石墨烯和聚氨酯的性能优点，在制备过程中使用紫外照射还原，不需额外使用其他还原剂，操作简单，绿色环保；且所用聚氨酯为水性聚氨酯，GO水溶液可以更好地分散于其中，利用还原氧化石墨烯优异的阻隔性能提高TAC膜的阻隔性能，且涂层厚度可根据使用需求进行调整，易于大批量生产应用。

本发明在对涂层进行紫外照射时，涂层中的水经紫外辐射后激发产生氢原子、水合电子等，水合电子作为还原剂将已经均匀分散在聚氨酯基体中氧化石墨烯还原为了还原氧化石墨烯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制备用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的工艺流程图。

图2为本发明实施例1-4制备的用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的透光性宏观对比图。

图3为本发明使用紫外照射还原氧化石墨烯的机理图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明实施例所用原材料如无特殊说明，均可自购买途径获得。

本发明中所述的“室温”如无特殊说明，均表示20-30℃。

本发明实施例中所用水性聚氨酯具体为单组份水性聚氨酯，该单组份水性聚氨酯包含甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、消泡剂、催化剂等组分。

本发明制备用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的工艺流程图如图1所示。

本发明使用紫外照射还原氧化石墨烯的机理图如图3所示。

实施例1

(1)将氧化石墨烯和去离子水超声制备得到质量分数为0.1wt％的氧化石墨烯水溶液；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液与水性聚氨酯按质量比5:95混合均匀，获得浓度为0.05wt‰的GO/聚氨酯复合溶液；

(3)将6g步骤(2)制备的GO/聚氨酯复合溶液涂覆于TAC膜的一侧并在室温环境中干燥，得到涂覆于TAC膜上的GO/聚氨酯涂层，厚度为20±2μm。

(4)将步骤(3)制备的涂覆有GO/聚氨酯涂层的TAC膜放入UV烤箱中紫外(紫外照射强度为400W)照射5min得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，厚度为20±2μm。

实施例2

(1)将氧化石墨烯和去离子水超声制备得到质量分数为1wt％的氧化石墨烯水溶液；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液与水性聚氨酯按质量比10:90混合均匀，获得浓度为1wt‰的GO/聚氨酯复合溶液；

(3)将6g步骤(2)制备的GO/聚氨酯复合溶液涂覆于TAC膜的一侧并在室温环境中干燥，得到涂覆于TAC膜上的GO/聚氨酯涂层，厚度为20±2μm。

(4)将步骤(3)制备的涂覆有GO/聚氨酯涂层的TAC膜放入UV烤箱中紫外(紫外照射强度为400W)照射15min得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，厚度为20±2μm。

实施例3

(1)将氧化石墨烯和去离子水超声制备得到质量分数为0.1wt％的氧化石墨烯水溶液；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液与水性聚氨酯按质量比10:90混合均匀，获得浓度为0.1wt‰的GO/聚氨酯复合溶液；

(3)将6g步骤(2)制备的GO/聚氨酯复合溶液涂覆于TAC膜的一侧并在室温环境中干燥，得到涂覆于TAC膜上的GO/聚氨酯涂层，厚度为20±2μm。

(4)将步骤(3)制备的涂覆有GO/聚氨酯涂层的TAC膜放入UV烤箱中紫外(紫外照射强度为400W)照射7min得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，厚度为20±2μm。

实施例4

(1)将氧化石墨烯和去离子水超声制备得到质量分数为1wt％的氧化石墨烯水溶液；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液与水性聚氨酯按质量比5:95混合均匀，获得浓度为0.5wt‰的GO/聚氨酯复合溶液；

(3)将6g步骤(2)制备的GO/聚氨酯复合溶液涂覆于TAC膜的一侧并在室温环境中干燥，得到涂覆于TAC膜上的GO/聚氨酯涂层，厚度为20±2μm。

(4)将步骤(3)制备的涂覆有GO/聚氨酯涂层的TAC膜放入UV烤箱中紫外(紫外照射强度为400W)照射10min得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，厚度为20±2μm。

对比例1

与实施例1不同之处仅在于，将氧化石墨烯水溶液替换为等量的超纯水。

对比例2

与实施例1不同之处仅在于，省略步骤(4)。

对比例3

与实施例1不同之处仅在于，将步骤(4)中的放入UV烤箱中紫外(紫外照射强度400W)照射5min替换为用高压汞灯将上述涂层固化5min。

对实施例1-4以及对比例1-3制备的涂覆有聚氨酯复合涂层的TAC膜进行相关性能测试，其中，透光率依照偏光膜光学性能测试标准对涂层在400-700nm区间进行测试；水蒸气透过率依照国家标准GB/T 1037-2021《塑料薄膜与薄片水蒸气透光性能测定杯式增重与减重法》进行测试；力学性能依据国家标准GB/T 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定铅笔硬度》进行铅笔硬度测试。结果如表1所示：

表1

由表1能够看出，不同氧化石墨烯含量的复合涂层在经过不同时间的紫外照射(照射强度400W)还原后，氧化石墨烯发生还原。本发明还验证了实施例2在不同紫外照射时间(0min、5min、15min、20min)下，所制备的复合涂层的水蒸气透过率，结果表明，随着紫外照射时间的延长，水蒸气透过率呈降低趋势，这是由于随着紫外照射时间的延长，氧化石墨烯的还原程度增加，复合涂层中亲水性的氧化石墨烯变成了疏水型的还原氧化石墨烯且还原程度逐渐增加。随着掺杂的氧化石墨烯的还原程度的提高，复合涂层的水蒸气透过率呈降低的趋势，具有更好的水汽阻隔效果。

且本发明还验证了实施例1-4及对比例1-3在高温(60℃烘箱)高湿(相对湿度70％)24h的情况下，所制备的复合涂层的力学性能，结果表明，还原氧化石墨烯的加入对涂层的力学性能有明显的改善，同时对于对比例3与实施例1来说，实施例1涂层的力学性能优于对比例3。

本发明实施例1-4及对比例1制备的0.3±0.05mm厚的用于TAC膜的聚氨酯复合涂层透光性宏观对比图如图2所示；图中PURE表示为涂覆的纯聚氨酯涂层，0.05wt‰表示还原氧化石墨烯含量为0.05wt‰的聚氨酯复合涂层，0.1wt‰表示还原氧化石墨烯含量为0.1wt‰的聚氨酯复合涂层，0.5wt‰表示还原氧化石墨烯含量为0.5wt‰的聚氨酯复合涂层，1wt‰表示还原氧化石墨烯含量为1wt‰的聚氨酯复合涂层。由图2能够看出，随着掺杂的还原氧化石墨烯的增加，聚氨酯复合涂层的透光性逐渐降低。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于TAC膜的聚氨酯复合涂层在偏光片保护层TAC膜中的应用，其特征在于，所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层由聚氨酯和还原氧化石墨烯组成；所述用于TAC膜的聚氨酯复合涂层的制备方法，为以下步骤：

(1)将氧化石墨烯和去离子水超声制备得到质量分数为0.1wt％的氧化石墨烯水溶液；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液与水性聚氨酯按质量比10:90混合均匀，获得浓度为0.1wt‰的GO/聚氨酯复合溶液；

(3)将6g步骤(2)制备的GO/聚氨酯复合溶液涂覆于TAC膜的一侧并在室温环境中干燥，得到涂覆于TAC膜上的GO/聚氨酯涂层，厚度为20±2μm；

(4)将步骤(3)制备的涂覆有GO/聚氨酯涂层的TAC膜放入UV烤箱中紫外照射7min得到用于TAC膜的聚氨酯复合涂层，厚度为20±2μm；紫外照射强度为400W。