TW201718762A - 用於高溫透明導電膜應用之聚合物組合物及基板 - Google Patents
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Abstract
本發明闡述聚合物組合物,其包括基於包括對苯二甲酸(TPA)、間苯二甲酸(IPA)及1,4-環己烷二甲醇(CHDM)之單體之共聚酯聚合物之摻合物,其中該摻合物包括半結晶之第一共聚酯及非晶形之第二共聚酯;且闡述由該等聚合物組合物製得之用於透明高溫導電膜應用之膜。
Description
本發明概言之係關於用於熱穩定聚酯膜之聚合物組合物及基板,該等膜可經導電塗料塗覆以產生適用於各種電子應用之導電塗覆之基板,該等電子應用包括(但不限於)液晶顯示器、有機發光二極體、光伏打裝置、RFID標籤及電泳顯示器。更特定而言,本發明係關於自酸改質之聚(對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯) (PCTA)共聚酯產生之熱穩定聚酯膜,該等膜經雙軸定向或拉伸、熱定型且然後用於產生導電塗覆之基板。
聚(對苯二甲酸乙二酯) (PET)膜廣泛地用於各種包裹、包裝及層壓應用。在諸如撓性電子電路、觸控螢幕顯示器及撓性光伏打裝置等其他應用中,使用在升高之溫度下具有良好尺寸穩定性及抗縮性之雙軸定向且熱定型之PET膜。然而,由於雙軸定向之PET膜之低Tg
(約80℃)及相對低固有熔融溫度(Tm
) (約250℃),故認為其在超過200℃之溫度下不可用。 通常業內已知雙軸定向PET已用作氧化銦錫(ITO)塗覆之透明導電基板之基板膜。儘管對於許多應用足夠,但據信PET膜缺乏製備用於期望高透明度及高導電性之應用中(例如平板顯示器及光伏打裝置中)之導電塗覆基板通常所需之高溫沈積ITO所需之溫度尺寸穩定性。據信較高溫度為降低既定導電性之ITO塗層之厚度所需。降低厚度之塗層可在彎曲時抵抗破裂,且在許多現有及新興應用中需要在維持高透明度及足夠導電性之同時增加耐久性及可撓形狀因素。該等應用尤其包括平板顯示器、光伏打裝置及撓性顯示器。另外,已報導對於需要沈積後退火過程之高透明度/高導電性膜,相對於在低於200℃之溫度下濺鍍ITO並退火之膜,在高於200℃下進行沈積及退火之ITO塗覆之膜可產生具有優良導電性之導電基板。 雙軸定向PET亦已用作行動式裝置(例如智慧型手機及平板電腦)之ITO投射式電容(PCAP)觸控感測器之基板。具有觸控螢幕之個人電腦(PC)亦愈加流行。然而,ITO透明導電膜需要熱退火以達成可接受觸控靈敏度之足夠低薄片電阻。退火時間通常長於1小時且退火溫度低於150℃以防止PET基板變形及濺鍍ITO之導電層受損。PET之較長及較熱退火將增加低聚物遷移至膜表面且劣化透明導電膜之透光度。因此,期望具有小於PET之低聚物遷移之較高溫基板。已建議PEN作為高溫基板。然而,在膜熱定型及ITO退火過程期間低聚物遷移至膜表面亦係問題。PCT具有較高耐熱性,但在擠出時於冷鼓上結晶過快,此產生脆性膜,其呈現關於隨後縱向及橫向拉伸及/或最終使用要求之問題。 透明導電塗覆基板之期望性質包括:透明度、導電性、撓性、電荷載體密度、電荷載體移動性、拉伸及撓曲性質、水解穩定性及尺寸穩定性。據信業內已知之用於透明導電塗覆之基板中之當前材料(PET、PEN、聚醯亞胺、玻璃等…)在前文所提及之性質中之一或多者中不足。為在維持透明度、撓性及基板耐久性之同時達成優良導電性;需要溫度尺寸穩定性高於PET之材料;需要相對於玻璃厚度降低及撓性經改良之材料;且需要相對於聚醯亞胺透明度經改良之材料。 某些應用(例如透明導電塗覆之基板)將受益於或甚至要求在高於或等於150℃之溫度下熱穩定(即,具有良好尺寸穩定性)之膜。特定而言,該等膜在高於150℃之溫度下經ITO及/或其他無機氧化物塗覆時不應起泡或起皺。 優良水解穩定性係用作跨越各種應用之導電塗覆基板之膜之另一期望性質。因此,亦需要用於產生導電塗覆基板之具有優良水解穩定性之基底膜,其傾向於在高溫及高濕度條件下維持其結構完整性。
據信本發明之可熔融處理之聚合物在用於製作透明、高溫及尺寸穩定聚酯膜之技術中提供優於PCT及PCTA聚合物之製造優點,該等可熔融處理之聚合物包含基於對苯二甲酸(TPA)、間苯二甲酸(IPA)及1,4-環己烷二甲醇(CHDM)之半結晶及非晶形聚酯組份之摻合物,例如半結晶PCTA共聚酯及非晶形PCTA共聚酯之摻合物。 在一態樣中,本發明係關於包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯之摻合物之聚合物組合物,其中: 第一PCTA共聚酯包含:(a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之TPA殘基及1莫耳%至約10莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 第二PCTA共聚酯包含:(a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中第二PCTA共聚酯為非晶形;且 其中摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。 在本發明之實施例中,第一PCTA共聚酯包含包括3莫耳%至7莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第一PCTA共聚酯包含包括約5莫耳% IPA殘基之二酸殘基。 在本發明之實施例中,第一PCTA共聚酯具有約40%或更大之結晶度。在實施例中,第一PCTA共聚酯具有約40%至約50%之結晶度。 在本發明之實施例中,第二PCTA共聚酯包含包括20莫耳%至30莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第二PCTA共聚酯包含包括約25莫耳% IPA殘基之二酸殘基。 在本發明之實施例中,第二PCTA共聚酯具有約5%或更小之結晶度。在實施例中,第二PCTA共聚酯具有小於1%之結晶度。在本發明之實施例中,第二PCTA共聚酯能夠藉由加熱或拉伸而結晶。 在一實施例中,第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯包含相同二酸單體殘基,即使以不同莫耳百分比。在實施例中,第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯各自包含TPA及IPA殘基二者之二酸殘基;且各自包含包括至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中各PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。 在一實施例中,第一PCTA聚酯之100莫耳%之二酸殘基由TPA及IPA殘基組成,且第二PCTA聚酯之100莫耳%之二酸殘基由TPA及IPA殘基組成。 在一實施例中,第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯各自包含由100莫耳%之CHDM殘基組成之二醇殘基。 在一實施例中,摻合物包含包括約7淨莫耳%至約12淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。 在本發明之實施例中,摻合物基於摻合物總重量包含約70 wt%至約80 wt%之量之第一PCTA聚酯及約20 wt%至約30 wt%之量之第二PCTA聚酯。 在一實施例中,聚合物組合物包含小於2 wt%之任何其他添加劑。 在一實施例中,摻合物具有至少85℃之Tg
、至少0.80 dL/g之固有黏度(IV)及至少255℃之Tm
。在實施例中,摻合物具有至少0.80 dL/g、或至少 0.85 dL/g、或至少0.88 dL/g之固有黏度(IV)。 在一態樣中,提供擠出之聚合物摻合物,其包含以上所論述之聚合物組合物。 在另一態樣中,本發明係關於包含以上所論述聚合物組合物之物件。在一實施例中,物件係擠出之膜或射出模製之物件。在一實施例中,物件係用於電子裝置之組件。 在一態樣中,本發明係關於用於形成物件之方法,包含將上文所論述聚合物組合物整形、擠出、吹氣模製或射出模製。 在一態樣中,本發明係關於包含上文所論述聚合物組合物之膜。 在一實施例中,提供包含熔融成型之聚酯摻合物之聚酯膜,其中聚酯摻合物包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯,其中: 第一PCTA共聚酯包含: (a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之對苯二甲酸(TPA)殘基及約1莫耳%至約10莫耳%間苯二甲酸(IPA)殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳%之1,4-環己烷二甲醇(CHDM)殘基之二醇殘基,其中第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 第二PCTA共聚酯包含: (a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳%IPA殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中第二PCTA共聚酯為非晶形; 其中該摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基;且 其中膜具有約25微米至約250微米範圍內之厚度。 在一實施例中,聚酯膜具有大於0.7 dL/g之IV。在實施例中,聚酯膜經雙軸定向且具有小於1%之濁度,且能夠在150℃之溫度下退火90分鐘且維持小於1%之濁度。在一實施例中,聚酯膜進一步包括ITO塗層且具有小於約100 W/¨之薄片電阻。 在本發明之實施例中,除以上所述類型之透明無機氧化物塗層之外,非晶形矽及多晶矽可用作導電塗層用於高級型顯示器應用,包括主動矩陣TFT顯示器。在實施例中,在介於200℃與350℃之間、或介於225℃與300℃之間實施沈積之非晶形矽及多晶矽沈積製程可用於本文所述基板膜。 據信,本發明之包含聚合物組合物之膜關於以下中之至少一者優於業內包含導電塗覆基板之膜:透明度、導電性、撓性、電荷載體密度、拉伸及撓曲性質、水解穩定性、基板耐久性及尺寸穩定性。據信聚合物組合物在擠出時具有足夠低結晶速率且在拉伸及熱定型時具有足夠結晶速率,以提供具有該等經改良品質之膜。 在另一態樣中,提供製作膜之方法。該方法包含摻和第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯(如本文所述);自摻合物形成可熔融處理之聚合物組合物;熔融擠出可熔融處理之聚合物組合物以形成片材;且將片材雙軸拉伸以形成膜。 該等膜可用作其他層或塗層(例如經濺鍍金屬或金屬氧化物塗層)之基板。本發明之高溫聚酯基板容許較高退火溫度及較短退火時間,以達成ITO沈積膜之期望薄片電阻。另外,高溫基板亦容許濺鍍功率增加50%以上,此使得ITO沈積速率較大、塗覆時間較短且ITO透明導電膜(TCF)產量較高。此本發明之較高溫基板由於其獨特化學而具有顯著低於PET之低聚物遷移。處理及退火期間低聚物遷移將引起對於透明導電觸控感測器不期望之較高濁度及較低可見光透明度(VLT)。諸如Ag NW (銀奈米線)、Ag及Cu金屬絲網、導電聚合物、CNT (碳奈米管)及石墨烯等非ITO TCF亦需要高溫基板,其中可需要高溫熱固化/UV固化或光子燒結。若熱穩定之PET由於低聚物遷移至膜表面而須離線退火,則其品質將損失,此產生較高濁度及較低VLT。 在一態樣中,本發明提供可熔融處理之聚合物組合物,其中淨IPA莫耳%之量係藉由摻和兩種或更多種聚合物來調節。相較於PCT或單一組份半結晶PCTA樹脂,所得經摻和組合物將具有較高擠出半結晶期(crystallization half time),此允許其以較低線速及較厚膜順利擠出,而不會形成過多結晶度。在一實施例中,可熔融處理之聚合物組合物將具有類似於PET之結晶速率,此允許藉由使用現有PET設備來製造較厚膜。 據信本發明之膜在溫度尺寸穩定性上優於PET膜,在厚度/重量降低及撓性上優於玻璃,且在透明度上優於聚醯亞胺。 在一實施例中,本發明之膜能在高於或等於150℃之溫度下經ITO及/或至少另一種無機氧化物塗覆。在另一實施例中,本發明之膜包含在高於或等於150℃之溫度下熱穩定(即,具有良好尺寸穩定性)之透明導電塗覆之基板。在其他實施例中,本發明之包含透明導電塗覆之基板之膜在高達225℃之溫度下經ITO及/或至少另一種無機氧化物塗覆時熱穩定。在其他實施例中,在本文所述之溫度下,如本文所述之膜在用於導電塗覆之基板中時不會起泡或起皺及/或損失尺寸穩定性。 在一態樣中,本發明提供包含自熔點(Tm
)高於250℃之聚酯摻合物產生之雙軸定向聚酯膜之膜。 在另一態樣中,本發明提供透明導電塗覆之基板,其包含(a)透明導電無機氧化物塗層及(b)如本文所述之雙軸定向聚酯膜。 在另一態樣中,本發明提供導電塗覆之基板,其包含(a)非晶形矽或多晶矽導電塗層及(b)如本文所述之雙軸定向聚酯膜。 本發明之基板可用於各種應用中,包括(但不限於)液晶顯示器總成、有機發光二極體顯示器總成、光伏打裝置總成、建築窗或釉料及觸控螢幕顯示器。
參照本發明之某些實施例及工作實例之以下詳細說明可更易於理解本發明。根據本發明之目的,本發明之某些實施例闡述於[發明內容]中且進一步闡述於下文中。此外,本文闡述本發明之其他實施例。 本發明係關於以下發現:可自聚酯摻合物產生具有經改良處理及/或物理性質之雙軸定向高溫聚酯膜,該聚酯摻合物包括半結晶聚酯及非晶形聚酯,含有TPA、IPA及CHDM單體且具有85℃或更高之Tg
。 出於本申請案之目的,PCTA意指酸改質之聚(對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯),其含有包含大部分TPA殘基及較少量IPA殘基之二酸單體殘基及包含大部分CHDM殘基及(視情況)較少量其他二醇殘基之二醇殘基。 非晶形意指基本上非結晶,即具有小於約百分之十(10%)、較佳小於百分之五(5%)且最佳小於百分之一(1%)結晶含量,如藉由DSC曲線所界定,其中結晶放熱焓及熔化(熔融)吸熱焓之差係小於約2.9卡/g (10%)、較佳小於1.45卡/g (5%)、最佳小於0.29卡/g (1%)。 半結晶意指結晶含量大於約10%,如藉由DSC曲線及結晶放熱焓及熔化(熔融)吸熱焓之差所確定。 除非另外指定,否則關於個別聚酯組份(摻合物中所含有)之二酸單體莫耳%及二醇莫耳%係基於個別聚酯組份中總共200莫耳%之所有單體殘基之總共100莫耳%二酸殘基及100莫耳%二醇殘基。 術語聚酯摻合物中之單體殘基之「淨莫耳%」分別意指總摻合物中所含二酸或二醇殘基之該單體之總莫耳%。舉例而言,關於聚酯摻合物之二酸單體殘基之淨莫耳%意指摻合物中含有之(所有個別聚合物組份之)所有二酸殘基之二酸單體總量(以莫耳%計)。因此,若基於100莫耳%聚酯A之二酸殘基,聚酯A含有95莫耳% TPA殘基及5莫耳% IPA殘基;基於100莫耳%聚酯B之二酸殘基,聚酯B含有75莫耳% TPA殘基及25莫耳% IPA殘基;且摻合物含有75 wt%聚酯A及25 wt%聚酯B;則基於摻合物之總二酸殘基,摻合物具有約10 %之IPA殘基之淨莫耳%。 術語「熔融成型之聚酯摻合物」意指由兩種或更多種機械或物理混合之(例如摻和之)聚酯聚合物製得之熔融之(例如擠出之)聚合物。舉例而言,可將兩種或更多種聚酯聚合物摻和,然後進給至擠出機中;或可將兩種或更多種聚酯聚合物單獨進給至擠出機中且於擠出機中摻和。在不同固體聚合物糰粒之情形中,在一實施例中,可將糰粒摻和以提供不同固體糰粒之摻合物。可將該等糰粒單獨乾燥且然後摻和、混合到一起且然後乾燥;或同時混合且乾燥,然後進給至擠出機中。 在一態樣中,本發明係關於聚合物組合物,其包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯之摻合物,其中: 第一PCTA共聚酯包含:(a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之TPA殘基及1莫耳%至約10莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 第二PCTA共聚酯包含:(a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中第二PCTA共聚酯為非晶形;且 其中該摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。 在本發明之實施例中,第一PCTA共聚酯包含包括1莫耳%至10莫耳%、或2莫耳%至9莫耳%、或3莫耳%至8莫耳%、或3莫耳%至7莫耳%、或4莫耳%至6莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第一PCTA共聚酯包含包括約3莫耳%至約7莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第一PCTA共聚酯包含包括約5莫耳% IPA殘基之二酸殘基。 在本發明之實施例中,第一PCTA共聚酯具有約30%或更大之結晶度。在一實施例中,第一PCTA共聚酯具有約40%或更大之結晶度。在實施例中,第一PCTA共聚酯具有約30%至約50%之結晶度。在一實施例中,第一PCTA共聚酯具有約30%至約40%之結晶度。在一實施例中,第一PCTA共聚酯具有約40%至約50%之結晶度。結晶度係藉由DSC曲線及結晶放熱焓及熔化(熔融)吸熱焓之差來確定。 在本發明之實施例中,第二PCTA共聚酯包含包括10莫耳%至40莫耳%、或15莫耳%至35莫耳%、或20莫耳%至30莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第二PCTA共聚酯包含包括約20莫耳%至約30莫耳% IPA殘基之二酸殘基。在一實施例中,第二PCTA共聚酯包含二酸殘基,其包含約25莫耳% IPA殘基。 在本發明之實施例中,第二PCTA共聚酯具有0%至最高5%、或最高4%、或最高3%、最高2%、最高1%、最高0.5%、最高0.2%或最高0.1%之結晶度。在實施例中,第二PCTA共聚酯具有小於1%之結晶度。在實施例中,第二PCTA共聚酯具有小於0.5%之結晶度。在一實施例中,第二PCTA共聚酯具有約0%之結晶度。 在本發明之實施例中,聚合物組合物以足以提供包含以下殘基之聚合物摻合物之量包含如本文所論述聚酯之摻合物: 含有約80淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及約5淨莫耳%至約20淨莫耳% IPA之二酸內容物;及 含有約85淨莫耳%至100淨莫耳% CHDM之二醇內容物, 且最終聚合物摻合物含有對於所有反應物總共200莫耳%之實質上等莫耳比例之酸當量(100莫耳%)及二醇當量(100莫耳%)。 在本發明之態樣中,第一PCTA共聚酯之二酸組份包括(但不限於)以下範圍中之至少一者:90莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至10莫耳% IPA;91莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至9莫耳% IPA;92莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至8莫耳% IPA;93莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至7莫耳% IPA;94莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至6莫耳% IPA;95莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至5莫耳% IPA;90莫耳%至98莫耳% TPA及2莫耳%至10莫耳% IPA;90莫耳%至97莫耳% TPA及3莫耳%至10莫耳% IPA;90莫耳%至96莫耳% TPA及4莫耳%至10莫耳% IPA;91莫耳%至98莫耳% TPA及2莫耳%至9莫耳% IPA; 92莫耳%至97莫耳% TPA及3莫耳%至8莫耳% IPA;93莫耳%至97莫耳% TPA及3莫耳%至7莫耳% IPA;其中第一PCTA共聚酯具有至少30%或至少40%之結晶度;其中第二PCTA共聚酯之二酸組份包含60莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至40莫耳% IPA;其中第二PCTA共聚酯具有小於5%或小於1%之結晶度;且其中摻合物以下列範圍中之至少一者具有二酸內容物:80淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至20淨莫耳% IPA;85淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至15淨莫耳% IPA;88淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至12淨莫耳% IPA;或90淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至10淨莫耳% IPA。 在本發明之態樣中,第二PCTA共聚酯之二酸組份包括(但不限於)以下範圍中之至少一者:60莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至40莫耳% IPA;65莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至35莫耳% IPA;70莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至30莫耳% IPA;75莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至25莫耳% IPA;80莫耳%至90莫耳% TPA及10莫耳%至20莫耳% IPA;65莫耳%至85莫耳% TPA及15莫耳%至35莫耳% IPA;70莫耳%至80莫耳% TPA及20莫耳%至30莫耳% IPA;其中第二PCTA共聚酯具有小於5%或小於1%之結晶度;其中第一PCTA共聚酯之二酸組份包含90莫耳%至99莫耳% TPA及1莫耳%至10莫耳% IPA;其中第一PCTA共聚酯具有至少30%或至少40%之結晶度;且其中摻合物以下列範圍中之至少一者具有二酸內容物:80淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至20淨莫耳% IPA;85淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至15淨莫耳% IPA;88淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至12淨莫耳% IPA;或90淨莫耳%至95淨莫耳% TPA及5淨莫耳%至10淨莫耳% IPA。 在一實施例中,提供本發明之聚合物組合物,其包含第一聚酯及第二聚酯之摻合物,其中: 第一聚酯包含:(a)包含約95莫耳%至100莫耳% TPA殘基及0莫耳%至約5莫耳% IPA 殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳% CHDM殘基之二醇殘基,其中第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 第二共聚酯包含:(a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中第一共聚酯為半結晶; 其中第二共聚酯為非晶形;且 其中該摻合物包含包括約2淨莫耳%至約15淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。 在一實施例中,第一聚酯係PCT聚酯,其具有100莫耳% TPA殘基之二酸殘基;及100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基,其中第一聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。在實施例中,此PCT聚酯具有至少30%、或至少40%、或在約40%至約50%範圍內之結晶度。 為在升高之溫度(例如高於用於PET上之金屬氧化物塗層(例如ITO濺鍍)之溫度)下塗覆聚酯膜,構成膜之聚合物摻合物應具有高於250℃、或高於260℃、或高於270℃之熔點。 滿足該等準則之本發明實施例之特定膜可自包含以下之聚酯摻合物產生: (1) 包含約85淨莫耳%至約95淨莫耳%之TPA殘基及約5淨莫耳%至約15淨莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及 (2) 包含至少85淨莫耳% CHDM殘基之二醇殘基;其中聚酯摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基,且摻合物具有260℃或更高且較佳270℃或更高之熔點。 另外,可在低於熔融溫度至多20℃之溫度下將此一膜雙軸拉伸且熱定型。若熱定型之溫度及時間不足,則其在塗覆製程(例如導電無機氧化物塗覆製程)期間之尺寸穩定性可不足。 在本發明之實施例中,將膜在大於2.0×之拉伸比下且在高於Tg
之拉伸溫度下拉伸或定向。在一實施例中,將膜以介於2.5×與3.5×之間在介於Tg
與Tg
+20℃之間之溫度下拉伸,且然後在低於Tm
(其中Tm
係聚合物摻合物之熔點)至多約20℃之真實膜溫度下熱定型1秒至120秒或1秒至60秒,同時維持經拉伸膜之尺寸。較佳雙軸定向及熱定型聚酯膜在大於150℃、或大於180℃、或大於200℃之溫度下具有尺寸穩定性,使得在使用所得導電塗覆之基板期間或在製備及/或固化導電塗層時不會發生無機氧化物塗層之分層或破裂。 可將導電塗料施加至本發明之膜或基板上。可藉由業內熟知之多種製程來施加導電塗層,尤其包括濺鍍、化學氣相沈積、電子束蒸發、脈衝鐳射沈積及電漿增強化學氣相沈積。可在多種厚度範圍內沈積導電塗層,且導電塗覆之基板可視情況經氧及/或防潮障壁層塗覆。 「導電塗層」係指透明導電無機及/或導電聚合物層。「透明導電無機氧化物層」通常為業內已知且可包括(但不限於)氧化錫、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅、銦氧化物、錫-銻複合氧化物、銦-鋅複合氧化物、鋅-鋁複合氧化物及其衍生物。 氧化銦錫(ITO)濺鍍公司面臨來自非ITO替代物、例如印刷AgNW (銀奈米線)及金屬絲網之競爭性壓力,尤其對於較大面積投射式電容觸控螢幕模式,此乃因替代物提供較低表面電阻及較大撓性。本發明之高溫基板應:(1)藉由改良製造經濟性及提供減小之薄片電阻來容許ITO濺鍍生產者保持競爭性;(2)藉由較高退火溫度持續較短時間以達成目標薄片電阻以使得能夠容許縮短退火時間;(3)藉由較高退火溫度持續相同時間以使得能夠容許降低薄片電阻且(4)使得非ITO替代物能夠相較於PET基板改良處理效率(例如,較快乾燥及固化)及薄片電阻。 目前PET由於其低成本及通常平衡之性質而用作TCF之基板。然而,PET基板具有一些缺點,包括:1)由於高低聚物遷移而需要障壁塗層,此增加生產成本;2)因在施加高功率之情形下PET變得變形,故ITO濺鍍製程相對緩慢;3)由於PET之操作溫度限制為150℃或更低,故PCAP ITO膜需要相對長後退火以達成期望導電性;及4)相對低耐溫性,使其不適於一些需要高溫乾燥或固化之非ITO應用,且不適於在極高溫下利用閃光燈光子固化以燒結銀或銅奈米粒子油墨之印刷電子裝置。本發明之高溫基板將解決該等缺點且相較於PET基板提供較寬製程窗及較少基板變形。 可藉由業內熟知之習用方法容易地製備用於製備本發明之摻合物及膜之聚酯。舉例而言,可端視期望結晶度使用熔體相聚縮合技術或熔體相及固體相聚縮合技術之組合。第一PCTA聚酯係通常藉由熔體相及固體相聚縮合之組合製備之半結晶聚合物。在一實施例中,第一PCTA聚酯具有約0.8至1.2或約0.9至1.1之固有黏度(IV)。 第二PCTA聚酯係非晶形聚合物且通常藉由熔體相聚縮合且不使用固體相聚縮合來製備。在一實施例中,第二PCTA聚酯為非晶形且具有約0.5至1.0、或約0.6至0.9、或約0.65至約0.85之固有黏度(IV)。 IV小於0.7之膜可經歷抗撕裂性降低。如本文所用,IV係指在25℃下使用0.50克聚合物/100 mL由60重量%苯酚及40重量%四氯乙烷構成之溶劑進行之黏度測定。本文中測定聚酯之IV之基本方法闡述於ASTM方法D2857-95中。 在實施例中,除CHDM之外,可以較少量包括於PCTA聚合物中之其他二醇包括乙二醇、1,3-丙二醇、1,6-己二醇、新戊二醇及2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁二醇。在一實施例中,第一PCTA聚酯及第二PCTA聚酯各自包括乙二醇殘基。在一實施例中,第一PCTA聚酯及第二PCTA聚酯各自包括100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基。 聚酯組合物中之CHDM殘基可具有順式及反式異構物比率之任何組合。較佳地,CHDM殘基具有約60%至100%範圍內之反式異構物含量。 可用於合成本發明中所利用之聚酯中之觸媒材料之實例包括鈦、錳、鋅、鈷、銻、鎵、鋰、鈣、矽及鍺。此等觸媒系統闡述於美國專利第3,907,754號、第3,962,189號、第4,010,145號、第4,356,299號、第5,017,680號、第5,668,243號及第5,681,918號中,其以引用方式全部併入本文中。較佳觸媒金屬包括鈦及錳,且最佳為鈦。所用觸媒金屬之量可在約5 ppm至100 ppm範圍內,但較佳使用約5 ppm至約35 ppm鈦之觸媒濃度以提供具有良好色彩、熱穩定性及電性質之聚酯。 可與觸媒金屬組合使用磷化合物,且可使用通常用於製作聚酯中之磷化合物中之任一者。通常,可使用至多約100 ppm磷。 儘管並非必須,但若期望,可使用通常存在於聚酯中之其他添加劑,只要其不阻礙用於製備膜之聚酯之性能即可。此等添加劑可包括(但不限於)抗氧化劑、紫外光及熱穩定劑、金屬去活化劑、著色劑、顏料、阻塞劑、抗沖改質劑、成核劑、支化劑、阻燃劑及諸如此類。 用於製作在本發明情況下形成之聚酯之支化劑可係在聚酯之酸單元部分中或在二醇單元部分中提供分支者或其可係雜合物。支化劑之一些實例係多官能酸、多官能酸酐、多官能二醇及酸/二醇雜合物。實例包括三羧酸或四羧酸及其相應酸酐,例如均苯三酸、焦蜜石酸及其低碳烷基酯及諸如此類及四醇,例如新戊四醇。此外,在本發明情況下可使用三醇,例如三羥甲基丙烷或二羥基羧酸及羥基二羧酸及衍生物,例如羥基對苯二甲酸二甲基酯及諸如此類。偏苯三酸酐為較佳支化劑。 在本發明之實施例中,包含本文所述聚酯摻合物之聚合物組合物中之添加劑總量係基於聚合物組合物總重量之小於5重量%、或小於4重量%、或小於3重量%、或小於2重量%、或小於1重量%。在實施例中,聚合物組合物可以基於聚合物組合物總重量之約0.1重量%至約2重量%、或約0.1重量%至約1重量%之量包括添加劑。在一實施例中,聚合物組合物不包括除殘留觸媒之外之添加劑。 在本發明之實施例中,PCTA聚酯摻合物為可結晶且具有大於約250℃、或大於約260℃之熔點。本文中使用差示掃描量熱法(DSC)根據ASTM D3418-15來量測熔點。 本發明之聚酯膜可自兩種或更多種PCTA樹脂之糰粒之摻合物產生,只要摻合物及最終膜組合物符合本文所述之組合物參數即可。舉例而言,摻合物可由以各種比率含有0莫耳%至50莫耳% IPA、或1莫耳%至50莫耳% IPA單體殘基之不同PCTA聚酯製得,只要最終經摻和組合物滿足本文所闡明之準則即可。在一實施例中,摻合物可由兩種或更多種不同聚酯製得,條件係摻合物包含僅TPA及IPA之二酸殘基及至少85淨莫耳% CHDM、較佳僅CHDM之二醇殘基。 在製備聚酯膜或片材材料之製程之第一步驟中,可在已知低於發生不可接受之IV降級之點之任一溫度下將本文所述聚酯摻合物之熔體擠出為非晶形或低結晶度膜,且可將聚合物摻合物在典型擠出參數下、例如通常在約270℃至310℃之溫度下擠出。未拉伸(或未定向)膜之厚度通常可在100微米至2000微米、更通常約200微米至1000微米範圍內。初始膜擠出可藉由任何常用方法實施,包括(但不限於)於單螺桿擠出機上擠出或於雙螺桿擠出機上擠出。 在第二步驟中,可將膜在2×以上之拉伸比下且在高於Tg
之拉伸溫度下拉伸或定向。較佳地,將流延膜在介於2.5×與4×之間之拉伸比下在介於Tg
與Tg
+ 20℃之間之溫度下拉伸或定向。符號「×」係指拉伸比,其為膜相對於膜之原始尺寸拉伸之程度。舉例而言,2×意指膜已拉伸至其原始尺寸2倍之尺寸。更佳地,將膜在介於Tg
與Tg
+ 20℃之間之拉伸溫度下在約2.5×至4×之比率下在縱向(MD)上且約2.5×至4×在橫向(TD)上連續或同時拉伸。超過4×之拉伸可過度拉伸且破壞膜。 在拉伸後,可將膜在自低於Tm
最高20℃之真實膜溫度下熱定型持續長於約5秒、或長於約30秒且通常介於約30秒與60秒之間之時間段,其中Tm
係如藉由差示掃描量熱法(DSC)所量測之聚合物熔點。初始膜擠出可在即將拉伸前(即,在線)或在單獨時間(即,離線)實施。在熱定型期間,藉助拉幅機或其他機械裝置防止經拉伸膜在熱定型期間過度鬆弛,可將經拉伸膜維持膜之經拉伸尺寸。在熱定型期間,膜可拉伸或鬆弛至多10%,即膜之總尺寸可增加或減小至多10%。 使用該等方法中之任一者,可能進行連續雙軸拉伸、同時雙軸拉伸、單軸拉伸或其組合。同時雙軸拉伸涉及同時拉伸膜之縱向及橫向。在同時雙軸拉伸中,橫向與縱向上之拉伸比無須相同。連續雙軸拉伸涉及首先在縱向上拉伸(例如以捲對捲拉伸),且然後隨後在橫向上(例如)使用拉幅機拉伸。在連續拉伸製程中,兩次拉伸可在一次之後立即實施另一次(即,在線)或在單獨時間(即,離線)實施。縱向係定義為膜經輥壓時之縱向。橫向係定義為膜之寬度,即垂直於縱向之方向。若實施連續雙軸拉伸,則在橫向上與在縱向上之拉伸比及拉伸溫度無須相同。 可根據已知方法將經拉伸或經定向之聚酯膜熱定型。舉例而言,熱定型可在連續製程中(例如)藉由將經拉伸膜之捲連續地穿過爐來進行,或在分批製程中(例如)藉由將膜個別地置於熱定型爐中之熱定型框中持續固定時間長度來進行。熱定型可在拉伸後即刻(即,在線)或在單獨時間(即,離線)實施。在熱定型期間膜可鬆弛或擴展至多10%。 拉伸及熱定型步驟數可變。聚酯膜可經受單一拉伸及單一熱定型道次(pass)或處理、單一拉伸及多個熱定型道次、多次拉伸及單一熱定型道次、或多次拉伸及多個熱定型道次。若實施多次拉伸及/或熱定型道次,則拉伸及熱定型道次可能可交替定時,但亦可能1個熱定型道次可在前一熱定型道次後進行,而不插入拉伸道次。每一道次之條件無須與先前道次相同。舉例而言,可藉由兩階段熱定型製程將聚酯膜熱定型,其中在高於拉伸溫度之任一真實膜溫度下實施第一熱定型。隨後,將膜在低於Tm
至多20℃之真實膜溫度下第二次熱定型,其中Tm
係藉由DSC (差示掃描量熱法)所量測之聚合物之熔點。本發明透明導電基板之聚酯膜組件可具有約12-500微米之最終(即在拉伸及熱定型後之)厚度值。 本發明之導電塗覆基板可用於各種應用中,該等應用包括液晶顯示器總成、有機發光二極體顯示器總成、光伏打裝置總成、建築窗或釉料、電子智慧窗及觸控螢幕顯示器。作為前文所提及之裝置之組件之經塗覆基板可用作顯示器或光伏打裝置之電子導電組件。舉例而言,在非晶形矽或多晶矽塗覆之基板之情形中,經塗覆基板將構成平板顯示器之TFT底板驅動器。在光伏打裝置之情形中,ITO塗覆之基板可用作導電層,負責輸送光伏打裝置之主動組件產生之電能。 在本發明之實施例中,聚酯膜可使用較具有等效厚度之PET基板所用高至少40%或至少50%之功率或更快線速經ITO或其他材料真空塗覆。 本發明之ITO真空塗覆之聚酯膜可具有400 W/¨或更低之薄片電阻。在實施例中,可將經濺鍍之膜在150℃至200℃下進一步退火30 min至90 min,其中薄片電阻降低至100 W/¨或更低或降低至50 W/¨或更低。 在一態樣中,本發明係關於包含至少一個如本文所述之雙軸定向高溫聚酯膜之投射式電容觸控感測器,其中聚酯膜經具有氧化銦錫(ITO)之折射率匹配之層濕式或乾式塗覆,以提供高VLT低濁度透明導電膜用於可攜式電子裝置或(例如)用於汽車中之其他電子裝置等。 在另一態樣中,提供包含至少一個如本文所述之雙軸定向高溫聚酯膜之窗膜,其中聚酯膜經多層介電及金屬塗料真空沈積以提供在維持至少70% VLT的同時反射IR之用於太陽能阻隔之膜。在一實施例中,膜可使用較等效厚度之PET基板所用高至少40%或至少50%之功率或更快線速經多層介電/金屬塗料真空塗覆。 在另一態樣中,提供包含至少一個如本文所述雙軸定向高溫聚酯膜之非ITO透明導電膜,其中聚酯膜經可為AgNW、Ag絲網、Cu絲網及/或導電聚合物(例如PEDOT:PSS)之導電層塗覆。在實施例中,在高於PET基板將因熱而變形之溫度之溫度下將濕式塗覆之層乾燥且固化。 在另一實施例中,提供包含至少一個如本文所述雙軸定向高溫聚酯膜之印刷電子裝置,其中在印刷後使用閃光燈將金屬油墨(例如,Ag或Cu)短暫地加熱至極高溫(光子固化或燒結)。在一實施例中,在高於PET基板將變形之溫度之溫度下發生光子固化或燒結。 在另一實施例中,提供包含至少一個如本文所述雙軸定向高溫聚酯膜之印刷電子裝置,其中在印刷後使用閃光燈將金屬油墨(例如,Ag或Cu)短暫地加熱至極高溫(光子固化或燒結)。在一實施例中,在高於PET基板將變形之溫度之溫度下發生光子固化或燒結。 在一實施例中,提供包含(1)雙軸定向共聚酯膜;及(2)導電塗層之透明導電膜,其中雙軸定向共聚酯膜包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯之熔融成型之聚酯摻合物; 第一PCTA共聚酯包含:(a)包含約90莫耳%至約99莫耳%對苯二甲酸(TPA)殘基及約1莫耳%至約10莫耳%間苯二甲酸(IPA)殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳% 1,4-環己烷二甲醇(CHDM)殘基之二醇殘基,其中第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 第二PCTA共聚酯包含:(a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及(b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中熔融成型之聚酯摻合物以約65 wt%至95 wt%之量包含第一PCTA共聚酯且以5 wt%至約35 wt%之量包含第二PCTA共聚酯, 其中第一PCTA共聚酯為半結晶,其中第二PCTA共聚酯為非晶形, 其中該熔融成型之聚酯摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中熔融成型之聚酯摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基,且 其中膜具有約25微米至約250微米範圍內之厚度。 在此實施例之一類中,熔融成型之聚酯摻合物以約70 wt%至約90 wt%之量包含第一PCTA共聚酯且以約10 wt%至約30 wt%之量包含第二PCTA共聚酯。在此實施例之一類中,熔融成型之聚酯摻合物以約75 wt%至85 wt%之量包含第一PCTA共聚酯且以15 wt%至約25 wt%之量包含第二PCTA共聚酯。在此實施例之一類中,熔融成型之聚酯摻合物以約70 wt%至約95 wt%之量包含第一PCTA且以約5 wt%至約30 wt%之量包含第二PCTA共聚酯。 在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於4%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於2%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於1%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.9%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.8%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.7%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.6%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.5%之濁度。在此實施例之一類中,透明導電膜具有小於0.4%之濁度。 在此實施例之一類中,熔融成型之聚酯摻合物包含小於2 wt%之任何其他添加劑。 在此實施例之一類中,第一PCTA共聚酯具有約0.8 dL/g至1.2 dL/g之固有黏度且第二PCTA共聚酯具有約0.5 dL/g至1.0 dL/g之固有黏度。在此類之一子類中,第二PCTA共聚酯具有約0.6 dL/g至約0.9 dL/g之固有黏度。在此類之一子類中,第二PCTA共聚酯具有約0.65 dL/g至約0.85 dL/g之固有黏度。 在此類之一子類中,第一PCTA共聚酯具有約0.9 dL/g至1.1 dL/g之固有黏度。在此子類之一子-子類中,第二PCTA共聚酯具有約0.6 dL/g至約0.9 dL/g之固有黏度。在此子類之一子-子類中,第二PCTA共聚酯具有約0.65 dL/g至約0.85 dL/g之固有黏度。 在此實施例之一類中,雙軸定向共聚酯膜具有大於0.7 dL/g之固有黏度。在此實施例之一類中,雙軸定向共聚酯膜具有大於0.75 dL/g之固有黏度。 在此實施例之一類中,在150℃下退火90 min後,透明導電膜維持小於1%之濁度。在此實施例之一類中,在150℃下退火90 min後,透明導電膜維持小於0.9%之濁度。在此實施例之一類中,在150℃下退火90 min後,透明導電膜維持小於0.8%之濁度。在此實施例之一類中,在150℃下退火90 min後,透明導電膜維持小於0.7%之濁度。在此實施例之一類中,在150℃下退火90 min後,透明導電膜維持小於0.6%之濁度。 在此實施例之一類中,導電塗料包含金屬氧化物、碳奈米管、聚(3,4-乙烯二氧噻吩(「PEDOT」)、聚(4,4-二辛基環戊基二噻吩)或銀奈米線。在此類之一子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此實施例之一類中,導電塗料包含碳奈米管。在此類之一子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此實施例之一類中,導電塗料包含PEDOT。在此類之一子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此實施例之一類中,導電塗料包含銀奈米線。在此類之一子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此實施例之一類中,導電塗料包含金屬氧化物。在此類之一子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物選自氧化銦、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、氧化鋅鎵、氧化鈦鈮及氧化鎘銦。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化銦。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化銦錫。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化銦鋅。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化鋅鋁。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化鋅鎵。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化鈦鈮。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。在此類之一子類中,金屬氧化物係氧化鎘銦。在此子類之一子-子類中,藉由濺鍍來施加導電塗料。 可藉由本發明之較佳實施例之以下實例來進一步說明本發明,但應理解,該等實例僅出於說明之目的而包括在內且並非意欲限制本發明之範圍。除非另外指示,否則所有重量百分比係基於聚合物組合物之總重量且所有分子量係重量平均分子量。此外,除非另外指示,否則所有百分比均以重量計。除非另外指示,否則份係重量份,溫度係以攝氏度計或係在室溫下,且壓力係大氣壓或接近大氣壓。實例
藉由以下實例進一步說明本發明之聚合物組合物及膜及其製備。 在以下實例中,藉由TA Instruments, Q400型熱機理分析儀(TMA)儀器,使用長度14 mm ×寬度3 mm之膜試樣來測定熱收縮(膜收縮/尺寸穩定性)。 除非另外陳述,否則使用來自TA Instruments之TA DSC 2920儀器在20℃/min之掃描速率下根據ASTM D3418-15來測定玻璃轉換溫度(Tg
)及熔融溫度(Tm
)。將各7.5 mg之試樣密封於鋁盤中且在20℃/分鐘之速率下加熱至290℃。然後將試樣在約320℃/分鐘之速率下冷卻至低於其玻璃轉換溫度以產生非晶形樣本。熔融溫度Tm
對應於在掃描期間觀察到之吸熱峰。 除非另外陳述,否則藉由在25℃之溫度下在0.5 g/dL濃度下於對稱四氯乙烷對酚之重量比為2:3之對稱四氯乙烷及酚之溶劑混合物中根據ASTM D4603量測來測定固有黏度(IV)。 藉由核磁共振(NMR)氫譜來測定組合物之二醇及二酸含量。使用氯仿-三氟乙酸(70-30體積/體積)於JEOL Eclipse Plus 600MHz核磁共振光譜儀上記錄聚合物之所有NMR譜。 使用Perkin-Elmer DSC-2型差式掃描量熱計來測定半結晶期t1/2
。將各聚合物試樣(7.5 mg)密封於鋁盤中且在約320℃/min之速率下經2分鐘加熱至325℃。然後將試樣於溫度低於室溫之冷塊上驟冷。在將DSC冷卻至低於試樣之玻璃轉換溫度30℃之溫度後,然後將經驟冷試樣放回至DSC單元中且在約320℃/分鐘之速率下在氦之存在下加熱至預定等溫結晶溫度。半結晶期係測定為自達到等溫結晶溫度至DSC曲線上之結晶峰之時間。 使用Hunterlab分光光度計根據ASTM D1003來量測濁度%。 使用7.5 mg試樣且將試樣於N2
吹掃中在20℃/min下自RT加熱至325℃,使用Perkin-Elmer DSC-2型差式掃描量熱計且繪製熱流量對溫度之曲線來測定結晶度。藉由計算高於穩態熱流量之結晶峰面積及低於穩態熱流量之熔融峰面積,計算面積差且除以基於100%結晶PCTA之理論熔化熱量之常數(29卡/g),自該曲線確定結晶度。結晶度計算之實例顯示於圖1中。圖1之考察揭示,藉由沿曲線之穩態部分繪製直線來確定點A及點B及交叉點C,量測在154℃點A與點C之間之結晶峰面積(Hc=3.326卡/g),量測在225℃點B與點C之間之熔融峰面積(Hf=6.837卡/g),且藉由以下方程來計算試樣:結晶度% = (Hf-Hc)/29 = (6.837-3.326)/29*100% = 12.1%結晶度。 除非另外規定,否則用於以下實例中之1,4環己烷二甲醇之順式/反式比率係約30/70且可在35/65至25/75範圍內。 以下縮寫適用於所有工作實例及圖中:
PCTA聚合物 PCTA聚合物係如下製備: PCTA 1:製備具有95莫耳% TPA殘基及5莫耳% IPA殘基之二酸殘基及100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基之PCTA共聚酯糰粒,其中PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。於熔體相聚縮合製程中使用100 ppm Ti觸媒(呈異丁氧鈦(titanium isobutoxide)形式)製備糰粒,且然後經受固體相聚縮合以提供45%之結晶度。 PCTA 2:製備具有74莫耳% TPA殘基及26莫耳% IPA殘基之二酸殘基及100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基之PCTA共聚酯糰粒,其中PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。於熔體相聚縮合製程中使用100 ppm Ti觸媒(呈異丁氧鈦形式)來製備該等糰粒。所得糰粒為非晶形,具有小於1%之結晶度。 PCTA 1及PCTA 2之性質列示於下表1中。 表1:PCTA 1及PCTA 2之基本性質
比較實例1 製備具有100莫耳% TPA殘基之二酸殘基及100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基之PCT均聚物糰粒,其中PCT共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。於熔體相聚縮合製程中使用100 ppm Ti觸媒(以異丁氧鈦形式)且然後經受固體相聚縮合以提供約45%之結晶度來製備該等糰粒。PCT均聚物之性質顯示於下表2中。 比較實例2及實例3-5 比較實例2係PCTA 1,其為單一組份PCTA共聚物且未經任何PCTA 2摻和。實例3-5係以足以提供如下表2中所示之淨IPA莫耳%之量之PCTA 1及PCTA 2之摻合物。比較實例2及實例3-5之性質列示於表2中。 比較實例6 比較實例6係市售2密耳PET膜(Melinex ST 579 PET,自DuPont Teijin Films購得)。PET膜具有約40%之結晶度。PET聚酯之性質顯示於下表2中。 表2:熱性質及半結晶期
表2之考察揭示PCT聚合物(比較實例1)具有較短半結晶期。極難以擠出較厚光學級PCT片材,此乃因其不可於冷軋輥上快速驟冷以最小化熱致結晶度,尤其對於如下表3中所說明之重質厚片材。對於隨後之MD及TD拉伸,具有較高結晶度之經擠出片材變得渾濁(或白色)且脆性。具有較高IPA莫耳%含量(如表2中所示)之PCTA (經IPA改質之PCT)防止快速結晶且使膜能夠以較大延伸率拉伸。 表3:PCT擠出之片材厚度及相應熱致結晶度
表2之考察亦揭示具有增加之IPA含量之PCTA具有較長半結晶期。具有5-20莫耳% IPA之PCTA具有高於比較實例6 PET均聚物之Tg
及Tm
,如表2中所示。可將具有5% IPA之PCTA擠出且雙軸定向為薄膜,例如1- 2密耳(1密耳= 25.4 µm)膜。對於較厚雙軸定向之膜,需要更多IPA改質。具有10莫耳% IPA (Ex 3)之PCTA具有類似於PET之半結晶期。可將Ex 3 (具有10莫耳% IPA)之PCTA摻合物熔融處理且產生具有與PET均聚物類似厚度範圍之膜。 如下製備比較實例2及實例3-5之PCTA聚合物之膜:首先以使用1.5'' OD螺桿之Killion擠出機將片材製成20密耳片材。然後將片材切成4''×4''試樣且使用Brueckner Karo IV膜拉伸器雙軸拉伸。拉伸比係3.3×3.2 (MD×TD)。拉伸溫度係110℃且應變率係100%。比較實例6係市售2密耳PET膜(Melinex ST 579 PET,自DuPont Teijin Films購得)。根據下表4將經拉伸試樣(比較實例2及實例3-5)與PET膜(比較實例6)一起在單獨熱空氣烘箱中在150℃下退火。 光學清晰度為透明導電觸控感測器所必需。對於ITO PCAP TCF,其須在高溫(例如150℃)下退火約1小時以達成足夠低薄片電阻,從而為智慧型手機、平板電腦及PC提供足夠觸控靈敏度以使終端使用者滿意。因此不期望在退火過程中產生過高濁度。比較實例2及6及實例3-5之膜之在150℃下隨退火時間而變之濁度%顯示於下表4及圖2中。 表4:在150℃下之退火期間由於低聚物遷移而產生之濁度.
表4及圖2之考察顯示PCTA (比較實例2)及PCTA摻合物(實例3-5)在退火期間不會產生濁度,而PET膜(比較實例6)之濁度迅速增加至不可接受之點。 比較實例7及8 藉由比較以類似於上文所論述PCTA膜之方式製備之1密耳熱穩定之PCTA(比較實例2)膜與市售1密耳PET膜(Mitsubishi 7SLK 1密耳PET,自Mitsubishi購得)來評估PCTA及PET膜之熱收縮。結果顯示於圖3中。 圖3之考察顯示,典型1密耳PET將在150℃下具有0.5%收縮,但1密耳熱穩定之PCTA不展示收縮,但因熱量而導致熱擴展。基於該等結果,據信由PCTA摻合物(實例2-5)製得之膜亦將具有小於PET膜之收縮。 比較實例9及10及實例11 於PET及PCTA膜上實施氧化銦(InOx)濺鍍。比較實例9係市售2密耳PET膜(Teijin DuPont OX50 PET,自Teijin DuPont Films購得)。比較實例10膜係由PCTA (比較實例2)製得。實例11係75 wt% PCTA 1及25 wt% PCTA 2之摻合物,且該摻合物之淨IPA殘基含量基於二酸殘基為約10.25莫耳%。使用Killion擠出機將比較實例10及實例11膜二者使用1.5'' OD螺桿製成20密耳片材。然後將片材切成4''×4''試樣且使用Brueckner Karo IV膜拉伸器雙軸拉伸。拉伸比係3.2×3.2 (MD×TD)。拉伸溫度係110℃且應變率係100%。然後將經拉伸試樣於單獨爐中於相同膜拉伸器中在260℃下退火30秒。PET膜呈捲形式且於商業連續濺鍍線之真空室中經直接塗覆。然而,將經切割PCTA試樣在前緣及後緣二者均拼接至3密耳之商業聚醯亞胺膜,且於商業連續濺鍍線之真空室中經塗覆。 濺鍍運行條件如下:InOx靶,Ar=20 sccm,O2
= 75 sccm,線速= 7 mm/秒。沈積期間之基壓= 2.0e-4托。質量流量單位sccm代表在0℃及1大氣壓下之標準立方釐米/分鐘。結果顯示於表5中。 表5 氧化銦濺鍍結果
比較實例9膜在4 kw以上開始顯示熱變形。因此,4 kw係用於2密耳PET之最大功率。在於PCTA試樣(比較實例10及實例11)上使用6 kw濺鍍功率之沈積期間不存在熱變形之跡象,此顯示在濺鍍中兩種PCTA試樣皆可經受較PET高50%以上(自4 kw至6 kw)之功率。其亦解釋為具有較高功率之PCTA基板之高50%之厚度及DDR。或者,該等結果揭示PCTA可在線速上加快50%來運行以獲得在高於PET (其需要在較低功率及較低線速下運行)之功率下之相同塗覆厚度。 實例13-16 評估於擠出機中處理PCTA及PCTA摻合物之能力。在擠出中,扭矩係施加以轉動螺桿之力。其與電動機負載(或安培)直接相關,該電動機負載進而與桶中聚合物之熔體黏度相關。具有1.5'' OD與L/D = 24螺桿之Killion擠出機用於不同摻合物在分別580℉ (304℃)、560℉ (293℃)及540℉(282℃)之3個擠出溫度下在73 rpm之固定螺桿速度下之擠出比較。若擠出溫度下降低於540℉,則擠出之片材中之未熔融物(未熔融之聚合物材料)變成問題。藉由使用/摻和不同比例之PCTA 1及PCTA 2來製備比較實例13及實例14-16。各摻合物之摻和比率及淨IPA莫耳%係如表6中所示。 表6:各摻合物之摻和比率及淨IPA莫耳%.
為維持擠出之聚合膜之良好機械性質,擠出溫度較佳儘可能低,只要擠出之膜中無未熔融物即可。然而,低擠出溫度通常導致高熔體黏度(電動機負載),此可損壞通常用於擠出光學膜之過濾組件。各實例之隨溫度而變之電動機負載顯示於圖4中。 圖4之考察顯示比較實例13在580℉ (304℃)下擠出,且電動機負載為10安培。在擠出溫度降低至560℉時,電動機負載增加至12安培,此被認為對於光學膜擠出過高。<此外,在擠出溫度降低至540℉時,電動機負載甚至進一步增加至13安培。 與此相比,將實例14-16在580℉ (304℃)、560℉ (293℃)且甚至540℉ (282℃)下擠出以產生具有良好膜品質且低於10安培之電動機負載之膜。意外的,摻合物之電動機負載較低,其解釋為在較低熔融處理溫度下熔融黏度降低。由於IV降級隨擠出機中之溫度及留置時間而變,故在相同螺桿速度或留置時間下,較低擠出溫度及熔融黏度解釋為較高膜IV。由於膜之較高IV等效於高分子量,故能夠在較低擠出機溫度下操作將產生擠出之聚合膜之較佳機械性質。 聚酯之固有黏度(IV)降級隨擠出機中之熔融溫度及滯留時間而變。已根據下式(I)使用經驗數據對PCT聚酯之降級建模:其中IV係擠出後之PCT聚合物之固有黏度,IV0
係擠出前之PCT聚合物之初始固有黏度,t係擠出機中之滯留時間(分鐘),k
係藉由下式(II)所測定之常數,其中T係擠出溫度(°K) (DR Gregory、MT Watson, Pol Eng Sci.,第12卷,第6期,第454-458頁,1972)。 在擠出機中光學膜擠出之滯留時間通常係10分鐘以上。圖5顯示對於比較實例13擠出溫度為580℉ (304℃)且對於實例15擠出溫度分別為540℉ (282℃)及560℉ (293℃)之IV降級隨滯留時間而變之模型預測(基於以上PCT聚酯之經驗式)。如上文所論述,比較實例13因高擠出機電動機負載而不能在較低溫度下運行。為維持擠出之膜之良好機械性質,膜IV需要為至少0.7或更高。若膜具有低於0.7之IV,則其通常變得過脆。基於圖5,在580℉ (304℃)熔融溫度下滯留時間長於10 min之情形下,具有較高初始樹脂IV之比較實例13將難以達成0.7膜IV。與此相比,即使實例15具有較低初始樹脂IV,但在560℉ (293℃)熔融溫度下對於至多約15分鐘之滯留時間應可達成0.7之膜IV。此外,在540℉ (282℃)下對於長於20分鐘之滯留時間,實例15之膜IV顯示為0.7以上。本發明之摻合物提供在較低熔融溫度下降低電動機負載之意外的益處且基於經驗式(對於PCT),據信對於較長滯留時間摻合物將能夠維持可接受膜IV (例如,0.7以上)。 比較實例17 使用市售2密耳PET膜產生ITO PCAP膜。使用表7中所示之條件使用ITO塗覆PET膜以形成PCAP膜。質量流量單位sccm代表在0℃及1大氣壓下之標準立方釐米/分鐘。 表7:PCAP ITO濺鍍條件
將經塗覆PCAP ITO膜在不同溫度及時間下退火且量測薄片電阻。結果顯示於下表8中。 表8:退火後之比較實例17 PCAP ITO PET膜之薄片電阻
在150℃下退火達60 min之前如此經塗覆之ITO PCAP膜不具有足夠低薄片電阻。圖3之考察揭示PET膜可在150℃下收縮且在ITO膜退火期間可產生捲曲。表8顯示,為達成低薄片電阻,期望較高退火溫度,條件係不發生捲曲或ITO破裂。PCTA具有較佳耐熱性及尺寸穩定性,性能應優於PET,如圖3中所指示。據信本發明之PCTA摻合物將提供如藉由表8所說明之在較高退火溫度下之較短退火或甚至較低膜電阻而無捲曲或ITO破裂之益處。另外,圖2顯示在本發明PCTA膜退火期間無顯著濁度產生。 已特別參考本發明之較佳選實施例來詳細闡述本發明,但應理解,可在本發明之精神及範圍內實現變化形式及修改形式。
圖1係用於計算聚合物結晶度之PCTA聚合物之熔體流量隨溫度而變之圖。 圖2係顯示聚酯膜之退火時間對濁度之效應之圖。 圖3係顯示PCTA及PET膜之溫度對收縮%之效應之圖。 圖4係顯示不同PCTA聚合物/摻合物之擠出溫度對電動機負載之效應之圖。 圖5係顯示不同PCTA聚合物/摻合物之溫度及擠出機滯留時間對IV降級之效應之預測性模型之圖。
Claims (20)
- 一種聚合物組合物,其包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯之摻合物, 該第一PCTA共聚酯包含: (a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之對苯二甲酸(TPA)殘基及約1莫耳%至約10莫耳%間苯二甲酸(IPA)殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳%之1,4-環己烷二甲醇(CHDM)殘基之二醇殘基,其中該第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 該第二PCTA共聚酯包含: (a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中該第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中該第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中該第二PCTA共聚酯為非晶形;且 其中該摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中該摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該第一PCTA共聚酯包含包括3莫耳%至7莫耳% IPA殘基之二酸殘基。
- 如請求項2之聚合物組合物,其中該第二PCTA共聚酯包含包括20莫耳%至30莫耳% IPA殘基之二酸殘基。
- 如請求項3之聚合物組合物,其中該第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯各自包含包括100莫耳% CHDM殘基之二醇殘基。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該第一PCTA共聚酯具有約40%或更大之結晶度。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該第二PCTA共聚酯能夠藉由加熱或拉伸而結晶。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該摻合物包含包括約7淨莫耳%至約12淨莫耳% IPA殘基之二酸殘基,其中該摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該摻合物以約70 wt%至約80 wt%之量包含該第一PCTA聚酯且以約20 wt%至約30 wt%之量包含該第二PCTA聚酯。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該摻合物包含小於2 wt%之任何其他添加劑。
- 如請求項1之聚合物組合物,其中該摻合物具有至少85℃之Tg 及至少255℃之Tm 。
- 一種聚酯膜,其包含熔融成型之聚酯摻合物,其中該聚酯摻合物包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯, 該第一PCTA共聚酯包含: (a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之對苯二甲酸(TPA)殘基及約1莫耳%至約10莫耳%間苯二甲酸(IPA)殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳% 1,4-環己烷二甲醇(CHDM)殘基之二醇殘基,其中該第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 該第二PCTA共聚酯包含: (a)包含約60莫耳%至約90莫耳% TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳% CHDM殘基之二醇殘基,其中該第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中該第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中該第二PCTA共聚酯為非晶形; 其中該摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳% IPA殘基之二酸殘基,其中該摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基;且 其中該膜具有約25微米至約250微米範圍內之厚度。
- 如請求項11之聚酯膜,其中該膜具有大於0.7 dL/g之IV。
- 如請求項11之聚酯膜,其中該聚酯膜係雙軸定向且具有小於1%之濁度。
- 如請求項13之聚酯膜,其中該聚酯膜能夠在150℃之溫度下退火90分鐘且維持小於1%之濁度。
- 如請求項11之聚酯膜,其進一步包含ITO塗層且具有小於約100 W/¨之薄片電阻。
- 一種製作雙軸定向聚酯膜之方法,該方法包含摻和第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯;自該摻合物形成可熔融處理之聚合物組合物;使該可熔融處理之聚合物組合物熔融成型以形成片材;且雙軸拉伸該片材以形成膜,其中該聚酯摻合物包含第一PCTA共聚酯及第二PCTA共聚酯, 該第一PCTA共聚酯包含: (a)包含約90莫耳%至約99莫耳%之對苯二甲酸(TPA)殘基及約1莫耳%至約10莫耳%間苯二甲酸(IPA)殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少85莫耳%之1,4-環己烷二甲醇(CHDM)殘基之二醇殘基,其中該第一PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 該第二PCTA共聚酯包含: (a)包含約60莫耳%至約90莫耳%之TPA殘基及約10莫耳%至約40莫耳% IPA殘基之二酸殘基;及 (b)包含至少90莫耳%之CHDM殘基之二醇殘基,其中該第二PCTA共聚酯包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基; 其中該第一PCTA共聚酯為半結晶; 其中該第二PCTA共聚酯為非晶形; 其中該摻合物包含包括約5淨莫耳%至約20淨莫耳%之IPA殘基之二酸殘基,其中該摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。
- 如請求項16之方法,其中該摻合物包含包括約7淨莫耳%至約12淨莫耳% IPA殘基之二酸殘基,其中該摻合物包含總共100莫耳%二酸殘基及總共100莫耳%二醇殘基。
- 如請求項16之方法,其中該熔融成型步驟包含使用擠出機將該摻合物在580℉或低於580℉ (304℃)之溫度下擠出,且其中該摻合物在該擠出機上之電動機負載低於在類似條件下僅擠出第一PCTA聚合物之電動機負載。
- 如請求項16之方法,其中該聚酯膜具有小於1%之濁度。
- 如請求項19之方法,其中該聚酯膜能夠在150℃之溫度下退火90分鐘且維持小於1%之濁度。
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