TWI616487B - 含梯狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子之光學薄膜用樹脂組成物 - Google Patents

含梯狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子之光學薄膜用樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

本發明的課題係提供一種光學薄膜用樹脂組成物，其含有與纖維素系樹脂的相溶性優異且具有梯狀結構之矽倍半氧烷高分子，故耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性及可塑效果等優異。
本發明之解決手段係提供一種光學薄膜用樹脂組成物，其含有：1)重量平均分子量為1,000~1,000,000之梯(ladder)狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子；及2)纖維素系樹脂。

Description

含梯狀矽倍半氧烷(SILSESQUIOXANE)高分子之光學薄膜用樹脂組成物 發明領域
本發明係有關於一種含有梯(ladder)狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子之光學薄膜用樹脂組成物，更詳言之，係有關於一種樹脂組成物、使用其之光學薄膜及光學機器，其中該樹脂組成物因含有顯示與纖維素系樹脂有高相溶性且具有梯狀結構之矽倍半氧烷高分子，故耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性、可塑效果等優異而能夠有用地使用於製造偏光板用保護薄膜、補償薄膜等光學薄膜。
發明背景
通常，因為纖維素系薄膜係透明性優異，而能夠容易地製造折射率的各向異性較小的薄膜，所以被廣泛地使用地使用在偏光板用保護薄膜等的光學的用途。特別是儘管可大幅度地改善顯示器的對比(C/R)，然而藉由相位差調節等技術的開發，作為昂貴的補償薄膜(Compensation film)方面之活用度亦高。
但是，因為賦予各式各樣的功能性必須複雜的技術因素且薄膜製造步驟必須多元化，就此點而言，立刻與價格上升有關聯且被指出實際上成為在各式各樣的應用領域之障礙。作為代表性的例子，高級-纖維素系補償薄膜之Wide view(WV；日本富士薄膜)係儘管具有優異的性能，但是因為其步驟複雜且價格非常高而難以應用在個人電腦等通常的顯示器，為了代替它而使用單純地保護偏光板的聚乙烯醇(PVA)層之通常的纖維素系保護薄膜時，有產生無法期待改善顯示器的畫質之問題。
如前述的纖維素系薄膜之性能改善係大致分成2種類領域而進行，先一次性進行可塑劑、光學添加劑等的分子單元操作之後，通過延伸、黏結等的二次步驟條件調節而實現所需要的物理特性。特別是通常分子單元操作而調節光學物理特性，可以說是研究其之全部企業的核心技術因素，在此階段能夠應用的添加劑之必要條件係如以下：
1.與纖維素系樹脂的相溶性優異且無混濁(hazy)現象。
2.在高溫度及鹼性條件下不脫離且無反應性。
3.使透明度、硬度、光學各向同性等基本纖維素系樹脂的特性降低最少化。
但是，因為目前在許多領域所使用的有機-單體添加成分，係無法完全滿足如上述的條件，所以性能改善限度係無法明確地預料。
因此，為了克服此種性能的限界，大韓民國專利申請第10-2009-0043088號係使用金屬系奈米分散體而謀求 提升物性，大韓民國專利申請第10-2009-0132560號係使用新形態的胺基苯并噻唑作為添加成分而欲改善薄膜的相位差。但是，儘管如此一系列的努力，只是能夠局部地改善相溶性的限界及分子單元添加成分的剝離現象，而仍然無法完全克服。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：大韓民國專利申請第10-2009-0043088號
專利文獻2：大韓民國專利申請第10-2009-0132560號
發明概要
為了解決如前述的問題點，本發明之目的係提供一種光學薄膜用樹脂組成物，其藉由含有與纖維素系樹脂的相溶性優異且具有梯狀結構之矽倍半氧烷高分子，因而耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性及可塑效果等優異。
本發明之另外目的係提供一種光學薄膜及含有其之光學機器，其中該光學薄膜係由前述樹脂組成物所製造，在維持纖維素系薄膜之優異的光透射性之同時亦提升物理特性。
為了達成上述目的，本發明係提供一種光學薄膜用樹脂組成物，係含有：1)重量平均分子量為 1,000~1,000,000之梯(ladder)狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子；及2)纖維素系樹脂。
又，本發明係提供一種由光學薄膜用樹脂組成物所製成之光學薄膜及含有該光學薄膜之光學機器。
本發明之含有梯狀矽倍半氧烷高分子及纖維素系樹脂之光學薄膜用樹脂組成物，係含有即便不與纖維素系樹脂產生另外的化學反應亦顯示高相溶性之梯狀矽倍半氧烷高分子，故耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性及可塑效果等優異，有益於維持纖維素系薄膜之優異的光透射性，並製造物理特性提升之偏光板用保護薄膜、補償薄膜等纖維素系光學薄膜。
圖1係依透射率比較合成例1的纖維素溶液與本發明之實施例1至5之混合樹脂組成物的相溶性之結果(纖維素溶液中之纖維素樹脂的含量為10重量%)。
圖2係依透射率比較矽倍半氧烷高分子的苯基増加下與纖維素樹脂的相溶性之結果。
圖3係對本發明的纖維素-矽倍半氧烷混合薄膜使用FT-IR分光器測定IR之結果。
圖4係使用TGA(熱重分析儀；thermal gravimetric analyzer)測定本發明之纖維素-矽倍半氧烷混合薄膜的熱分解安定性之結果。
圖5係使用DSC測定本發明之纖維素-矽倍半氧烷混合 薄膜的熱安定性之結果。
用以實施發明之形態
本發明的光學薄膜用樹脂組成物，其特徵在於含有：1)重量平均分子量為1,000~1,000,000之梯狀矽倍半氧烷高分子；及2)纖維素系樹脂。
以下，針對各成分進行說明。
1)矽倍半氧烷高分子
在本發明所使用之矽倍半氧烷高分子係梯(ladder)狀矽倍半氧烷(silsesquioxane)高分子，其重量平均分子量為1,000~1,000,000，較佳為10,000~100,000。
較佳是前述梯狀矽倍半氧烷高分子係具有下述化學式1的結構：
在上述化學式1，R1至R4係各自獨立，為氫、以C1至C20連結而成的環狀或非環狀脂肪族有機官能基、烷基、鹵化烷基、芳基、胺基、(甲基)丙烯酸基、乙烯基、環氧基或硫醇基，此時，R1至R4係可被全部相同或全部不同的有機官能基取代；R5至R8係各自獨立，為選自由C1-5的烷 基、C3-10的環烷基、C6-12的芳基、醇、烷氧基及該等的組合所構成群組；n為1~100,000。
在前述，前述醇或烷氧基係較佳為-OCR’或-CR’=N-OH，此時，R’為C1-6的烷基。
在本發明所使用之前述梯狀矽倍半氧烷高分子，係能夠使用眾所周知的方法來製造，或者亦能夠使用市售者，較佳是前述化學式1的矽倍半氧烷高分子係將有機官能基導入而成之三官能系矽烷，能夠使下述化學式2的化合物水解之後，連續地使其縮合反應而製造：[化學式2]R9 4-m-Qp-Si-(OR10)m
在前述化學式2，R9係如氫、以C1至C20連結而成的環狀或非環狀脂肪族有機官能基、烷基、鹵化烷基、芳基、胺基、(甲基)丙烯酸基、乙烯基、環氧基或硫醇基之類的有機官能基；R10係選自由C1-5的烷基、C3-10的環烷基、C6-12的芳基、醇、烷氧基及該等的組合所構成群組，Q係C1-6的伸烷基或C1-6的伸烷氧基，m係0至4的整數，p係0或1的整數。
在前述，前述醇或烷氧基係較佳為-OCR’或-CR’=N-OH，此時，R’係C1-6的烷基。
又，在前述化學式2，R9或R10可為如苯基的芳香族有機官能基，但是因為在本發明之梯狀矽倍半氧烷高分子內，側鏈基之R1至R4中的芳香族有機官能基之含量太多時，透射率有變低之傾向，較佳是側鏈基R1至R4的合計 100%中之苯基的含量，係調節成為小於80莫耳%為佳。這是因為芳香族有機官能基的過度増加，有與纖維素系薄膜產生極性差之情形。
製造本發明的前述梯狀矽倍半氧烷高分子時之反應條件，係能夠使用在該領域通常所使用的方法，例如能夠使用在大韓民國特許公開第10-2010-0131904號所記載的方法來完成。
而且，前述矽倍半氧烷高分子的縮合度係能夠調節為1~99.9%，矽倍半氧烷高分子末端之-OH的含量，係能夠依照所混合使用的纖維素系樹脂之極性變化而各式各樣地任意調節且應用，較佳是矽倍半氧烷高分子末端的-OH之含量為末端基中的0.01~50%時，能夠製造保管安定性優異的樹脂組成物。
又，在製造前述化學式1的化合物時，將通常已知的紫外線吸收劑導入至R1至R8時，亦能夠使用在光學薄膜製造時作為用以賦予紫外線遮蔽特性之添加劑。作為具體的一個例子，能夠使用作為紫外線吸收劑之化合物，係能夠使用(2-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基-苯酚(2-(5-chloro-2H-benzotriazole-2-yl)-6(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phenol)、辛基-3-[3-第三丁基-4-羥基-5-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)苯基]丙酸酯(Octyl-3-[3-tert-butyl-4-hydroxy-5-(5-chloro-2H-benzotriazol-2-yl)phenyl]propionate)等含有鹵素元素之紫外線吸收劑；及2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-雙三苯代甲基苯酚雙三苯 代甲基(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4,6-ditertylphenol)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-雙(1-甲基-1-苯乙基)苯酚(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl)phenol)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(1-甲基-1-苯乙基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(2-(2H-benzotriazol-2-yl)-6-(1-methyl-1-phenylethyl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol、2-[4-[(2-羥基-3-(2’-乙基)己基)氧基]-2-羥苯基]-4,6-雙(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三(2-[4-[(2-Hydroxy-3-(2’-ethyl)hexyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazine)、2-[4-[(2-羥基-3-十二烷氧基丙基)氧基]-2-羥苯基]-4,6-雙(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三(2-[4-[(2-Hydroxy-3-dodecyloxypropyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazine)等的不含有鹵素元素之紫外線吸收劑。
2)纖維素系樹脂
本發明的光學薄膜用樹脂組成物係含有纖維素系樹脂。作為前述纖維素系樹脂，較佳是能夠將三乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素等的醯化纖維素系樹脂單獨或混合2種以上而使用，最佳是能夠使用三乙酸纖維素。此時，與梯狀矽倍半氧烷高分子的相溶性為特佳且能夠同時滿足透射率、耐熱性及耐水性等光學、物理特性。
在本發明的光學薄膜用樹脂組成物，相對於纖維素系樹脂1重量份，前述梯狀矽倍半氧烷高分子係含有0.1~小於20重量份，較佳是小於15重量份為佳，此時，能夠同時滿足耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性及可塑效果等。相對於纖維素系樹脂1重量份矽倍半氧烷高分子的含量為20重量份以上時，二種物質之間的極性差係過度地產生，有商用化度低落且產生混濁效果之情形。
雖然本發明的光學薄膜用樹脂組成物係只有組成物本身亦能夠各式各樣地利用，但是為了藉由如已商用化的溶劑澆鑄(solvent casting)之通常的方法來製造，亦能夠使用溶劑；溶劑的種類係只要二種混合物為不分離的種類，使用任何物質均能夠期相同的效果。
此時，溶劑的含量係能夠含有除去前述梯狀矽倍半氧烷高分子及纖維素系樹脂後之樹脂的剩餘量，、較佳是以前述梯狀矽倍半氧烷高分子及纖維素系樹脂的合計固體成分含量為1~50重量%、較佳為10~40重量%的方式使用溶劑為佳。固體成分的含量為前述範圍內時，能夠良好地維持薄膜的平坦性、作業性等。
又，本發明的光學薄膜用樹脂組成物，係能夠依照必要而在通常的範圍內追加含有可塑劑、紫外線遮蔽劑或在光學薄膜用樹脂組成物通常能夠含有的功能性添加劑。
而且，本發明係提供一種由前述光學薄膜用樹脂組成物所製造之光學薄膜及含有該光學薄膜之光學機器。
本發明之光學薄膜，係除了使用前述光學薄膜用 樹脂組成物以外，能夠使用在該領域通常使用的方法來製造，例如使用噴霧法、輥塗布法、旋轉塗布法等在適當的基材上，以0.1~5,000μm的厚度塗布之後，在30~150℃的溫度範圍使其熱風乾燥而製造，因為使用耐熱特性、紫外線遮蔽效果、耐水性及可塑效果等優異的樹脂組成物，在製造維持纖維素系薄膜之優異的光透射性之同時，物理的特性亦提升的偏光板用保護薄膜、補償薄膜等的纖維素系光學薄膜係有用的。
以下，為了理解本發明而提出較佳實施例，但是下述的實施例係只不過是例示本發明而已，本發明的範圍係不被下述的實施例限定。
合成例1：纖維素溶液的製造
將三乙酸纖維素(Sigma-Aldrich、Fluka)1重量份，滴入至將二氯甲烷與甲醇以9：1(重量比)混合而成的混合溶劑9重量份且混合1天以上之後，製造纖維素溶液。
合成例2：矽倍半氧烷高分子的製造
在具備冷卻管及攪拌機之經乾燥的燒瓶，混合蒸餾水15重量%、甲醇(純度99.86%)4重量%及氫氧化四甲銨(25% in water)1重量%而預先製造不含觸媒之混合反應溶劑之後，將80重量%的矽烷單體加入至已準備的混合反應溶劑中。此時，矽烷單體的混合比率係調節為三甲氧基苯基矽烷(DOW CORNING公司、商品名DOW CORNING(R)Z-6124 SILANE)10莫耳%及γ-甲基丙烯醯氧 基丙基三甲氧基矽烷(DOW CORNING公司、商品名DOW CORNING(R)Z-6030 SILANE)90莫耳%而加入。
以後，在氮氣環境下慢慢地攪拌8小時之後，停止反應溶液的攪拌而於常溫使其固定放置24小時之後，將含有沈澱物的前述反應溶液進行真空過濾而將沈澱物分離。在將分離後的沈澱物使用蒸餾水與甲醇的混合液洗淨數次及進行過濾而將不純物除去，且使用甲醇進行最後水洗之後，於常溫真空乾燥20小時而得到之取得物1重量份，將二氯甲烷與甲醇以9：1(重量比)混合而成的混合溶劑9重量份滴入，來製造目標聚脂肪族芳香族矽倍半氧烷高分子樹脂。所得到的聚脂肪族芳香族矽倍半氧烷高分子的重量平均分子量為40,000。此時，重量平均分子量係使用凝膠滲透層析法而測定的聚苯乙烯換算平均分子量。
合成例3至9：矽倍半氧烷高分子的製造
除了在蒸餾水15重量%、甲醇(純度99.86%)4重量%、氫氧化四甲銨(25% in water)1重量%，將矽烷單體80重量%以如下述表1的莫耳比率滴入以外，係使用與前述合成例2同樣的方法製造高分子矽倍半氧烷樹脂。
實施例1至5：利用纖維素/矽倍半氧烷樹脂組成物的混合溶液製造及溶液澆鑄法之薄膜製造
將在前述合成例2所製造的矽倍半氧烷高分子以各自為0.2、0.4、0.6、0.8及1重量份，與在前述合成例1所製造的纖維素溶液1重量份混合而製造用以溶液澆鑄製造的樹脂組成物。將所製造的前述組成物以20cm/秒的速度澆鑄在玻璃板之上且熱風乾燥後，製成薄膜。
實施例6至12
除了將在前述合成例3至9所製造的矽倍半氧烷高分子以各1重量份，與在前述合成例1所製造的纖維素溶液1重量份混合而製造各自的樹脂組成物以外，係使用與前述實施例1同樣的方法製造薄膜。
比較例1
將在前述合成例1所製造的纖維素溶液，如實施例1那樣地以20cm/秒的速度澆鑄在玻璃板上且熱風乾燥後，製成薄膜。
比較例2
除了將在合成例2所製造的矽倍半氧烷高分子以2重量份混合在合成例1所製造的纖維素溶液1重量份以外，係使用與前述實施例1同樣的方法製成樹脂組成物及薄膜。
比較例3
除了將三甲氧基苯基矽烷以80重量%單獨使用作為矽烷單體以外，係使用與前述合成例2同樣的方法製造樹脂之後，使用與實施例6至12同樣的方法製成樹脂組成物及薄膜。
試驗例1
通過前述實施例1至5的矽倍半氧烷/纖維素樹脂組成物、及比較例1及2的樹脂組成物相溶性、混濁度及透射率而進行確認。具體而言，為了測試相溶性，係使用測試基板接著力時所使用之橫切10X10格子的方法來製造格子(格子面積=5mm2)，相對於中心格子，100個格子的混濁度差異為5%以上之格子的個數小於10個時，係判斷相溶性為非常優秀，小於20個時判斷為優秀，小於30個時判斷為普通，50個以上時判斷為難以商用化而整理。又，為了精確地測定混濁度，係測定所製造之全部的薄膜試樣之角部分及中心部分的混濁度各自3次以上且記載其平均值。而且，製造薄膜的透射率係使用與混濁度同樣的方法且使用角及中心部測定法將可視光線的光吸收光譜(spectrum)平均，來測定在400nm之光線透射率且記載。將其結果顯示在 下述表2及圖1。
如前述表2及圖1所顯示，考慮在比較例1所製造的基料薄膜的透射率為92%時，本發明之實施例1至5的組成物係顯示相溶性為非常優異。又，隨著相溶性的増大，混濁效果亦小於1%而顯示非常優異。
相反地，在前述比較例2所製造的組成物時，如下述表，能夠觀察到二種樹脂之間的相溶性係急遽地減少。得知如此的結果係對製造薄膜的透射特性造成比例的影響。
試驗例2
確認前述在實施例6至12所製造的樹脂組成物及比較例3的樹脂組成物之相溶性及透射率，將其結果顯示在下述表3及圖2。
如前述表3及圖2如所顯示，能夠觀察到在矽倍半氧烷高分子內之有機側鏈官能基中的芳香族有機官能基含量增加至一定水準以上時，混濁度(haze)係急遽地増加。因此，為了抑制此種結果，確認必須將為了提升物理特性而使用的芳香族官能基含量調節在一定水準。
試驗例3
使用FT-IR分光器(Perkin-Elmer system Spectrum-GX的ATR模式)對在前述實施例1所製造的纖維素-矽倍半氧烷混合薄膜測定IR且將其結果顯示在圖3。
如圖3所顯示，本發明之光學薄膜係在960~1,200cm-1顯示廣泛的雙峰(bimodal)(連續的雙重形狀)吸收尖峰，這是源自在矽倍半氧烷鏈中的垂直(-Si-O-Si-R)及水平(-Si-O-Si-)方向之矽氧烷鍵的伸縮振動(Stretching Vibration)。又，即便與纖維素系溶液混合時，亦能夠確認在結構上矽倍半氧烷為明確地存在且不顯示混濁度特性。
試驗例4
使用TGA(thermal gravimetric analyzer)及DSC確認在前述實施例1所製造的纖維素-矽倍半氧烷混合薄膜的熱的安定性，將其結果各自顯示在圖4及5。此時，TGA係在氮氣下於50~600℃的溫度範圍以10℃/分鐘掃描速度進行測定。
如圖4及5如所顯示，能夠確認本發明之纖維素-矽倍半氧烷混合薄膜係纖維素所具有的熱特性未減少且藉由添加矽倍半氧烷高分子而熱特性増加。
試驗例5
為了觀察在前述實施例1所製造的纖維素-矽倍半氧烷高分子混合薄膜及比較例1的纖維素薄膜之透濕度變化(單位：g/m2.天)，係使用Mocon3/33型於25℃、100%環境下進行，將其結果顯示在下述表4。
前述表4如所顯示，相較於纖維素樹脂薄膜本身，本發明之含梯狀矽倍半氧烷高分子之薄膜係顯示大幅度地減少至成為1/14左右之透濕度。
因此，依照本發明而製造的薄膜，可有效地使作 為偏光薄膜的保護材使用的纖維素系薄膜之防碘昇華功能進一步增大。

Claims (12)

  1. 一種光學薄膜用樹脂組成物，其特徵在於含有：1)重量平均分子量為1,000~1,000,000之梯狀矽倍半氧烷高分子；及2)纖維素系樹脂，其中前述梯狀矽倍半氧烷高分子係具有下述化學式1的結構： 在上述化學式1，R1至R4係各自獨立，為氫、烷基、鹵化烷基、芳基、胺基、(甲基)丙烯酸基、環氧基或硫醇基，此時，R1至R4係可被全部相同或全部不同的有機官能基取代；R1至R4的合計100莫耳%中之芳香族有機官能基含量小於80莫耳%；R5至R8係各自獨立，為C1-5的烷基、C3-10的環烷基、C6-12的芳基、或氫；n為1~100,000。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，相對於纖維素系樹脂1重量份，其中前述梯狀矽倍半氧烷高分子係含有0.1~小於20重量份的量。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，其中 前述化學式1的矽倍半氧烷高分子係藉由使下述化學式2的化合物水解之後，連續地使其縮合反應而製造：[化學式2]R9 4-m-Qp-Si-(OR10)m在上述式中，R9係氫、烷基、鹵化烷基、芳基、胺基、(甲基)丙烯酸基、乙烯基、環氧基或硫醇基；R10係選自由C1-5的烷基、C3-10的環烷基、C6-12的芳基及該等的組合所構成群組；Q係C1-6的伸烷基或C1-6的伸烷氧基；m係0至4的整數；p係0或1的整數。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，其中前述化學式1，末端的-OH含量為末端基中的0.01~50%。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，其中前述纖維素系樹脂係選自由醯化纖維素、三乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素及乙酸丙酸纖維素所構成群組之1種以上。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，其中前述纖維素系樹脂為三乙酸纖維素。
  7. 如申請專利範圍第1項之光學薄膜用樹脂組成物，其中前述樹脂組成物追加含有可塑劑或紫外線遮蔽劑。
  8. 一種光學薄膜，係在基板塗布如申請專利範圍第1至7項中任一項之光學薄膜用樹脂組成物之後，使其乾燥而製成。
  9. 如申請專利範圍第8項之光學薄膜，其中前述光學薄膜的透射率為至少80%。
  10. 如申請專利範圍第8項之光學薄膜，其中前述光學薄膜的透濕度變化於25℃下為50g/m2.天以下。
  11. 如申請專利範圍第8項之光學薄膜，其中前述光學薄膜係顯示器的補償薄膜或偏光板的保護薄膜。
  12. 一種顯示器機器，係含有如申請專利範圍第8項之光學薄膜。
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