CN112622314B

CN112622314B - 一种pva光学薄膜的制备方法

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Publication number: CN112622314B
Application number: CN202011363756.4A
Authority: CN
Inventors: 唐成宏; 吴云柱; 向学毅; 刘密密; 陈玉春; 丁丽
Original assignee: Anhui Wanwei Updated High Tech Material Industry Co Ltd
Current assignee: Anhui Wanwei Updated High Tech Material Industry Co Ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112622314A

Abstract

本发明公开了一种PVA光学薄膜的制备方法，是在PVA铸膜原液中加入成核助剂，然后对其依次进行脱泡、流延成型、预干燥和热处理，从而获得PVA光学薄膜。本发明方法生产的膜厚低于50μm的PVA光学薄膜具有拉伸倍率高、无褶皱、染色均匀性良好的特点，能够满足下游生产需求。

Description

一种PVA光学薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于光学元器件技术领域，具体涉及一种膜厚低于50μm的PVA光学薄膜的制备方法。

背景技术

有机发光显示器(OLED)成为现今各大厂家旗舰机屏幕的标配，OLED屏幕可以对色彩进行像素级别的控制，因此色彩准确度近乎完美。目前各大厂家越来越追求超薄的屏幕，偏光片是生产液晶显示器面板的核心组件，而聚乙烯醇(PVA)光学薄膜是生产偏光片的关键材料，生产的PVA膜越薄，偏光片也就可以越薄。

现有生产偏光片的方法是将PVA光学薄膜预溶胀、碘染色、单轴延伸、硼酸固化后形成偏光膜，两边再各贴合保护层。生产PVA光学薄膜的方法是将膜用PVA树脂、增塑剂、添加剂按照一定比例加至溶解釜中，配制PVA铸膜原液，然后原液经挤出机脱泡后，流延至金属辊筒，成型后的膜经过干燥导辊预干燥后，再进入烘箱进行热处理，收卷成膜。然而现有的工艺在生产更薄的膜(50μm以下)时，往往会出现各种问题，这是因为PVA膜越薄，其在热处理时更易被干燥，在牵引以及热处理的过程中会出现结晶度过低以及晶粒尺寸分布过大的问题。下游在使用时，会出现初始膨润过快、后续拉伸横向收缩过快、出现褶皱、拉伸易断裂、拉伸倍率低等问题。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种PVA光学薄膜的制备方法，旨在获得性能更优的超薄型(厚度50μm以下)PVA光学薄膜。

本发明为实现上述目的，进行了深入的研究，结果发现：通过控制PVA膜的膨润度和膨润比以及拉伸后的宽度收缩率，能够明显降低上述不良现象。PVA光学膜膨润度和膨润比是指：取10cm×10cm该光学膜，在30℃的水中膨润10分钟，此时膜的TD方向的尺寸与原尺寸比值为横向膨润度，MD方向的尺寸与原尺寸比值为纵向膨润度，横向膨润度与纵向膨润度的比值称为膨润比。拉伸后的宽度收缩率是指PVA膜在30℃水中以200mm/min的速度沿MD方向单轴拉伸5倍后的膜宽，与在30℃水中浸泡5min后膜宽的比值。若PVA膜的横向膨润度大于1.300，其膜溶胀过快，易出现褶皱；若PVA膜的横向膨润度低于1.100，薄膜吸水性能差，拉伸易断裂。若PVA膜的膨润比大于1.030，横纵向的膨润差异较为明显，二者膨润不均一，染色会出现不均匀，故需要将其控制在1.030以内，更优先控制在1.020以内。若PVA膜的宽度收缩率大于0.500，膜易出现褶皱；若PVA膜的宽度收缩率低于0.450，膜面易出现条纹、染色斑点，拉伸易断裂。通过将PVA膜横向膨润度控制在1.100-1.300、膨润比控制1.020以内、宽度收缩率控制在0.450-0.500，可以生产出满足需求的超薄型PVA膜。向PVA原液中加入低聚合度PVA作为成核剂，以及对薄膜进行湿热处理能够提高PVA膜的结晶度，降低结晶尺寸，并使得晶粒尺寸分布更为均匀，可以将PVA膜横向膨润度、膨润比与宽度收缩率控制在所需求的范围内。

本发明提供的一种PVA光学薄膜的制备方法，是在PVA铸膜原液中加入成核助剂，然后对其依次进行脱泡、流延成型、预干燥和热处理，从而获得PVA光学薄膜。包括如下步骤：

步骤1、将膜用PVA、成核助剂、增塑剂、表面活性剂和抗氧化剂溶解于溶剂中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液；

步骤2、将所述铸膜原液经挤出机脱泡后，过滤并通过模头流延成型；

步骤3、成型后的膜经预干燥和热处理后，收卷成膜。

优选的，所述膜用PVA的聚合度为1200-4000，更优选为1500-3000。聚合度低于1200时，膜耐候性能较差；聚合度大于4000时，不易溶解，制膜困难。

优选的，所述膜用PVA的醇解度大于98％，更优选大于99％。醇解度低于98％，会影响下游生产偏光片的偏光性能。

优选的，PVA铸膜原液中的增塑剂、表面活性剂和抗氧化剂为本领域中所常规使用的材料，本发明未有特殊限定。

优选的，所述成核助剂可以是低聚合度PVA、山梨醇类、松香类的一种或者两种。但是山梨醇类、松香类成核助剂的效果差，所得偏光片的偏振度不能满足现今下游显示器面板的要求。考虑尽量不影响下游偏光膜偏光性能，优选低聚合度PVA。

更优选的：所述低聚合度PVA的聚合度为30-200，更优选为50-100。所述低聚合度PVA的醇解度不低于80％，更优选为不低于88％。所述成核助剂的添加量占PVA铸膜原液中膜用PVA质量的0.1-3％，更优选为0.5-1.5％。聚合度低于30，在下游染色过程中易析出；大于200时，其成核变得困难，成核作用减弱。醇解度低于80％时，易使PVA膜着色。添加量低于0.1％时，起到的成核作用微弱；添加量大于3％时，会造成成核数量过多，晶粒尺寸变得过小，结晶度加大，在下游生产过程中溶胀也会很快，拉伸性能变差。上述成核助剂可以是单一聚合度与醇解度的低聚物，也可以是两种或者两种以上的不同聚合度与醇解度的混合，优选两种或者两种以上不同低聚合度PVA的混合。低聚合度PVA充当成核剂，起到异相成核作用，能够明显提高PVA光学薄膜的结晶度，并降低其晶粒尺寸，晶粒尺寸也更为均匀。

优选的，所述热处理为两步热处理：第一步热处理为低温高湿条件下的热处理，温度控制在50-100℃、湿度控制在60-95RH％、热处理时间控制在100s-800s；第二步热处理为高温低湿条件下的热处理，温度控制在70-140℃、湿度控制在40-80RH％、热处理时间控制在10-200s，且保证第一步热处理的温度低于第二步热处理的温度、第一步热处理的湿度高于第二步热处理的湿度。第一步热处理的作用是提高PVA分子链段运动；第二步热处理主要是为了降低膜的含水率、将膜定型，

与已有工艺相比，本发明的有益效果体现在：

本发明提供了一种可以生产膜厚低于50μm的PVA光学薄膜的方法，向PVA原液中添加低聚合度PVA充当成核剂，起到异相成核作用，能够明显提高PVA光学薄膜的结晶度，并降低其晶粒尺寸，晶粒尺寸也更为均匀。本发明方法生产的PVA光学薄膜具有拉伸倍率高、无褶皱、染色均匀性良好的特点，能够满足下游生产需求。

具体实施方式

为了进一步解释本发明，下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例按如下步骤制备PVA光学薄膜：

将1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核助剂由聚合度为50、醇解度为99％的低聚合度PVA与聚合度为80、醇解度为90％的低聚合度PVA等质量混合而成，二者添加量各占膜用PVA质量的0.5％。

将铸膜原液经挤出机脱泡后，过滤并通过模头流延成型。成型后的膜经90℃的干燥导辊进行预干燥60s，然后进入湿度为85RH％、温度为75℃的湿热烘箱进行热处理120s，再进入湿度为55RH％、温度为110℃的热处理烘箱烘60s定型。收卷成膜即获得PVA光学薄膜。

实施例2

将1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核剂为聚合度为50、醇解度为99％的低聚PVA，添加量占膜用PVA质量的1％。

实施例3

将1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核剂为聚合度为50、醇解度为99％的低聚PVA，添加量占膜用PVA质量的0.1％。

实施例4

将1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核剂为聚合度为50、醇解度为99％的低聚PVA，添加量占用PVA质量的3％。

实施例5

将1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核剂为聚合度为300、醇解度为99％的低聚PVA，添加量占膜用PVA质量的1％。

实施例6

将质量为1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得含成核助剂的PVA铸膜原液。其中，成核剂为聚合度为20、醇解度为99％的低聚PVA，添加量占膜用PVA质量的1％。

对比例1

将质量为1000kg聚合度为2000、醇解度为99.9％的膜用PVA、成核助剂、100kg的增塑剂(甘油)、1.5kg的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、0.5kg的抗氧化剂(亚硫酸钠)溶解于5m³水中，获得PVA铸膜原液。

分别测试上述各实施例与对比例所得PVA光学薄膜的横向膨润度、膨润比、宽度收缩率及拉伸倍率，结果见表1。其中横向膨润度、膨润比、宽度收缩率的测试方法参见本发明的技术方案部分，拉伸倍率是将PVA光学薄膜在30℃水中以200mm/min的速度单轴拉伸直至断裂，断裂时的长度与初始长度的比值即为拉伸倍率。

将各实施例与对比例制得的PVA薄膜浸入35℃纯水中浸润5min，在含I₂ 0.5g/L、KI 20g/L的40℃的染色槽中浸染100s，边染色边拉伸，拉伸至原长的4.5倍，在固色槽(HBO₃-KI 40g/L)中固色2min后，在100℃的条件干燥3min，在PVA膜两侧贴合上保护膜，干燥得到偏光片。分别测试所得偏光片的性能指标：偏振度与透光率，结果见表1。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对比例1
								膜厚/μm	30	30	30	30	30	30	30
横向膨润度	1.201	1.189	1.310	1.385	1.405	1.355	1.419
								膨润比	1.011	1.015	1.025	1.026	1.039	1.037	1.039
宽度收缩率	0.465	0.485	0.499	0.510	0.460	0.465	0.455
								拉伸倍率/％	601	575	549	539	531	525	529
偏振度/％	99.6	99.3	99.0	98.8	98.6	98.7	98.0
								透光率/％	43.6	42.9	42.3	42.0	41.6	41.8	41.3

现今下游显示器面板普遍要求偏振度达到99％以上、透光率在42.5％以上。由表1可知，使用两种不同的低聚合物PVA较单一低聚物制备的膜其拉伸倍率更高、偏光性能越佳。本发明提供的生产方法，能够将PVA膜横向膨润度控制在1.100-1.300、膨润比控制1.020以内、宽度收缩率控制在0.450-0.500，本发明生产的PVA光学膜能够满足偏光片的生产需求。

以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种PVA光学薄膜的制备方法，其特征在于：在PVA铸膜原液中加入成核助剂，然后对其依次进行脱泡、流延成型、预干燥和热处理，从而获得厚度小于50μm的PVA光学薄膜；

所述成核助剂为聚合度30-200、醇解度不低于80%的低聚合度PVA；

所述热处理为两步热处理，第一步热处理的温度控制在50-100℃、湿度控制在60-95RH%、热处理时间控制在100s-800s，第二步热处理的温度控制在70-140℃、湿度控制在40-80RH%、热处理时间控制在10-200s，且保证第一步热处理的温度低于第二步热处理的温度、第一步热处理的湿度高于第二步热处理的湿度；

所得PVA光学薄膜的横向膨润度为1.100-1.300、膨润比不大于1.020、宽度收缩率为0.450-0.500。

2.根据权利要求1所述的PVA光学薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤3、成型后的膜经预干燥和热处理后，收卷成膜。

3.根据权利要求1所述的PVA光学薄膜的制备方法，其特征在于：所述成核助剂为两种不同聚合度的低聚合度PVA的组合。

4.根据权利要求2所述的PVA光学薄膜的制备方法，其特征在于：膜用PVA的聚合度为1200-4000，醇解度不低于98%。

5.根据权利要求2所述的PVA光学薄膜的制备方法，其特征在于：所述成核助剂的添加量占PVA铸膜原液中膜用PVA质量的0.1-3%。