CN119019737A - 聚乙烯醇膜及由其制得的光学膜 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种聚乙烯醇膜及由其制得的光学膜,该聚乙烯醇膜包含碱化度为95mol%或以上的聚乙烯醇树脂;其中,该聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0%至38.0%,且该聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃。由本发明的聚乙烯醇膜制成光学膜具有偏光度佳,及偏光度衰退值低的特性。
Description
技术领域
本发明是关于一种聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)制品,特别是一种聚乙烯醇膜以及由其制得的光学膜,但并不以此为限。
背景技术
聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)膜是一种由含聚乙烯醇高分子以及可塑剂的水溶液所涂布、烘干而得的亲水性材料,其具有高透明度、机械强度、水溶性、可加工性佳等性能,已广泛用于包装材料或电子产品的各式光学膜,例如:偏光膜。
聚乙烯醇膜经偏光制程(制造过程)加工而得的偏光膜具有只允许特定方向光线通过的特性,且得以藉此控制通过光线的明暗度;基于此特性,偏光膜应用于各式显示器、眼镜以及穿戴式装置,成为不可或缺的组件。所谓偏光制程大致上包括膨润、拉伸及染色等步骤;具体而言,会将聚乙烯醇膜置于溶液中进行前述步骤,令染料分子扩散进入到聚乙烯醇膜中的分子之间,并通过拉伸得到相对规则性的排列,使偏光膜能吸收平行于其排列方向的光分量,并使垂直方向的光分量通过,而产生偏光特性。
偏光膜应具有合适的光学特性,例如:偏光度高及偏光度衰退值低。为此,现有技术会改变聚乙烯醇的结构、或加入官能基来改善光学特性。现有技术如台湾发明专利公开第202231448提供一种具极佳的偏光性能且收缩应力小的偏光膜,其是在制造偏光薄膜时,同时控制总颈缩率(A)、拉伸步骤中的颈缩率(B)、干燥步骤中的颈缩率(C)。藉由控制总颈缩率(A)能抑制偏光性能与良率的降低,另也藉由适当控制拉伸步骤中的颈缩率(B)与干燥步骤中的颈缩率(C),能制造偏光性能优良且收缩应力小的偏光薄膜。
除此之外,现有技术如台湾发明专利公开第202212872号公开的偏光膜,则是使用染色三醋酸纤维素薄膜作为保护层,以抑制偏光膜的偏光度在高温高湿环境下降低。
发明内容
现有技术中利用聚乙烯醇膜制备光学膜时,仍常见在长时间使用下,偏光度严重衰退的情况。对此,本发明人发现,藉由调控聚乙烯醇膜,使其浸泡在特定浓度的硼酸液、温度及时间下,具有一特定范围的面膨润度,并使其在特定温度区间的储存模量(E’)具有一特定范围的转折点温度;则其所制得的偏光膜将具备优异的偏光度,且得以改善光学膜经长时间使用下,偏光度衰退的问题。
具体而言,本发明一方面提供一种聚乙烯醇膜,该聚乙烯醇膜包含碱化度为95mol%或以上的聚乙烯醇树脂;其中,该聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0%至38.0%,且该聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜具有一面膨润度为17.5%至35.0%,且该转折点温度为37.8至38.5℃。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的TD(Transverse Direction)方向膨润度为9.0%至18.0%,且MD(Machine Direction)方向膨润度为7.5%至18.0%。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度为9.0%至16.50%,且该MD方向膨润度为8.0%至16.0%。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度与该MD方向膨润度的差值的绝对值为小于或等于5%。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度与MD方向膨润度的比值为0.9至1.7。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度与MD方向膨润度的比值为0.95至1.60。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的平均聚合度为1500至3500。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的平均聚合度为2000至3500。
在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的厚度为30至75μm。
本发明另一方面提供一种光学膜,其是由上述聚乙烯醇膜所制得。
在一及多个实施例,该光学膜是一偏光膜。
在一及多个实施例,该偏光膜的偏光度大于等于99.99%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其偏光度衰退值小于等于0.01%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其面收缩率小于等于2%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其TD方向收缩率及MD方向收缩率皆小于等于1%。
本发明的聚乙烯醇膜可适用于多种用途,特别适用于制备光学膜,例如:偏光膜。使用本发明的技术内容所获得的聚乙烯醇膜来制备的偏光膜具有优异的偏光度,且能改善经长时间使用下偏光度的衰退情形。
除此之外,本发明人亦发现,当控制本发明的聚乙烯醇膜,使其浸泡在特定浓度的硼酸液、温度及时间下,具有一特定范围的膨润度时,则得以制成具有改善收缩率的光学膜;更进一步地,当该聚乙烯醇膜具有一特定范围的TD膨润度及一特定范围的MD膨润度时,由其所制得的光学膜具有则在对应的方向上皆具备改良的收缩率。藉此,本发明可避免长时间在高热环境下使用而致使光学膜的边角翘曲的情形。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的聚乙烯醇膜在水中分析储存模量(E’)随温度的变化曲线图;
图2至4是根据本发明一实施例的聚乙烯醇膜在分析其转折点温度的样品制备方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备,下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述,但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。在本说明书及后附的申请专利范围中,除非上下文另外载明,否则“一”及“该”亦可解释为复数。
虽然用以界定本发明的数值范围与参数皆是约略的数值,此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而,任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处,“约”一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内,是本发明所属领域中具有通常知识者的考量而定。
[聚乙烯醇膜]
本发明一方面提供一种聚乙烯醇膜,该聚乙烯醇膜包含碱化度为95mol%或以上的聚乙烯醇树脂;其中,该聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0%至38.0%,且该聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃。根据一些实施例,本发明的聚乙烯醇膜的厚度为30至75μm。具体如以下数值中任意二者的范围,例如:30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm,前述数值仅具例示而无限制性。
本文所述的“膨润度”,是包含聚乙烯醇膜的“面膨润”、“TD方向(TransverseDirection)膨润度(以下称TD方向膨润度)”、及“MD方向(Machine Direction)膨润度(以下称MD方向膨润度)”。本文所述的“在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度(以下简称面膨润度)”是将聚乙烯醇膜浸泡于55℃的4wt%硼酸液中1分钟后,计算聚乙烯醇膜的面积改变量所获得。
聚乙烯醇膜存有结晶区及非晶区。当聚乙烯醇膜浸泡在硼酸液中时,含硼酸的水溶液会进入膜内的非晶区内,且将部分的结晶溶解;溶液中的硼酸也会进一步与分子进行交联键结。本发明人发现,所述面膨润度的数值范围与后续制成的光学膜偏光度、偏光度衰退情形以及光学膜的收缩率有关。据推测,当有越多结晶溶解时,与硼酸键结的数量就越多,使分子间结构更为稳定。可能原因在于,当结晶部分溶解后,溶解处的链段在排列上相对有序,且可自由移动并改变链段间距,能产生较多适合硼酸键结的位置;而本身就为非晶态的链段则因彼此间距不定且排列杂乱,能与硼酸键结的位置较少。如此,当所述聚乙烯醇膜的膨润度过低时,代表其被溶解的结晶较少,能与硼酸交联的链段数量及区域亦较少,致使分子间结构较不稳定,分子间结构易受热改变,进而导致后续光学膜的偏光度衰退,以及容易产生面收缩而使偏光膜变形。另一方面,当膨润度过高时,代表聚乙烯醇膜内有过多的结晶被溶解,反而导致聚乙烯醇膜的结晶量不足,使得膜的物理强度降低而易破损。
所以,为了使聚乙烯醇膜兼具稳定的分子间结构及良好的物理强度,需控制该面膨润度于一特定范围;具体而言,本发明的聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0%至38.0%,如以下数值中任意二者的范围内,例如:17.0%、17.5%、18.0%、18.5%、19.0%、19.5%、20.0%、20.5%、21.0%、21.5%、22.0%、22.5%、23.0%、23.5%、24.%0、24.5%、25.0%、25.5%、26.0%、26.5%、27.0%、27.5%、28.0%、28.5%、29.0%、29.5%、30.0%、30.5%、31.0%、31.5%、32.0%、32.5%、33.0%、33.5%、34.0%、34.5%、35.0%、35.5%、36.0%、36.5%、37.0%、37.5%、或38.0%;较佳地,该聚乙烯醇膜的面膨润度为17.5至35.0%或35%。
本文所述的“模量”是材料力学中用以分析应力与应变关系的物性特征,为应力与应变的比值;若施加在材料上的应力为正向力,得到的模量以E表示;而“储存模量(E’)”是材料吸收施加能量所转换成的储存内能,通常用以回复变形,维持材料原本的外观,其与材料的弹性特征相关;其还可以反应出材料的刚性,从分子的观点来看,储存模量(E’)越高表示分子间作用力越强。
本文所述的“在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度(以下简称为E’转折点温度)”是将聚乙烯醇膜浸泡水中,以升温模式量测聚乙烯醇膜的储存模量(E’)的变化所获得。由于水分大量被膜吸收后,聚乙烯醇的分子链经膨润而分开,导致分子链间的交缠作用减少,此时储存模量(E’)的应答较受到膜内结晶影响;因此,聚乙烯醇浸泡水中的储存模量(E’)分析可用以评估不同温度下膜内的结晶度变化。更进一步,聚乙烯醇膜在水中分析储存模量(E’)随温度的变化曲线具有如图1的特征,在30℃至55℃之间的变化曲线有两个不同的斜率,而该二斜率的切线交点便是E’转折点,其对应到的温度即为E’转折点温度(如图1中箭头所指处)。
本发明人发现,E’转折点温度代表的物理意义包括其为聚乙烯醇膜内的结晶开始大量溶解的温度;若E’转折点温度愈高,显示膜内的平均结晶颗粒较大,因而在比较高温的时候才出现大量结晶溶解的情形。不为特定理论所限制下,据推测,当结晶颗粒大小控制在合适的范围内,聚乙烯醇膜将具有最适合与硼酸交联的结晶溶残的数量及区域,使得由该聚乙烯醇膜制得的光学膜(例如偏光膜)在高温且长时间使用下,其偏光度具有不易衰退的功效。
所以,为了获得上述的功效,需控制E’转折点温度于一特定范围;具体而言,本发明的聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间(偏光膜制程中首次拉伸的温度范围)的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃,例如但不限于:37℃、37.1℃、37.3℃、37.5℃、37.7℃、37.9℃、38℃、38.1℃、38.3℃、38.5℃、38.7℃、38.9℃、39℃、39.1℃、39.3℃、39.5℃、39.7℃、39.9℃或40℃;较佳地,该聚乙烯醇膜的E’转折点温度为37.8至38.5℃,如以下数值中任意二者的范围内,例如:37.8℃、37.9℃、38.0℃、38.1℃、38.2℃、38.3℃、38.4℃或38.5℃。需注意的是,当量测温度大于55℃时,聚乙烯醇膜可能因为结晶完全消失而导致其物性急剧变动,因此分析转折点温度时,所设定的分析温度区间应避免超过55℃。
另外,关于前述E’转折点温度的量测方式,由于聚乙烯膜会吸水(甚至是空气中的水分)而影响其结晶态等状态,因此,在聚乙烯膜量测其E’转折点温度之前,可先通过前处理,将每个待量测的聚乙烯膜的含水率调整为一致,使各聚乙烯膜的待测状态为一致。含水率通常可调整至约8wt%至9wt%,但本文中并不限定于此。
本文所述的“碱化度”,是根据JIS K 6726(1994)标准测试方法所得到的测定值。在一及多个实施例中,该聚乙烯醇系树脂的碱化度为95mol%或以上,例如:95mol%或以上、95.5mol%或以上、96mol%或以上、96.5mol%或以上、97mol%或以上、97.5mol或%以上、98mol%或以上、98.5mol%或以上、99mol%或以上或99.5mol%或以上。根据本发明一实施例,本发明的聚乙烯醇系树脂的碱化度大于99.90mol%,例如大于99.90mol%、大于99.92mol%、大于99.94mol%、大于99.96mol%或大于99.98mol%;较佳地,该聚乙烯醇系树脂的碱化度为99.95mol%以上,例如:99.95mol%以上、99.97mol%以上或99.99mol%以上;更佳地,该聚乙烯醇系树脂的碱化度99.97mol%以上,例如:99.97mol%以上、99.98mol%以上或99.99mol%以上。
本文所述的“在55℃的4wt%硼酸液1中浸泡1分钟所得的TD方向膨润度(以下简称TD方向膨润度)及MD方向膨润度(以下简称MD方向膨润度)”是将聚乙烯醇膜浸泡于55℃的4wt%硼酸液中1分钟后,分别计算聚乙烯醇膜的沿TD方向及沿MD方向的长度改变量所获得。其中,所述TD方向又称为横向方向,而所述MD方向又称为机械方向。不为特定理论所限制下,将聚乙烯醇膜的TD方向膨润度及MD方向膨润度分别控制于一特定范围时,可分别降低后续制成的光学膜的TD、MD方向收缩率,从而该贴附于显示装置上的光学膜,在高温且长时间使用下可避免该光学膜有边角翘曲的情形。
所以,为了获得上述的功效,本发明的聚乙烯醇膜的TD方向膨润度为9.0%至18.0%,如以下数值中任意二者的范围内,例如:9.0%、9.5%、10.0%、10.5%、11.0%、11.5%、12.0%、12.5%、13.0%、13.5%、14.0%、14.5%、15.0%、15.5%、16.0%、16.5%、17.0、17.5%或18.0%;更佳地,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度为9.0%至16.5%;且,该聚乙烯醇膜的MD方向膨润度为7.5%至16.0%,如以下数值中任意二者的范围内,例如:7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10.0%、10.5%、11.0%、11.5%、12.0%、12.5%、13.0%、13.5%、14.0%、14.5%、15.0%、15.5%或16.0%;更佳地,该聚乙烯醇膜的MD方向膨润度为8.0%至16.0%。
在一及多个实施例中,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度与MD方向膨润度的差值的绝对值为小于或等于5%,例如:小于或等于5%、小于或等于4.5%、小于或等于4%、小于或等于3.5%、小于或等于3%、小于或等于2.5%、小于或等于2%、小于或等于1.5%、小于或等于1%或小于或等于0.5%。
在一及多个实施例中,该聚乙烯醇膜的TD方向膨润度与MD方向膨润度的比值为0.95至1.60,如以下数值中任意二者的范围内,例如:0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55或1.60。
不为特定理论所限制,当上述TD方向膨润度与MD方向膨润度的差值的绝对值或比值过大时,后续制成的包含该聚乙烯醇膜的显示器,可能出现偏光膜与保护层或偏光膜与玻璃剥离的现象,进而产生该显示器劣化的问题。
本文所述的“平均聚合度”是根据JIS K 6726(1994)标准测试方法所测得。在一及多个实施例,该聚乙烯醇膜的平均聚合度为1500至3500,如以下数值中任意二者的范围内,例如:1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400或3500;较佳地,该聚乙烯醇膜的平均聚合度为2000至3500。
不为特定理论所限制下,本发明人发现,上述面膨润度、E’转折点温度、TD方向膨润度及MD方向膨润度,可通过调整聚乙烯醇膜的树脂原料的平均聚合度而予以控制;此外,亦可通过调整制造方法中原料的溶解温度及时间、在大于50℃下干燥的总时间及聚乙烯醇膜中聚乙烯醇高分子的分子配向而予以控制,但并不以此为限。
[聚乙烯醇膜的制造方法]
本发明的聚乙烯醇膜的制造方法大体上包含以下步骤:(a)溶解制程:将一聚乙烯醇系树脂升温溶解,并调整该聚乙烯醇系树脂浓度,形成一聚乙烯醇浇铸溶液;(b)浇铸制程:将该聚乙烯醇浇铸溶液浇铸至一浇铸鼓,自该浇铸鼓剥离后得到一聚乙烯醇初成形膜;(c)热辊制程:将该聚乙烯醇初成形膜于复数个热辊接触后获得一聚乙烯醇膜半成品;(d)烘箱制程:将该聚乙烯醇膜半成品置入一烘箱内干燥后,得到一聚乙烯醇膜成品;以及(e)调温调湿制程:将该聚乙烯醇膜成品置于调温调湿箱中,进行温度与湿度调整后得到聚乙烯醇膜;其中,在上述热辊及烘箱制程中,控制温度大于50℃的干燥的总时间为10至20分钟。
[溶解制程]
根据一些实施例,溶解制程主要是将聚乙烯醇系树脂、溶剂、可塑剂等边搅拌边将温度提升为130至165℃,并溶解1至5小时,调整树脂至适当浓度,进而得到聚乙烯醇浇铸溶液。所述的树脂的适当浓度约为20wt%至50wt%,例如:20wt%、30wt%、40wt%或50wt%;若树脂浓度过低,后续膜的干燥负荷变高;反之,若树脂浓度过高则黏度过高,将使制膜困难。
在一及多个实施例中,前述溶解制程中所使用的聚乙烯醇树脂,是由乙烯酯系树脂单体聚合,形成平均聚合度为1500至3500的聚乙烯酯系树脂后,再进行皂化反应以获得碱化度大于95mol%的聚乙烯醇系树脂。据信,平均聚合度可影响聚乙烯醇分子在水中的溶解及舒展,进而影响聚乙烯醇膜成品的结晶颗粒及结晶度。聚合度越大,聚乙烯醇膜成品的结晶颗粒越大且结晶度越高;然而,过高的聚合度会使结晶颗粒过大,进而影响到E’转折点温度;此外,聚合度过低,会使E’转折点过低,亦会使膜的机械强度过低。
其中,该乙烯酯系树脂单体可为甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯或辛酸乙烯酯等乙烯酯类,亦或是其等的组合,于本发明中不予以限制。较佳为使用乙酸乙烯酯。此外,前述乙烯酯系树脂单体亦可通过添加烯烃类化合物或丙烯酸酯衍生物进行共聚合而改性。其中,该烯烃类化合物可为乙烯、丙烯或丁烯等,在本发明中不予以限制;该烯烃类化合物的添加量可为但不限于2mol%至4mol%,例如2mol%、2.5mol%、3mol%、3.5mol%或4mol%等。该丙烯酸酯衍生物可为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯或丙烯酸正丁酯等,在本发明中不予以限制。
在一及多个实施例中,前述溶解制程中所使用的溶剂,只要能够溶解聚乙烯醇树脂即可,故在本发明中并不予以限定。作为溶剂,例如但不限于:水、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二胺、二亚乙基三胺等,上述溶剂可单独使用一种,此外也可并用两种以上。考量环境以及经济性等面向,在本发明中以水作为溶剂为佳。
在一及多个实施例中,本文所述的“可塑剂”具体可为但不限于:甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二甘油、三乙二醇、四乙二醇或三羟甲丙烷等,或前述任何可塑剂的组合;在本发明中较佳为甘油。且在一及多个实施例中,该可塑剂的添加量相对于聚乙烯醇树脂的重量为5wt%至15wt%,具体例如但不限于5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%及15wt%,与一较佳实施例中,该可塑剂的添加量相对于聚乙烯醇树脂的重量为10wt%。
除了上述可塑剂外,溶解制程中亦可视需要进一步添加其他添加剂,包含但不限于界面活性剂(表面活性剂)等;界面活性剂则包含但不限于阳离子、阴离子或非离子型界面活性剂,具体可为但不限于:月桂酸钾等的羧酸盐型、月桂醇聚醚硫酸酯钠等的硫酸酯盐型、十二基苯磺酸盐等的磺酸盐型、聚氧化乙烯辛基苯基醚等的烷基苯基醚型、聚乙二醇单辛基苯基醚等的醇基苯基醚型、聚氧化乙烯月桂酸酯等的烷基酯型、聚氧化乙烯月桂基胺基醚等的烷基胺型、聚氧化乙烯月桂酰胺等的烷基酰胺型、聚氧化乙烯聚氧化丙烯醚等的聚丙二醇醚型、月桂酸二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺等的烷醇酰胺型、聚氧化烯烯丙基苯基醚等的烯丙基苯基醚型或月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠等。
在一及多个实施例中,溶解该聚乙烯醇系树脂水溶液的温度较佳为130至165℃,如以下数值的任意二者的范围,具体例如:130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃或165℃。据信,该溶解温度影响聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散。当该溶解温度越高,聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散效果则越佳,使得所形成的聚乙烯醇膜的结晶颗粒越小,且结晶度越低;然而,当该溶解温度过高时,则可能造成所形成的聚乙烯醇膜局部黄化。反之,不为特定理论所限制下,当该溶解温度过低,聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散效果则不佳,所形成的聚乙烯醇膜的结晶颗粒较大,进而导致聚乙烯醇膜的E’转折点温度过高。
在一及多个实施例中,溶解该聚乙烯醇系树脂水溶液的时间较佳为1至5小时,如以下数值的任意二者的范围,具体例如:1小时、2小时、3小时、4小时或5小时。据信,该溶解时间影响聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散。当该溶解时间越长,聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散效果则越佳,进而令聚乙烯醇膜的结晶颗粒越小,且结晶度越低。反之,不为特定理论所限制下,当该溶解时间过短,聚乙烯醇树脂的溶解与添加剂的分散效果则不佳,所形成的聚乙烯醇膜的结晶颗粒较大,进而导致聚乙烯醇膜的E’转折点温度过高。
[浇铸制程]
根据一些实施例,浇铸制程主要是将该聚乙烯醇浇铸溶液输送至双螺旋押出机,经押出机再次混和均匀及消泡(例如但不限于使用双螺旋押出机消泡)后,再自T型狭缝模唇中吐出,流延至旋转的高温浇铸鼓(或称浇铸滚筒)、无端皮带等作为支持体的浇铸鼓上制膜,进而获得一聚乙烯醇初成形膜。在一或多个实施例中,于浇铸制程,聚乙烯醇浇铸溶液输送时的传送温度较佳控制为至少90℃或以上,例如但不限于:90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃或99℃;此外,经押出机再次混和均匀及消泡后的聚乙烯醇浇铸溶液也须控制为至少90℃或以上,例如但不限于:90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃或98℃。
在一或多个实施例中,当聚乙烯醇浇铸溶液流延至旋转的高温浇铸鼓时,该浇铸鼓的温度较佳为85至95℃,且聚乙烯醇滞留于浇铸鼓的时间较佳为0.6至1.2分钟。
[热辊制程]
根据一些实施例,热辊制程主要是将自浇铸鼓上剥离后的该聚乙烯醇初成形膜,经复数个热辊接触干燥其上下两面后,进一步获得一聚乙烯醇膜半成品。其中,该复数个热辊(例如为13至19个热辊)的温度由高至低逐步递减,且起始热辊为所有热辊中最高温者(例如但不限于90至99℃,具体可例如但不限于90、91、92、93、94、95、96、97、98或99℃),最终热辊的温度为所有热辊中最低温者(例如但不限于25至40℃,具体可例如但不限于25、30、35或40℃)。
[烘箱制程]
根据一些实施例,烘箱制程主要是以烘箱将自热辊上剥离后的该聚乙烯醇膜半成品的上下两面进行干燥(例如但不限于以热风及红外光进行干燥),进而得到一聚乙烯醇膜成品。在一及多个实施例,该烘箱较佳是采用浮动式烘箱,且其温度控制在100至120℃之间,例如:100℃、105℃、110℃、115℃或120℃;较佳为110℃。
其中,在一及多个实施例中,在上述热辊制程及烘箱制程中,温度大于50℃的干燥总时间为10至20分钟,具体例如:10分钟、15分钟或20分钟。据信,所述大于50℃下的干燥总时间会影响聚乙烯醇膜的面膨润度、TD方向膨润度、MD方向膨润度及E’转折点温度。不为特定理论所限制,据推测,由于聚乙烯醇膜成品在含水率2wt%时的玻璃转化温度为40至50℃,因此在干燥温度大于50℃,高分子链可小范围自由运动。故,当所述干燥总时间越长,则结晶颗粒越大,且结晶度越高;反之,当所述干燥总时间越短,则结晶颗粒越小,且结晶度越低,进而影响聚乙烯醇膜的膨润度及E’转折点温度。
[调温调湿制程]
根据本案的一实施态样,该聚乙烯醇膜成品完成上述制程后,可置于调温调湿箱中进行温度与湿度调整。
在一及多个实施例中,该调温调湿箱的温度为35至45℃之间,具体如以下数值中任意两者间的范围,例如:35℃、40℃或45℃,较佳例如45℃。在一及多个实施例中,该调温调湿箱的相对湿度较佳例如40%至60%之间,具体如以下数值中任意两者间的范围,例如:40%、45%、50%、55%或60%,较佳例如50%。在一及多个实施例中,该聚乙烯醇膜静置于该调温调湿箱的时间较佳例如20至40分钟,例如:20分钟、25分钟、30分钟、35分钟或40分钟。在一及多个实施例中,例如将该聚乙烯醇膜摆放至温度为45℃、相对湿度为50%的调温调湿箱处理30分钟。
此外,根据本案的一实施态样,在烘箱制程中,可进一步在膜的两侧以夹具夹持,额外施加TD方向的拉力以维持膜在TD方向的尺寸,以调整膜的分子配向。由于聚乙烯醇膜一般是以MD方向受到拉伸,使得聚乙烯醇高分子容易沿着MD方向配向;因此,额外在TD方向施加力于膜后,可平衡聚乙烯醇高分子的配向,进而缩小两个方向在膨润度的差异。
[光学膜]
本发明的另一目的为提供一种光学膜,其是由前述的聚乙烯醇膜所制得。本文所述的“光学膜”可为偏光膜、相位差薄膜、视野角提高薄膜或亮度提高薄膜等,特别是偏光膜。
本文所述的“偏光度”是根据JIS Z 8722的标准方法测定。在一及多个实施例,本发明的偏光膜的偏光度大于等于99.99%;具体例如:大于等于99.990%、大于等于99.992%、大于等于99.994%、大于等于99.996%、大于等于99.998%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其偏光度衰退值小于等于0.01%;具体例如,小于等于0.010%、小于等于0.009%、小于等于0.008%、小于等于0.007%、小于等于0.006%或小于等于0.005%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其面收缩率小于等于2%;具体例如,小于等于2%、小于等于1.9%、小于等于1.8%、小于等于1.7%、小于等于1.6%、小于等于1.5%、小于等于1.4%。
在一及多个实施例,该偏光膜经80℃热处理500小时,其TD方向收缩率及MD方向收缩率皆小于等于1%;具体例如,皆小于等于1%、皆小于等于0.95%、皆小于等于0.90%、皆小于等于0.85%、皆小于等于0.80%、皆小于等于0.75%。
[光学膜的制造方法]
根据一些实施例,本案所述的“光学膜的制造方法”是指偏光膜的制造方法,更进一步地是将聚乙烯醇膜制造成偏光膜。所述偏光膜的制造方法,包括使碘离子吸附的染色步骤、硼酸处理步骤及水洗步骤;在硼酸处理步骤或在此之前的阶段可实施单轴延伸的延伸步骤。较佳地,在染色步骤之前可设置以水令聚乙烯醇膜膨润的膨润步骤。除此之外,在水洗步骤之后通常设置有最终干燥步骤。
在膨润步骤中,是将上述聚乙烯醇膜浸渍于例如温度为30至55℃的处理浴(例如:纯水)中进行膜面水洗及膨润处理,膨润处理的时间通常为5至300秒,较佳为20至240秒。根据一些实施例,收容有处理浴的膨润槽内配置有复数个导引滚筒以搬送该聚乙烯醇膜。接续,令聚乙烯醇膜沿MD方向拉伸至原始长度的1.05至2.5倍后实施染色步骤。
在染色步骤中,将经过上述膨润步骤后的聚乙烯醇膜浸渍于收容有染色浴的染色槽中。染色处理的条件可依据使碘吸附于聚乙烯醇膜的范围内而不产生膜的极端溶解、失透等不良情况的范围内决定。在染色步骤的染色浴例如为含有碘及碘化钾的水溶液,染色浴中碘的浓度较佳为0.01wt%至0.5wt%,碘化钾的浓度较佳为0.01wt%至10wt%;具体实例可为但不限于浓度为0.037wt%的碘与浓度为1.85wt%的碘化钾的水溶液。另,亦可使用碘化锌等其他碘化物代替碘化钾,或可除碘化钾以外并用其他碘化物。染色浴的温度通常为20至40℃,例如为20℃、30℃或40℃,染色处理的时间(染色时间)通常为10至600秒,较佳为30至200秒。接着,令聚乙烯醇膜沿机械方向拉伸至原始长度的2至4倍后实施硼酸处理及延伸步骤。
在硼酸处理及延伸步骤中,利用包含硼酸的水溶液处理经碘染色的聚乙烯醇膜以令其交联,并且使吸附的碘固定于树脂中而进行。该步骤通常藉由将经过染色步骤后的聚乙烯醇膜浸渍于收容有包含硼酸的处理浴的固定槽中所进行。所述的硼酸处理浴较佳为除硼酸以外亦含有碘化物,此使用的碘化物可为碘化钾或碘化锌等,例如为含有硼酸及碘化钾各为5.5wt%浓度的水溶液。另,亦可使除碘化物以外的化合物共存于硼酸处理浴中,例如:氯化锌、氯化钴、氯化锆、硫代硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钠、硫酸钾、硫酸钠等。硼酸处理及延伸步骤通常于50至70℃下进行,较佳例如在55℃下进行;而处理时间通常为10至600秒,较佳为20至300秒,更佳为20至100秒。接着,令聚乙烯醇膜沿机械方向拉伸至原始长度的3倍以上后进行后续的步骤;延伸倍率的上限没有特别限制,但较佳为8倍以下,例如拉伸至包含但不限于3.3倍以上,如为3.3至8.0倍,更佳为3.5至6.0倍,特佳为4.0至5.5倍。
聚乙烯醇膜经过上述步骤以及后续的水洗及干燥步骤后,形成一偏光膜。在水洗及干燥步骤中,利用水或包含碘化物的水溶液清洗残留在膜面的碘液及硼酸,例如但不限于使用浓度为5.5wt%的碘化钾水溶液进行水洗。接着,再经干燥步骤,例如但不限于使用温度为60℃的烘箱干燥5分钟之后,进而形成一偏光膜。更进一步地,可在该偏光膜的至少一面形成一保护层,制成一偏光膜成品(或称为偏光片)。详言之,该保护层较佳为具有防止偏光膜的表面磨损等功能的构件,包含透明树脂。根据不同的实施例,该保护层可仅设置于该偏光膜的一个面,但较佳地是形成于该偏光膜的双面。该保护层可为透明树脂材料的保护膜;其透明树脂可为甲基丙烯酸甲酯系树脂等丙烯酸系树脂、烯烃系树脂、聚氯乙烯系树脂、纤维素系树脂、苯乙烯系树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯系共聚合树脂、丙烯腈-苯乙烯系共聚合树脂、聚乙酸乙烯酯系树脂、聚偏二氯乙烯系树脂、聚酰胺系树脂、聚缩醛系树脂、聚碳酸酯系树脂、改性聚苯醚系树脂、聚酯系树脂(聚对苯二甲酸丁二酯系树脂、聚对苯二甲酸乙二酯系树脂等)、聚砜系树脂、聚醚砜系树脂、聚芳酯系树脂、聚酰胺酰亚胺系树脂、聚酰亚胺系树脂、环氧系树脂、氧杂环丁烷系树脂等;较佳地使用纤维素系树脂,例如:三醋酸纤维素(TAC)。
实施例
在下文中,将进一步以详细说明与具体实施例描述本发明。然而,应理解这些具体实施例仅用于帮助可更加容易理解本发明而非用于限制本发明的范围。
1.聚乙烯醇膜制备
在此,本发明提供聚乙烯醇膜的非限制性制备方法。根据与以下公开的方法相似的方法,制备非限制性实施例聚乙烯醇膜(实施例1至12)及比较例聚乙烯醇膜(比较例1至5)。
以下为本实施例及比较例制造聚乙烯醇膜所共有的主要步骤,且下表1将详细呈现本实施例及比较例于一或多个制程参数上的差异:
[溶解制程]:加入平均聚合度分别为1500至3500(具体如表1所示)且碱化度99.95mol%的聚乙烯醇系树脂1800公斤、水4000公斤、可塑剂甘油180公斤于溶解桶中,边搅拌边分别提升溶解温度至130至165℃(具体如表1所示),及分别控制溶解时间为1至5小时(具体如表1所示);待溶解均匀后,加入水调整树脂浓度至30wt%,得到聚乙烯醇浇铸溶液。其中,实施例及比较例中使用的聚乙烯醇系树脂,是使用由乙酸乙烯酯聚合且未改性(即,不含其他共聚单体)的聚乙烯醇树脂;此外,聚乙烯醇树脂的具体的平均聚合度、溶解温度、溶解时间,请参酌表1所示。
[浇铸制程]:将该聚乙烯醇浇铸溶液输送至双螺旋押出机,经押出机再次混和均匀及消泡,控制该浇铸溶液温度为98℃,再将该浇铸溶液自T型狭缝模唇吐出,流延至旋转的高温浇铸鼓干燥制膜,形成一初成形膜。
[热辊制程]:将该聚乙烯醇初成形膜自浇铸鼓剥离后,以13个热辊接触干燥膜的上下两面,第1个热辊为全部热辊中最高温者,其为95℃;而接续的热辊温度由高至低逐渐降低,至第13个热辊温度降至30℃。
[烘箱制程]:使用浮动式烘箱进行干燥,在膜的上下两面以热风及红外光干燥,进而制成一聚乙烯醇膜成品。其中,在不同范例中,可在使用浮动式烘箱进行干燥时,进一步在膜的两侧以夹具夹持,施加TD方向的拉力维持膜在TD方向的尺寸。
其中,在上述浇铸、热辊及烘箱制程中,控制温度大于50℃的干燥的总时间(具体时长如表1所示)。
[调温调湿制程]:随后,再将该聚乙烯醇膜成品摆放至温度为45℃、相对湿度为50%的调温调湿箱处理30分钟,得到聚乙烯醇膜。
表1
2.偏光膜制备
在此,本发明提供由聚乙烯醇膜制备光学膜的非限制性方法,具体而言是指制备偏光膜的非限制性方法。根据以下公开的方法,将非限制性实施例聚乙烯醇膜(实施例1至12)及比较例聚乙烯醇膜(比较例1至5)制备成对应的偏光膜。
以下为本发明实施例及比较例制备偏光膜所共有的主要步骤:将聚乙烯醇膜放卷后,令其接着进入注满30℃纯水的膨润槽进行膜面水洗与膨润处理;聚乙烯醇膜沿机械方向拉伸至原始长度的1.2倍后,接着进入控温在30℃,含有浓度为0.037wt%的碘与浓度为1.85wt%的碘化钾的水溶液的染色槽中染色,同时将聚乙烯醇膜沿机械方向延伸至原始长度的3.4倍;染色完成后再进入控温在55℃且含有硼酸与碘化钾各为5.5wt%浓度的水溶液的延伸槽,并把聚乙烯醇膜沿机械方向延伸至原始长度的6倍后,以含有碘化钾5.5wt%的水溶液清洗残留在膜面的碘液与硼酸。接着,通过60℃烘箱干燥5分钟,上下两面再用三醋酸纤维素保护膜贴合并干燥,即能制成一偏光膜。
3.分析方法
在此,本发明提供上述实施例1至12及比较例1至5的聚乙烯醇膜的分析及试验方法。
碱化度
本发明的碱化度测定方法是依据JIS K 6726(1994)标准方法。
平均聚合度
本发明的聚合度测定方法是依据JIS K 6726(1994)标准方法。
膨润度
1.测试条件:将聚乙烯醇膜裁成MD方向10公分*TD方向10公分的正方形样本z将样本的边缘用长尾夹与玻璃夹在一起,进入55℃且浓度为4wt%的硼酸液里浸泡1分钟令其膨润;待膨润完毕,将样本连同玻璃取出,拆除长尾夹后将膨润后的样本摊平,并以游标尺分别测量膨润后的MD方向及TD方向的长度。
2.各向(MD方向及TD方向)的膨润度的计算公式:
3.面膨润度的计算公式:
E’转折点温度
1.仪器及其厂牌:TA仪器的DMA 850
2.样品制备方法:把聚乙烯醇膜裁成沿机械方向(MD)为5cm、沿幅宽方向(TD)为5mm的长条形,上机前将聚乙烯醇膜的含水率调整为8wt%至9wt%,使聚乙烯醇膜状态一致。接着,请参阅图2,将聚乙烯醇膜2的一端以一约1.11g的燕尾夹3夹正,另一端穿入浸泡拉伸夹具1,让聚乙烯醇膜2的一部分置于固定轴1a及下固定轴1b之间,使燕尾夹3下端3a距离浸泡拉伸夹具1为1cm(图2中所示的距离a),且聚乙烯醇膜2的上端2a与该浸泡拉伸夹具1上端具有预留空间;接着,锁紧上固定轴1a固定聚乙烯醇膜2。接着,请参阅图3,将整个浸泡拉伸夹具1连同其所夹持的聚乙烯醇膜2及燕尾夹3一并垂直地放入装有纯水的100mL烧杯4内使烧杯液面位于上固定轴,烧杯4于30℃恒温水槽(图中未示)内控温,使聚乙烯醇膜2负重(燕尾夹3的重量)膨润20分钟。最后,参阅图4,将浸泡拉伸夹具1由烧杯4取出后保持正立,以燕尾夹3的重量将聚乙烯醇膜2拉撑,确定聚乙烯醇膜2居中后,锁紧浸泡拉伸夹具1的下固定轴1b,再将多余的聚乙烯醇膜2c(即图4中网格状部分)剪除,样品即为夹持于浸泡拉伸夹具1中的经负重膨润的聚乙烯醇膜2b。
3.测试条件:上开样品再仍固定于浸泡拉伸夹具的状态下,选择震荡升温模式,将样品连同夹持其的浸泡拉伸夹具一起置入装满去离子水的浸泡水槽,频率设定1Hz,震幅设定200μm,持压(force track)设定200%,温度设定从30℃量测到65℃,分析前先以静态力0.15N将膜拉撑后才开始以1℃/min的升温速率分析并绘制储存模量(E’)对温度变化的曲线图。其中,热电偶感应端置于离水槽底部5mm高的位置。
4.数据处理:将储存模量(E’)的坐标轴改成线性坐标轴,使用仪器所附软件中内建的onset分析,设定onset分析温度区间为30至45℃,软件会自动带出转折点温度。
4.评价方法及结果
在此,本发明提供针对实施例及比较例的聚乙烯醇膜及偏光膜的评价方法,以及其与上述分析内容的对应结果。
偏光度评价
测试条件:将偏光膜裁成二个MD方向4公分*TD方向4公分的正方形样本,将该二个偏光膜样本以MD方向(即流向方向)平行的形式相互重叠,使用分光光度计在波长为700纳米的光的照射下测定透光率(H11);将再将该二个偏光膜样本以MD方向垂直的形式相互重叠,在波长为700纳米的光的照射下测定透光率(H1),并以下列偏光度公式计算:偏光度(%)=[(H11-H1)/(H11+H1)]1/2。
偏光度衰退值评价
测试条件:将偏光膜置入80℃烘箱热处理500小时,重新测量偏光度,并利用下列公式计算偏光度衰退值:偏光度衰退值(%)=|经热处理后的偏光度-原始的偏光度|。
进一步地,将本发明实施例1至12及比较例1至5的聚乙烯醇膜的面膨润度及E’转折点温度与对应的偏光膜的偏光度评价及偏光度衰退值评价一并呈现于表2。
表2
根据表2可见,实施例1至12的聚乙烯醇膜样本在面膨润度及在E’转折点温度的分析中,分别所测得的面膨润度皆在17.0%至38.0%中,_且E’转折点温度皆在37至40℃;该些聚乙烯醇膜所制得的偏光膜的偏光度皆大于99.99%,且偏光度衰退值皆小于等于0.010%,进而可获得优异的偏光度评价及偏光度衰退值评价。反之,比较例1至5的聚乙烯醇膜样本在面膨润度及在E’转折点温度的分析中,所测得的面膨润度及E’转折点温度无法同时落在上述的特定范围内,且该些聚乙烯醇膜所制得的偏光膜的偏光度衰退值皆大于0.010%,而无法同时在偏光度评价及偏光度衰退值评价中获得理想的结果。有鉴于此,唯有控制聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0至38.0%,且该聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃,方能令其所制得的偏光膜在具备良好偏光度的同时,亦可改善偏光度衰退的情形。
收缩率评价
1.测试条件:将偏光膜裁成MD方向10公分*TD方向10公分的正方形样本,将其置入80℃烘箱热处理500小时,取出后回复至室温,再使用游标尺测量MD方向及TD方向的长度,并以下列收缩率公式来计算得到MD方向收缩率、TD方向收缩率及面收缩率。
2.各向(MD方向及TD方向)收缩率公式:
3.面收缩率公式:
进一步地,将本发明实施例1至12及比较例1至5的聚乙烯醇膜的TD方向膨润度、MD方向膨润度、膨润度的差值及膨润度的比值(TD/MD),与对应的偏光膜的面收缩率、TD方向收缩率及MD方向收缩率一并呈现于表3。
表3
备注:*代表易断膜
根据表3可见,实施例1至12的聚乙烯醇膜的面膨润度、TD方向膨润度及MD方向膨润度同时分别于17.0%至38.0%,9.0%至18.0%及于7.5%至18.0%的范围内,因此所制得的偏光膜具有面收缩率小于等于2%,TD方向收缩率小于等于1%,且MD方向收缩率小于等于1%的特性。进一步观察可见,比较例3虽在偏光膜的面收缩率、TD方向收缩率及MD方向收缩率的表现皆为理想,然而其在上开偏光度评价及偏光度衰退值评价结果皆不佳,故仍不具备本案所欲达成的功效,且在实验过程中发现,其聚乙烯醇膜在偏光膜制程中容易发生断膜的情形。综上所述,当控制聚乙烯醇膜的面膨润度为17.0%至38.0%,TD方向膨润度为9.0%至18.0%,且MD方向膨润度为7.5%至18.0%,其所制得的偏光膜可进一步具有收缩率小,且经长时间在高热环境的使用下不易变形的特性。
本文中,所提供的所有范围旨在包括在给定的范围内的每个特定范围以及在该给定范围之间的子范围的组合。此外,除非另有说明,否则本文提供的所有范围皆包括所述范围的端点。从而,范围1-5具体包括1、2、3、4和5,以及诸如2-5、3-5、2-3、2-4、1-4等子范围。
在本说明书中引用的所有刊物和专利申请案皆通过引用并入本文,并且出于任何及所有目的,每一个别刊物或专利申请案皆明确且份别地指出以通过引用并入本文。在本文与通过引用并入本文的任何刊物或专利申请案的间存在不一致的情况下,以本文为准。
符号说明
1 浸泡拉伸夹具
1a 上固定轴
1b 下固定轴
2 聚乙烯醇膜
2a 上端
2b 经负重膨润的聚乙烯醇膜
2c 多余的聚乙烯醇膜
3 燕尾夹
3a 底端
4 烧杯
a 距离
Claims (16)
1.一种聚乙烯醇膜,包含碱化度为95mol%或以上的聚乙烯醇树脂;其中,所述聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的面膨润度为17.0%至38.0%,且所述聚乙烯醇膜在水中于30℃至55℃区间的储存模量(E’)具有一转折点温度为37至40℃。
2.如权利要求1的聚乙烯醇膜,其中,所述面膨润度为17.5%至35.0%,且所述转折点温度为37.8至38.5℃。
3.如权利要求1的聚乙烯醇膜,其中,所述聚乙烯醇膜在55℃的4wt%硼酸液中浸泡1分钟所得的TD(Transverse Direction)方向膨润度为9.0%至18.0%,且MD(MachineDirection)方向膨润度为7.5%至18.0%。
4.如权利要求3的聚乙烯醇膜,其中,所述TD方向膨润度为9.0%至16.5%,且所述MD方向膨润度为8.0%至16.0%。
5.如权利要求3的聚乙烯醇膜,其中,所述TD方向膨润度与所述MD方向膨润度的差值的绝对值为小于或等于5%。
6.如权利要求3的聚乙烯醇膜,其中所述TD方向膨润度与MD方向膨润度的比值为0.9至1.7。
7.如权利要求5的聚乙烯醇膜,其中所述TD方向膨润度与MD方向膨润度的比值为0.95至1.60。
8.如权利要求1至7任一项的聚乙烯醇膜,其中,所述聚乙烯醇树脂的平均聚合度为1500至3500。
9.如权利要求8的聚乙烯醇膜,其中,所述聚乙烯醇树脂的平均聚合度为2000至3500。
10.如权利要求1至7任一项的聚乙烯醇膜,其中,所述聚乙烯醇膜的厚度为30至75μm。
11.一种光学膜,其是由如权利要求1至10任一项的聚乙烯醇膜所制得。
12.如权利要求11的光学膜,其是偏光膜。
13.如权利要求12的光学膜,其中所述偏光膜的偏光度大于等于99.99%。
14.如权利要求12的光学膜,其中所述偏光膜经80℃热处理500小时,其偏光度衰退值小于等于0.01%。
15.如权利要求12的光学膜,其中所述偏光膜经80℃热处理500小时,其面收缩率小于等于2%。
16.如权利要求12的光学膜,其中所述偏光膜经80℃热处理500小时,其TD方向收缩率及MD方向收缩率皆小于等于1%。
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