一種高表面張力及硬度的光學聚酯膜的製作方法
2023-05-13 15:07:11 3
本發明公開了一種由合成樹脂組成的層狀產品，特別是一種由聚酯組成的層狀產品。
背景技術：
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聚酯薄膜由於其有著良好的機械性能、電器絕緣性能以及優良的光學性能及柔韌性，作為支持體廣泛應用到電器絕緣行業、平板顯示器行業、光伏材料行業、及膜內注塑、硬式保護等，但由於聚酯薄膜表面的表面張力較低，在其後期加工成擴散片、稜鏡片等一系列功能膜時，聚酯薄膜的表面必須經過化學處理，也就是在聚酯薄膜的表面塗覆一層易粘接層，來提高聚酯表面的表面張力，提高與功能層粘結牢度和附著力，否則，會造成功能層在聚酯薄膜表面脫落。在聚酯表面進行塗覆時，工藝繁瑣，且在塗覆易粘接層時易出現條道、泡點、劃傷等一系列的塗布表觀弊病。再者：在以往的聚酯薄膜中，薄膜表面的硬度較低，在生產及使用過程中極易產生劃傷、蹭傷等弊病，影響聚酯薄膜的後期使用，為了解決這一問題是在聚酯薄膜經化學處理後，再塗覆一層硬化塗層，提高聚酯表面的硬度。
技術實現要素：
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本發明的目的旨在克服上述現有技術中的不足，提供一種雙向拉伸的高表面張力及硬度的光學聚酯膜，改善聚酯表面的表面張力及表面硬度，提高聚酯表面的附著牢度與抗劃傷性能。
實現本發明目的所採用的技術方案是：
一種高表面張力及硬度的光學聚酯膜，採用單層A、兩層A/B、三層A/B/A或A/B/C共擠的雙向拉伸聚酯薄膜，A層或A、C層含有4.4′-二羥基二苯碸、4.4′-二羥基二苯甲酮二元醇、及均苯三甲酸、均苯四甲酸與間苯二甲酸、2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉化合物進行改性的聚酯，薄膜的厚度為12μm～350μm。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述A、C層中的改性聚酯在所採用的酸為對苯二甲酸、間苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉，其中間苯二甲酸的含量佔酸摩爾含量2～15％，均苯三甲酸與均苯四甲酸的含量佔酸摩爾含量的0.5～8％，2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉佔酸摩爾含量的3％～20％，對苯二甲酸佔總體含量的57％～94.5％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述A、C層中的改性聚酯所採用的酸為對苯二甲酸、間苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸，其中均苯三甲酸、均苯四甲酸佔酸總摩爾含量為1.5％～7％，2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉佔總酸摩爾含量為7％～15％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述A、C層中改性聚酯在所採用的二元醇為4.4′-二羥基二苯碸、4.4′-二羥基二苯甲酮、乙二醇等，其中4.4′-二羥基二苯碸佔二元醇摩爾含量的5％～55％，4.4′-二羥基二苯甲酮佔二元醇摩爾含量的0％～10％，乙二醇佔二元醇含量的35％～95％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述A、C層中的改性聚酯在所採用的二元醇為4.4′-二羥基二苯碸、4.4′-二羥基二苯甲酮、乙二醇等，其中4.4′-二羥基二苯碸佔二元醇摩爾含量為5％～30％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述光學聚酯膜採用單層結構A，單層結構的厚度為12μm～350μm。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述光學聚酯膜兩層A/B，其中A層佔總體厚度的3％～50％，優選7％～30％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述光學聚酯膜A/B/A,其中A層佔總體厚度的2％～25％，優選5％～15％。
上述高表面張力及硬度的光學聚酯膜，所述光學聚酯膜A/B/C，其中A層佔總體厚度的2％～25％，C層佔總體厚度的2％～25％，A層和C層的厚度相同或不相同度。
與現有技術相比，本發明提供的光學聚酯膜，採用4.4′-二羥基二苯碸、4.4′-二羥基二苯甲酮的二元醇及及均苯三甲酸、均苯四甲酸與間苯二甲酸、2.6-二羧酸萘-4-磺酸等多元化合物的改性聚酯，採用了現有的拉伸工藝，操作簡單易行，對聚酯薄膜表面的表面性能進行改善，提高了提高與功能層粘結牢度和附著力。本發明提高了聚酯薄膜表面的硬度與抗劃傷性能，其表面的張力大於38dyn/cm，表面硬度為HB以上，可廣泛應用於背光源模組中擴散片、稜鏡片、保護膜、膜內裝飾、窗膜、光伏材料的深加工。
具體實施方式：
本發明光學聚酯膜的表面採用了提高聚酯表面活性基團及聚酯表面硬度的剛性基團的共聚酯，所用的二元醇可以為4.4′-二羥基二苯碸、4.4′-二羥基二苯甲酮、乙二醇中的三種二元醇，也可以為4.4′-二羥基二苯碸與乙二醇兩種二元醇。所選用的酸為間苯二甲酸、2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉、均苯四甲酸、均苯三甲酸，羧酸基和磺酸基都是提高聚酯材料的活性集團和表面張力，2.6-二羥基萘基團為剛型基團，提高聚酯材料表面的挺度與硬度。
改性聚酯在合成過程中，可採用三氧化二銻、乙二醇銻、醋酸銻等銻系催化劑，也可採用二氧化鍺等鍺系催化體系，可採用鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、四氯鈦酸、螯合性鈦化合物，也可以是不同的催化劑體系進行復配。
改性聚酯在合成過程中，可以不添加穩定劑，也可以添加穩定劑，添加穩定劑可選磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸、磷酸基乙酸三乙酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯等穩定劑，磷的含量可以0ppm～5000ppm。
在A、C層中，可添加有爽滑粒子或含有爽滑粒子的母料，如二氧化矽、有機矽、碳酸鈣、硫酸鋇、PMMA、PS等。
在A、C中，可添加有功能性化合物，如抗氧化劑、防靜電劑、紫外吸收劑。
改性聚酯的特性粘度為0.55dl/g～0.8dl/g。
本發明所述光學聚酯膜採用單層A、兩層A/B、三層A/B/A或A/B/C共擠的雙向拉伸聚酯薄膜；B層所用的聚酯，指由二醇和二羧酸縮聚所的得到的聚酯，二醇以乙二醇、1.4-環己烷二甲醇、1.3-丙二醇、1.4-丁二醇等二元醇為代表，二羧酸和對苯二甲酸、間苯二甲酸、2.6-萘二甲酸、已二酸、癸二酸等，二元醇可以是乙二醇、1.4-環己烷二甲醇、丁二醇、丙二醇等一種或二種、多種二元醇與對苯二甲酸、間苯二甲酸等一種或多種酸聚合而得。從機械性能、熱性能、耐溶劑性等優選對苯二甲酸乙二醇酯和2.6-萘二甲酸乙二醇酯。優選對苯二甲酸乙二醇酯。
B層聚酯的特性粘度優選為0.55dl/g～0.8dl/g。
本發明在B層可添加有抗氧化劑、紫外吸收劑、爽滑粒子等功能性化合物。在本發明中膜的總厚度為12μm～350μm。本發明中，光學聚酯膜可採用單層結構A，單層結構的厚度為12μm～350μm。
在本發明中，光學聚酯膜兩層A/B，其中A層佔總體厚度的3％～50％，優選7％～30％。在本發明中，光學聚酯膜A/B/A,其中A層佔總體厚度的2％～25％，優選5％～15％。
在本發明中，光學聚酯膜A/B/C，其中A層佔總體厚度的2％～25％，C層佔總體厚度的2％～25％，A層和C層的厚度相同或不相同度。
在本發明中，光學聚酯膜A層和C層可以是相同成分的改性聚酯，也可以是不同結構的改性聚酯。在本發明中，光學聚酯膜，是通過熔融擠出、鑄片、縱拉、橫拉、牽引和收卷得到的。具體的製備方法為：
1、將混合好的基材B層的聚酯原料和含有本發明的改性聚酯的A層、C(表層)的混合料，送入到相應擠出系統熔融擠出。
2、基材層B層和表層A或C層的熔體經共擠模頭，流延在轉動的冷卻輥上，形成多層的無定型的聚酯鑄片。冷卻輥的溫度為15℃～40℃。
3、將冷卻後的鑄片預熱拉伸，縱向的拉伸比為2.7～3.5。
4、將縱向拉伸後的預熱後，橫向拉伸，橫向拉伸比為3.2～4.5。
5、將拉伸後的薄膜熱定型，冷卻後收卷。
本發明可選用雙向拉伸製備工藝，可獲得令人滿意的機械性能和物理性能及平整性。
實施例1
改性聚酯的合成：
將800摩爾的PTA對苯二甲酸、25摩爾的間苯二甲酸、150摩爾的2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉、與10摩爾的均苯三甲酸、15摩爾的均苯四甲酸。1000摩爾的乙二醇、300摩爾的4.4-二羥基二苯碸、50摩爾4.4′-二羥基二苯甲酮、25克的醋酸銻、38.6克鈦酸四丁酯、17.5克的磷酸三甲酯混合攪拌均勻後，加入到酯化釜中，用氮氣將反應釜中的空氣置換完全後，開始升溫到235℃,壓力為250KPa，開始酯化,酯化時間約為2.5小時，酯化畢，升溫到265℃,建立真空，壓力小於40Pa，縮聚時間約為2小時，切片的特性粘度值為：0.665dl/g。
將純淨的PET聚酯切片與平均粒徑為2.00μm二氧化矽聚酯母粒切片進行均勻混合，其中2.00μm二氧化矽佔總的聚酯切片的含量為50ppm。將這二種原料混合完畢後，作為芯層(B層)的原料在160℃結晶乾燥，然後將物料送入單螺杆擠出機，在275℃的條件下熔融擠出。
將實施例1中所合成的改性聚酯(其中4.4-二羥基二苯碸約佔二元醇總的摩爾含量30％、4.4′-二羥基二苯甲酮約佔二元醇5％，間苯二甲酸佔總酸摩爾數2.5％，2.6-二羧酸萘-4-磺酸鈉佔總酸摩爾數15％、均苯三甲酸、均苯四甲酸佔總酸摩爾數的2.5％)，與平均粒徑為0.015μm二氧化矽爽滑劑的聚酯母粒切片、平均粒徑為2.0μm二氧化矽的聚酯母粒切片進行均勻混合，最終使平均粒徑為0.015μm二氧化矽佔總的聚酯切片的含量為800ppm，平均粒徑為2.0μm的二氧化矽佔總的聚酯切片的含量為400ppm，將這三種原料混合完畢後，作為表層(A層)的原料送入到雙螺杆擠出機，在280℃的條件下熔融擠出。
將上述兩種熔融物料通過一共擠模頭，將熔體流延到一轉動的冷卻輥上，成為無定型的A/B/A的三層結構厚片。將此厚片預熱到85℃，隨後縱拉3.0倍，將縱拉伸的厚的片膜，送到橫向拉伸機中，在120℃條件下，將片膜橫向拉伸3.8倍，將在225℃的溫度下熱定型後，150℃鬆弛後，製成厚度為A/B/A結構188μm的膜，其A/B/A的厚度比為8/84/8。
實施例2～12
用類似實施例1的製備方法，根據表1中A、C聚酯成分的構成，添加劑的成分、粒徑大小及含量，表2中B層聚酯成分及添加劑的構成，製備出不同厚度的光學聚酯膜。
比較例1
將純淨的PET聚酯切片與平均粒徑為2.00μm二氧化矽聚酯母粒切片進行均勻混合，其中2.00μm二氧化矽佔總的聚酯切片的含量為50ppm。將這二種原料混合完畢後，作為芯層(B層)的原料在160℃結晶乾燥，然後將物料送入單螺杆擠出機，在275℃的條件下熔融擠出。
將純的PET聚酯切片與含有平均粒徑為0.080μm二氧化矽爽滑劑的聚酯母料切片，以及平均粒徑為3.0μm二氧化矽的聚酯切片混合均勻，最終使0.080μm二氧化矽含量佔聚酯切片含量600ppm，3.0μm二氧化矽含量佔聚酯含量切片150PPm，將混合料為表層(A層)送入到雙螺杆擠出機，在280℃的條件下熔融擠出。
將上述兩種熔融物料通過共擠摸頭，將熔體流延到一轉動的冷卻輥上，成為無定型的A/B/A的三層共擠結構的厚片，厚片採用與實施例一類似的製造工藝進行製備，製成厚度為250μm的厚膜，其A/B/A結構膜的厚度比例為5/90/5。
比較例2
將純淨的PET聚酯切片與平均粒徑為2.00μm二氧化矽聚酯母粒切片進行均勻混合，其中2.00μm二氧化矽佔總的聚酯切片的含量為50ppm。將這二種原料混合完畢後，作為芯層(B層)的原料在160℃結晶乾燥，然後將物料送入單螺杆擠出機，在275℃的條件下熔融擠出。
將用的間苯二甲酸改性PET聚酯切片與含有平均粒徑為2.0μm二氧化矽的聚酯切片混合均勻，二氧化矽含量佔聚酯切片含量600ppm，將混合料為表層(A層)送入到雙螺杆擠出機，在280℃的條件下熔融擠出。
將上述兩種物料，與比較例1相同的方式，製成厚度為188μm的厚膜，其A/B/A結構膜的厚度比例為5/90/5。
表一
表2
具體實施效果
表面張力的檢測方法：舒曼達因筆測試；
表面硬度的檢測方法：GBT6739-1996塗膜鉛筆硬度測試法，750g；
特性粘度的檢測方法：GBT14190-2008(5.1.1)。