一种三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺的制作方法

本发明涉及一种薄膜的制备工艺，特别涉及一种用三醋酸纤维素酯薄膜破碎物和混合溶剂制备三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺。

背景技术：

在近年来不断普及的液晶显示器各显示装置中，三醋酸纤维素酯薄膜由于具有优异的光学、物理特性，被广泛应用于偏光片的支持体和保护膜。

三醋酸纤维素酯薄膜制备工艺通常采用溶液制膜法，具体工艺是将三醋酸纤维素酯溶解于混合溶剂形成聚合物溶液(以下简称棉胶)，经过滤，使用流延模具将棉胶排出至流延支撑体上，当支撑体上的流延膜具备支撑性后，将流延膜从流延支撑体上剥离，形成润湿膜，进一步对润湿膜进行干燥，成膜，收卷，从而得到膜厚均匀，光学各项同性的三醋酸纤维素酯薄膜。

在溶液制膜法中，为了防止三醋酸纤维素酯薄膜产生松弛、褶皱等弊病，保持三醋酸纤维素酯薄膜的光学特性在要求范围内，在从连续运转的钢带上剥离后，通常会使用夹具夹持三醋酸纤维素酯薄膜宽度方向上的两端，(以下简称片边)进行沿宽度方向上的拉伸处理。实施拉伸处理的膜的片边中，会残留夹具夹持的痕迹，所以无法用作成品膜。往往会从经过拉伸处理的膜中切除片边，将片边以外的部分作为成品收卷包装。

如果废弃从三醋酸纤维素酯薄膜中切除的片边，会导致生产成本增加及环境污染等问题。因此，通常做法是，工业生产中往往会使用粉碎机将片边切成碎片，使其作为原料，溶解于混合溶剂中，重新得到棉胶，以此循环利用。

现有三醋酸纤维素酯薄膜生产工艺如下：

1三醋酸纤维素酯棉胶制备工艺

现有三醋酸纤维素酯棉胶液的制备工艺主要包括棉胶混合液制备工艺，棉胶混合液过滤和恒温静置消泡三个过程。

(1)棉胶混合液制备工艺

将混合溶剂添加到反应釜，加入助剂，开启反应釜搅拌及夹套水，控制平稳转速。然后将三醋酸纤维素酯和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物按照配方比例3:2混合后添加到含有混合溶剂和助剂的反应釜中。调整搅拌转速、夹套水温等溶解工艺，进行三醋酸纤维素酯溶解，溶解时间6h，制备均匀透明的三醋酸纤维素酯棉胶混合液。

(2)棉胶混合液过滤

为除掉棉胶混合液中的机械杂质和不溶物，需要对棉胶混合液进行多次过滤。溶解完全的棉胶混合液用齿轮泵从反应釜中排出，经粗过滤器过滤，以除去混合溶液中可能存在较大的凝胶块及其它机械杂质，进入中间储液罐。由齿轮泵加压，进入板框压滤机进行多次精细过滤，过滤精度控制在5-10μm，滤液进入中间贮槽备用。

(3)恒温静置消泡

精细过滤后的棉胶混合液在有夹套水的恒温器内进行恒温静置消除气泡。经恒温静置消除气泡后的棉胶混合液进入流延工序。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

工序1制备的棉胶混合液经管道进入三螺杆泵、过滤器、静态混合器、弯管铜网、输送到流延嘴。经流延嘴排挤到连续运转的流延支持体上，干燥，剥离，拉伸牵引，干燥收卷成轴。

但是，在现有技术中，存在很多缺陷和不足。主要包括以下几个方面：(1)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物和三醋酸纤维素酯在混合溶剂中溶解度参数不同，溶解速度不一致，同时溶解制备的棉胶粘度、固含量之间存在差异，现有工艺中先将三醋酸纤维素酯和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物提前按照配方比例进行混合，在相同的工艺条件下进行溶解，会造成原料溶解不充分，三醋酸纤维素酯薄膜破碎物和三醋酸纤维素酯之间将会形成一种相互包覆的状态，造成溶解速度缓慢，溶解不充分，同时在棉胶混合液中容易形成较多的凝胶点，造成棉胶混合液质量下降，最终凝胶点会流延到三醋酸纤维素酯薄膜中，产生大量不同形状和尺寸的晶点和点状弊病，并且这种棉胶溶液在形成润湿膜后，从支撑体上剥离时，容易造成剥离残留，影响三醋酸纤维素薄膜的光学性能和表观性能。(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物在加工、运输和储存过程中会混入一定量的机械杂质，这部分机械杂质如果没有进行粗过滤，直接精细过滤，会影响过滤材料的过滤效率和使用寿命；(3)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物中含有第一次成膜过程中添加的多种助剂，循环利用三醋酸纤维素酯薄膜破碎物时，需要根据所制造薄膜的种类决定三醋酸纤维素酯薄膜破碎物和原料三醋酸纤维素酯的混合比例后再制备棉胶混合液，提前混合溶解易造成添加助剂含量不准确和棉胶种类切换不方便的现象发生。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，它将三醋酸纤维素酯薄膜破碎物循环利用，并且可以高效地制备光学性能和表观性能优异的三醋酸纤维素酯薄膜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，包括以下步骤：

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360-380份进行添加，常温溶解2-3h后，高温50-60℃，加压1-1.2MPa，溶解3-4h，静置得到三醋酸纤维素酯棉胶液；

(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380-400份进行添加，常温溶解3-4h后，高温60-80℃，加压1.4-1.8MPa，溶解4-6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液；

(3)将三醋酸纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例2:3～4:1进行混合，对棉胶混合液进行加热，温度控制在30-70℃，加热时间是2-3h，过滤，过滤精度控制在1-10μm；

(4)将过滤后的棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在60-100℃，压力控制在1.6-3Mpa，时间1-2h，然后精细过滤，精度控制在1-5μm，最后对过滤后的棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶混合液浓度为18wt％以上，22wt％以下。

(5)将棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

上述三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，对纤维素酯棉胶混合液的加热温度控制在40-60℃，对过滤后的纤维素酯棉胶混合液加热温度控制在70-90℃，压力控制在2-2.6MPa。

上述三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，混合溶剂由主溶剂和助溶剂组成，主溶剂为二氯甲烷和醋酸甲酯中的至少一种，比例为80wt％以上，90wt％以下；助溶剂为正丁醇和甲醇中的至少一种，正丁醇加入比例为0.3wt％～3wt％，甲醇加入比例为10wt％～20wt％。

上述三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，分别对三醋酸纤维素和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物进行过滤，过滤精度为5-10μm。

上述三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，给纤维素酯棉胶混合液加热前，需要向纤维素酯棉胶混合液中补充3％-5％wt(重量)的混合溶剂，并对加热温度要求控制30-60℃，优选温度控制在40-50℃。

上述三醋酸纤维素酯薄膜的制备工艺，对精细过滤后纤维素酯棉胶混合液需进行加热加压溶解，加热温度要求优选控制在70-90℃，压力优选控制在2-2.6MPa。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案，最终能使三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液和三醋酸纤维素酯棉胶液均匀混合，能高效地减少纤维素酯棉胶混合液中存在的凝胶点，减少最终成膜产品中的点状缺陷，能显著地改善薄膜的力学性能。同时能做到不同薄膜片种的随意切换，在满足三醋酸纤维素酯薄膜破碎物循环利用和棉胶片种切换要求的同时，能高效地制备光学特性优异的薄膜。

附图说明

图1是现有棉胶制备工艺；

图中各标号分别表示为：E-11、混合溶剂制备单元，E-22、混合棉胶液制备单元，E-3、混合棉胶液中储罐1，E-44、混合棉胶液中储罐2，V-11、混合棉胶液粗过滤器，V-22、第一级板框过滤设备，V-33、第二级板框过滤设备。

图2是本发明混合棉胶制备工艺；

图中各标号分别表示为：E-1、三醋酸纤维素酯棉胶液制备单元E-2、三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液制备单元，E-3、混合溶剂制备单元，E-4、棉胶混合罐，E-5、静态混合器，E-7、高温加压反应釜，E-8、冷凝塔，E-9、混合溶剂回收罐，V-1、三醋酸纤维素酯棉胶液粗过滤器，V-2、三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液粗滤器，V-3、板框过滤设备，V-4、精细过滤器。

图3是三醋酸纤维素酯薄膜流延工艺；

图中各标号分别表示为：1、流延咀，2、流延支撑体前鼓，3、流延支撑体，4、流延支撑体后鼓，5、拉伸机，6、干燥箱，7、收卷室。

具体实施方式

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

本发明的实施例中使用纤维素酯棉胶液制备单元E-1，三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液制备单元E-2和混合溶剂制备单元E-3，分别由针形调节阀和计量泵通过管路P-1和P-2进行连接(见图2)。另外，管路P-3连接来自棉胶制备单元E-1中纤维素酯棉胶液，在管路P-3中设置有纤维素酯棉胶液粗过滤器V-1，过滤掉不溶性机械杂质；管路P-4连接来自棉胶制备单元E-2中三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，在管路P-4中设置有三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液粗滤器V-2，过滤掉三醋酸纤维素酯薄膜破碎物中的不溶性杂质。将初级过滤后的纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液在棉胶混合罐E-4进行初级混合，得到纤维素酯棉胶混合液，将工序1中初级混合后的纤维素酯棉胶混合液经过针形调节阀，三螺杆泵由管路P-5输送至静态混合器E-5中进行第二次均匀混合，经由管路P-6输送至板框过滤设备V-3中，进行第一次精细过滤，第一次精细过滤后的纤维素酯棉胶混合液通过三螺杆泵由管路P-7输送到高温加压反应釜E-7中，并将高温蒸发的溶剂通过管路P-10回收至混合溶剂回收罐E-9中。高温加压加热溶解后的纤维素酯棉胶混合液，经过管道P-8输送至精细过滤器V-4中，经过再次精细过滤后，由管路P-9输送到浓缩冷凝塔E-8中进行浓缩，得到符合浓度要求的纤维素酯棉胶混合液。上述过滤方式可以使用助剂过滤，高分子膜材过滤、金属烧结芯过滤和板框过滤。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将工序1中制得的纤维素酯棉胶混合液经过三螺杆泵，弯管铜网，进入流延嘴，流延嘴内的纤维素酯棉胶混合液在螺杆泵的压力下从流延嘴缝挤出，均匀排挤到连续运转地流延支撑体上。流延系统为一密闭循环系统，通过送风和导热管两种方式加热流延支撑体上润湿膜，使润湿膜干燥成具有一定含湿量和机械强度的薄膜，到达流延支撑体前鼓剥离轴处进行剥离，同时热风带走部分挥发的溶剂，进入溶液储存罐，以备回收循环利用。剥离后的润湿膜进入拉伸机，由拉伸机内夹具夹持牵引前进，进入干燥箱继续干燥，充分干燥后，经由平衡箱进行平衡后，到达收卷区，经切片边、压花边后进行收卷，得到均匀透明的三醋酸纤维素酯薄膜。

实施例1

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360份进行添加，常温溶解3h后，高温60℃，加压1.2MPa，溶解3h，静置得到纤维素酯棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380份进行添加，常温溶解4h后，高温80℃，加压1.8MPa，溶解6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(3)将纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例3:2进行混合，并向棉胶混合液中补充3％wt(重量)的混合溶剂，对纤维素酯棉胶混合液进行加热，温度40℃，加热时间是2h，过滤，过滤精度控制在10μm；

(4)将过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在60℃，压力控制在1.6MPa，时间60min，然后精细过滤，精度控制在5μm，最后对过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶浓度为18wt％。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

实施例2

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360份进行添加，常温溶解3h后，高温60℃，加压1.2MPa，溶解3h，静置得到纤维素酯棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380份进行添加，常温溶解4h后，高温80℃，加压1.8MPa，溶解6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(3)将纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例3:2进行混合，并向棉胶混合液中补充3％wt(重量)的混合溶剂，对纤维素酯棉胶混合液进行加热，温度40℃，加热时间是2h，过滤，过滤精度控制在8μm；

(4)将过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在70℃，压力控制在2MPa，时间60min，然后精细过滤，精度控制在5μm，最后对过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶浓度为18wt％。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

实施例3

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360份进行添加，常温溶解3h后，高温60℃，加压1.2MPa，溶解3h，静置得到纤维素酯棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380份进行添加，常温溶解4h后，高温80℃，加压1.8MPa，溶解6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(3)将纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例3:2进行混合，并向棉胶混合液中补充4％wt(重量)的混合溶剂，对纤维素酯棉胶混合液进行加热，温度40℃，加热时间是2h，过滤，过滤精度控制在5μm；

(4)将过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在80℃，压力控制在2.2MPa，时间60min，然后精细过滤，精度控制在1μm，最后对过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶浓度为18wt％。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

实施例4

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360份进行添加，常温溶解3h后，高温60℃，加压1.2MPa，溶解3h，静置得到纤维素酯棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380份进行添加，常温溶解4h后，高温80℃，加压1.8MPa，溶解6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(3)将纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例3:2进行混合，并向棉胶混合液中补充5％wt(重量)的混合溶剂，对纤维素酯棉胶混合液进行加热，温度40℃，加热时间是2h，过滤，过滤精度控制在5μm；

(4)将过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在90℃，压力控制在2.6MPa，时间60min，然后精细过滤，精度控制在1μm，最后对过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶浓度为18wt％。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

实施例5

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

(1)三醋酸纤维素酯与混合溶剂比例按照100份：360份进行添加，常温溶解3h后，高温60℃，加压1.2MPa，溶解3h，静置得到纤维素酯棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(2)三醋酸纤维素酯薄膜破碎物与混合溶剂比例按照100份：380份进行添加，常温溶解4h后，高温80℃，加压1.8MPa，溶解6h，静置得到三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液，过滤，过滤精度控制在10μm；

(3)将纤维素酯棉胶液和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物棉胶液按照比例3:2进行混合，并向棉胶混合液中补充5％wt(重量)的混合溶剂，对纤维素酯棉胶混合液进行加热，温度40℃，加热时间是2h，过滤，过滤精度控制在5μm；

(4)将过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行高温高压溶解，加热温度控制在100℃，压力控制在3MPa，时间60min，然后精细过滤，精度控制在1μm，最后对过滤后的纤维素酯棉胶混合液进行蒸发浓缩，控制棉胶浓度为18wt％。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。

对比例1

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

将三醋酸纤维素酯原料和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物提前按照质量比3:2进行混合，在反应釜内用混合溶剂进行充分溶解，并加热到40℃，进行粗过滤，过滤精度为10μm，进行静态均匀混合，将静混均匀后的纤维素酯棉胶混合液进行精细过滤，过滤精度为10μm，然后将纤维素酯棉胶混合液冷却浓缩至质量浓度为18％，供流延使用。取样测试纤维素酯棉胶混合液性能。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。取样进行薄膜性能测试。

对比例2

1三醋酸纤维素酯棉胶混合液制备工艺

将三醋酸纤维素酯原料和三醋酸纤维素酯薄膜破碎物提前按照质量比3:2进行混合，在反应釜内用混合溶剂进行充分溶解，并加热到40℃，进行过滤，过滤精度为10μm，进行静态均匀混合，将静混均匀后的纤维素酯棉胶混合液进行高温加热加压溶解，加热温度为80℃，压力为2.2Mpa，将高温加热加压溶解后的纤维素酯棉胶混合液进行第二次精细过滤，过滤精度5μm，将第二次精细过滤后的棉胶输送至冷却塔中冷却浓缩至质量浓度为18％，供流延使用。取样测试冷却浓缩后纤维素酯棉胶混合液中凝胶点个数。

2三醋酸纤维素酯薄膜流延成型工艺

将三醋酸纤维素酯棉胶混合液经由三螺杆泵输送到流延嘴，通过流延嘴排挤到流延支撑体上，在支撑体上形成均匀透明流延膜，当流延膜具备支撑性后，进行剥离，鼓风干燥，收卷，得到三醋酸纤维素酯薄膜。取样进行薄膜性能测试，测试结果如表1所示。

评价方法：

棉胶混合液性能测试：用洁净的透明烧杯取棉胶液100ml，密封，待消泡完毕后，在暗室条件下，在烧杯前后两侧分别放置一片平行偏光片，用一束强光从偏光片前照射，穿透棉胶溶液，观测这100ml棉胶内所含不溶颗粒的数目。记录测试数据(凝胶点数量/100ml)。

三醋酸纤维素酯薄膜晶点数量测试：随机取全幅宽片基1×1m²，用10cm×10cm标尺随机选取10个区间，在光学显微镜下放大10×5倍，分别计数三醋酸纤维素酯薄膜这10个区间中晶点数量，计算平均值，换算成1×1m²内的晶点数量(个/m²)。

使用雾度测试仪测试单层薄膜的透光率和雾度值，记录测试数据。

三醋酸纤维素酯薄膜力学性能测试：三醋酸纤维素酯薄膜力学性能按照GB/10403-2006《塑料薄膜拉伸性能试验方法》进行测试。

表1棉胶质量及薄膜性能对比