聚乙烯醇系聚合物薄膜及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚乙烯醇系聚合物薄膜及其制造方法；该薄膜a段区域的溶胀度A和b段区域的溶胀度B满足如下关系：100%≤A≤180%，110%≤B≤220%，10%≤B-A≤40%；该薄膜制造时关键在于对薄膜进行热处理，热处理时薄膜a段区域的热处理温度Ta和b段区域的热处理温度Tb满足如下关系：120℃≤Ta≤165℃，100℃≤Tb≤160℃，5℃≤Ta -Tb≤20℃。本发明通过控制薄膜中心区域溶胀度高于薄膜两边区域溶胀度，来实现薄膜拉伸后在TD方向上厚度的均一性，满足偏光片特别是大尺寸偏光片的制作要求。
【专利说明】聚乙烯醇系聚合物薄膜及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于薄膜制备【技术领域】，具体涉及一种聚乙烯醇系聚合物薄膜及其制造 方法。
【背景技术】
[0002] 偏光片是液晶显示器（IXD)的重要组成部分，主要用于控制透过液晶光线的旋光 性。偏光片一般是将聚乙烯醇类聚合物（PVA)膜单轴延伸，进一步染色制备的偏振光膜的 两面，粘贴如三乙酸纤维素（TAC)等保护膜制成的。
[0003] 随着LCD面板面积的扩大化，同时要求更大尺寸的偏光片的生产。相对于中小尺 寸偏光片，大尺寸偏光片在制作过程中，特别是薄膜在染色延伸后，会出现薄膜厚度均一性 发生变化的现象，在薄膜的TD方向上，会发生薄膜两边区域比薄膜中心处区域厚度更高的 现象，这是由薄膜拉伸步骤所影响的现象。该现象在大宽幅偏光片的制造中表现的更为明 显。该现象的产生会造成偏光片产品TD方向上透光率不一致，严重影响偏光片质量，且成 为偏光片制造过程中断带的可能，同时一定程度上限制了大尺寸PVA偏光膜的制备，降低 了染色延伸PVA薄膜的利用率。目前针对该现象，并没有很好的方法解决。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚乙烯醇系聚合物薄膜及其制造方法，能 够控制薄膜染色拉伸后宽度方向（TD)上的厚度均一性。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 本发明公开了一种聚乙烯醇系聚合物薄膜，该薄膜a段区域的溶胀度A和b段区域的 溶胀度B满足如下关系：100%彡A彡180%，110%彡B彡220%，10%彡B-A彡40% ;其中，该薄 膜的宽幅为L，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域，每一个边部区域的宽度为 a，5%L < a < 35%L，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区域。
[0006] 满足上述溶胀度关系的聚乙烯醇系聚合物薄膜，经过染色拉伸后，薄膜在TD方向 上厚度的变化小于〇. 5 μ m /mm。如B-A < 10%，则难以实现本发明的目的；如B-A > 40%， 则薄膜易发生溶胀不均与折皱的现象。薄膜溶胀度整体控制在1〇〇%_220%以内，溶胀度过 小薄膜难以染色拉伸；溶胀度过大时薄膜在拉伸过程中强度较差，易发生断带的现象。
[0007] 本发明中，所述薄膜的宽幅L优选为2-4m。所述薄膜的厚度优选为30-120 μ m。
[0008] 本发明还公开了一种聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，包括以下步骤： 1) 配制聚乙烯醇系聚合物薄膜的制膜原液； 2) 将制膜原液均匀混合后以膜状吐出，形成初始胚膜； 3) 对初始胚膜进行烘干，制得薄膜； 4) 对烘干后的薄膜进行热处理，热处理时薄膜a段区域的热处理温度Ta和b段区 域的热处理温度Tb满足如下关系：120°C彡Ta彡165°C，100°C彡Tb彡160°C，5°C彡Ta -Tb < 20°C ;其中，该薄膜的宽幅为L，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域，每 一个边部区域的宽度为a，5%L < a < 35%L，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区 域。
[0009] 本发明通过控制薄膜区域热处理温度的差异分布，可以达到薄膜区域溶胀度差异 的控制，热处理时满足上述热处理温度关系，可以制得满足本发明溶胀度关系的聚乙烯醇 系聚合物薄膜。如热处理温度高于165°c，薄膜易变黄；如热处理温度低于100°C，难以达到 热处理效果。
[0010] 上述步骤1)中，制膜原液可以选择由聚乙烯醇系聚合物、增塑剂、表面活性剂和溶 剂组成，聚乙烯醇系聚合物的聚合度优选为1000-5000、醇解度优选为99%以上，溶剂优选 水，增塑剂优选丙三醇，表面活性剂优选使用阴离子型或非离子型表面活性剂。聚乙烯醇系 聚合物占制膜原液总质量的10%_60%，增塑剂的含量为聚乙烯醇系聚合物质量的7%-15%， 表面活性剂的含量为聚乙烯醇系聚合物质量的0. 〇1%-3%，余量为溶剂。
[0011] 上述步骤2)中，优选成膜厚度均匀、平整度好的成膜方法，例如通过气压挤出制膜 原液通过模头狭缝成膜的方法、通过螺杆挤出制膜原液通过狭缝成膜的方法、通过螺杆熔 融挤出制膜原液通过狭缝成膜的方法等，模头优选具有衣架式流道的模头类型。制膜原液 以膜状吐出至第一干燥辊上，形成初始胚膜，在干燥辊上含水率到达1〇%-25%时从辊表面 剥离。
[0012] 上述步骤3)中，烘干方式可以选择干燥辊烘干、热风烘干、辐射加热烘干等。
[0013] 上述步骤4)中，能够实现热处理温度差异分布的热处理方式均适用，比如热辊热 处理、热风热处理、红外加热热处理等。热处理时间优选为l-180s。
[0014] 热辊热处理时，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节热辊进行独立控温，与a段区 域接触的热辊温度为Ta，与b段区域接触的热辊温度为Tb。
[0015] 热风热处理时，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节热风烘箱进行独立控温，与a 段区域接触的热风温度为Ta，与b段区域接触的热风温度为Tb。
[0016] 红外加热热处理时，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节红外加热器进行独立控 温，与a段区域接触的红外加热温度为Ta，与b段区域接触的红外加热温度为Tb。
[0017] 上述热处理中，a段区域的热处理温度Ta和b段区域的热处理温度Tb可以在满 足温度关系式的前提下，设置为更为细化的温度段区间。
[0018] 热处理后薄膜可以进行冷却处理，冷却方式有冷却辊、冷风等。考虑到薄膜含湿率 控制在3%-5%，需要对薄膜进行调湿处理，调湿过程可以在热处理过程中进行，也可以在薄 膜收卷前进行。
[0019] 本发明还公开了一种偏光薄膜，该偏光薄膜由所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜制作 得到。
[0020] 本发明的有益效果在于： 本发明发现可以通过控制薄膜中心区域溶胀度高于薄膜两边区域溶胀度，来实现薄膜 拉伸后在TD方向上厚度的均一性，满足本发明溶胀度关系的聚乙烯醇系聚合物薄膜，经过 偏光片行业所熟知的染色拉伸过程后，如纯水膨润、染色、固定、拉伸等步骤，薄膜在TD方 向上厚度的变化小于0.5 μπι /mm，满足偏光片特别是大尺寸偏光片的制作要求。并且本 发明提出，聚乙烯醇系聚合物薄膜不同区域的热处理温度与该区域的溶胀度有直接对应关 系，通过控制薄膜区域热处理温度的差异分布，可以达到薄膜区域溶胀度差异的控制，热处 理时满足本发明热处理温度关系，可以制得满足本发明溶胀度关系的聚乙烯醇系聚合物薄 膜。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实 施例进行详细的描述。
[0022] 本发明中，各种参数的测定方法如下： 1、厚度 使用薄膜测厚仪对薄膜宽度方向的厚度进行测定。参照JIS K6900对薄膜厚度的变动 值进行测定。
[0023] 2、溶胀度 将薄膜样品裁剪成5cm*5cm的大小，在30°C的去离子水中浸渍4h后取出，用两张吸水 滤布夹住薄膜，吸除表面水分后称重，质量记为Wtl。将该薄膜在70°C的烘箱中烘干至恒重， 保干器冷却Ih后称重，质量记为W t。溶胀度大小为Wc/WdlOO%。
[0024] 3、透过率 在偏光膜的宽度方向的中央位置、两侧位置，分别裁取三张约4cm*4cm的偏光膜样品， 用分光光度计（日本岛津UV-2200型，附属积分球)，根据JISZ870基准，进行C光源、2°视 野的可见光区域的能见度补正，通过相对偏光膜的延伸轴方向45°和-45°方向的平均值 求出透过率（Y)。
[0025] 实施例1 聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造按照如下步骤进行： 1)按质量比，聚乙烯醇：丙三醇：十二烷基硫酸钠：水=10:0. 7:0. 001:90,配制制膜 原液，其中聚乙烯醇的聚合度为5000,皂化度为99. 7%。
[0026] 2)将制膜原液通过双螺杆挤出机挤出，通过衣架式模头挤出成膜，形成初始胚膜， 挤出的初始胚膜在第一干燥辊表面成膜，第一干燥辊温度为95°C。
[0027] 3)初始胚膜经过烘干至含湿率为25%时，通过120°C的红外烘箱进行干燥，制得薄 膜。
[0028] 4)对烘干后的薄膜进行热辊热处理，在薄膜宽度方向上分段布置3节热辊进行独 立控温，与a段区域接触的热辊温度Ta为120°C，与b段区域接触的热辊温度为Tb为100°C (该薄膜的宽幅L=2000mm，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域，每一个边部区 域的宽度a=5%L=100mm，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区域90%L=1800mm)，热 处理时间Is。通过调湿得到聚乙烯醇系聚合物薄膜，薄膜厚度为30 μπι。
[0029] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为179%，b段区域溶胀度B为218%。
[0030] 薄膜经过染色拉伸后，拉伸厚度均值达到10 μ m。薄膜在TD方向上，厚度的波动控 制在0. 4 μπι /mm以内。
[0031] 实施例2 聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造按照如下步骤进行： 1)按质量比，聚乙烯醇：丙三醇：十二烷基硫酸钠：水=60:9:1.8:29,配制制膜原液， 其中聚乙烯醇的聚合度为1000,皂化度为99. 7%。
[0032] 2)将制膜原液通过双螺杆挤出机挤出，通过衣架式模头挤出成膜，形成初始胚膜， 挤出的初始胚膜在第一干燥辊表面成膜，第一干燥辊温度为70°C。
[0033] 3)初始胚膜经过烘干至含湿率为10%时，通过50°C的鼓风烘箱进行干燥，制得薄 膜。
[0034] 4)对烘干后的薄膜进行热风热处理，在薄膜宽度方向上分段布置3节热风烘箱 进行独立控温，与a段区域接触的热风温度Ta为165°C，与b段区域接触的热风温度为 Tb为160°C (该薄膜的宽幅L=4000mm，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域， 每一个边部区域的宽度a=35%L=1400mm，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区 域30%L=1200mm)，热处理时间180s。通过调湿得到聚乙烯醇系聚合物薄膜，薄膜厚度为 120 μ m〇
[0035] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为103%，b段区域溶胀度B为114%。
[0036] 薄膜经过染色拉伸后，拉伸厚度均值达到40 μ m。薄膜在TD方向上，厚度的波动控 制在0. 4 μπι /mm以内。
[0037] 实施例3 聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造按照如下步骤进行： 1)按质量比，聚乙稀醇：丙三醇：十二烧基硫酸钠：水=30:3:0. 045:67,配制制膜原 液，其中聚乙烯醇的聚合度为2800,皂化度为99. 7%。
[0038] 2)将制膜原液通过双螺杆挤出机挤出，通过衣架式模头挤出成膜，形成初始胚膜， 挤出的初始胚膜在第一干燥辊表面成膜，第一干燥辊温度为85°C。
[0039] 3)初始胚膜经过烘干至含湿率为15%时，通过80°C的热辊进行干燥，制得薄膜。
[0040] 4)对烘干后的薄膜进行红外加热热处理，在薄膜宽度方向上分段布置3节红外加 热器进行独立控温，与a段区域接触的红外加热温度Ta为150°C，与b段区域接触的红外加 热温度为Tb为135°C (该薄膜的宽幅L=3300mm，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边 部区域，每一个边部区域的宽度a=10%L=330mm，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中 心区域80%L=2640mm)，热处理时间60s。通过调湿得到聚乙烯醇系聚合物薄膜，薄膜厚度为 75 μ m〇
[0041] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为133%，b段区域溶胀度B为151%。
[0042] 薄膜经过染色拉伸后，拉伸厚度均值达到28 μ m。薄膜在TD方向上，厚度的波动控 制在0. 3 μπι /mm以内。
[0043] 对比例1 相对于实施例1，不同点在于薄膜的热处理方式，薄膜直接经过120°C的热辊完成热处 理，其他条件一致。
[0044] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为179%，b段区域溶胀度B为179%。
[0045] 薄膜经过染色拉伸后，a段区域厚度为16 μ m，b段区域厚度为8 μ m。薄膜在TD方 向上，厚度偏差极大。
[0046] 对比例2 相对于实施例2,不同点在于薄膜的热处理方式，薄膜直接经过165°C的热风完成热处 理，其他条件一致。
[0047] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为103%，b段区域溶胀度B为103%。
[0048] 薄膜经过染色拉伸后，a段区域厚度为48 μm，b段区域厚度为35 μm。薄膜在TD 方向上，厚度偏差极大。
[0049] 对比例3 相对于实施例3,不同点在于薄膜的热处理方式，薄膜直接经过150°C的红外加热完成 热处理，其他条件一致。
[0050] 经过溶胀度测试：a段区域溶胀度A为133%，b段区域溶胀度B为133%。
[0051] 薄膜经过染色拉伸后，a段区域厚度为32 μm，b段区域厚度为25 μm。薄膜在TD 方向上，厚度偏差极大。
[0052] 将上述实施例和对比例的测试结果汇总如下：
【权利要求】
1. 一种聚乙烯醇系聚合物薄膜，其特征在于：该薄膜a段区域的溶胀度A和b段区域 的溶胀度B满足如下关系：100%彡A彡180%，110%彡B彡220%，10%彡B-A彡40% ;其中，该 薄膜的宽幅为L，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域，每一个边部区域的宽度 为a，5%L < a < 35%L，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区域。
2. 根据权利要求1所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜，其特征在于：所述薄膜的宽幅L为 2-4m〇
3. 根据权利要求1所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜，其特征在于：所述薄膜的厚度为 30_120 u m〇
4. 一种聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 配制聚乙烯醇系聚合物薄膜的制膜原液； 2) 将制膜原液均匀混合后以膜状吐出，形成初始胚膜； 3) 对初始胚膜进行烘干，制得薄膜； 4) 对烘干后的薄膜进行热处理，热处理时薄膜a段区域的热处理温度Ta和b段区 域的热处理温度Tb满足如下关系：120°C彡Ta彡165°C，100°C彡Tb彡160°C，5°C彡Ta -Tb < 20°C ;其中，该薄膜的宽幅为L，a段区域表示在薄膜宽度方向上的两个边部区域，每 一个边部区域的宽度为a，5%L < a < 35%L，b段区域表示在薄膜宽度方向上剩余的中心区 域。
5. 根据权利要求4所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在于：所述步骤 1)中，制膜原液由聚乙烯醇系聚合物、增塑剂、表面活性剂和溶剂组成，聚乙烯醇系聚合物 占制膜原液总质量的10%_60%，增塑剂的含量为聚乙烯醇系聚合物质量的7%-15%，表面活 性剂的含量为聚乙烯醇系聚合物质量的〇. 〇1%_3%，余量为溶剂。
6. 根据权利要求4所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在于：所述步骤 4)中，热处理方式为热辊热处理，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节热辊进行独立控温， 与a段区域接触的热辊温度为Ta，与b段区域接触的热辊温度为Tb。
7. 根据权利要求4所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在于：所述步骤 4)中，热处理方式为热风热处理，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节热风烘箱进行独立 控温，与a段区域接触的热风温度为Ta，与b段区域接触的热风温度为Tb。
8. 根据权利要求4所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在于：所述步骤 4)中，热处理方式为红外加热热处理，在薄膜宽度方向上分段布置至少3节红外加热器进 行独立控温，与a段区域接触的红外加热温度为Ta，与b段区域接触的红外加热温度为Tb。
9. 根据权利要求4至8任意一项所述的聚乙烯醇系聚合物薄膜的制造方法，其特征在 于：所述步骤4)中，热处理时间为1-lSOs。
10. -种偏光薄膜，其特征在于：由权利要求1至3任意一项所述的聚乙烯醇系聚合物 薄膜制作得到。
【文档编号】C08J5/18GK104459864SQ201410763412
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】李承龙, 吕新坤, 谭海军, 谢凯玲, 丁丽婷, 胡明源, 江林 申请人:云南云天化股份有限公司