一种保护膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于光学薄膜表面处理，涉及一种保护膜及其制备方法和应用，具体涉及一种pva膜用保护膜及其制备方法。

背景技术：

1、在显示面板领域，大尺寸电子产品的液晶显示(liquid crystal display，lcd)已成为平板显示产业的主导。

2、lcd大量应用在彩色液晶电视、平板电脑等中大尺寸电子产品上。由于其成像方式，在lcd液晶盒两侧必不可少地要贴合偏光膜。偏光膜的基本结构包括：最中间的pva(聚乙烯醇)层，以及上下两层保护层。其中，起到偏振作用的是pva层，但是pva极易水解，为了保护偏光膜的物理特性，因此在pva层的两侧各复合一层具有高光透过率、耐水性好又有一定机械强度的薄膜进行防护，这就形成了偏光膜成品。

3、另一方面，在面向大尺寸显示面板的应用中，车载显示面板在使用过程中会面对更多的室外苛刻环境，其使用环境也更多样化，这就要求偏光膜最外层的保护膜具备更高的耐久性、抗划伤性能。基于此种情况，本领域的通过做法是用三醋酸纤维素酯膜(tac)作为基材，在表面涂布形成一层硬化涂层，这种做法已经成为行业常规方法。此种硬化层一般是在多官能团树脂和低聚物组成的紫外光固化涂液中添加无机粒子，从而实现高耐磨、高硬度的效果。例如cn108690208a为了解决现有tac硬化膜不能同时具有较高的耐磨性和韧性的问题，该发明提供了一种具有高韧性和高耐磨性的硬化膜，所述硬化膜包括三醋酸纤维素基膜和硬化层，所述硬化层涂布在三醋酸纤维素基膜的一个表面上。所述硬化层的原材料为紫外光固化涂液；所述紫外光固化涂液包括下述材料：多官能团树脂5％～40％、活性单体10％～30％、刚性无机粒子5％～30％、弹性有机粒子2％～8％、助剂0.1％～5％、和有机溶剂30％～60％。但是此种共混式的涂液在工艺过程中存在无机粒子团聚、颗粒分散不均、粒度均一性差等多种缺陷，并且在大规模生产中存在工艺管控困难等问题。

4、cn215769101u公开了一种偏光片用表面光滑的防眩光tac硬化膜，包括：tac基材；防眩光涂层，含有防眩光微球且涂敷于tac基材的表面；其中所述防眩光微球完全浸入防眩光涂层的内部；该实用新型的偏光片用表面光滑的防眩光tac硬化膜，通过将防眩光微球完全浸入防眩光涂层的内部，以防止防眩光微球凸出于防眩光涂层的外侧面，使防眩光涂层的表面粗糙不平，影响防眩光tac硬化膜的美观和防眩光效果。但是该实用新型提供的带ag(anti-glare，防眩光)功能的涂层仅仅是在传统光固化硬化涂液中做出防眩效果，其无法实现高耐久、高耐磨等功能。

5、因此，在本领域中，期望开发一种具有高耐久性、高耐磨性的保护膜，以用于偏光膜中作为pva膜的保护膜。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种保护膜及其制备方法和应用。本发明通过无机-有机杂化的涂层技术，提供了一种具有高硬度高抗性的保护涂层并制备出一种pva膜用保护膜，应用于光电显示行业，为偏光膜保护膜的发展提供了一个新的思路和发展方向。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种保护膜，所述保护膜包括基材和涂布在基材上的涂层，所述涂层的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：

4、

5、所述丙烯酸酯类化合物的官能度为3-6(例如3、4、5或6)。

6、本发明通过对丙烯酸酯类化合物和笼状聚倍半硅氧烷(poss)的选择，并控制不同官能度丙烯酸酯类化合物和笼状聚倍半硅氧烷的添加量在限定的范围内，使得制备的保护膜的涂层具有高硬度、高耐磨性，涂层的表面硬度可以达到铅笔硬度6h-9h以上，相比于传统光固化涂层，其性能大大提升，并且涂层的内聚力、耐溶剂性、耐热性、粘着力也可以得到保证。

7、本发明的带有烯丙基官能团的笼状聚倍半硅氧烷在uv光固化体系中，其自带的烯丙基官能团可以与丙烯酸树脂、丙烯酸酯单体光固化聚合，形成交联网络。由于poss的中空刚性笼形内核具有较低的介电常数，可以实现涂层优良的光学性能；同时poss本身具有的无机硅氧骨架结构使得涂层具有优异的热稳定性，在与丙烯酸树脂交联成膜后，一方面，由于si-o键能远高于c-c键能，杂化涂层在玻璃化转变温度(tg点)以上时，poss分子的结构和性能仍然可以使得涂层保持稳定；另一方面，由于poss分子的笼状结构具有极大的分子刚性，常温下可以给予涂层极佳的硬度和抗性。

8、本发明通过合成一种分子水平的无机-有机杂化材料笼状聚倍半硅氧烷材料并将其以纳米尺度分散于光固化聚合物树脂之中而形成一种复合涂层，通过有机和无机组分间的协同作用，使得制备的涂层同时具有有机高分子涂层和无机材料的综合性能。

9、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，丙烯酸酯类化合物的用量可以为30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份或50份等。

10、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，笼状聚倍半硅氧烷的用量可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

11、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，丙烯酸酯单体的用量可以为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。

12、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，光引发剂的用量可以为1份、2份、3份、4份或5份等。

13、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，表面助剂的用量可以为0.2份、0.3份、0.4份或0.5份等。

14、在本发明中，所述涂层的制备原料按照重量份数计，有机溶剂的用量可以为20份、23份、25份、28份、30份、33份、35份、38份或40份等。

15、优选地，所述丙烯酸酯类化合物在25℃下的粘度为3000-25000cps，例如3000cps、5000cps、8000cps、10000cps、13000cps、15000cps、18000cps、20000cps、23000cps或25000cps等。

16、为了保证树脂本身的硬度，所述丙烯酸酯类化合物的玻璃化转变温度不低于60℃，例如60℃、80℃、100℃、120℃或140℃等，优选大于80℃。

17、优选地，所述丙烯酸酯类化合物包括脂肪族聚氨酯六丙烯酸酯、芳香族聚氨酯六丙烯酸酯、四官聚酯丙烯酸酯或聚酯六丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

18、优选地，所述丙烯酸酯类化合物长兴化工的etercure 6145、etercure 6146或etercure 6196中可选择的任意一种或至少两种的组合。

19、优选地，所述笼状聚倍半硅氧烷的分子通式为(rsio1.5)n，其中n为6、8或10。

20、优选地，所述笼状聚倍半硅氧烷的分子结构中带有烯丙基官能团，官能度为1-8，例如1、2、3、4、5、6、7或8。

21、优选地，所述笼状聚倍半硅氧烷包括甲基丙烯酰氧丙基笼状聚倍半硅氧烷、八乙烯基笼状聚倍半硅氧烷、丙烯酰氧丙基笼状聚倍半硅氧烷或乙烯基二甲基硅氧基笼状聚倍半硅氧烷中的任意一种或至少两种的组合。

22、优选地，所述丙烯酸酯单体的官能度为1-2，例如1或2。

23、优选地，所述丙烯酸酯单体包括1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-(4-(甲硫基)苯基)-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-(4-(4-吗啉基)苯基)-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-(4-(2-羟基乙氧基)苯基)-1-丙酮或苯甲酰甲酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合。

25、优选地，所述表面助剂包括有机硅流平剂。

26、优选地，所述有机硅流平剂包括byk-310、byk-315、byk-333、byk-354、byk-358n、byk-uv3510、byk-uv3535或byk-uv3570中的任意一种或至少两种的组合。

27、优选地，所述有机溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丁酮或正丙酯中的任意一种或至少两种的组合。

28、优选地，所述涂层的厚度为3-15μm，例如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm等。

29、优选地，所述基材包括三醋酸纤维素(tac)基材、具有可见光范围之外位相差的超双折射薄膜(srf)基材、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)基材或环烯烃聚合物薄膜(cop)基材中的任意一种。

30、优选地，所述基材的厚度为10-80μm，例如10μm、20μm、28μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm或80μm等。

31、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的保护膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

32、(1)将配方量的丙烯酸酯类化合物、笼状聚倍半硅氧烷、丙烯酸酯单体、光引发剂、表面助剂以及有机溶剂混合，得到混合液；

33、(2)将混合液涂布于基材上，固化，得到所述保护膜。

34、优选地，步骤(1)所述混合在避免太阳光和紫外光照射、空气相对湿度小于60％的条件下进行。

35、优选地，步骤(1)所述混合的时间为20-50min，例如20min、30min、40min或50min等。

36、优选地，步骤(1)所述混合之后还包括过滤的步骤。例如可以用0.1μm孔隙的聚丙烯滤芯进行过滤，以去除混合液中的杂质。

37、优选地，步骤(2)所述涂布的方法包括微凹涂布法或者狭缝挤压涂布法。

38、优选地，步骤(2)所述固化为紫外光固化。混合液在紫外光的辐照下发生交联固化，并且交联速率快。例如，可以用高压水银灯照射使其固化，照射能量为800mj/cm2。

39、优选地，步骤(2)所述固化在保护性气体保护下进行。

40、优选地，所述保护性气体包括氮气。具体地，可以在光固化系统加装氮气保护装置，使得整体固化氛围的氧气浓度控制在100ppm以下，这样可以避免笼状聚倍半硅氧烷存在氧阻聚现象。

41、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的保护膜在偏光膜中的应用。

42、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

43、本发明通过对丙烯酸酯类化合物进行选择，并控制不同官能度丙烯酸酯类化合物和笼状聚倍半硅氧烷的添加量在限定的范围内，使得制备的保护膜的涂层具有高硬度、高耐磨性，涂层的表面硬度可以达到铅笔硬度6h-9h以上，相比于传统光固化涂层，其性能大大提升，并且涂层的内聚力、耐溶剂性、耐热性、粘着力也可以得到保证。