一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法与流程

1.本发明涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法。


背景技术：

2.偏光片是光学功能薄膜材料，已经产业化的碘系偏光片大量应用在液晶显示器和偏光眼镜等领域而广为人知。这种偏光片具有半透明的黑灰色外观，自然光入射，一半光透射，一半光被吸收，但这种偏光片仅在可见光波段具有偏光片功能。另外有金属线栅偏光片在红外、微波和太赫兹等波段的仪器上有特殊应用。而金属线栅偏光片还不能大面积薄膜化，价格昂贵，使得可见光之外的需要用到金属线栅偏光片的器件，造价成本都很高。
3.碘系偏光片结构上是两张三醋酸纤维素(tac)膜夹一张经过碘液浸染的再经过拉伸的聚乙烯醇(pva)膜构成的复合胶片。张梓晗等提出了“一种纳米银线基偏光片及其制作方法”(cn111240081a)发明专利，该发明与现有碘系偏光片相比，纳米银线偏光片具有耐高温高湿、耐变色等优点。
4.但正如前面所述，非碘系的纳米银线偏光片，有望使金属线栅偏光片实现大面积薄膜化，使薄膜偏光片在可见光之外的波段获得更多应用，因此把金属纳米线偏光片产业化具有很可观的市场前景。


技术实现要素：

5.根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法，包括：
8.制备聚乙烯醇掺杂金属纳米线的乳胶水溶液；
9.利用流延机将乳胶水溶液流延处理，得到聚乙烯醇掺杂纳米金属线流延膜；
10.将流延膜单向拉伸处理，得到聚乙烯醇掺杂金属纳米线流延拉伸膜；
11.对流延拉伸膜固化处理；
12.采用覆膜机将固化处理后的流延拉伸膜压合于第一基膜和第二基膜之间，复合成聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片。
13.作为优选的技术方案，将78-83wt％的纯净水，17-22wt％的聚乙烯醇置于高温高压釜中，在130℃温度下搅拌24小时；其中，聚乙烯醇固含量中包括5-15wt％的金属纳米线；
14.停止搅拌，在90℃温度下静置消泡48小时，制备得聚乙烯醇掺杂金属纳米线的乳胶水溶液。
15.作为优选的技术方案，聚乙烯醇固含量中还包括5～8wt％的丙三醇，0.5～1wt％的阳离子表面活性剂。
16.作为优选的技术方案，金属纳米线直径为10～200nm，长度为10～50μm。
17.作为优选的技术方案，金属纳米线为银、金、铜、镍、铁、铝、锌、镁中的一种或两种以上组合。
18.作为优选的技术方案，流延膜厚度为50-70μm，幅宽为10～300cm。
19.作为优选的技术方案，流延膜采用干法加热单向拉伸倍数为4～6倍后，得到聚乙烯醇掺杂金属纳米线流延拉伸膜；
20.流延拉伸膜中聚乙烯醇中掺杂的金属纳米线排序方式为顺排排列，且流延拉伸膜的厚度为20～30μm，幅宽为4～150cm。
21.作为优选的技术方案，将流延拉伸膜置于干燥隧道箱中，进行固化定形并收卷。
22.作为优选的技术方案，在流延拉伸膜两面涂布黏合剂；
23.涂布黏合剂后的流延拉伸膜两面放置第一基膜和第二基膜，通过覆膜机复合成聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片。
24.作为优选的技术方案，聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片厚度为75μm，幅宽为4～150cm。
25.本技术还提供一种利用上述制备方法制造的偏光片，包括：
26.相对设置的第一基膜和第二基膜；
27.偏光膜，偏光膜内包括聚乙烯醇和金属纳米线，聚乙烯醇包裹金属纳米线，偏光膜设于第一基膜和第二基膜之间。
28.本发明采用的技术方案达到的有益效果：
29.本发明制备的偏光片结构是由两张光学基膜夹一张聚乙烯醇掺杂顺排金属纳米线流延拉伸膜构成的复合胶片，其复合胶片具有半透明外观，存在透光轴，自然光入射，一半光透射，一半光吸收；在制做聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片过程中，不需要经过碘溶液染色工艺过程；金属纳米线偏光片也具有金属线栅偏光片在红外光、可见光和紫外光等各波段都起偏的特点，又兼具可以大面积薄膜化产业化的特点，同时更是具备与现有偏光片制造的技术工艺、生产设备兼容的特点。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
31.图1为本发明实施例公开的基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法流程图；
32.图2为本发明实施例公开的聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的示意图；
33.图3为本发明实施例公开的聚乙烯醇掺杂金属纳米线流延膜示意图；
34.图4为本发明实施例公开的聚乙烯醇掺杂金属纳米线流延拉伸膜示意图；
35.附图标记说明：
36.金属纳米线101；流延膜102；流延拉伸膜103；第一基膜10；第二基膜20；黏合剂30。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及
相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例1
41.本实施例提供一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法，根据图1，包括：
42.制备聚乙烯醇掺杂金属纳米线101的乳胶水溶液；
43.利用流延机将乳胶水溶液流延处理，得到聚乙烯醇掺杂纳米金属线流延膜102；
44.将流延膜102单向拉伸处理，得到聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103；
45.对流延拉伸膜103固化处理；
46.采用覆膜机将固化处理后的流延拉伸膜103压合于第一基膜10和第二基膜20之间，复合成聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片。
47.本说明书中制备的偏光片结构是由第一基膜10和第二基膜20之间夹着一张聚乙烯醇掺杂金属纳米线101膜构成的复合胶片，见图2。该聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片的制造方法包括配制出聚乙烯醇掺杂金属纳米线101的乳胶水溶液、在挤出转鼓式流延机上制造出聚乙烯醇掺杂金属纳米线101的流延膜102、在tn-lcd用偏光片生产线拉伸机上单向拉伸制造出聚乙烯醇掺杂顺排金属纳米线101的流延拉伸膜103、在隧道干燥箱中固化定形、在覆膜机上制造出上下复合三醋酸纤维素保护膜夹聚乙烯醇掺杂顺排金属纳米线101的流延拉伸复合膜，即得到聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片产品。聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片既具有金属线栅偏光片在可见光和非可见光各波段都能起偏的效果，又具有可大面积薄膜化生产的特点。聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片还可以在紫外光、红外光、太赫兹、微波等偏光器件上获得应用并极大地降低相关器件的成本。
48.优选地，将78-83wt％的纯净水，17-22wt％的聚乙烯醇置于高温高压釜中，在130℃温度下搅拌24小时；其中，聚乙烯醇固含量中包括5-15wt％的金属纳米线101；
49.停止搅拌，在90℃温度下静置消泡48小时，制备得聚乙烯醇掺杂金属纳米线101的乳胶水溶液。
50.优选地，聚乙烯醇固含量中还包括5～8wt％的丙三醇，0.5～1wt％的阳离子表面活性剂。
51.具体的，配制聚乙烯醇(pva)掺杂金属纳米线101乳胶水溶液。在高温高压搅拌釜中，加入纯净水占78～83wt％，兑入聚乙烯醇pva-2499或pva-2699占17～22wt％，聚乙烯醇固含量中含有5～8wt％的丙三醇，含有0.5～1wt％的阳离子表面活性剂，含有15～15wt％金属纳米线10，置于高温高压釜中，在130℃温度下搅拌24小时，停止搅拌在90℃温度下静
置消泡48小时，制备出聚乙烯醇掺杂金属纳米线101的乳胶水溶液。
52.优选地，金属纳米线101直径为10～200nm，长度为10～50μm。
53.优选地，金属纳米线101为银、金、铜、镍、铁、铝、锌、镁中的一种或两种以上组合。
54.优选地，流延膜102厚度为50-70μm，幅宽为10～300cm。
55.具体的，根据图3，制造聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延膜102。在滚筒式流延机上挤出涂布制造聚乙烯醇掺杂纳米金属线流延膜102，生产出厚度50～75μm，幅宽10～300cm的聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延膜102并收卷，其中，金属纳米线101离散随机取向但具有一定各向异性。
56.优选地，流延膜102采用干法加热单向拉伸倍数为4～6倍后，得到聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103；
57.流延拉伸膜103中聚乙烯醇中掺杂的金属纳米线101排序方式为顺排排列，且流延拉伸膜103的厚度为20～30μm，幅宽为4～150cm。
58.具体的，金属纳米线101随机离散分布在聚乙烯醇乳胶水溶液中，根据图4，经过流延拉伸取得沿拉伸方向大致平行顺排取向，进而使聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103具有金属线栅偏光片功能。
59.优选地，将流延拉伸膜103置于干燥隧道箱中，进行固化定形并收卷。
60.具体的，对聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103干燥定形。在tn用偏光片生产线上，把聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103传送进干燥隧道箱中，进行固化定形并收卷。在偏光片生产线拉伸机上进行拉伸，在干燥箱中定型固化，在覆膜机上复合三醋酸纤维素保护膜，都是偏光片生产制造本领域现行已知技术，拉伸既可以是干法拉伸，也可以是湿法拉伸。与现有偏光片生产制造所不同的是，聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延膜102，不需要再经过碘溶液染色工艺过程。
61.优选地，在流延拉伸膜103两面涂布黏合剂30；
62.涂布黏合剂30后的流延拉伸膜103两面放置第一基膜10和第二基膜20，复合成聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片。
63.优选地，第一基膜10和第二基膜20均为三醋酸纤维素保护膜。
64.优选地，聚乙烯醇金属纳米线101偏光片厚度为75μm，幅宽为4～150cm
65.具体的，制造聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸复合膜。在tn用偏光片生产线上，把聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103开卷，先在涂布机上向膜两面涂布黏合剂30，之后在覆膜机上，两面复合上厚度约为25μm的三醋酸纤维素(tac)保护膜，收卷得到厚度约75μm，幅宽4～150cm的聚乙烯醇掺杂顺排金属纳米线101流延拉伸复合膜偏光片产品。
66.聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片的原理：聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸复合膜偏光片在外观上呈现为半透明黑灰膜状态，聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延膜102，可设想技术纳米线简化为随机离散分布在流延膜102内，经过单向拉伸，拉伸倍数4～6倍，则聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103中金属纳米线101，沿拉伸方向大致取向。光线正入射通过聚乙烯醇掺杂金属纳米线101薄层时，偏振方向沿拉伸方向的光易被金属纳米线101吸收，偏振方向垂直拉伸方向的光易透射，即垂直拉伸方向为透光轴方向。这是由于大致取向的金属纳米线101，具有金属线栅的偏光片功能，虽然不如金属线栅偏光片
那般有一致的光栅常数，但金属纳米线101的不均匀分布，导致光栅常数有个取值范围，更有利于偏光片适应于更宽的波长范围。
67.金属纳米线101是透明导电薄膜的新兴材料，该领域的科研人员的研究方向是如何涂布使得金属纳米线101导电各向异性差越小越好，即金属纳米线101取向各向异性差越小越好。而本发明却反其道而行之，要金属纳米线101取向各向异性差越大越好。巧妙的涂布挤出口设计与涂布速度、液体流下角度等，已经能使金属纳米线101取向各向异性，而流延膜102拉伸数倍后，这种各向异性必然被放大，所以这种聚乙烯醇掺杂金属纳米线101流延拉伸膜103具有金属线栅偏光片功能。
68.聚乙烯醇掺杂金属纳米线101偏光片具有实用性，既可以具有金属线栅偏光片的光学性质功能，又能实现金属线栅偏光片的大面积薄膜化，使聚乙烯醇掺杂顺排金属纳米线101偏光片可望在紫外光、红外光、太赫兹、微波的多个波段的偏光器件上获得应用，且极大地降低相关器件的制造成本。
69.实施例2
70.本实施例提供一种偏光片，其偏光片采用实施例1方法制备而成，根据图2，包括：
71.相对设置的第一基膜10和第二基膜20；
72.偏光膜，偏光膜内包括聚乙烯醇和金属纳米线101，聚乙烯醇包裹金属纳米线101，偏光膜设于第一基膜10和第二基膜20之间，其中偏光膜为实施例1制备而成的流延拉伸膜103，偏光膜的两侧均涂覆粘合剂30，以完成与第一基膜10和第二基膜20贴合。该偏光片具有半透明外观，存在透光轴，自然光入射，一半光透射，一半光吸收，以及在红外光、可见光和紫外光等各波段都起偏的特点，又兼具可以大面积薄膜化的特点，同时更是具备与现有偏光片制造的技术工艺、生产设备兼容的特点。
73.以上对本技术实施例一种基于聚乙烯醇掺杂金属纳米线偏光片的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。