PET光学薄膜涂层技术研究进展

一般要求光学膜基材应表观平整无缺陷、光泽度和透光率高、雾度低、涂布性能好等。然而，若基材表观平整无缺陷，则涂层与膜基材表面之间接触的活性点较少，导致涂层液体不易渗入，难以与其形成吸附；若基材光泽度和透光率高，则基材表面粗糙度较低，导致涂层液体与膜基材表面粘结点少。同时，PET 聚酯膜本身具有的特点，如PET 膜表面结晶高度取向，导致的涂层分子难以渗透入PET膜内，也使其不易与涂层形成良好的界面粘接。因此在制备PET 光学膜时，解决基材膜与涂层的界面粘接问题，成为光学膜研究的又一重要方向。

PET 型光学薄膜的涂层技术是光学膜的关键技术。根据涂层所起的作用，可将涂层分为三类，即保护用涂层、装饰用涂层和功能性涂层。在PET 聚酯膜上涂覆不同的涂层，便可制得不同功能的薄膜。例如在PET 聚酯膜表面涂布上抗划伤、抗静电(106~108Ω）涂层，制成屏幕保护膜，用于手机或电脑屏幕表面的保护；在PET 聚酯膜上，涂布含有光学粒子或者玻璃微珠的涂层，可制成光学扩散膜，将其用于LCD 面板背光模块，能有效消除明暗交错或者网点现象，提升光线亮度，使导光板射出的光线柔散化，为LCD 面板提供均匀的面光源；在PET聚酯膜表面涂布具有颗粒成分的树脂体系，可制成防眩光膜，将其用于液晶显示屏，具有利用反射光的散射和由硬涂树脂与粒子的折射率差产生的内部散射来防止画面拖尾的作用等等。与涂层相关的技术主要有涂层配方技术、涂层固化技术和涂布工艺技术等。

LCD 领域用PET 型光学薄膜涂层按其所用主体树脂分，主要有有机硅类涂层、聚氨酯类涂层和丙烯酸酯类涂层或它们的改性衍生物。

1）有机硅类涂层

有机硅材料一般由硅氧链节作为基本结构单元构成，侧链可通过硅原子与其他各种有机基团相连，因此结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它兼有机物的特性与无机物的功能。有机硅涂层由于透光性好，常作为透明耐磨涂层的材料。该种涂层具有充分的柔韧性，与基体材料具有良好的结合性能；主链中**键存在，因此，不易被紫外光和臭氧分解，即使长期暴露在室外或臭氧浓度很高的环境中，也不会发生龟裂和黏性蠕变，物理性能和电性能基本无变化；树脂型有机硅涂层材料即使在紫外线强烈照射下，也不会黄变，其色彩可保持多年不变，因而很多科技工作者开展了这方面的研究。

据了解，若在涂层中引入多种纳米颗粒作为增强体，可进一步提高涂层的耐磨性和致密性。以甲基丙烯酰氧基丙基**氧基硅烷(KH570) 水解聚合产物作为主要成膜物质，引入正硅酸乙酯(TEOS) 水解产物硅溶胶作为无机增强物，调节两种混合溶液的pH 值，利用两者羟基之间的共缩聚反应在基材表面制备有机/ 无机复合透明耐磨涂层。对使用γ- 环氧丙氧基丙基**氧基硅烷(KH- 560，工业级)、正硅酸乙酯(TEOS，CP 级)和二乙醇胺为主要原料制得有机硅防雾耐磨涂料，并进行性能研究。

结果表明：所得涂层的雾性、耐磨性、透明性、粘接性和抗破裂性优良。表面均一、平整，铅笔硬度可达3H~4H，与水的接触角为10°左右。在透明薄膜基材上涂覆一层含有氟- 硅氧烷接枝聚合物与紫外线固化树脂的硬涂层，氟- 硅氧烷接枝聚合物与紫外线固化树脂的重量比例优选为0.05∶100~5.00∶100，并对该硬涂层进行碱皂化处理。经性能测试，其铅笔硬度可达到2H~8H。该涂层选用高折射率的硅氧烷时，可用作防反射膜的底涂层。向醋酸钠、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、异丙醇和乙醇的组合物中加入硝酸，进行催化反应2h，得到硅石溶胶，可将其作耐磨抗划伤涂层使用。

2）聚氨酯类涂层

聚氨酯涂层分子中除了含有相当数量的聚氨基甲酸酯键，还含有脲键、醚键、酯键、脲基甲酸酯键，其固化后的涂膜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、耐温性及弹性等优点，是一种性能优良、应用广泛的涂层材料。

用二甲苯溶解浸透弹性粉，然后加入丁酯、二丙酮醇、环己酮、消光粉、手感弹性浆和防沉剂，再加入弹性树脂和流平剂，经涂布后可制得一种涂层，并进行性能测试。

结果表明：该涂层具有附着力佳、手感细腻滑爽、抗划伤力强及优异的耐腐蚀等性能。在涂层中加入不同的颗粒，就可制备扩散膜或增亮膜。将聚醚二元醇在高温下脱水，然后加入TDI 和催化剂，可得到一种聚氨酯预聚体；再依次加入二甲基硅油、环氧树脂、扩链剂、交联剂、增塑剂、消泡剂和填料，可以得到有机硅和环氧树脂复合改性的聚氨酯涂料。该涂料的涂膜具有较高的力学强度、良好的附着力、较低的吸水率、较好的热稳定性和耐酸碱性能。采用丙烯酸羟乙酯(HEA）和自制的双羟基丙烯酸酯为原料，把丙烯酸酯基团引入到聚氨酯侧链中，制备出可UV 固化的丙烯酸酯聚氨酯，与未加入丙烯酸酯单体的聚氨酯涂膜相比，该涂膜的耐热性、耐溶剂性、摆杆硬度和机械性能更佳。在PET 薄膜等基材上涂布一层树脂涂层可制备扩散膜。该涂层使用聚氨酯树脂，并向其中添加一种或多种具有单粒径分布的有机或无机颗粒作为扩散颗粒，扩散颗粒的粒径在1~50μm，为提高分散效果，使用改性的聚硅氧烷(polysiloxane）或聚羧酸(polycarboxylic）。

3）丙烯酸类涂层

光学薄膜用丙烯酸酯类涂层一般采用紫外光固化(简称UV 固化涂层）。紫外光固化涂层材料(Ultraviolet Curing Coatings） 作为一种高效节能环保型现代化绿色涂料，一直保持快速增长的势头。与传统的自然干燥或热固化涂层相比，UV 固化涂层除了具有交联密度高、固化速度快、节省能源、涂膜性能优良、对基材的适用范围广等优点外，还有一个优点就是不含挥发性大的溶剂，从而有利于消除VOC(Volatile Organic Compound）对环境的污染，而且也节省了大量的有机溶剂，降低了生产费用，成为光学薄膜制作的重要固化工艺。近些年国内外有很多相关研究报告指出丙烯酸类树脂除了具有较高的交联密度，还对无机纳米金属氧化物和有机聚合物微粒有良好的润湿分散性能。

不同于普通的保护膜或胶带，光学膜必须厚薄均匀，表面要求无尘、少晶点，这对涂布技术提出了更高的要求，要求制得的膜厚薄更均匀。

因此，精密涂布工艺也逐渐发展起来并不断地完善。光学膜涂层传统上采用真空蒸镀、化学沉积、等离子聚合等方法制备，这些方法难以实现卷式薄膜基材的大规模生产；在现代涂布工艺中，常用的涂布方式有浸涂、辊涂、坡流式挤压涂布、落帘涂布等。这些涂布方式各适用于不同性能的物料和涂层厚度，有各自的优缺点。如浸涂的涂布量不易控制，受物料的特性和温度影响较大；辊涂涂布的涂层的厚度便于控制，涂布量比较容易控制，均匀度较好，但受物料特性影响较大，适应物料黏度范围较窄；坡流式挤压涂布虽然涂布量容易控制，但适应物料黏度范围较窄，涂布量太小时不易涂布，并且不能涂到边缘，造成基材浪费；落帘涂布是一种预计量涂布方式，其操作简易，纵向、横向涂层厚度都非常均匀，涂层没有刮痕、条痕、橘皮纹，但落帘容易受车速等因素影响，因此，稳定落帘是一个大问题。当前使用的涂层的厚度变化范围大，有的涂层很薄，表面要求均匀、平滑。为了提高生产能力，涂布速度要高，所以有的研究机构开始研究微凹版辊涂布和条缝式涂布。

微凹版辊涂布具有容易操作，涂布量范围宽，节省基材，基材的厚薄适应范围广，涂布表观现性好，表面平滑、有光泽等优点。条缝式涂布是一种预计量的涂布方式，涂层均匀，可实现大尺寸涂布，超薄层涂布。这两种涂布方式是继一次多层坡流挤压涂布和落帘涂布等精密涂布工艺技术后发展起来的新的精密涂布工艺技术，逐渐在平板显示、光电子产品、锂电池等相关产品制备中应用起来。