一种哑光硬化半透明光学薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于光学膜技术领域，具体涉及一种哑光硬化半透明光学薄膜及其制备方法。

背景技术

随着显示技术的快速发展，各种光学薄膜大量应用于手机、电脑、电视以及车载屏幕等众多数码产品的显示屏幕保护。随着Mini LED显示屏幕带入大众视野，也表明MiniLED行业上、中、下游的各大厂商已经具备量产的底气。相比背光显示技术，Mini LED直下式显示技术不再需要使用玻璃盖板封装，转而使用贴膜工艺来实现Mini LED模组的表面保护；而由于大屏显示的需要，表面的光学薄膜需要多种光学效果。例如，由于没有剥离盖板的保护，光学薄膜需要具有很好的表面铅笔硬度；此外，为了显示屏幕使用时不会发生炫光，需要具有一定的哑光度；同时，光学模组需要有效的光屏蔽，因此，光学膜需要具有一定的光学透过率和光扩散效果。综上，由于Mini LED显示技术的快速应用，市场提出了一种需要兼顾表面硬化处理、表面哑光、耐磨、稳定的光学透过率和具有光扩散效果的光学级薄膜。

现有技术中，光学膜大多透过率高，雾度低，光线垂直透过率高，不适用于某些需要遮盖底色和半透明的应用场景。此外，光扩散膜具有高雾度和光扩散效果等特点，但其表面明显发白，且耐刮性能差，不适用于屏幕表面保护膜。于此同时，市面上的光学膜很难兼有硬化处理、表面哑光、耐磨、可定制的光学透过率等性能。如公开号为CN 113900169A的专利公开了一种抗老化光扩散膜的制备方法，其中的抗老化光扩散膜的具有很好的光扩散效果，但是不具有表面哑光和定制透光率和雾度的功能。

此外，目前市面上很多耐磨的哑光膜使用拉膜工艺制备，但拉膜工艺批次生产量大，很难针对业务需求定向精准开发。如公开号为CN 114262505 A的专利公开了一种哑光薄膜的生产方法，其拉膜工艺复杂，投资大，且产品批次量极大，无法精确定制哑光度和透光率。

基于此，需要提供一种新的制备工艺来制备得到一种兼顾具有表面硬化处理、可定制的表面哑光度、耐磨、可定制的光学透过率的光学膜。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种哑光硬化半透明光学薄膜及其制备方法，可以兼顾具有表面硬化处理、可定制的表面哑光度、耐磨、可定制的光学透过率。

按照本发明的技术方案，所述哑光硬化半透明光学薄膜，包括基膜和硬化涂层，所述基膜为收缩率MD(纵向)≤0.5％且TD(横向)≤0.2％的光学级材料，所述硬化涂层按重量分数计，包括以下原料：

本发明将哑光效果和光扩散效果相结合，制备了一种兼顾表面硬化处理、表面哑光、耐磨、稳定的光学透过率和具有光扩散效果的光学级薄膜。

通过选择特定收缩率的材料，避免了涂布液涂布后产生明显的涂布方向色差和排骨纹，保证了光学膜的各向同性/颜色一致性。

进一步的，至少所述黑色油墨I为0％时，所述基膜和硬化涂层之间还设有油墨涂层。即黑色油墨I为0％时，所述光学薄膜包括基膜、硬化涂层和硬化涂层；黑色油墨I不为0％时，所述光学薄膜包括基膜和硬化涂层或包括基膜、硬化涂层和硬化涂层。

进一步的，所述光学级材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)、聚碳酸酯薄膜(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜(PEN)、聚苯硫醚薄膜(PPS)或聚丙烯薄膜(PP)、CPI(无色聚酰亚胺)、COP(聚环烯烃)或TPU(聚氨酯弹性体)；优选为PET，具有更好的光学一致性，阻氧和阻湿性。

具体的，所述硬化涂层由涂布液涂布后，经烘干、固化形成。

进一步的，所述基膜的厚度为12-300μm，所述硬化涂层的厚度为5-20μm。通过调整硬化涂层的厚度，能够调节光学薄膜的光泽度和透光率；具体的，硬化涂层的厚度每多1微米，60°角光泽度会相差10GU左右。

进一步的，所述不饱和预聚物的分子量为500-10000。

进一步的，所述不饱和预聚物选自聚丙烯酸酯预聚物、聚氨酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯中的一种或多种。可以根据基膜的材质特性进行选择，以保证硬化涂层与基膜的附着力，提高硬化涂层的耐磨特性与耐刮特性。

优选的，所述涂布液中，不饱和预聚物的质量分数为50％。

进一步的，所述引发剂为光引发剂或热引发剂，引发剂的选择以不饱和预聚物固化条件为准。

进一步的，所述光引发剂选自光引发剂184(1-羟基环己基苯基甲酮)、光引发剂270(三{4-[(4-乙酰苯基)硫烷基]苯基}锍六氟磷酸盐)、光引发剂1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)和光引发剂1110(2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦)中的一种或多种。

优选的，所述涂布液中，光引发剂的质量分数为1％。

进一步的，所述热引发剂选自多异氰酸酯、双氰胺、偶氮二异戊腈、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二碳酸(4-叔丁基环己酯)、过氧化月桂酰和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。

优选的，所述涂布液中，热引发剂的质量分数为3％。

进一步的，所述消光粉的折射率为1.10-1.45。

进一步的，所述消光粉选自超细二氧化硅、二氧化钛、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙和热固性聚甲基脲树脂(有机消光粉)中的一种或多种。

本发明消光粉可以与不饱和预聚物做适配，优选与不饱和预聚物发生偶联反应或者通过外加偶联剂(如烷基丙烯酸酯磷酸酯或者硅烷偶联剂)的方式与不饱和预聚物发生偶联的消光粉。

此外，部分消光粉的使用会对硬化涂层的透光率和雾度影响较大，可以通过消光粉的使用调整涂层透光率、雾度和光泽度。如二氧化钛和热固性聚甲基脲树脂通常对透光率影响较小，而超细二氧化硅通常对透光率影响较大。此外，不同消光粉的选择对涂层耐磨特性影响也较大，使用有机消光粉通常可以获得更好的耐摩特性。

进一步的，所述消光粉的粒子半径为0.2-10μm。

优选的，所述涂布液中，消光粉的质量分数为3％。

进一步的，所述助剂选自抗指纹助剂、附着力促进剂、偶联剂、抗静电剂、流平剂和防水剂中的一种或多种。助剂的使用，可以实现很好的防指纹效果或者表面减反射等光学效果等。

优选的，所述涂布液中，助剂的质量分数为1％。

进一步的，所述有机溶剂I选自甲苯、乙酸乙酯、丁酮、丙二醇甲醚、甲基异丁基甲酮和无水乙醇中的一种或多种。

优选的，所述涂布液中，溶剂的质量分数为40％。

进一步的，所述涂布液配制过程中，除有机溶剂外，各组分经过滤处理。

优选的，所述黑色油墨I的质量分数为0.1-10％，进一步优选为3％。

进一步的，所述油墨涂层用于预先调整基膜的透光率，由黑色油墨II经涂布后形成，黑色油墨II的涂布量为1.2-12g/cm

进一步的，所述黑色油墨I和黑色油墨II均由载体、碳粉和有机溶剂II组成，所述碳粉的粒子半径为2-3μm，优选的，为增加硬化涂层与硬化涂层的层间结合力，所述载体与硬化涂层中不饱和预聚物的聚合物类型相同。具体可以购自杭州中富彩化工新材料有限公司，型号为JQ19312、JV931、JQ1921或JQ1911。

进一步的，所述黑色油墨II和黑色油墨I的色相需要相互搭配，以使得所述光学膜的颜色对趋向于黑色/灰色；如红相黑油墨需要搭配兰相黑油墨，而兰相黑油墨则需要搭配红相黑油墨。

本发明的另一方面提供了上述哑光硬化半透明光学薄膜的制备方法，包括以下步骤，

S1：选择收缩率MD≤0.5％且TD≤0.2％的光学级材料作为基膜；

S2：将涂布液涂布在所述基膜的表面，经烘干后固化形成硬化涂层，得到所述哑光硬化半透明光学薄膜；

所述涂布液按重量分数计，包括以下组分：

进一步的，所述步骤S2中，涂布液涂布前还包括，在所述基膜表面涂布黑色油墨II、形成油墨涂层的操作；所述涂布液涂布在所述油墨涂层的表面。

进一步的，所述步骤S2中，涂布液采用狭缝式涂布(Slot Die Coating)或者网纹辊涂布，能够避免造成涂层的大量线条、纹路和色差。

进一步的，网纹辊涂布的速度为5-10m/min，太快的涂布速度会造成大量线条，太慢的涂布速度会造成产品严重色差。

进一步的，所述涂布液的涂布克重为6-24g/cm

进一步的，所述步骤S2中，烘干温度为60-120℃，烘干时间为5-10min。

进一步的，所述步骤S2中，固化为光固化、热固化或湿气固化。其中，光(紫外)固化的设备包括但不限于高压汞灯和UV LED，紫外光累计能量为300-400mJ/cm

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明哑光硬化半透明光学薄膜具有表面硬化处理、表面哑光、耐磨、稳定的光学透过率和具有光扩散效果等多种优异性能；

(2)本发明硬化涂层中，消光粉、黑色油墨和不饱和预聚物能够实现相容，并实现涂层的良好的耐刮性能(铅笔硬度大于等于3H)以及很好的附着力(百格测试大于等于5B)；

(2)通过调整硬化涂层中消光粉和黑色油墨的用量和硬化涂层厚度，能实现对光学膜的光泽度和透光率实现精确定制，透光率调节范围为10-90％，雾度调节范围为1-95％，60°和85°角度表面光泽度调节范围为1-120GU；

(4)本发明制备工艺简单，生产速度快，工艺成本低，可以实现大规模连续生产；此外，简单快速的制备工艺，可以根据市场需求实现精确定制光学膜的性能，精准定向开发。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述实施例中，透光率和雾度测试方法引用标准GB/T 2410-2008；表面光泽度测试方法引用标准GB/T 8807-1988或者ASTM D2457；铅笔硬度测试方法引用标准ASTMD3363；涂层附着力采用百格刀测试方法，引用标准GB/T9286-2021。黑色油墨为JQ19312、JV931、JQ1921和JQ1911中的至少一种

实施例1哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)在厚度为100μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面涂布黑色油墨，形成3μm的油墨涂层；

(2)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯丙烯酸酯为50％、光引发剂184为1％、二氧化硅消光粉6％、黑色油墨2％、附着力促进剂1％、丙二醇甲醚20％和丁酮20％；其中，二氧化硅消光粉粒子半径为2-8μm；黑色油墨中碳粉的粒子半径为2-3μm；各组分经多次过滤；配制过程在黄光保护条件下，以大于800rpm/min的速率搅拌进行；

(3)涂布液的涂布

采用网纹辊涂布，将配制好的涂布液涂布在油墨涂层表面，90℃烘干5min后光固化形成厚度为12μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率40％，雾度为80％，60°表面光泽度为3GU，85°表面光泽度为5GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。于此同时，具有很好的光扩散效果，性能可以比拟市面上现有的大多光扩散膜。

实施例2哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)在厚度为100μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面涂布黑色油墨，形成3μm的油墨涂层；

(2)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯预聚物50％、多异氰酸酯3％、二氧化硅消光粉1％、附着力促进剂1％、硅烷偶联剂0.3％、无水乙醇20％和丁酮25.7％；其中，聚氨酯的粒子半径为6-8μm；各组分经多次过滤，配制过程中速率搅拌大于800rpm/min；

(3)涂布液的涂布

采用狭缝式涂布，将配制好的涂布液涂布在油墨涂层表面，90℃烘干5min后热固化形成厚度为8μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率40％，雾度为20％，60°表面光泽度为40GU，85°表面光泽度为60GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。于此同时，具有很好的光扩散效果，性能可以比拟市面上现有的大多光扩散膜。

实施例3哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)在厚度为100μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面涂布黑色油墨，形成5μm的油墨涂层；

(2)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯丙烯酸酯50％、光引发剂1110为1％、二氧化硅消光粉1％、附着力促进剂1％、防指纹助剂0.5％、丙二醇甲醚20％，丁酮26.5％；其中，二氧化硅消光粉的粒子半径为6-8μm；各组分经多次过滤，配制过程在黄光保护条件下，以大于800rpm/min的速率搅拌进行；

(3)涂布液的涂布

采用网纹辊涂布，将配制好的涂布液涂布在油墨涂层表面，90℃烘干5min后光固化形成厚度为12μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率30％，雾度为35％，60°表面光泽度为45GU，85°表面光泽度为50GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。于此同时，具有很好的抗刮、耐磨和防指纹效果，表面水滴角为100°。

实施例4哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)在厚度为12μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面涂布黑色油墨，形成1μm的油墨涂层；

(2)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯丙烯酸酯为50％，光引发剂184为1％，二氧化硅消光粉8％，黑色油墨2％，附着力促进剂1％，硅烷偶联剂0.3％，丙二醇甲醚19.7％和丁酮18％；其中，二氧化硅消光粉的粒子半径为6-8μm；黑色油墨的粒子半径为2-3μm；各组分经多次过滤，配制过程在黄光保护条件下，以大于800rpm/min的速率搅拌进行；

(3)涂布液的涂布

采用网纹辊涂布，将配制好的涂布液涂布在油墨涂层表面，90℃烘干5min后光固化形成厚度为5μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率50％，雾度为85％，60°表面光泽度为3GU，85°表面光泽度为5GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。

实施例5哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)在厚度为12μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面涂布黑色油墨，形成1μm的油墨涂层；

(2)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯丙烯酸酯50％、光引发剂184为1％，热固性聚甲基脲树脂消光粉5％，黑色油墨2％，附着力促进剂1％，丙二醇甲醚20％和丁酮20％；其中，二氧化硅消光粉的粒子半径为6-8μm；各组分经多次过滤，配制过程在黄光保护条件下，以大于800rpm/min的速率搅拌进行；

(3)涂布液的涂布

采用网纹辊涂布，将配制好的涂布液涂布在油墨涂层表面，90℃烘干5min后光固化形成厚度为5μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率60％，雾度为75％，60°表面光泽度为15GU，85°表面光泽度为20GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。

实施例6哑光硬化半透明光学薄膜的制备

(1)配制涂布液

涂布液按重量分数计包括：聚氨酯丙烯酸酯为50％、光引发剂184为1％、二氧化硅消光粉6％、黑色油墨2.5％、附着力促进剂1％、丙二醇甲醚20％和丁酮20％；其中，二氧化硅消光粉粒子半径为2-8μm；黑色油墨中碳粉的粒子半径为2-3μm；各组分经多次过滤；配制过程在黄光保护条件下，以大于800rpm/min的速率搅拌进行；

(2)涂布液的涂布

采用网纹辊涂布，将配制好的涂布液涂布在厚度为100μm，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的基膜表面，90℃烘干5min后光固化形成厚度为12μm的硬化涂层。

经检测，所制备的哑光硬化半透明光学薄膜透光率68％，雾度为70％，60°表面光泽度为3GU，85°表面光泽度为5GU，表面铅笔硬度为3H，涂层附着力为5B。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。