本發(fā)明涉及光學(xué)膜制備領(lǐng)域，具體涉及一種高阻隔性光學(xué)薄膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：將通過量子點(diǎn)納米材料制備的量子點(diǎn)膜應(yīng)用在顯示器的背光模組中，可以提高色域值和色彩飽和度，是近年來興起的一項(xiàng)熱門技術(shù)。但是量子點(diǎn)材料對(duì)高溫、強(qiáng)光、氧氣、濕度及酸等有害環(huán)境極為敏感，非常容易衰減，故在量子點(diǎn)膜的實(shí)際應(yīng)用中，需要良好的阻隔性能，以保證產(chǎn)品在使用過程中的穩(wěn)定性。目前，在電學(xué)、包裝等領(lǐng)域一般多采用無機(jī)物或無機(jī)物與有機(jī)物復(fù)合制備阻隔涂層，其具有良好的阻隔性能；目前也已經(jīng)開發(fā)出高度透明的阻隔涂層應(yīng)用于光學(xué)膜領(lǐng)域。但是現(xiàn)有的阻隔層一般通過化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、濺射和真空工藝等制備，成本高且工藝復(fù)雜。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高阻隔性光學(xué)薄膜及其制備方法和應(yīng)用，該薄膜由有機(jī)高分子材料制成，制備時(shí)采用簡(jiǎn)單方便的涂膜工藝依次在基膜上形成氧氣阻隔層和水汽阻隔層，得到的薄膜具有較好的阻隔性能，可用作量子點(diǎn)膜的外層阻隔膜或用作要求阻隔外界氧氣和水汽的食品包裝膜等。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種高阻隔性光學(xué)薄膜，其由光學(xué)基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復(fù)合而成，所述光學(xué)基膜的上表面涂有所述氧氣阻隔膜，所述氧氣阻隔膜的上表面涂有所述水汽阻隔膜，所述氧氣阻隔膜位于所述光學(xué)基膜與所述水汽阻隔膜之間。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以有如下進(jìn)一步的具體選擇。上述的氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜均由有機(jī)高分子材料制成，有機(jī)高分子材料被用作阻隔材料時(shí)，小分子物質(zhì)是通過高分子材料的分子間自由體積滲透的，因此具有阻隔性的高分子材料應(yīng)具有以下特征：①阻隔非極性小分子(如氧氣)時(shí)，阻隔高分子材料應(yīng)具有某種程度的極性，如含有羥基，腈，氯，氟，丙烯酸或酯等基團(tuán)；阻隔極性小分子(如水)時(shí)，阻隔高分子材料應(yīng)具有非極性結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱或者具有能平均電子結(jié)構(gòu)的大π鍵；②分子鏈具有一定的剛性，不易發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)，可以阻礙小分子的滲透；③不與滲透分子發(fā)生反應(yīng)；④分子對(duì)稱有序，利于結(jié)晶、取向等。結(jié)晶和取向會(huì)讓分子鏈排列緊密，密切堆積，分子間自由體積小，不利于小分子的滲透；⑤分子鏈間或分子之間有較強(qiáng)的相互作用力，如氫鍵等；⑥具有較小的自由體積與較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。具體的，所述光學(xué)基膜為光學(xué)PET膜或光學(xué)PC膜。具體的，所述氧氣阻隔膜為疏水改性PVA膜，所述疏水改性PVA膜由PVA水溶液和戊二醛水溶液在鹽酸催化作用下發(fā)生縮醛化反應(yīng)交聯(lián)后再流延烘干而成。PVA分子具有規(guī)整的線性結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)含有大量的羥基，因此PVA具有極強(qiáng)的親水性，是一種水溶性高分子材料。由于大量羥基的存在，PVA容易形成大量的分子內(nèi)和分子間氫鍵，強(qiáng)大的分子間相互作用力會(huì)提高PVA的結(jié)晶能力，使其具有高度的結(jié)晶性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、透光性、良好的光澤和高的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)由于高度的結(jié)晶性，PVA分子間自由體積較小，因此對(duì)于非極性小分子如氧氣等，具有極為優(yōu)越的阻隔能力；但是對(duì)極性小分子如水汽的阻隔能力較差，且若PVA長(zhǎng)時(shí)間暴露在水汽中，會(huì)吸附水分子并溶脹，溶脹之后PVA的阻隔性會(huì)急劇下降，因此需要對(duì)PVA進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖杷男?，保留其阻隔氧氣的能力的同時(shí)，防止吸水溶脹。PVA的羥基決定了其親水性能，為了將PVA改性為疏水聚合物，需要從醇解后的羥基(-OH)入手?？梢酝ㄟ^共聚改性(如內(nèi)酯化改性)和后期改性(如縮醛化反應(yīng)、酯化反應(yīng)等)來改變PVA大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，獲得疏水性的PVA疏水材料。此外，也可以通過在PVA層上涂布隔水層，隔絕PVA與水的接觸，來保留PVA較好的隔氧能力。具體的，所述水汽阻隔膜為PE膜、PC膜、PMMA膜和PS膜中的任意一種。PE、PC、PMMA和PS均為低透水性聚合物，其中PE是晶態(tài)聚合物，需要加熱到熔點(diǎn)以上才能熔融或者溶解，PS、PC和PMMA是非晶態(tài)聚合物，在常溫下即可溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?。具體的，所述光學(xué)基膜的厚度為10-250μm，所述氧氣阻隔膜的厚度為0.4-14.5μm，所述水汽阻隔膜的厚度為0.4-14.5μm。本發(fā)明還提供一種高阻隔性光學(xué)薄膜的制備方法，其包括如下步驟：S1.將PVA水溶液、戊二醛水溶液和鹽酸混合配制成疏水改性的PVA阻隔液，備用；將PE、PC、PMMA和PS中的任一種溶于有機(jī)溶劑配制成隔水阻隔液，備用；S2.將所述疏水改性的PVA阻隔液涂布于由光學(xué)PET膜或光學(xué)PC膜制成的光學(xué)基膜的上表面，烘干，在所述光學(xué)基膜的上表面形成氧氣阻隔膜，得光學(xué)基膜與氧氣阻隔膜的復(fù)合膜；工業(yè)上生產(chǎn)PVA膜的方法通常是在傳送帶或平面上流延成膜，具體的，是將PVA以水溶液形式流延到傳送帶或平面上，再加熱烘干成膜。由于PVA的氫鍵作用導(dǎo)致分子間作用力非常強(qiáng)，其熔點(diǎn)大于分解溫度，故不能采用熔融加工。S3.將所述隔水阻隔液涂布于所述氧氣阻隔膜的上表面，干燥，在所述氧氣阻隔膜的上表面形成水汽阻隔膜，得由光學(xué)基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復(fù)合而成的高阻隔性光學(xué)薄膜。在上述制備方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下進(jìn)一步的具體選擇。具體的，S1中所述PVA水溶液中PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-25％，所述戊二醛水溶液中戊二醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12％，所述鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-6％,所述疏水改性的PVA阻隔液由所述PVA水溶液、戊二醛水溶液和鹽酸按照100:0.1-10:0.2-2的重量比例充分混合并反應(yīng)0.5-1h制成。PVA和戊二醛在鹽酸的催化作用下，發(fā)生縮醛化反應(yīng)，雙醛基團(tuán)使PVA分子形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高耐水能力。具體的，S1中所述隔水阻隔液中相應(yīng)的PE、PC、PMMA或PS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-25％，所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷或二甲苯。具體的，S2和S3中涂布所述疏水改性的PVA阻隔液和隔水阻隔液時(shí)，使用規(guī)格為10-50μm的線棒涂布器刮涂。規(guī)格為10-50μm的線棒涂布器刮涂出的濕膜厚度為10-50μm，待阻隔液中的溶劑或水分揮發(fā)完之后，即得干膜，干膜的厚度由阻隔液中的固體含量確定。本發(fā)明還提供一種高阻隔性光學(xué)薄膜的應(yīng)用，其可用作量子點(diǎn)膜的外層阻隔膜或用作要求阻隔外界氧氣和水汽的食品包裝膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明提供的高阻隔性光學(xué)薄膜產(chǎn)品由光學(xué)基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜三層復(fù)合而成，三層膜均由有機(jī)高分子材料制成，得到產(chǎn)品具有極低的透氧透水性，可用作量子點(diǎn)膜的外層阻隔膜或用作要求阻隔外界氧氣和水汽的食品包裝膜等；2)本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單，制備相應(yīng)的高分子溶液，然后依次在光學(xué)基膜上直接涂膜并干燥成相應(yīng)的隔膜即可，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的一種高阻隔性光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的一種高阻隔性光學(xué)薄膜制備方法的流程圖；附圖中，各標(biāo)號(hào)代表的意義如下：1.光學(xué)基膜；2.氧氣阻隔膜；3.水汽阻隔膜。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明提供一種高阻隔性光學(xué)薄膜，其由光學(xué)基膜1、氧氣阻隔膜2和水汽阻隔膜3復(fù)合而成，所述光學(xué)基膜1的上表面涂有所述氧氣阻隔膜2，所述氧氣阻隔膜的上表面涂有所述水汽阻隔膜3，所述氧氣阻隔膜2位于所述光學(xué)基膜1與所述水汽阻隔膜3之間。如圖2所示，本發(fā)明提供一種高阻隔性光學(xué)薄膜的制備方法，其包括如下步驟:S1.將PVA水溶液、戊二醛水溶液和鹽酸混合配制成疏水改性的PVA阻隔液，備用；將PE、PC、PMMA和PS中的任一種溶于有機(jī)溶劑配制成隔水阻隔液，備用；S2.將所述疏水改性的PVA阻隔液涂布于由光學(xué)PET膜或光學(xué)PC膜制成的光學(xué)基膜的上表面，烘干，在所述光學(xué)基膜的上表面形成氧氣阻隔膜，得光學(xué)基膜與氧氣阻隔膜的復(fù)合膜；S3.將所述隔水阻隔液涂布于所述氧氣阻隔膜的上表面，干燥，在所述氧氣阻隔膜的上表面形成水汽阻隔膜，得由光學(xué)基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復(fù)合而成的高阻隔性光學(xué)薄膜。以下實(shí)施例中用到的PVA水溶液是將分子量40000-120000、醇解度88-98％的PVA粉末或者顆粒溶解于去離子水中制備得到，PVA水溶液中PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-25％。以下實(shí)施例中使用的PE、PC、PS、PET等均為市售產(chǎn)品，其中用作光學(xué)基膜的PET或PC均為光學(xué)級(jí)。實(shí)施例1一種高阻隔性光學(xué)薄膜，其制備方法包括如下步驟:S1.將15wt％的PVA水溶液、10wt％的戊二醛水溶液和4wt％的鹽酸按照100：5：1的重量比例混合配制成疏水改性的PVA阻隔液，備用；將PE溶于二氯甲烷中配制成15wt％的PE隔水阻隔液，備用；S2.用規(guī)格為25μm的線棒涂布器將所述疏水改性的PVA阻隔液刮涂于厚75μm的PET光學(xué)基膜的上表面，烘干，在所述光學(xué)PET基膜的上表面形成厚約4.0μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復(fù)合膜PET+PVA；S3.用規(guī)格為25μm的線棒涂布器將所述PE隔水阻隔液刮涂于所述PVA氧氣阻隔膜的上表面，干燥，在所述PVA氧氣阻隔膜的上表面形成厚約4.0μm的PE水汽阻隔膜，得三層復(fù)合膜PET+PVA+PE，即為目標(biāo)產(chǎn)品——高阻隔性光學(xué)薄膜。實(shí)施例2一種高阻隔性光學(xué)薄膜，其制備方法包括如下步驟:S1.將3wt％的PVA水溶液、8wt％的戊二醛水溶液和2wt％的鹽酸按照100：0.1：0.2的重量比例混合配制成疏水改性的PVA阻隔液，備用；將PE溶于二氯甲烷中配制成3wt％的PE隔水阻隔液，備用；S2.用規(guī)格為10μm的線棒涂布器將所述疏水改性的PVA阻隔液刮涂于厚10μm的PET光學(xué)基膜的上表面，烘干，在所述光學(xué)PET基膜的上表面形成厚約0.4μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復(fù)合膜PET+PVA；S3.用規(guī)格為10μm的線棒涂布器將所述PE隔水阻隔液刮涂于所述PVA氧氣阻隔膜的上表面，干燥，在所述PVA氧氣阻隔膜的上表面形成厚約0.4μm的PE水汽阻隔膜，得三層復(fù)合膜PET+PVA+PE，即為目標(biāo)產(chǎn)品——高阻隔性光學(xué)薄膜。實(shí)施例3一種高阻隔性光學(xué)薄膜，其制備方法包括如下步驟:S1.將25wt％的PVA水溶液、12wt％的戊二醛水溶液和6wt％的鹽酸按照100：10：2的重量比例混合配制成疏水改性的PVA阻隔液，備用；將PE溶于二氯甲烷中配制成25wt％的PE隔水阻隔液，備用；S2.用規(guī)格為50μm的線棒涂布器將所述疏水改性的PVA阻隔液刮涂于厚250μm的PET光學(xué)基膜的上表面，烘干，在所述光學(xué)PET基膜的上表面形成厚約14.5μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復(fù)合膜PET+PVA；S3.用規(guī)格為50μm的線棒涂布器將所述PE隔水阻隔液刮涂于所述PVA氧氣阻隔膜的上表面，干燥，在所述PVA氧氣阻隔膜的上表面形成厚約14.5μm的PE水汽阻隔膜，得三層復(fù)合膜PET+PVA+PE，即為目標(biāo)產(chǎn)品——高阻隔性光學(xué)薄膜。實(shí)施例4與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例用PS代替PE，其余參數(shù)及步驟均保持不變，最終得到三層復(fù)合膜PET+PVA+PS。實(shí)施例5與實(shí)施例4相比，本實(shí)施例用PC代替PET，其余參數(shù)及步驟均保持不變，最終得到三層復(fù)合膜PC+PVA+PS。對(duì)比例1以75μm厚的PET膜，作為對(duì)照薄膜。對(duì)比例2在75μm厚的PET膜的表面刮涂實(shí)施例1制成的疏水改性的PVA阻隔液，形成二層復(fù)合膜PET+PVA，不涂水汽阻隔膜，作為對(duì)照薄膜。對(duì)比例3在75μm厚的PC膜的表面刮涂實(shí)施例1制成的疏水改性的PVA阻隔液，形成二層復(fù)合膜PC+PVA，不涂水汽阻隔膜，作為對(duì)照薄膜。分別使用實(shí)施例1至5和對(duì)比例1至3制備出的高阻隔性光學(xué)薄膜和對(duì)照薄膜作為量子點(diǎn)膜的外層阻隔膜，即將量子點(diǎn)層置于兩張相同的所述高阻隔性光學(xué)薄膜或?qū)φ毡∧ぶ虚g(量子點(diǎn)層與光學(xué)基膜接觸)制成量子點(diǎn)膜片，測(cè)試量子發(fā)光效率；然后將制備得到的量子點(diǎn)膜片放入85老化箱(恒溫85℃，恒濕85RH)中，85老化箱內(nèi)為充有空氣(與外界空氣的氧氣含量接近)，經(jīng)過100h后再次測(cè)試量子發(fā)光效率；具體的測(cè)試結(jié)果如下表所示：光學(xué)膜類型初始發(fā)光效率老化后發(fā)光效率衰減率實(shí)施例1PET+PVA+PE93.05％89.77％3.52％實(shí)施例2PET+PVA+PE92.85％88.97％4.18％實(shí)施例3PET+PVA+PE92.54％89.45％3.34％實(shí)施例4PET+PVA+PS92.66％88.48％4.51％實(shí)施例5PC+PVA+PS92.45％87.13％5.75％對(duì)比例1PET91.94％76.03％17.30％對(duì)比例2PET+PVA93.40％86.81％7.06％對(duì)比例3PC+PVA90.57％83.22％8.12％由上表可知，本發(fā)明依次在光學(xué)基膜表面涂覆氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜得到三層復(fù)合的高阻隔性光學(xué)薄膜，以此光學(xué)薄膜封裝量子點(diǎn)層得到的量子點(diǎn)膜片的初始發(fā)光效率和老化試驗(yàn)后的發(fā)光效率均較高，老化試驗(yàn)前后發(fā)光效率的衰減率低，表明本發(fā)明得到的高阻隔性光學(xué)薄膜具有很好的阻隔氧氣和水汽滲透的能力。另外，從對(duì)比例可知：僅以光學(xué)基膜封裝量子點(diǎn)層時(shí)，其老化試驗(yàn)后的發(fā)光效率較低，即發(fā)光效率衰減很快，其原因?yàn)檠鯕饣?和水汽滲透光學(xué)基膜后對(duì)量子點(diǎn)層進(jìn)行了破壞；僅以PVA阻隔液涂覆后光學(xué)基膜得到PET+PVA兩層復(fù)合膜，以該兩層復(fù)合膜封裝量子點(diǎn)層后得到的量子點(diǎn)膜片產(chǎn)品在相應(yīng)老化試驗(yàn)中發(fā)光效率的衰減率得到了一定體程度的降低，但因缺少水汽阻隔膜，故其仍然比以本發(fā)明制備的高阻隔性光學(xué)薄膜的性能差。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3