TWI374895B - Polyvinyl alcohol film composition, and polarizer plate employing the same - Google Patents
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1374895 九、發明說明： 【發明所屬之技彳衍領域】 本發明係有關於聚乙稀醇(PVA)膜組成物，可應用於光 •學膜、包裝膜、農業用膜、洗滌用膜、化妝品用膜等，且 •特別是有關於偏光板用之偏光膜組成物。 【先前技術】
聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol，PVA)為一種安定、無毒 的水溶性高分子，具有良好的接著性 '伸張強度、耐溶劑 性、耐磨擦性、氧氣阻絕性及界面活性。由於聚乙烯醇具 備上述之特性，使其被廣泛應用於各產業如電子業、光電 業、紡織業、乳膠業、合板本器業等領域。此外，聚乙烯 醇具備良好的製膜性，其成膜後的抗張強度、撕裂強度、 耐磨強度等物理性質，都比其它水溶性分子來得好。將聚 乙烯醇溶液塗佈於圓筒（drum type coater)或帶（belt type coater)上’以熱乾燥方式成膜’接著加以剝離的製膜方式， 稱為溶液製膜法’為常用之聚乙烯醇製膜法。而特別在顯 示器、投影機等光電產業中，聚乙烯醇膜經水膨潤、一軸 伸、並加以染色後，可得到偏光膜(P〇larizer)，其與三醋 (纖維素膜（Triacetyl Cellulose film，TAC film)貼合後，便 來得偏光板（polarizer plate)，為顯示器中的關鍵零組件之 聚乙烯醇膜的熱水切斷溫度，為聚乙烯醇結晶之完全 5 1374895 性與量的指標，可以用來對水或水溶液的吸水性、溶解性 做初步的了解，供應用或後續加工製程相關資訊〜。熱水 切斷溫度越向，聚乙知j醇之結晶性越高，耐熱水性越佳。 以聚乙稀醇之偏光膜製造為例，提高其熱水切斷溫度，可 提升其高溫之延伸性，進而提高偏光膜的偏光特性及耐久 性0 【發明内容】 本發明的目的之一就是提供一種聚乙烯醇膜組成物， 所製付的聚乙缔醇膜具有較而的熱水切斷溫度，对熱水性 較佳。為達上述與其他目的’本發明之方法主要係添加一 水；·谷性多面體梦乳院化合物（polyhedral oligomeric silsesquiQxane ; PQSS) 0 依照本發明一實施例’本發明提供了一種聚乙烯醇膜 組成物，包括： 私 （a)聚乙烯醇高分子’其聚合度為5〇〇〜6500，鹼化度至 少大於75莫耳百分比； (b) 多醇化合物；以及 (c) 水溶性多面體矽氧烷化合物。 本發明更提供一種偏光板，係將前述之聚乙烯醇膜組 *成物所製得之聚乙稀醇膜，應用於顯示器之偏光膜，該偏 •光膜與偏光膜保護膜例如三醋酸纖維膜（Triacetyi Cellulose film, TAC film)相貼合後’即為顯示器之關鍵零 組件一偏光板。 1374895 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 【實施方式】 本發明為於一般聚乙烯醇系薄膜之配製組成中一聚乙 烯醇(PVA)高分子及多醇化合物（P〇ly〇1)，再添加一水溶性 多面體矽氧烷化合物。相較於一般聚乙烯醇膜製程中，多 以熱乾燥處理的方式來提升熱水切斷溫度，本發明利用水 溶性多面體矽氧烷化合物（P〇lyhedral olig〇meric silsesquioxane; POSS)的添加’使付小乙烯醇膜組成物之 成膜後續加工的熱乾燥處理製程時間能有效縮短或溫度降 低，以達到節省能源消耗與降低成本之目的。 本發明之聚乙烯醇膜組成物配方如下· (a) 100重量份的聚乙烯醇(PVA)高分子； (b) l~30重量份的多醇化合物，尤以1〜20重量份為佳’ 5〜18重量份為更佳；以及 (c) O.QOl〜20重量份的水溶性多面體矽氧烷化合物，尤 以0.001〜5重量份為佳，〇·〇5〜1重量份為更佳。 前述聚乙烯醇高分子之聚合度’ 一般為500〜10000 ’ 尤以500〜6500之範圍為佳，鹼化度則以鹼化度乃莫耳百 分比以上為佳，尤以99莫耳百分比以上之範圍為更佳。前 述之多醇化合物為具有可塑劑性質者，一般包括丙三醇 (glycerine)、聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG)、三乙稀 7 1374895 基二醇（triethylene glycol)、二乙烯基二醇（diethylene glycol)、三曱基醇丙炫（trimethylolpropane)，或前述之組 合。
前述之多面體矽氧烷化合物，因其特殊之有機/無機化 學組成與奈米級之結構特性，在傳統上主要被應用為奈米 級材料填充劑(W02008021455)，以及燃料電池用質子交換 膜（US20070190385)。本發明所添加之多面體矽氧烷化合 物，更導入了水可溶性基團，如化學結構式⑴或(II)所示結 構：
其中，R 為水可溶性基，尤以一
Φ (ch2)3〇ch2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h、- 〇-n(ch3)4+ (CAS
No. 69667-29-4)、- CH2CH2CH2NH3C1 (CAS No. 150380-11-3)、一CH2CH2(〇CH2CH2)mOCH3 (m=13.3)等水 溶性官能基為佳；X則為有機基，尤其烷基、環烷基、苯 基、多環基較佳。本發明添加水溶性多面體矽氧烷化合物 . 具有下列之優點： (1)水溶性多面體矽氧烷化合物具有水溶液性和有機 基團，能增加其對聚乙烯醇和多醇化合物的互溶性，使聚 乙烯醇膜的透明性佳。 8 工，374895 (2) 多面體矽氧烷化合物之多面體矽氧烷結構，為明 確的三維無機奈米結構，屬於分子級補強材，可以加強耐 化性及耐熱性。與具有結晶性的聚乙烯醇高分子混合’作 為分子級結晶異質成核劑，促進聚乙烯醇高分子結晶。 (3) 添加水溶性多面體矽氧烷化合物，聚乙烯醇臈之 表面較為疏水，並提升熱水切斷溫度，製成偏光膜可較耐 座耐熱。 除了上述主要成份外，本發明之聚乙烯醇膜亦可依容 際應用的不同’視需要加入其他一或一種以上之添加劑只 ^界面活性劑、染顏料、可塑劑、架橋劑、密著賦予劑 、本發明之應用方面，可應用於包裝用膜、農業用膜、 洗滌用膜、化妝用膜，尤其適用於顯示器偏光板之聚乙 乙烯醇㈣膜之製法，可適當使㈣溶解於 之原料液予以流诞成膜的流诞法、洗鑄法壓 法荨溶液製膜之任意方式予以成膜。 …、、而’右以液晶顯示器用之偏細而言，更須 ，色性物質予以處理的染色處理步驟，以及—用以 配向狀態的延伸處理步驟。將前述聚乙_膜 ==物質的染色液中浸潰，使上述兩色性物 :二包括峨或有機染料，其中，蛾具有較佳的染Si 丄Ϊ H可安定取得具有賴光學特性之偏光/而 ㈣延伸處理步驟以單轴延伸為佳，拉伸比通 9 1374895 或更大，尤其以五倍或更大者為佳，但並非限定於此。上 述之聚乙烯醇膜染色處理步驟，更可再加入一著色助劑如 芒硝。 本發明之聚乙烯醇膜，當使用為液晶顯示器之偏光膜 * 時，可於其至少一表面上設置單層或多層之光學臈，做為 聚乙烯醇膜之保護、支持或具備光學補償功能，例如該光 學膜可為一偏光膜保護膜，其材料包括三醋酸纖維t (Triacetyl Cellulose，TAC)、聚對苯二曱酸乙二『 Φ (Polyethylene Terephthalate，PET)、聚萘二曱酸乙二酉旨 (Polyethylene Naphthalene-2,6-dicarboxylate, PEN)、聚曱義 丙烯酸曱酯（Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚苯乙稀 (Polystyrene，PS)等’其中尤以三醋酸纖維膜(TAC)為佳， .但並非限定於此。由該聚乙烯醇偏光臈與該偏光膜保護膜 • 貼合後，即得到偏光板（polarizer plate)。 本發明之偏光板可以應用在液晶顯示器。例如，可將 本發明之偏光板設置在液晶面板之任一表面或相反兩面。 液晶的型態與驅動方式並無特別限制，可以是TN(扭曲向 歹!)型液晶、垂直配向型液晶、IPS (橫向電場切換）液晶等。 此外’液晶面板的構成通常更包含擴散板、稜鏡陣列、背 1元件等，在此不予贅述。此外，上述偏光板在實際應用 時可與其他光學膜搭配使用，例如反射臈、半穿半反射膜、 延遲膜（1/2波長與1/4波長）、視角補償膜等。此外，本發 '明之偏光板亦可應用在投影機、太陽眼鏡等其他光學產品。 本發明之聚乙烯醇膜可依照下列主要步驟製成.：.將聚 10 1374895 乙稀醇高分子、多醇化合物、水溶性多面體⑪氧烧化合物 依比例配製後，加水混合並加熱獅之，使聚乙稀醇高分 子溶解及配方水溶液均勻，其中加熱溫度約7〇〜99。〇,加 熱時間約數小時至聚乙烯醇高分子完全溶解。之後，將配 方水溶液塗佈在基板上，例如玻璃平板，以室溫乾燥成膜 即可。塗佈方式可使用各種濕式塗佈，例如：旋轉塗佈（邛匕 Cq>atmg)、棒狀塗佈（bar coating)、滾筒塗佈（r〇ii coating)、 刮刀塗佈（blade coating)、浸潰塗佈（dip coating)等。 聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度，代表其結晶完全性與量 的指標，尤其對聚乙烯醇系偏光膜之製造而言，提升熱水 切，溫度’可以得到較優良之聚乙烯醇膜高溫延伸性，進 =提升其偏光待性與耐熱性。一般在偏光膜製程中，乃以 咼溫熱乾燥處理方式提升聚乙烯醇膜的熱水切斷溫度（日 本特開平5-245857) ’而本發明藉由添加水溶性多面體石夕氧 ^化σ物的方式’來提升聚乙烯醇膜熱水切斷溫度，在一 貫施例中，本發明之聚乙烯醇膜熱水切斷溫度可提高至攝 氏^度至攝氏63度間，以縮短後續製程中，進一步高溫 乾細熱處理所需之工時與減少能源消耗。 【貫施例】 本心月將以以下數個實施例作進一步說明。下列實施 例之t乙稀醇膜組成物中，水溶性多面體矽氧烧化合物具 有化學結構式(I)或(II)所示結構： 1374895
R 1^1i-、Ί o, \o^\x A-Ji-o\ \_osi~<oX4\0、?fxk ?si/oo\s/ 1 X X
R I
R R 1 si.
X HR <4、'VV3 ?si/9c\s/
R (H) 其中， 實施例卜2之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構 式⑴，R 為（ch2)3och2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h，X 為異 丁基（iso，butyl)，購自 Hybrid Plastics，型號 Tris Sulfonic Acid Isobutyl POSS SA1533 ； 實施例3之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構式 (II)，R 為 0_N(CH3)4+(CAS No. 69667-29-4)，購自 Hybrid Plastics，型號 OctaTMA POSS MS0860 ;以及 實施例4、5之水溶性多面體矽氧烷化合物為化學結構 式（II)，R 為 CH2CH2CH2NH3C1 (CAS No. 150380-11-3)， 講自 Hybrid Plastics，型號 OctaAmmonium POSS AM0285。 實施例1 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下： (a) l〇重量份的聚乙烯醇高分子，其聚合度為3000,鹼 化度為99莫耳百分比； (b) l重量份的丙三醇（glycerine);以及 (c) 0.005重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-1， 將上述配方加水混合（固成份11 wt%)並於90°C加熱授 叫4895 拌約2小時以上，使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上，室溫乾燥成膜。 比較實施例1 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例】，其中無 添加該（c)水溶性多面體矽氧烷化合物。 比較實施例2 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例1，其中該（c) 為界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺（lauric acid diethanolamide)。 實施例2 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下： (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子，其聚合度為3000,鹼 化度為99莫耳百分比； (b) l重量份的丙三醇（glycerine);以及 (c) 0.05重量份的水溶性多面體石夕氧院化合物c-Ι， 將上述配方加水混合（固成份11 wt%)並於90。(：加熱授 拌約2小時以上，使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上，室溫乾燥成膜。 比較實施例3 : 聚乙晞醇膜組成物之配方與方法如實施例2,其中該（c) 1-374895 為界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺（lauric acid diethanolamide) 〇 實施例3 : . 聚乙烯醇膜組成物配方如下： (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子，其聚合度為2700,鹼 化度為99.9莫耳百分比； (b) l重量份的丙三醇（glycerine);以及 • (c)0.02重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-2， 將上述配方加水混合（固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上，使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上，室溫乾燥成膜。 實施例4 : 聚乙烯醇膜組成物配方如下： (a) 10重量份的聚乙烯醇高分子，其聚合度為2700,鹼 •化度為99.9莫耳百分比； (b) l重量份的丙三醇（glycerine);以及 (c) 0.02重量份的水溶性多面體石夕氧烧化合物c-3， 將上述配方加水混合（固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上，使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 ' 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上，室溫乾燥成膜。 比較實施例4 : L374895 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例3及4，其 中該（c)為界面活性劑月桂酸二乙醇酿胺（lauric acid diethanolamide) ° 實施例5 : . 聚乙烯醇膜組成物配方如下： (a)10重量份的聚乙烯醇高分子，其聚合度為2700,鹼 化度為99.9莫耳百分比； • (b)l重量份的丙三醇（glycerine);以及 (c)0.01重量份的水溶性多面體石夕氧炫化合物c-3， 將上述配方加水混合（固成份11 wt%)並於90°C加熱攪 拌約2小時以上，使聚乙烯醇高分子溶解及配方水溶液均 ' 勻。將配方水溶液塗佈在玻璃平板上，室溫乾燥成膜。 比較實施例5 : 聚乙烯醇膜組成物之配方與方法如實施例5,其中無 ® 添加該（c)水溶性多面體石夕氧烧化合物。 熱水切斷溫度測試 對實施例與比較實施例進行熱水切斷溫度測試與比 較，方法如下： • 切取聚乙烯醇膜之幅方向0.5公分、流延方向2公分 •的試料，將此試料荷重2.65公克，吊浸於攝氏40度水中 後，水溫以每分鐘攝氏3度升溫，試料切斷的熱水溫度即 1374895 為熱水切斷溫度。 水接觸角 使用AST Products出品VCA-2500XE接觸角分析儀， 測得水接觸角。 厚度 使用Mitutoyo厚度計（液晶數字顯示器543-251，測 • 微台7002)進行量測。 外觀 目視觀察聚乙烯醇膜的透明性。 含水率 將聚乙烯醇膜置入攝氏105度烘箱中一小時，由前後 重量差算出含水率。 ί 測試結果如表1、2、3所示。由表1可知，添加水溶 ,性多面體矽氧烷化合物之實施例1、2，其熱水切斷溫度， 均較未添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之比較實施例1， 及僅添加界面活性劑月桂酸二乙醇醯胺之比較實施例2、 3，而有所增加。可知本發明添加多面體石夕氧烧化合物，可 - 有效提升聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度。 由表2可知，添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之實施 1374895 例3、4，其熱水切斷溫度，均較僅添加界面活性劑月桂酸 二乙醇醯胺之比較實施例4，而有所增加。可知本發明添 加多面體矽氧烷化合物，可有效提升聚乙烯醇膜之熱水切 斷溫度。 由表3可知，添加水溶性多面體石夕氧烧化合物之實施 例5，其熱水切斷溫度，較未添加水溶性多面體石夕氧烧化 合物之比較實施例5，而有所增加。可知本發明添加多面 體矽氧烷化合物，可有效提升聚乙烯醇膜之熱水切斷溫度。 表1、聚乙烯醇膜測試結果比較（實施例1、2) 聚乙稀醇膜組成物 實施例 比較實施例 (重量比） 1 2 1 2 3 (a)聚乙烯醇高分子 a，l 10 10 10 10 10 (b)多醇化合物 b-l 1 1 1 1 1 (C)多面體石夕氧烧化 c-1 0.005 0.05 - - - 合物 界面活彳生劑 c-0 一 一 _ 0.005 0.05 含水率(％) 10.4 12.5 10.0 13.8 11.0 厚度(μιη) 80 80 78 79 81 外觀 透明 透明 透明 透明 霧化 熱水切斷溫度(°C) 54.8 55.3 53 53 52.1 水接觸角（。） 50.4 43.4 30.0 16.5 23.1 註： a-Ι :聚乙烯醇高分子，聚合度為3000，鹼化度為99 莫耳百分比。 丄374895 b-l :丙三醇（glycerine)。 c-〇 .月桂酸二乙醇醯胺（lauric acid diethanolamide)。 c-1 ·· 化 學結構式⑴ ，R 為 (CH2)30CH2CH(0H)CH20(C6H4)S03H，X 為異丁基 (iso-butyl)。 二聚乙烯醇膜測試結果比較（實施例3、4) 聚乙烯醇臈用組成物 實施例 比較實施例 __(重量比） 3 4 4 烯醇高分子 a-2 10 10 10 (b)多醇化合物 b-l 1 1 1 (c)多面體石夕氧院化 c-2 0.02 一 合物 c-3 0.02 界面活性劑 c-0 0.02 含水率(％) 15.6 15.5 17.1 厚度(μηι) 90 90 90 外觀 透明 透明 透明 熱水切斷溫度(°〇 61.2 62.4 59.5 水接觸角（。） 40.2 88.5 25.7 註： a_2 :聚乙烯醇高分子，聚合度為2700，鹼化度為99.9 莫耳百分比。 b-l :丙三醇（glycerine)。 c_〇 :月桂酸二乙醇醯胺（lauric acid diethanolamide)。 1374895 c-2 :化學結構式（Π)，R 為 CTN(CH3)4+。 c-3 :化學結構式（II)，R 為 CH2CH2CH2NH3C卜 表3、聚乙烯醇膜測試結果比較（實施例5) 聚乙烯醇膜用組成物 實施例 比較實施例 (重量比） 5 5 (a)聚乙烯醇高分子 a-2 10 10 (b)多醇化合物 b-1 1 1 (C)多面體石夕氧烧化合物 c-3 0.01 - 含水率(°/〇) 14.0 13.9 厚度(μιη) 80 80 外觀 透明 透明 熱水切斷溫度(°c) 62.8 61.5 水接觸角（。） 111.6 37.5 言主· a-2 :聚乙烯醇高分子，聚合度為2700，鹼化度為99.9 莫耳百分比。 b-Ι :丙三醇(glycerine)。 c，3 :化學結構式（II)，R 為 CH2CH2CH2NH3C1。 實施例6:偏光板製作 將實施例4中所製成的聚乙烯醇膜進行偏光膜製程。 先於25°C水槽中浸潰澎潤。在染色槽水溶液(12 〇.4 g/L、 KI20 g/L)浸潰染碘180秒。於25°C水槽中一軸延伸至5倍 1-374895 原長。在固定槽（boric acid 50 g/L)和補色槽(KI 30g/L)中， 繼續一軸延伸至5.5倍原長。80°C乾燥3分鐘。使用6 wt% 聚乙烯醇水溶液為接著劑，於偏光膜兩側貼合上三醋酸纖 . 維素膜(LOFO 6306-1556，厚80 μπι)，50°C乾燥得到偏光 . 板(厚度185 μπι)，其偏光度為99.86%，穿透度為39%。 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者， • 在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作任意之更動與潤 飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界 定者為準。
20 1.374895 【圖式簡單說明】 益〇 【主要元件符號說明】
Claims (1)
1374895 ；r| 修it本 第 97144652 號 十、申請專利範圍： 1. 一種聚乙烯醇膜組成物，以聚乙烯醇為1〇〇重量份 時，包括： (a) 100重量份之聚乙烯醇； (b) l〜30重量份之多醇化合物；以及 (c) O.OOl〜20重量份之水溶性多面體矽氧烷化合物， 其中該（a)聚乙烯醇之聚合度為500〜10000，驗化度大 於75莫耳百分比， & 其中該（c)水溶性多面體矽氧烷化合物具有化學結構式 (I)或式（II)所示結構： X 其 -RbsioV4c、t^ o/^/o\s/(中 R -Rlsi- si— i\ X si-9 s R\./Jb0-si丨 R/o O-VOOH R- R R 為 CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3 (m=13.3)、 ON(CH3)4+ 、 CH2CH2CH2NH3C1 、 或 (ch2)3och2ch(oh)ch2o(c6h4)so3h ;以及 X為烧基、環烧基、苯基、或多環基。 2.如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物， 其中該（b)多醇化合物包括丙三醇（glycerine)、聚乙二醇 (Polyethylene Glycol, PEG)、三乙烯基二醇（triethylene glycol)、二乙稀基二醇（diethylene glycol)、三曱基醇丙烧 22 1374895 〆 第97144652號 修正日期:101.8.21 . • 修正本 (trimethylolpropane)，或前述之組合。 . 3.如申請專利範圍帛1項所述之聚乙烯醇膜組成物， 其中X為異丁基(iso-butyl)。 • 4‘如中請專㈣圍第1項所狀聚乙烯賴組成物， •其巾該⑻多醇化合物之重量份為1〜以及該⑷水溶性 - 多面體矽氧烷化合物之重量份為0.001〜5。 5. 如申請專利範圍帛1項所述之聚乙烯醇膜組成物， 其中該⑻多醇化合物之重量份為5〜18;以及該⑷水溶性 多面體石夕氧烧化合物之重量份為0.05〜1。 6. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物， 更包括一添加劑。 7. 如申請專利範圍第6項所述之聚乙烯醇膜組成物， 其中該添加劑包括界面活性劑、染顏料、可塑劑、架橋劑、 • 或密著賦予劑，或前述之組合。 8. 如申請專利範圍第1項所述之聚乙烯醇膜組成物， 該組成物具有熱水切斷溫度為攝氏54度至63度。 9. 一種偏光板，包括： 偏光臈，包括申凊專利範圍第1項所述之聚乙嫦醇 膜組成物；以及 一偏光臈保護膜’設置於該偏光膜之至少一表面上。 10. 如申請專利範圍第9項所述之偏光板，其中該偏光 膜保遵膜為二醋酸纖維素膜(Triacetyl Cellulose，TAC)。 23
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