光学用抗静电粒子及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于光学膜制备技术领域，具体涉及一种光学用抗静电粒子及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着科技发展的日新月异，电子电器逐渐深入到人民生活的方方面面。从最初满足初级的显示功能，到后来人们对电视、手机、vr(虚拟现实)设备等越来越高的成像要求。在厚度方面，电子产品越来越薄、光学膜片越来越薄；在色彩方面，色彩越来越鲜艳、色彩真实度越来越高；在外观方面，专业角度检测无瑕疵、肉眼观看无异常现象；在可靠性测试中，无添加剂析出、不影响客户观感。
3.在客户的诸多要求中，扩散膜抗静电效果是重要指标之一。首先，在膜片裁切过程中会产生静电，若扩散膜无抗静电效果会使得静电产生累积；累积的静电会吸附环境中的杂质，使得扩散膜组装到光学模组中后呈现为黑点，影响客户视觉感受。其次，无抗静电性能的扩散膜片在使用过程中会产生电荷的积累，电荷积累达到一定程度会造成电击穿，进而造成显示屏幕的破坏性损伤。再者，电荷积累到一定程度会造成电压的瞬间放电，使得led、异质结等器件被瞬间击穿，造成电子元器件不可逆损伤。
4.关于光学膜片抗静电的研究，中国专利cn106896427a公开了一种抗静电光学膜层及其制造方法，该方法是树脂层表面的多个负价离子基团吸附正价金属粒子，通过金属粒子的导电性能将电荷转移，形成抗静电效果。但该方法需将树脂层进行碱化处理，工艺较为复杂，且金属较硬、易对其他光学膜片产生划伤。中国专利cn205210327u公告了一种抗刮抗静电的光学扩散膜，在现有光学膜片的抗刮伤层表面再增加涂布抗静电层，起抗静电效果。此方法工艺复杂，需光学膜制备完成后再上线进行抗静电层的涂布；而且在二次涂布过程中易对原有膜片造成损伤，影响产品性能。中国专利cn208334690u公告了一种抗刮抗静电的光学扩散膜，将硫化锌、氧化锌粒子涂布在树脂表层起到抗静电作用。由于硫化锌和氧化锌硬度大，易对其他光学膜片产生划伤。
5.基于电子电器件抗静电的需求，目前光学膜制备中主要是通过在树脂中直接添加抗静电剂达到抗静电效果。虽然此方案解决静电问题，同时也带来一些潜在的问题。此方案制备的抗静电光学膜在高温高湿测试时，会出现抗静电剂在表层的析出过多而形成水滴现象(如图1)，外观显示不良，影响客户的使用感受。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光学用抗静电粒子，该光学用抗静电粒子解决了光学膜生产中直接添加抗静电剂产生的潜在问题，也改善了长时间使用或者苛刻环境中抗静电剂析出问题；本发明还提供其制备方法和应用。
7.本发明所述的光学用抗静电粒子，包括高分子粒子、增塑剂、分散剂和抗静电剂，高分子粒子、增塑剂、分散剂与抗静电剂的质量比为100：1～10：1～5：1～6；
8.所述的高分子粒子为聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)粒子、聚甲基丙烯酸丁酯(pbma)粒子、聚酰胺(pa)粒子或聚氨酯(pu)粒子中的一种或几种组合。
9.所述的抗静电剂为阴离子型抗静电剂或非离子型抗静电剂中的一种或两种组合。
10.所述的抗静电剂位于高分子粒子的表层和内部。
11.所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类、磷酸酯类或环氧酯类中的一种或几种组合。
12.所述的分散剂为高分子型分散剂。
13.所述的光学用抗静电粒子的粒径为1～50μm。
14.优选地，所述的高分子粒子、增塑剂、分散剂与抗静电剂的质量比为100：8～10：3～5：4。
15.本发明所述的光学用抗静电粒子的制备方法，包括以下步骤：
16.(1)称取高分子粒子、增塑剂、分散剂和抗静电剂，机械搅拌使其混合均匀；
17.(2)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中造粒、干燥，制得毫米级别粒子；
18.(4)将粒子低温粉碎，得到微米级别粒子，即光学用抗静电粒子。
19.步骤(2)中，所述的双螺杆挤出机的工艺参数为：温度190-280℃、转速300-500rpm、熔体压力≤10mpa。
20.优选地，所述的光学用抗静电粒子的制备方法，包括以下步骤：
21.(1)称取高分子粒子、增塑剂、分散剂和抗静电剂，机械搅拌使其混合均匀；
22.(2)将双螺杆挤出机内部清洗干净，在机头处安装三层滤网，保证实验环境的洁净度和工艺中除杂质的可靠性；
23.(3)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机，制得洁净的毫米级别粒子；
24.(4)将粒子干燥后低温粉碎，得到微米级别粒子。
25.增塑剂的使用可以使得高分子的分子链间距变大，使得分子运动更为容易，有利于抗静电剂的转移；同时分散剂可使得抗静电剂和高分子粒子分散更为均匀，起到良好的抗静电效果。
26.本发明所述的光学用抗静电粒子的应用，用于制备扩散膜。
27.所述的扩散膜包括扩散层、pet基材和抗刮伤层，所述的扩散层和抗刮伤层均包括光学用抗静电粒子、丙烯酸胶水、异氰酸酯胶水和分散助剂。光学用抗静电粒子、丙烯酸胶水、异氰酸酯胶水在溶剂乙酸乙酯和乙酸丁酯中搅拌混合均匀，然后涂布在pet基材上制得扩散层或抗刮伤层。
28.优选地，所述的扩散膜的制备方法，具体如下：
29.(1)量取溶剂乙酸乙酯和乙酸丁酯，丙烯酸胶水，机械搅拌均匀；
30.(2)再称取光学用抗静电粒子，加入上述物料中搅拌均匀；
31.(3)称取适量分散助剂和异氰酸酯胶水，混合后搅拌均匀，得浆料；
32.(4)将上述制得浆料涂布在pet基材上，制得扩散膜，并在60℃熟化24小时。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
34.1、工艺简单、性能佳。传统方法多为多次涂布或者引入导电金属元素，多次涂布既增加工艺损耗和复杂性，又可能造成膜片性能的破坏；而金属物质的引入，由于硬度问题会
损伤其他膜片，造成性能的破坏。
35.2、解决了抗静电剂析出造成显示缺陷问题。行业现有生产工艺中，外添加抗静电剂在苛刻环境或长时间工作条件下发生析出聚集，在显示时出现水滴缺陷，影响客户使用。本发明引入抗静电粒子，取消了抗静电剂的外添加，避免了析出异常现象。
36.3、减少涂布时产生的缺陷。目前光学膜生产，采用外加抗静电剂到树脂中的方式达到抗静电效果。由于树脂中的抗静电剂易产生膜面花纹、流纹等异常现象，从而造成工艺的调试和产品的浪费。而抗静电粒子的使用，避免了抗静电剂的直接添加使用，减少缺陷产生，同时也节约物料，减少浪费。
37.4、本发明将需添加的抗静电剂和高分子粒子预先通过挤出工艺制备成复合粒子，然后添加到树脂中进行涂布制得的光学膜片。采用该方法制备的光学膜片抗静电效果佳(表面电阻10
10.5
～10
11.8
ω)，且在高温高湿环境中不出现抗静电剂析出的问题。
附图说明
38.图1为抗静电剂析出聚集形成水滴缺陷的显微镜照片；
39.图2为正常品无抗静电剂析出的显微镜照片。
具体实施方式
40.下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限定本发明。
41.实施例1
42.所述的光学用抗静电粒子，包括高分子粒子、增塑剂、分散剂和抗静电剂。本实施例中选择pu粒子进行抗静电粒子的制备，具体方法如下：
43.(1)称取10.000kg pu粒子，加入花王me-2抗静电剂0.100kg，巴斯夫增塑剂1.000kg，byk分散剂0.500kg，放入高速搅拌机中，混合均匀；
44.(2)将双螺杆挤出机机头位置安装三层滤网，将上述混合均匀的物料加入挤出机，得到毫米级抗静电粒子；
45.(3)将抗静电粒子干燥除水，得到低含水率粒子；
46.(4)将上述干燥的粒子低温粉碎，得到微米级粒子。
47.其中，高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:10:5:1，制得的光学用抗静电粒子尺寸为1～50μm。
48.扩散膜的制备方法为：
49.(1)称取6.000kg溶剂乙酸乙酯和乙酸丁酯混合物(2:1混合)，4.000kg丙烯酸胶水，机械搅拌2小时至均匀；
50.(2)称取4.200kg光学用抗静电粒子，加入搅拌桶中，搅拌2小时至均匀；
51.(3)称取0.300kg的分散助剂和0.500kg异氰酸酯胶水，混合后机械搅拌1小时至均匀；
52.(4)将上述混合均匀的物料进行涂布，制得扩散膜，并在60℃下熟化24小时至完全固化；
53.(5)将扩散膜按照表1和表2进行测试。
54.表1扩散膜片的抗静电效果参数及结果
55.仪器测试点数数值取值结果/ω表面电阻仪9点平均值10
11.8
56.表2扩散膜片的高温高湿测试
57.仪器条件测试时间测试膜片数量表面电阻/ω水滴高温高湿箱65℃、95％rh100h9片10
12
无
58.本实施例中制备1％抗静电剂添加量的光学用抗静电粒子，并将该粒子用于制备光学膜，测试光学膜的表面电阻为10
11.8
ω，满足光学膜抗静电要求(光学行业中光学膜片表面电阻≤10
12
ω，均认为有抗静电效果)。
59.将此光学膜放于高温高湿箱中，经100h实验后取出，观察光学膜表面无水滴现象(如图2)，测试其表面电阻为10
12
ω，满足抗静电要求。
60.实施例2
61.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:7。
62.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，但高温高湿后扩散膜片出现水滴现象，不符合要求。
63.实施例3
64.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:6。
65.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
66.实施例4
67.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:5。
68.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
69.实施例5
70.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:4。
71.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
72.实施例6
73.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:3。
74.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
75.实施例7
76.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子和抗静电剂的投料比为100:2。
77.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜
片无水滴现象，符合要求。
78.实施例8
79.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子选用pbma粒子，pbma粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:10:5:4。
80.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
81.实施例9
82.如实施例1提供的光学用抗静电粒子和扩散膜，不同之处在于步骤(1)中高分子粒子选用pa粒子，pa粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:10:5:4。
83.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
84.实施例10
85.根据实施例1-7分析，考虑添加量多少和实现的抗静电效果，选取4％抗静电比例进行实验。
86.如实施例1提供的光学用抗静电粒子的制备方法，不同之处在于高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:0:0:4。
87.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求；但高温高湿后2张扩散膜片出现水滴现象，其余7张未出现水滴现象。
88.实施例11
89.如实施例1提供的光学用抗静电粒子的制备方法，不同之处在于高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:1:1:4。
90.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
91.实施例12
92.如实施例1提供的光学用抗静电粒子的制备方法，不同之处在于高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:8:3:4。
93.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
94.实施例13
95.如实施例1提供的光学用抗静电粒子的制备方法，不同之处在于高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:9:4:4。
96.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
97.实施例14
98.如实施例1提供的光学用抗静电粒子的制备方法，不同之处在于高分子粒子、增塑剂、分散剂、抗静电剂的投料比为100:9:4:6。
99.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，且高温高湿后扩散膜片无水滴现象，符合要求。
100.对比例1
101.与实施例1不同，此实施例中使用原始未改性的高分子粒子，在树脂中添加抗静电剂，具体制备扩散膜方式如下：
102.(1)量取6.000kg溶剂乙酸乙酯和乙酸丁酯(2:1混合)，4.000kg丙烯酸胶水，机械搅拌2h至均匀；
103.(2)称取4.200kg高分子粒子，0.042kg抗静电剂(高分子粒子的1％wt)加入搅拌桶中搅拌2h至均匀；
104.(3)称取0.300kg的分散助剂和0.5kg异氰酸酯胶水，混合后机械搅拌1h至均匀；
105.(4)将上述混合均匀的物料进行涂布，制得扩散膜，并在60℃下熟化24h至完全固化；
106.按照实施例1中表1和表2测试上述扩散膜性能，结果表明原始膜片和高温高湿后膜片无水滴现象出现，但是膜片的表面电阻值均大于10
12
ω。
107.对比例2
108.如对比例1提供的光学膜制备方法，不同之处在于高分子粒子：抗静电剂的投料比为100:4。
109.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，但是高温高湿后扩散膜片出现水滴现象，不符合要求。
110.对比例3
111.如对比例1提供的光学膜制备方法，不同之处在于高分子粒子：抗静电剂的投料比为100:7。
112.测量扩散膜的表面电阻和高温高湿后的表面电阻均符合要求，但是高温高湿后扩散膜片出现水滴现象，不符合要求。
113.表3实施例1-14和对比例1-3表面电阻及水滴情况
114.[0115][0116]
分析实施例1-7，发现抗静电剂比例增加抗静电效果增强；但当添加比例超过4％继续增加时，抗静电效果增加不明显；当添加比例达到7％时，高温高湿后扩散膜片出现水滴现象。综合考虑添加量和实现的效果，1％-6％均可，4％最佳。
[0117]
分析实施例5、10-13，当增塑剂和分散剂无添加时，制备的部分扩散膜片出现水滴现象。随着增塑剂和分散剂的添加、并逐渐增加(抗静电剂比例不变)，抗静电效果增加、且膜片高温高湿后无水滴现象。当增塑剂比例达到8％、分散剂比例3％时的效果，与增塑剂比例达到10％、分散剂比例5％效果一致。分析实施例14，增塑剂比例9％、分散剂比例4％、抗静电剂比例6％，扩散膜片的抗静电效果符合要求、且高温高湿后无水滴出现。
[0118]
分析实施例5、8和9，不同的高分子粒子，增塑剂、分散剂和抗静电剂添加比例均相同的情况下达到的抗静电效果相当，高温高湿后无水滴现象。
[0119]
分析实施例1和对比例1，采用本发明专利制备的抗静电粒子，用于制成扩散膜后抗静电效果和高温高湿后效果均符合要求；而扩散膜现有的生产方式中，出现表面电阻超标(＞10
12
ω)问题，表明此专利方案效果较佳。
[0120]
分析实施例5和对比例2，相同抗静电剂比例添加，采用本专利方案制备的膜片高温高湿后正常；而现有方式制备膜片高温高湿后出现水滴现象，不符合要求。
[0121]
对比分析，本专利中发明抗静电粒子的使用可以达到较好的抗静电效果，同时解决当前方案中抗静电剂析出的问题。