本發(fā)明涉及光學膜制備領域，具體涉及一種高阻隔性光學薄膜及其制備方法和應用。
背景技術：
：將通過量子點納米材料制備的量子點膜應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熱門技術。但是量子點材料對高溫、強光、氧氣、濕度及酸等有害環(huán)境極為敏感，非常容易衰減，故在量子點膜的實際應用中，需要良好的阻隔性能，以保證產品在使用過程中的穩(wěn)定性。目前，在電學、包裝等領域一般多采用無機物或無機物與有機物復合制備阻隔涂層，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用于光學膜領域。但是現(xiàn)有的阻隔層一般通過化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、濺射和真空工藝等制備，成本高且工藝復雜。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高阻隔性光學薄膜及其制備方法和應用，該薄膜由有機高分子材料制成，制備時采用簡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)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種高阻隔性光學薄膜，其由光學基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復合而成，所述光學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基膜與所述水汽阻隔膜之間。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以有如下進一步的具體選擇。上述的氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜均由有機高分子材料制成，有機高分子材料被用作阻隔材料時，小分子物質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具有以下特征：①阻隔非極性小分子(如氧氣)時，阻隔高分子材料應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；阻隔極性小分子(如水)時，阻隔高分子材料應具有非極性結構，分子結構對稱或者具有能平均電子結構的大π鍵；②分子鏈具有一定的剛性，不易發(fā)生熱運動，可以阻礙小分子的滲透；③不與滲透分子發(fā)生反應；④分子對稱有序，利于結晶、取向等。結晶和取向會讓分子鏈排列緊密，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變溫度(Tg)。具體的，所述光學基膜為光學PET膜或光學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)生縮醛化反應交聯(lián)后再流延烘干而成。PVA分子具有規(guī)整的線性結構，分子內含有大量的羥基，因此PVA具有極強的親水性，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和分子間氫鍵，強大的分子間相互作用力會提高PVA的結晶能力，使其具有高度的結晶性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、透光性、良好的光澤和高的機械強度。同時由于高度的結晶性，PVA分子間自由體積較小，因此對于非極性小分子如氧氣等，具有極為優(yōu)越的阻隔能力；但是對極性小分子如水汽的阻隔能力較差，且若PVA長時間暴露在水汽中，會吸附水分子并溶脹，溶脹之后PVA的阻隔性會急劇下降，因此需要對PVA進行適當?shù)氖杷男?，保留其阻隔氧氣的能力的同時，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。可以通過共聚改性(如內酯化改性)和后期改性(如縮醛化反應、酯化反應等)來改變PVA大分子的化學結構，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?shù)娜軇┲?。具體的，所述光學基膜的厚度為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PET膜或光學PC膜制成的光學基膜的上表面，烘干，在所述光學基膜的上表面形成氧氣阻隔膜，得光學基膜與氧氣阻隔膜的復合膜；工業(yè)上生產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的氫鍵作用導致分子間作用力非常強，其熔點大于分解溫度，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，得由光學基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復合而成的高阻隔性光學薄膜。在上述制備方法的基礎上，本發(fā)明還可以做如下進一步的具體選擇。具體的，S1中所述PVA水溶液中PVA的質量分數(shù)為3-25％，所述戊二醛水溶液中戊二醛的質量分數(shù)為8-12％，所述鹽酸的質量分數(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，雙醛基團使PVA分子形成交聯(lián)結構，提高耐水能力。具體的，S1中所述隔水阻隔液中相應的PE、PC、PMMA或PS的質量分數(shù)為3-25％，所述有機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，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薄膜的應用，其可用作量子點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薄膜產品由光學基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜三層復合而成，三層膜均由有機高分子材料制成，得到產品具有極低的透氧透水性，可用作量子點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單，制備相應的高分子溶液，然后依次在光學基膜上直接涂膜并干燥成相應的隔膜即可，工藝簡單，生產成本低。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的一種高阻隔性光學薄膜的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提供的一種高阻隔性光學薄膜制備方法的流程圖；附圖中，各標號代表的意義如下：1.光學基膜；2.氧氣阻隔膜；3.水汽阻隔膜。具體實施方式以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(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薄膜，其由光學基膜1、氧氣阻隔膜2和水汽阻隔膜3復合而成，所述光學基膜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PET膜或光學PC膜制成的光學基膜的上表面，烘干，在所述光學基膜的上表面形成氧氣阻隔膜，得光學基膜與氧氣阻隔膜的復合膜；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，得由光學基膜、氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜復合而成的高阻隔性光學薄膜。以下實施例中用到的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的質量分數(shù)為3-25％。以下實施例中使用的PE、PC、PS、PET等均為市售產品，其中用作光學基膜的PET或PC均為光學級。實施例1一種高阻隔性光學薄膜，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光學基膜的上表面，烘干，在所述光學PET基膜的上表面形成厚約4.0μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復合膜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，得三層復合膜PET+PVA+PE，即為目標產品——高阻隔性光學薄膜。實施例2一種高阻隔性光學薄膜，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光學基膜的上表面，烘干，在所述光學PET基膜的上表面形成厚約0.4μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復合膜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，得三層復合膜PET+PVA+PE，即為目標產品——高阻隔性光學薄膜。實施例3一種高阻隔性光學薄膜，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光學基膜的上表面，烘干，在所述光學PET基膜的上表面形成厚約14.5μm的PVA氧氣阻隔膜，得到復合膜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，得三層復合膜PET+PVA+PE，即為目標產品——高阻隔性光學薄膜。實施例4與實施例1相比，本實施例用PS代替PE，其余參數(shù)及步驟均保持不變，最終得到三層復合膜PET+PVA+PS。實施例5與實施例4相比，本實施例用PC代替PET，其余參數(shù)及步驟均保持不變，最終得到三層復合膜PC+PVA+PS。對比例1以75μm厚的PET膜，作為對照薄膜。對比例2在75μm厚的PET膜的表面刮涂實施例1制成的疏水改性的PVA阻隔液，形成二層復合膜PET+PVA，不涂水汽阻隔膜，作為對照薄膜。對比例3在75μm厚的PC膜的表面刮涂實施例1制成的疏水改性的PVA阻隔液，形成二層復合膜PC+PVA，不涂水汽阻隔膜，作為對照薄膜。分別使用實施例1至5和對比例1至3制備出的高阻隔性光學薄膜和對照薄膜作為量子點膜的外層阻隔膜，即將量子點層置于兩張相同的所述高阻隔性光學薄膜或對照薄膜中間(量子點層與光學基膜接觸)制成量子點膜片，測試量子發(fā)光效率；然后將制備得到的量子點膜片放入85老化箱(恒溫85℃，恒濕85RH)中，85老化箱內為充有空氣(與外界空氣的氧氣含量接近)，經(jīng)過100h后再次測試量子發(fā)光效率；具體的測試結果如下表所示：光學膜類型初始發(fā)光效率老化后發(fā)光效率衰減率實施例1PET+PVA+PE93.05％89.77％3.52％實施例2PET+PVA+PE92.85％88.97％4.18％實施例3PET+PVA+PE92.54％89.45％3.34％實施例4PET+PVA+PS92.66％88.48％4.51％實施例5PC+PVA+PS92.45％87.13％5.75％對比例1PET91.94％76.03％17.30％對比例2PET+PVA93.40％86.81％7.06％對比例3PC+PVA90.57％83.22％8.12％由上表可知，本發(fā)明依次在光學基膜表面涂覆氧氣阻隔膜和水汽阻隔膜得到三層復合的高阻隔性光學薄膜，以此光學薄膜封裝量子點層得到的量子點膜片的初始發(fā)光效率和老化試驗后的發(fā)光效率均較高，老化試驗前后發(fā)光效率的衰減率低，表明本發(fā)明得到的高阻隔性光學薄膜具有很好的阻隔氧氣和水汽滲透的能力。另外，從對比例可知：僅以光學基膜封裝量子點層時，其老化試驗后的發(fā)光效率較低，即發(fā)光效率衰減很快，其原因為氧氣或/和水汽滲透光學基膜后對量子點層進行了破壞；僅以PVA阻隔液涂覆后光學基膜得到PET+PVA兩層復合膜，以該兩層復合膜封裝量子點層后得到的量子點膜片產品在相應老化試驗中發(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薄膜的性能差。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3