專利名稱：多層光干涉彩虹膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層光干涉彩虹膜和用共擠出方法制備該多層光干涉彩虹膜的方法。
背景技術(shù)：
多層光干涉彩虹膜是七十年代發(fā)明的。它是利用兩種或兩種以上具有不同折光指數(shù)的透明熱塑性樹脂(折光指數(shù)至少相差0.03)經(jīng)ABABAB.....或ABCABCABC...組合形成至少30層以上均勻平行的交替芯層，在芯層外面包附厚度為薄膜總厚度5-50％的兩邊皮層經(jīng)流延到冷卻棍上形成厚度為0.015-0.05mm的薄膜，當(dāng)薄膜的厚度達(dá)到一定范圍時(shí)，由于光干涉的作用，薄膜會(huì)產(chǎn)生五顏六色類似彩虹的效果。其原理是彩虹膜由許多相互平行層構(gòu)成，各層光學(xué)厚度基本相同。以201層彩虹膜為例它由101個(gè)奇數(shù)層和100個(gè)偶數(shù)層組成，如果奇數(shù)層折光指數(shù)為1.6，偶數(shù)層折光指數(shù)為1.5，當(dāng)一束波長(zhǎng)為λ的光照射到薄膜上時(shí)，會(huì)在多個(gè)層界面之間發(fā)生部分反射.在漸增的折光率界面間反射光會(huì)發(fā)生相位改變，由于層間折光率相差僅0.1，所以個(gè)別反射是很微弱的.但是，不同的層界面間反射的光總會(huì)有與別的層同相位的反射光，這樣有建設(shè)性的干涉就產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。那么光通過薄膜時(shí)每層都會(huì)產(chǎn)生反射光，如果每層的反射光波長(zhǎng)都相同的話，則出現(xiàn)正干涉作用。光從多層膜反射示意圖如

圖1所示。
這種產(chǎn)生的彩虹效果在不同的觀看角度色彩是不同的，而且其表現(xiàn)出來的反射色彩和透射色彩是不同的。這種彩虹膜已經(jīng)大量用于包裝裝潢，印刷，服飾、化裝品領(lǐng)域。
在這種彩虹膜制備中，不同折光指數(shù)的樹脂選擇，配比是制備彩虹膜的關(guān)鍵。United States Patent 5089318、6475608以及CN1292746A都涉及到彩虹膜不同折光指數(shù)的樹脂選擇和配比。目前，從公開的專利說明書看常用的作為彩虹膜芯層樹脂的配比有EVA/PS；PMMA/PET；PMMA/PBT；PMMA/PETG；PMMA/POL等，皮層主要有PBT；PETG；LLDPE；PP等。
EVA/PS具有很好的加工性能，但所制備的彩虹膜強(qiáng)度低，并且容易分層。
PMMA/PET；PMMA/PBT為芯層的彩虹膜在加工中由于PMMA的加工溫度高于250℃時(shí)容易分解產(chǎn)生大量的氣泡，而PET的加工溫度必須在260℃以上，因此給兩種樹脂的共擠出造成一定的麻煩，生產(chǎn)成本也較高。此外由于PET所具有的高強(qiáng)度和高開口敏感性也給薄膜的切邊造成一定的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用一組新的彩虹膜樹脂組合，采用以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂，分別以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂。皮層以K樹脂、AS樹脂、苯乙烯-馬來酸樹脂和透明ABS樹脂或聚酯的聚合物如PET、PBT、PEN、PETG樹脂。該彩虹膜的特點(diǎn)是加工容易，成本低，強(qiáng)度好，色彩鮮艷。
根據(jù)本發(fā)明，提供了1、多層光干涉彩虹膜，其特征是以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂作為A層，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂作為B層，其中A層和B層交替排列并平行組成芯層，層數(shù)為70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100-500層，在芯層的兩邊包附皮層。
2、以上項(xiàng)1的多層光干涉彩虹膜，其中膜的厚度為0.010-0.100mm。
3、以上項(xiàng)1的多層光干涉彩虹膜，其中皮層的厚度為薄膜總厚度的10-60％，優(yōu)選20-50％。
4、根據(jù)以上項(xiàng)1的多層光干涉彩虹膜，其中聚烯烴的均聚物可以是LDPE、LLDPE、HDPE和PP等，聚烯烴的共聚物可以是EVA、EEA、EMAA或EAA，共混物中可以是以上兩種或兩種以上的聚烯烴的混合物；苯乙烯的聚合物主要包括PS、K樹脂(苯乙烯-丁二烯共聚物)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)、苯乙烯-馬來酸樹脂和透明ABS樹脂，聚酯的聚合物主要包括PET、PBT、PEN、PETG等。
5、根據(jù)以上項(xiàng)1-4中任一項(xiàng)的多層光干涉彩虹膜，其中皮層由透明樹脂構(gòu)成，例如由苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物和幾種聚酯聚合物的共混物構(gòu)成。
6、以上項(xiàng)1-5中任一項(xiàng)的多層光干涉彩虹膜的制備方法，包括將聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂加入到A擠出機(jī)中，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂加入到B擠出機(jī)中，分別熔化擠出進(jìn)入ABABAB.....或BABABA…組合的多層機(jī)頭模具中，交替排列并平行，層數(shù)達(dá)到70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100-500層，形成芯層；將苯乙烯的均聚物、共聚物或聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....或BABABA…芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的10-60％，優(yōu)選20-50％的皮層，流延到冷卻棍上形成厚度為0.010-0.100mm，優(yōu)選0.020-0.050mm的薄膜；所述薄膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的五顏六色的彩虹效果。
7、以上項(xiàng)6的方法，其中將K樹脂、AS樹脂、苯乙烯-馬來酸樹脂或透明ABS樹脂或聚酯的聚合物如PET、PBT、PEN、PETG或它們的混合物加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的10-50％的皮層，制備100層以上的彩虹膜，該彩虹膜具有強(qiáng)烈的色彩和較好的拉伸強(qiáng)度。
以下詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明的彩虹膜以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂作為A層，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂作為B層，其中A層和B層交替排列并平行組成芯層，層數(shù)為70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100-500層，在芯層的兩邊包附皮層。皮層的厚度一般為薄膜總厚度的10-60％，優(yōu)選20-50％。皮層優(yōu)選由苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物和幾種聚酯聚合物的共混物構(gòu)成。
聚烯烴的均聚物可以是LDPE、LLDPE、HDPE和PP等。聚烯烴的共聚物可以是EVA、EEA、EMAA或EAA。共混物中可以是以上兩種或兩種以上的聚烯烴的混合物。苯乙烯的聚合物主要包括PS、K樹脂(苯乙烯-丁二烯共聚物)、AS樹脂、苯乙烯-馬來酸樹脂和透明ABS樹脂。聚酯的聚合物主要包括PET、PBT、PEN、PETG等。
聚烯烴樹脂如LLDPE、LDPE和PP都具有很好的加工性能，它們的加工溫度可以從200℃到300℃，在加工中不易分解，并且熔體具有很大的延伸性，可以制備很薄的薄膜，它與PS配合可以改善PS的脆性，所制備的彩虹膜具有很好的柔韌性能和很低的生產(chǎn)成本。
但這些樹脂由于分子結(jié)構(gòu)上缺少極性基團(tuán)，缺少與高折光指數(shù)樹脂的粘合能力，采用加入分子結(jié)構(gòu)中含有極性基團(tuán)的烯烴樹脂與之混合，可以改善多層復(fù)合膜的抗分層能力。這類的樹脂如EAA、EEA和馬來酸接枝烯烴樹脂等。這些樹脂的加入量為0-50％。同樣在PS中也可以加入K樹脂、AS樹脂、苯乙烯-馬來酸樹脂和透明ABS樹脂，加入量為0-30％。
高折光指數(shù)的樹脂可以使用聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物。聚酯的聚合物都含有極性基團(tuán)對(duì)彩虹膜的層間粘和能力是十分有利的?？梢允褂肞ET、PBT、PEN或PETG，其中PET價(jià)格較低，強(qiáng)度高但開口敏感性大。
在確定芯層樹脂配比后，改變皮層樹脂，采用PET加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備彩虹膜。該彩虹膜具有明亮的色彩和很好的強(qiáng)度，但開口敏感性較大。采用PETG加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備彩虹膜。該彩虹膜具有明亮的色彩和很好的強(qiáng)度，開口敏感性較PET有較大的改善。
以PP、LLDPE和EAA共混物和PET組成芯層的彩虹膜具有明亮的彩虹效果，PET樹脂的強(qiáng)度使薄膜具有較高的強(qiáng)度和挺括性。采用PBT代替PET做芯層則使所制備的彩虹膜具有較好的柔韌性，開口敏感性也有較大的改善，有利于薄膜的切邊，分切，但亮度有所下降。
PETG是一個(gè)非結(jié)晶的聚酯的共聚物，它具有比PET低30-40℃的熔點(diǎn)，并具有一定的柔韌性和抗開口敏感性，用PETG作為皮層的原料，帶來加工的方便和所制備彩虹膜與其它材料粘和的容易。
本發(fā)明還提供用共擠出方法制備多層光干涉彩虹膜樹脂的方法。該方法是以兩種或兩種種以上折光指數(shù)至少相差0.05以上的熱塑性透明樹脂以ABABAB......排列到70層以上為芯層，用一種透明樹脂包附在芯層兩邊為皮層，流延形成厚度為0.015mm-0.03mm的薄膜。由于光干涉的原理，薄膜產(chǎn)生五顏六色類似彩虹色彩的效果。本發(fā)明所使用的兩種不同折光指數(shù)不同的芯層樹脂為以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或聚合物共混物為高折光指數(shù)的樹脂如PP+EAA/PBT；PP+EAA/AS+PS；LLDPE/AS+PS；LLDPE/PET；LLDPE+EAA/PET；LLDPE+EAA/PBT等。透明的皮層樹脂是AS；PET；K樹脂；ABS；PBT或PETG。采用以上樹脂的配比，制備彩虹膜具有優(yōu)良的加工性能、較好的抗分離效果和較低的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的多層光干涉彩虹膜可以采用已知設(shè)備來生產(chǎn)，例如采用在美國(guó)專利3,773,882和3,884,606以及中國(guó)專利CN1292746A中所述的多層膜擠出模具。為了實(shí)施本專利的目的，這些專利在這里全文引入供參考。
制備本發(fā)明的多層光干涉彩虹膜的設(shè)備也可以自行設(shè)計(jì)。為此，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了組合式多層膜擠出模具，它由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的分流板組合而成。如圖2所示，組合式多層膜擠出模具由分配器1，壓縮器2，流延機(jī)頭3，螺釘4組成，其中分配器由各個(gè)獨(dú)立的分流板組成，它可以組成ABABAB...，ABCABCABC..，CABABAB..C等ABC的任意組合，在圖2中示出了位于分配器兩端的C型分流板5(用空白表示)，位于中間的交替的A型分流板6(用斜線表示)和B型分流板7(用橫線表示)，圖中只示出了部分分流板。層數(shù)可以從50層到500層任意組合，與壓縮器和流延機(jī)頭連接。這樣可以根據(jù)多層薄膜的層間結(jié)構(gòu)要求，改變分流板的組合，很容易地改組成所需要的分配器，這是與以前他人所設(shè)計(jì)多層膜擠出模具的最大區(qū)別。
這種組合式的分配器由各個(gè)獨(dú)立的分流板組成，并由螺釘4固定。圖3是A、B和C型分流板的主視圖和仰視圖。獨(dú)立的分流板有三種形式的分流道板，如圖3所示。
①.如圖3，A型，流道在左側(cè)②.如圖3，B型，流道在中間③.如圖3，C型，流道在右側(cè)分配器由各個(gè)獨(dú)立的分流板組成。每個(gè)分流板在相同的位置具有組裝用的螺釘固定孔5(圖中示出了6個(gè))。在組裝時(shí)，將各個(gè)分流板的流道1、2和3以及分流道對(duì)齊后用螺釘4固定成一體，用定位孔4定位后，檢查各流道是否與相應(yīng)的分流道相通，是否有漏料之處。
分配器由各個(gè)獨(dú)立的分流板組成。獨(dú)立分流板的厚度在1.5mm-15mm之間?？梢岳酶鱾€(gè)獨(dú)立的分流板的厚度不同，流道大小不同，可以組成各層厚度不同的薄膜，或組成層數(shù)不同但與壓縮器連接的出口尺寸相同的分配器。如分配器出口與壓縮器相接的尺寸為600mm，在制備400層的薄膜時(shí)，每個(gè)分流板的厚度為1.5mm，每個(gè)分流道的高度在0.5mm-1mm。同樣的出口尺寸制備200層膜時(shí)，可以采用AABBAABB..結(jié)構(gòu)組合，也可以用分流板的厚度為3mm的板組合。這樣壓縮器和流延模具都不用更換。同樣用這種方法，可以組合成每層厚度不同的薄膜。
分流板的結(jié)構(gòu)如圖3，除了上述的描述外，還設(shè)有狹縫入口7、分流道8、均料槽6和流道1、2和3。流道1、2和3是貫穿該分流板的圓孔，所有分流板的相應(yīng)流道連接成長(zhǎng)通道，當(dāng)物料從擠出機(jī)中出來，進(jìn)入該通道，流經(jīng)狹縫入口時(shí)，物料從狹縫沿分流道8向下流，在均料槽6中被均勻化，再流入壓縮器被壓縮。流道1的物料流經(jīng)A型分流板時(shí)能從A型板的狹縫入口向下流，而經(jīng)過C型和B型分流板時(shí)不與分流道8相通，即B和C型分流板的流道1沒有狹縫入口。同樣，流道3的物料流經(jīng)B型分流板時(shí)，物料能從B型分流板的狹縫入口向下流，而經(jīng)過C型和A型分流板時(shí)不與分流板的分流道8相通，即沒有狹縫入口；流道2的物料流經(jīng)C型分流板時(shí)，物料能從C型分流板的狹縫入口向下流，而經(jīng)過A型和B型分流板時(shí)不與分流板的分流道8相通，即沒有狹縫入口。例如從擠出機(jī)A出來的本發(fā)明的低折光指數(shù)的物料可以由A型分流板的狹縫入口流出，從擠出機(jī)B中出來的高折光指數(shù)的物料可以由B型分流板的狹縫入口流出，從擠出機(jī)C中出來的皮層物料可以由C型分流板的狹縫入口流出，分別經(jīng)過分流道8，在均料槽6中均勻化，再經(jīng)壓縮器壓縮，流延，形成結(jié)構(gòu)為CABABABAB…C的多層光干涉薄膜。為了保證組裝精度，分流板上下兩面互為平行，并與分流槽平行。分流板上下兩面和分流槽應(yīng)精加工防止組裝后漏料。分流道的厚度可以是分流板總厚度的30-80％。寬度可以從80mm-350mm。均料槽是為了保證聚合物在分流道截面上的均勻流出。
附圖簡(jiǎn)述圖1為多層膜的光反射示意圖。
圖2為組合式多層膜擠出模具，包括分配器1，壓縮器2，流延機(jī)頭3，螺釘4，位于分配器兩端的C型分流板5(用空白表示)，位于中間的交替的A型分流板6(用斜線表示)和B型分流板7(用橫線表示)，其中圖中只示出了部分分流板。
圖3為A、B和C型分流板的主視圖和仰視圖，其中5為螺釘固定孔(圖中示出各有6個(gè))，4為定位孔(各有2個(gè))，7為狹縫入口，8為分流道，6為均料槽，1、2、3為流道。
實(shí)施例以下通過實(shí)施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)該指出的是，這些實(shí)施例僅用于說明的目的，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任意限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出一些變化和改良，這些變化和改良意圖包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
實(shí)施例1以PP和EAA共混物為低折光指數(shù)的樹脂加入到A擠出機(jī)中，以PS和AS共混物為高折光指數(shù)的樹脂加入到B擠出機(jī)中，EAA的加入量為30％；AS的加入量為20％分別熔化擠出進(jìn)入ABABAB.....組合的多層機(jī)頭模具中，交替排列并平行達(dá)到211層的芯層。將AS加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，流延到冷卻棍上形成厚度為0.015-0.035mm的薄膜。該薄膜加工容易并具有強(qiáng)烈的五顏六色的彩虹效果。
實(shí)施例2LLDPE和EAA共混物為低折光指數(shù)的樹脂加入到A擠出機(jī)中，EAA的加入量為20％；用PET為高折光指數(shù)的樹脂加入到B擠出機(jī)中，PBT加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備211層彩虹膜。該彩虹膜具有強(qiáng)烈的色彩和較好的拉伸強(qiáng)。
實(shí)施例3根據(jù)實(shí)施例2的芯層樹脂配比，改變皮層樹脂，采用PET加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備211層彩虹膜。該彩虹膜具有明亮的色彩和很好的強(qiáng)度，但開口敏感性較大。
實(shí)施例4根據(jù)實(shí)施例2的芯層樹脂配比，改變皮層樹脂，采用PETG加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備211層彩虹膜具有一定的柔韌性和抗開口敏感性，容易與其它材料粘和。
實(shí)施例5LLDPE和EAA共混物為低折光指數(shù)的樹脂加入到A擠出機(jī)中，EAA的加入量為50％；用PBT為高折光指數(shù)的樹脂加入到B擠出機(jī)中，PETG加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的20-50％的皮層，制備211層彩虹膜。該彩虹膜具有較好的柔韌，抗開口敏感性和粘合性能。
權(quán)利要求
1.多層光干涉彩虹膜，其特征是以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂作為A層，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂作為B層，其中A層和B層交替排列并平行組成芯層，層數(shù)為70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100-500層，在芯層的兩邊包附皮層。
2.權(quán)利要求1的多層光干涉彩虹膜，其中膜的厚度為0.010-0.100mm。
3.權(quán)利要求1的多層光干涉彩虹膜，其中皮層的厚度為薄膜總厚度的10-60％，優(yōu)選20-50％。
4.權(quán)利要求1的多層光干涉彩虹膜，其中聚烯烴的均聚物可以是LDPE、LLDPE、HDPE和PP等，聚烯烴的共聚物可以是EVA、EEA、EMAA或EAA，共混物中可以是以上兩種或兩種以上的聚烯烴的混合物；苯乙烯的聚合物主要包括PS、K樹脂(苯乙烯-丁二烯共聚物)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)、苯乙烯-馬來酸樹脂和透明ABS樹脂，聚酯的聚合物主要包括PET、PBT、PEN、PETG等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的多層光干涉彩虹膜，其中皮層由透明樹脂構(gòu)成，例如由苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物和幾種聚酯聚合物的共混物構(gòu)成。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的多層光干涉彩虹膜的制備方法，包括將聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂加入到A擠出機(jī)中，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂加入到B擠出機(jī)中，分別熔化擠出進(jìn)入ABABAB.....或BABABA…組合的多層機(jī)頭模具中，交替排列并平行，層數(shù)達(dá)到70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100-500層，形成芯層；將苯乙烯的均聚物、共聚物或聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....或BABABA…芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的10-60％，優(yōu)選20-50％的皮層，流延，形成厚度為0.010-0.100mm，優(yōu)選0.020-0.050mm的薄膜；所述薄膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的五顏六色的彩虹效果。
7.權(quán)利要求6的方法，其中將K樹脂、AS樹脂、苯乙烯-馬來酸樹脂或透明ABS樹脂或聚酯的聚合物如PET、PBT、PEN、PETG或它們的混合物加入到C擠出機(jī)中熔化擠出在ABABAB....芯層外包附形成厚度為薄膜總厚度的10-50％的皮層，制備100層以上的彩虹膜，該彩虹膜具有強(qiáng)烈的色彩和較好的拉伸強(qiáng)度。
全文摘要
多層光干涉彩虹膜，其特征是以聚烯烴的均聚物、共聚物或共混物為低折光指數(shù)的樹脂作為A層，以苯乙烯的均聚物、共聚物或以聚酯的聚合物或幾種聚酯聚合物的共混物為高折光指數(shù)的樹脂作為B層，其中A層和B層交替排列并平行組成芯層，層數(shù)為70層以上，優(yōu)選100層以上，更優(yōu)選100－500層，在芯層的兩邊包覆皮層。
文檔編號(hào)B29C47/06GK1511701SQ02159049
公開日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者王瀾, 王佩璋, 王 瀾 申請(qǐng)人:輕工業(yè)塑料加工應(yīng)用研究所