TWI792963B - 聚乙烯醇膜、由其製造之光學薄膜及其製法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種聚乙烯醇薄膜、由其製造之光學薄膜及其製法。該聚乙烯醇膜於水中以4.3cm/min速率拉伸，使長度為兩倍並乾燥後，經拉伸並乾燥後之聚乙烯醇膜秤重值為W3；將該經拉伸並乾燥後之聚乙烯醇膜於純水內攪拌5分鐘再使其絕乾之秤重值為W4，(W3-W4)/W3*100%之值為0.50至3.00 wt%。該聚乙烯醇膜所製成之光學膜具備優良之色相表現及偏光度。

Description

聚乙烯醇膜、由其製造之光學薄膜及其製法
本發明係關於一種聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)薄膜，可用於製成光學薄膜，特別係偏光膜。
聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)薄膜是一種親水性聚合物，具有透明性、機械強度、水溶性、可加工性佳等性能，已廣泛用於包裝材料或電子產品的光學膜，特別係偏光膜。
聚乙烯醇膜經後續偏光製程加工而得的偏光片能控制通過光線的明暗度，為顯示裝置內不可或缺的組成之一。將聚乙烯醇膜製成偏光膜包括膨潤、拉伸及染色等步驟；具體而言，聚乙烯醇膜會置於溶液中進行前述步驟，令染料分子擴散進入到聚乙烯醇膜的聚乙烯醇分子之間進行規則性的排列，使偏光膜能吸收平行於其排列方向的光分量，並使垂直方向的光分量通過並產生具有偏光特性。
理想的偏光膜應具有顏色均勻、色斑少、無皺褶及色相效果好等特性，以提供良好的光學性質。為提高偏光膜的光學性質，先前技術通常利用改變聚乙烯醇結構、或加入官能基(例如陽離子基)等方式，以改變黏度或皂化度，進而提升光學性質。
然而，現有技術中將聚乙烯醇膜製備成光學膜時，常會發生成品色相有偏差之問題，例如：整體色相偏紅或偏藍。本案發明人發現造成前述問題之原因可能在於：聚乙烯醇膜用於製備為光學膜時需要與添加劑混合，而其添加劑經過聚乙烯醇膜膨潤的過程後會析出而部分殘留於膜上；假如添加劑殘留的量太多，則可能過度佔據膜上的未定型(amorphous)區域，令用以吸收長波長光的五碘陰離子(I 5 -)難以與聚乙烯醇產生交聯，進而造成光學膜成品色相偏紅；反之，若添加劑殘留的量過少 ，I 5 -會與聚乙烯醇的非晶區交聯量過大，此時偏光膜對紅光的吸收量過大，會導致光學膜成品色相偏藍。
本案發明人進一步發現，在不為特定理論所限制之下，有諸多因素皆與上述狀況有所關聯；例如：製備聚乙烯醇膜的過程中，形成初成形膜後所接觸之熱輥溫度、後續進行烘乾的烘箱溫度以及熱輥與烘箱之溫度差等因素皆至少部分影響膜體經過膨潤後添加劑析出而殘留的量。
據此，為解決上述問題，本發明藉由調控添加劑殘留量至一定的範圍而提供一種聚乙烯醇膜，其用以製成具優良色相表現之光學膜。
具體而言，本發明一方面提供一種聚乙烯醇膜，其經膨潤拉伸後之添加劑殘留量為0.50至3.00 wt%；前述膨潤拉伸係將該聚乙烯醇膜於水中以4.3 cm/min速率拉伸，使長度為兩倍；前述添加劑殘留量係經(W3-W4)/W3*100%計算而得，其中，W3為該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後之重量；W4為該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後，置於純水內攪拌5分鐘，再使其絕乾之重量。
於較佳實施例中，經膨潤拉伸並乾燥後之該聚乙烯醇膜，以傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)分析，其於波長3200 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值為0.70至1.00。
於較佳實施例中，經膨潤拉伸並乾燥後之該聚乙烯醇膜，以傅立葉轉換紅外光譜分析，其於波長1140 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值介於1.20至1.48；較佳地，所述強度比值介於1.20至1.45。
於較佳實施例中，該聚乙烯醇膜具有一原始添加劑含量介於6至15 wt%。
於較佳實施例中，該聚乙烯醇膜之聚合度介於1800至3000。
於較佳實施例中，該聚乙烯醇膜之含水率介於1.0至5.0 wt%。
本發明另一方面提供一種光學薄膜，其係由如前所述之聚乙烯醇膜所製得。
於較佳實施例中，該光學薄膜係偏光膜；且較佳地，該偏光膜具有偏光度不小於99.8 %。
於較佳實施例中，該光學薄膜在正交條件下，其於波長480 nm之吸光度與波長700 nm之吸光度的比值為1.40至1.60。
本發明又另一方面提供一種聚乙烯醇膜之製造方法，其包含下列步驟：(a)將一聚乙烯醇系樹脂、可塑劑、界面活性劑及水，攪拌並加溫至溶解溫度大於100˚C，形成一聚乙烯醇澆鑄溶液； (b) 將該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造鼓，乾燥製得一初成形膜；及(c) 該初成形膜與溫度由高至低遞減之n支熱輥接觸後，進入具複數節數之烘箱乾燥；其中，第1支熱輥溫度為84至92˚C，該烘箱最高溫度不超過115˚C，且第n支熱輥與第一節烘箱之溫差不超過30˚C，n係介於10至20。
於較佳實施例中，該步驟(a)之溶解溫度為120至140˚C。
於較佳實施例中，該步驟(b)之該聚乙烯醇澆鑄溶液中，該聚乙烯醇系樹脂濃度為20.0至40.0%。
於較佳實施例中，該可塑劑相對於100重量份之該聚乙烯醇系樹脂為3至30重量份。
本發明基於上述界定所提供之該聚乙烯醇膜所製成之光學膜是具備優良之色相表現及偏光度。除此之外，本發明之界定內容可用以更準確地製造及調控出如上所述之該聚乙烯醇膜。
為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述，但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。在本說明書及後附之申請專利範圍中，除非上下文另外載明，否則「一」及「該」亦可解釋為複數。此外，在本說明書及後附之申請專利範圍中，除非另外載明，否則「設置於某物之上」可視為直接或間接以貼附或其他形式與某物之表面接觸，該表面之界定應視說明書內容之前後/段落語意以及本說明所屬領域之通常知識予以判斷。
雖然用以界定本發明的數值範圍與參數皆是約略的數值，此處已盡可能精確地呈現具體實施例中的相關數值。然而，任何數值本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差。在此處，「約」通常係指實際數值在一特定數值或一範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。或者是，「約」一詞代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，是本發明所屬領域中具有通常知識者的考量而定。因此，除非另有相反的說明，本說明書與附隨申請專利範圍所揭示的數值參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。至少應將這些數值參數理解為所指出的有效位數與套用一般進位法所得到的數值。
本發明提供一種聚乙烯醇膜，該聚乙烯醇膜於水中以4.3 cm/min速率拉伸，使長度為兩倍並乾燥後，經拉伸並乾燥後之聚乙烯醇膜秤重值為W3；將該經拉伸並乾燥後之聚乙烯醇膜於純水內攪拌5分鐘再使其絕乾之秤重值為W4，(W3-W4)/W3*100%之值為0.50至3.00 wt%。
本發明是藉由調控膨潤拉伸後聚乙烯醇膜的添加劑殘留量，亦即模擬偏光板進行染色前的條件，控制其進入染色槽前的添加劑殘留量，以解決偏光片偏紅或偏藍的問題。發明人發現，實際進行偏光板製程時聚乙烯醇膜會經膨潤拉伸處理，而膨潤的過程中聚乙烯醇中的添加劑及其他雜質會析出，而使最終製成偏光膜的聚乙烯醇膜各處添加劑有所變化，故若僅測試聚乙烯醇膜的原始添加劑量，並無法代表實際進行偏光板製程時的添加劑殘留情況，無法解決偏光片偏紅或偏藍的問題。具體而言，所述參數係基於將該聚乙烯醇膜製作成光學薄膜之程序所界定；特別係指製作成一偏光膜。將該聚乙烯醇膜製作成偏光膜方法沒有特別限制，較佳地係包含將聚乙烯醇膜置於水中拉伸之膨潤處理(於本文中或稱為膨潤拉伸)；以二色性色素進行染色的染色處理；以及將膜體進行單軸延伸的延伸處理。其中視需要可進一步實施硼酸交聯處理、固定處理、清洗處理、熱處理等之方法。此時，各處理的順序沒有特別限制，但較佳為以膨潤處理、染色處理及延伸處理之順序進行。一般而言，拉伸至長度兩倍是業界在製作偏光片時膨潤槽大約的拉伸倍率。
所述添加劑的殘留量係將經膨潤拉伸並乾燥後之該聚乙烯醇膜於純水內攪拌5分鐘使膜中的添加劑析出；而添加劑殘留量計算式：(W3-W4)/W3*100%，可為沿幅寬方向平均裁切複數片(如5片或以上)膜的平均值。
如本文所用，所謂「添加劑」包含但不限於可塑劑、界面活性劑、起雲劑、乳化劑或起泡劑。其中「可塑劑(或稱增塑劑)」可增加材料的柔軟性或使材料液化，其例如但不限於：鄰苯二甲酸酯 (Phthalate)、鄰苯二甲酸 2-乙基己基酯 (DEHP)、甘油、鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP)、鄰苯二甲酸二異壬酯 (DINP)、鄰苯二甲酸二異癸酯 (DIDP)、鄰苯二甲酸丁苯甲酯 (BBP)、鄰苯二甲酸二辛酯 (DOP)、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二甘油、三乙二醇、四乙二醇或三羥甲丙烷等；較佳地，該可塑劑為甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二甘油、三乙二醇、四乙二醇或三羥甲丙烷。該「界面活性劑」不限定為陽離子、陰離子或非離子型界面活性劑，其例如但不限於月桂酸鉀等的羧酸鹽型；月桂醇聚醚硫酸酯鈉等的硫酸酯鹽型；十二基苯磺酸鹽等的磺酸鹽型；聚氧化乙烯辛基苯基醚等的烷基苯基醚型；聚乙二醇单辛基苯基醚等的醇基苯基醚型；聚氧化乙烯月桂酸酯等的烷基酯型；聚氧化乙烯月桂基胺基醚等的烷基胺型；聚氧化乙烯月桂醯胺等的烷基醯胺型；聚氧化乙烯聚氧化丙烯醚等的聚丙二醇醚型；月桂酸二乙醇醯胺、油基二乙醇醯胺等的烷醇醯胺型；聚氧化烯烯丙基苯基醚等的烯丙基苯基醚型；或月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉等。根據本發明之一較佳實施例，該聚乙烯醇膜所具有之原始添加劑含量介於6至15 wt%，例如：7至14、8至13、9至12或10至11wt%等。
根據本發明之一較佳實施例，該聚乙烯醇膜具有之添加劑主要為可塑劑及界面活性劑。可塑劑與界面活性劑為低分子量化合物，與聚合物共混時會增加材料的自由體積。聚乙烯醇膜在膨潤過程中添加劑會部分殘留於聚乙烯醇膜內，若殘留量過多會造成自由腔(free cavity)被添加劑佔據使得聚乙烯醇膜到染色槽時，碘離子無法到自由腔與聚乙烯醇形成錯合物(如：I 5 -與  PVA的錯合物)，導致偏光片吸收長波長範圍光的能力下降而有色相偏差的問題。其中I 5 -錯合物為吸收長波長的光，而I 3 -錯合物吸收短波長的光，故錯合物過少則可能產生偏光片偏紅或偏藍的問題。
根據本發明之至少一實施例，經膨潤拉伸並乾燥後之該聚乙烯醇膜，以傅立葉轉換紅外光譜分析，其於波長3200 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值為0.70至1.00，例如：0.71、0.75、0.77、0.79、0.81、0.89、0.90、0.91、0.93、0.95、0.98或0.99等。另一方面，其於波長1140 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值小於等於1.48，例如：1.20、1.26、1.28、1.31、1.32、1.33、1.38、1.42、1.45或1.48，也可為上述任兩者數值所組成之範圍；根據本發明較佳之一實施例，其於波長1140 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值介於1.20至1.48；較佳係介於1.20至1.45。
傅立葉轉換紅外光譜分析(FTIR)係一用以獲得固體、液體或氣體的紅外線吸收光譜和放射光譜的技術。以本案而言，參照圖1所示之聚乙烯醇膜結構示意圖可見，波長3200 cm -1之吸收峰可對應為聚乙烯醇膜架構中的OH，由於聚乙烯醇膜內的鹼化度相當，因此當測試膨潤拉伸後的聚乙烯醇膜時，波長3200 cm -1之吸收峰可代表膜體內的可塑劑(如：甘油)；波長1140 cm -1之吸收峰則可對應為聚乙烯醇膜架構中的主結構，其呈現聚乙烯醇結晶度特徵峰(ν(C–C) stretching vibrations)；而波長1425 cm -1之吸收峰即對應為聚乙烯醇膜架構中的C-H，其含量固定故可作為定位峰。據此，波長3200 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值，即與聚乙烯醇膜的可塑劑殘留量呈正相關，當OH (3200 cm -1) / CH 2(1425 cm -1) 的FT-IR比值越高，代表聚乙烯醇膜內的可塑劑殘留量越多。而波長1140 cm -1與波長1425 cm -1的強度比值則與聚乙烯醇膜的結晶程度呈正相關，測試膨潤拉伸後的聚乙烯醇膜，當C-C (1140 cm -1)/ C-H (1425 cm -1) 的FT-IR比值越高時，代表聚乙烯醇膜的結晶程度越高。本發明便係利用上述的FT-IR強度比值調整經膨潤拉伸並乾燥後之聚乙烯醇膜的可塑劑殘留量及結晶程度，以令可塑劑殘留量保持在一適當範圍內，且結晶度可降低；進而獲得染色較均勻且具良好色相之聚乙烯醇膜成品。
根據本發明至少一實施例，該聚乙烯醇膜之聚合度介於1800至3000，例如但不限於：1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900或3000等。另一方面，根據本發明至少一實施例，該聚乙烯醇膜之含水率介於1.0至5.0 wt%，例如但不限於：1、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9、2.0、2.1、2.3、2.5、2.7、2.9、3.0、3.1、3.3、3.5、3.7、3.9、4.0、4.1、4.3、4.5、4.7、4.9或5.0 wt%等。
本發明之聚乙烯醇膜之厚度可介於20-100 μm，較佳為60-75 μm，例如但不限於：60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74或75μm等。
本發明提供一種光學薄膜，其係由如上所述之聚乙烯醇膜所製得；本文所述之「光學薄膜」可以係指偏光膜、抗藍光膜、濾光鏡等，且本發明並不限於此等。較佳地，本發明之聚乙烯醇膜是作為偏光膜。進一步地，本發明所提供之一較佳實施例的偏光膜之偏光度不小於99.8 %。另一方面，本發明所提供之光學薄膜在正交條件下，其於波長480 nm之吸光度與波長700 nm之吸光度的比   值為1.40至1.60，例如但不限於：1.40、1.42、1.44、1.46、1.48、1.50、1.52、1.54、1.56、1.58或1.60。具體而言，測定所述於波長480 nm之吸光度與波長700 nm之吸光度比值可對應該光學薄膜之色相表現；而不為特定理論所限制之下，所述數據範圍1.4至1.6之間可被視為良好而非偏差之色相表現。
另一方面，本發明亦提供該聚乙烯醇膜之製造方法，其步驟及製造裝置可共同參照圖2及3所示之內容。該製造方法包含：步驟S100：將一聚乙烯醇系樹脂、界面活性劑、可塑劑及水，攪拌並加溫形成聚乙烯醇澆鑄溶液；步驟S102：將該澆鑄溶液澆鑄至鑄造鼓乾燥製得初成形膜；以及步驟S104：該初成形膜與溫度由高至低遞減之n支熱輥接觸後，進入具複數節數之烘箱乾燥。
具體而言，在步驟S100之中，係將一聚乙烯醇系樹脂、可塑劑、界面活性劑及水置於一溶解桶110內，攪拌並加溫至溶解溫度大於100˚C溶解至少180分鐘，以形成聚乙烯醇溶液；其中，溶解溫度較佳地為120至140˚C，例如：120、125、130˚C、135˚C或140˚C等；另一方面，該可塑劑的添加量相對於100重量份之聚乙烯醇系樹脂，通常係介於3至30重量份，較佳係介於7至20重量份，例如3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30重量份等。若可塑劑含量不足，所形成之聚乙烯醇膜容易產生結晶而影響後續加工之染色效能。相反地，若可塑劑含量過高，則會破壞聚乙烯醇膜的機械性質。
配置該聚乙烯醇澆鑄溶液時，聚乙烯醇系樹脂濃度為10.0至60.0重量%，較佳為15.0至40.0重量%，更佳為20.0至40.0重量%，例如：10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0或60.0重量%等。前述聚乙烯醇系樹脂濃度計算方法為聚乙烯醇系樹脂/(聚乙烯醇系樹脂+水+可塑劑+界面活性劑)。若該聚乙烯醇系樹脂的含量不足，會使該聚乙烯醇澆鑄溶液的黏度過低，乾燥負荷過大，導致製備聚乙烯醇膜膜的成膜效率差。相反地，若聚乙烯醇樹脂的含量過高，聚乙烯醇系樹脂難以整體均勻溶解，易殘留團簇。
具體而言，在步驟S102之中，該聚乙烯醇澆鑄溶液可選擇性地使用過濾器進行過濾，再將該聚乙烯醇澆鑄溶液以定量方式導入至T型狹縫膜，並排出流延至一澆鑄鼓120上製成一初成形膜M。另一方面，該澆鑄鼓120的旋轉速度為約3至12 m/min，較佳為5至10 m/min。當該澆鑄鼓120速度過慢時，則有生產性下降之虞。相反地，當該澆鑄鼓120速度過快時，澆鑄溶液乾燥不充分，剝離性降低。另外，較佳實施態樣中，該澆鑄鼓120的溫度設定在85至95 ˚C，具體例如：85、87、89、91、93、95 ˚C或介於前述任二個數值之間，若該澆鑄鼓120溫度過高，澆鑄溶液容易有起泡現象。
具體而言，在步驟S104之中，該初成形膜M從該澆鑄鼓120剝離後經複數支熱輥130接觸並乾燥膜體的上下兩面；其中該複數支熱輥130中的第1支是全部該熱輥130中的最高溫，接續的熱輥130溫度慢慢調降。接續，利用具複數節數之烘箱140進行乾燥。更進一步地，該第1支熱輥130溫度為84至92˚C，例如：84、85、86、87、88、89、90、91或92；該烘箱140最高溫度不超過115˚C，例如：80 ˚C、85 ˚C、90 ˚C、95 ˚C、100 ˚C、105 ˚C、110 ˚C或115 ˚C；該第n支熱輥130與烘箱140第一節之溫差不超過30˚C，例如：1 ˚C、5 ˚C、10 ˚C、15 ˚C、20 ˚C、25 ˚C或30 ˚C；而n係介於10至20，例如：10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20；而複數節數之烘箱，可為2-10節之烘箱、較佳為3-8節，例如：3、4、5、6、7或8。
聚乙烯醇水溶液與添加劑在吐出至澆鑄鼓前會先進行均勻混合，透過乾燥條件的設計，可使聚乙烯醇膜的添加劑析出量控制在一定範圍，當聚乙烯醇薄膜內的添加劑在進行偏光片膨潤拉伸染色製程殘留量較多時，會造成偏光片產生偏紅現象，而當聚乙烯醇膜內的添加劑在進行偏光片拉伸染色製程殘留量較少時，則會造成偏光片產生偏藍現象。本案發明人發現，當該烘箱140之最高溫度及該第一支熱輥130的溫度越高；或者最末熱輥130與該烘箱140之第一節的溫度差越大，皆會造成添加劑殘留量平均值上升。藉此，當進一步調控上述參數時，即可控制膨潤拉伸後的添加劑析出量在一特定範圍內，且可進一步獲得色相優異之聚乙烯醇膜。
上開之聚乙烯醇系樹脂係由乙烯酯系樹脂單體聚合，形成聚乙烯酯系樹脂後，再進行皂化反應所獲得；其中，該乙烯酯系樹脂單體包含甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯或辛酸乙烯酯等乙烯酯類，且本發明並不限於此等，較佳為乙酸乙烯酯。此外，烯烴類化合物或丙烯酸酯衍生物，與上述乙烯酯系樹脂單體共聚合形成之共聚合物亦可使用；該烯烴類化合物包含乙烯、丙烯或丁烯等，且本發明並不限於此等。該丙烯酸酯衍生物包含丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯或丙烯酸正丁酯等，且本發明並不限於此等。
上開聚乙烯醇系樹脂的皂化度/鹼化度較佳為99.00%以上，以獲得較佳之光學特性，具體例如：99.00%至100.00%、99.00%至99.99%、99.00%至99.95%、99.00%至99.90%、99.00%至99.85%、99.00%至99.80%、99.00%至99.75%、99.00%至99.70%、99.00%至99.65%、99.00%至99.60%、99.00%至99.55%、99.00%至99.50%、99.00%至99.45%、99.00%至99.40%、99.00%至99.35%、99.00%至99.30%、99.00%至99.25%、99.00%至99.20%、99.00%至99.15%、99.00%至99.10%、99.00%至99.05%、99.20%至100.00%、99.20%至99.99%、99.20%至99.95%、99.20%至99.90%、99.20%至99.85%、99.20%至99.80%、99.20%至99.75%、99.20%至99.70%、99.20%至99.65%、99.20%至99.60%、99.20%至99.55%、99.20%至99.50%、99.20%至99.45%、99.20%至99.40%、99.20%至99.35%、99.20%至99.30%、99.20%至99.25%、99.40%至100.00%、99.40%至99.99%、99.40%至99.95%、99.40%至99.90%、99.40%至99.85%、99.40%至99.80%、99.40%至99.75%、99.40%至99.70%、99.40%至99.65%、99.40%至99.60%、99.40%至99.55%、99.40%至99.50%、99.40%至99.45%、99.60%至100.00%、99.60%至99.99%、99.60%至99.95%、99.60%至99.90%、99.60%至99.85%、99.60%至99.80%、99.60%至99.75%、99.60%至99.70%、99.60%至99.65%、99.80%至100.00%、99.80%至99.99%、99.80%至99.95%、99.80%至99.90%或99.80%至99.85%等。 實施例
在下文中，將進一步以詳細說明與實施例描述本發明。然而，應理解這些實施例僅用於幫助可更加容易理解本發明而非用於限制本發明之範圍。
1. 聚乙烯醇膜製備
以下提供由聚乙烯醇膜的非限制性製備方法。根據與以下揭示的方法相似的方法，製備11種非限制性實施例聚乙烯醇膜(實施例1-11)及4種比較例聚乙烯醇膜 (比較例1-4)。然而，製備實施例1-11及比較例1-4的具體方法通常會與以下揭示的方法在一個或多個方面有所不同。
具體而言，該聚乙烯醇膜之製造方法包含下列步驟：加入鹼化度大於99.9%且聚合度約2400的聚乙烯醇系樹脂1800 kg、水4000 kg、可塑劑甘油207 kg，以及加入界面活性劑以令其最終含量為0.15 wt%，邊攪拌邊升溫至140℃，並於140℃下持溫180分鐘進行溶解。，並將溶解均勻後的聚乙烯醇系樹脂溶液加入水調整樹脂濃度至30.0%，以添加得到聚乙烯醇澆鑄溶液；其中，本實施例1-6及比較例1及2所用之界面活性劑係月桂醇聚氧乙烯醚，而實施例7-11及比較例3及4所使用之界面活性劑係月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉該聚乙烯醇澆鑄溶液經消泡後，從T型狹縫模唇吐出，並流延至旋轉的高溫澆鑄鼓乾燥製得初成形膜。初成形膜從澆鑄鼓剝離後經多支熱輥接觸乾燥膜的上下兩面，接著使用烘箱進行乾燥，烘箱的最高溫度為115℃，最後得到含水率2.3 wt%的聚乙烯醇膜成品。
2. 分析及測定方法
以下提供針對實施例1-11和比較例1-4之分析及測定方法，以判斷該些聚乙烯醇膜的性質。
2-1. 原始添加劑含量分析
首先，樣品製備方法係延橫向 (Transverse Direction，TD，或稱寬度方向)方向將聚乙烯醇膜平分成5等分，並將等分後之聚乙烯醇膜的中間進行裁切，每片裁切面積為(MD 5cm*TD 10cm，MD係指Machine Direction，即為機械方向或是縱向、長度方向)；再於恆溫恆濕箱中以23℃，相對溼度(RH) 50%條件放置24小時。
測試條件係先將聚乙烯醇膜在105℃/10分鐘進行烘乾除水，烘乾後秤重量(W1)，接著聚乙烯醇膜在30度/2000 ml純水以攪拌機(轉速115至120 rpm)攪拌5分鐘使原始添加劑析出，完成後甩乾聚乙烯醇膜表面水分並放入烘箱105℃/1小時使之絕乾並測重量(W2)。據此，原始添加劑含量即為 (W1-W2)/W1*100%；而原始添加劑含量為原始可塑劑含量加上原始界面活性劑含量。
2-2. 膨潤後 添加劑殘留量分析
首先，樣品製備方法係將係延橫向方向將聚乙烯醇膜平分成5等分，並將等分後之聚乙烯醇膜的中間進行裁切，每片裁切面積為(MD 20cm*TD 15cm)；再於恆溫恆濕箱中以23℃，50%RH條件放置24小時。接著固定聚乙烯醇膜(MD 5cm*TD 15cm)，並在30℃純水中將聚乙烯醇膜以4.3cm/min方式拉伸使長度為兩倍，完成後吸乾聚乙烯醇膜表面水分，並於恆溫恆濕箱以23℃，50%RH條件放置24小時；最後，於被拉伸區裁切出(MD 5cm*TD 10cm)的聚乙烯醇膜。
測試條件：先將拉伸後聚乙烯醇膜在105℃/10分鐘進行烘乾除水，烘乾後秤重量(W3)；接著將拉伸後聚乙烯醇膜在30℃/2000 ml純水以攪拌機(轉速115至120 rpm)攪拌5分鐘使甘油及界面活性劑析出，完成後甩乾聚乙烯醇膜表面水分並放入烘箱105℃/1小時使之絕乾並測重量(W4)。據此，膨潤後可塑劑殘留量即為 (W3-W4)/W3*100%，而膨潤拉伸後添加劑殘留量即為膨潤拉伸後可塑劑殘留量加上膨潤拉伸後界面活性劑殘留量。
2-3. FTIR 峰值比分析 (3200 cm -1/1425 cm -1)
首先，樣品製備方法係將係延橫向方向將聚乙烯醇膜平分成5等分，並將等分後之聚乙烯醇膜的中間進行裁切，每片裁切面積為(MD 20cm*TD 15cm)；再於恆溫恆濕箱中以23℃，50%RH條件放置24小時。接著固定聚乙烯醇膜(MD 5cm*TD 15cm)，並在30℃純水中將聚乙烯醇膜以4.3 cm/min方式拉伸使長度為兩倍，完成後吸乾聚乙烯醇膜表面水分，並於恆溫恆濕箱以23℃，50%RH條件放置24小時；最後，於被拉伸區裁切出(MD 5cm*TD 10cm)的聚乙烯醇膜。
於此所使用之分析儀器為Perkin Elmer Spectrum 100；而分析條件係在恆溫恆濕放置後，使用ATR穿透模式於650至 4000 cm -1區間，並以累積數量數四次進行FTIR分析。FTIR峰值強度比值為測得的[100-(3200 cm -1穿透值)] / [100-(1425 cm -1穿透值)]，而將同TD方向的FTIR峰值比進一步取平均值。
2-4. FTIR 峰值比分析 (1140 cm -1/1425 cm -1)
首先，樣品製備方法係將係延橫向方向將聚乙烯醇膜平分成5等分，並將等分後之聚乙烯醇膜的中間進行裁切，每片裁切面積為(MD 20cm*TD 15cm)；再於恆溫恆濕箱中以23℃，50%RH條件放置24小時。接著固定聚乙烯醇膜(MD 5cm*TD 15cm)，並在30℃純水中將聚乙烯醇膜以4.3 cm/min方式拉伸使長度為兩倍，完成後吸乾聚乙烯醇膜表面水分，並於恆溫恆濕箱以23℃，50%RH條件放置24小時；最後，於被拉伸區裁切出(MD 5cm*TD 10cm)的聚乙烯醇膜。
於此所使用之分析儀器為Perkin Elmer Spectrum 100；而分析條件係在恆溫恆濕放置後，使用ATR穿透模式於650至 4000 cm -1區間，並以累積數量數四次進行FTIR分析。FTIR峰值強度比值為測得的[100-(1140 cm -1穿透值)] / [100-(1425 cm -1穿透值)]，而將同TD方向的FTIR峰值比進一步取平均值。
2-5. 色相表現測定
首先，樣品製備方法係將聚乙烯醇膜進行偏光片製程；該聚乙烯醇膜製作成偏光膜方法沒有特別限制，較佳地係包含將聚乙烯醇膜置於水中拉伸之膨潤處理；以二色性色素進行染色的染色處理；以及將膜體進行單軸延伸的延伸處理。其中視需要可進一步實施硼酸交聯處理、固定處理、清洗處理、熱處理等之方法。此時，各處理的順序沒有特別限制，但較佳為以膨潤處理、染色處理及延伸處理之順序進行。
另一方面，於此所使用之測試儀器為Perkin Elmer Lambda 365 (具積分球)；而測試條件係在具有積分球的狀況下，基於正交條件測定波長480 nm的吸光度(A)與波長700 nm的吸光度(B)；最後以A/B的比例作為色相比數據。
2-6. 偏光度表現測定
樣品製備方法係將聚乙烯醇膜進行偏光片製程，其步驟大致上如下：首先，以依據前述方法製得的聚乙烯醇膜製成長度方向9 cm×寬度方向10 cm的試驗片。接續，沿該試驗片的長度方向之兩端，以拉伸部分尺寸成為長度方向5 cm×寬度方向10 cm的方式固定於拉伸治具，並在浸漬於溫度30℃的水中70秒鐘之內，以4.3 cm/分鐘的拉伸速度沿長度方向單軸拉伸(第1段拉伸)至原始長度的2倍。將該試驗片浸漬於含有0.03質量百分濃度碘以及3質量百分濃度碘化鉀且溫度為30℃之碘/碘化鉀水溶液中，並在60秒內以24 cm/分鐘的拉伸速度沿長度方向單軸拉伸(第2段拉伸)至原始長度的3.3倍為止。緊接著將該試驗片浸漬於含有3質量百分濃度硼酸以及3質量百分濃度碘化鉀且溫度為30℃之硼酸/碘化鉀水溶液中，並在約20秒內以24 cm/分鐘的拉伸速度沿長度方向單軸拉伸(第3段拉伸)至原始長度的3.6倍為止。再進一步將該試驗片浸漬於含有4質量百分濃度硼酸以及約5質量百分濃度碘化鉀且溫度為58℃之硼酸/碘化鉀水溶液中，並以24 cm/分鐘的拉伸速度沿長度方向單軸拉伸(第4段拉伸)至原始長度的5.5倍為止。最後，將該試驗片浸漬於含有1.5質量百分濃度硼酸及以3質量百分濃度碘化鉀之碘化鉀水溶液中10秒以進行固定處理，再以60℃的乾燥機乾燥4分鐘，進而獲得偏光膜。
Figure 02_image001
另一方面，於此所使用之測試儀器為Perkin Elmer Lambda 365；而測試條件係根據JIS Z 8722之標準方法，使用C光源進行2度可見光視感度補正，接著將兩張偏光膜以取向方向相同的情況下重疊，在波長下測定透光率(H 0)，另將兩張偏光膜以取向方向垂直的情況下重疊，在波長下測定透光率(H 90)。最後，偏光度數據係藉由下式計算獲得。
3. 實施例及比較例數據內容
首先，針對實施例及比較例之聚乙烯醇膜製程中的第一支熱輥溫度、烘箱最高溫度以及最末熱輥與第一節烘箱溫度差三項變因進行設置，而進一步獲得相關分析或測定數據。詳細內容請參照表1。 表1.
Figure 02_image003
根據表1之實施例1至11，其在製備時之第一支熱輥溫度為84至92˚C之範圍；烘箱最高溫度不超過115˚C；且其最末熱輥與第一節烘箱之溫差不超過30˚C。表1之實施例1至11的分析數據中，添加劑殘留量平均值為0.5至3wt%之範圍；添加劑殘留量平均值與原始添加劑含量相除結果為0.04至0.32；其FTIR 峰值比 (3200 cm -1/1425 cm -1)為0.70至1.00之範圍；而其FTIR 峰值比 (1140 cm -1/1425 cm -1) 小於等於1.48。由表1之實施例1至11的表現結果可見，其A/B值(對應色相比)為1.40至1.60之範圍，而不為特定理論所限制之下，所述數據範圍1.4至1.6之間可被視為良好而非偏差之色相表現。除此之外，表1之實施例1至11的偏光度皆不小於99.8%。
由結果可以看出，當將實施例1至11聚乙烯醇膜經膨潤拉伸後之添加劑殘留量調控至一定的範圍，其所製成之偏光膜具有優良色相表現；相對之下，比較例1至4聚乙烯醇膜經膨潤拉伸後之添加劑殘留量大於3.00 wt%或小於0.50 wt%，其製成之偏光膜色相表現較差。此外，比較例1至3之OH (3200cm -1) / CH 2(1425cm -1) 的FTIR強度比值大於1.00，代表聚乙烯醇膜內的可塑劑殘留量越多，色相表現不佳；比較例4之OH (3200cm -1) / CH 2(1425cm -1) 的FTIR強度比值小於0.70，聚乙烯醇膜內的可塑劑殘留量過低，同樣使色相表現不佳。
接續，針對實施例及比較例聚乙烯醇膜製程中的聚乙烯醇溶解時間以及溶解後所具有的聚乙烯醇系樹脂濃度等二項變因進行控制，而進一步獲得相關分析或測定數據。詳細內容請參照表2。 表2.
Figure 02_image005
如表2所示，發明人發現，當聚乙烯醇膜結晶程度越高時，製成偏光片時就越容易有部分未溶解的聚乙烯醇結晶區存在，聚乙烯醇結晶區會造成碘無法完全膨潤進入膜內，進而造成偏光度降低。如實施例8、9及比較例1至4，其1140 cm -1/ 1425cm -1的FTIR強度比值較高(大於 1.45)，表示聚乙烯醇膜的結晶程度高，偏光度未達99.9 %。相較之下，實施例1至7、10及11之1140 cm -1/ 1425cm -1的FTIR強度比值皆小於或等於 1.45，結果顯示，所製成之偏光片的偏光度皆達99.9 %。
根據表2之實施例1至11，實施例9、比較例2至4之聚乙烯醇溶解時間為150分鐘，未落於其他實施例之180至300分鐘的範圍；而實施例8及比較例1、3之溶解後所具有的聚乙烯醇系樹脂濃度為35%，未落於25至30%的範圍。本發明人發現，以上操控變因會導致1140 cm -1/1425 cm -1FTIR 峰值強度比值未落於理想範圍內。
有鑑於上述結果，本發明人發現當將聚乙烯醇膜經膨潤拉伸後之添加劑殘留量調控至一定的範圍，其所製成之偏光膜具有優良色相表現。而聚乙烯醇膜製備過程中，聚乙烯醇膜製程中的第一支熱輥溫度、烘箱最高溫度以及最末熱輥與第一節烘箱溫度差三項變因會影響聚乙烯醇膜的添加劑殘留量，並可進而影響其製成光學薄膜的光學特性。另外，透過調控聚乙烯醇膜添加劑殘留量平均值與原始添加劑含量相除結果、FTIR 峰值比 (3200 cm -1/1425 cm -1)以及FTIR 峰值比 (1140 cm -1/1425 cm -1)可用以製備出具其他理想性質之聚乙烯醇膜。除此之外，本發明人亦發現聚乙烯醇溶解時間以及溶解後所具有的聚乙烯醇系樹脂濃度會影響聚乙烯醇膜的結晶程度以及其製成光學薄膜後的偏光度。
綜上所述，本發明基於上述界定所提供之該聚乙烯醇膜的結晶程度低，且其所製成之光學薄膜具備優良之色相表現及偏光度。除此之外，本發明之界定內容可用以更準確地製造、分辨以及篩選出如上所述之該聚乙烯醇膜。
本文中，所提供的所有範圍旨在包括在給定之範圍內的每個特定範圍以及在該給定範圍之間的子範圍的組合。此外，除非另有說明，否則本文提供的所有範圍皆包括所述範圍的端點。從而，範圍1-5具體包括1、2、3、4和5，以及諸如2-5、3-5、2-3、2-4、1-4等子範圍。
在本說明書中引用的所有刊物和專利申請案皆透過引用併入本文，並且出於任何及所有目的，每一個別刊物或專利申請案皆明確且個別地指出以透過引用併入本文。在本文與透過引用併入本文的任何刊物或專利申請案之間存在不一致的情況下，以本文為準。
110:溶解桶 120:澆鑄鼓 130:熱輥 140:烘箱 M:初成形膜 S100~S104:步驟
為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更淺顯易懂，所附圖式之說明如下： 圖1為根據本發明一實施例之FTIR峰值與化學結構對應示意圖； 圖2為根據本發明一實施例之聚乙烯醇膜製備流程示意圖； 圖3為根據本發明一實施例之聚乙烯醇膜製造裝置示意圖。
根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依實際比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。除此之外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號指稱相似的元件及部件。
無。
S100~S104:步驟

Claims (16)

  1. 一種聚乙烯醇膜，其經膨潤拉伸後之添加劑殘留量為0.50至3.00wt%；前述膨潤拉伸係將該聚乙烯醇膜於水中以4.3cm/min速率拉伸，使長度為兩倍；前述添加劑殘留量係經(W3-W4)/W3*100%計算而得，其中，W3為該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後之重量；W4為該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後，置於純水內攪拌5分鐘，再使其絕乾之重量。
  2. 如請求項1之聚乙烯醇膜，其中該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後，以傅立葉轉換紅外光譜分析，其於波長3200cm-1與波長1425cm-1的強度比值為0.70至1.00。
  3. 如請求項1之聚乙烯醇膜，其中該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後，以傅立葉轉換紅外光譜分析，其於波長1140cm-1與波長1425cm-1的強度比值介於1.20至1.48。
  4. 如請求項1之聚乙烯醇膜，其中該聚乙烯醇膜經膨潤拉伸並乾燥後，以傅立葉轉換紅外光譜分析，其於波長1140cm-1與波長1425cm-1的強度比值介於1.20至1.45。
  5. 如請求項1之聚乙烯醇膜，該添加劑包含可塑劑及界面活性劑。
  6. 如請求項1之聚乙烯醇膜，該聚乙烯醇膜具有一原始添加劑含量介於6至15wt%。
  7. 如請求項1之聚乙烯醇膜，其中該聚乙烯醇膜之聚合度介於1800至3000。
  8. 如請求項1之聚乙烯醇膜，其中該聚乙烯醇膜之含水率介於1.0至5.0wt%。
  9. 一種光學薄膜，其係由如請求項1至8任一項之聚乙烯醇膜所製得。
  10. 如請求項9之光學薄膜，其係偏光膜。
  11. 如請求項10之光學薄膜，其中該偏光膜具有偏光度不小於99.8%。
  12. 如請求項9至11任一項之光學薄膜，在正交條件下，其於波長480nm之吸光度與波長700nm之吸光度的比值為1.40至1.60。
  13. 一種如請求項1至8任一項之聚乙烯醇膜之製造方法，包含：(a)將一聚乙烯醇系樹脂、界面活性劑、可塑劑及水，攪拌並加溫至溶解溫度大於100℃，形成一聚乙烯醇澆鑄溶液；(b)將該聚乙烯醇澆鑄溶液澆鑄至鑄造鼓，乾燥製得一初成形膜；及(c)將該初成形膜與溫度由高至低遞減之n支熱輥接觸後，進入具複數節數之烘箱乾燥；其中，第1支熱輥溫度為84至92℃，該烘箱最高溫度不超過115℃，且第n支熱輥與第一節烘箱之溫差不超過30℃，n係介於10至20。
  14. 如請求項13之製造方法，其中該步驟(a)之溶解溫度為120至140℃。
  15. 如請求項13至14任一項之製造方法，其中該步驟(b)之該聚乙烯醇澆鑄溶液中，該聚乙烯醇系樹脂濃度為20.0至40.0重量%。
  16. 如請求項13至14任一項之製造方法，其中該可塑劑相對於100重量份之該聚乙烯醇系樹脂為3至30重量份。
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