偏光膜染色工藝初探*

周文賢

(佛山緯達(dá)光電材料股份有限公司，廣東 佛山 528136)

隨著戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)如新型顯示、新能源等的興起，隨著面板生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國(guó)大陸，我國(guó)在新型顯示的出貨量已成為全球第一，全球偏光片生產(chǎn)逐步向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移。偏光片使用細(xì)分領(lǐng)域，車載偏光片使用環(huán)境惡劣，還必須滿足日光下使用要求，要求高可靠性。車載偏光片市場(chǎng)需求越來(lái)越大，需要具有偏光片性能高且耐久性優(yōu)異的偏光片[1]。

偏光片按照染色液的不同，分為碘系偏光片和染料系偏光片，染料系偏光片具有優(yōu)異的耐久性能，因此常用于車載偏光片。其染色液主要以直接染料為主，直接染料分子結(jié)構(gòu)呈直線型，具有一定的對(duì)稱性，同平面性好[2]，在染液中的聚集傾向能被PVA膜表面所吸附，并通過(guò)纖維的孔隙擴(kuò)散進(jìn)入纖維，與纖維素纖維分子之間通過(guò)范德華力和氫鍵作用而固著在纖維內(nèi)部，染料分子的長(zhǎng)軸方向與PVA分子的取向基本上一致，因此，直接染料應(yīng)用于染料系偏光片中達(dá)到高二色性的特點(diǎn)。目前對(duì)于染料系偏光片的研究主要偏重于提高二色性[3-5]，對(duì)于其染色工藝的研究比較少。

本文通過(guò)探討了二色性染料在不同染色工藝包括染色時(shí)間、染色溫度、不同的促染助劑及其用量、超聲波染色等，對(duì)染色PVA膜素子的透過(guò)率光學(xué)影響，分析了不同染色工藝對(duì)PVA膜的上染效果。對(duì)于染料系高耐久偏光膜的染色工藝具有非常重要的指導(dǎo)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

元明粉(AR)，西隴化工；食鹽(AR)，西隴化工；純堿(AR)，西隴化工；直接紫9；PVA 膜(VF-P)，Kuraray。

手動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)裝置(自制)[6]；ZSH-1040G超聲波儀，眾舜超聲；U-4100分光光度計(jì)，日本日立；G&G JJ500電子稱，美國(guó)雙杰；DHG-9023A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏；燒杯等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 手動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)方法

手動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)是模擬拉伸生產(chǎn)線的流程，以紫色1染料溶液為染色液，用手動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)裝置進(jìn)行水洗、膨潤(rùn)、染著、洗凈、拉伸、洗凈、干燥。將PVA膜偏光素子裁切45吸收軸的樣品，用分光光度計(jì)檢測(cè)素子的樣品透過(guò)率。

1.2.2 不同染色溫度下染色PVA膜素子的透過(guò)率測(cè)試實(shí)驗(yàn)

在染色溫度分別為28、31、32、33、34、35、36 ℃，在相同的染色液下，染色時(shí)間均為1 min。將染色得到的PVA膜偏光素子裁切45吸收軸，測(cè)其透過(guò)率。

1.2.3 不同促染助劑下染色PVA膜素子的透過(guò)率測(cè)試實(shí)驗(yàn)

采用元明粉、碳酸鈉、氯化鈉促染助劑，逐漸增加助劑的添加量，調(diào)整染色時(shí)間達(dá)到相同的PVA膜素子透過(guò)率。

1.2.4 超聲波染色的PVA膜素子透過(guò)率測(cè)試實(shí)驗(yàn)

采用超聲波(頻率28 kHz)染色，染色時(shí)間3～6 min，PVA膜進(jìn)行染色。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同染色溫度對(duì)PVA膜素子透過(guò)率的影響

根據(jù)直接染料分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直接染料和纖維素分子之間的范德華力和氫鍵作用力較大，染料從纖維表面向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散是緩慢的。提高染色溫度可促使染料分散成單分子或單離子狀態(tài)，增加它們的動(dòng)能，提高擴(kuò)散速率提高溫度有助于PVA膜纖維，在纖維無(wú)定形區(qū)形成瞬間“孔穴”，才能使染料分子進(jìn)入并擴(kuò)散。

25 ℃染色溫度下，染色時(shí)間為4 min時(shí)，染色PVA膜素子的透過(guò)率為37.01%。從圖1可以看出，在31～32 ℃染色溫度下，染色時(shí)間縮短至1 min，其PVA膜素子透過(guò)率仍達(dá)到37%。隨著染色溫度的增加至38 ℃時(shí)，PVA膜素子的透過(guò)率逐漸下降至35.29%。由此可見(jiàn)，提高染色的溫度可以降低PVA膜素子的透過(guò)率，即提高染料的上染率。

圖1 不同染色溫度的偏光膜透過(guò)率Fig.1 The transmittance of polarizer film with different dyeing temperatures

2.2 不同促染助劑對(duì)染色PVA膜素子透過(guò)率的影響

促染助劑是一種可以提高染料對(duì)纖維的上染率，減少殘液中染料含量，獲得較高染色深度的效果。促染助劑降低了纖維染色過(guò)程中的電荷效應(yīng)，纖維素纖維在染液中帶有表面電位，與直接染料陰離子產(chǎn)生電荷斥力，加入電解質(zhì)后，染液中產(chǎn)生大量帶正電荷的鈉離子，與染料陰離子保持電荷中性，消除了染色過(guò)程中的障礙，使染料分子與纖維表面緊密接觸，減少染液和纖維界面附近的濃度差，從而提高染料的上染率。

從圖2可以看出，在不同的促染劑下，在PVA膜素子達(dá)到同樣透過(guò)率下，隨著硫酸鈉在染色液中添加量的增加，染色時(shí)間明顯減少。當(dāng)硫酸鈉添加量超過(guò)10 g，其染色時(shí)間變化趨于平緩，即上染速率平穩(wěn)。對(duì)于碳酸鈉添加量超過(guò)9 g，上染速率平穩(wěn)。氯化鈉添加量從2 g增加至6 g，透過(guò)率下降4%。與硫酸鈉相比，透過(guò)率下降較快，即上染率快。氯化鈉用量超過(guò)8 g，上染速率平穩(wěn)。所以在促染助劑達(dá)到一定量后，染料上染速率達(dá)到平穩(wěn)，染料的上染速率隨著促染助劑含量的提高而基本不變。

圖2 不同促染助劑添加量對(duì)應(yīng)的染色時(shí)間Fig.2 The dyeing time corresponding to different additive amount

從上可知，隨著元明粉、食鹽、純堿在染料液中添加量的增加，PVA膜素子的透過(guò)率逐漸下降，即直接紫9染料的上染率逐漸增加。但達(dá)到一定添加量后，上染速率基本一致達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在PVA膜染色中添加一定量的元明粉、食鹽、純堿有助于提高直接紫9染料的上染速率。

2.3 其他染色工藝對(duì)染色PVA膜素子透過(guò)率的影響

從表1可以看出，PVA膜在染料液中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，即染色時(shí)間的增長(zhǎng)，PVA膜素子的透過(guò)率逐漸下降，即在PVA膜素子獲得較深的染色效果。

表1 不同染色時(shí)間的偏光膜透過(guò)率Table 1 The transmittance of polarizer film at different dyeing time

表2 在超聲波中染色的偏光膜透過(guò)率Table 2 The transmittance of polarizer film dyeing in ultrasonic

在相同的染色時(shí)間、染色液濃度、染色溫度、PVA膜拉伸比下，常規(guī)工藝染色的PVA膜素子透過(guò)率30%，在超聲波中染色的PVA膜素子透過(guò)率28%，在超聲波振蕩溶解的染料液中進(jìn)行常規(guī)工藝染色的PVA膜素子透過(guò)率也是28%。由此可知，經(jīng)過(guò)超聲波溶解與用超聲波的染色效果是一致的。超聲波有助于增加染色效果，降低PVA膜素子透過(guò)率。

3 結(jié) 論

(1)提高染色的溫度可以降低PVA膜素子的透過(guò)率，即提高染料的上染率。

(2)隨著元明粉、食鹽、純堿在染料液中添加量的增加，PVA膜素子的透過(guò)率逐漸下降，即直接紫9染料的上染率逐漸增加。但達(dá)到一定添加量后，上染速率基本一致達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)增加染色時(shí)間，采用超聲波溶解染料或者超聲波染色都可以降低PVA膜素子的透過(guò)率，增加染色效果。