[发明专利]纤维素圆偏光和线偏光薄膜的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及以纤维素为原料制备圆偏光薄膜和线偏光薄膜的方法，其产品可以应用于光学显示装置或辅助元件等。

背景技术

众所周知，光是一种电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。由于一般光源发光机制的无序性，其光波的电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，称为自然光。当光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，称为偏振光。偏振现象的研究在光学发展史中占有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等技术有广泛的应用。

光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图1）。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态（见图2）。

虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，光由物体表面反射时已部分被偏振产生眩光。眩光的主要危害是增强亮度、减弱色彩饱和度，使物体轮廓变得模糊不清，从而使眼睛产生疲劳等不适。而偏振片是根据光线的偏振原理制备而成的，可以有效地消除这种危害。

目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏光片，它利用二向色性获得偏振光。近年来，随着液晶显示器（LCD）在手机、计算机和电视机等信息图像显示领域得到日益广泛的应用，对偏光膜的需求量已远远超过照相工业鼎盛时期的用量，同时对其性能质量及成本方面也提出了更高的要求。液晶的显示特性决定其必须与偏光片组合使用，作为LCD偏光片的保护膜，除要求具有一定的物理机械性能和严格的光学特性外，还特别要求光学的各向同性，即尽可能小的双折射率。仅为满足一定的物理机械性能，有多种树脂薄膜可供选择，如聚酯薄膜、聚碳酸脂薄膜等，虽然它们的物理机械性能远胜于纤维素薄膜，但到目前为止，尚未找到一种熔融挤出成型再经拉伸处理的树脂薄膜具有各向同性而能符合偏光片保护膜的要求。而采用流延成型的工艺，使纤维素成膜时的应力很小，这样条件下所形成的膜片具有优异的各相同性，即双折射率极小，因而能完全符合偏光片作为保护膜在光学性能方面的特殊要求。

专利文献1中已经提出了海鞘纤维素胆甾相液晶（N*-LCs）薄膜的制备方法，但是胆甾型液晶的形成条件比较复杂，影响因素较多。本发明是鉴于以上课题进行的，其目的在于提供一种圆偏光薄膜的制备方法。本发明增加较大功率的超声步骤使纳米纤维素尺寸均匀化，同时，在干燥过程中增加磁场、拉伸、剪切等外力促进胆甾型液晶的形成，从而达到偏振片的使用目的。

[专利文献1]CN201210453397.0

发明内容

本发明涉及一种以纤维素为原料制备圆偏光薄膜和线偏光薄膜的方法，其产品可以应用于光学显微镜、摄影摄像设备和液晶显示器等装置。本方法生产工艺简单、过程易控制，原料资源丰富、价格低廉，绿色环保无污染，可应用于工业生产。

本发明提供的纤维素制备圆偏光薄膜和线偏光薄膜的方法包括以下步骤：

（一）纤维素圆偏光薄膜的制备方法：

将微晶纤维素粉末与64wt%的浓硫酸按照质量分数1：17.5的比例进行混合，将混合后的溶液置于45℃油浴中加热搅拌反应一定时间后，加入大量的去离子水终止反应，再通过离心清洗和透析去除溶液中的酸。将得到的乳白色悬浮液用超声波细胞粉碎机在800W功率下超声粉碎30分钟，以降低纤维素的结晶度并且使其分散均匀，浓缩至一定浓度后即得到了纳米纤维素的悬浮液。配制质量分数为7%的聚乙烯醇（PVA）水溶液，按照一定比例的体积比加入到上述纤维素的悬浮液中。用100W功率的超声波处理5min使其混合均匀后涂布在聚四氟乙烯板上，在强度为8T的磁场下自然干燥或真空干燥，即得到海鞘纤维素圆偏光薄膜，待重量不再变化时脱模。

（二）纤维素线偏光薄膜的制备方法：

将海鞘纤维素和离子液体置于40℃真空干燥箱中12h，使其完全干燥，称取1.5g干燥后的纤维素粉末加入到50g离子液体中，在80℃油浴中加热搅拌5h得到透明的纤维素溶液。反应过程为无水且使用氮气保护，防止纤维素高温氧化。将得到的纤维素溶液均匀的涂抹到玻璃基板上，用另一块玻璃板覆盖，然后将两块玻璃基板向反方向缓慢拉伸，使溶液中的高分子链取向。将玻璃基板迅速的放入去离子水中，浸泡30min后反复洗涤至无溶液残留，拉伸条件下将得到的薄膜自然干燥，即得到了海鞘纤维素的线偏光薄膜。

附图说明

图1为平面偏振光和圆偏振光的示意图。