偏光膜染色工艺初探*

周文贤

(佛山纬达光电材料股份有限公司，广东 佛山 528136)

随着战略新兴产业如新型显示、新能源等的兴起，随着面板生产转移到中国大陆，我国在新型显示的出货量已成为全球第一，全球偏光片生产逐步向国内转移。偏光片使用细分领域，车载偏光片使用环境恶劣，还必须满足日光下使用要求，要求高可靠性。车载偏光片市场需求越来越大，需要具有偏光片性能高且耐久性优异的偏光片[1]。

偏光片按照染色液的不同，分为碘系偏光片和染料系偏光片，染料系偏光片具有优异的耐久性能，因此常用于车载偏光片。其染色液主要以直接染料为主，直接染料分子结构呈直线型，具有一定的对称性，同平面性好[2]，在染液中的聚集倾向能被PVA膜表面所吸附，并通过纤维的孔隙扩散进入纤维，与纤维素纤维分子之间通过范德华力和氢键作用而固着在纤维内部，染料分子的长轴方向与PVA分子的取向基本上一致，因此，直接染料应用于染料系偏光片中达到高二色性的特点。目前对于染料系偏光片的研究主要偏重于提高二色性[3-5]，对于其染色工艺的研究比较少。

本文通过探讨了二色性染料在不同染色工艺包括染色时间、染色温度、不同的促染助剂及其用量、超声波染色等，对染色PVA膜素子的透过率光学影响，分析了不同染色工艺对PVA膜的上染效果。对于染料系高耐久偏光膜的染色工艺具有非常重要的指导意义。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

元明粉(AR)，西陇化工；食盐(AR)，西陇化工；纯碱(AR)，西陇化工；直接紫9；PVA 膜(VF-P)，Kuraray。

手动拉伸实验装置(自制)[6]；ZSH-1040G超声波仪，众舜超声；U-4100分光光度计，日本日立；G&G JJ500电子称，美国双杰；DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏；烧杯等。

1.2 实验方法

1.2.1 手动拉伸实验方法

手动拉伸实验是模拟拉伸生产线的流程，以紫色1染料溶液为染色液，用手动拉伸实验发装置进行水洗、膨润、染着、洗净、拉伸、洗净、干燥。将PVA膜偏光素子裁切45吸收轴的样品，用分光光度计检测素子的样品透过率。

1.2.2 不同染色温度下染色PVA膜素子的透过率测试实验

在染色温度分别为28、31、32、33、34、35、36 ℃，在相同的染色液下，染色时间均为1 min。将染色得到的PVA膜偏光素子裁切45吸收轴，测其透过率。

1.2.3 不同促染助剂下染色PVA膜素子的透过率测试实验

采用元明粉、碳酸钠、氯化钠促染助剂，逐渐增加助剂的添加量，调整染色时间达到相同的PVA膜素子透过率。

1.2.4 超声波染色的PVA膜素子透过率测试实验

采用超声波(频率28 kHz)染色，染色时间3～6 min，PVA膜进行染色。

2 结果与讨论

2.1 不同染色温度对PVA膜素子透过率的影响

根据直接染料分子的结构特点，直接染料和纤维素分子之间的范德华力和氢键作用力较大，染料从纤维表面向纤维内部的扩散是缓慢的。提高染色温度可促使染料分散成单分子或单离子状态，增加它们的动能，提高扩散速率提高温度有助于PVA膜纤维，在纤维无定形区形成瞬间“孔穴”，才能使染料分子进入并扩散。

25 ℃染色温度下，染色时间为4 min时，染色PVA膜素子的透过率为37.01%。从图1可以看出，在31～32 ℃染色温度下，染色时间缩短至1 min，其PVA膜素子透过率仍达到37%。随着染色温度的增加至38 ℃时，PVA膜素子的透过率逐渐下降至35.29%。由此可见，提高染色的温度可以降低PVA膜素子的透过率，即提高染料的上染率。

图1 不同染色温度的偏光膜透过率Fig.1 The transmittance of polarizer film with different dyeing temperatures

2.2 不同促染助剂对染色PVA膜素子透过率的影响

促染助剂是一种可以提高染料对纤维的上染率，减少残液中染料含量，获得较高染色深度的效果。促染助剂降低了纤维染色过程中的电荷效应，纤维素纤维在染液中带有表面电位，与直接染料阴离子产生电荷斥力，加入电解质后，染液中产生大量带正电荷的钠离子，与染料阴离子保持电荷中性，消除了染色过程中的障碍，使染料分子与纤维表面紧密接触，减少染液和纤维界面附近的浓度差，从而提高染料的上染率。

从图2可以看出，在不同的促染剂下，在PVA膜素子达到同样透过率下，随着硫酸钠在染色液中添加量的增加，染色时间明显减少。当硫酸钠添加量超过10 g，其染色时间变化趋于平缓，即上染速率平稳。对于碳酸钠添加量超过9 g，上染速率平稳。氯化钠添加量从2 g增加至6 g，透过率下降4%。与硫酸钠相比，透过率下降较快，即上染率快。氯化钠用量超过8 g，上染速率平稳。所以在促染助剂达到一定量后，染料上染速率达到平稳，染料的上染速率随着促染助剂含量的提高而基本不变。

图2 不同促染助剂添加量对应的染色时间Fig.2 The dyeing time corresponding to different additive amount

从上可知，随着元明粉、食盐、纯碱在染料液中添加量的增加，PVA膜素子的透过率逐渐下降，即直接紫9染料的上染率逐渐增加。但达到一定添加量后，上染速率基本一致达到稳定状态。因此，在PVA膜染色中添加一定量的元明粉、食盐、纯碱有助于提高直接紫9染料的上染速率。

2.3 其他染色工艺对染色PVA膜素子透过率的影响

从表1可以看出，PVA膜在染料液中停留的时间越长，即染色时间的增长，PVA膜素子的透过率逐渐下降，即在PVA膜素子获得较深的染色效果。

表1 不同染色时间的偏光膜透过率Table 1 The transmittance of polarizer film at different dyeing time

表2 在超声波中染色的偏光膜透过率Table 2 The transmittance of polarizer film dyeing in ultrasonic

在相同的染色时间、染色液浓度、染色温度、PVA膜拉伸比下，常规工艺染色的PVA膜素子透过率30%，在超声波中染色的PVA膜素子透过率28%，在超声波振荡溶解的染料液中进行常规工艺染色的PVA膜素子透过率也是28%。由此可知，经过超声波溶解与用超声波的染色效果是一致的。超声波有助于增加染色效果，降低PVA膜素子透过率。

3 结 论

(1)提高染色的温度可以降低PVA膜素子的透过率，即提高染料的上染率。

(2)随着元明粉、食盐、纯碱在染料液中添加量的增加，PVA膜素子的透过率逐渐下降，即直接紫9染料的上染率逐渐增加。但达到一定添加量后，上染速率基本一致达到稳定状态。

(3)增加染色时间，采用超声波溶解染料或者超声波染色都可以降低PVA膜素子的透过率，增加染色效果。