一种光学偏振片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光学偏振片，由透明高分子材料及包埋在其中的定向排列的透明纳米高分子纤维构成。本发明专利技术还公开了光学偏振片的制备方法：(1)将透明高分子材料在溶剂中溶解，得到前驱纺丝溶胶；(2)将前驱纺丝溶胶通过静电纺丝技术制备连续的高分子纳米纤维膜，采用高速转动的滚筒收集纤维；(3)将透明高分子材料在溶剂中溶解，得到用于浸泡高分子纳米纤维膜的溶胶；(4)将高分子纳米纤维膜浸泡在步骤(3)得到的溶胶中，并在烘箱中烘干，剥离并剪裁，得到光学偏振片。本发明专利技术的光学偏振片，在可见-近红外光波段都有良好的偏振效果，化学性能、光学偏振特性稳定性高，制备方法简单环保，突破了传统偏振片工艺对材料选择的局限性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学器件及其制备领域，特别涉及。
技术介绍
偏振片是一类重要的光学器件。20世纪初Land等人专利技术了基于二相色性染料掺 杂和聚合物定向热拉伸技术的首个吸收型光学线性偏振片，被广泛应用于防眩太阳镜、照 相机滤光镜、平板显示等诸多领域。吸收型偏振片是最早使用的人造偏振片。常用的制备 方法是用染料处理、拉伸具有网状结构的高分子薄膜，使染料分子在高分子材料中取向。 利用取向排列的染料分子对不同偏振方向光吸收的差异产生偏振光。吸收型偏振片具有制 备简单及应用范围广等优点，但这种偏振片的光利用效率低、易退偏。另一种偏振片是散 射型偏振片，常用的制备方法是将聚合物分散液晶（PDLC)膜单向拉伸，利用微结构形貌 诱导液晶分子取向排列，形成折射率各向异性的分散相。通过对高分子和液晶折射率的设 计，使液晶在一个偏振方向上的折射率与聚合物折射率匹配，而在另一个正交的偏振方向 失配。这样，偏振光在折射率匹配的方向可以透过，在另一个正交方向上被散射。由于被散 射的光能够被重新利用，散射型偏光片的光效率高于吸收型偏光片。但用于制备TOLC膜 的聚合物必须具有较高的延展性，该要求极大地限制了材料的选择范围。同时，由于TOLC 薄膜的延展性使取向液滴有回缩成球的趋势，因此拉伸法使液晶分子不能完全取向排列。 现有的偏振片制备技术最通常的做法是将具有二向色性的碘或者染料分子先通 过溶液法掺杂到具有热拉伸性能的聚合物基体中，然后通过热拉伸的办法将聚合物沿某个 方向进行拉伸，使掺杂的碘或者染料分子沿着拉伸方向排列。然后在碘或者染料分子掺杂 PVA薄膜表面涂覆PVB等功能涂层。这种工艺中高分子聚合物热拉伸工艺对设备和操控工 艺要求很高，使用的高分子聚合物必须要有较好的热拉伸性能，其分子必须与掺杂的二向 色性碘或者染料高分子有很好的亲和性，因此对高分子聚合物材料的选择种类非常有限， 目前最为常用的是PVA(聚乙烯醇）。此外，基于碘/染料掺杂和热拉伸工艺的PVA基偏振 片偏振性能稳定性不尚，容易发生退偏现象。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种光学偏振片， 在可见-近红外光波段都有良好的偏振效果，化学性能稳定，环境适应性好，其光学偏振特 性稳定性尚。 本专利技术的另一目的在于提供上述光学偏振片的制备方法，简单环保，所使用的材 料种类丰富多样，易于实现工业化大批量生产。 本专利技术的目的通过以下技术方案实现： -种光学偏振片，由透明高分子材料及包埋在其中的定向排列透明高分子纤维构 成；所述透明高分子纤维的直径在纳米尺度；所述透明高分子材料与透明高分子纤维的折 射率相匹配。 所述透明高分子材料为PVA、PVP、PVB、PMMA、PE、PS、PC、PAA中的一种。 所述透明高分子纤维由PVA、PVP、PVB、PMMA、PE、PS、PC、PAA中的一种制备而成。 所述的光学偏振片的制备方法，包括以下步骤： (1)将透明高分子材料在溶剂中溶解，得到前驱纺丝溶胶； (2)将步骤（1)得到的前驱纺丝溶胶通过静电纺丝技术制备连续的高分子纳米纤 维膜，制备过程中采用1500~5000转/分钟的速度转动的滚筒收集纤维，实现高分子纳米 纤维的定向排列； (3)将透明高分子材料在溶剂中溶解，得到用于浸泡高分子纳米纤维膜的溶胶； (4)将步骤（2)得到的高分子纳米纤维膜浸泡在步骤（3)得到的溶胶中，并在烘箱 中充分烘干，剥离并剪裁，得到光学偏振片。 步骤（1)所述的透明高分子材料为 步骤（3)所述的透明高分子材料为步骤⑴中所述将透明高分子材料在溶剂中溶解，具体为： 当所述透明高分子材料为PVA时，溶剂为水； 当所述透明高分子材料为PVB时，溶剂为水或乙醇或丙酮； 当所述透明高分子材料为PMMA时，溶剂为二甲基甲酰胺或甲酸； 当所述透明高分子材料为PE时，溶剂为对二甲苯或三氯苯； 当所述透明高分子材料为PS时，溶剂为苯或甲苯或四氯甲烷； 当所述透明高分子材料为PC时，溶剂为三氯甲烷或二氯乙烷或甲酚； 当所述透明高分子材料为PAA时，溶剂为水或甲醇或二甲基甲酰胺。 步骤（3)中所述将透明高分子材料在溶剂中溶解，具体为：当所述透明高分子材料为PVA时，溶剂为水； 当所述透明高分子材料为PVB时，溶剂为水或乙醇或丙酮； 当所述透明高分子材料为PMMA时，溶剂为二甲基甲酰胺或甲酸； 当所述透明高分子材料为PE时，溶剂为对二甲苯或三氯苯； 当所述透明高分子材料为PS时，溶剂为苯或甲苯或四氯甲烷； 当所述透明高分子材料为PC时，溶剂为三氯甲烷或二氯乙烷或甲酚； 当所述透明高分子材料为PAA时，溶剂为水或甲醇或二甲基甲酰胺。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果： (1)本专利技术的偏振片，没有使用碘、二向色性染料等有色原料，在可见-近红外光 波段都有良好的偏振效果，化学性能稳定，环境适应性好，其光学偏振特性稳定性高。(2)本专利技术的偏振片具有良好的柔韧性和很高的透明性。 (3)本专利技术的偏振片的制备方法，突破了传统偏振片工艺对材料选择的局限性。 (4)本专利技术的偏振片的制备方法，避免了复杂的碘/染料掺杂和热拉伸工艺，简单 环保，对设备的要求低并可实现规模化批量生产。【附图说明】 图1是本专利技术的实施例1的静电纺丝制备的定向排列PVA纳米纤维薄膜扫描电镜 照片。 图2是本专利技术的实施例1的光学偏振膜的紫外-可见-近红外透射光谱。 图3是本专利技术的实施例1的光学偏振膜对477nm激光的偏振效果图。 图4是本专利技术的实施例1的光学偏振膜对532nm激光的偏振效果图。 图5是本专利技术的实施例1的光学偏振膜对633m激光的偏振效果图。 图6是本专利技术的实施例1的光学偏振膜对980nm激光的偏振效果图。【具体实施方式】 下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。 实施例1 本实施例以PVA作为静电纺丝定向排列纳米纤维的原料，PVP作为后续纤维薄膜 包埋的基质材料通过实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制此专利的保护范围， 其他所有可用来纺丝的透明高分子材料（如？犯、？￥8、？_、？￡、？5、？(：、？44等）以及溶解 性和折射率能够与上述高分子相匹配的高分子（如PVP、PVB、PMMA、PE、PS、PC、PAA等）都 适用于本专利技术公开的光学偏振片。 本实施例的光学偏振片的制备过程如下： 步骤1.制备静电纺丝所用的PVA溶胶。将PVA粉体加入到去离子水中，然后将 PVA-水悬浮液在油浴或者水浴中80°C进行搅拌，直到PVA粉末完全溶解，形成均匀透明的 具有一定粘度的PVA溶胶。上述透明溶胶在室温下空气中陈化3-12小时，即得到用于纺丝 的溶胶。本实例中制备的PVA溶胶浓度为7wt%，具有较好的纺丝性。根据经验，PVA浓度 宜控制在3wt%~10wt%为好，浓度过低和过高都不利于纺丝的顺利进行。 步骤2.以上述步骤1合成的PVA溶胶为纺丝液，通过静电纺丝技术制备定向排列 的PVA纳米纤维薄膜。静电纺丝过程中采用高速旋转的电动滚筒收集电纺丝纳米纤维，将 收集的纤维剥离滚筒得到柔韧性良好的PVA纳米纤维薄膜。静电纺丝的过程如下：将溶胶 装入供液装置，连接高压直流电源，通过静电纺丝制备超长连续的定向排列PVA纳米纤维。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学偏振片，其特征在于，由透明高分子材料及包埋在其中的定向排列透明高分子纤维构成；所述透明高分子纤维的直径在纳米尺度；所述透明高分子材料与透明高分子纤维的折射率相匹配。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马志军，邱建荣，胡忠亮，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44