专利名称：包含聚烷基氮或磷鎓氟代烷基磺酰基盐的微结构的制作方法
包含聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐的微结构
背景技术：
某些微结构化的光学产品(例如在U. S. 2005/0148725中描述的那些)通常被称 为“增亮膜”。增亮膜在许多电子产品中被用于增加背光平板显示器的亮度，所述背光平板 显示器例如为液晶显示器(LCD)，包括在电致发光板、膝上型计算机显示器、文字处理器、台 式监视器、电视机、摄像机、以及用于汽车和飞机的显示器中所用的那些。增亮膜有利地表现出特定的光学和物理性能，这些性能包括与所产生的亮度增益 (即“增益”)有关的增亮膜折射率。亮度的改善使得电子产品更有效地工作，这通过在显 示器照明中使用更低的功率从而减少耗电、使电子产品的元件产生较低的热负荷、并且延 长产品的使用寿命的方式实现。已经由包含固化或聚合的高折射率单体的可聚合树脂组合物制备了增亮膜。卤化 (如溴化处理的)单体或低聚物常用来获得例如1. 56或更大的折射率。获得高折射率组合 物的另一种方式是采用包含高折射率纳米粒子的可聚合组合物。
发明内容
在一个实施例中，微结构化(如光学)膜(例如增亮膜)被描述为包括聚合的微 结构化表面，其中微结构包含可聚合树脂组合物的反应产物，并且该可聚合树脂组合物包 含由以下通式表示的抗静电剂RxJH4^A [SO2RfJm其中χ在3至4范围内；R独立地为可任选地包含链中氧原子或至少一个端羟基的C1至C12烷基；J为氮或磷；A为氮或碳； Rf独立地为C1至C4氟化烷基；并且m在2至3范围内。微结构通常设置在具有与其不同的组成的(任选地涂底漆的)基底膜层(例如偏 振膜)上。在此类实施例中，微结构显示出与基底膜层的划格法附着力为至少90%。在另一个实施例中，可聚合树脂组合物被描述为包含至少一种具有至少两个芳环 的二(甲基)丙烯酸酯单体，并且包含反应性稀释剂和(刚才描述过的)由以下通式表示 的抗静电剂rxjh4_广A[so2iym。在这些实施例中的每一个中，抗静电剂在固体中的含量在约0. 5重量％至约15重 量％的范围内、优选地在约3重量％至约5重量％的范围内。此外，在70° F和50%的相 对湿度下测量电荷衰减时，衰减时间优选小于1. 5秒、更优选地小于0. 5秒。R的碳原子总数为至少5、6、7或8。在一些实施例中，χ为4并且R的碳原子总数 为至少7。在一些实施例中，至少一个Rf为CF3。在一些实施例中，至少一个R为甲基，并
4且其他R基团包含至少两个碳原子。在其他实施例中，χ为3，并且每个R包含至少两个碳 原子。在一些实施例中，J为氮。在其他实施例中，J为磷，χ为4。在一个实施例中，R包含端羟基。可聚合树脂组合物优选地还包含至少一种(如 单)羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸，以及它们的混合物。
具体实施例方式本文所述为包括微结构化表面的(如光学)膜。微结构包含可聚合树脂组合物的 反应产物，该可聚合树脂组合物包含作为抗静电剂的某些聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐。虽然术语“导电性”在业内通常是指“静电耗散性”，但这些术语并非同义词。特别 地，认为导电材料的表面电阻率最高达IXlO5欧姆/平方；而抗静电材料的表面电阻率通 常可高达1 X IO12欧姆/平方。本文所公开的微结构化(如光学)膜可具有至少约1XIO7, 1 X 108、1 X 109、1 X 101°欧姆/平方、或1 X IO11欧姆/平方的表面电阻率，然而却保持着抗 静电特性。本文所述光学膜通常由(如预成形的)透光性基底(如膜)层和透光性聚合微结 构化光学层构成。虽然可由相同的材料形成基底层和光学层，但通常它们是由不同的聚合 物材料形成的。如美国专利No. 5，175，030 (Lu等人)和美国专利No. 5，183，597 (Lu)中所述，具有 微结构的制品(如增亮膜)可以通过包括以下步骤的方法来制备(a)制备可聚合组合物； (b)将可聚合组合物以刚好足够填充母板空腔的量沉积至母板(阴模)的微结构化成型表 面；(c)通过在预成形的基底(例如PET膜)与母板之间(它们中的至少一个为挠性的)移 动可聚合组合物的粒料来填充空腔；以及(d)固化组合物。母板可为金属(例如镍、镀镍铜 或黄铜)，或可为在聚合条件下稳定的热塑性材料，并且优选地是母板具有的表面能使得能 将聚合的材料从母板上干净地移除。可用的基底材料包括(例如)苯乙烯-丙烯腈、乙酸丁酸纤维素、纤维素乙酸丙酸 酯、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚萘二甲酸乙二酯、基于萘二羧酸的共聚物或共混物、聚环烯烃、聚酰亚胺和玻璃。任选 地，基底材料可含有这些材料的混合物或组合。此外，基底可以是多层的，或可包含悬浮或 分散在连续相中的分散组分。对于一些具有微结构的产品(例如增亮膜)，优选的基底材料的例子包括聚对苯 二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯。可用的PET薄膜的例子包括光学级别的聚对苯二甲酸 乙二醇酯和可得自 DuPont Films (Wilmington, Del)的 MELINEX PET。一些基底材料可以是光学活性的，并且可用作偏振材料。使透过薄膜的光偏振可 以(例如)通过在选择性吸收透过光的薄膜材料中包含二向色偏振片来实现。光偏振也可 以通过引入无机材料(例如准直的云母晶片)或者通过在连续薄膜中分散不连续相(例如 分散在连续薄膜中的光调制液晶的微滴)来实现。作为另一种选择，可以用不同材料的超 薄层来制备偏振膜。例如，通过采用诸如拉伸薄膜、施加电场或磁场以及涂敷技术之类的方 法，可将薄膜内的材料沿偏振方向定向。偏振膜的实例包括在美国专利No. 5，825，543和5，783，120中描述的那些。这些偏振膜与增亮膜的结合使用在美国专利No. 6，111，696中有所描述。可用作基底的偏振膜 的另一个实例是美国专利No. 5，882，774中描述的那些。可用的基底包括均可得自3M公司的以Vikuiti Dual BrightnessEnhanced Film(DBEF) (Vikuiti 双增亮膜)、Vikuiti Brightness EnhancedFilm(BEF) (Vikuiti 增亮膜)、Vikuiti Diffuse Reflective Polarizer Film(DRPF) (Vikuiti 漫反射式偏振 膜)、Vikuiti Enhanced Specular Ref lector (ESR) (Vikuiti 增强型镜面反射器)和 Vikuiti Advanced Polarizing Film(APF) (Vikuiti 高级偏振膜)销售的光学膜。可任选地对基底膜材料的一个或多个表面涂底漆或以其他方式处理，以提高光学 层对基底的粘附力。特别适用于聚酯基底膜层的底漆包括磺基聚酯底漆(例如在美国专 利No. 5，427，835中有所描述)。底漆层的厚度通常为至少20nm，并一般不大于300nm至 400nmo光学层可以具有许多可用图案中的任何图案。这些微结构化表面包括规则或不规 则的棱柱图案，这些棱柱图案可为环形棱柱图案、立体角棱柱图案或任何其他透镜状微结 构。一种可用的微结构是规则的棱柱图案，其可充当用作增亮膜的全内反射薄膜。另一种 可用的微结构是立体角棱柱图案，其可充当用作反射膜的逆向反射性薄膜或元件。再一种 可用的微结构是可充当光学显示器中使用的光学转向薄膜或元件的棱柱图案。一种具有聚合的微结构化表面的优选光学膜为增亮膜。增亮膜通常增强照明装置 的轴向亮度(在本文中称为“亮度”)。微结构化的形貌特征可为薄膜表面上的多个棱柱， 使得该薄膜可用于通过反射和折射来重新导向光。棱柱的高度通常在约1微米到约75微 米的范围内。当微结构化光学薄膜用于光学显示器(例如，那些存在于膝上型计算机和手 表等中的光学显示器)时，微结构化光学薄膜可通过如下方式来增强光学显示器的亮度 将从显示器逸出的光限制在一对布置成与穿过该光学显示器的法向轴成所需角度的平面 之内。因此，从显示器射出的超出该容许范围的光被反射回显示器中，其中这些光中的一部 分可以“再循环”，并且以允许其逃逸出显示器的角度返回到微结构化薄膜中。这种循环使 用是有用的，因为这种光循环能够使显示器达到所需亮度级别所需的能量消耗降低。增亮膜的微结构化光学层一般包括沿着该膜的长度或宽度延伸的多个平行纵向 脊。这些脊可以由多个棱柱顶端形成。每个棱柱都具有第一小平面和第二小平面。棱柱形 成在基底上，该基底具有其上形成棱柱的第一表面和基本上平直或呈平面并且与第一表面 相对的第二表面。所谓直角棱柱是指顶角通常为约90°。然而，该角度可以在70°至120° 的范围内，并且可以在80°至100°的范围内。这些顶端可为尖的、圆的、平坦的或截平的。 例如，脊可以是圆形，半径在4至7至15微米的范围内。棱柱峰之间的距离(或间距)可 为5至300微米。这些棱柱可以各种图案(例如在美国专利No. 7，074，463中描述的那些) 排列；该专利以引用的方式并入本文。对于薄型增亮膜，间距优选地为10至36微米、更优选地为18至M微米。这对应 于优选地约5至18微米、更优选地约9至12微米的棱柱高度。棱柱的面不必相同，并且棱 柱也可以彼此相对倾斜。光学制品总厚度与棱柱高度之间的关系可以发生变化。然而，通 常希望使用具有明确的棱面的相对较薄的光学层。对于厚度接近1密耳(20至35微米) 的基底上的薄型增亮膜，棱柱高度与总厚度的典型比率通常在0. 2至0. 4之间。本文所公开的微结构化(如增亮膜)包括聚合的微结构化表面(如微结构化光学层)，其中微结构包含可聚合树脂组合物的反应产物，该可聚合树脂组合物包含抗静电剂。虽然各种抗静电剂可提供(如根据实施例中描述的测试方法测得的)在约2至10 秒内的静电衰减时间，但已经发现的是只有某些种类和数量的抗静电剂可提供小于1. 5秒 的静电衰减时间。优选的抗静电剂提供的静电衰减时间不大于0. 5,0. 4,0. 3、0. 2或0. 1秒。对于其中微结构设置在基底层(例如，透光性(如聚酯)薄膜)上的实施例，还需 选择抗静电剂的种类和数量，使得抗静电剂在可聚合树脂中的存在不会降低聚合微结构与 基底膜层的粘附力。采用划格法测试(如根据实施例中描述的测试进行测试)时，附着在 基底膜层上的微结构为至少80%、85%或90%。在最优选的实施例中，附着在基底膜层上 的微结构为95%至100%。抗静电剂是优选由以下通式表示的聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐RJH4_x+_A [S&Rf] m其中χ在3至4范围内；并且R独立地为可任选地包含链中氧原子或端羟基的C1至C12烷基；J为氮或磷；A为氮原子或碳原子；Rf独立地为C1至C4氟化烷基；并且m在2至3范围内。R基团的碳原子总数一般为至少5。在一些实施例中，R基团的碳原子总数为至少 6、7 或 8。对于其中J为磷的实施例，χ优选为4。在一些实施例中，χ为3，并且每个R包 含至少两个碳原子。例如，抗静电剂可包括(C2H5)3MTN(SO2CF3)2、(C2H5)3MTN(SO2C4F9)2、 (C2H5)3MTN(SO2CF3) (SO2C4F9)、(C2H5) 3NH—C (SO2CF3) 3、(C2H5) 3NH—N (SO2C2F5) 2 等。在一些实施例中，χ为4并且R的碳原子总数为至少7或8。例如，至少一个R基团 可以为甲基，并且其他三个R基团包含至少两个碳原子，例如用(C2H5)3N(CH3)+-N(SO2CF3)2. (C4H9) 3N (CH3) —N (SO2CF3) 2 等举例说明。或者，四个R基团可以都是乙基或丁基。例如，抗静电剂可包括 (C4H9) 4Ν+Ν (SO2CF3) 2、(C2H5) 4Ν+ (SO2CF3) 2、(C4H9) 4N+T (SO2CF3) 3 等。优选的是，Rf基团中的至少一个或两个是三氟甲基或三氟乙基。然而，还可以 采用更高氟代烷基基团(例如全氟丁基)。例如，抗静电剂可包括(C2H5)3NH+-N(SO2C4F9)2. (C6H13)4N+-N(SO2Cf5)2、(C12H25) (CH3)3N+-N(SO2C2F5)2 等。通常，与甲基化物相比，更优选亚胺盐(即其中Q为氮)。在一些实施例中，R优选包含至少一个端羟基。还可以采用本文所述聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐的各种混合物。聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐的总浓度优选地大于约0. 5或1重量<%，并在 一些实施例中优选地为聚合微结构的2或3重量％，并一般不大于约10、11、12、13、14或15 重量％。约3重量％至约5重量％的浓度已显示可提供优选的静电衰减性质，即静电衰减 时间小于0. 5、0. 4、0. 3、0. 2或0. 1秒。在一些实施例中，例如当采用未涂底漆的偏振基底 层时，通常优选采用小于10重量％的聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐以获得至少80或90%的划格法附着力。本文所述聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐可商购获得，或可通过如本领域中所 述的已知技术合成。各种专利和专利申请描述了聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基亚胺盐 和/或甲基化盐的合成，包括(例如)美国专禾Ij No. 6，924，329、美国专利No. 6，784，237、 美国专禾Ij No. 6，740，413、美国专利No. 6，706，920、美国专利No. 6，592，988、美国专利 No. 6，372，829 和美国专利公布 No. US2003/114560。可将聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基盐与本领域中已知的适用于形成微结构的 各种可聚合树脂组合物混合。在将聚烷基氮或磷鐺氟代烷基磺酰基抗静电盐与大量可聚合树脂组合物混合以 形成微结构之前，可将这些抗静电盐与羧酸混合。代表性例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸以及 它们的混合物。推测各种二元羧酸也是适用的。优选的是分子量相对较低的二元羧酸。该 二元羧酸可为直链或支链的二元羧酸。优选的是羧酸基团之间具有最多6个碳原子的二元 羧酸。这些二元羧酸包括(例如)马来酸、琥珀酸、辛二酸、邻苯二甲酸和衣康酸。在一些实施例中，可聚合树脂组合物包含表面改性的无机纳米粒子。在这些实施 例中，“可聚合组合物”是指全部组合物，即有机组分和表面改性无机纳米粒子。有机组分和可聚合组合物优选地基本上不含溶剂。“基本上不含溶剂”是指可聚合 组合物具有小于5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％和0. 5重量％的不可聚合 (如有机)溶剂。溶剂浓度可通过已知方法测定，例如气相色谱法(如ASTM M403中所述 的方法)。小于0.5重量％的溶剂浓度是优选的。有机组分的组分含量优选地选择成使得可聚合树脂组合物具有较低的粘度。在一 些实施例中，有机组分在涂敷温度下的粘度低于1000厘泊，并通常低于900厘泊。有机组 分在涂敷温度下的粘度可以低于800厘泊、低于700厘泊、低于600厘泊或低于500厘泊。 如本文所用，使用动态应力流变仪在25mm平行板上测定(剪切速率可高达1000秒-1)粘 度。此外，有机组分在涂敷温度下的粘度通常为至少10厘泊，更典型地为至少50厘泊。涂敷温度通常在环境温度77° F(25°C)至180° F(82°C )的范围内。涂敷温度 可低于 170° F(77°C )、低于 160° F(71°C )、低于 150° F(66°C )、低于 140° F(60°C)、低 于130° F(M°C )，或低于120° F(49°C )。有机组分可为固体或包含固体组分，条件是可 聚合组合物的熔点低于涂敷温度。本文所述有机组分优选地在环境温度下为液体。有机组分的折射率为至少1. 54,1. 55,1. 56,1. 57,1. 58,1. 59,1. 60 或 1. 61。包含 高折射率纳米粒子的可聚合组合物的折射率可高达1. 70 (如至少1. 61、1. 62、1. 63、1. 64、 1. 65、1. 66、1. 67、1. 68或1. 69)。在可见光光谱内的高透射比通常也是优选的。可聚合组合物在优选短于五分钟的时间尺度内可能量固化(如对于厚度为75微 米的增亮膜)。可聚合组合物优选为充分地进行交联，以提供通常大于45°C的玻璃化转变 温度。玻璃化转变温度可以用本领域已知的方法测量，例如差示扫描量热法(DSC)、调制 DSC或动态力学分析法。可聚合组合物可通过常规的自由基聚合方法进行聚合。可聚合树脂组合物可以包含多种芳族单体和/或低聚物。可聚合树脂组合物优选 地包含至少一种含有至少两个芳环的二(甲基)丙烯酸酯单体或低聚物。此类二(甲基) 丙烯酸酯单体的分子量通常为至少350克/摩尔、400克/摩尔或450克/摩尔。可以合成或购买具有至少两个可聚合(甲基)丙烯酸酯基团的芳族单体或低聚物。芳族单体或低聚物通常包含的主要部分(即至少60至70重量％ )为特定结构。一般 会认识到，通常还存在作为此类单体的合成副产品的其他反应产物。在一些实施例中，可聚合组合物包含至少一种芳族(可任选地溴化处理的)双官
能(甲基)丙烯酸酯单体，该单体的主要部分具有以下通式结构
权利要求
1.一种增亮膜，其包括聚合的微结构化表面，其中所述微结构包含可聚合树脂组合物 的反应产物，所述可聚合树脂组合物包含由以下通式表示的抗静电剂R JH4_X+-A [SO2RfJffl其中χ在3至4范围内；R独立地为可任选地包含链中氧原子或至少一个端羟基的C1至C12烷基；J为氮或磷；A为氮或碳；Rf独立地为C1至C4氟化烷基；并且m在2至3范围内。
2.根据权利要求1所述的增亮膜，其中所述抗静电剂在固体中的含量在约0.5重量％ 至约15重量％的范围内。
3.根据权利要求1所述的增亮膜，其中所述抗静电剂在固体中的含量在约3重量％至 约5重量％的范围内。
4.根据权利要求1至3所述的增亮膜，其中在70°F和50%的相对湿度下测量电荷衰 减时，所述电荷衰减为小于1.5秒。
5.根据权利要求1至3所述的增亮膜，其中在70°F和50%的相对湿度下测量电荷衰 减时，所述电荷衰减为不大于约0. 5秒。
6.根据权利要求1至5所述的增亮膜，其中所述微结构设置在具有与所述微结构不同 的组成的基底膜层上。
7.根据权利要求6所述的增亮膜，其中所述基底膜层还包含底漆。
8.根据权利要求6至7所述的增亮膜，其中所述基底膜层包含聚酯。
9.根据权利要求8所述的增亮膜，其中所述基底膜层为偏振膜。
10.根据权利要求8至9所述的增亮膜，其中所述底漆包含磺化聚酯。
11.根据权利要求6至10所述的增亮膜，其中所述微结构显示出与所述基底膜层的划 格法附着力为至少90%。
12.根据权利要求1至11所述的增亮膜，其中R的碳原子总数为至少5。
13.根据权利要求12所述的增亮膜，其中χ为4，R的碳原子总数为至少7。
14.根据权利要求12至13所述的增亮膜，其中至少一个Rf为CF3。
15.根据权利要求12至14所述的增亮膜，其中至少一个R为甲基，并且其他R基团包 含至少两个碳原子。
16.根据权利要求15所述的增亮膜，其中所述抗静电剂选自 (C2H5) 3N (CH3) —N (SO2CF3) 2、(C4H9) 3N (CH3) —N (SO2CF3) 2，以及它们的混合物。
17.根据权利要求12所述的增亮膜，其中χ为3，并且每个R包含至少两个碳原子。
18.根据权利要求17所述的增亮膜，其中所述抗静电剂选自(C2H5)3NH+-N(SO2CF3)P (C2H5) 3NH"N (SO2C4F9)2, (C2H5)3NH+^N(SO2CF3) (SO2C4F9)、(C2H5) 3NH—C (SO2CF3) 3、 (C2H5) 3NH+_N (SO2C2F5) 2，以及它们的混合物。
19.根据权利要求12所述的增亮膜，其中χ为4，并且R的碳原子总数为至少8。
20.根据权利要求19所述的增亮膜，其中所述抗静电剂选自=(C4H9)4N+-N(SO2CF3)2,(C2H5)4N+-N (SO2CF3) 2、(C4H9)4N+-C(SO2CF3)P (C6H13) 4N—N (SO2C2F5) 2、(C12H25) (CH3) 3N+_N (SO2C2F5) 2，以及它们的混合物。
21.根据权利要求1至20所述的增亮膜，其中J为氮。
22.根据权利要求1至21所述的增亮膜，其中当J为磷时，χ为4。
23.根据前述任一项权利要求所述的增亮膜，其中R包含至少一个端羟基。
24.根据前述任一项权利要求所述的增亮膜，其中所述可聚合树脂组合物还包含至少 一种羧酸。
25.根据权利要求M所述的增亮膜，其中所述可聚合树脂包含至少一种一元羧酸。
26.根据权利要求25所述的增亮膜，其中所述一元羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸以及 它们的混合物。
27.一种可聚合树脂，其包含至少一种具有至少两个芳环的二(甲基)丙烯酸酯单体， 并且包含反应性稀释剂和由以下通式表示的抗静电剂R JH4_X+-A [SO2RfJffl 其中χ在3至4范围内；并且R独立地为可任选地包含链中氧原子或至少一个端羟基的C1至C12烷基；J为氮或磷；A为氮原子或碳原子；Rf独立地为C1至C4氟化烷基；m在2至3范围内。
28.—种微结构化膜制品，其包括聚合的微结构化表面，其中所述微结构包含可聚合树 脂组合物的反应产物，并且所述可聚合树脂组合物包含由以下通式表示的抗静电剂R JH4_X+-A [SO2RfJffl 其中χ在3至4范围内；并且R独立地为可任选地包含链中氧原子或端羟基的C1至C12烷基；J为氮或磷；A为氮原子或碳原子；Rf独立地为C1至C4氟化烷基；m在2至3范围内。
全文摘要
本发明描述了膜，例如包括微结构化表面的光学膜。所述微结构包含可聚合树脂组合物的所述反应产物，所述可聚合树脂组合物包含作为抗静电剂的某些聚烷基氮或磷鎓氟代烷基磺酰基盐。本发明还描述了可聚合树脂，所述可聚合树脂包含至少一种具有至少两个芳环的二(甲基)丙烯酸酯单体，并且包含反应性稀释剂和作为抗静电剂的所述聚烷基氮或磷鎓氟代烷基磺酰基盐。
文档编号C09K3/16GK102099714SQ200980128142
公开日2011年6月15日 申请日期2009年5月11日 优先权日2008年6月3日
发明者威廉·M·拉曼纳, 詹姆斯·E·洛克里奇, 马克·J·佩莱里蒂 申请人:3M创新有限公司