摘要
聚乙烯醇（PVA）基膜作为偏光膜的前驱膜材在新型平板显示产业中备受关注。但流延成膜中通常会因为流延物的凝聚态转变引起结构不均匀，进而影响基膜的物理性能。在PVA溶液挥发成膜的过程中，这种结构异质性主要表现为皮-芯分层现象。因为缺乏便捷、高效和高灵敏度的检测方法，表征皮-芯异质性的形成、演化规律及其对最终基膜综合性能的影响仍然是一个巨大挑战。针对这一问题，本论文工作利用激光诱导荧光（LIF）分析技术实时监测PVA溶液挥发干燥过程中的结构演变规律，并通过改变PVA初始浓度和增塑剂（甘油）含量制备具有不同均匀性的偏光膜基膜，进而考察结构不均匀性与性能之间的关系，阐述皮-芯异质结构的形成机理及其对物理性能的影响，具体研究结果如下： 1、利用罗丹明B对PVA溶液进行荧光染色，并在激光扫描共聚焦显微镜上沿液膜厚度方向进行光学断层扫描。根据LIF分析技术中染料荧光强度和染料浓度之间的线性关系以及聚合物和荧光染料在溶液内部的传输机制，溶液厚度方向上平均荧光强度的分布情况可以间接表示聚合物的分布情况。具有空间分辨能力的LIF分析技术可以精确地获得不同初始浓度PVA溶液沿厚度方向的结构异质性发展趋势，并且通过该技术可检测皮层厚度。其结果与扫描电子显微镜、掠入射X-ray衍射等表征的结果一致。重要的是，不同初始浓度的PVA溶液出现皮-芯分层的浓度阈值都在25%附近。同时，尽管高初始浓度PVA溶液比低初始浓度更容易形成皮-芯结构，增加初始浓度却有利于降低最终薄膜的结构异质性。另外，加入少量甘油（GLY）后，PVA溶液在实时监测时间范围内未出现明显的皮-芯分层现象。这些发现对于理解溶液挥发诱导皮-芯结构的规律和机理具有重要意义，并为实现聚合物膜材料的性能优化发挥重要作用。 2、利用LIF技术定量评价PVA薄膜沿厚度方向的异质性，并通过改变PVA和GLY的初始浓度，获得一系列具有不同结构的偏光膜基膜。将具有不同异质性的PVA薄膜进行力学性能和光学性能测试。研究结果发现结构异质性程度越低的薄膜的拉伸延展性越好。同时，在可见光波长范围内的透光率基本一致，但异质性越小的薄膜透光率稍高。当薄膜被拉伸到一定的形变量之后，其透光率会因应力发白而大幅下降。最后将实验室制备的PVA薄膜和商业基膜进行性能对比。实验结果表明，20%初始浓度并添加3wt%GLY的PVA薄膜综合性能可以媲美商业基膜。这些结果有利于建立偏光膜基膜的异质性和性能之间关系，并通过调节PVA和GLY的浓度可以调控薄膜的异质性，可为制备具有良好拉伸延展性和透光率的高品质偏光膜基膜提供参考。 本论文采用具有高精度空间分辨率的激光诱导荧光分析技术对PVA溶液进行原位监测，能够在线观测不同初始PVA浓度和GLY浓度的溶液在挥发过程中沿厚度方向上的浓度变化情况，提出了成膜过程中结构非均匀性的演变规律；并且研究成膜后的非均匀性对薄膜的拉伸延展性和透光率等性能的影响。本论文为溶液挥发成膜的原位监测和高均匀性、良好拉伸延展性和高透光率的PVA薄膜的制备提供了理论和技术指导。
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