本公开涉及具有多个层的复合膜。本公开的复合膜尤其适于用作光学 膜。一些适合的应用在名称为“色移膜”(Color shifting film)的美国 专利No.6,531,230和名称为“透明至彩色安全膜”(Clear to colored security film)的美国专利No.6,045,894中有所描述，这些专利文献以 引用方式并入本文。
本公开的复合膜具有出奇高的耐剥离性。此外，在一些示例性实施例 中，与其他膜相比，本发明的复合膜表现出以下优点：光学功率更高、构 造更薄、颜色吸收或颜色损失更少(由于在薄膜构造中材料的体积减 小)、以及紫外吸收更少。
如本申请中所用：
“双折射”是指在正交的x、y和z方向的折射率不完全相同。对本 文所述的聚合物层而言，选择轴线使得x和y轴位于层的平面内，而z 轴垂直于层的平面且通常对应于层的厚度或高度。对于取向的聚合物层而 言，通常选择x轴为折射率最大的面内方向，该方向通常对应于对光学膜 进行取向(例如被拉伸)的方向之一；
“膜”是指由一种或多种材料构成的一个或多个层；可将膜设置在基 底上，并且膜可以不必具有独立的结构完整性；例如，涂层可以被视为 膜。
“高折射率”和“低折射率”为相对的术语；当在所关注的至少一个 方向上对两个层进行比较时，面内折射率较大的层为高折射率层，而面内 折射率较小的层为低折射率层；
除非另外指明，否则“折射率”是指材料在该材料平面内对633nm的 垂直入射光的折射率；
除非另外指明，否则“聚合物”是指聚合物和共聚物(即，由两种或 更多种单体或共聚单体形成的聚合物，例如包括三元共聚物)，以及通过 (例如)共挤出或反应(例如，包括酯交换反应)形成的混溶性共混物形 式的共聚物或聚合物。除非另外指明，否则聚合物可包括嵌段聚合物、无 规聚合物、接枝聚合物以及交替聚合物；以及
“Tg”是指聚合物由玻璃态转变至橡胶态的温度，其可采用差示扫描 量热法测定。
如图1所示的本公开的示例性复合膜10包含膜16和表层20。在 一个示例性实施例中，膜16包含光透射材料。在图示的实施例中，膜16 为多层膜，其具有至少两种材料的交替的层12、14。在一个实施例中，层 12和14的材料为聚合物。复合膜10包括第一主表面13和第二主表面 15。名称为“用于制造复合光学膜的方法”(Method for making composite optical films)的美国专利No.6,827,886大体描述了适用 于制备复合膜10的方法，该专利文献以引用方式并入本文。在一个实施 例中，膜16为如2005年12月23日提交的美国专利申请序列号 60/753,791、以及与本申请同日提交的代理人案卷号为61494US003的共 同未决的申请中所述的多层膜，这些专利文献的全文以引用方式并入本 文。其它膜结构在美国专利No.5,360,659和3,247,392中有所公开， 这些专利文献以引用方式并入本文。尽管在图1中将膜16作为多层膜示 出并进行描述，但是在另一个实施例中，膜16为单层膜。此外，尽管膜 16被示为具有平坦的表面，但是膜16的至少一个表面可以是结构化的。 如果复合膜10包括结构化的主表面，则可以将表层20施加或以其他方式 设置在与结构化的表面相背对的主表面上。
在一个实施例中，膜16为光学膜。膜16可以为由合适的光学透明 材料(例如聚碳酸酯)构成的单层，其可包含或不包含体漫散体(volume diffuser)。本领域的普通技术人员将容易地认识到，本文所述的结构、 方法和技术可适用并应用于其它类型的合适的膜中。本文具体提及的光学 膜仅为示例性的实例，并不意味着是适用于本公开的示例性实施例的膜的 详尽列举。
适用于本公开的示例性光学膜包括反射复合膜，例如在(例如)美国 专利No.5,882,774和6,352,761，以及PCT专利申请公开No. WO95/17303、WO95/17691、WO95/17692、WO95/17699、WO96/19347和 WO99/36262中描述的那些，这些专利文献均以引用方式并入本文。多层反 射光学膜(例如反射镜和偏振片)以及连续相/分散相反射光学膜均依赖于 至少两种不同材料(通常为聚合物)间的折射率的差异，从而选择性地反 射至少一个偏振取向的光。包括连续相和设置于所述连续相内的分散相的 适用的漫反射偏振片在(例如)美国专利No.5,825,543(以引用方式并入 本文)和(例如)美国专利No.5,867,316(以引用方式并入本文)中有 所描述。
在光学膜的应用中，通过在单轴至双轴取向的范围内对复合膜10进行 拉伸，可形成对于不同取向的平面-偏振入射光具有一定反射率范围的膜。 “取向方向”为膜被拉伸的方向。“横向”为在膜的平面内正交于膜的取 向方向的方向。
复合膜10包含两层或更多层，并且每层都可以由任何数目的不同的 材料制成。决定具体层叠件所用材料的选择方式的特性取决于所需的复合 膜10的性能。复合膜10可以包含与层叠件中的层同样多的材料。然而， 为了易于举例说明，复合膜10的示例性实施例仅示出了几种不同的材 料。在一个实施例中，复合膜10的材料具有相容的热加工范围和相似的 流变性(例如熔体粘度)，从而使得它们可被共挤出。此外，在一个实施 例中，由于膜厚度、挠性和经济上的原因，所以选择复合膜10中的层数 使得用最少的层数来得到所需的特性。
不同材料之间的边界、或者物理性质不同而化学上相同的材料之间的 边界均可为突变或渐变的。除了采用解析解法的一些简单情况外，对于具 有连续变化折射率的渐变类型的成层介质的分析通常被处理为数量极多的 均匀薄层，并且所述均匀薄层具有突变的边界但相邻层的性质之间仅具有 微小的变化。
适于制备用于本公开的示例性实施例的膜16的材料包括聚合物，例 如聚酯、共聚酯和改性的共聚酯。适用于根据本公开的一些示例性光学膜 中的聚酯通常包含羧酸酯亚单元和二醇亚单元，并且所述的聚酯可以通过 使羧酸酯单体分子与二元醇单体分子反应而生成。每个羧酸酯单体分子具 有两个或更多个羧酸官能团或酯官能团，并且每个二元醇单体分子具有两 个或更多个羟基官能团。羧酸酯单体分子可完全相同，或者可以为两种或 更多种不同类型的分子。这同样适用于二元醇单体分子。术语“聚酯”还 包括由二元醇单体分子与碳酸酯反应衍生而来的聚碳酸酯。
用于膜16的一些示例性材料为晶体、半晶体、非晶体或液晶材料， 包括聚合物(例如聚烯烃)。其它示例性材料包括无机材料。适用于膜16 的材料的具体实例包括：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚萘二甲酸亚烷基 二醇酯(例如PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PPN(聚萘二甲酸丙二醇酯)、 PBN(聚萘二甲酸丁二醇酯)和PCN(聚萘二甲酸-1，4-环己二甲酯)、PHN(聚 萘二甲酸己二酯))及其异构体(例如2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和2，3- PEN)，聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯(例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、 PPT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PCT(聚对苯 二甲酸-1，4-环己二甲酯)、PHT(聚对苯二甲酸己二酯))，聚酰亚胺(例如 聚丙烯酰亚胺)，聚醚酰亚胺，无规聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸 酯(例如聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和 聚甲基丙烯酸甲酯)，聚丙烯酸酯(例如聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸甲 酯)，间规立构聚苯乙烯(sPS)，间规立构聚-α-甲基苯乙烯，间规立构 聚二氯苯乙烯，任何这些聚苯乙烯的共聚物和共混物，纤维素衍生物(例 如乙基纤维素、乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和硝酸纤维 素)，聚亚烷基聚合物(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯和聚(4- 甲基)戊烯)，聚砜，聚醚砜，聚丙烯腈，聚酰胺，环氧树脂，聚乙酸乙 烯，聚醚-酰胺，离聚物树脂，弹性体(例如聚丁二烯、聚异戊二烯和氯丁 橡胶)以及聚氨酯。以下共聚物也是适用的，所述共聚物例如有：PEN、 PBN、PPN、PCN、PHN、PET、PBT、PPT、PCT、PHT的共聚物(例如2，6-、 1，4-、1，5-、2，7-和/或2，3-萘二甲酸或其酯与下列物质的共聚物，所述 物质为：(a)对苯二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或 其酯；(d)链烷二醇；(e)环烷二醇(如环己烷二甲醇)；(f)链烷二羧酸； 和/或(g)环烷二羧酸(如环己烷二羧酸))，聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯共 聚物(例如对苯二甲酸或其酯与下列物质的共聚物，所述物质为：(a)萘二 甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷烃二 醇；(e)环烷二醇(如环己烷二甲醇)；(f)烷烃二羧酸；和/或(g)环烷二 羧酸(例如环己烷二羧酸))，以及苯乙烯共聚物(例如苯乙烯-丁二烯共聚 物和苯乙烯-丙烯腈共聚物)，4，4’-联苯甲酸和乙二醇的共聚物。此外， 每个单独的层还可包含两种或更多种上述聚合物或共聚物的共混物(例如 sPS与无规聚苯乙烯的共混物)。所描述的coPEN还可以为颗粒的共混 物，其中至少一种组分为基于萘二甲酸的聚合物，而其它组分为其它聚酯 或聚碳酸酯，例如PET、PEN或coPEN。在本公开的一个实施例中，将这 些材料中的两种或更多种用于交替的层，例如图1所示的层12、14。
在本公开的一个示例性实施例中，用于层14或表层20的低折射率 材料为热塑性聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物(其中聚酰胺组分可以为 对苯二甲酰乙二胺、己二酰己二胺、癸二酰丁二胺或任何其它已知的聚酰 胺)。在本公开的一个实施例中，用于层14或表层20的材料为聚二有 机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物，其在2005年12月23日提交的共同 未决的美国专利申请序列号11/317,271中有进一步的描述，该专利文献 的全文以引用方式并入本文。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物具有 多个草酰氨基团和氨基草酰氨基团(例如草酰氨基团可以为氨基草酰氨基 团的一部分)。与许多已知的聚二有机硅氧烷-聚酰胺共聚物相比，所述聚 二有机硅氧烷-聚乙二酰胺共聚物可包含含量相对较高的聚二有机硅氧烷链 段。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺共聚物通常可经受高达250℃或更高的 高温而不会有明显降解。
在一个实施例中，提供了包含至少两个如化学式I所示的重复单元的 共聚材料。

在该化学式中，每个R1独立地为：烷基；卤代烷基；芳烷基；烯基；芳 基或者用烷基、烷氧基或卤素取代的芳基。每个Y独立地为亚烷基、亚芳 烷基或它们的组合。下标n独立地为0至1500的整数，下标p为1 至10的整数。基团G为其残余单元相当于化学式为R3HN-G-NHR3的二胺 减去两个-NHR3基团(即，氨基)而得到的二价基团，其中R3为氢、烷 基，或者R3与G和N(R3与之连接的N)一起形成杂环基团。每个基团B 独立地为共价键、4至20个碳原子的亚烷基、亚芳烷基、亚芳基或它们 的组合。当每个基团B均为共价键时，化学式I所示的聚二有机硅氧烷- 聚酰胺嵌段共聚物被称为聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物。每个星 号都表示所述的重复单元与另一个基团(例如另一个重复单元)相连接的 位置。
这种聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物在较宽的加工温度范围内是热 稳定的，并且还可制备成具有较宽范围的粘度。对光学应用而言，示例性 的聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物在633nm处的折射率为约 1.41。
聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物对多种共挤出聚合物表现出高的粘 附性。此外，聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物可被高度延展或可被高度 拉伸，这是因为它们可以被拉伸至较高的程度而不会使光学性质发生明显 的劣化或改变。对于每种应用，考虑到诸如熔体粘度、热稳定性和粘附性 之类的性质的相容性(尤其是在加工所需的纵向取向和/或拉幅操作期间的 性质的相容性)，选择合适的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物与所选的 高折射率材料组合成对。硬链段含量为约1％至约10％的聚二有机硅氧 烷-聚酰胺嵌段共聚物是特别适用的，因为其为热塑性弹性体：在环境条件 下为固体，然而在高温下能够软化或流动。本文中，术语“硬链段”是指 有机酰胺嵌段和端基。聚酰胺残基为聚酰胺减去-NHR3而形成的基团。 聚二有机硅氧烷残基通过酰胺键与聚酰胺残基相连。
用于表层20的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物材料的理想特性包 括(例如)：(1)各向同性双折射或负双折射，(2)热稳定性(在至少 约250摄氏度下稳定约1小时)，(3)加工温度(约室温至约300摄 氏度，假定粘度已被适当设计)与膜16中多种聚合物的加工温度相容， (4)紫外稳定性或紫外防护性，(5)透明度高(例如在所关注的波长下 表现为高透射和低吸收)，(6)Tg低(在这种情况下，为-120摄氏 度)，(7)有利于与膜16中多种聚合物粘度相匹配以确保共挤出和流动 稳定性的粘度，(8)与膜16具有良好的层间粘附性，(9)光色散程度 低，(10)与膜16具有良好的z折射率匹配性，(11)可拉伸性(例如 可被取向而不产生双折射的能力)，以及(12)抗刮擦和抗磨损性。
由于聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物可被制成具有一定范围的折射 率，因此应当理解，具有较高折射率并满足本文所列出的用于高折射率层 聚合物的所有其他需求的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物可用作高折射 率层12的材料。
复合膜10中的聚合物层16和20间的界面剥离通常可利用聚合物相 互作用的知识预测。聚合物相互作用可利用文献中公开的聚合物溶解度参 数来计算。该方法涉及计算给定聚合物对的内聚性，其被称作内聚能， Eco。
可利用给定聚合物的重复单元，借助于Fedors的基团贡献法计算该 聚合物的内聚能。
$E_{\mathrm{co}}=\underset{i}{\Sigma }{E}_{o,i}·n\left(\frac{J}{\mathrm{mol}}\right)$ 内聚能    (1)
其中Eo，i和n分别为聚合物的重复单元中每种官能团的摩尔内聚能和数 目。
摩尔体积V同样通过基团贡献法如下计算，
$V=\underset{i}{\Sigma }{V}_i·n\left(\frac{{\mathrm{cm}}^3}{\mathrm{mol}}\right)$ 摩尔体积    (2)
其中Vi为重复单元中各种官能团的摩尔体积。
将内聚能与摩尔体积相结合，可计算出给定聚合物的溶解度参数， δ，
$\delta ={\left(\frac{E_{\mathrm{co}}}{V}\right)}^{0.5}{\left(\frac{J}{{\mathrm{cm}}^3}\right)}^{0.5}$ 溶解度参数    (3)
由两种聚合物的溶解度参数，可计算这两种聚合物的弗洛里-赫金斯 (Flory-Huggins)相互作用参数，
$\chi =\frac{V_{\mathrm{ref}}}{\mathrm{RT}}{({\delta }_1-{\delta }_2)}^2$ 相互作用参数    (4)
其中Vref为参比体积；R为气体常数；T为温度，单位为K。
理想的是，可混溶的聚合物对具有相同的溶解度参数，由此x值非 常接近于零。与此形成对比的是，如果两种聚合物的溶解度参数极不相 同，则相互作用参数将显著大于零。通过比较不同聚合物对的相互作用参 数，通常可预测聚合物相互作用的理论强度。
通过理论计算，表层20中含有的聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共 聚物与膜16中所含有的诸如PET或PEN之类的聚酯组合成对的复合膜 10具有比其它聚合物对更高的相互作用参数(～2.2)。这在理论上表 明，复合膜10在材料间具有薄的界面。因此，可预料到这种复合膜10 往往表现出弱的层间粘附性，并因此易于剥离。
然而，在实践中，本公开的经浇铸和取向的复合膜10已表现出与理 论预测不符的出奇高的层间粘附力值和耐剥离性。在一个实例中，利用中 试规模的共挤出生产线制造3层构造的膜。挤出温度取决于材料的粘度。 对PET、PMMA和聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物选择约530°F (277℃)的加工温度。由于PEN的熔点较高，因此在540°F(282℃)下 挤出PEN。对于PET，模具和分流器在530°F(277℃)下运行，对于 PEN，模具和分流器则在540°F(282℃)下运行。将6英寸(15.2cm)宽 的挤出物在冷却辊上骤冷，并收集30密耳(0.76mm)的浇铸料片。采用 在测试方法部分中所述的90°剥离分层测试方法测定剥离强度，以g/英 寸表示。在一个实例中，在层20中含有聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段 共聚物而在层16中含有PET的三层浇铸膜10表现出的平均剥离强度为 约1280g/英寸。相比之下，含有PMMA和PEN的三层浇铸膜表现出的平 均剥离强度为约18g/英寸。
在另一个样品中，随后在双轴拉伸机(KARO IV，由布鲁克纳公司 (Bruckner)(Siegsdorf，德国)制造的市售可得的仪器)中拉伸3层 浇铸料片。对于PEN/PMMA浇铸料片，拉伸温度为130℃；对于PET/聚二 有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物浇铸料片，拉伸温度为95℃。对于这 两个体系，拉伸比均为3 X 3，拉伸速度均为100-150％/秒。采用在测试 方法部分中所述的90°剥离分层测试方法测定剥离强度，以g/英寸表 示。在层20中含有聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物而在层16中 含有PET的取向(拉伸)三层膜10表现出的平均剥离强度为约100g/英 寸。与此形成对比的是，含有PMMA和PEN的取向(拉伸)三层膜表现出 的平均剥离强度为约30g/英寸。
虽然申请人不希望受任何具体理论的束缚，但是一个可能的解释为： 尽管界面尺寸受相互作用参数的控制，但粘附性的测量结果是几种类型的 力的复杂组合。所测粘附力的一个贡献因素为发生在分子之间的化学键合 或相互作用。例如，共价键、氢键和范德华力包括在内。在相当惰性的低 折射率树脂的情况下，预计这种贡献很小。第二个贡献因素为物理因素： 例如，缠结，其与可混性相关。
对复合材料间的粘附力的第三个贡献因素为剥离或界面断裂期间的能 量损耗。参见名称为“低玻璃化转变温度的复合光学膜”(Low Tg Composite Optical Films)的美国专利申请公开No.2003-0072931-A1， 该专利文献以引用方式并入本文。失效期间体系损耗的能量越多，剥离力 就越高。在这些低折射率的树脂的情况中，聚合物的粘弹性本质是重要 的。聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物中聚二有机硅氧烷链段的玻璃化转 变温度(-120℃)低于诸如PMMA之类的其它低折射率树脂的玻璃化转变温 度(110℃)。极低的玻璃化转变温度使韧/脆性转变移至较低温度。因 此，聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物在受到外部冲击时往往发生粘弹性 变形而非脆性断裂。这将得到改善的特性，例如高的抗撕裂性、抗穿刺 性、抗剥离性、抗压印性和抗冲击性。
另外，聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物在挤出和热定形过程中 所涉及的温度下发生热转变。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物最初 离开挤出机时，显示出对其它聚合物具有高的粘附力值，在90℃下拉伸 时该值稍微下降。可能是在此类拉伸的温度下，出现相分离的硬链段(酰 胺部分)为不可移动的，从而引起一些应变。然而，如表1所示，在较高 温度下进行热定形会造成退火或应变消散，从而再次导致剥离力较高。另 外，虽然酰胺含量非常低，但是在酰胺键、端基以及诸如PET之类的聚合 物中的潜在酯键之间可能有一些氢键，该氢键对较高的粘附力贡献较小。 术语“氢键”是指强极性键(例如O-H或N-H)中的氢与邻近分子中或另 一个官能团中的小的电负性原子(例如氟、氧或氮)的孤对电子之间的静 电相互作用。这些相互作用的最佳点发生在温度(可动性)使得这些基团 彼此缔合的情况下。在一个实例中，将基于PET的3层取向复合膜10 在高温下热定形一段时间以改善尺寸稳定性。采用在测试方法部分中所述 的90°剥离分层测试方法测定剥离强度，以g/英寸表示。取向的PET和 聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物复合膜10在不同的热定形温度和 时间下的剥离结果总结于下表中：
表1：PET和聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物的热定形膜的剥 离结果
  热定形温度   热定形时间   剥离(g/英寸)   95℃   10秒   193   95℃   30秒   235   95℃   60秒   183   105℃   10秒   176   105℃   30秒   155   105℃   60秒   300   115℃   10秒   303   115℃   30秒   399   115℃   60秒   320
当复合膜10用作光学膜时，其通常较薄。合适的膜可具有不同的厚 度，但是在示例性实施例中，它们的厚度小于约15密耳(约380微 米)，更通常小于约10密耳(约250微米)，且优选小于约7密耳 (约180微米)。取决于应用，适用的复合膜10可薄至约0.5密耳 (约12.7微米)或更薄，或者厚至约15密耳(约381微米)或更厚。 此外，光学膜在加工期间通常经历多种弯曲和卷绕步骤，因此在本公开的 示例性实施例中，复合膜10优选为挠性的。
获得不同折射率(以及由此形成的复合膜10的光学特性)间的所需 关系的能力受到用于制备复合膜10的加工条件的影响。在使用可通过拉 伸进行取向的有机聚合物的情况中，所述膜通常如下制备：将各种聚合物 共挤出从而形成复合膜10，随后通过在选定的温度下进行拉伸来对膜10 进行取向，然后任选地在所选的温度下进行热定形。作为另外一种选择， 挤出和取向步骤可同时进行。在制造偏振片的情况下，膜10基本上沿一 个方向进行拉伸(单轴取向)，而在制造反射镜膜的情况下，膜10基本 上沿两个方向进行拉伸(双轴取向)。
在不同的加工实施例中，可以使复合膜10在拉伸方向的横交方向上进 行尺寸松弛，使得在拉伸方向的横交方向上尺寸自然缩短(等于拉伸比的 平方根)；可约束复合膜10以限制在拉伸方向的横交方向上尺寸发生任 何实质性改变；或者可以在拉伸方向的横交维度上主动拉伸复合膜10。例 如，复合膜10可以用长度取向机沿纵向方向进行拉伸，或者用拉幅机沿 宽度方向进行拉伸。
选择预拉伸温度、拉伸温度、拉伸速率、拉伸比、热定形温度、热定 形时间、热定形松弛以及拉伸方向的横交方向上的松弛，从而得到具有理 想的折射率关系和物理尺寸的复合膜10。这些变量彼此相关；因此，例 如，如果与(例如)相对低的拉伸温度相结合，则可采用相对低的拉伸速 率。一般来讲，在示例性实施例中，在拉伸方向上选择为约1∶2至约 1∶10(更优选约1∶3至约1∶7)的拉伸比，在拉伸方向的正交方向上选择 为约1∶0.2至约1∶10(更优选约1∶0.5至约1∶7)的拉伸比。
还可采用诸如旋涂(例如Boese等人，J.Polym.Sci.：Part B， 30：1321(1992)对双折射聚酰亚胺的描述)和真空沉积(例如，如Zang等 人，Appl.Phys.Letters，59：823(1991)对晶体有机化合物的描述)之类 的技术来制备合适的复合膜10；真空沉积技术尤其可用于晶体有机化合物 与无机材料的某些组合。
在其它示例性实施例中，可通过以下方法来制备复合膜10，所述方法 为：将一个或多个表层20、24层叠到膜16上；将一个或多个表层20、 24与膜16共挤出；或者将一个或多个表层20、24涂布到膜16上。
可通过引入附加层(例如主表面上的表层、与表层邻接的下表层、或 膜层层叠件中的内边界层或保护性边界层(PBL))来形成复合膜10，从而 改变膜16的外观和/或性能。如前所述，图1示出了具有单个表层20 的复合膜10。图2示出了具有两个表层20和24的复合膜22。参见图 1，图2所示的复合膜22类似于图1所示的复合膜10，但是增加了位于 第二主表面15上的表层24。图3示出了在膜层30之间具有内层28 的复合膜26。在一些示例性实施例中，一个或多个层20、24和28包含 上述聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物。
可以改变复合膜10、22和26中的各层的厚度以及层数，从而制得具 有特定需要的厚度和性能特性的复合膜10、22和26。此外，在复合膜 10、22和26作为光学膜的应用中，上述附加层20、24和28不应不当地 损害复合膜10、22和26涉及的应用所需的光学特性。
可以在成膜时通过共挤出或者以单独的涂覆步骤或单独的挤出步骤来 并入表层20、24和内层28，或者可以在后期(例如)通过将表层20、 24涂覆或层叠到预制的膜16、30上来将表层20、24和内层28施加到 成品膜16、30上。附加层20、24和28的总厚度通常为复合膜10、22 和26总厚度的约2％至约50％。
在一个实施例中，聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物可用于一个或多 个附加层20、24和28中。在一个实例中，聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段 共聚物作为受体来接受添加剂，从而增强复合膜10、22和26的性能，或 赋予复合膜10、22和26以其它所需的特性。聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌 段共聚物是非极性低分子量材料的特别好的受体。示例性添加剂的实例在 名称为“具有附加涂层或附加层的复合聚合物膜”(Composite Polymer Film with Additional Coatings or Layers)的美国专利No. 6,368,699和6,459,514(该专利文献以引用方式并入本文)中、以及 Neavin等人的名称为“用于制备多层光学膜的装置”(Apparatus for Making Multilayer Optical Films)的美国专利No.6,783,349(该专利 文献以引用方式并入本文)中有所描述。可与一个或多个附加层20、24 和28中的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物结合的添加剂的非限制性论 述将在以下实例中进行更详细的描述。
可选择附加层20、24和28的组成，以便(例如)：在加工期间或加 工之后保护膜16、30的完整性；增加复合膜10、22和26的机械或物理 特性；或增加复合膜10、22和26的光学功能。诸如抗静电添加剂、紫外 线吸收剂(UVA)、受阻胺光稳定剂(HALS)、染料、着色剂、颜料、抗氧 化剂、增滑剂、低粘附性材料、导电材料、耐磨材料、光学元件、尺寸稳 定剂、粘合剂、增粘剂、阻燃剂、磷光材料、荧光材料、纳米微粒、防涂 鸦剂、防露水剂、承重剂(load bearing agent)、硅酸盐树脂、光漫射 材料、光吸收材料以及荧光增白剂之类的功能性组分可包含在所述这些层 中，优选地使它们基本上不干扰所得产品的所需的光学性能或其它性能。 在一些示例性实施例中，一个或多个附加层20、24和28可以为或者可以 包含漫射体，例如粗糙的、不光滑的或结构化的表面、珠状漫射体或包含 有机和/或无机颗粒的漫射体、或者任何数目的这些漫射体或任何漫射体的 组合。上文所列的功能性组分还可以被掺入到聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段 共聚物层12、14中，前提条件是这样掺合不会不利地影响层的任何光学 需求至所不期望的程度。
表层20、24还可用于赋予或改善所得复合膜10、22的耐刮擦性和 耐磨性。由于表层20、24中使用的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物具 有高弹性，因此聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物本质上具有耐刮擦性和 耐磨性。在另一个示例性实施例中，可使用包含嵌入在聚二有机硅氧烷-聚 酰胺嵌段共聚物基质中的硅石颗粒的表层20、24。
由聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物制备的层20、24和28还可赋 予或改善所得复合膜10、22、26的抗刺穿性和/或抗撕裂性。在制造过程 中(例如通过共挤出工艺)将所述这些层粘附到复合膜10、22、26上， 提供了使复合膜10、22、26在制造过程中受保护的优点。
在一个实例中，附加层20、24和28包含在一个或多个所选的光谱区 域内有吸收的染料或颜料。示例性的所选光谱区域可包括部分或全部的可 见光谱以及紫外光谱和红外光谱。如果所有可见光谱中的光被吸收，则层 看起来是不透明的。可选择用于层20、24和28的添加剂，以改变被复合 膜10、22和26透射或反射的光的外观颜色。这些添加剂还可用于增补膜 的特性，尤其是在膜透射一些频率的光而反射其它频率的光的情况下尤其 如此。在另一个实施例中，在表面覆盖层20、24中使用紫外线吸收材料 是尤其可取的，因为它可用于保护曝露于紫外线照射时有时可能会不稳定 的内层16。在一个实施例中，将荧光材料掺入到层20、24和28中。荧 光材料会吸收光谱紫外区域内的电磁能并在可见区域内再发射。
可将层20、24和28中的聚二有机硅氧烷-聚酰胺配制成含有增粘剂 的粘合剂组合物，例如压敏粘合剂和热活化粘合剂。包含聚二有机硅氧烷- 聚乙二酰胺的这种粘合剂组合物在2005年12月23日提交的共同未决 的美国专利申请序列号No.11/317,602中有进一步的描述，所述专利文献 的全文以引用方式并入本文。由于与诸如聚酯之类的材料相比，聚二有机 硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物提供了优良的粘结表面，因此在一个示例性实施 例中，它们可用作促进膜16与另一种膜(例如包括可固化树脂层)粘结 的表面粘结层20、24，从而形成复合膜。在另一个示例性实施例中，在打 算将复合膜10、22稍后层叠到诸如玻璃基底或金属基底之类的另一种材 料上的情况下，可将聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物作为粘合剂表层 20、24施用。
由于聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物具有如此低的折射率，因此将 它们用作表层20、24可减少膜表面13、15上的反射损失或使该损失最 小，由此减少眩光并改善光学性能。
许多源于表层20、24的优点也可以由复合膜26中的类似的内层28 (例如图3中所示的那些)得到。因此，与表层20、24相关的上述讨论 也适用于内层28。此外，虽然示出了一个内层28，但是可以想到在根据 本公开的复合膜26中可以使用多个内层28。此外，虽然在图3中将每 个膜层30作为多层元件示出，但是在另一个实施例中，每个膜层30均 为单层膜。
在一些示例性实施例中，复合膜10可包含吸收性或二向色性偏振片 层，如(例如)Ouderkirk等人的名称为“光学偏振片”(Optical Polarizer)的美国专利No.6,096,375中所述，该专利文献以引用方式 并入本文。表层20、24可以为或可以包含吸收性偏振片，或者可将吸收 偏振片设置在表层20、24上。在一些这样的构造中，二向色性偏振片的 透射轴与反射偏振片的透射轴对齐。
测试方法
硬度测试
根据针对橡胶特性-硬度计硬度的ASTM D2240-5标准测试方法测量肖 氏硬度A。该测试方法基于当特定类型的压头在指定条件下受力进入材料 中时的穿透程度。压痕硬度与穿透程度成反比并且取决于材料的弹性模量 和粘弹性行为。
90°剥离分层测试方法
将待测多层膜(或浇铸料片)切成25.4mm的宽条样品。使用具有相 同宽度的双面粘合胶带(商品名Scotch #396，3M公司，明尼苏达州圣保 罗市)，将该膜条带样品粘附到玻璃基底(约50mm x 150mm)上。将粘合 胶带直接粘合在整个多层膜条带样品的顶部，并且粘附在玻璃基底的中心 部分上。而且，使一小段长度的粘合胶带(即，与额外长度的基底粘合的 胶带条的末端)保持悬垂未粘附，使得其可以用手抓住。通过急剧快速地 拉动所述胶带条的自由端来开始剥离膜(使膜层离)，并且将拇指固定放 置在距膜条带样品前沿1/4英寸处，以防止剥离过多的膜条带样品。然后 将经初始剥离的基板加载到滑移/剥离测试机(Instrumentors公司，俄亥 俄州斯特朗斯维尔市)中。在25℃和50％相对湿度下，以90°剥离角 和2.54cm/s的速率，将粘附在胶带条上的部分膜条带样品从基底上剥离 下来。以g/英寸为单位记录5次剥离的平均剥离力。
确定当量重量的滴定方法
将10克(精确称量)如化学式II所示的前体化合物加入到广口瓶 中。向其中加入约50克的THF溶剂(未精确称量)。用磁力搅拌棒混合 器混合广口瓶内容物直至混合物均匀。计算前体的理论当量重量并随后加 入其当量为所述当量数的3至4倍(精确称量)的N-己胺。将反应混合 物搅拌至少4小时。加入溴酚兰(10至20滴)，并将内容物混合直至 均匀。用1.0N(或0.1N)的盐酸滴定混合物至黄色滴定终点。前体的当 量数等于加入到样品中的N-己胺的当量数减去滴定期间加入的盐酸的当量 数。所述当量重量(克/当量)等于前体的样品重量除以前体的当量数。
聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物的特性粘度(IV)
用Canon-Fenske粘度计(型号50 P296)在30℃下测量该聚合物 的浓度为0.2g/dL、温度为30℃的四氢呋喃(THF)溶液的平均特性粘度 (IV)。发现，在浓度为0.1至0.4g/dL时，本发明的材料的特性粘度 基本上与浓度无关。平均特性粘度为3次或多次操作的平均值。用于确定 平均特性粘度的任何变量在具体实例中列出。
以下实例描述示例性复合膜26：
实例1
如下制备聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物(有机硅聚酰胺聚合 物)：用热气枪和抽气器使圆底烧瓶中的10.00克5k有机硅二胺(1.0 当量的MW为5200、二胺量为0.0019摩尔的聚二甲基硅氧烷二胺，其按照 美国专利号5,214,119所述制备，该专利文献以引用方式并入本文)脱 气。然后加入44.8克四氢呋喃(THF)。接着，在环境条件下，将 0.9773克草酸三氟乙酯(MW＝254.09；2.0当量；0.0038摩尔)滴加到 上述混合物中。将0.2235g蒸馏的己二胺(MW＝116.21；1.0当量； 0.0019摩尔)于1ml的THF中稀释；用吸液管将该混合物以相当快的稳 定的滴速加入到烧瓶中。在环境条件下，将所得混合物搅拌几分钟。然后 对反应物取样，并证明反应已进行至高度聚合的程度。浇铸样品，并通过 干燥形成透光的强弹性材料膜。
将一部分上述样品以50重量％的固含量溶解于由50重量％的甲乙酮 和50重量％的异丙醇构成的溶剂共混物中。
如下构造PET/有机硅聚酰胺/PET膜26：
1)将两片4英寸X4英寸的30密耳浇铸料片PET膜30切割成一 定尺寸。
2)接着，用漆刷将固含量为50％的有机硅聚酰胺聚合物的甲乙酮/ 异丙醇共混溶液施用到每个浇铸料片PET膜的一侧上。使这些经 涂覆的膜风干。
3)将浇铸料片膜的被涂覆侧彼此接触放置，并在200°F(93℃)、 压力为5000磅/平方英寸的条件下放置30秒。
4)随后将该压制的样品夹到85℃的实验室双轴膜拉伸机内。接下 来将膜于95℃加热30秒，并以20％/秒的速度拉伸至3∶1的均 衡双轴拉伸比。
将样品从拉伸机上取下后，目视观察该样品时发现，有机硅聚酰胺极 佳地铺展(厚度均匀的连续的层)于PET膜层之间。另外证实，有机硅聚 酰胺/PET界面具有显著的粘合强度。
实例2
将草酸二乙酯(241.10克)加入配备有机械搅拌器、加热套、氮气入 口管(具有旋阀)和出口管的3升的3颈树脂烧瓶中。用氮气吹扫烧瓶 15分钟，并在搅拌下缓慢加入5k PDMS二胺(平均分子量为约5,000g/ 摩尔的聚二甲基硅氧烷二胺，其按照美国专利号5,214,119中所述的方法 进行制备，该专利文献以引用方式并入本文)(2,028.40克，分子量 ＝4,918)。在室温下经过8小时后，为反应烧瓶装配蒸馏转接头和接收 器，将内容物在真空(1托)下搅拌并加热至150℃，持续4小时，直至 再不能够收集到馏出液为止。将残留的液体冷却至室温，得到2,573克草 酰氨基酯封端的产物。对透光的流动性液体所做的气相色谱分析表明，未 残留可检测量的草酸二乙酯。测定分子量，通过1H NMR测定的分子量＝ 5,477克/摩尔，通过滴定测得的当量重量为2,573克/摩尔和2,578克/ 摩尔。
将793.20g上述制备的5k乙基草酰胺基丙基封端的聚二甲基硅氧烷 加入到配备有机械搅拌器、加热套、氮气入口管(带有旋阀)和出口管的 3升的3颈树脂烧瓶中。用氮气吹扫烧瓶15分钟，并且加入己二胺 (17.48克)。在氮气气氛下对所得混合物进行机械搅拌并将其加热至 150℃，持续3.5小时。将粘性的熔融产物倒入到玻璃盘中，并使其冷 却，得到有机硅聚乙二酰胺产物，其为肖氏硬度A为59的透光的强弹性 材料片。然后将该聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物树脂片研磨成细 颗粒。
然后通过共挤出工艺，将该聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物树 脂并入3层膜中。所述挤出工艺如下进行：1.5英寸戴维斯-标准 (Davis-Standard)单螺杆挤出机用干燥的被称为DMT透明体(可得自 3M公司)的标准PET树脂(0.60IV)为三层模具/分流器的底(冷却辊 侧)层供料。25mm的伯尔斯托夫(Berstorff)双螺杆挤出机用于为模具 的中层供料，且聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物树脂被进料至该挤 出机中。1英寸戴维斯-标准单螺杆挤出机用干燥的被称为DMT透明体 (可得自3M公司)的标准PET树脂(0.60IV)为三层模具的顶层供 料。选择约530°F(277℃)的挤出加工温度用于PET和聚二有机硅氧烷- 聚乙二酰胺嵌段共聚物材料。使6英寸(15.2cm)宽的挤出物在冷却辊上 骤冷，并收集30密耳(0.76mm)的浇铸料片。如本公开前文所述，根据 90℃剥离分层测试方法测试，表明得到了优异的成膜性和层间粘附性。
实例3
将3675.4克5k乙基草酰胺基丙基封端的聚二甲基硅氧烷(滴定MW ＝6174)(其以类似于先前实例中所述的方法制备)加入20℃的2加仑 不锈钢反应容器中。使容器处于搅拌(80rpm)条件下，并用氮气流吹扫和 抽真空共15分钟。然后在25分钟内用氮气将釜加压至5磅/平方英寸 (表压)，并加热至90℃。然后将81.08克间苯二甲二胺(可得自TCI 公司(TCI America))加入釜中，然后加入80克甲苯。接着将釜加热至 105℃的温度。在105℃下经过65分钟后，在5分钟内将釜缓慢卸压。 然后对釜抽真空(～20mmHg)达1小时，从而除去乙醇和甲苯。随后对釜 再加压至2磅/平方英寸(表压)，然后将粘性的熔融聚合物排放至特氟 隆涂覆的盘中，并使其冷却。然后，将冷却的有机硅聚乙二酰胺产物(聚 二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物)研磨成细颗粒。测定该材料的IV 为0.853dL/g(在THF中)。
然后通过共挤出工艺，将该聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物树 脂并入61层膜中。所述挤出工艺如下进行：
使英威达8602 PET树脂(可得自英威达公司(Invista)，夏洛特市， 北卡罗莱纳州)进料至1.5英寸戴维斯-标准单螺杆挤出机和颈管中。该 挤出组件将材料供入61层分流器和模具的31个‘A’交替层中。将上述 有机硅聚乙二酰胺(聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物)材料进料至 具有相配的颈管和齿轮泵的25mm伯尔斯托夫双螺杆挤出机中。该挤出组 件将材料供入61层分流器和模具的30个‘B’交替层中。
对PET挤出组件采用约540°F(282℃)的熔融加工温度，而聚二有 机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物挤出管线被加热至450°F(232℃)的温 度。将61层分流器和模具加热至530°F(277℃)的温度。
使6英寸(15.2cm)宽的挤出物在冷却辊上骤冷，并收集22密耳的 浇铸料片。采用90°剥离分层测试方法，测定所得61层浇铸料片的剥离 强度。证实具有极好的层间粘附性。获得极好的成膜性和层间粘附性。拍 摄浇铸料片样品的光学显微照片，从而证实形成了清晰可辨的层。
将浇铸料片样品的一部分切成4英寸X4英寸的正方形，然后将其夹 到85℃的实验室双轴膜拉伸机中。将膜于95℃下加热30秒，并以 20％/秒的速度拉伸至3∶1的均衡双轴拉伸比。采用90°剥离分层测试方 法，测定拉伸后的61层膜的剥离强度。证实具有极好的层间粘附性。
实例4
将18158.4克14k乙基草酰胺基丙基封端的聚二甲基硅氧烷(滴定 MW＝14,890)(其以类似于先前实例中所述的方法制备)加入20℃的 10加仑不锈钢反应容器中。使容器处于搅拌(75rpm)条件下，并用氮气 流吹扫和抽真空共15分钟。然后在25分钟内将釜加热至80℃。然后将 73.29克乙二胺(GFS化学公司(GFS Chemicals))真空进料到釜中，接着 加入73.29克甲苯(同样采用真空进料)。然后将釜加压至1磅/平方英 寸(表压)，并加热至120℃的温度。30分钟后，将釜加热至150℃。一 旦温度达到150℃，便在5分钟内将釜卸压。随后对釜抽真空(～ 65mmHg)达40分钟，从而除去乙醇和甲苯。接着将釜加压至2磅/平方 英寸(表压)，然后将粘性的熔融聚合物排放到特氟隆涂覆的盘中，并使 其冷却。然后将冷却的有机硅聚乙二酰胺产物(聚二有机硅氧烷-聚乙二酰 胺嵌段共聚物)研磨成细颗粒。测定该材料的IV为0.829dL/g(在THF 中)。
然后经由共挤出工艺，将该聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物树 脂并入61-层膜中。所述挤出工艺如下进行：
将英威达8602 PET树脂(可得自英威达公司，夏洛特市，北卡罗莱纳 州)进料至1.5英寸戴维斯-标准单螺杆挤出机和颈管中。该挤出组件将 材料供入61层分流器和模具的31个‘A’交替层中。将上述有机硅聚乙 二酰胺(聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物)材料进料至具有相配的 颈管和齿轮泵的25mm伯尔斯托夫双螺杆中。该挤出组件将材料供入61 层分流器和模具中的30个‘B’交替层中。
对PET挤出组件、聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物挤出组件 和61层分流器以及模具采用约540°F(282℃)的熔融加工温度。
使6英寸(15.2cm)宽的挤出物在冷却辊上骤冷，并收集22密耳的 浇铸料片。采用90°剥离分层测试方法，测定所得61层浇铸料片的剥离 强度。证实具有极好的层间粘附性。获得极好的成膜性和层间粘附性。拍 摄浇铸料片样品的光学显微照片，从而证实形成了清晰可辨的层。采用90 °剥离分层测试方法，测定拉伸后的61层膜的剥离强度。证实具有极好 的层间粘附性。
将浇铸料片样品的一部分切割成4英寸X4英寸的正方形，然后将其 夹到85℃的实验室双轴膜拉伸机中。将膜于95℃加热30秒，并以 20％/秒的速度拉伸至3∶1的均衡双轴拉伸比。
实例5
在搅拌下将91.5份的己二酰二氯的甲苯溶液(40％)滴加到由152.2 份水杨酸甲酯和101.2份三乙胺在甲苯中形成的溶液(30％)中。立即形 成三乙胺盐酸盐沉淀。添加结束后持续搅拌1小时。将混合物过滤，并在 旋转蒸发器上将滤液蒸发至干态，得到白色晶体。通过在己烷中浆液化、 过滤以及在烘箱中干燥来分离产物(己二酸二水杨酸甲酯(di-methyl salicylate of adipic acid))。TLC和NMR波谱表明产物是纯净的。
制备由526.0份的分子量为5260的聚二甲基硅氧烷二胺(如美国专 利5,214,119中所述的方法制备，该专利文献以引用方式并入本文)和 11.6份的己二胺在异丙醇中形成的30重量％的溶液。制备由82.9份水杨 酸甲酯己二酸酯(methyl salicylate adipate ester，如上制备)在异丙 醇中形成的30重量％的溶液，并将该溶液迅速加入到第一溶液中。在室 温下将澄清溶液搅拌过夜，其间溶液粘度显著增大。将溶液浇铸到玻璃盘 中，使溶剂经过几个小时蒸发掉，并在70℃烘箱中过夜至完全干燥，获 得透光的强弹性材料膜(有机硅聚己二酰二胺)。
将有机硅聚己二酰二胺以10重量％的固含量溶解于50重量％甲乙酮 /50重量％异丙醇的共混物中。利用#12 Meyer棒将该溶液涂覆到未涂底 漆的取向聚酯膜(Scotchpar 2密耳PET膜，可得自3M公司)上，在涂 覆区域的整个外周留有未涂覆的边缘。使样品干燥。干态有机硅聚己二酰 二胺涂层外观是极好的。聚合物涂层不能从膜上除去。随后将涂覆的PET 膜对折，并使得涂覆侧被包含在折叠膜的内部。将该样品在2000磅/平方 英寸下在210℃的压机内放置30秒。在从压机中取出时，用手抓住样品 的PET基底膜上未经涂覆的边缘，并将其撕开。有机硅聚己二酰二胺层内 出现内聚破坏，但有机硅聚己二酰二胺层没有从PET表面上脱离。
尽管已经结合优选的实施例描述了本公开，但是本领域的技术人员知 道，可以在不脱离本公开的精神和范围的条件下对本发明进行形式和细节 上的修改。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2005年12月23日提交的美国临时申请序列号 No.60/753,857的优先权，所述美国临时申请以引用方式并入本文。