一种TPU保护膜及其TPU基膜、制备方法与流程

本发明涉及手机曲面屏保护膜技术领域，具体涉及一种tpu保护膜及其tpu基膜、制备方法。

背景技术：

随着智能手机屏幕弧边曲面设计的电子器件的普及，以及柔性屏终端设备的发展，都需要保护膜对屏幕进行保护，硬质pet保护膜贴在曲面屏边缘容易出现反翘、白边等现象，影响使用效果，使用寿命较短。

tpu具有优异的柔韧性，很好的抗冲击性，可以有效防止屏幕碎裂；同时柔软的tpu材质可以有效的贴合弧面而不起泡，长久使用，不影响美观。但软质tpu薄膜不耐油污、易刮伤、不爽滑不耐磨擦等缺陷。

目前常见一种解决方案是在tpu薄膜表面涂自修复层，由于修复层质地较软，手感干涩不够爽滑，tpu薄膜材质也软，自修复tpu膜贴在屏幕上使用过程又容易留下明显的指甲印，影响使用体验。另外一种方案是在软材质tpu膜上涂硬化耐刮层又容易开裂且翘曲严重，对后续工序产生不利的影响，也限制其使用。

目前市面上的tpu薄膜基本上是传统熔融挤出流延制成的薄膜，而高硬度流延tpu薄膜晶点多厚度不均，外观不良多，而且硬度受工艺限制，价格较高。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出新的一种方案，采用湿法精密涂布成高硬度材质tpu基膜，并且表面涂硬化层，该结构硬化层稳定性好且不易开裂；本发明提供的加硬tpu保护膜表面爽滑感强，具有较好的疏水疏油抗指纹效果、耐磨耐划伤好，而且不发生翘曲。

第一方面，本发明提供一种tpu基膜，以重量份数计，包括以下组分：tpu弹性胶粒10～50份、扩链剂1～5份、异氰酸酯固化剂1～30份、流平剂0.1～1份、丁酮20～50份、乙酸乙酯20～50份和环己酮5～20份。

tpu基膜为本发明保护膜的核心主体材料，具有较好的柔韧性、弯曲性和抗冲击性，并且材质有较高硬度使得表面硬化层不易开裂。在本发明中，所述tpu基膜并非外购市面上流延法tpu薄膜，而是采用tpu弹性体胶粒(热塑性聚氨酯弹性体)通过溶剂溶解配制成tpu溶液，通过涂布机设备涂覆成湿膜经烘箱烘烤固化得到tpu基膜，tpu薄膜厚度控制20～200um。

优选地，烘干固化的过程为依次通过6节烘箱，6节烘箱的温度依次为50℃、80℃、120℃、130℃、130℃、80℃，每节烘箱的长度为6米，涂覆有tpu溶液的涂布基膜以2～20m/min的速度依次通过6个烘箱。

优选地，tpu薄膜厚度为75～150um，tpu薄膜经过50℃*48h熟化后硬度为40～70d。

进一步地，所述tpu弹性胶粒为tpu基膜的主要成份，重量份数优选为20～35份，更优选为25～30份。

进一步地，所述tpu弹性体胶粒优选硬度95a的产品。

进一步地，所述扩链剂的作用是对tpu体系增加分子链的长度和tpu分子量，提高tpu薄膜力学性能、耐温性和稳定性，所述扩链剂的种类和来源没有特殊限制，采用本领域人员熟知的1,4-丁二醇(bdo)即可；在本发明中，所述扩链剂的重量份数优选为1～5份，更优选为3～5份。

进一步地，所述异氰酸酯固化剂功能用于与tpu弹性体、扩链剂三者之间的交联固化反应，增加tpu体系聚合度和交联密度，提高tpu薄膜成品整体硬度。在本发明中，固化剂重量份数优选为1～30份，更优选于5～15份。

进一步地，所述流平剂的作用是降低tpu溶液体系表面能，提升涂布时润湿和流平性得到表面平整无缺陷的湿膜，烘干固化后形成外观优良、厚度均匀的tpu薄膜。在本发明中，所述流平剂重量份数优选为0.1～1份，更优选为0.3～0.6份。

进一步地，所述丁酮是用于溶解tpu胶粒的主溶剂，重量份数优选为20～50份；所述乙酸乙酯是用于稀释tpu溶液的助溶剂，重量份数优选为20～50份；所述环己酮是用于调节溶剂体系挥发速率的慢干溶剂，重量份数优选为5～20份；在本发明中，丁酮、乙酸乙酯和环己酮的质量比优选为(3～5)：(2～3)：(0.3～1)，更优选为(4～5)：(2～2.5)：(0.5～0.6)。

第二方面，本发明提供一种tpu保护膜，自上而下依次包括面膜层、使用层和底膜层，所述使用层自上而下依次包括硬化层、tpu基膜和粘胶层。

进一步地，所述面膜层为低粘压敏胶保护膜，包括有机硅压敏胶、亚克力压敏胶、聚氨酯压敏胶的一种，优先为pu胶保护膜，不残胶、无析出物影响使用层表面性能，在本发明中，所述面膜层的厚度优选为50～100um，贴在使用层硬化表面撕膜力优选为1～8gf。

进一步地，所述底膜层的作用是用于保护使用层粘胶面，防止粘胶层受损且撕掉底膜能完好的贴合屏幕。本发明中，所述底膜优选25～100um离型膜，贴粘胶层优选1～8gf，底膜离型力优选1～5gf，更优选为3～5gf。

进一步地，所述粘胶层厚度优选为10～40um，更优选为15～25um。在本发明中，所述粘胶层优选为高粘压敏胶，更优选为适用于af屏高粘压敏胶，对钢板剥离力优选为200～1000gf，贴af屏幕剥离力20～50gf，更优选为30～50gf。

进一步地，所述硬化层是将硬化液涂布在tpu基膜上，经固化形成表面高疏水疏油性、耐磨性、高铅笔硬度的涂层，提高了tpu保护膜的防指纹防刮伤性能，增加了爽滑性手感。在本发明中，所述硬化层的厚度优选为1～5um，更优选为2～3um。

进一步地，所述硬化层成份优选为自配的聚氨酯改性丙烯酸硬化液，该硬化液特殊性在适用于软质tpu基膜上，固化后硬化层有韧性不易开裂。本发明中，自配硬化液的成份以重量份计，优选包括：聚氨酯改性丙烯酸酯低聚物30～50份、单三烷氧基硅烷2～10份、mibk溶剂20～60份、酸催化剂1～5份、引发剂0.1～1份和流平剂0.1～1份。

第三方面，本发明提供了一种tpu保护膜的制备方法，包括以下工序：

工序一:制备tpu薄膜半成品，通过涂布机将tpu溶液涂覆在第一放卷的涂布基膜上，然后进行烘干固化在涂布基膜上形成tpu基膜，然后固化后的tpu基膜通过贴合辊与第二放卷上的第一低粘保护膜贴合，经过收卷后得到具有三层结构的tpu薄膜半成品；

工序二:制备硬化tpu薄膜半成品，，将tpu薄膜半成品放置在第一放卷上，出卷后，撕掉涂布基膜，露出tpu基膜的第一涂布面，通过涂布机采用微凹涂覆方式在第一涂布面上涂覆硬化液，然后进行烘干，烘干后经过uv灯照射固化在第一涂布面上形成硬化层面，然后硬化层面通过贴合辊与第二放卷上的第二低粘胶保护膜贴合，经过收卷后得到具有四层结构的硬化tpu薄膜半成品；

工序三:制备加硬tpu保护膜成品，将硬化tpu薄膜半成品放置在第一放卷上，出卷后，撕掉第一低粘保护膜露出tpu基膜的第二涂布面，通过涂布机采用狭缝涂布方式在第二涂布面上涂覆粘胶溶液，然后进行烘干固化，出隧道鼓风烘箱后，粘胶层通过贴合辊与与第二放卷上的离型膜贴合，经过收卷后得到加硬tpu保护膜成品。

优选地，在工序一中所述tpu溶液的固含量为10～40％，粘度为100～1000cps。

优选地，在工序一中，涂布基膜采用硅油离型膜。

优选地，在工序一中，tpu溶液通过螺杆式计量泵抽至狭缝涂头；溶液固含量为10～40％；粘度为100～1000cps；供胶泵速为10～100rpm；过滤芯为科百特1～10um滤芯。

优选地，在工序一中，烘干固化的过程为依次通过6节烘箱，6节烘箱的温度依次为50℃、80℃、120℃、130℃、130℃、80℃，每节烘箱的长度为6米，涂覆有tpu溶液的涂布基膜以2～20m/min的速度依次通过6个烘箱。

优选地，在工序一中，第一低粘保护膜厚度为50～100um，剥离力为1～5gf。

优选地，在工序二中，硬化液用泵抽至涂头料槽内，溶液固含量优选为15～30％。

优选地，在工序二中，烘干的过程为依次通过6节烘箱，6节烘箱的温度依次为40℃、60℃、80℃、90℃、100℃、40℃，每节烘箱的长度为6米，涂覆有硬化液溶液的tpu薄膜半成品以5～30m/min的速度依次通过6个烘箱。

优选地，在工序二中，所述uv灯的功率为50～300mw/cm²，所述uv灯的固化能量为400～1200mj/cm2。

优选地，在工序二中，第二低粘保护膜剥离力为3～5gf。

优选地，在工序三中，该粘胶溶液为af屏高粘压敏胶溶液，将高粘压敏胶溶液优选通过螺杆式计量泵抽至涂布涂头；溶液固含量为15～50％；粘度为100～1000cps；过滤芯优选1～5um滤芯。

优选地，在工序三中，烘干固化的过程为依次通过6节烘箱，6节烘箱的温度依次为60℃、90℃、130℃、140℃、140℃、80℃，每节烘箱的长度为6米，涂覆有粘胶层的硬化tpu薄膜半成品以5～20m/min的速度依次通过6个烘箱。

优选地，在工序三中，离型膜优选氟素离型膜，离型力优选为1～15gf。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的tpu保护膜与现有市面上产品相比，tpu层上设置具有疏水疏油防指纹的爽滑硬化层，兼具硬化pet保护膜的耐刮爽滑和普通tpu保护膜的柔韧性，而且三工序即可生产出有硬化层的加硬tpu保护膜，工序简单可控，设备要求不高，良率高成本低，适合于大规模生产。

2.本发明的tpu保护膜应用于光学膜领域，传统流延工艺生产最薄厚度为75um，市场上常规厚度为75um、100um、125um、150um等更厚，而本发明可实现tpu膜厚度可控可调，最薄可到20um超薄tpu膜，拓宽产品应用场景和领域。

3.本发明的tpu保护膜应用于光学膜领域，对薄膜厚度均匀性和稳定性要求极高，传统流延工艺控制精度不够，偏差幅度±10％左右，以厚度125um为例，其厚度波动范围110～140um，本发明可实现tpu膜厚度精准控制，误差低于2％，同样以厚度125um为例，其厚度可精准控制125±3um。

4.本发明的tpu保护膜应用于光学膜领域，对整过薄膜产品内杂物晶点等要求极高极严，传统流延工艺为高温融熔过程，过程中易造成塑料长期高温碳化分解、晶点不熔、流动性差异物不易过滤等问题点，体现在成品中出现晶点、凹坑点、黑点等外观不良，本发明采用常温溶解工艺，液体流动性好易过滤，能有效阻隔不溶异物，无长期高温环境，无塑料碳化分解风险，成品良率高。

附图说明

图1是本发明实施例中工序三中tpu薄膜半成品结构示意图。

图2是本发明实施例中工序二中硬化tpu膜半成品结构示意图。

图3是本发明实施例中工序三中加硬tpu保护膜成品结构示意图。

图中，面膜层100；使用层200，硬化层210，tpu基膜220，粘胶层230；底膜层300；硅油离型膜400；低粘硅胶保护膜500。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案和制备方法，下面将结合本发明实施例过程，对本发明方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

一种tpu保护膜的制备方法，具体包括如下步骤：

工序一：放卷一上料为50um硅油离型膜400，离型力10gf；放卷二上料为60um低粘硅胶保护膜500，硅胶剥离力3gf；将溶解配好的tpu溶液用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格10um，采用狭缝涂布方式在硅油离型膜400离型面涂布tpu溶液，tpu溶液以重量份计包括30份tpu弹性胶粒(硬度88a)、4.5份扩链剂、13份异氰酸酯固化剂、0.5份流平剂、40份丁酮、30份乙酸乙酯、5份环己酮；该tpu溶液固含量35.9％、粘度850cp，所述狭缝涂布时线速4m/min，供胶泵速32rpm，经过烘箱烘干固化，温度设置为第一节50℃、第二节80℃、第三节120℃、第四节130℃、第五节130℃、第六节80℃，得到120um厚的tpu基膜220与硅油离型膜400的双层薄膜结构，出烘箱后，双层薄膜结构的tpu基膜220在贴合辊处与低粘硅胶保护膜500贴合，收卷制得tpu薄膜半成品，该tpu基薄膜半成品的产品结构如图2。

工序二：将工序一tpu基膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉硅油离型膜400的tpu面为涂布面；放卷二上料为60um低粘pu胶保护膜，胶粘性3gf，配制好的硬化液抽至微凹槽内，过滤芯规格0.5um，采用微凹涂布方式在tpu基膜220的第一涂布面涂布硬化液，微凹辊为120目网纹辊，硬化液以重量份计包括40份聚氨酯改性丙烯酸酯低聚物、6份单三烷氧基硅烷、55份mibk溶剂、1.5份酸催化剂、0.6份光引发剂、0.4份流平剂，该硬化液固含量29.4％、粘度35cps，微凹涂布线速10m/min，经过烘箱烘干溶剂，温度设置为第一节40℃、第二节60℃、第三节80℃、第四节90℃、第五节100℃、第六节40℃；然后经过uv灯照射固化形成2.5um硬化层210，功率250mw/cm²，固化能量为1000mj/cm²；卷二的pu胶保护膜作为面膜层100在贴合辊处贴合硬化层210，收卷后得到硬化好的tpu膜半成品，该硬化tpu膜半成品的产品结构如图3。

工序三：将工序二硬化tpu膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉低粘硅胶保护膜500露出tpu基膜220的第二涂布面；方卷二上料50um氟素离型膜，离型力5gf，将高粘硅胶胶水用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格1um，采用狭缝涂布方式在tpu基膜220的第二涂布面涂布胶水，配制好的胶水固含量32.1％、粘度260cps，狭缝涂布时线速8m/min，供胶泵速18rpm，经过烘箱烘干胶水固化形成粘胶层230，温度设置为第一节60℃、第二节90℃、第三节130℃、第四节140℃、第五节140℃、第六节80℃，粘胶层厚度25um，出烘箱后，粘胶层230在贴合辊处覆上氟素离型膜，该氟素离型膜作为底膜层300，收卷后得到加硬tpu保护膜成品，该加硬tpu保护膜成品的产品结构如图1。

实施例2

一种tpu保护膜的制备方法，具体包括如下步骤：

工序一：放卷一上料为50um厚硅油离型膜400，离型力8gf；放卷二上料为60um低粘硅胶保护膜500，硅胶粘性2.5gf；将溶解配好的tpu溶液用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格10um，采用狭缝涂布方式在离型膜离型面涂布tpu溶液；tpu溶液以重量份计包括28份tpu弹性胶粒(硬度98a)、3份扩链剂、8份异氰酸酯固化剂、0.5份流平剂、50份丁酮、20份乙酸乙酯、6份环己酮；该tpu溶液固含量32.1％、粘度730cps；狭缝涂布时线速5m/min，供胶泵速35rpm，经过烘箱烘干固化，温度设置为第一节50℃、第二节80℃、第三节120℃、第四节130℃、第五节130℃、第六节80℃，得到115um厚的tpu基膜220与硅油离型膜400的双层薄膜结构，出烘箱后，双层薄膜结构的tpu基膜220在贴合辊处与低粘硅胶保护膜500贴合，收卷制得tpu基膜半成品，该tpu基膜半成品的产品结构如图2。

工序二：将工序一tpu基膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉硅油离型膜400露出的tpu面为涂布面；放卷二上料为60um低粘pu胶保护膜，胶粘性3gf，配制好的硬化液抽至微凹槽内，过滤芯规格0.5um，采用微凹涂布方式在tpu基膜220的第一涂布面涂布硬化液，微凹辊为120目网纹辊，硬化液以重量份计包括36份聚氨酯改性丙烯酸酯低聚物、5.5份单三烷氧基硅烷、50份mibk溶剂、1.4份酸催化剂、0.5份光引发剂、0.3份流平剂，该硬化液固含量29.2％、粘度32cps；微凹涂布线速10m/min，经过烘箱烘干溶剂，温度设置为第一节40℃、第二节60℃、第三节80℃、第四节90℃、第五节100℃、第六节40℃；然后经过uv灯照射固化形成2.3um硬化层210，功率240mw/cm²，固化能量为950mj/cm²，卷二的pu胶保护膜作为面膜层100在贴合辊处贴合硬化层210，收卷后得到硬化好的tpu膜半成品，该硬化tpu膜半成品的产品结构如图3。

工序三：将工序二硬化tpu膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉低粘硅胶保护膜500露出tpu基膜220的第二涂布面；方卷二上料50um氟素离型膜，离型力5gf，将高粘硅胶胶水用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格1um，采用狭缝涂布方式在tpu基膜220的第二涂布面涂布胶水，配制好的胶水固含量32％、粘度270cps，狭缝涂布时线速8m/min，供胶泵速18.5rpm，经过烘箱烘干固化形成粘胶层230，温度设置为第一节60℃、第二节90℃、第三节130℃、第四节140℃、第五节140℃、第六节80℃，粘胶层厚度28um，出烘箱后，粘胶层230在贴合辊处覆上氟素离型膜，该氟素离型膜作为底膜层300，收卷后得到加硬tpu保护膜成品，该加硬tpu保护膜成品的产品结构如图1。

实施例3

工序一：放卷一上料为50um厚硅油离型膜400，离型力10gf；放卷二上料为60um低粘硅胶保护膜，硅胶粘性3gf；将溶解配好的tpu溶液用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格10um，采用狭缝涂布方式在硅油离型膜400离型面涂布tpu溶液，tpu溶液以重量份计包括32份tpu弹性胶粒(硬度95a)、3.5份扩链剂、10份异氰酸酯固化剂、0.5份流平剂、50份丁酮、25份乙酸乙酯、6份环己酮；该tpu溶液固含量34.2％、粘度950cps。所述狭缝涂布时线速5m/min，供胶泵速36rpm，经过烘箱烘干固化，温度设置为第一节50℃、第二节80℃、第三节120℃、第四节130℃、第五节130℃、第六节80℃，得到130um厚的tpu基膜220与硅油离型膜400的双层薄膜结构，出烘箱后，双层薄膜结构的tpu基膜220面在贴合辊处与低粘硅胶保护膜贴合，收卷制得tpu基膜半成品，该tpu基膜半成品的产品结构如图2。

工序二：将工序一tpu基膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉硅油离型膜400露出的tpu面为涂布面；放卷二上料为60um低粘pu胶保护膜，胶粘性3gf，配制好的硬化液抽至微凹槽内，过滤芯规格0.5um，采用微凹涂布方式在tpu基膜220的第一涂布面涂布硬化液，微凹辊为120目网纹辊；硬化液以重量份计包括42份聚氨酯改性丙烯酸酯低聚物、8份单三烷氧基硅烷、60份mibk溶剂、1.6份酸催化剂、0.7份光引发剂、0.3份流平剂，该硬化液固含量30％、粘度45cps；所述微凹涂布线速10m/min，经过烘箱烘干溶剂，温度设置为第一节40℃、第二节60℃、第三节80℃、第四节90℃、第五节100℃、第六节40℃；然后经过uv灯照射固化形成2.8um硬化层210，功率280mw/cm²，固化能量为1050mj/cm²；卷二的pu胶保护膜作为面膜层100在贴合辊处贴合硬化层210，收卷后得到硬化好的tpu膜半成品，该硬化tpu膜半成品的产品结构如图3。

工序三：将工序二硬化tpu膜半成品放置放卷一，出卷后撕掉低粘硅胶保护膜露出tpu基膜220的第二涂布面；方卷二上料50um氟素离型膜，离型力5gf，将高粘硅胶胶水用螺杆计量泵抽至狭缝涂头，过滤芯规格1um，采用狭缝涂布方式在tpu基膜220的第二涂布面涂布胶水，配制好胶水固含量32％、粘度270cps；狭缝涂布时线速8m/min，供胶泵速20rpm，经过烘箱烘干胶水固化形成粘胶层230，温度设置为第一节60℃、第二节90℃、第三节130℃、第四节140℃、第五节140℃、第六节80℃，粘胶层230厚度30um，出烘箱后，粘胶层230在贴合辊处覆上氟素离型膜，该氟素离型膜作为底膜层300，收卷后得到加硬tpu保护膜成品，该加硬tpu保护膜成品的产品结构如图1。

综合以上实施例，本发明提供一种加硬tpu保护膜，采用湿法精密涂布制备较高邵氏硬度tpu基膜，然后tpu基膜一面涂布硬化液，另一面涂布高粘硅胶胶水，三工序得到表面硬化层、可贴附af屏幕的加硬tpu保护膜；结构包括：底膜层300；设置底膜层300上的使用层200，该使用层200包括硬化层210、tpu基膜220和粘胶层230；设置在使用层200硬化表面的面膜层100。本发明提供的加硬tpu保护膜良好的耐油污抗指纹功能和爽滑耐磨性，贴合性能好，适用于曲面屏的保护膜产品。

以上实施例1～3制备加硬tpu保护膜的外观及性能检测结果见下表。

表1本发明实施例产品关键技术指标

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明内容作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明技术内容，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。