一种环保耐指纹防刮涂层及其使用方法与流程

本发明涉及涂层领域，尤其涉及一种环保耐指纹防刮涂层及其使用方法。
背景技术：
：消费者在购买接触产品时，往往会在包装上留下指纹等污渍和轻微的刮痕，严重影响了产品外观，随着3C电子产品的普及以及我国的消费升级，业界对产品的包装材料提出更高的耐指纹、防刮等性能要求。耐指纹防刮涂层是一种有机高分子组合而成的涂层，主要拥有疏水、疏油、抗划伤等特性。目前，耐指纹性能主要通过两种方式实现：一、采用低表面能化学材料，目前最优秀的为有机氟类物质，但体系中含氟组分的潜在毒性和昂贵价格严重影响了它在日用品包装中的应用。二、利用物理结构，模仿荷叶效应，但这种结构往往存在制造加工困难，缺乏耐久度及透明性不佳等问题。近年来，单组份水性聚氨酯自消光树脂由于具有优异的哑光性和通透性等性质，开始受到涂料界的关注。但目前水性自消光树脂普遍存在成膜性不足、抗刮性差等缺陷。技术实现要素：基于此，本发明的目的在于，提供一种环保耐指纹防刮涂层，其具有良好的哑光效果、通透性、耐指纹性和防刮性。本发明的另一目的在于，提供一种环保耐指纹防刮涂层的使用方法，其具有简单易行、在各类基材上附着性好、适用性广的优点。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种环保耐指纹防刮涂层，按质量百分比计包括如下组分：水性聚氨酯5～90％，有机硅改性丙烯酸5～90％，pH调节剂0.1～1％，润湿流平剂0.1～0.8％，消泡剂0.1～1％，固化剂1～5％，助溶剂1～40％。人手指汗液的主要成分是水，约占总成分的98％，人手指汗液还包括少量尿素和油脂，约占总成分的1～2％。其中，油脂成分主要由40％三酸甘油酯(triglycerides)、25％单脂蜡(waxmonoesters)、15％自由脂肪酸(freefattyacids)、12％鲨烯(squalene)及7％其它物质组成，这些都非常容易在产品表面留下指纹印痕，为了达到耐指纹的目的，必须使产品表面具有疏水、疏油的特点。产品表面的表面能是决定耐指纹的关键因素，水的表面能(γw)为72mN/m，大部分油脂的表面能(γl)在20～40mN/m，当制备的产品的表面能(γa)低于汗液的表面能(γs)时，手指表面的汗液就不易附着于产品表面，从而达到耐指纹的效果。目前常用的低表面能材料为有机硅、有机氟类。有机氟类物质-CF3基团的表面能小至10mN/m，是目前最低表面能的耐指纹材料，但体系中含氟组分的潜在毒性和昂贵价格严重影响了它在日用品包装中的应用。有机硅树脂是分子链中含有Si-O-Si结构、硅原子上连接有机基团的高聚物，硅原子电负性较低，Si-O-Si键能、键角均比C-C键大，分子链柔顺性高，这种特殊的价键结构使它具有许多不同于碳基聚合物的优异的物理、化学性质，如耐高温、耐磨、耐腐蚀、表面能小、成膜能力强等特点，有机硅改性丙烯酸涂膜表面能约为23mN/m，且有机硅类物质不存在毒物的释放损耗问题，具有良好的防污效果。对于一个疏水性的固体表面来说，产品表面与水接触角不仅和表面能有关也和表面粗糙度有关，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致小水滴大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小，由于水的表面张力作用使水在这种粗糙表面收缩，这样表面就具有了抗污的能力。水性聚氨酯成膜后在材料的表面具有凹凸相间的微球结构，可以使入射的光发生漫反射，从而达到自消光的效果，且研究发现，当表面凹陷部位的深度相对大于手指表皮乳突纹线的高度，手指接触涂层表面相互作用时，只会在表面凹陷部位留下不太清晰的指纹形态，大大减弱指纹的痕迹及保留时间。相对于现有技术，本发明采用有机硅改性丙烯酸与水性聚氨酯组分结合，使低表面能有机硅改性丙烯酸通过化学交联均匀包覆在水性聚氨酯微球表面，从而使低表面能聚合物的化学抗污效应与凹凸结构的物理抗污效应起相互协同作用，并配合pH调节剂、润湿流平剂、消泡剂、固化剂和助溶剂组分，合理调节各组分配比，从而在保持涂层良好印刷性的同时，使涂层具有良好的通透性(透光率大于90％)、良好的哑光效果(60°下光泽度＜2.5)、良好的防刮性(在1000g配重砝码压力下摩擦1000次以后，只有轻微的光泽度变化，60°下光泽度变化<0.5，且刮痕经过一段时间后完全消失)以及良好的耐指纹性。进一步地，所述环保耐指纹防刮涂层按质量百分比计包括如下组分：水性聚氨酯50～90％，有机硅改性丙烯酸5～40％，pH调节剂0.1～1％，润湿流平剂0.5～0.8％，消泡剂0.4～0.8％，固化剂1～5％，助溶剂2～40％。进一步地，所述水性聚氨酯中的聚氨酯微球粒径为700nm～10μm。优选的，所述水性聚氨酯为所述水性聚氨酯分散体，在该粒径范围内，水性聚氨酯分散体成膜后在材料的表面具有凹凸相间的微米-纳米微球结构，使表面凹陷部位的深度相对大于手指表皮乳突纹线的高度，从而减弱手指接触涂层表面时留下的指纹痕迹，提高涂层的耐指纹性。进一步地，所述水性聚氨酯为聚碳酸酯型聚氨酯或聚酯型聚氨酯的一种或两种。优选的，所述聚碳酸酯型聚氨酯为脂肪族聚碳酸酯型聚氨酯。脂肪族聚碳酸酯或聚酯分子结构赋予涂层优良的耐磨、合适的硬度和良好的通透性。与其它自消光聚氨酯相比，聚碳酸酯结构的分子链中含有-[O-R-O-CO]-结构，分子链中的苯撑基、酯基使分子链属于刚性链，玻璃化转变温度(Tg)高达150℃，使其具有优异的力学性能，同时聚氨酯结构中脲基(-NHCONH-，内聚能＞36.5kJ/mol)和氨基甲酸酯基(-NHCOO-，内聚能36.4kJ/mol)的内聚能高，成膜后不易破裂，与基材附着力好，从而形成的涂层具有优良的耐磨性和抗刮性。进一步地，所述有机硅改性丙烯酸的最低成膜温度＜10℃，玻璃化转变温度＜10℃。优选的，所述有机硅改性丙烯酸为有机硅改性丙烯酸乳液。进一步地，所述有机硅改性丙烯酸为有机硅改性自交联丙烯酸。自交联丙烯酸成膜时聚合物链之间能自行交联成网状结构的丙烯酸，可改善聚合物的机械强度。进一步地，所述有机硅改性丙烯酸中的有机硅改性剂为含硅乙烯基化合物，其包括乙烯基烷基三氯硅烷、乙烯基烷基甲氧基硅烷、乙烯基烷基乙氧基硅烷、乙烯基烷基丙氧基硅烷、乙烯基烷基聚硅氧烷中的一种或几种。含硅乙烯基化合物作为改性剂，通过自由基聚合方式接入自交联丙烯酸类聚合物中，使聚合物具有较低的表面能。进一步地，所述pH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、AMP-95中的一种或多种。所述AMP-95为含有5％的水分的2-氨基-2-甲基-1-丙醇。采用上述物质作为pH调节剂，可以调节涂层的酸度，并与水性聚氨酯和有机硅改性丙烯酸协同作用，改善涂层的粘度和成膜性。进一步地，所述润湿流平剂为有机硅类化合物、炔二醇乙氧基化合物中的一种或两种。采用上述物质作为润湿流平剂，可以降低涂层的表面张力，并与水性聚氨酯和有机硅改性丙烯酸协同作用，提高涂层的平整度和均匀性。进一步地，所述消泡剂为有机硅类化合物、炔二醇乙氧基化合物中的一种或两种。采用上述物质作为消泡剂，可以降低涂层的表面张力，抑制泡沫产生，并与水性聚氨酯和有机硅改性丙烯酸协同作用，提高涂层的平整度和均匀性。进一步地，所述的固化剂为对羧基、羟基、酮羰基起化学反应的化合物，其包括异氰酸酯化合物、己二酸二酰肼、氮丙啶化合物、碳二亚胺化合物中的一种或多种。采用上述物质作为固化剂，可促进聚合反应，并与水性聚氨酯和有机硅改性丙烯酸协同作用，提高涂层的硬度和附着力。进一步地，所述的助溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚醋酸酯中的一种或多种。采用上述物质作为助溶剂，与水性聚氨酯和有机硅改性丙烯酸协同作用，提高溶解度。本发明还提供了一种环保耐指纹防刮涂层的使用方法，包括以下步骤：S1：按照本发明所述的质量百分比将各组分混合，配制成涂层水分散体；S2：将所述涂层水分散体涂布至基材；S3：对涂布至基材后的涂层进行温度为60～110℃、时间为40s～5min的预烘；S4：对预烘后的涂层进行温度为45～130℃，时间为1h～5d的熟化，从而获得环保耐指纹防刮膜。相对于现有技术，本发明的涂层满足传统辊涂、喷涂、刮涂等成熟的工业化工艺，使用方法简单易行；并且，本发明的涂层适用于聚丙烯薄膜(PP)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、聚碳酸酯薄膜(PC)等多种薄膜基材，在各类基材上均具有良好的附着性，适用性广，具有较强实用性和商业前景；此外，本发明的涂层无氟、无挥发性有机物(VOC)排放，无异味产生，绿色环保。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。附图说明图1为本发明制备的环保耐指纹防刮膜的结构示意图。图2为实施例1制备的环保耐指纹防刮膜与普通哑光膜的耐指纹性对比测试图。具体实施方式本发明的环保耐指纹防刮涂层，按质量百分比计包括如下组分：水性聚氨酯5～90％，有机硅改性丙烯酸5～90％，pH调节剂0.1～1％，润湿流平剂0.1～0.8％，消泡剂0.1～1％，固化剂1～5％，助溶剂1～40％。作为进一步优化的，所述环保耐指纹防刮涂层按质量百分比计包括如下组分：水性聚氨酯50～90％，有机硅改性丙烯酸5～40％，pH调节剂0.1～1％，润湿流平剂0.5～0.8％，消泡剂0.4～0.8％，固化剂1～5％，助溶剂2～40％。具体的，所述水性聚氨酯为水性自消光聚氨酯分散体，优选为脂肪族聚碳酸酯型聚氨酯或聚酯型聚氨酯的一种或两种，其中的聚氨酯微球粒径为700nm～10μm。具体的，所述有机硅改性丙烯酸为有机硅改性丙烯酸乳液，优选为有机硅改性自交联丙烯酸乳液，其最低成膜温度＜10℃，玻璃化转变温度＜10℃，其中的有机硅改性剂为含硅乙烯基化合物，包括乙烯基烷基三氯硅烷、乙烯基烷基甲氧基硅烷、乙烯基烷基乙氧基硅烷、乙烯基烷基丙氧基硅烷、乙烯基烷基聚硅氧烷中的一种或多种。具体的，所述pH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、AMP-95中的一种或几种。所述润湿流平剂为有机硅类化合物、炔二醇乙氧基化合物中的一种或两种。所述消泡剂为有机硅类化合物、炔二醇乙氧基化合物中的一种或两种。所述的固化剂为对羧基、羟基、酮羰基起化学反应的化合物，包括异氰酸酯化合物、己二酸二酰肼、氮丙啶化合物、碳二亚胺化合物中的一种或多种。所述的助溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇乙醚醋酸酯中的一种或多种。本发明的一种环保耐指纹防刮涂层的使用方法，包括以下步骤：(1)按照本发明所述的质量百分比将涂层的各组分混合，配制成涂层水分散体。具体的，涂层的各组分依照水性聚氨酯、有机硅改性丙烯酸、pH调节剂、润湿流平剂、消泡剂、固化剂、助溶剂的次序添加混合。(2)将步骤(1)所得涂层水分散体涂布至基材。具体的，采用辊涂工艺将所述涂层水分散体转移到基材，其中涂布辊为表面镀铬的钢制网纹辊，基材为PP、PET、PVC、PC膜中的一种。(3)对涂布至基材后的涂层进行温度为60～110℃、时间为40s～5min的预烘。(4)对预烘表干后的涂层进行温度为45～130℃，时间为1h～5d的熟化，从而交联成膜，获得环保耐指纹防刮膜。请参阅图1，其为本发明制备的环保耐指纹防刮膜的结构示意图，包括基材1和涂布于基材1上的环保耐指纹防刮涂层2。下面结合实施例、测试和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1在600～1000rpm的搅拌速度下，按以下质量份数，各组分依次序添加，配制环保耐指纹防刮涂层水分散体：水性聚氨酯分散体67份，有机硅改性丙烯酸乳液20份，pH调节剂0.5份，润湿流平剂0.8份，消泡剂0.7份，固化剂2.2份，助溶剂10份。采用刮刀辊涂的方法将上述配制的环保耐指纹防刮涂层水分散体涂布于双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)表面；对涂布至BOPP后的涂层进行预烘，预烘温度为70℃，时间为60s；对预烘表干后的涂层进行熟化，熟化温度为50℃，时间为2d，形成环保耐指纹防刮膜。实施例2在800～1000rpm的搅拌速度下，按以下质量份数，各组分依次序添加，配制环保耐指纹防刮涂层水分散体：水性聚氨酯分散体70份，有机硅改性丙烯酸乳液15份，pH调节剂0.3份，润湿流平剂0.8份，消泡剂0.4份，固化剂2.5份，助溶剂6份。采用刮刀辊涂的方法将上述配制的环保耐指纹防刮涂层水分散体涂布于双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)表面；对涂布至BOPET后的涂层进行预烘，预烘温度为110℃，时间为40s；对预烘表干后的涂层进行熟化，熟化温度为60℃，时间为1d，形成环保耐指纹防刮膜。实施例3在700～800rpm的搅拌速度下，按以下质量份数，各组分依次序添加，配制环保耐指纹防刮涂层水分散体：水性聚氨酯分散体75份，有机硅改性丙烯酸乳液15份，pH调节剂0.4份，润湿流平剂0.9份，消泡剂0.8份，固化剂2.7份，助溶剂6份。采用刮刀辊涂的方法将上述配制的环保耐指纹防刮涂层水分散体涂布于双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)表面；对涂布至BOPET后的涂层进行预烘，预烘温度为100℃，时间为50s；对预烘表干后的涂层进行熟化，熟化温度为45℃，时间为2d，形成环保耐指纹防刮膜。测试对实施例1-3的环保耐指纹防刮涂层进行性能测试，测试结果如表1所示。表1实施例1-3的环保耐指纹防刮涂层的性能测试结果测试项目标准实施例1实施例2实施例3粘度(mPa·s)-380365385固含量(％)GB/T1725313030pHGB/T83258.08.58.0对实施例1-3的环保耐指纹防刮膜进行性能测试，测试结果如表2所示。表2实施例1-3的环保耐指纹防刮膜的性能测试结果测试项目标准实施例1实施例2实施例3透光率(％)GB/T241090.090.590.1雾度(％)GB/T241085.086.185.1光泽度(60°)GB/T88071.92.01.7防刮性(次/1000g)-100010001000其中，防刮性测试具体为：采用ZJ-339型橡皮酒精耐磨擦试验机，用自锁式扎带将四层无尘布固定在摩擦锤直径为10mm的一段，以约30mm/s的速度在防刮膜表面同一区域内直线往复摩擦，并以一个来回为一次，在1000g配重砝码压力下摩擦1000次以后的防刮膜表面只有轻微的光泽度变化(60°，光泽度变化<0.5)，且室温放置5h后刮痕完全消失，说明本发明制备的涂层具有优良的防刮性。本发明其它性能测试均依据国家或行业标准进行。从表中的测试结果可见，本发明的环保耐指纹防刮膜还具有良好的通透性(透光率大于90％)和良好的哑光效果(60°下光泽度＜2.5)。此外，对实施例1的环保耐指纹防刮膜进行耐指纹性测试，用手指将指纹液按压在膜表面，并做视觉评价，测试结果如图2所示。其中，A为指纹在普通哑光膜表面的状态，B为指纹在本发明实施例1的膜表面的状态，可见，相比于普通膜，留在本发明实施例1的膜表面的指纹痕迹很浅，说明本发明制备的涂层具有良好的耐指纹性。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本发明结合了低表面能聚合物的化学抗污效应与微纳米级凹凸结构的物理抗污效应，在保持涂层良好印刷性的同时，使其具有优异的耐指纹性和防刮性。(2)本发明克服了表面粗糙结构引发的涂层通透性问题，确保包装贴合后的印刷品毫无盲点丢失，色彩还原度好，同时哑光效果、良好耐指纹性和优良的防刮性使涂层在高档包装印刷涂层领域具有一定的应用前景。(3)本发明的涂层具有水性，无氟、无VOC排放，无任何异味产生，绿色环保的优点。(4)本发明的涂层满足传统辊涂、喷涂、刮涂等成熟的工业化工艺，使用方法简单易行，且本发明的涂层可用于PP、PET、PVC、PC多种薄膜基材，在各类基材上均具有良好的附着性，适用性广。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3