CN101792566B - 一种定向反光膜表层材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成本相对较低、理化性能较好的定向反光膜表层材料制备方法，将按比例备好的甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、己内酯丙烯酸酯等丙烯酸单体连同过氧化苯甲酰置入高位槽，匀速滴加入装有二甲苯及乙酸丁酯混合溶剂的反应釜中，同时滴加过氧化苯甲酰混合液入反应釜中，120摄氏度高温反应后得到胶液，再加入固化剂和混合有机溶剂至设定粘度，最后将胶液上机涂布制得定向反应膜表层材料，所述表层材料主要用于广告级反光膜、工程级反光膜、车牌级反光膜、高强级反光膜和车身贴膜等产品表层。

Description

一种定向反光膜表层材料制备方法

技术领域

本发明涉及定向反光膜技术领域，特别涉及一种用于定向反光膜表层材料制备方法，所制得的定向反光膜表层材料用于广告级反光膜、工程级反光膜、车牌级反光膜、高强级反光膜和车身贴膜等领域。

背景技术

广告级反光膜、工程级反光膜、车牌级反光膜、高强级反光膜和车身贴同属于定向反光膜系列产品，是一种基础光学应用新材料，它们的共同特点是可以将入射光线定向回归反射，产生明亮的反光效果，获得色彩鲜明的视觉感官，用反光膜制成各种类型的标贴、标示、标牌、牌号等反光制品，可以有效地增强人的识别能力，提高人的视觉愉悦，特别是在夜间或光线不足的情况，增强人的视觉分别能力，看清楚目标，从而减少事故发生，避免人员伤亡，其社会效益十分显著。参考图1，公知的定向反光膜其一般包括：

表层材料1，它是特殊配方的有机树脂，有特别高的光线透过率，优异的耐老化性能，耐有机溶剂腐蚀和耐盐雾腐蚀性能，有优良的油墨附着性能，还具有很好的融色和保色性能，以及特殊的柔韧性能。

粘结层2，通过它将粒径仅30～90微米的玻璃微珠植入在有机树脂之中，获得单层共面的效果。

高折射率的玻璃微珠3，它起着关键的光学聚集作用。

焦点树脂层4，由于入射光线与玻璃微珠3轴心线的交会点在玻璃微珠3之外，必须由焦点树脂层4来弥补，因此其材料的透过率、折射率及涂布精度对光线的反射效果起着至关重要的作用；该涂层在玻璃微珠3之后形成的半球状态是否良好，又直接影响反光膜的广角光学性能。

反射层5，它是通过真空镀铝来完成的。

粘接层6，它是为用户将反光膜材料粘贴到应用基材而准备的，其粘接性能对用户有着重要的作用。

粘接剂保护层7，在反光膜形成商品时是必须具备的，用户使用时将其揭去。

定向反光膜的主要指标有：色度性能，其各种彩色反光膜色品坐标必须落在规定的相应色品范围内。光度性能：用标准的方法测试时，各色反光膜的逆反射系数值必须达到相应等级的规定，并且要有良好的广角反射性能。耐候性能：经过老化试验后，其表面状况、颜色色品、逆反射系数等必须满足相应的规定。另外还有耐盐雾、耐溶剂、耐高低温、抗拉、耐弯曲、附着性能等理化性能指标。

反光膜产品有多层涂层，它们各自有各自的独特作用，又相互连结、相互影响，各层有机树脂从单体到助剂的选用都会遇到很多的矛盾和排斥，要做到相互匹配互补需要不断偿试和改进。表层材料的性能要求十分特殊，它需要有标准的色度性能，而且其色品在长年户外环境使用后仍要保持；它还需要树脂本身具有优异的耐候性能，经长年的风吹、雨淋、日晒，仍具有优良的透过率。车牌级反光膜则在这些性能的基础上还需具有特殊的柔韧性，必须可以随着其粘附的金属板冲压变形而保持原有品质。据了解，3M及其它公司的反光膜系列产品随着产品使用用途和耐候性能要求的不同，采用的树脂材料有所不同。但现有的反光膜表层材料理化性能尚有不足，成本偏高。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本相对较低、理化性能较好的定向反光膜表层材料制备方法。

本发明所采用的技术方案是这样的：一种定向反光膜表层材料制备方法，包括下述步骤：

a)、将下述各组分分别按对应的重量份百分比备好，将其中的二甲苯及醋酸丁酯混合制得溶剂混合液，取4/5重量份的该溶剂混合液置于反应釜中，并将反应釜中的溶剂混合液加热至120±5℃并不断搅拌；

b)、将步骤a中备好的各丙烯酸单体连同9/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀制得混合单体，将混合单体置入高位槽，当步骤a中反应釜内的溶剂混合液温度升至120±5℃时，开始将混合单体匀速滴加入反应釜中，滴加时间为180±20分钟，然后保温1小时；

c)、将步骤a中剩余1/5重量份的溶剂混合液及步骤b中剩余的1/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀置入高位槽，并匀速滴加入前述反应釜中，滴加时间为20±5分钟，然后保温2小时后降至常温出料制得硬性丙烯酸树脂；

d)、将15±3％重量份的聚胺脂固化剂加入步骤c制得的胶液中并搅拌至其混合均匀；

e)、加入混合有机溶剂调整前述胶液的运动粘度为60～90秒，然后将该胶液转移到涂布机的胶槽内经涂布机涂布成膜即可制得定向反光膜表层材料。

为制取具有更好适候性的反光膜表层材料，前述制取方法还包括下述步骤：所述步骤d之前包括下述步骤：按对应的重量百份比备好下述各物质，

采用与前述步骤a、b、c相同的方法制取软性丙稀酸树脂，然后以重量份为5～8∶5～2的比例将硬性丙稀酸树脂与软性丙稀酸树脂混合均匀，再以与前述步骤d、e相同的步骤制得定向反光膜表层材料。

具体地说，上述定向反光膜表层材料制备方法，所述混合有机溶剂由乙酸乙脂、乙酸丁脂、甲苯或环己酮中的任意两种或多种溶剂依任意重量份比例混合制得。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：由于之前的定向反光膜表层材料制作技术控制在国外少数几家供应商手中，这样定向反光膜生产商购进成本及运输成本较高，发明人通过自己开发这种表层材料制备方法，可以节省购进成本及运输成本，相应降低定向反应膜的总体成本，另一方面，由前述方法制得的定向反光膜表层材料实验室测试结果表明其理化性能相对于公知的产品具有明显的改进和提升。

附图说明

图1是公知定向反光膜的结构示意图；

具体实施方式

实施例公开一种定向反光膜表层材料制备方法，包括下述步骤：

1、制备硬性丙烯酸树脂：

a)、将下述各组分分别按对应的重量份百分比备好，将其中的二甲苯及醋酸丁酯混合制得溶剂混合液，取4/5重量份的该溶剂混合液置于反应釜中，并将反应釜中的溶剂混合液加热至120℃并不断搅拌；本步骤涉及的反应釜为普通的化工设备，其具备搅拌功能及加温功能，对本领域的技术人员来说系公知设备，4/5重量份是相对于本步骤中二甲苯和醋酸丁酯总量而言，至于加热温度，在120℃正负偏差5℃范围内实验结果表明对制得成品没有明显的影响，各丙烯酸单体重量份比例允许在各自范围内上下浮动±5％。

b)、将步骤a中备好的各丙烯酸单体连同9/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀制得混合单体，将混合单体置入高位槽，当步骤a中反应釜内的溶剂混合液温度升至设定温度即120℃时，开始将混合单体匀速滴加入反应釜中，滴加时间为180左右分钟，然后保温1小时，其中9/10重量份是相对于步骤a中过氧化苯甲酰总量而言，高位槽实际上就是化工行业常用的具有一定液体容积的原料罐，其具有原料添加口及下料口，所述下料口设有控制阀以控制下料的速度；滴加时间按混合单体总量控制其下料速度以控制总的时间在180分钟左右，时间允许有一些偏差，对制得成品没有明显的影响；

c)、将步骤a中剩余1/5重量份的溶剂混合液及步骤b中剩余的1/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀，并置入高位槽中以便匀速滴加入前述反应釜中，滴加时间为控制在20分钟左右，然后保温2小时后降至常温出料制得硬性丙烯酸树脂，这里的保温温度为120℃；

2、制备软性丙烯酸树脂：

按对应的重量百分比备取下述各物质：

采用与制备硬性丙烯酸树脂步骤a、b、c相同的方法制取软性丙稀酸树脂，所不同的是本步骤中多了丙烯酸丁酯，其主要用于调整制得树脂侧链长度以增加其柔软性，各丙烯酸单体重量份比例允许在各自范围内上下浮动±5％。

3、以重量份为8∶2的比例将硬性丙稀酸树脂与软性丙稀酸树脂混合均匀制得混合丙烯酸树脂，这里所述的重量份比例允许根据产品的适用环境在5～8∶5～2范围内调整。

所制得的混合丙烯酸树脂其结构式为：

其中R＝H或CH3

4、将15％重量份的聚胺脂固化剂加入步骤3制得的混合胶液中并搅拌至其混合均匀，这里所述的聚胺脂固化剂采用公知市场上销售的三聚体聚胺脂3390固化剂，且固化剂的重量份15％是相对于混合胶液而言的，并且其重量份比例可以有上下3％的浮动。

5、加入由乙酸乙脂、乙酸丁脂、甲苯和环己酮混合而成的混合有机溶剂调整前述胶液的运动粘度为60～90秒(指运动粘度国家标准GB/T256-88按4号杯实验室测量方法测得)，所述各有机溶剂的比例随机混合，也可以由任意两种或多种混合而成，其都可以实现本发明的目的，然后将该胶液转移到涂布机的胶槽内涂布成膜即可制得定向反光膜表层材料，本步骤所使用的涂布机是树脂膜涂布用的胶辊涂布机，该涂布机在本技术领域系公知设备。

研究表明，丙烯酸树脂的耐候性好，主要来源于其主链分子结构全部是C-C键所组成，其分解能很高，因此具有很好的耐候性，聚合物的刚性即Tg可通过调节侧链基团的大小来进行调节，侧链基团越长，侧柔韧性越好，如CH3(甲基)由丁基代替后，Tg下降比较大，亦即柔韧性较好，树脂膜的柔韧性还受官能团的影响，主要采用的官能单体是丙烯酸羟丙酯(HPA)和丙烯酸(AA)，官能单体用量越大，则分子链上的交联点也越多，成膜后的刚性则增大，反之亦然。柔韧性的大小对反光膜的影响很大，脆性大则容易断裂，特别是对于高纬度地区，因此必须很好地控制成膜树脂的柔韧性。在前述制备过程中，对于赤道附近地区使用的定向反光膜，所使用的表层材料可以只采用硬性丙烯酸树脂直接制得，由于所制得的聚合物侧链基团较小，主要为甲基，刚性较大。反之对于使用于高纬度地区如吉林省或者俄罗斯等地区的场合，对树脂膜的柔韧性要求较高，此时就需要控制聚合物侧链基团尽量大一些，反应在制取软性丙烯酸树脂时对于含有丁基的物质用量可以多一些，在制取混合单体时，硬胶与软件的比例后者可以多一些。

在合成丙烯酸树脂时，出于对耐候性性能的要求，实施例主要选择带有甲基的丙烯酸酯类单体：如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，甲基丙烯酸丁酯(BMA)，其它不带甲基的单体有丙烯酸(AA)，丙烯酸羟丙酯(HPA)，含丙烯酸的特殊聚酯齐聚物单体(提供柔韧性和端羟基，基本结构为C＝C-COOR-OH)，这种丙烯酸聚酯单体对成膜后的弹性有重要的影响。

聚合原理：丙烯酸树脂的合成是采用热分解自由基溶液聚合工艺来合成的，单体聚合的基本原理如下：

(1)热分解：

(4)链终止：R·+R·→R-R

图四，热分解自由基聚合的基本机理

其中R，R’为H或CH3，X为羧基-COOH或酯(羟)基-COOR(0H)当然在聚合反应中也可能发生其它的反应，最常见的为链转移反应，其中向大分子链上的链转移反应称为支化反应，支化反应大的聚合物其粘度增大，溶解性变差，也容易产生细微的凝胶，使涂布工艺变得比较困难，因此在聚合反应工艺中应尽量避免此类反应的产生，主要是通过控制反应温度，滴料速度和反应过程中的搅拌速度来控制，另一个重要的影响因素就是热分解引发剂过氧化苯甲酰的用量，用量越大，产生自由基的数目就会越多，产生支化反应的机会就增大，因此，严格准确的控制引发剂的用量也是合成丙烯酸树脂的重要步骤。

在现有表层材料上色有两种方式，一种是在胶液涂布之前把颜料加进去并混合均匀，另一种是在制好的树酯膜上涂布颜料。

对于第一种方式来说，颜料的选择和树脂颜料浆的制备方法如下：

颜料的选择原则：颜料在反光膜中占有很重要的地位，颜色的色品必须符合标准要求的座标范围，还要具有很好的透明性、相容性等，颜料的选择主要遵循以下四个原则：

1、颜料要具有高的透明性：因为入射光线要穿过着色层达到玻璃微珠层后才进行反射，起到反光的作用，因此颜料具有高透明性是必备的条件之一；

2、颜料要具有很好的色相稳定性：也就是说颜料在使用过程中，不能受介质或热能的影响而变色，使反光膜的颜色始终在颜色要求的座标范围的之内。同时，颜料批次之间的稳定性和反光膜成品批次之间的稳定性要好，否则反光膜颜色的调制生产将会出现较大困难，因此颜色的稳定性也是很重要的条件之一；

3、颜料要具有很高的耐候性：因为反光膜的使用主要在户外，要经受严重的日晒雨淋的考验，还要经受气温变化的影响，因此环境的影响下，颜色的稳定性要求变化不明显，即使经过长时间的使用后，颜色的变化在规定的时间内也要达到标准的要求。在颜料的选择过程中，我们特别关注这一点，所选择的颜料的耐候性都是欧洲标准4-5级的最高要求之内，以确保产品达到或超过所要求的反光膜耐候指标；

4、颜料还要具有很好的兼容性：即是颜料要与合成树脂有好的相容性，形成颜色均一的调合色这一点在反光膜的生产中是经常遇到的，因为各个国家或客户对颜色要示不一定完全一致，而用单一颜色不能达到要求时，就需使用混合颜料的调色来满足用户的要求。

颜料浆的制备：要达到上面所要求的颜料透明度，颜色色相稳定性和兼容性等性能要求，颜料浆中颜料的细度和分散性就显得特别重要，颜料的细度不够，则涂膜的透明性变差，着色强度不够，所用的颜料量就会增大，成本亦会增大，同时颜料的相容性也会降低，也会造成成膜材料中颜色的不一致，颜料的分散性不好，则颜料在涂布过程中，容易引起絮凝和沉淀，造成产品的次品率增大，因此解决制备颜料浆中颜料的细度和分散性也就显得特别重要。

实施例中采取了以下方法来进行解决：首先选择一种或几种高分子类的分散剂，颜料的结构不同和酸碱度不同，所选择的高分子类的分散剂也有所区别，通过研磨确保颜料浆中颜料的细度都达到＜5Цm，同时各分散剂之间的混溶性要好，不应引起颜料的絮凝，为了达到这一目的，首先将颜料分散在含有分散剂的溶液中分散均匀后，放置1～2天，使颜料完全湿润后，再输入砂磨机中进行砂磨，直至颜料达到细度为止出料。在砂磨过程中另一个问题也应引起注意，那就是砂磨机械的硬度和砂磨介质的硬度及耐磨性都会对颜料浆的细度和颜色产生一定的影响，如砂磨介质选用锆珠或玻璃珠，就会产生较大的影响，各种颜色颜料浆的制备过程，基本一样，只是砂磨时间的长短会有所差别，每批次颜料浆之间的重复性相当重要，如若相差太大，则会影响每批次反光膜之间的颜色深浅，所以控制每批次颜料浆的细度和颜料的含量是一个重要的质检数据，以确保所生产反光膜产品的质量的一致性。

颜料浆的应用：颜料浆是含有高浓度颜料的浓缩浆，因为颜料的含量过高，它不可能直接应用在涂膜中，要根据涂膜中颜料的需求量，经过精确计算后，添加到树脂液中，混合均匀后再进行上机涂布成膜。可通过下列一个实例来介绍颜料浆的使用：

假设每种颜料浆中含颜料的量为15％(WT)，涂布中每平方米膜中颜料的含量为2.0g。红黄颜料比为8∶2，涂布时需膜的厚度为60Цm。树脂膜的比重为1.1g/cm3则需要涂布的树脂量按以下公式计算：

树脂涂布量W＝面积(CM2)×厚度CM×比重(克/CM3)一米宽的膜，每M2的涂布量为＝100cm×100cm×60×10-4cm×1.1(克/cm3)＝66克

则红颜料的浓度为WT％＝2×80％/66g＝2.42％

黄颜料的浓度为WT％＝2×20％/66g＝0.61％

如若涂布时树脂浓度为40％则100克涂由液中需添加颜料浆的数量为：

红颜料浆的用量＝40％×2.42％×100/0.15＝6.45克

黄颜料浆的用量＝40％×0.61％×100/0.15＝1.63克

从以上计算公式是可以知道，如果颜料的含量不变，而膜的厚度要增加的话，则相应颜料浆的浓度就需要减少，而不是一个恒定的值，因此，颜料浆的稳定性(细度和含量)对生产来讲是相当重要的。在稳定性好的时候，只要简单地重复已确定的配方和涂布量即可，而无须再微调颜色，在大规模生产时这一点特别重要。

树脂膜的制备：这一步是反光膜系列产品生产的重要步骤，树脂成膜的好坏直接影响整个反光膜的成品率，

根据定向反光膜系列产品的要求不同，因而所采用的树脂及颜料的要求也有一定的差异。

广告级反光膜，由于表面有一层聚酯薄膜作透明层，同时所要求的耐候级别为3年，因此对树脂和颜料的要求不是很严格，但颜料透明度直接影响产品的质量，而对树脂来讲，主要的性能是对PET膜的粘附性要好，不能在使用和粘贴过程使PET膜脱落，对于这一点，通过使用不同品种树脂的混合和添加附着促进树脂已很好地解决了这一问题。

工程级反光膜和车牌级反光膜的制备也是以PET膜作为载体而制备的，据了解在国外有些厂家是以薄型铝或钢板为载体来制备透胆膜层的。前面已讲过在制备透明膜层时，涂膜的柔韧性和刚性的综合调节是其重点。而对于车牌级反光膜，透明涂层的柔韧性则显得特别重要。

另外，要求产品表面张力较高，对各种反光膜用油墨的附着力很好，可在上面印刷各种符号而不会脱落。

制品性能的检测：工程级和车牌级产品送交通部交通工程监理检测中心按JT/T279-1995《公路交通标志板技术条件》对产品的物理化性能进行检测，制品的各种性能和指标都通过了要求，主要性能如下：

人工加速耐候性试验，照射时间1200h，各种颜色经照射后的变化，都在颜色座标之内，符合要求。

盐雾试验，试样在盐雾定向中连续暴露5个周期(每个周期22个小时，每2个周期恢复1-2h)。反光膜不变色并没有被腐蚀的痕迹，符合标准要求。

冲击试验：0.45公斤25cm处落下，符合标准。

弯曲试验：3.2mm，符合要求。

耐溶剂试验：在煤油、松节油中浸泡10分钟，在甲苯、二甲苯、甲醇中浸泡1分钟，反光膜表面没有出现软化、起皱纹、起泡、开裂、溶解等现象，合格。

耐高温性能：70℃、24h高温试验后，反应膜无裂痕、剥落、碎裂或翘曲的痕迹。在短时间内可耐125-130℃温度(3-5分钟)，这对高温粘贴提供了条件。

耐低温性能：-40℃经72h低温试验后，反光膜没有裂缝、剥落、碎裂或翘曲的现象。

检验报告表明，产品性能符合JT/T279-1995《公路交通标志板技术条件》四级反光膜的标准，因此可以大力推广使用。

Claims (3)

1.一种定向反光膜表层材料制备方法，其特征在于包括下述步骤：

a)、将下述各组分分别按对应的重量份百分比备好，将其中的二甲苯及醋酸丁酯混合制得溶剂混合液，取4/5重量份的该溶剂混合液置于反应釜中，并将反应釜中的溶剂混合液加热至120±5℃并不断搅拌；

b)、将步骤a中备好的各丙烯酸单体连同9/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀制得混合单体，将混合单体置入高位槽，当步骤a中反应釜内的溶剂混合液温度升至120±5℃时，开始将混合单体匀速滴加入反应釜中，滴加时间为180±20分钟，然后保温1小时；

c)、将步骤a中剩余1/5重量份的溶剂混合液及步骤b中剩余的1/10重量份的过氧化苯甲酰混合均匀置入高位槽，并匀速滴加入前述反应釜中，滴加时间为20±5分钟，然后保温2小时后降至常温出料制得硬性丙烯酸树脂；

d)、将15±3％重量份的聚胺脂固化剂加入步骤c制得的胶液中并搅拌至其混合均匀；

e)、加入混合有机溶剂调整前述胶液的运动粘度为60～90秒，然后将该胶液转移到涂布机的胶槽内经涂布机涂布成膜即可制得定向反光膜表层材料。

2.根据权利要求1所述的定向反光膜表层材料制备方法，其特征在于：所述步骤d之前包括下述步骤：按对应的重量百份比备好下述各物质，

采用与前述步骤a、b、c相同的方法制取软性丙稀酸树脂，然后以重量份为5～8∶5～2的比例将硬性丙稀酸树脂与软性丙稀酸树脂混合均匀，再以与前述步骤d、e相同的步骤制得定向反光膜表层材料。

3.根据权利要求1或2所述的定向反光膜表层材料制备方法，其特征在于：所述混合有机溶剂由乙酸乙脂、乙酸丁脂、甲苯或环己酮中的任意两种或多种溶剂依任意重量份比例混合制得。