CN101973149A - 一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法 - Google Patents

Abstract

一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，该方法中，所述膜由基膜层以及基膜层上涂敷的硬化层组成，所述硬化层的厚度d_j按如下关系式确定：

式中：d_j表示硬化层的厚度，n_j为硬化层的折射率，n_j+1为基膜层的折射率，λ表示入射光的波长，λ的数值取550nm，i表示光的入射角，i的数值取30°，k为自然数。本发明通过控制硬涂层厚度，来控制硬涂层上下两界面反射光的光程差，使从硬化层表面反射出的光线相互干涉而相消，有效降低彩虹纹，提高可视性，同时使硬化膜满足耐拉伸性能的要求。

Description

一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法

技术领域

本发明涉及一种模内装饰(IMD)方法，特别是一种减少透明硬化膜彩虹纹的方法。

背景技术

模内装饰(IMD)是指产品在膜具内射出成型时，其产品表面同时形成具有装饰图案的工艺技术，其一般是预先形成一具有装饰图案的薄膜，然后对该有装饰图案的薄膜进行热压成型以形成预定的形状，将该薄膜进行裁切后再置于射出成型膜具的膜穴内，最好将熔融材料注入膜穴内，薄膜与熔融材料相结合并形成具有装饰图案的产品。采用模内装饰所制得的产品，其外观较射出成型后再采用涂装而形成图案的产品具有更强的实体感，并且，图案不存在褪色、脱落等不良现象发生，其广泛用于制造各类产品的外壳。

IMD是目前国际风行的表面装饰技术，主要应用于家电产品的表面装饰及功能性面板，常用在手机视窗镜片及外壳、洗衣机控制面板、冰箱控制面板、空调控制面板、汽车仪表盘、电饭煲控制面板多种领域的面板、标志等外观件上。

由于薄膜材料的表面硬度低，而且耐摩擦性也不足，通过和其它固体物质的接触、摩擦、划擦使其表面受损，影响其经济价值。因此已知的是，聚酯薄膜形成基材时在其上设置耐划伤和耐摩擦性能优良的硬涂层。

由于薄膜基材的折射率和其上的硬涂层折射率的不同，造成硬涂层上下两界面的反射光存在光程差，引起光的干涉而在人的目视性方面产生问题，也就是说从某个角度看会产生耀眼的彩虹纹，用于模内装饰材料上严重影响表观，视忍性很差，使人产生厌恶情绪。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，所述膜由基膜层以及基膜层上涂敷的硬化层组成，所述硬化层的厚度d_j按如下关系式确定：

$\mathrm{dj}=\frac{(2k+1)l}{4\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}}$

式中：d_j表示硬化层的厚度，n_j为硬化层的折射率，n_j+1为基膜层的折射率，λ表示入射光的波长，λ的数值取550nm，i表示光的入射角，i的数值取30°，k为自然数。

上述方法中，所述硬涂层的组分按重量份计为：

紫外光固化树脂                            20～30份；

光引发剂                                  1.0～3.0份；

流平剂                                    0.05～2份；

溶剂                                      65～80份；

所述流平剂为有机硅氧烷或有机硅改性的丙烯酸流平剂，所述溶剂为高沸点溶剂、中沸点溶剂和低沸点溶剂组成的混合溶剂，高沸点溶剂占混合溶剂的19.6～21.2％，中沸点溶剂占混合溶剂的48.7～53.0％，低沸点溶剂占混合溶剂的25.8～31.7％。

上述方法中，所述硬化层的折射率n_j的数值选择1.45～1.58。

上述方法中，k为9到14的自然数。

上述方法中，硬化层的厚度为2～3μm。

上述方法中，所述高沸点溶剂为丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯或己二酸二甲酯；中沸点溶剂为甲基异丁基酮、丁酮或二异丁基甲酮；低沸点溶剂为乙醇、异丙醇，甲苯或二甲苯。

与现有技术相比，本发明采取通过控制硬涂层厚度的方法，来控制硬涂层上下两界面反射光的光程差，使从硬化层表面反射出的光线(人眼最敏感的波长550nm的光)相互干涉而相消，有效降低彩虹纹，提高可视性，同时使所得硬化膜满足耐拉伸性能的要求。

具体实施方式

IML用硬化膜一般具有以下结构：基膜层以及基膜层上涂敷的硬化层。入射光线经硬化层的上下两界面的反射形成反射光，由于基膜层的折射率和其上的硬涂层折射率的差异造成硬涂层上下两界面的反射光存在光程差，光程差可以用下式表达：

$d_j=2d_j\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}=\mathrm{kl}$ 式(Ⅰ)

$d_j=2d_j\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}+\frac{l}{2}=\mathrm{kl}$ 式(Ⅱ)

$d_j=2d_j\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}=(2k+1)l/2$ 式(Ⅲ)

$d_j=2d_j\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}+\frac{l}{2}=(2k+1)l/2$ 式(Ⅳ)

式中：j表示硬化层的序号，d_j表示硬化层的厚度，n_j，n_j-1，n_j+1分别为硬化层、空气层、基膜层的折射率，λ表示入射光的波长，i表示光的入射角，k为9到14的自然数。

当min(n_{j_1}，n_j+1)＜n_j＜max(n_{j_1}，n_j+1)时，第j层的光程差满足式(Ⅰ)或式(Ⅲ)；

当n_j＜min(n_{j_1}，n_j+1)或n_j＞max(n_{j_1}，n_j+1)时，第j层的光程差满足式(Ⅱ)或式(Ⅳ)。

由上述公式可以看出，光程差与硬涂层的厚度、硬涂层的折射率、基膜层的折射率和入射光的波长有关。对于本发明来说，硬化膜的基膜优选聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其折射率n_j+1＝1.64，由于人眼对550nm波长的光最敏感，所以取λ为550nm，人的观看视角一般为30°，所以，本发明的硬化膜的光程差与硬涂层的厚度和折射率有关。

为了控制光程差，有效减少彩虹纹，本发明中的硬化层的厚度d_j按如下关系式确定：

$\mathrm{dj}=\frac{(2k+1)l}{4\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}}$

式中：d_j表示硬化层的厚度，n_j为硬化层的折射率，n_j+1为基膜层的折射率，λ表示入射光的波长，λ的数值取550nm，i表示光的入射角，i的数值取30°，k为自然数。

硬化层的折射率n_j与硬涂层的配方有关，只要硬涂层的配方确定了，n_j也就确定了。本发明中硬涂层的组分按重量份计为：

紫外光固化树脂                            20～30份；

光引发剂                                  1.0～3.0份；

流平剂                                    0.05～2份；

溶剂                                      65～80份；

采取上述配方形成的硬化层的折射率n_j为1.45～1.58。

由于模内装饰(IMD)产品在成型时须经过冲压、成型、注塑等过程，它对薄膜的性能要求不同于平板显示领域，它除了耐磨和硬度性能要求外，还要求薄膜具备优异的拉伸成型性能(柔韧性)，避免成型过程出现开裂问题。这就需要解决膜的柔韧性和表面硬度这一对相互矛盾。对于模内装饰领域来说，涂层太薄耐磨性能差，太厚涂层太脆，一系列间隔厚度的Δd不好控制，根据模内装饰所需硬化层的耐磨和柔韧性的平衡，硬涂层的厚度优选控制在为2～3μm左右。

硬涂层的平整性也影响彩虹纹的产生，如果硬涂层的平整性不好，即涂层厚度的公差太大，其降低彩虹纹的效果不明显，本发明中的硬涂层的厚度公差控制在±0.01μm。

为了控制好厚度公差，首先，要选择流平效果好的流平剂，使涂层更好的流平，从而使膜厚更均一，本发明配方中的流平剂选自有机硅氧烷或有机硅改性的丙烯酸流平剂，其次，要控制干燥过程中溶剂的挥发梯度，使涂层在干燥过程中更好的流平，成膜后厚度均一，为此，本发明配方中的溶剂采用高沸点溶剂、中沸点溶剂和低沸点溶剂组成的混合溶剂，高沸点溶剂选自丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯或己二酸二甲酯；中沸点溶剂选自甲基异丁基酮、丁酮或二异丁基甲酮；低沸点溶剂选自乙醇、异丙醇，甲苯或二甲苯，高沸点溶剂、中沸点溶剂和低沸点溶剂之间的比例为高沸点溶剂占混合溶剂的19.6～21.2％，中沸点溶剂占混合溶剂的48.7～53.0％，低沸点溶剂占混合溶剂的25.8～31.7％。

硬化层配方中的紫外光固化树脂和光引发剂采用公知的物质，紫外光固化树脂如：长兴化学有限公司生产的双季戊四醇六丙烯酸树EM265、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物6158B、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯单体EM-2411等，上海俊彩化工有限公司生产的CN104等。光引发剂如184、1173等。

下面结合具体实施例对本发明详细说明，但本发明并不限于此。

实施例1(此配方的折射率n_j为1.45)

EM265                          13.0份

6158B                          7.0份

184                            1.0份

BYK 377                        2.0份

甲基异丁基酮                   38.7份

丁二酸二甲酯                   15.0份

异丙醇                         23.3份

向13.0重量份双季戊四醇六丙烯酸树脂EM265[长兴化学有限公司制造]和7.0重量份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯预聚物6158B[长兴化学有限公司制造]中，添加2.0重量份具有聚二甲基硅氧烷骨架结构的流平剂BYK 377[由毕克化学制造]和1.0重量份光引发剂184[由天津天骄化工有限公司制造]，用38.7重量份的甲基异丁基酮、15.5重量份的丁二酸二甲酯、23.3重量份的异丙醇组成的混合溶剂稀释，搅拌均匀，得到涂布液。

将涂布液用条缝涂布方式涂覆到厚度为125微米光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜[中国乐凯胶片集团公司制造]的一个面上。在70-90℃对形成的涂层干燥2min之后，以250mJ/cm²的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬涂层，固化透明硬涂层的厚度为2.19微米。所得硬化膜彩虹纹满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

实施例2(此配方的折射率n_j为1.48)

EM-2411                        25.7份

Levaslip 432                   0.05份

184                            3.0份

丁酮                           37.3份

戊二酸二甲酯                   15.0份

乙醇                           19.0份

向25.7重量份乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯单体EM-2411[长兴化学工业股份有限公司制造]中添加0.05重量份具有聚二甲基硅氧烷骨架结构的流平剂Levaslip 432[德谦(上海)化学有限公司制造]和3.0重量份光引发剂184[由天津天骄化工有限公司制造]，用37.3重量份的丁酮、15.0重量份的戊二酸二甲酯、19.0重量份的乙醇组成的混合溶剂稀释，搅拌均匀，得到涂布液。

将制得的涂布液用条缝涂布方式涂覆到厚度为125微米光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜[中国乐凯胶片集团公司制造]的一个面上。在70-90℃对形成的涂层干燥2min之后，以250mJ/cm²的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬涂层，固化透明硬涂层的厚度为2.35微米。所得硬化膜彩虹纹满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

实施例3(此配方的折射率n_j为1.58)

CN104                          30.0份

Levaslip 410                   2.0份

1173                           1.0份

丁酮                           35.5份

己二酸二甲酯                   14.2份

乙醇                           17.3份

向30.0重量份的CN104[上海俊彩化工有限公司制造]中添加2.0重量份具有聚二甲基硅氧烷骨架结构的流平剂Levaslip 410[德谦(上海)化学有限公司制造]和1.0重量份光引发剂1173[由天津天骄化工有限公司制造]，用35.5重量份的丁酮、14.2重量份的己二酸二甲酯、17.3重量份的乙醇组成的混合溶剂稀释，搅拌均匀，得到涂布液。

将制得的涂布液用条缝涂布方式涂覆到厚度为125微米光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜[中国乐凯胶片集团公司制造]的一个面上。在70-90℃对形成的涂层干燥2min之后，以250mJ/cm²的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬涂层，固化透明硬涂层的厚度为2.96微米。所得硬化膜彩虹纹满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

实施例4(此配方的折射率n_j为1.48)

EM-2411                        21.0份

Levaslip 432                   1.0份

184                            2.0份

丁酮                           37.3份

戊二酸二甲酯                   15.0份

乙醇                           24.3份

向21.0重量份乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯单体EM-2411[长兴化学工业股份有限公司制造]中添加1.0重量份具有聚二甲基硅氧烷骨架结构的流平剂Levaslip 432[德谦(上海)化学有限公司制造]和2.0重量份光引发剂184[由天津天骄化工有限公司制造]，用37.3重量份的丁酮、15.0重量份的戊二酸二甲酯、24.3重量份的乙醇组成的混合溶剂稀释，搅拌均匀，得到涂布液。

将制得的涂布液用条缝涂布方式涂覆到厚度为125微米光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜[中国乐凯胶片集团公司制造]的一个面上。在70-90℃对形成的涂层干燥2分钟之后，以250mJ/cm²的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬涂层，固化透明硬涂层的厚度公差为2.80微米，所得硬化膜表观彩虹纹满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

对比例1(此配方的折射率为1.45)

EM265                          11.9份

6158B                          6.0份

184                            2.5份

CFC-46                         2.0份

丁酮                           38.7份

甲基异丁基酮                   15.5份

异丙醇                         23.3份

用与实施例1相同的步骤制备硬化膜，所不同的是添加2.0重量份的丙烯酸酯类流平剂[由金团贸易有限公司代理；商品名：CFC-46]代替BYK-377。没有使用高沸点溶剂丁二酸二甲酯，改为甲基异丁基酮。

通过控制条缝涂布工艺将涂布液涂覆到厚度为125微米光学级的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜[中国乐凯胶片集团公司制造]的一个面上。在70-90℃对形成的涂层干燥2min之后，以250mJ/cm²的光量，通过紫外线照射对干燥的涂层进行固化，并形成透明硬涂层，固化透明硬涂层的厚度为2.19±0.05微米。所得硬化膜彩虹纹不满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

对比例2(此配方的折射率为1.48)

EM-2411                        21.0份

Levaslip 432                   1.0份

184                            2.0份

丁酮                           37.3份

戊二酸二甲酯                   15.0份

乙醇                           24.3份

用与实施例1相同的步骤制备硬化膜，所得透明硬涂层的厚度为3.47微米。所得硬化膜彩虹纹满足要求，但耐拉伸性能不满足要求，所获得的硬化膜的评估结果列于表1中。

表1：各实施例和对比例测试结果

表中：

(1)硬涂层折射率的测试：

采用carl zeiss jena公司生产的型号为202387的阿贝折光仪测试。

(2)厚度d_j

采用巨力科技有限公司生产的型号为PHE的椭偏仪测试。

(3)彩虹纹的判定

在3波长白炽灯的直下30cm放置后人眼以30°角观察彩虹纹。

(4)铅笔硬度测试

根据标准GB/T6739-1996测试。

(5)涂层附着力测试方法

硬涂膜的硬化层表面用切割器切成100个断面线，其中每个断面线的尺寸是1mm×1mm，随后以2.0Kg力将3M-610型专业测试胶带(3M公司)粘附到划格透明硬涂层表面上。3min后以180°角将3M胶带从该表面剥离。涂层附着力根据数出留在基材上的硬化层的断面线的数目进行评估，计为“m/100”。

(6)耐磨性试验方法

透明硬涂层的表面用#0000号钢丝绒球进行往复摩擦，其负重为100g/cm²，摩擦距离为5-6cm。观察被摩擦过硬化膜表面的划伤状况进行评估，以不出现细划伤的最高摩擦次数进行计量评估。

(7)拉伸成形性测试方法

将不同硬化膜样片按照7-8mm高度和90°角进行成型拉伸，观察拉伸后不同弯曲面下硬化面是否有裂纹、开裂及涂层脱落弊病，并根据以下标准进行评估：

未见裂纹、开裂及涂层脱落                    计为“◎”

仅出现极轻微的裂纹                          计为“○”

出现严重裂纹                                计为“×”

Claims (5)

1.一种减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，所述膜由基膜层以及基膜层上涂敷的硬化层组成，所述硬化层的厚度d_j按如下关系式确定：

$\mathrm{dj}=\frac{(2k+1)l}{4\sqrt{n_j^2\_n_{j+1}^2{\sin }^{2}i}}$

式中：d_j表示硬化层的厚度，n_j为硬化层的折射率，n_j+1为基膜层的折射率，λ表示入射光的波长，λ的数值取550nm，i表示光的入射角，i的数值取30°，k为自然数，取值为9到14的自然数。

2.根据权利要求1所述减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，所述硬涂层的组分按重量份计为：

紫外光固化树脂                    20～30份；

光引发剂                          1.0～3.0份；

流平剂                            0.05～2份；

溶剂                              65～80份；

所述流平剂为有机硅氧烷或有机硅改性的丙烯酸流平剂，所述溶剂为高沸点溶剂、中沸点溶剂和低沸点溶剂组成的混合溶剂，高沸点溶剂占混合溶剂的19.6～21.2％，中沸点溶剂占混合溶剂的48.7～53.0％，低沸点溶剂占混合溶剂的25.8～31.7％。

3.根据权利要求2所述减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，所述硬化层的折射率n_j的数值选择1.45～1.58。

4.根据权利要求3所述减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，硬化层的厚度为2～3μm。

5.根据权利要求2所述减少模内装饰用透明硬化膜彩虹纹的方法，其特征在于，所述高沸点溶剂为丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯或己二酸二甲酯；所述中沸点溶剂为甲基异丁基酮、丁酮或二异丁基甲酮；所述低沸点溶剂为乙醇、异丙醇，甲苯或二甲苯。