CN107245299A - 一种水性光扩散涂料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水性光扩散涂料，所述水性光扩散涂料包括以下原料组分及重量份：水性有机树脂25‑40份；水性涂料助剂5‑10份；有机硅弹性体光扩散粒子30‑50份；稀释剂20‑40份。本发明公开的水性光扩散涂料是以水性有机树脂为基础，以水为介质配制的涂料，具有光学效果好，不燃烧、不污染环境、安全等优点，同时涂层柔韧性好，不易产生龟裂等涂层缺陷。

Description

一种水性光扩散涂料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种涂料，特别是涉及一种水性光扩散涂料。

背景技术

光扩散涂层主要由胶层以及胶层中添加的光扩散粒子组成，由于光扩散粒子与胶层的折射率不同，导致光线穿过不同折射率物质界面时发生偏转，进而产生折射、散射、反射、衍射等一系列光学现象并组合而成光扩散性，使不均匀的点光源转化成均匀的面光源。其在LED照明、平板显示、激光、成像等系统中有重要的应用，被广泛使用在液晶电视、液晶显示器、平板电脑、笔记本电脑、手机、灯具、室内灯源以及广告灯箱等上。使用光扩散涂层可以将刺眼、炫目的点光源转换成均匀明亮的面光源，进而起到匀光效果。

但目前市场上使用的光扩散涂料大都是以甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁脂等有机溶剂配置而成的溶剂型涂料，其中有机溶剂含量高，挥发量大，伤害人体并且严重污染环境；由于是易燃、易爆物品，在生产和运输过程中有很大的安全隐患。因此，水性涂料越来越受到市场的青睐。而目前市场上所谓的水性光扩散涂料却大多使用乙醇等做辅助剂、以二丙二醇、乙二醇、醇酯十二、醇酯十六、乙二醇丁醚醋酸酯等作为成膜助剂，或其它易挥发的有机物作为稀释剂，这使现有的水性涂料存在VOC过高的问题，难以成为真正的环保涂料，并且同样存在安全隐患；而且目前的水性光扩散涂料对眩光的问题并未有很好的解决，光扩散涂层容易脆裂，光透过率低，生产工艺较为复杂，所使用的原材料种类繁多，产品性能的稳定性难以保证。

发明专利《一种水性光扩散涂料及其制备方法》申请号201510018463.5全部使用钛白粉、硫酸钡、立德粉、滑石粉等无机颜料与丙烯酸乳液配合制备水性光扩散涂料，虽然涂层有很好的光扩散性，但由于无机粒子的透明性很差，扩散性大多基于光线的反射而成，导致透光率不足，最高透光率只能达到94％左右，并且由于这些无机粒子质地坚硬，加入到丙烯酸乳液中在涂层固化时极易产生龟裂等涂层缺陷，只能被迫加入丙二醇、乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、醇酯十二等有机成膜助剂辅助才可以得到完整涂层，而这些有机助剂的加入使VOC含量增大。

发明专利《一种水性微珠光扩散涂料及其制备方法》申请号201510953975.0使用钛白粉、硫酸钡、立德粉、滑石粉等无机颜料与有机硅树脂类粒子、交联苯乙烯类粒子、交联丙烯酸类粒子等有机光扩散粒子混合使用制作光扩散涂料，但配方中也是添加了丙二醇、乙二醇、醇酯十二、乙二醇丁醚醋酸酯等做成膜助剂，并且配方中还另外添加了5-15份由丁酮、甲苯和环己酮组成的稀释剂，更加增多了VOC含量。

发明专利《一种环保的水性光扩散涂料、其制备方法及应用》申请号201610145162.3，完全采用了有机光扩散粒子，但所使用的有机硅光扩散剂是一种以硅氧键连接，三维立体结构的聚合物微球，显然属于有机硅树脂硬球性质，不具备弹性，而且折射率在1.45左右，而另外的PMMA光扩散粒粒子的折射率是1.49，玻璃微珠的折射率是1.50，由于所采用的水性聚氨酯树脂(1.4455)、水性丙烯酸树脂(1.48)、水性VAE树脂(1.467)和水性环氧树脂(1.45-1.48)等固化后折射率都在1.45-1.48之间，与有机光扩散粒子1.45-1.50的折射率之差很小,光线穿过后产生的偏转较少，难以产生高扩散性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水性光扩散涂料，用于解决现有技术中光扩散图层不环保、有污染、透光率低以及扩散性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供一种水性光扩散涂料，包括以下原料组分及重量份：

优选地，所述稀释剂为水。

优选地，所述水性有机树脂为选自水性聚氨酯树脂、水性聚酯树脂、水性氟碳树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性VAE树脂、水性UV固化树脂和水性环氧树脂中的一种或多种。

优选地，水性丙烯酸树脂选自水性丙烯酸水分散体、纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、醋叔乳液、聚氨酯改性丙烯酸乳液、羟基丙烯酸乳液中的一种或多种。

更优选地，考虑到成本、易获得性、耐黄变性、耐老化性等具体要求，本发明优先选择水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性VAE树脂中的一种或几种水性有机树脂。

优选地，所述水性涂料助剂包括以下原料组分及重量份：

消泡剂 0.1-3份

润湿剂 0.1-3份

增稠剂 0.5-5份。

优选地，所述消泡剂为硅油乳液、硅油乳液和疏水粒子的混合物、改性多元醇、矿物油、矿物油和腊的混合物、矿物油与疏水粒子的混合物、磷酸三丁脂、聚醚改性硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或多种。更优选地，所述消泡剂选自BYK公司。具体地，型号为BYK-024。

优选地，所述增稠剂为气相二氧化硅、有机膨润土、非缔合型的纤维素醚、碱溶性丙烯酸乳液、缔合型的疏水改性碱溶性丙烯酸乳液、疏水改性纤维素醚、非离子型聚氨酯的一种或多种。更优选地，所述增稠剂选自陶氏化学公司。更为具体地，所述增稠剂的型号为陶氏化学RM-2020NPR、陶氏化学RM-12W。

优选地，所述润湿剂为聚醚改性有机硅，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂，炔醇、磺酸盐、大豆卵磷脂的一种或多种。更优选地，所述润湿剂选自道康宁公司、BYK公司、迈图公司。更为具体地，所述润湿剂的型号为道康宁Q2-5211、BYK-307、迈图L-77。

若润湿剂种类为多种时以任意比例混合。

有机硅光扩散粒子包括有机硅树脂光扩散粒子(无弹性、硬微米球)和有机硅弹性体光扩散粒子(有弹性)。有机硅弹性体光扩散粒子属于有机类的光扩散剂，是一种以聚硅氧烷链为主，并且在链之间以碳-碳(-CH2-CH2-)链加以交联的体形结构，调整交联密度可以获得邵氏A硬度在20-90之间的不同弹性。优选地，所述有机硅弹性体光扩散粒子为含有极性基团的有机硅弹性体光扩散粒子和表面包覆硅树脂层并且硅树脂层含有羟基的有机硅弹性体光扩散粒子中的一种或两种。更优选地，所述极性基团选自甲基丙烯酰氧基和环氧基中的一种或多种。表面含有的极性基团使其与丙烯酸、聚氨酯等有机树脂有更好的相容性，更由于其具有弹性，在水性有机树脂固化过程中可以产生微变形，有效释放内应力，使涂层在不添加成膜助剂的前提下成膜顺利，无开裂产生。

优选地，所述有机硅弹性体光扩散粒子的折射率为1.40～1.42。低折射率使其与水性有机树脂1.45～1.48的折射率之间产生较大的差异，光线穿过时产生更大的偏转，因而提供优异的扩散性；并且所涂布光扩散膜、板上的富有弹性的粒子突起大大减少了对临近膜、片材的顶、压伤害。

优选地，所述有机硅弹性体光扩散粒子的比重为0.9～1.1g/cm3。接近1.0的比重十分接近水的比重，因而在水中稳定，不易产生上浮和沉降。

有机硅弹性体(硅橡胶)光扩散粒子具有超高的透光率，并可与周边成膜树脂固化后产生较大的折射率之差，形成显著的折射，并将所发生的衍射、绕射、反射、散射的入射光线进行有效组合以将其尽可能地扩散，形成照射面的光线均匀，辉度增加，消除了光源光点问题。使用本发明可以将点光源转换成面光源，使光线形成漫反射来达到匀光的效果。

优选地，所述水性光扩散涂料包括以下重量份的组分：水性丙烯酸树脂30份；助剂1.7份；有机硅弹性体光扩散粒子40份；水28.5份。

优选地，所述光扩散涂料包括以下重量份的组分：水性聚氨酯树脂30份；助剂1.5份；有机硅弹性体光扩散粒子30份；水38.5份。

优选地，所述光扩散涂料包括以下重量份的组分：水性环氧树脂23份；助剂1.6份；有机硅弹性体光扩散粒子35份；水40份。

优选地，所述光扩散涂料包括以下重量份的组分：水性VAE树脂30份；水性涂料用助剂2.0份；有机硅弹性体光扩散粒子35份；水33.0份。

本发明还公开了如上述所述水性光扩散涂料的制备方法，所述制备方法为将各原料组分混合均匀。本申请中方法由于原料之间的相容性好，分散稳定性好，减少了长时间研磨、高速分散等工序，大大简化了工艺。

更为具体地，所述制备方法包括以下步骤：

1)将有机硅弹性体光扩散粒子在水性有机树脂和稀释剂的混合物中分散均匀；

2)加入水性涂料助剂分散均匀。

分散均匀的方式可以为搅拌分散或现有技术中其他分散方式。

一种涂覆有上述水性光扩散涂料的光学膜材或板材。

所述水性光扩散涂料在光学制品上的用途。所述光学制品包括由塑料或玻璃材料形成的产品上。所述塑料或玻璃材料形成的产品包括板材、膜材、管材。具体如塑料膜材、塑料板材、玻璃板材、玻璃管、玻璃球泡等光学器件。

上述公开的水性光扩散涂料是以水性成膜树脂为基础，以水为介质配制的涂料，具有光学效果好，不燃烧、不污染环境、安全等优点，同时涂层柔韧性好，不易产生龟裂等涂层缺陷。

本发明的有益效果：本发明通过选用具有高透光率、表面接有甲基丙烯酰氧基、环氧基、羟基等极性基团的有机硅弹性体光扩散粒子加入到水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或几种混合物中制作水性光扩散涂料，利用此种光扩散粒子与上述有机树脂的显著折射率差异而产生优异的光扩散性的同时保持较高的透光率。此外，有机硅弹性体光扩散粒子的比重与水的比重接近，十分有利于水性涂料的储存稳定性；而其所具有的弹性可以显著减少涂层的开裂，使涂料配方中不必采用成膜助剂，降低VOC含量，并减少所涂布光扩散膜、板上的光扩散粒子固化突起对临近膜、片的顶、压损伤。有机硅弹性体光扩散粒子的采用大幅提升了水性光扩散涂料的透光性和光扩散效果，实现光源的均匀发光，消除点光源发光的眩光问题；采用环保水性体系，避免了溶剂体系对环境的污染，大大降低了VOC的排放量，提高了本发明的安全性；本发明工艺简单，操作方便，便于生产和使用。

附图说明

图1显示为实施例1中涂料与市售光扩散涂料涂布后的光扩散膜在相同的实验条件下对相接触的棱镜膜毁伤程度照片对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

各种原料和试剂均购自商业供应商，未经进一步纯化，除非另有说明。易受潮的原料和试剂均存放于全密封瓶中，并直接使用，均未经过特殊处理。

实施例1

一种环保的水性光扩散涂料，包括以下重量份的组分：水性丙烯酸树脂30份；助剂1.7份：具体包括润湿剂0.4份、消泡剂0.3份和增稠剂1.0份；有机硅弹性体光扩散粒子40份；水28.5份。

制备上述环保的水性光扩散涂料的方法，包括以下步骤：

1)按上述重量份称取各组分，先将有机硅弹性体光扩散粒子(牌号：30-424，美国道康宁公司产品，平均粒径2.0微米，接有甲基丙烯酰氧基团)加入到水性丙烯酸树脂(陶氏化学，PRIMAL^TM SF-266)与水的混合物中，以200-400转/分钟的转速搅拌1小时，将有机硅弹性体光扩散粒子在水性丙烯酸与水的混合物中分散均匀；

2)持续搅拌，以10分钟的间隔依次将润湿剂(道康宁Q2-5211)、消泡剂(BYK-024)、增稠剂(陶氏化学RM-2020NPR)加入到上述混合物中后，继续以200-400转/分钟的转速搅拌1小时即得环保的水性光扩散涂料。

实施例2

一种环保的水性光扩散涂料，包括以下重量份的组分：水性聚氨酯树脂30份；助剂1.5份,具体包括润湿剂0.15份、消泡剂0.35份和增稠剂1.0份；有机硅弹性体光扩散粒子30份；水38.5份。

制备上述环保的水性光扩散涂料的方法，包括以下步骤：

1)按上述重量份称取各组分，先将有机硅弹性体光扩散粒子(牌号：EP-2601，美国道康宁公司产品，平均粒径2.0微米，接有环氧基团)加入到水性聚氨酯树脂(科思创，U 42)与水的混合物中，以200-400转/分钟的转速搅拌1小时，将有机硅弹性体光扩散粒子在水性聚氨酯与水的混合物中分散均匀。

2)持续搅拌，以10分钟的间隔依次将润湿剂(BYK-307)、消泡剂(BYK-024)、增稠剂(陶氏化学RM-12W)加入到上述混合物中后，继续以200-400转/分钟的转速搅拌1小时即得环保的水性光扩散涂料。

实施例3

本实施例公开了一种环保的水性光扩散涂料，包括以下重量份的组分：水性环氧树脂23份；水性涂料用助剂1.6份,具体包括润湿剂0.30份、消泡剂0.30份和增稠剂1.00份；有机硅弹性体光扩散粒子35份；水40份。

制备上述环保的水性光扩散涂料的方法，包括以下步骤：

1)按上述重量份称取各组分，先将有机硅弹性体光扩散粒子(牌号：X-52-1139，日本信越公司产品，平均粒径2.0微米，有机硅弹性体微米粒子表面包覆有机硅树脂并有残余羟基)加入到水性环氧树脂(美国迈图，Hexion EP6530/EK6870)与水的混合物中，以200-400转/分钟的转速搅拌1小时，将有机硅弹性体光扩散粒子在水性聚氨酯与水的混合物中分散均匀。

2)持续搅拌，以10分钟的间隔依次将润湿剂(BYK-307)、消泡剂(BYK-024)、增稠剂(陶氏化学RM-12W)加入到上述混合物中后，继续以200-400转/分钟的转速搅拌1小时即得环保的水性光扩散涂料。

实施例4

一种环保的水性光扩散涂料，包括以下重量份的组分：水性VAE树脂30份；水性涂料用助剂2.0份；具体包括润湿剂0.20份、消泡剂0.50份和增稠剂1.30份；有机硅弹性体光扩散粒子33份；水35.0份。

制备上述环保的水性光扩散涂料的方法，包括以下步骤：

1)按上述重量份称取各组分，先将有机硅弹性体光扩散粒子(牌号：EP-2720，美国道康宁公司产品，平均粒径2.0微米，接有甲基丙烯酰氧基基团)加入到水性VAE树脂(德国瓦克公司EP 3360ULS)与水的混合物中，以200-400转/分钟的转速搅拌1小时，将有机硅弹性体光扩散粒子在水性VAE树脂与水的混合物中分散均匀。

2)持续搅拌，以10分钟的间隔依次将润湿剂(迈图L-77)、消泡剂(BYK-024)、增稠剂(陶氏化学RM-12W)加入到上述混合物中后，继续以200-400转/分钟的转速搅拌1小时即得环保的水性光扩散涂料。

本发明的使用方法：

1)吸涂：主要应用于直管型玻璃管，采用负压吸取涂料，浸润玻管，然后流干或热风吹干。

2)淋涂：主要应用于直管型玻璃管，采用上端浇入涂料，浸润玻管，然后热风自上而下吹干。

3)喷涂：可以用于板材也可以用于泡壳涂覆，目前泡壳涂覆普遍采用这种工艺；也有定量喷涂的工艺，可以解决涂覆不均匀的问题。

4)辊涂和刮涂：主要用于透明塑料膜材、片材的涂布。

在实际应用中，可以根据涂覆的具体要求选择合适的涂覆方式。

将本发明中实施例1-3及市售光扩散涂料分别定量淋涂在T8规格的玻璃管内壁，然后在80℃的温度下烘干10分钟后通过积分球检测透光率。

测试结果如下：

通过上述检测结果可以看出，本发明中采用环保水性体系的实施例1-4，其VOC含量均为0％，远远低于市售水性光扩散涂料中19％VOC含量，避免了溶剂体系对环境的污染，大大降低VOC的排放量，提高了产品的安全性。同时在雾度基本相近的前提下透光率均优于市售光扩散涂料的检测结果。

同时将实施例1-4及市售光扩散涂料涂在100微米厚度的PET薄片上，涂层厚度35微米，表干后在80℃的温度下烘干10分钟后，测试辉度和雾度。

结果如下：

选取

上述实施例1、实施例2、实施例3、实例4所制成的涂布膜(有机硅弹性体光扩散粒子)，市售光扩散涂料涂布膜(有机硬球、无机硬球光扩散粒子)，分别覆盖在棱镜膜(增光膜)上，压上相同重量、相同形状的压头进行旋转，旋转相同时间后揭开涂布膜，可以清楚地显示在相同测试条件下添加有机硅弹性体光扩散粒子的涂布膜对比添加有机、无机无弹性硬光扩散粒子的涂布膜可大大减轻对相邻棱镜膜的顶、压损伤。

实施例1中涂布膜与市售光扩散涂料涂布膜涂布对棱镜膜毁伤程度照片对比图如图1所示，图1中左边为市售光扩散涂料涂布膜压过的棱镜膜；右边为实施例1中涂布膜压过的棱镜膜；可以清楚看出左边棱镜有明显擦伤。图1显示为实施例1中涂料与市售光扩散涂料涂布后的光扩散膜在相同的实验条件下对相接触的棱镜膜毁伤程度照片对比图。这里的相同条件是：将实例1中的涂料涂覆在PET膜上，烘干形成光扩散膜；将此光扩散膜涂敷面放置在棱镜膜上，再压上圆形压头并进行旋转。同样将市售光扩散膜涂敷面放置在相同的棱镜膜上，压上相同的圆形压头并旋转相同时间。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种水性光扩散涂料，其特征在于，所述水性光扩散涂料包括以下原料组分及重量份：

2.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述水性有机树脂为选自水性聚氨酯树脂、水性聚酯树脂、水性氟碳树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性UV固化树脂和水性环氧树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述水性涂料助剂包括以下原料组分及重量份：

消泡剂 0.1-3份

润湿剂 0.1-3份

增稠剂 0.5-5份。

4.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述消泡剂为硅油乳液、硅油乳液和疏水粒子的混合物、改性多元醇、矿物油、矿物油和腊的混合物、矿物油与疏水粒子的混合物、磷酸三丁脂、聚醚改性硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述增稠剂为气相二氧化硅、有机膨润土、非缔合型的纤维素醚、碱溶性丙烯酸乳液、缔合型的疏水改性碱溶性丙烯酸乳液、疏水改性纤维素醚、非离子型聚氨酯的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述润湿剂为聚醚改性有机硅，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂，炔醇、磺酸盐、大豆卵磷脂的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述有机硅弹性体光扩散粒子为含有极性基团的有机硅弹性体光扩散粒子和表面包覆硅树脂层并且硅树脂层含有羟基的有机硅弹性体光扩散粒子中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的水性光扩散涂料，其特征在于，所述极性基团选自甲基丙烯酰氧基和环氧基中的一种或多种。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的水性光扩散涂料的制备方法，将各原料组分混合均匀。

10.如权利要求1～8任一项所述的水性光扩散涂料在在光学膜材或板材上的用途。