CN111909412B - 一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法，其光学膜包括从上往下依次层叠的抗菌涂层和基材层，所述抗菌涂层是将抗菌涂液涂布在所述基材层上固化后形成的，所述抗菌涂层的厚度为2.3～3.5μm；其光学膜的制备方法包括以下步骤：S001，选取基材；S002，配置抗菌涂液；将含不饱和官能团的聚合物、光引发剂、其它添加剂和纳米无机银离子分散液溶于有机溶剂中配置抗菌涂液；S003，涂布抗菌涂层；将所述抗菌涂液涂布在所述透明基材上固化后形成抗菌涂层；本发明提供的一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法，其光学膜不仅具备抗菌功能还具有较强的耐磨性、硬度以及很好的防指纹效果；其光学膜的制造方法，工艺要求简单，易于实现。

Description

一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜领域，特别是涉及一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法。
背景技术
作为显示屏、触摸屏等图像显示画面的保护膜，由具有硬涂性(耐擦伤性)、高透光性(提高视觉体验)和防污性(防止指纹附着)等功能的功能的光学涂层组成。作为触摸屏，在近年来，抗菌涂层是始终都被人们所需要的一种功能涂层，抗菌涂层应用于医疗场所，能显著抑制病院微生物的传播，对公共卫生有非常重要的意义，尤其在近年来迅速发展在实际应用中越来越广泛。
现有的抗菌涂层包括以下两种方案：第一种采用有机抗菌物质：有机抗菌剂主要包括低分子有机抗菌剂如卤化物、有机锡、异噻唑、醛类化合物、咪唑酮和高分子有机抗菌剂如高分子季铵盐和季膦盐等，有机抗菌剂因为种类繁多，存在毒性，不耐高温以及长效型等问题受到限制；第二种采用无机抗菌物质：主要包括金属离子类抗菌剂和光催化金属氧化物类抗菌剂两类，金属离子类主要是利用Ag+、Cu2+、Zn2+和Ti4+等本身的抗菌能力，通过物理吸附或离子交换等方法，将其固定在多孔材料中制成缓释型抗菌剂。这种无机抗菌剂因为粉体以及粒径较大的原因在涂液中分散性不好，易沉降等缺陷而无法使用在透明光学膜领域。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的问题是提供一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法，其光学膜不仅具有耐擦伤性、高透光性以及防污性，而且化学稳定性高、热稳定性好、无毒、广谱抗菌性好以及不产生耐药性等优点，其光学膜的制备方法，步骤简单，制造方便，生产效率高。
(二)技术方案
为解决所述技术问题，本发明提供一种具备抗菌功能的光学膜，包括从上往下依次层叠的抗菌涂层和基材层，所述抗菌涂层是将抗菌涂液涂布在所述基材层上固化后形成的，所述抗菌涂层的厚度为2.3～3.5μm。本光学膜通过在基材层上涂布抗菌层，成膜后涂层透光率高，不会发生黄边，涂层永久具备抗菌功能，不会受到环境的影响，且具有较强的耐磨性、硬度以及很好的防指纹效果。
进一步的，所述抗菌涂液包括以下组分：20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物，3～5重量份的光引发剂，5～10重量份的纳米无机银离子分散液，50～70重量份的有机溶剂以及0.05～0.15重量份的其它添加剂。所述纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液；所述纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；所述含不饱和官能团的聚合物为聚氨酯丙烯酸酯聚合物、聚酯丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯聚合物中的一种或多种组合，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。
进一步的，所述抗菌涂液涂布在所述基材层上依次经加热固化和UV固化后形成所述抗菌涂层，所述抗菌涂层的厚度为3.2μm；所述基材层的厚度为23～250um，材料为PET、TAC、SRF、PI、TPU或COP。
本发明还提供了一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤S001，选取基材；选取合适厚度和材料的透明基材；其中，所述基材的厚度为23～250um，材料为PET、TAC、SRF、PI、TPU或COP。
步骤S002，配置抗菌涂液；将含不饱和官能团的聚合物、光引发剂、其它添加剂和纳米无机银离子分散液溶于有机溶剂中配置抗菌涂液；其中，分别取20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物、3～5重量份的光引发剂、5～10重量份的纳米无机银离子分散液以及0.05～0.15重量份的其它添加剂溶于50～70重量份的有机溶剂中并搅拌均匀，配置成所述抗菌涂液。所述纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液，所述纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；所述含不饱和官能团的聚合物为聚氨酯丙烯酸酯聚合物、聚酯丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯聚合物中的一种或多种组合，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。
步骤S003，涂布抗菌涂层；将所述抗菌涂液采用微凹涂布的方式涂布在所述透明基材上，依次经加热固化和UV固化后形成抗菌涂层。其中，加热温度为60～80℃，加热时间为2～4min，UV固化能量为200～400mJ/cm2，固化后所述抗菌涂层的厚度为3.2μm。
(三)有益效果
本发明提供的一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法，其光学膜通过在基材层上涂布抗菌层，成膜后涂层透光率高，不会发生黄边，涂层永久具备抗菌功能，不会受到环境的影响，且具有较强的耐磨性、硬度以及很好的防指纹效果；其光学膜的制备方法，工艺要求简单，操作安全且容易实现，生产效率高，适合大批量生产。
附图说明
图1为本发明一种具备抗菌功能的光学膜的结构示意图；
图2为本发明一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法的工艺流程简图；
图中各个附图标记的对应的部件名称是：1、基材层；2、抗菌涂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参阅图1，本实施例提供一种具备抗菌功能的光学膜，包括从上往下依次层叠的抗菌涂层1和基材层2，抗菌涂层1是将抗菌涂液涂布在基材层2上依次经加热固化和UV(紫外线)固化后形成的，抗菌涂层1的厚度为2.3～3.5μm；基材层2的厚度为23～250um，优选为50～125um，其材料为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TAC(三醋酸纤维素)、SRF、PI(聚酰亚胺)、TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)或COP(环烯烃共聚物)。本实施例中，基材层2选用50～125um的PET材质，抗菌涂层1的厚度为3.2μm。
抗菌涂液包括以下组分：20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物，3～5重量份的光引发剂，5～10重量份的纳米无机银离子分散液，50～70重量份的有机溶剂以及0.05～0.15重量份的其它添加剂。本实施例中，抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
其中，纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液；纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；优选的，本实施例采用纳米级银离子的浓度为200-600ppm，粒径为20-50nm。含不饱和官能团的聚合物主要为具有双键可参与UV固化反应的聚合物，其为聚氨酯丙烯酸酯聚合物、聚酯丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯聚合物中的一种或多种组合；本实施例中，含不饱和官能团的聚合物采用六官能度聚氨酯丙烯酸酯。
其中，光引发剂又称光敏剂或光固化剂，是一类能在紫外光区或可见光区吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发聚合物交联固化的化合物，其为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。其它添加剂可为流平剂、填料和硅烷偶联剂等。
参阅图2，本实施例还提供了一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤S001，选取基材；选取合适厚度和材料的透明基材；基材的厚度为23～250um，材料可为PET、TAC、SRF、PI、TPU或COP。本实施例中，基材层2选用50～125um的PET材质。
步骤S002，配置抗菌涂液；将含不饱和官能团的聚合物、光引发剂、其它添加剂和纳米无机银离子分散液溶于有机溶剂中配置抗菌涂液；配置时，分别取20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物、3～5重量份的光引发剂、5～10重量份的纳米无机银离子分散液以及0.05～0.15重量份的其它添加剂溶于50～70重量份的有机溶剂中并搅拌均匀，配置成抗菌涂液。本实施例中，抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
步骤S003，涂布抗菌涂层；将抗菌涂液采用微凹涂布的方式涂布在透明基材上，依次经加热固化和UV固化后形成抗菌涂层。其中，涂布辊的转速为6～8m/min，所述基材膜的进料速度为10m/min，加热温度为60～80℃，加热时间为2～4min，UV固化能量为200～400mJ/cm2，固化后抗菌涂层的厚度为3.2μm。
在步骤S002中，纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液；纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；优选的，本实施例采用纳米级银离子的浓度为200-600ppm，粒径为20-50nm。含不饱和官能团的聚合物主要为具有双键可参与UV固化反应的聚合物，其为聚氨酯丙烯酸酯聚合物、聚酯丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯聚合物中的一种或多种组合；本实施例中，含不饱和官能团的聚合物采用六官能度聚氨酯丙烯酸酯。
其中，光引发剂又称光敏剂或光固化剂，是一类能在紫外光区或可见光区吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发聚合物交联固化的化合物，其为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。其它添加剂可为流平剂、填料和硅烷偶联剂等。
实施例2：
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液7重量份，有机溶剂60.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法与实施例1的区别在于：在步骤S002中，抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液7重量份，有机溶剂60.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
实施例3：
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：含不饱和官能团的聚合物采用3官能度聚氨酯丙烯酸酯，其余组分和重量均相同。
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法与实施例1的区别在于：在步骤S002中，含不饱和官能团的聚合物采用3官能度聚氨酯丙烯酸酯，其余组分和重量均相同。
实施例4：
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液10重量份，有机溶剂57.8重量份，其它添加剂0.2重量份。
本实施例提供的一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法与实施例1的区别在于：在步骤S002中，抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，纳米无机银离子分散液10重量份，有机溶剂57.8重量份，其它添加剂0.2重量份。
对比例1
本对比例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：抗菌涂液中的抗菌剂采用有机体系，其他组分种类和重量份不进行变化。即抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，有机体系抗菌剂10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
本对比例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：在步骤S002中，抗菌涂液中的抗菌剂采用有机体系，其他组分种类和重量份不进行变化。即抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，有机体系抗菌剂10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
对比例2
本对比例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：抗菌涂液中的抗菌剂为无机银系抗菌剂，其形态为粉末状，其他组分种类和重量份不进行变化。即抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，无机银系抗菌剂10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
本对比例提供的一种具备抗菌功能的光学膜与实施例1的区别在于：在步骤S002中，抗菌涂液中的抗菌剂为无机银系抗菌剂，其形态为粉末状，其他组分种类和重量份不进行变化。即抗菌涂液包括含不饱和官能团的聚合物30重量份，光引发剂2重量份，无机银系抗菌剂10重量份，有机溶剂57.5重量份，其它添加剂0.5重量份。
对实施例1～4及对比例1～2中制备的薄膜的主要性能进行测试，结果见表1。其中，耐磨性采用钢丝绒耐磨测试仪测试，负载1kg，耐磨次数越高，抗磨损效果越好；水接触角采用水接触角测试仪进行测试，水接触角越高表明表面抗污效果越好；透明度根据雾度和透过率测试，测试方法为GB_T2410-2008透光率和雾度测试方法，具体结果：透过率≥90％，且雾度≤1％即表示透明度合格；抗菌活性值测试方法为将培养好的对应菌株放置在被测试面，相同时间后测试菌株存活率，抗菌活性值越大，则抗菌效率更高，抗菌测试标准参照GB/T314022015塑料表面抗菌性能测试方法，具体实验菌株为：大肠杆菌ATCC8739；金黄色葡萄球菌ATCC6538P。
表1：实施例1～4及对比例1～2中制得的薄膜的性能测试结果
Figure BDA0002633288520000091
由表1可见，由于实施例1～2各膜层成分配比以及制备工艺在本发明所述范围内，因此所得具备抗菌光学硬化膜的各项性能处于合理范围内。另外，对比例1相较于实施例1，由于抗菌剂体系改变，对涂层抗菌活性产生较大影响。对比例2相较于实施例1，使用了无机银系抗菌剂，由于未非纳米分散体系，对涂层最终涂布性以及透明度产生影响。
本发明提供的一种具备抗菌功能的光学膜及其制备方法，在透明基材层上涂布抗菌硬化层，在完成固化后可达到至少105度水接触角，至少60度油接触角，保证残留的指纹印更容易擦除，可以达到钢丝绒耐磨至少1000次的要求，而且涂层具备永久抗菌性，成膜后涂层透光率高，不会发生黄边，涂层永久具备抗菌功能，不会受到环境的影响，且具有较强的耐磨性、硬度以及很好的防指纹效果；其光学膜的制备方法，工艺要求简单，操作安全且容易实现，生产效率高，适合大批量生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具备抗菌功能的光学膜，其特征在于：包括从上往下依次层叠的抗菌涂层(1)和基材层(2)，所述抗菌涂层(1)是将抗菌涂液涂布在所述基材层(2)上固化后形成的，所述抗菌涂层(1)的厚度为2.3～3.5μm；
所述抗菌涂液包括以下组分：20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物，2重量份的光引发剂，5～10重量份的纳米无机银离子分散液，50～70重量份的有机溶剂以及0.5重量份的其它添加剂；
所述纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液；所述纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；所述含不饱和官能团的聚合物为六官能度聚氨酯丙烯酸酯，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。
2.如权利要求1所述的具备抗菌功能的光学膜，其特征在于：所述抗菌涂液涂布在所述基材层(2)上依次经加热固化和UV固化后形成所述抗菌涂层(1)，所述抗菌涂层(1)的厚度为3.2μm。
3.如权利要求1所述的具备抗菌功能的光学膜，其特征在于：所述基材层(2)的厚度为23～250um，材料为PET、TAC、SRF、PI、TPU或COP。
4.一种具备抗菌功能的光学膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S001，选取基材；选取合适厚度和材料的透明基材；
步骤S002，配置抗菌涂液；将含不饱和官能团的聚合物、光引发剂、其它添加剂和纳米无机银离子分散液溶于有机溶剂中配置抗菌涂液；
步骤S003，涂布抗菌涂层；将所述抗菌涂液采用微凹涂布的方式涂布在所述透明基材上，依次经加热固化和UV固化后形成抗菌涂层；
在所述步骤S002中，配置时，分别取20～40重量份的含不饱和官能团的聚合物、2重量份的光引发剂、5～10重量份的纳米无机银离子分散液以及0.5重量份的其它添加剂溶于50～70重量份的有机溶剂中并搅拌均匀，配置成所述抗菌涂液；
所述纳米无机银离子分散液为纳米级银离子在有机溶剂中的分散液，所述纳米级银离子的浓度为1～1000ppm，粒径为10～100nm；所述含不饱和官能团的聚合物为六官能度聚氨酯丙烯酸酯，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或者多种搭配。
5.如权利要求4所述的具备抗菌功能的光学膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤S003中，加热温度为60～80℃，加热时间为2～4min，UV固化能量为200～400mJ/cm2，固化后所述抗菌涂层的厚度为3.2μm。
6.如权利要求4所述的具备抗菌功能的光学膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤S001中，所述基材的厚度为23～250um，材料为PET、TAC、SRF、PI、TPU或COP。
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