CN112552543B - 一种光学级防雾膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学薄膜技术领域，涉及一种光学级防雾膜及制备方法，在双向拉伸的透明基膜两面涂覆防雾层；所述防雾层包括水性有机硅改性丙烯酸酯、水性交联剂；其中，所述水性有机硅改性丙烯酸酯是由单体经共聚得到，所述单体包括有机硅氧烷、软单体、硬单体、活性单体。本申请通过在线涂布得到，工艺简单，适合大规模生产，防雾性、耐候性和耐化学性优异，同时具有高硬度和高透光率，适用于医疗防护面罩等有防雾需求的领域。

Description

一种光学级防雾膜及制备方法
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，涉及一种光学级防雾膜及制备方法。
背景技术
双向拉伸光学聚酯薄膜由于相对于其他塑料薄膜具有良好的尺寸稳定性、耐化学性、高透明性及良好的加工性而被大量的应用于各种功能材料的深加工。为了保护面部口、鼻、眼等部位不被感染，具有防雾功能的透明聚酯薄膜被用来制作防护面罩，阻止病毒通过飞沫传播，在人在口、鼻、眼睛等处进行传染。如：专利202020183301.3公开了一种透明防护面罩，专利202020277467.1公开了一种防喷溅头颈部立体防护帘。
在高温、高湿的环境下，或者在温湿度相差比较大的两界面上，温度低的表面水分的饱和蒸汽压低于周围环境的蒸汽压，从而引起水汽向物体表面聚集产生雾，影响透明薄膜的透光率，影响视线。在需要带安全防护面罩的工作环境下，常常在面罩上会形成雾状水膜，从而影响到工作效率。针对这一问题，现有技术通常采取两种方法来提高薄膜的防雾性能。
第一种是在膜内添加防雾功能材料，专利201210284437.3提供一种防雾聚酯薄膜及其制备方法，在膜内添加防雾剂和增效剂，这种方法得到的防雾膜其防雾性和耐候性不足。此外，为了提高收卷性必须在膜内添加爽滑粒子，会降低防雾膜的透明性。
第二种是在基膜上设置防雾涂层，专利201611248150.X和201910015310.3分别提供了一种防雾膜，均是在PET基膜上涂布亲水涂层得到防雾膜，其防雾性耐候性优良。这种防雾涂层过离线涂布得到，为了提高防雾涂层与基膜的附着力，需要对基膜涂布过渡层，或者进行射线照射、等离子体处理等预处理，成本较高，工艺复杂。此外，作为医疗防护用途时，使用环境中经常使用酒精和消毒液，因此要求防雾膜同时还具有耐化学性。
发明内容
本申请提供一种光学级防雾膜及制备方法，通过在线涂布得到，工艺简单，适合大规模生产，防雾性、耐候性和耐化学性优异，同时具有高硬度和高透光率，适用于医疗防护面罩等有防雾需求的领域。
为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种光学级防雾膜，在双向拉伸的透明基膜两面涂覆防雾层；
所述防雾层包括如下重量份的各物质：
水性有机硅改性丙烯酸酯 70-95份
水性交联剂 5-30份；
其中，所述水性有机硅改性丙烯酸酯是由单体共聚得到，所述单体包括如下重量份的各物质：
Figure GDA0002919201960000021
所述有机硅氧烷为甲氧基硅烷类、乙氧基硅烷类中的一种或任意重量比的两种；所述软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种或任意重量比的多种；
所述的硬单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或任意重量比的多种；
所述的活性单体为丙烯酸、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯中的一种或任意重量比的多种。
作为本申请改进的技术方案，所述透明基膜中不含有粒子。
作为本申请改进的技术方案，所述水性交联剂为水性异氰酸酯、水性三聚氰胺和水性环氧树脂以任意比例组合。
作为本申请改进的技术方案，所述防雾层的厚度介于0.1μm-0.3μm。
作为本申请改进的技术方案，所述光学级防雾膜的透光率≥93％。
本申请的另一目的是提供一种制备光学级防雾膜的方法，包括如下述步骤：
将透明基膜的原料切片在150℃-180℃结晶干燥后，送入相应的挤出系统熔融挤出，得到基膜熔体，熔融挤出温度为260℃-285℃；
将基膜熔体经模头在转动的冷却辊上得到未取向的铸塑厚片；
将冷却后的铸塑厚片加热到80℃-120℃，纵向拉伸3.0倍-3.8倍，得到纵向拉伸膜片；
将防雾层的涂覆液涂覆在经纵向拉伸膜片的两面上；
将涂好双面涂层的膜片经90℃-180℃加热干燥后，横向拉伸3.0倍-4.0倍，得到拉伸后的薄膜；
将拉伸后的薄膜经220℃-245℃热定型，冷却后收卷，得到光学级防雾膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
1.本发明所述的光学级防雾膜，防雾涂层中的水性有机硅改性丙烯酸酯，由有机硅氧烷单体、软单体、硬单体和功能性单体共聚得到，通过不同单体的协同作用，一方面有机硅氧烷单体和功能性单体使得涂层具有良好的防雾性和耐候性，同时提高防雾层硬度；一方面通过软、硬单体的协同作用，使防雾涂层具有可拉伸性，即在经过横向拉伸后，防雾层仍具有良好的防雾性，适用于在线涂布。
2.本发明所述的光学级防雾膜，防雾层中水性有机硅改性丙烯酸酯和水性交联剂的重量百分比优选为70/30-95/5，水性异氰酸酯、水性三聚氰胺和水性环氧树脂3种交联剂以任意比例组合，使防雾层与聚酯基膜之间具有良好的附着力，同时提高防雾层的耐化学性。
3.本发明所述的光学级防雾膜，基膜不含有粒子，保证了防雾膜的高透明性。
4.本发明所述的光学级防雾膜，防雾层的厚度为0.1μm-0.3μm，明显大于传统在线涂布的涂层厚度，保证了防雾层具有较高的硬度和透光率。
5.本发明所述的光学级防雾膜，是在基膜原料经过熔融、挤出、铸片和单向拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布得到的，透明性、防雾性和耐候性优于内添加型防雾膜；与离线涂布防雾膜相比，其工艺简单，制备成本低，适合大规模生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
一种光学级防雾膜，是在双向拉伸的透明基膜两面涂覆防雾层。为了保证使用过程中的透明度，所述的光学级防雾膜，全光线透光率大于93％，雾度在1.5％以下，优选1.0％以下。
基膜优选为塑料薄膜，具体可为聚合物薄膜。可采用聚酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯薄膜(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)与PET复合膜、PET与PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)复合膜、PC与PMMA复合膜、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯、间规苯乙烯、降冰片烯类聚合物、聚碳酸酯、聚芳酯等。
上述基膜(塑料薄膜)可以是单层结构，两层结构，或者三层及以上的多层结构。在基膜中不添加粒子，保证防雾膜具有高透明性。本发明中使用的基膜的厚度，没有特别限制，可以在20μm-350μm范围根据使用用途的规格任意地选择，作为防护面罩用途时，优选188μm-250μm。
本发明所述光学级防雾膜是基膜原料经过熔融、挤出、铸片和拉伸后，在基膜的两面进行在线涂布防雾层得到的光学薄膜。具体：本发明基膜可选本领域已知的加工工艺，如管膜工艺、平膜工艺。优选平膜工艺：熔融的聚酯熔体(基膜原料熔体)从T型模头共挤出到骤冷的辊筒上，以保证共聚聚酯骤冷至无定型状态，然后拉伸取向，都得到聚合物薄膜。聚合物薄膜的拉伸可以是单轴拉伸取向的，也可以是双轴拉伸取向的，但优选聚合物薄膜在平面的两个相互垂直的方向上双轴取向拉伸，以获得优良的机械和物理性能。详述：一种制备光学级防雾膜的方法，包括如下述步骤：
将透明基膜的原料切片在150℃-180℃结晶干燥后，送入相应的挤出系统熔融挤出，得到基膜熔体，熔融挤出温度为260℃-285℃；
将基膜熔体经模头在转动的冷却辊上得到未取向的铸塑厚片；
将冷却后的铸塑厚片加热到80℃-120℃，纵向拉伸3.0倍-3.8倍，得到纵向拉伸膜片；
将防雾层的涂覆液涂覆在经纵向拉伸膜片的两面上；
将涂好双面涂层的膜片经90℃-180℃加热干燥后，横向拉伸3.0倍-4.0倍，得到拉伸后的薄膜；
将拉伸后的薄膜经220℃-245℃热定型，冷却后收卷，得到光学级防雾膜。
所述防雾层的厚度介于0.1μm-0.3μm，明显大于传统在线涂布的涂层厚度，对于硬度较高的涂层，只有涂层厚度达到一定值才能保证涂层具有足够的硬度。本发明防雾层的厚度大于等于0.1μm，使得涂层的硬度能够达到H级。
防雾层包括如下重量份的各物质：
水性有机硅改性丙烯酸酯 70-95份
水性交联剂 5-30份；
所述水性有机硅改性丙烯酸酯是由单体经公知的方法共聚得到，一方面通过软、硬单体的协同作用，使得涂层具有可拉伸性，适用于在线涂布；一方面有机硅氧烷单体和功能性单体使得涂层具有良好的防雾性和耐候性，同时提高防雾层硬度。所述单体包括如下重量份的各物质：
Figure GDA0002919201960000051
所述有机硅氧烷为甲氧基硅烷类、乙氧基硅烷类中的一种或任意重量比的两种；
所述软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种或任意重量比的多种；
所述的硬单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或任意重量比的多种；
所述的活性单体为丙烯酸、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯中的一种或任意重量比的多种。
防雾层涂覆液中，可以根据需要添加助溶剂、润湿剂、pH值调节剂、催化剂、表面活性剂、抗静电剂等。
作为本申请改进的技术方案，所述水性交联剂为水性异氰酸酯、水性三聚氰胺和水性环氧树脂以任意比例组合。使防雾层与聚酯基膜之间具有良好的附着力，同时提高防雾层的耐化学性。
在基膜上涂覆防雾层的方法可以采用公知的涂覆技术，如凹槽滚涂、棒涂、喷涂、空气刮刀涂、浸涂等已知涂布方法中的一种或多种；可以在双轴拉伸后的聚酯薄膜涂覆涂层(on-line coating)，也可以涂覆在非伸聚酯薄膜或单轴拉伸之后进行双轴拉伸(in-line coating)；本发明优选后面的在线涂布方法。
本发明所述的光学级防雾膜，是在透明基膜的两面进行在线涂布得到的，防雾性和耐候性优于内添加型防雾膜；与离线涂布防雾膜相比，其工艺简单，制备成本低，适合大规模生产。
以下结合具体实施例对本发明所述光学薄膜进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于本发明提到的这些实施例。
实施例1
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取15g二甲基二乙氧基硅烷、30g丙烯酸乙酯、10g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸甲酯、2g丙烯酸、5g双丙酮丙烯酰胺，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯A。
2.光学级防雾膜的制备
防雾层涂覆液(1)制备
Figure GDA0002919201960000061
取7.00g水性有机硅改性丙烯酸酯A、0.30g水性异氰酸酯Ultra 3100(固体成分为100％，COVESTRO)、0.43g水性三聚氰胺MA-S(固体成分为70％，DIC)、0.30g水性环氧树脂(固体成分为100％，DIC)、91.97g去离子水，经高剪切乳化机分散均匀，得到固含量为3％的涂覆液。
将聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯切片熔融在280℃挤出；熔融体流延到铸片辊冷却成为未取向的铸塑厚片，随后以3.5倍的纵向拉伸倍数进行纵向拉伸；然后在纵向拉伸片两面上涂覆上述制备好的防雾层涂覆液(1)，涂覆厚度为10μm，将涂有双面涂层的膜片横向拉伸3.0倍，235℃下热定型收卷，得到厚度为250μm的光学级防雾膜，测其性能(见表2)。
实施例2
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取20g三乙烯基甲氧基硅烷、10g苯基三乙氧基硅烷、15g丙烯酸丁酯、15g甲基丙烯酸月桂酯、20g甲基丙烯酸甲酯、20g丙烯酸甲酯、2g甲基丙烯酰胺、3g丙烯酸，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯B。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(2)，固含量：4.5％，以与实施例1相同的方法得到光学级防雾膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(2)制备
Figure GDA0002919201960000071
实施例3
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取10g二甲基二乙氧基硅烷、9g三乙基甲氧基硅烷、15g丙烯酸乙酯、20g甲基丙烯酸月桂酯、10g丙烯酸甲酯、20g苯乙烯、15g双丙酮丙烯酰胺，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯C。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(3)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(3)制备
Figure GDA0002919201960000072
Figure GDA0002919201960000081
实施例4
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取17g二甲基二乙氧基硅烷、10g苯基三乙氧基硅烷、5g丙烯酸丁酯、20g甲基丙烯酸月桂酯、10g甲基丙烯酸甲酯、15g苯乙烯、15g丙烯酸羟乙酯，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯D。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(4)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(4)制备
Figure GDA0002919201960000082
实施例5
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取23g三乙烯基甲氧基硅烷,15g丙烯酸乙酯、15g丙烯酸丁酯、15g丙烯酸甲酯、15g甲基丙烯酸甲酯、4g丙烯酸羟乙酯、5g丙烯酸，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯E。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(5)，固含量：7.5％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(5)制备
Figure GDA0002919201960000083
Figure GDA0002919201960000091
实施例6
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取9g三乙烯基甲氧基硅烷、18g苯基三乙氧基硅烷、20g甲基丙烯酸月桂酯、18g甲基丙烯酸甲酯、7g苯乙烯、3g丙烯酸羟乙酯、8g双丙酮丙烯酰胺,以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯F。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(6)，固含量：9％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(6)制备
Figure GDA0002919201960000092
比较例1
1.水性丙烯酸酯的制备
取30g丙烯酸乙酯、10g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸甲酯、2g丙烯酸、5g双丙酮丙烯酰胺，以公知的方法制得固体成分为30％的水性丙烯酸酯G。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(7)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学聚酯薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(7)制备
Figure GDA0002919201960000093
比较例2
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取5g三乙基甲氧基硅烷、15g丙烯酸乙酯、20g甲基丙烯酸月桂酯、10g丙烯酸甲酯、20g苯乙烯、15g双丙酮丙烯酰胺，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯H。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(8)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(8)制备
Figure GDA0002919201960000101
比较例3
1.水性有机硅改性丙烯酸酯的制备
取20g三乙烯基甲氧基硅烷、10g苯基三乙氧基硅烷、20g甲基丙烯酸甲酯、20g丙烯酸甲酯、2g甲基丙烯酰胺、3g丙烯酸，以公知的方法制得固体成分为30％的水性有机硅改性丙烯酸酯I。
2.光学级防雾膜的制备
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(9)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学级防雾膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(9)制备
Figure GDA0002919201960000102
比较例4
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(10)，固含量：6％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(10)制备
Figure GDA0002919201960000111
比较例5
将实施例1中的防雾层涂覆液(1)更改为防雾层涂覆液(11)，固含量：1.5％，以与实施例1相同的方法得到光学薄膜，测其性能(见表2)。
防雾层涂覆液(11)制备
Figure GDA0002919201960000112
表1 水性有机硅改性丙烯酸酯单体、防雾层成分重量百分比和防雾层厚度
Figure GDA0002919201960000113
Figure GDA0002919201960000121
Ⅰ/Ⅱ：水性有机硅改性丙烯酸酯(或对比例的水性丙烯酸酯)/交联剂的重量百分比。
按照下述方式测试本发明实施例及对比例提供的光学级防雾膜的主要性能。
1.防雾性测试：800mL烧杯，装水至烧杯口5cm，将水煮沸后，将样品裁成A4试样盖住杯口，180秒后，用目测法读观察起雾情况。评价标准为：
优：无水滴和雾层
良：10％水滴和雾层
差：50％水滴和雾层
较差：100％水滴和雾层
2.耐候性测试：
①低温测试：将低温测试机温度设定到-20℃，达到设定温度后，将样品水平放于箱内。恒温500h后取出，进行防雾性测试。
②高温测试：将恒温鼓风干燥箱温度设定到80℃，达到设定温度后，将样品水平放于箱内。恒温500h后取出样品，进行防雾性测试。
3.附着力：用750g砝码，将无尘布擦拭样品20次，然后进行防雾性测试。
4.耐化学性测试：
①耐酒精测试:将无尘布用酒精浸湿后，用750g砝码，擦拭样品20次，然后进行防雾性测试。
②耐消毒液测试：将纯水与84消毒液按3:1稀释得到稀释液，将无尘布用稀释液浸湿后，用750g砝码，擦拭样品20次，然后进行防雾性测试。
5.铅笔硬度测试：
按GB/T6739规定的方法测定。
6.雾度
按GB/T 25273规定的方法测定。
7.透光率
按GB/T 2410规定的方法测定。
8.清晰度
使用雾度计BYK AT-4725测试清晰度。
表2 光学级防雾膜性能测试结果：
Figure GDA0002919201960000131

Claims (5)

1.一种光学级防雾膜，其特征在于，在双向拉伸的透明基膜两面涂覆防雾层；
所述防雾层包括如下重量份的各物质：
水性有机硅改性丙烯酸酯 70-95份
水性交联剂 5-30份；
其中，所述水性有机硅改性丙烯酸酯是由单体经共聚得到，所述单体包括如下重量份的各物质：
Figure FDA0003480954660000011
所述有机硅氧烷为甲氧基硅烷类、乙氧基硅烷类中的一种或任意重量比的两种；
所述软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种或任意重量比的多种；
所述的硬单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或任意重量比的多种；
所述的活性单体为丙烯酸、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯中的一种或任意重量比的多种；所述透明基膜中不含有粒子。
2.根据权利要求1所述的一种光学级防雾膜，其特征在于，所述水性交联剂为水性异氰酸酯、水性三聚氰胺和水性环氧树脂以任意比例组合。
3.根据权利要求1所述的一种光学级防雾膜，其特征在于，所述防雾层的厚度介于0.1μm-0.3μm。
4.根据权利要求1所述的一种光学级防雾膜，其特征在于，所述光学级防雾膜的透光率≥93％。
5.一种制备权利要求1-4任一所述的光学级防雾膜的方法，其特征在于，包括如下述步骤：
将透明基膜的原料切片在150℃-180℃结晶干燥后，送入相应的挤出系统熔融挤出，得到基膜熔体，熔融挤出温度为260℃-285℃；
将基膜熔体经模头在转动的冷却辊上得到未取向的铸塑厚片；
将冷却后的铸塑厚片加热到80℃-120℃，纵向拉伸3.0倍-3.8倍，得到纵向拉伸膜片；
将防雾层的涂覆液涂覆在经纵向拉伸膜片的两面上；
将涂好双面涂层的膜片经90℃-180℃加热干燥后，横向拉伸3.0倍-4.0倍，得到拉伸后的薄膜；
将拉伸后的薄膜经220℃-245℃热定型，冷却后收卷，得到光学级防雾膜。
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