CN112940549B - 一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料及其制备方法，由高耐磨防污主体树脂、防静电分散液组成，所述高耐磨防污主体树脂包括如下组分：含氟高耐磨丙烯酸树脂、高耐磨纳米填料、聚醚丙烯酸树脂、高官能度单体、光引发剂、溶剂；所述防静电分散液包括如下组分：离子液体、含氟两亲化合物、醇类溶剂；借此，通过采用含氟高耐磨丙烯酸树脂能提供防污疏水疏油和高耐磨特性，高耐磨纳米填料能够有效提高涂层的耐磨性能；聚醚丙烯酸树脂可以为离子液体提供更好的活动性，以提高抗静电效率；含氟两亲化合物能有效地包裹在离子液体上，提升离子液体的迁出性能，保证涂层表面抗静电性能更优。

Description

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及光固化涂料领域技术，尤其是指一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料及其制备方法。

背景技术

高分子材料由于轻便易加工、机械性能优异等特性，越来越多的取代金属和玻璃等产品广泛用于建筑、机械、包装、电子及医疗等各种工业生产领域，而对高分子材料进行的涂装保护也几乎是必要的工序。但无论是高分子材料本身还是有机涂层，大分子中化学键都是共价键，不容易电离和传递电子，因此他们互相摩擦或接触分离时就会很容易产生高压静电，造成电击甚至产生放电火花而造成严重事故。

在手机、电脑等精密电子领域，对一些敏感元器件如芯片、电容等产品的生产环境和包装材料的防静电要求特别严格。在手机贴膜、背壳及屏幕盖板等领域，目前往往使用一种光固化高耐磨防污涂料作为保护涂层，提高高分子膜材和板材的防污及耐刮伤性能。而随着精密电子行业的迅速发展，特别时5G技术对电信号的高要求使得高分子材料越来越多的取代金属材料，产品对涂层在高耐磨防污涂料的基础上，实现透明抗静电提出了更高的要求。

目前光固化抗静电涂料一般时通过添加季铵盐类抗静电剂、离子液体、金属粉末或金属氧化物、导电高分子等材料提高涂层的抗静电性能，其中季铵盐类抗静电剂本身并不导电，是通过表面活性吸水或润滑原理，达到释放静电的目的，其对环境的温湿度敏感性很大，效果不稳定而且表面迁移严重，持久性差，且容易降低涂层的水接触角(防污涂层一般要求水接触大于108°)，减弱涂层的防污特性；金属粉末或金属氧化物需要添加量大，很影响涂层的透明度；导电高分子是目前新兴的一种技术，但目前常见的导电高分子如聚苯胺、聚噻吩大部分是水性，难分散在UV体系里面，且涂层会有颜色，分散不佳时容易导致局部导电性能过好引起电子元件的破坏；

离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐，其因为离子导电性、光学透明性和热稳定性越来越多的被用在膜材和涂层领域；但目前的光固化抗静电涂料无法做到提高离子液体在光固化高耐磨防污涂料的相容性以提升其抗静电性能的同时，又不降低涂层的耐磨和防污性能。

因此，需要研究出一种新的技术以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料及其制备方法，其具有防污疏水疏油、高耐磨性，且提高了抗静电效率，保证了涂层表面抗静电性能更优。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，由高耐磨防污主体树脂、防静电分散液组成，各组分按重量份数计：

高耐磨防污主体树脂 90-100份；

防静电分散液 0.5-10份；

所述高耐磨防污主体树脂包括如下重量份数的各组分：

所述防静电分散液包括如下重量份数的各组分：

离子液体 1-10份；

含氟两亲化合物 1-10份；

醇类溶剂 0-80份。

作为一种优选方案，所述含氟高耐磨丙烯酸树脂为环氧改性含氟丙烯酸树脂、聚氨酯改性含氟丙烯酸树脂、聚醚改性含氟丙烯酸树脂的一种或几种组合。

作为一种优选方案，所述高耐磨纳米填料为纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆、纳米氧化钛的一种或几种组合。

作为一种优选方案，所述聚醚丙烯酸树脂的分子量为100-10000，所述聚醚丙烯酸树脂的官能度为1-4。

作为一种优选方案，所述高官能度单体为季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯的一种或几种组合。

作为一种优选方案，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷的一种或几种组合。

作为一种优选方案，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲基异丁基甲酮、丙二醇单甲醚的一种或几种组合；

所述醇类溶剂为异丙醇、丁醇、乙醇的一种或几种组合。

作为一种优选方案，所述离子液体为三正丁基甲铵双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐。

作为一种优选方案，所述含氟两亲化合物为阳离子含氟表面活性剂、阴离子含氟表面活性剂或非离子性含氟表面活性剂。

一种所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：

准备10-90份的含氟高耐磨丙烯酸树脂、0-10份的高耐磨纳米填料、1-100份的聚醚丙烯酸树脂、0-50份的高官能度单体、0.1-15份的光引发剂、0-90份的溶剂；

在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入含氟高耐磨丙烯酸树脂、高耐磨纳米填料、聚醚丙烯酸树脂、高官能度单体、光引发剂、溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：

准备1-10份的离子液体、1-10份的含氟两亲化合物、0-80份的醇类溶剂，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入离子液体、含氟两亲化合物、醇类溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得防静电分散液；

步骤三、制备涂料：准备步骤一制得的高耐磨防污主体树脂90-100份、步骤二制得的防静电分散液0.5-10份，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入高耐磨防污主体树脂、防静电分散液混合，进行高速搅拌分散后，进行过滤，即得涂料。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过采用含氟高耐磨丙烯酸树脂能提供防污疏水疏油和高耐磨特性，高耐磨纳米填料能够有效提高涂层的耐磨性能；聚醚丙烯酸树脂可以为离子液体提供更好的活动性，以提高抗静电效率；含氟两亲化合物能有效地包裹在离子液体上，提升离子液体的迁出性能，保证涂层表面抗静电性能更优。

为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的抗静电剂的典型结构示意图；

具体实施方式

本发明揭示了一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其可采用棍涂、淋涂和喷涂等方式涂布在PET、PC、PMMA、PS等高分子材料表面，使得制备的涂层具有高耐磨防污高透明等特性，可广泛应用于手机贴膜、手机背盖，IMD薄膜，屏幕盖板等各种消费电子领域。

所述防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，由高耐磨防污主体树脂、防静电分散液组成，各组分按重量份数计：

高耐磨防污主体树脂 90-100份；

防静电分散液 0.5-10份；

所述高耐磨防污主体树脂包括如下重量份数的各组分：

所述防静电分散液包括如下重量份数的各组分：

离子液体 1-10份；

含氟两亲化合物 1-10份；

醇类溶剂 0-80份。

所述含氟高耐磨丙烯酸树脂主要用于提供防污疏水疏油和高耐磨特性，所述含氟高耐磨丙烯酸树脂为环氧改性含氟丙烯酸树脂、聚氨酯改性含氟丙烯酸树脂、聚醚改性含氟丙烯酸树脂的一种或几种组合；所述含氟高耐磨丙烯酸树脂优选为聚氨酯改性含氟丙烯酸树脂，其耐磨性能最优，以及，所述含氟高耐磨丙烯酸树脂并不局限于上述几种树脂，也可采用其他树脂，只需满足其能提供防污疏水疏油和高耐磨特性即可。

所述高耐磨纳米填料为纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆、纳米氧化钛的一种或几种组合；所述高耐磨纳米填料的粒径为1-800nm，另外，所述高耐磨纳米填料在实际应用中，可视实际情况选择采用或不采用；添加少量的纳米填料可以有效提高涂层的耐磨性能，填料粒径应当足够小，优选是5-50nm，这样不会影响涂层的透明度和光泽度。

所述聚醚丙烯酸树脂的分子量为100-10000，所述聚醚丙烯酸树脂的官能度为1-4；由于离子液体很容易溶解在醚类树脂中，形成良好的液体和固体电解质，在含有醚键的聚合物中离子移动效率很高，局部阳离子运动归因于醚氧柔性聚合物段运动，因此采用聚醚丙烯酸树脂可以为离子液体提供更好的活动性，以提高抗静电效率。

所述高官能度单体可以提高反应速度，以获得更致密的涂层，所述高官能度单体为季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯的一种或几种组合；所述高官能度单体并不局限于上述几种丙烯酸酯。

所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷的一种或几种组合。

所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲基异丁基甲酮、丙二醇单甲醚的一种或几种组合；所述醇类溶剂为异丙醇、丁醇、乙醇的一种或几种组合；所述溶剂、醇类溶剂并不局限于上述几种；另外，所述溶剂、醇类溶剂在实际应用中，也可不采用，这样可获得环保型无溶剂UV体系，只需针对不同的涂布方法进行调整即可。

所述离子液体主要是改性氟磺酸作为阴离子，季铵盐或咪唑盐等作为阳离子的疏水离子液体及其衍生物，以此作为抗静电剂(典型结构如图1所示)；该离子液体还有氟链段，疏水性好，且高温稳定，透明度高，特别适用于防污疏水体系的防静电；所述离子液体为三正丁基甲铵双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐；所述离子液体也可以为其他具有类似上述三种结构的离子液体，并不局限于上述三种离子液体。

所述含氟两亲化合物主要是含氟表面活性剂，含氟两亲化合物能有效的包裹在离子液体上，提升离子液体的迁出性能，保证涂层表面抗静电性能更优；所述含氟两亲化合物可以为阳离子含氟表面活性剂、阴离子含氟表面活性剂或非离子性含氟表面活性剂；所述含氟两亲化合物优选为非离子含氟表面活性剂。

一种所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：

准备10-90份的含氟高耐磨丙烯酸树脂、0-10份的高耐磨纳米填料、1-100份的聚醚丙烯酸树脂、0-50份的高官能度单体、0.1-15份的光引发剂、0-90份的溶剂；

在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入含氟高耐磨丙烯酸树脂、高耐磨纳米填料、聚醚丙烯酸树脂、高官能度单体、光引发剂、溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：

准备1-10份的离子液体、1-10份的含氟两亲化合物、0-80份的醇类溶剂，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入离子液体、含氟两亲化合物、醇类溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得防静电分散液；

步骤三、制备涂料：准备步骤一制得的高耐磨防污主体树脂90-100份、步骤二制得的防静电分散液0.5-10份，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入高耐磨防污主体树脂、防静电分散液混合，进行高速搅拌分散后，进行过滤，即得涂料。

下面以多个实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料采用如下方法制备：

制备方法：步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中高速搅拌分散，即可制备出高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备，原料以重量份数如下的各组分组成：

三正丁基甲铵双三氟甲基磺酰亚胺盐 10份；

非离子含氟表面活性剂 10份；

异丙醇 80份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防静电分散液；

步骤三、防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备：将步骤一和步骤二制得的高耐磨防污主体树脂、防静电分散液以重量份数如下的各组分组成：

高耐磨防污主体树脂 100份；

防静电分散液 7.5份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其主要特性如表1所示。

实施例2：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料采用如下方法制备：

制备方法：步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中高速搅拌分散，即可制备出高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸盐 10份；

阴离子含氟表面活性剂 5份；

丁醇 85份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防静电分散液；

步骤三、防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备：将步骤一和步骤二制得的高耐磨防污主体树、防静电分散液以重量份数如下的各组分组成：

高耐磨防污主体树脂 100份；

防静电分散液 5份；

将上述按比例混合在高速搅拌分散机机中进行高速分散，制备出防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其主要特性如表1所示。

实施例3：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料采用如下方法制备：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机分散，制备出高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐 15份；

非离子含氟表面活性剂 5份；

异丙醇 80份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防静电分散液；

步骤三、防污抗静电高耐磨透明光固化涂料制备：将步骤一和步骤二制得的高耐磨防污主体树脂、防静电分散液以重量份数如下的各组分组成：

高耐磨防污主体树脂 100份；

防静电分散液 10份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其主要特性如表1所示。

对比例1：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料采用如下方法制备：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中高速搅拌分散，即可制备出高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

三正丁基甲铵双三氟甲基磺酰亚胺盐 10份；

非离子含氟表面活性剂 10份；

异丙醇 80份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防静电分散液；

步骤三、防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备：将步骤一和步骤二制得的高耐磨防污主体树脂、防静电分散液以重量份数如下的各组分组成：

高耐磨防污主体树脂 100份；

防静电分散液 7.5份；

将上述组分按比例混合。在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其主要特性如表1所示。

对比例2：

一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料采用如下方法制备：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中高速搅拌分散，即可制备出高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：原料以重量份数如下的各组分组成：

1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸盐 10份；

丁醇 85份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防静电分散液；

步骤三、防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备：将步骤一和步骤二制得的高耐磨防污主体树脂、防静电分散液以重量份数如下的各组分组成：

高耐磨防污主体树脂 100份；

防静电分散液 5份；

将上述组分按比例混合，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌分散，即可制备出防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其主要特性如表1所示。

将上述涂料用棍涂的方式涂布指定的PET薄膜上，干膜厚度4-5um，80度干燥1min，在大于500mj/cm2的UV能量下固化，涂层的主要性能在主要测试结果对比如下表：

实例性能测试表1

从附表结果来看，采用本发明制备的涂层具有高水油接触角(大于110度)和油接触角(大于60度)，较低的摩擦系数和较好的耐钢丝绒性能，加入氧化铝等纳米粒子有利于提高涂层的耐磨性能(耐钢丝绒1KG大于1000次)(如实施例1-3的耐钢丝绒性能对比)；从对比例可以看出，含醚链段的掺杂方法和双嵌段聚合物的包裹办法，可以提高阳离子链段在树脂中的活动性，在较低的添加量的前提下就可以获得更好的抗静电效果，静电剂质量含量在0.5-3％的范围内，就可以获得10⁹-10¹⁰Ω表面电阻，如此，聚醚链段的加入可以提高离子液体的活动性，从而在较低的含量就可以获得较好的抗静电性能，而含氟两性分子的加入可以有效包裹在抗静电剂表面，加快其向表面迁移，也可以有效提高抗静电效果，且抗静电性能持久稳定，不容易受温湿度的影响。

综上所述，本发明的设计重点在于，其主要是通过采用含氟高耐磨丙烯酸树脂能提供防污疏水疏油和高耐磨特性，高耐磨纳米填料能够有效提高涂层的耐磨性能；聚醚丙烯酸树脂可以为离子液体提供更好的活动性，以提高抗静电效率；含氟两亲化合物能有效地包裹在离子液体上，提升离子液体的迁出性能，保证涂层表面抗静电性能更优。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：由高耐磨防污主体树脂、防静电分散液组成，各组分按重量份数计：

高耐磨防污主体树脂 90-100份；

防静电分散液 0.5-10份；

所述高耐磨防污主体树脂包括如下重量份数的各组分：

所述防静电分散液包括如下重量份数的各组分：

离子液体 1-10份；

含氟两亲化合物 1-10份；

醇类溶剂 0-80份。

2.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述含氟高耐磨丙烯酸树脂为环氧改性含氟丙烯酸树脂、聚氨酯改性含氟丙烯酸树脂、聚醚改性含氟丙烯酸树脂的一种或几种组合。

3.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述高耐磨纳米填料为纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化锆、纳米氧化钛的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述聚醚丙烯酸树脂的分子量为100-10000，所述聚醚丙烯酸树脂的官能度为1-4。

5.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述高官能度单体为季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯的一种或几种组合。

6.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷的一种或几种组合。

7.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲基异丁基甲酮、丙二醇单甲醚的一种或几种组合；

所述醇类溶剂为异丙醇、丁醇、乙醇的一种或几种组合。

8.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述离子液体为三正丁基甲铵双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐。

9.根据权利要求1所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料，其特征在于：所述含氟两亲化合物为阳离子含氟表面活性剂、阴离子含氟表面活性剂或非离子性含氟表面活性剂。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种防污抗静电高耐磨透明光固化涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、高耐磨防污主体树脂的制备：

准备10-90份的含氟高耐磨丙烯酸树脂、0-10份的高耐磨纳米填料、1-100份的聚醚丙烯酸树脂、0-50份的高官能度单体、0.1-15份的光引发剂、0-90份的溶剂；

在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入含氟高耐磨丙烯酸树脂、高耐磨纳米填料、聚醚丙烯酸树脂、高官能度单体、光引发剂、溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得高耐磨防污主体树脂；

步骤二、防静电分散液的制备：

准备1-10份的离子液体、1-10份的含氟两亲化合物、0-80份的醇类溶剂，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入离子液体、含氟两亲化合物、醇类溶剂混合，进行高速搅拌分散，制得防静电分散液；

步骤三、制备涂料：准备步骤一制得的高耐磨防污主体树脂90-100份、步骤二制得的防静电分散液0.5-10份，在常温条件下，在常规的高速搅拌分散机中按重量份数比例投入高耐磨防污主体树脂、防静电分散液混合，进行高速搅拌分散后，进行过滤，即得涂料。

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