CN114685838A - 抗雾材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种抗雾材料及其制造方法。该抗雾材料包括由抗雾组合物固化所得的交联聚合物，其中，该抗雾组合物包括：离子化合物；末端具有2个以上丙烯酸酯官能团的硬质化合物；以及表面活性化合物。

Description

抗雾材料及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种抗雾材料及其制造方法，尤其涉及一种抗雾及耐磨材料及其制造方法。
背景技术
清晰的视线在生活中非常重要，环境中有许多状况会产生温差，进而产生起雾的状况，雾气会造成光线穿透率降低或视觉清晰度下降等问题，除造成一般使用上的不便外，更进一步影响到行车、工作安全，轻则使生活不便，重则危害生命安全。例如安全帽镜片或汽车挡风玻璃产生的雾气影响驾驶人视线；工程人员的安全护目镜起雾导致施工危险性增加；冷冻食品橱窗、浴室镜面起雾造成视线不清；农业温室玻璃上的雾气薄膜凝结成水滴，致使作物受潮影响产品质量等。因此，市场上一直存在着对于抗雾产品的需求。
目前市面上的抗雾涂料，多是以表面活性剂喷雾作为暂时性的抗雾涂料，其使用时限短，且不耐擦拭。抗雾材料主要分成两种类型，疏水及亲水型，疏水型材料表面张力小，可以使水滴滚动无法停留在材料表面，而达到防雾功效，但实际测试抗雾效果时，抗雾效果有限。亲水型材料表面张力大，可使水珠摊平成水膜，其抗雾效果较疏水型佳。但亲水型材料受限于化合物结构较软，无法抵抗外力，遭到摩擦容易脱落。本公开欲解决这一现象，导入硬质化合物，以提升亲水型涂料的物理特性。
发明内容
本公开提供一种抗雾材料，其使用丙烯酸类水性离子化合物作为抗雾主体，以表面活性化合物(亲水化合物)作为互溶介质，可将丙烯酸类硬质化合物导入离子化合物内，形成交联的网状结构，可兼顾抗雾效果及物理特性。当水珠于材料表面凝结时，离子化合物的高表面能会使水珠摊平而无法形成水珠，进而达到抗雾的功用，而硬质化合物则可补强水性材料的硬度，使其可耐擦拭，拉长使用期限。本公开的抗雾材料可解决抗雾材料物理性质不佳的问题。
具体而言，本公开的抗雾材料包括由抗雾组合物固化所得的交联聚合物，其中，该抗雾组合物包括：离子化合物；末端具有2个以上丙烯酸酯官能团的硬质化合物；以及表面活性化合物。
该离子化合物为具有式(I)所示结构的丙烯酸胺、丙烯酸酯类化合物：
Figure BDA0003035318740000021
式(I)中，n1、n2为0至3的整数、A为O或NH、R1为H或C1至C6烷基、Y为
Figure BDA0003035318740000022
且Z为
Figure BDA0003035318740000023
该表面活性化合物为具有式(II)所示结构的化合物：
Figure BDA0003035318740000024
式(II)中，n3为0至6的整数，且R2及R3为H或C1至C6烷基。
本公开还提供一种抗雾材料的制法，包括以下步骤：混合本公开的抗雾组合物，以形成一溶液；使该溶液脱泡；将该溶液涂布于基材；以及以UV光照射经涂布该溶液的基材，以形成该抗雾材料。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所描述的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本公开也可通过其它不同的实施方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明所描述的精神下赋予不同的修饰与变更。此外，本文所有范围和值都是包含且可合并的。落在本文中所述的范围内的任何数值或点，例如任何整数都可以作为最小值或最大值以导出下位范围等。
本公开提供一种抗雾材料，包括由抗雾组合物固化所得的交联聚合物，其中，该抗雾组合物包括：
具有式(I)所示结构的离子化合物；
Figure BDA0003035318740000031
式(I)中，n1、n2为0至3的整数、A为O或NH、R1为H或C1至C6烷基、Y为
Figure BDA0003035318740000032
且Z为
Figure BDA0003035318740000033
末端具有2个以上丙烯酸酯官能团的硬质化合物；以及
具有式(II)所示结构的表面活性化合物；
Figure BDA0003035318740000034
式(II)中，n3为0至6的整数且R2及R3为H或C1至C6烷基。
所述离子化合物主要提供抗雾的功效；硬质化合物主要提供耐磨及高硬度的功效；表面活性化合物则提供离子化合物及硬质化合物互溶及分散的功效。
本公开的抗雾组合物的主成分包括离子化合物及硬质化合物，并选用合适的表面活性化合物使两者产生交联反应，使抗雾材料同时具备好的抗雾及物理性质。离子化合物为高亲水性，其成膜后水接触角大多低于10°，硬质化合物则为疏水性，成膜后的水接触角大多高于90°。将两种不同性质的分子混合时，就如同将水与油混合一般，会产生明显的分层，将使交联反应无法进行。因此，需要选择一种合适的表面活性化合物，其一端具有亲水性官能团，另一端具有疏水性官能团，可同时与油水反应，以使两者混合均匀。
本公开的抗雾组合物的主成分包括离子化合物、硬质化合物及表面活性化合物，该表面活性化合物可使亲水性离子化合物与亲油性硬质化合物分散均匀且发生交联反应，形成单层式的高物理特性的抗雾涂层，其具有低水接触角、优异抗雾能力、高铅笔硬度及耐磨性。该抗雾组合物的成膜性佳，可使用光固化及热固化增加反应效率。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾组合物的主成分中，离子化合物的重量百分比为13至24％、硬质化合物的重量百分比为49至66％、表面活性化合物的重量百分比为20至27％。于其他具体实施方案中，离子化合物的重量百分比可为13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24％。硬质化合物的重量百分比可为49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65或66％。表面活性化合物的重量百分比可为20、21、22、23、24、25、26或27％。
在一个具体实施方案中，离子化合物可为丙烯酰胺、丙烯酸酯类化合物，且碳链结构中具有高极性的亲水官能团，如四级铵盐、硫酸盐、磷酸盐。离子化合物可选自于3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(3-[Dimethyl-[2-(2-methylprop-2-enoyloxy)ethyl]azaniumyl]propane-1-sulfonate)、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(Methacryloxyethyltrimethylammonium chloride)。
在一个具体实施方案中，离子化合物可以为
Figure BDA0003035318740000051
n1、n2为0至3的整数、A为O或NH、R1为H或C1至C6烷基。
在一个具体实施方案中，硬质化合物为脂肪族聚氨酯、丙烯酸酯类、六丙烯酸酯类化合物，其末端具有2个以上丙烯酸酯官能团基。硬质化合物可选自于季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate)、季戊四醇三丙烯酸酯(Pentaerythritoltriacrylate)、新戊二醇二丙烯酸酯(Neopentyl glycol diacrylate)。
在一个具体实施方案中，表面活性化合物为丙烯酸酯类化合物，且尾端可具有羟基。表面活性化合物可包括选自于甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)及丙烯酸羟丁酯(HBA)组成的组中的至少一种。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料，其穿透度≥90％，例如90％、91％或甚至92％。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料的雾度≤1.1，例如1.1、1、0.9或0.83％。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料的铅笔硬度≥3H，例如3H、4H、5H、6H或7H。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料，根据ASTM D6279方法，于#0000钢丝绒，以250g荷重100次磨耗该抗雾材料形成的5至10μm的膜材，在该膜材不会产生伤痕的耐磨耗性。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料通过≥90小时的UV老化测试，更具体地，其可通过≥92、94、96、98或100小时。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料为具有厚度为10至200μm，例如可为10至100μm或10至50μm的膜材。此处的厚度可依抗雾材料所处的环境需求作调整。
在一个具体实施方案中，该抗雾材料还包括稀释剂。例如该稀释剂选自丙酮、丁酮、乙酸正丁酯及丙二醇甲醚所组成的组中的至少一种。
本公开还提供一种抗雾材料的制法，包括以下步骤：混合本公开的抗雾组合物，以形成一溶液；使该溶液脱泡；将该溶液涂布于基材；以及以UV光照射经涂布该溶液的基材，以形成该抗雾材料。
在一个具体实施方案中，形成该溶液的步骤包括混合该离子化合物与该表面活性化合物，以形成混合物；以及于该混合物中加入该硬质化合物，以形成该溶液。
在另一具体实施方案中，根据本公开的抗雾材料的制法，将离子化合物与表面活性化合物以0.1至4.2比0.5至9的重量比预先混合(称溶液A)搅拌1至5小时，待溶液A混合均匀后，放入超声波震荡器震荡2至10分钟，使溶液A的气泡打散呈透明状。接着加入重量比0.15至5硬质化合物搅拌0.5至1小时(称溶液B)，待溶液B混合均匀后，放入超声波震荡器震荡5分钟去除气泡。接着以5至100μm的线棒涂布于基材上，使用烘箱热固化或UV灯光固化后，可得到膜厚为3至50μm的单层式防雾膜。
在一个具体实施方案中，本公开的抗雾材料的制法中，基材为玻璃、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇或其他透明材料。该透明材料可为光穿透度大于或等于50％的材料。
本公开通过实施例的示例来说明细节。不过，本公开的诠释不应当被限制于以下实施例的阐述。
实施例1
本公开的实施例1的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入1.4g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、6.6g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.0g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
实施例2
本公开的实施例2的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入2.4g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、4.9g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.7g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
实施例3
本公开的实施例3的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入1.4g离子化合物([3-(Methacryloylamino)propyl](3-sulfonatopropyl)dimethylaminium,CAS.5205-95-8)、6.6g表面活性化合物(2-Hydroxyethylmethacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.0g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritoltetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
实施例4
本公开的实施例4的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入1.4g离子化合物(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine,CAS.67881-98-5)、6.6g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.0g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
实施例5
本公开的实施例5的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入2.7g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、5.3g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl acrylate,CAS 818-61-1)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.0g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μmPET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
实施例6
本公开的实施例6的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入1.3g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、6.1g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡，接着加入2.6g硬质化合物季戊四醇三丙烯酸酯(Pentaerythritol triacrylate,CAS3524-68-3)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
比较例1
本公开的比较例1的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入3.2g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、6.8g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)于室温下搅拌3小时混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
比较例2
本公开的比较例2的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入4.6g离子化合物[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵([2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide,CAS3637-26-1)、5.4g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μmPET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
比较例3
本公开的比较例3的制备程序、各化合物及条件如下所述，使用30ml的样品瓶，放入搅拌子，加入6.4g表面活性化合物(2-Hydroxyethyl methacrylate,CAS.868-77-9)、3.6g硬质化合物季戊四醇四丙烯酸酯(Pentaerythritol tetraacrylate,CAS 4986-89-4)混合均匀后，放入超声波震荡器5分钟除去气泡。将上述溶液以25μm线棒涂于125μm PET膜片上，放入烘箱90℃加热1分钟取出，将涂层放入UV输送带，以D灯进行固化，得到膜厚为5μm的防雾膜。
表1列出实施例1至实施例6及比较例1至比较例4中各组分比例。
表1
Figure BDA0003035318740000111
各化合物结构如下所示：
离子化合物A：
Figure BDA0003035318740000112
离子化合物B：
Figure BDA0003035318740000121
离子化合物C：
Figure BDA0003035318740000122
表面活性化合物A：
Figure BDA0003035318740000123
表面活性化合物B：
Figure BDA0003035318740000124
硬质化合物A：
Figure BDA0003035318740000125
硬质化合物B：
Figure BDA0003035318740000126
测试方式
-40℃抗雾测试
将抗雾涂料涂于125μm的PET基材，且膜厚控制于5至10μm，将其放入-40℃的冷冻室4小时取出，以肉眼观察起雾状况。
70℃抗雾测试
将抗雾涂料涂于125μm的PET基材，且膜厚控制于5至10μm，将将其以70℃的水蒸气加热5分钟，以肉眼观察起雾状况。
铅笔硬度测试
将抗雾涂料涂于125μm的PET基材，且膜厚控制于5至10μm，根据ASTM D3363测试膜材的铅笔硬度，测试5条线，3条(含)以上未使膜层裂开为通过，使用的荷重为500g。
耐磨耗测试
将抗雾涂料涂于125μm的PET基材，且膜厚控制于5至10μm，根据ASTM D6279测试膜材的耐磨耗性，使用#0000钢丝绒，以250g荷重进行100次磨耗，结果分成三个等级纪录：1.无伤、2.微伤(伤痕小于10条)、3.失败(伤痕大于10条)。
穿透度(T.T％)测试
使用雾度计(Nippon Denshoku-NDH7000)，此仪器可对塑胶胶片，玻璃纸，聚乙烯，玻璃和LCD触摸板的品质控制测定，可测定浊度(雾度)，穿透度(T.T％)，散射光透光率与平行光透光率。根据ASTM D1003规范进行测量，可得到穿透度(T.T％)数值。
雾度测试
使用雾度计(Nippon Denshoku-NDH7000)，此仪器可对塑料、胶片、玻璃纸、聚乙烯、玻璃和LCD触控板的品质控制测定，可测定浊度(雾度)，穿透度(T.T％)，散射光透光率与平行光透光率。根据ASTM D1003规范进行测量，可得到雾度的数值。
UV老化测试
使用ATLAS耐候试验机(联环科技公司)，按照ASTM-G154的规范进行测试，每隔一段时间取出样品，以60℃热水测试抗雾效果是否保持，并记录最高可耐的时间(小时)。
表2列出由实施例1至实施例6及比较例1至比较例4制备的抗雾材料的测试结果。
表2
Figure BDA0003035318740000141
由表2可看出，由本公开的抗雾组合物所制得的抗雾材料，抗雾温度-40℃及70℃时，抗雾效果良好皆不会起雾，其穿透度大于90％，其雾度小于0.9％，其铅笔硬度大于3H至7H，故可根据不同环境选择适当硬度的抗雾材料，其于#0000钢丝绒以250g荷重进行100次磨耗不会产生伤痕，其可通过UV老化测试大于94小时。可见本公开的抗雾材料同时具有抗雾及耐磨的功能，因此具有较好的耐候性，可用于户外或更严苛的环境。
由表2可看出，比较例1的抗雾组合物不含硬质化合物，因此所制得的抗雾材料虽可抗雾，但铅笔硬度小于3H，硬度不够，且无法通过耐磨性测试。
由表2可看出，比较例2的抗雾组合物不含表面活性化合物，离子化合物及硬质化合物互溶及分散的效果较差，因此所制得的抗雾材料无抗雾功能，不具实用性。
由表2可看出，比较例3的抗雾组合物不含离子化合物，因此所制得的抗雾材料抗雾效果较差，且雾度大于1.1％，实用性较差。
由表2可看出，非本公开的抗雾组合物所制得的抗雾材料，至少具有一种不令人满意的结果。
本公开的抗雾组合物所制得的抗雾材料为单层且呈网状结构的有机聚合物，抗雾组合物通过UV固化过程制造抗雾材料，其工艺简便，可根据不同材料及产品表面进行定制。
上述实施例用以例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何本领域技术人员均可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本公开的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种抗雾材料，其包括由抗雾组合物固化所得的交联聚合物，其中，所述抗雾组合物包括：
具有式(I)所示结构的离子化合物；
Figure FDA0003035318730000011
式(I)中，n1、n2为0至3的整数、A为O或NH、R1为H或C1至C6烷基、Y为
Figure FDA0003035318730000012
且Z为
Figure FDA0003035318730000013
末端具有2个以上丙烯酸酯官能团的硬质化合物；以及
具有式(II)所示结构的表面活性化合物；
Figure FDA0003035318730000014
式(II)中，n3为0至6的整数，R2及R3独立地为H或C1至C6烷基。
2.根据权利要求1所述的抗雾材料，其特征在于，以所述抗雾组合物的总重计，所述离子化合物的重量百分比为13至24％；所述硬质化合物的重量百分比为49至66％；以及所述表面活性化合物的重量百分比为20至27％。
3.根据权利要求1所述的抗雾材料，其穿透度≥90％。
4.根据权利要求1所述的抗雾材料，其雾度≤1.1％。
5.根据权利要求1所述的抗雾材料，其铅笔硬度≥3H。
6.根据权利要求1所述的抗雾材料，其中所述离子化合物为
Figure FDA0003035318730000021
n1、n2为0至3的整数、A为O或NH、R1为H或C1至C6烷基。
7.根据权利要求1所述的抗雾材料，其为具有厚度为10至200μm的膜材。
8.一种抗雾材料的制法，包括以下步骤：
混合根据权利要求1的抗雾组合物，以形成一溶液；
使所述溶液脱泡；
将所述溶液涂布于基材；以及
以UV光照射经涂布所述溶液的基材，以形成所述抗雾材料。
9.根据权利要求8所述的制法，其特征在于，形成所述溶液的步骤包括混合所述离子化合物与所述表面活性化合物，以形成混合物；以及于所述混合物中加入所述硬质化合物，以形成所述溶液。
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