CN116478437B - 自修复轻质高亮pvc夜光膜及其制备方法、夜间水上救生设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜，由PVC压延膜及膜层上的自修复透明涂层组成；其中，所述自修复透明涂层为聚氨酯涂层，涂覆于PVC压延膜的其中一面；PVC压延膜由以下重量份的组分组成：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30～60份，DOTP增塑剂30～40份，热膨胀微球2～5份，钡锌热稳定剂2～5份，夜光粉40～50份，丙烯酸酯类加工助剂1～4份；热膨胀微球发泡后的球体粒径大于夜光粉的粒径，从而使PVC压延膜的内部充满均匀分布的热膨胀微球发泡后的球体和夜光粉。本发明的夜光膜通过设计PVC膜的配方，在减少增塑剂的添加量的同时，提高膜的力学性能，同时极大地减轻膜的重量，并可实现耐刮擦自修复，解决夜光粉遇水潮解变质的问题。
Description
技术领域
本发明涉及救生设备技术领域，具体而言涉及一种自修复轻质高亮PVC夜光膜及其制备方法、夜间水上救生设备。
背景技术
目前，现行的夜光膜一般是在PVC体系中直接添加无机铝酸盐的夜光粉，以达到在有光环境下吸收光能并在无光环境下发光的效果，但这种夜光膜会存在以下不足：
(1) 由于PVC体系中是通过添加大量增塑剂提高膜的柔性和弹性，因此会存在增塑剂容易迁移和析出的问题，特别是在夏季高温时，增塑剂更容易析出。这一方面不利于环保健康，另一方面PVC膜由于增塑剂的析出而变硬变脆，容易破损而失去作用。
(2)目前采用的无机夜光粉的密度较大，而要达到长余辉效果，又必须填充足够量，因此会极大增加膜的重量，降低膜做成泳圈后的浮力效果。
(3) 目前的夜光粉耐水性较差，易遇水分解，应用于水中环境时容易失去长余辉夜光效果。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜及其制备方法，通过设计PVC膜的配方，在减少增塑剂的添加量的同时，提高膜的力学性能，同时在相同厚度和夜光粉添加量的前提下，极大地减轻膜的重量，并在不影响夜光膜发光亮度和颜色基础上，可实现耐刮擦自修复，并解决夜光粉遇水潮解变质的问题。
根据本发明目的的第一方面，提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜，由PVC压延膜及膜层上的自修复透明涂层组成；
其中，所述自修复透明涂层为聚氨酯涂层，涂覆于PVC压延膜的其中一面，所述聚氨酯涂层为阿克苏诺贝尔Awlgrip HDT型聚氨酯涂层；
PVC压延膜由以下重量份的组分组成：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份；
热膨胀微球发泡后的球体粒径大于夜光粉的粒径，且夜光粉包含不同粒径等级的颗粒，从而使热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配。
在可选的实施方式中，所述PVC压延膜的厚度为0.50~0.60mm。
在可选的实施方式中，自修复透明涂层的厚度为0.05~0.10mm。
在可选的实施方式中，热膨胀微球在加热到110℃~240℃温度范围发泡变成粒径50~60μm，最大抗压强度为300Mpa的空心球体。
在可选的实施方式中，不同粒径等级的夜光粉的粒径范围为纳米级粉末、0~10μm级粉末、10~20μm级粉末以及20~30μm级粉末。
根据本发明目的的第二方面，提供一种前述自修复轻质高亮PVC夜光膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量份称取以下组分：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份；
S2、将步骤S1中称取好的组分混合均匀，将混合均匀的组分经过密炼至熟化，之后经过开炼、挤出过滤，再压延成型，得到内部有空心发泡球体和均匀分布夜光粉PVC压延膜；
S3、再将可自修复的水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式涂覆于步骤S2得到的PVC压延膜的表面，制备出自修复轻质高亮PVC夜光膜。
在可选的实施方式中，所述步骤S2中，密炼的条件为：转子转速50-60 rpm，电机加载电流200-600A；
开炼的条件为：温度为155℃-170℃，转速为20-30 rpm；挤出的条件为：温度160℃-175℃，单螺杆转速20-28 rpm。
在可选的实施方式中，所述步骤S2中，压延的条件为：四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：170℃-185℃，R2：170℃-185℃，R3:175℃-188℃，R4：160℃-167℃；
四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：12-19 rpm，R2：17-23 rpm，R3: 20-25rpm，R4：25-30 rpm。
在可选的实施方式中，所述步骤S3中，印刷的条件为：印刷速度：42-65m/min，加热鼓风烘箱温度35-62℃，风量2500-4800 m3/h烘干。
根据本发明目的的第三方面，还提供一种前述自修复轻质高亮PVC夜光膜的夜间水上救生设备。
与现有技术相比，本发明的显著有益效果在于：
1、本发明的自修复轻质高亮PVC夜光膜，利用热塑性聚氨酯弹性体与PVC共混增韧改性，至少可以减少50%增塑剂的添加量，同时利用热塑性聚氨酯弹性体与PVC通过化学键合，不仅能够提高膜的拉伸模量及断裂伸长率，而且能够永久保持膜的本身柔性和弹性，延长膜材料的使用寿命，更有利于环保和健康。
2、本发明的自修复轻质高亮PVC夜光膜，利用热膨胀微球在热加工时发泡成原来体积的20-70倍，最大抗压强度为300Mpa的空心球体，良好的回弹性可以承受多次循环加压/卸压而不破裂，再利用热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配，使膜内部充满均匀分布的空心微球和夜光粉，提高夜光效果，在达到更好的长余辉效果的同时还极大地减轻了膜的重量。
3、本发明的自修复轻质高亮PVC夜光膜，利用透明的可修复聚氨酯涂层，涂覆于夜光膜表面形成透明保护层，在不影响夜光膜发光亮度和颜色基础上，涂层能够有效地阻止大部分水气进入膜中，且由于热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配，热膨胀微球发泡后的空心球体具有更好的支撑效果，不同粒径等级的夜光粉嵌合在空心球体的空隙中，从而有效与进入的少量水气接触，保证了长余辉夜光效果，通过可修复聚氨酯涂层，与热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配的协同作用解决了夜光粉遇水潮解变质问题，能够长效保持夜光膜的长余辉亮度，从而提供了一种可耐刮擦自修复长余辉的方案。
附图说明
图1是本发明的自修复轻质高亮PVC夜光膜的结构示意图。
图2是本发明的自修复轻质高亮PVC夜光膜采用的PVC压延膜的内部结构分布示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
本发明提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜，首先利用热塑性聚氨酯弹性体增仍改性PVC体系，可以减少PVC体系中增塑剂的添加，提高膜的耐候耐久性；其次，在体系中添加粒径大小差异化的热膨胀微球和不同粒径等级的无机夜光粉，利用两者粒径大小不同以及形成的错配度，使夜光粉能够均匀分散在膜中，并形成粒径的错配，热膨胀微球经压延热成型时能够自发泡，在膜内形成发泡结构，减轻膜的重量，应用水上可增加产品的浮力；最后，在膜表面涂覆自修复透明涂层，提高膜的耐磨耐刮、使用寿命以及长余辉效果。
结合图1所示，在本发明示例性的实施例中，提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜，由PVC压延膜1及膜层上的自修复透明涂层2组成。
其中，自修复透明涂层2为聚氨酯涂层，涂覆于PVC压延膜的其中一面，所述聚氨酯涂层为阿克苏诺贝尔Awlgrip HDT型聚氨酯涂层。
PVC压延膜由以下重量份的组分组成：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份。
如图2所示，热膨胀微球发泡后的球体1-1粒径可为原体积的20-70倍，远远大于夜光粉1-2的粒径，且夜光粉包含不同粒径等级的颗粒，从而使热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配，从而使PVC压延膜的内部充满均匀分布的热膨胀微球发泡后的球体和夜光粉，并形成粒径这件的错配。
在可选的实施方式中，所述PVC压延膜的厚度为0.50~0.60mm。
在可选的实施方式中，自修复透明涂层的厚度为0.05~0.10mm。
在可选的实施方式中，热膨胀微球在加热到110℃~240℃温度范围发泡变成粒径50~60μm，最大抗压强度为300Mpa的空心球体。
在可选的实施方式中，不同粒径等级的夜光粉的粒径范围为纳米级粉末、0~10μm级粉末、10~20μm级粉末以及20~30μm级粉末。
应当理解为，不同粒径等级的夜光粉可按任意质量比进行配比。
本发明还提供一种自修复轻质高亮PVC夜光膜的制备方法，先将热塑性聚氨酯弹性体、热膨胀微球和夜光粉与PVC体系共混压延成型，制备出0.50~0.60mm厚度的PVC薄膜；再利用喷涂工艺将可自修复透明聚氨酯涂层涂覆于PVC压延膜表面，最终得到厚度0.55~0.65mm的自修复轻质高亮PVC夜光膜。
在本发明另一个示例性的实施例中，提供一种前述自修复轻质高亮PVC夜光膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量份称取以下组分：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份；
S2、将步骤S1中称取好的组分混合均匀，将混合均匀的组分经过密炼至熟化，之后经过开炼、挤出过滤，再压延成型，得到内部有空心发泡球体和均匀分布夜光粉PVC压延膜；
S3、再将可自修复的水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式涂覆于步骤S2得到的PVC压延膜的表面，制备出自修复轻质高亮PVC夜光膜。
在可选的实施方式中，所述步骤S2中，密炼的条件为：转子转速50-60 rpm，电机加载电流200-600A；
开炼的条件为：温度为155℃-170℃，转速为20-30 rpm；挤出的条件为：温度160℃-175℃，单螺杆转速20-28 rpm。
在可选的实施方式中，所述步骤S2中，压延的条件为：四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：170℃-185℃，R2：170℃-185℃，R3:175℃-188℃，R4：160℃-167℃；
四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：12-19 rpm，R2：17-23 rpm，R3: 20-25rpm，R4：25-30 rpm。
在可选的实施方式中，所述步骤S3中，印刷的条件为：印刷速度：42-65m/min，加热鼓风烘箱温度35-62℃，风量2500-4800 m3/h烘干。
在本发明另一个示例性的实施例中，还还提供一种前述自修复轻质高亮PVC夜光膜的夜间水上救生设备，例如，充气泳圈，具有重量轻、耐候耐久、长余辉夜光，以及耐刮耐磨，使用寿命长的优点。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
以下实施例采用的原材料为：
PVC树脂来源于苏州华苏塑料有限公司HS-2000型PVC树脂
热塑性聚氨酯弹性体来源于路博润ESTANE® D91T80型聚氨酯弹性体
增塑剂来源于江苏宏信化工有限公司DOTP型增塑剂
钡锌稳定剂来源于亚风实业有限公司BZ-6588A型钡锌稳定剂
丙烯酸酯类加工助剂来源于钟渊化学PA 40型加工助剂
热膨胀微球来源于日本松本化学株式会社F-230D型热膨胀微球
夜光粉来源于大连路明发光科技股份有限公司SP-3型夜光粉（等比质量的100nm、0~10μm、10~20μm以及20~30μm）
水性聚氨酯涂层来源于阿克苏诺贝尔Awlgrip HDT型聚氨酯涂层
采用设备厂家及型号如下：
压延机：IHI，φ26"*90"L胶布机
密炼机：台胜精机工业股份有限公司，V-IM-0760
搅拌机：中国台湾省正大铁工厂股份有限公司，300L
挤出过滤机：杨鼎机械工业有限公司， φ200过滤机
开炼机：台胜精机工业股份有限公司，φ26"*90"L型
中卷机：Somatec，ATW-800/2400I
印刷设备：陕西北人FR100ELS印刷机 (带电热鼓风干燥箱)
实施例1
PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体60份，DOTP增塑剂40份，热膨胀微球3份，钡锌热稳定剂3份，夜光粉45份，丙烯酸酯类加工助剂1.5份，在高速搅拌机中以1300 rpm速度充分搅拌4分钟，得到组分均匀的混合物。
将混合物于密炼机中混炼2.5分钟得到预塑化的熔体，将熔体通过开炼机、挤出机，最后由四辊压延机得到厚度为0.55mm左右的PVC膜。
其中，密炼的条件为：转子转速50 rpm，电机加载电流400A，混炼时间2.5min；
开炼的条件为：温度为165℃，转速为26.2 rpm；
挤出的条件为：温度175℃，单螺杆转速25 rpm；
压延的条件为：所述四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：175℃，R2：185℃，R3:187℃，R4：170℃；四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：16.2rpm，R2：19.8 rpm，R3：23.9rpm，R4：27.6 rpm。
将水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式，涂覆于PVC膜表面其中，印刷速度：60 m/min，后段烘箱50℃温度下，以4000m3/h风量烘干，最后收卷。
实施例2
PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30份，DOTP增塑剂30份，热膨胀微球5份，钡锌热稳定剂5份，夜光粉50份，丙烯酸酯类加工助剂4份，在高速搅拌机中以1300 rpm速度充分搅拌4分钟，得到组分均匀的混合物。
将混合物于密炼机中混炼2.5分钟得到预塑化的熔体，将熔体通过开炼机、挤出机，最后由四辊压延机得到厚度为0.55mm左右的PVC膜。
其中，密炼的条件为：转子转速50 rpm，电机加载电流400A，混炼时间2.5min；
开炼的条件为：温度为165℃，转速为26.2 rpm；
挤出的条件为：温度175℃，单螺杆转速25 rpm；
压延的条件为：所述四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：175℃，R2：185℃，R3:187℃，R4：170℃；四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：16.2rpm，R2：19.8rpm，R3：23.9 rpm，R4：27.6rpm。
将水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式，涂覆于PVC膜表面其中，印刷速度：60 m/min，后段烘箱50℃温度下，以4000m3/h风量烘干，最后收卷。
实施例3
PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体45份，DOTP增塑剂35份，热膨胀微球2份，钡锌热稳定剂2份，夜光粉40份，丙烯酸酯类加工助剂2.5份，在高速搅拌机中以1300 rpm速度充分搅拌4分钟，得到组分均匀的混合物。
将混合物于密炼机中混炼2.5分钟得到预塑化的熔体，将熔体通过开炼机、挤出机，最后由四辊压延机得到厚度为0.55mm左右的PVC膜。
其中，密炼的条件为：转子转速50 rpm，电机加载电流400A，混炼时间2.5min；
开炼的条件为：温度为165℃，转速为26.2 rpm；
挤出的条件为：温度175℃，单螺杆转速25 rpm；
压延的条件为：所述四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：175℃，R2：185℃，R3:187℃，R4：170℃；四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：16.2rpm，R2：19.8rpm，R3：23.9 rpm，R4：27.6rpm。
将水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式，涂覆于PVC膜表面其中，印刷速度：60 m/min，后段烘箱50℃温度下，以4000m3/h风量烘干，最后收卷。
对比例1
PVC树脂来源于苏州华苏塑料有限公司HS-2000型PVC树脂
增塑剂来源于江苏宏信化工有限公司DOTP型增塑剂
钡锌稳定剂来源于亚风实业有限公司BZ-6588A型钡锌稳定剂
丙烯酸酯类加工助剂来源于钟渊化学PA 40型加工助剂
夜光粉来源于大连路明发光科技股份有限公司SP-3型夜光粉
采用设备厂家及型号如下：
压延机：IHI，φ26"*90"L胶布机
密炼机：台胜精机工业股份有限公司，V-IM-0760
搅拌机：中国台湾正大铁工厂股份有限公司，300L
挤出过滤机：杨鼎机械工业有限公司， φ200过滤机
开炼机：台胜精机工业股份有限公司，φ26"*90"L型
中卷机：Somatec，ATW-800/2400I
制备过程：
PVC树脂粉100份，DOTP增塑剂60份，钡锌热稳定剂3份，夜光粉45份，丙烯酸酯类加工助剂1.5份。在高速搅拌机中以1300 rpm速度充分搅拌4分钟，得到组分均匀的混合物。
将混合物于密炼机中混炼2.5分钟得到预塑化的熔体，将熔体通过开炼机、挤出机，最后由四辊压延机得到厚度为0.55mm左右的PVC膜。
其中 ，密炼的条件为：转子转速50 rpm，电机加载电流400A，混炼时间2.5min；
开炼的条件为：温度为164℃，转速为25.6 rpm；
挤出的条件为：温度174℃，单螺杆转速23.9 rpm；
压延的条件为：所述四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：174℃，R2：186℃，R3:188℃，R4：169℃；四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：16.5rpm，R2：19.5rpm，R3：23.4 rpm，R4：27.8 rpm。
性能测试
采用实施例1和对比例1得到的PVC夜光膜进行机械拉伸性能、克重、浸水夜光亮度和刮擦后光泽度测试，具体测试标准和结果如下表所示：
通过测试结果可以看出，实施例1的夜光膜拉伸强度更大，同时伸长率也更大，说明本发明的夜光膜比普通夜光膜抵抗外界强度更大，膜表现出更柔性和弹性特点，非常适合下游做成充气类救生圈等产品。
自修复使通过用1000目的砂纸打磨夜光膜，放置2小时后，测试前后膜光泽度的变化，实施例1的膜光泽度从打磨前48GU变成45GU，而对比例1从49GU变成9GU，这说明本发明的夜光膜自修复效果明显，能够在短时间内修复被打磨粗糙的表面。
从上述测试结果可以看出，本发明的PVC夜光膜具有优异的机械拉伸性能和柔弹性；浸水4小时候后夜光长余辉亮度依旧能保持持久和光亮；自修复涂层能够在短时间内修复膜表面的轻微磨损；另外，在满足多功能性的前提下，膜的克重较小，比传统PVC夜光膜质量更轻，是非常适合下游做充气救生圈类产品。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种自修复轻质高亮PVC夜光膜，其特征在于，由PVC压延膜及膜层上的自修复透明涂层组成；
其中，所述自修复透明涂层为聚氨酯涂层，涂覆于PVC压延膜的其中一面，所述聚氨酯涂层为阿克苏诺贝尔Awlgrip HDT型聚氨酯涂层；
PVC压延膜由以下重量份的组分组成：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份；
热膨胀微球发泡后的球体的粒径大于夜光粉的粒径，且夜光粉包含不同粒径等级的颗粒，从而使热膨胀微球发泡后的球体与夜光粉形成不同粒径的错配。
2.根据权利要求1所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜，其特征在于，所述PVC压延膜的厚度为0.50~0.60mm。
3.根据权利要求1所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜，其特征在于，自修复透明涂层的厚度为0.05~0.10mm。
4.根据权利要求1所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜，其特征在于，热膨胀微球在加热到110℃~240℃温度范围发泡变成粒径40~60μm，最大抗压强度为300Mpa的空心球体。
5.根据权利要求1所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜，其特征在于，不同粒径等级的夜光粉的粒径范围为纳米级粉末、0~10μm级粉末、10~20μm级粉末以及20~30μm级粉末。
6.一种权利要求1-5中任意一项所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照质量份称取以下组分：PVC树脂粉100份，热塑性聚氨酯弹性体30~60份，DOTP增塑剂30~40份，热膨胀微球2~5份，钡锌热稳定剂2~5份，夜光粉40~50份，丙烯酸酯类加工助剂1~4份；
S2、将步骤S1中称取好的组分混合均匀，将混合均匀的组分经过密炼至熟化，之后经过开炼、挤出过滤，再压延成型，得到内部有空心发泡球体和均匀分布夜光粉PVC压延膜；
S3、再将可自修复的水性聚氨酯涂层采用凹版印刷的方式涂覆于步骤S2得到的PVC压延膜的表面，制备出自修复轻质高亮PVC夜光膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，密炼的条件为：转子转速50-60 rpm，电机加载电流200-600A；
开炼的条件为：温度为155℃-170℃，转速为20-30 rpm；挤出的条件为：温度160℃-175℃，单螺杆转速20-28 rpm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，压延的条件为：四辊压延机的温度沿进料至出料方向依次设定为R1：170℃-185℃，R2：170℃-185℃，R3:175℃-188℃，R4：160℃-167℃；
四辊压延机的转速沿进料至出料方向依次设定为R1：12-19 rpm，R2：17-23 rpm，R3:20-25rpm，R4：25-30 rpm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，印刷的条件为：印刷速度：42-65m/min，加热鼓风烘箱温度35-62℃，风量2500-4800 m3/h烘干。
10.一种采用权利要求1-5中任意一项所述的自修复轻质高亮PVC夜光膜的夜间水上救生设备。
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