TWI534215B - 防霧塗料及防霧基材之製造方法 - Google Patents

Description

防霧塗料及防霧基材之製造方法

本發明係關於一種防霧塗料及防霧基材的製造方法。

生活中塑膠薄膜或玻璃基材因內外溫度變化，造成空氣中水汽凝結在基材表面，以不透明的"霧"的方式形成，茲將水汽凝結於基材(塑膠薄膜或玻璃板)上時之所涉及的物理現象作一說明如下：

1.當透明基材(玻璃或塑膠)內部溫度低於露點溫度(dew-point temperature)，空氣中水汽會於基材表面凝結析出，稱之"結霧"(霧之產生)現象。

2.當接近透明基材表面之空氣冷至一溫度，空氣中過多之水汽凝結在基材表面，這種現象在封閉式有人存在的空間(屋內或車內)受到空氣中之溫度、相對濕度及露點溫度變化影響較為明顯。

3.冷凝水之表面張力及透明基材表面之潤濕張力差異大小，將是影響"霧"之產生關鍵。

4.霧化產生與否，取決於基材表面的潤濕性質及氣(空氣)、液(水汽)、固(基材)三相之間的表面張力，當 基材表面張力大時，凝結小水汽與基材表面產生極強之親水基，易於潤濕鋪平，不易結霧；當基材表面張力夠小時，凝結小水汽與基材表面產生極強之疏水基，小水珠很容易滾落，也不易結霧。

當一液體置於一固體表面時，可以視為是一個氣(V)-液(L)-固(S)三相共存的系統。其中氣相可以是液體的飽和蒸氣、有時候也可以是空氣。此一系統具有三個界面張力γ_g1、γ_s1、γ_sg，分別對應於氣-液、液-固與氣-固界面，如圖(2-7)所示。當系統達到平衡時，這三個張力間的關係滿足Young’s equation，其中，γ_sg=γ_s1+γ_g1 cosθ，θ即為接觸角(contact angle)。依據接觸角的不同，我們可以將液體在氣-固界面上所表現的行為分為四大類：θ=0時，張力間的關係為γ_sg=γ_s1+γ_g1。顯示在氣-固兩相之間存在一層液體的濕透薄膜可以達到系統最低總能量。在這種情況下，我們稱該液體在固體表面上呈現完全濕透行為。

0<θ<π/2時，張力間的關係為γ_sg<γ_s1+γ_g1且γ_sg>γ_s1。因此液體傾向於增加與固體的接觸面積，進而減少空氣與固體的接觸接觸面積，以降低系統總能量。該液體在固體表面上聚成一個液滴形狀，我們稱之為部分濕透狀態。

π/2<θ<π時，該液體在固體表面上仍呈現部分濕透行為。但此時，張力間的關係變成γ_s1>γ_sg，因此液體增傾向於減少與固體的接觸表面積，以降低系統總能量。

θ=π時，該液體在固體表面上呈現非濕透行為。張力間的關係式滿足γ_s1=γ_sg+γ_g1，顯示在固液之間會有一層氣體薄膜阻隔。一般而言，當接觸角接近兩個極端值0°與180°的時候，測量的難度也隨之增加。當接觸角接近0°時，往往很難決定液-氣-固三相接觸線的位置。而當接觸角接近180°時，根據非濕透行為的定義，在固液之間會有氣體薄膜。然而，如何觀察此氣體薄膜的存在是相當困難的。

日常生活中有諸多情況會面臨結霧的現象，例如：天氣濕冷時，車窗或者是大樓的玻璃帷幕容易結霧而影響駕駛人或室內人員的視線；氣溫較冷時，機車騎士的安全帽鏡片或者是護目鏡容易因為呼吸而結霧；以及，於浴室中打開熱水一段時間後，鏡子表面會因水蒸氣的凝結而形成一層薄霧。因此，物品表面的結霧現象確實會造成使用者的不便。

有鑑於此，本發明提出一種防霧塗料，當所述防霧塗料塗佈於物品表面且經過乾燥及光固化後，可提供物品表面長時間地防霧功效。所述防霧塗料之主要成分如下：以該防霧塗料之總重量為基礎時，包括：15%至25%之間之水基壓克力聚氨酯寡聚物；15%至25%之間之水基壓克力單體；2%至5%之間之水基防霧劑；0.2至0.5%之間之水基潤濕劑；0.5至2.5%之間之水基消泡劑；0.1至 0.5%之間之水基流平劑；0.2至2%之間之水基搖變劑；1至3%之間之矽烷偶合劑；5%至10%之間之水基密著促進劑；15%至25%之間之奈米溶膠；1%至2%之間之水基光起始劑；及平衡含量之水。

本發明亦提出一種防霧基材的製造方法，包含下列各個步驟。首先提供一基材，所述基材具有一第一表面，然後將前開所述之防霧塗料塗佈於所述基材之第一表面。接著將塗佈於基材之第一表面之防霧塗料予以乾燥處理後，再對其進行光固化後，即可得到所述防霧基材。

除此之外，本發明亦提出一種防霧基材，係藉由前段所述防霧基材的製造方法所製造而得。

綜上，本發明無需藉由任何其他必須耗電之加熱裝置或者是空調裝置，便可在基材表面達到長時間防霧的功效。此外，本發明並非市面上常見之短時效之噴劑型防霧劑，本發明之防霧塗料在固化之後具有一定的硬度及耐磨功能，因而相較於市面上之短效噴劑型防霧劑具有較長的耐候性以及持久性。

10‧‧‧防霧基材

11‧‧‧基材

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧第二表面

12‧‧‧防霧塗料

13‧‧‧感壓膠

14‧‧‧離型膜

15‧‧‧隔熱塗層

20‧‧‧防霧基材

第1圖係本發明第一實施例之防霧基材剖面示意圖。

第2圖係本發明第二實施例之防霧基材剖面示意圖。

本發明所提出之防霧塗料之一具體實施例的成分如下：15%至25%之間之水基壓克力聚氨酯寡聚物；15%至25%之間之水基壓克力單體；2%至5%之間之水基防霧劑；0.2至0.5%之間之水基潤濕劑；0.5至2.5%之間之水基消泡劑；0.1至0.5%之間之水基流平劑；0.2至2%之間之水基搖變劑，該水基搖變劑係為聚醚型之聚氨酯樹脂；1至3%之間之矽烷偶合劑；5%至10%之間之水基密著促進劑；15%至25%之間之奈米溶膠；1%至2%之間之水基光起始劑；及平衡含量之水。

在本實施例中，水基壓克力單體係選自hydroxyethyl acrylate、hydroxyethyl methacrylate、acrylic acid、methylenebisacrylamide、methyl methacrylate及其組 合所構成之群組。

水基防霧劑係選自Sodium 3-sulphonatopropyl acrylate、Potassium 3-sulphonatopropyl acrylate及其組合所構成之群組。上述這些材料內具有-OH、-COOH、-NH₂、-SO₃Na等親水性官能基，即使在防霧塗料乾燥固化後，這些官能基仍然會在乾燥固化後的防霧塗料表面存在，提供高表面能及降低水滴接觸角(θ=>0°)之長效防霧功能。

奈米溶膠所包含之奈米粒子係選自SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZnO及其組合所構成之群組。

水基壓克力聚氨酯寡聚物係選自Soltech公司所生產之商品代號SOLMER SU550、SOLMER SU550A、SOLMER SU560及其組合所構成之群組。

水基潤濕劑係選自Evonik公司所生產之商品代號為TEGO® WET 280或TEGO® WET 245之產品；或者是選自由BYK公司所生產之BYK349、BYK378、BYK-3455等產品。

水基消泡劑係選自BYK公司所生產之商品代號為BYK011、BYK014、BYK015、BYK1711、或BYK1740等產品。

水基流平劑係選自BYK公司所生產之商品代號為BYK3410、BYK3440、BYK uv3535、BYK-Dynwet 800等產品。

矽烷偶合劑係選自Dow Corning所生產之商品代號Z-6020、Z-6030及Z-6040之其中一者。

水基密著促進劑係選自Evonik所生產之商品代號Tego Variplus D50、Tego Addbond 1270、Tego Addbond DS1300及其組合所構成之群組。

水基光起始劑係選自BASF公司所生產之商品代號IRGACURE 500、IRGACURE 184、IRGACURE 1173、IRGACURE BP及IRGACURE 819DW之其中一者。

本發明亦提出一種防霧基材之製造方法，在一具體實施例中，所述防霧基材的剖面結構係如第1圖所示。首先，係提供一PET材質製成的基材11，基材11具有一第一表面111與相對於第一表面111之一第二表面112。然後將前開所述之防霧塗料12均勻塗佈於基材11之第一表面111，厚度約10至13微米之間。接著，於實質上90℃至110℃之溫度下持溫1至2分鐘以乾燥塗佈於第一表面111之防霧塗料12。乾燥完畢後，以強度實質上在250至450 mJ/cm²之範圍中的紫外光對塗佈於第一表面111之防霧塗料12進行光固化，光固化後的防霧塗料的厚度約在4微米至6微米之間。藉由上述製程，便可得到防霧基材10。

請再參照第1圖，在一實施態樣中，為了使防霧基材可以更容易地結合於鏡子、窗戶、車窗或者其他需要防霧的物品的表面，係進一步在基材11之第二表面112上設置透明的感壓膠13並貼覆離型膜14。如此一來，當使用者欲對特定物品的表面進行防霧時，只要撕去離型膜14，便可透過感壓膠13與物品的表面相結合。

在本實施例中，離型膜塗料剛塗佈於第二表面112上時的厚度約為22微米至24微米之間，經於實質上70℃至80℃之溫度下持溫1至2分鐘之後始形成離型膜14，此時的厚度約在8微米至10微米之間。

在本實施例中，乾燥完的防霧塗料12的厚度表面具有極高的親水性，因而能提供長時間的防霧功效。乾燥完的防霧塗料12的厚度若是過厚或者是過薄，在後續光固化製程中會造成表面性質改變，進而影響防霧效能。此外，防霧塗料12再經過光固化後，表面硬度可以達到H至2H等級(鉛筆式硬度計500g)，其表面耐磨性可以通過鋼絲絨(#0000)摩擦100次(荷重500g)。

在另一實施態樣中，如第2圖所示，為了使防霧基材2具有更為顯著的隔熱功效，基材11之第二表面112係設置有一透明的隔熱塗層15，例如摻雜有奈米陶瓷顆粒之高分子樹脂。

請再參照第2圖，在另一實施態樣中，為了使防霧基材2具有更為顯著的隔熱功效以及可容易地結合於需要防霧的物品的表面，可在基材11之第二表面112依序設置透明的隔熱塗層15、感壓膠13以及離型膜14。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧防霧基材

11‧‧‧基材

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧第二表面

12‧‧‧防霧塗料

13‧‧‧感壓膠

14‧‧‧離型膜

15‧‧‧隔熱塗層

Claims (9)

1. 一種防霧塗料，以該防霧塗料之總重量為基礎時，包括：15%至25%之間之水基壓克力聚氨酯寡聚物；15%至25%之間之水基壓克力單體，該水基壓克力單體係選自hydroxyethyl acrylate、hydroxyethyl methacrylate、acrylic acid、methylenebisacrylamide、methyl methacrylate及其組合所構成之群組；2%至5%之間之水基防霧劑，該水基防霧劑係選自Sodium 3-sulfonatopropyl acrylate、Potassium 3-sulfonatopropyl acrylate及其組合所構成之群組；0.2至0.5%之間之水基潤濕劑；0.5至2.5%之間之水基消泡劑；0.1至0.5%之間之水基流平劑；0.2至2%之間之水基搖變劑，該水基搖變劑係為聚醚型之聚氨酯樹脂；1至3%之間之矽烷偶合劑；5%至10%之間之水基密著促進劑；15%至25%之間之奈米溶膠，該奈米溶膠所包含之奈米粒子係選自SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZnO及其組合所構成之群組；1%至2%之間之水基光起始劑；及平衡含量之水。
2. 一種防霧基材之製造方法，包含：提供一基材，該基材具有一第一表面； 將請求項1所述之該防霧塗料塗佈於該基材之該第一表面；乾燥塗佈於該第一表面之該防霧塗料；及固化塗佈於該第一表面之該防霧塗料。
3. 如請求項2所述之防霧基材之製造方法，於乾燥該防霧塗料之步驟中，係於100℃至110℃之溫度下持溫1至2分鐘。
4. 如請求項2所述之防霧基材之製造方法，其中，係以強度在250至450mJ/cm²之範圍中之紫外光對塗佈於該第一表面之該防霧塗料進行光固化。
5. 如請求項2至4任一項所述之防霧基材之製造方法，其中，該基材更包含相對於該第一表面之一第二表面，該防霧基材的製造方法更包含：設置一隔熱塗層於該第二表面。
6. 如請求項2至4任一項所述之防霧基材之製造方法，其中，該基材更包含相對於該第一表面之一第二表面，該防霧基材之製造方法更包含：依序設置一感壓膠與一離型膜於該第二表面。
7. 如請求項5所述之防霧基材之製造方法，更包含：依序設置一感壓膠與一離型膜於該隔熱塗層之裸露表面。
8. 如請求項5所述之防霧基材之製造方法，其中該基材之材質係為PET。
9. 如請求項7所述之防霧基材之製造方法，其中該基材之 材質係為PET。