TWI704998B

TWI704998B - 耐磨層及裝飾材料

Info

Publication number: TWI704998B
Application number: TW108103087A
Authority: TW
Inventors: 黃錦松; 黃聖智
Original assignee: 長佶企業有限公司
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-09-21
Also published as: TW202028003A

Abstract

本發明提供一種裝飾材料，至少由耐磨層及印刷層經捲對捲熱壓而成，耐磨層是由耐磨層母粒通過加熱而形成，耐磨層母粒的組成成分基於耐磨層母粒的總重包括30wt%~85wt%的熱塑性塑膠(熱塑性塑膠添加0.1wt%~12wt%的聚丙烯改性劑)、5wt%~50wt%的無機填充材料、1wt%~10wt%的阻燃劑、0.1wt%~16wt%的助劑、及0.1wt%~5wt%的熱塑性彈性體。

Description

耐磨層及裝飾材料

本發明涉及裝飾材料的技術領域，特別是一種具有阻燃、耐磨功能的環保裝飾材料。

裝飾材料依照裝設位置可分為室外裝飾材料和室內裝飾材料。室外和室內裝飾材料種類用材質分類可分成石材、木材、玻璃、泥沙材料、金屬合金、合成塑料和/或有機無機複合材料；室外和室內裝飾材料用形狀分類可分成板材、塊材、和管材等各類形狀。在中國實用新型專利第CN204506043號中揭露一種熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,TPO)裝飾材料在家居、辦公室場所、汽車、高鐵、飛機等領域具有廣泛應用，更可應用在裝飾材料的家具、辦公用具或室內裝飾物件，而此篇專利中所述的裝飾材料含有雙層結構：第一層為經過輻射交聯處理的熱塑性彈性體材料，第二層為不經過輻射交聯處理的熱塑性彈性體材料。此種貼合結構所組成的裝飾材料克服了裝飾材料表面的花紋損失，又保證了裝飾材料的熱延展性；但由於裝飾材料常採用塑料材料，往往在材料耐用性方面會有磨損問題，所以開發一種耐磨性高的熱塑性彈性體裝飾材料為本發明中欲解決之問題之一。

此外，TPO裝飾材料一般是由形成柔軟的薄表層材的表皮熔融樹脂層、形成柔軟發泡的中間層的中間熔融樹脂層、以及形成基材的基材熔融樹脂層通過擠壓機模頭熱壓成片狀後，按基材熔融樹脂層與下方模具接觸的狀態供料。壓縮成型的表皮熔融樹脂層可為熱塑性彈性體；中間熔融樹脂層可為含有發泡劑的、乙烯與至少具有自由基聚合性酸酐共聚的乙烯類共聚物；基材熔融樹脂層可為烯烴類樹脂。然而有些熱塑性彈性體例如：ABS及PVC等的中間熔融樹脂層的熱穩定性差，經熱擠壓成型後會釋放毒性小分子物質，容易造成毒性汙染，難以回收利用。

為解決上述之困擾，本發明之主要目的在提供一種耐磨層、印刷層及裝飾材料，此裝飾材料包括耐磨層及印刷層，具備阻燃性能與環保回收功能。

根據上述目的，本發明首先提供一種耐磨層，包括以聚烯烴為主要材料，其紅外光譜中在2950、2917、2838、1454、1376處顯示以cm^-1表示之特徵吸收。

此外，本發明還提供一種裝飾材料，包括耐磨層及印刷層；耐磨層是由以聚烯烴為主要材料，其紅外光譜中在2950、2917、2838、1454、1376處顯示以cm^-1表示之特徵吸收。

此外，本發明再提供一種耐磨層，其是由熱塑性塑膠、無機填充材料、阻燃劑、助劑及熱塑性彈性體形成耐磨層母粒後，通過加熱而形成；其中，耐磨層母粒的組成成分包括：佔所述耐磨層母粒的重量組份為30~85wt%的熱塑性塑膠，佔所述耐磨層母粒的重量組份為5~50wt%的無機填充材料，佔所述耐磨層母粒的重量組份為1~10wt%的阻燃劑，佔所述耐磨層母粒的重量組份為0.1~16wt%的助劑，以及佔所述耐磨層母粒的重量組份為0.1~5wt%的熱塑性彈性體。

再者，根據上述目的，本發明進一步提供一種印刷層，其是以熱塑性塑膠為主要材料，其紅外光譜中在2950、2918、2867、2848、2839、1460、1376處顯示以cm^-1表示之特徵吸收。

此外，本發明更提供一種裝飾材料，包括耐磨層及印刷層，印刷層是以熱塑性塑膠為主要材料，其紅外光譜中在2950、2918、2867、2848、2839、1460、1376處顯示以cm^-1表示之特徵吸收。

此外，本發明再提供一種印刷層，其是由熱塑性塑膠、無機填充材料、阻燃劑及助劑形成印刷層母粒後，通過加熱而形成；其中，印刷層母粒的組成成分包括佔印刷層母粒的重量組份為30~85wt%的熱塑性塑膠，佔印刷層母粒的重量組份為5~50wt%的無機填充材料，佔印刷層母粒的重量組份為1~10wt%的阻燃劑，佔印刷層母粒的重量組份為0.1~16wt%的助劑。

本發明的裝飾材料所具有的耐磨層及印刷層不含受熱壓後會產生毒性物質的塑膠，具綠色環保材料的特性。另外，耐磨層含有阻燃劑，除了具有抗摩擦功能外，還具備阻燃性能。

10:裝飾材料

11:耐磨層

12:圖案層

13:印刷層

14:基底

S1、S2、S3、S4、S5:步驟

圖1為本發明的裝飾材料的剖面圖。

圖2為本發明的裝飾材料的另一實施例的剖面圖。

圖3為本發明的裝飾材料的製備方法的流程圖。

圖4為本發明的耐磨層的傅里葉轉換紅外光譜圖。

圖5為本發明的印刷層的傅里葉轉換紅外光譜圖。

為了使本發明所屬技術領域者充分了解其技術內容，於此提供相關之其實施方式與其實施例來加以說明。此外在閱讀本發明所提供之實施方式時，請同時參閱圖式及如下的說明書內容，其中，圖式中各組成元件之形狀與相對之大小僅用以輔助了解本實施方式之內容，並非用於限制各組成元件之形狀與相對之大小，以此先行說明。

首先，請參考圖1，是本發明的裝飾材料的剖面圖。如圖1所示，本發明的裝飾材料10是由至少3層結構所組成，包括：耐磨層11、印刷層13及基底14。其中，基底14可以是用於家居裝潢、汽車裝飾的材料，例如為金屬、紙纖維、PE膜、PC膜、聚丙烯膜、PU膜或布料等等。印刷層13設置於基底14上，耐磨層11設置於印刷層13上，藉由熱壓的方式，例如較佳為經由捲對捲熱壓的方式，印刷層13與耐磨層11貼合。

接著，請參考圖2，是本發明的裝飾材料的剖面圖。如圖2所示，本發明的裝飾材料10的印刷層13可以為白色素材，而為增添色彩或圖案時，可在印刷層13上印刷具顏色花紋的圖案層12，再藉由熱壓方式與耐磨層11貼合，使得圖案層12配置於印刷層13與耐磨層11之間。圖案層12的材料可為用於捲對捲製程(roll to roll process)的油墨、塗布材料或膠粘劑所形成，對此，本發明並不加以限制其形成的方式及材質。很明顯的，當裝飾材料為白色或是不需要圖案花紋的情形時，則無需在印刷層13上印刷圖案層12，因此，本發明也可以選擇將印刷層13直接藉由熱壓方式與耐磨層11貼合。

在上述實施例中，本發明的裝飾材料10中的耐磨層11是一種厚度是0.1~0.5mm的透明膜，是以熱塑性彈性體、無機填充材料及熱塑性塑膠為主要成分，其中，熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer，TPE)可以包括：熱塑性聚氨酯型(TPU型)、熱塑性聚烯烴型(TPO型)、熱塑性聚苯乙烯型(TPE型)或聚乙烯共聚物型(CPE型)等。此外，TPE型包括苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、及將其氫化後而形成的苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)。

在本發明的實施例中，進一步是在耐磨層11加工形成過程中，需要添加適量的阻燃劑及助劑以形成耐磨層11。此外，為了製造出本發明的耐磨層11，在一種實施例中，先調製成一種耐磨層母粒，之後，再通過加熱的加工程序而形成耐磨層11。其中，耐磨層母粒包括：熱塑性彈性體(特別是一種熱塑性聚烯烴-TPO材料)、無機填充材料、熱塑性塑膠、阻燃劑及助劑；其中，熱塑性聚烯烴(以下簡稱TPO)佔耐磨層母粒的重量組份為0.1~5wt%、無機填充材料佔耐磨層母粒的重量組份為5~50wt%、熱塑性塑膠佔耐磨層母粒的重量組份為30~85wt%、阻燃劑佔耐磨層母粒的重量組份為1~10wt%、以及助劑佔耐磨層母粒的重量組份為0.1~16wt%。以上耐磨層母粒的組成如下表1所示。

接著，在上述實施例中，本發明的裝飾材料10中的印刷層13的厚度可以是0.05~0.5mm的薄膜，是由無機填充材料及熱塑性塑膠材料為主要成分，並在印刷層13加工形成過程中，進一步添加適量的阻燃劑及助劑以形成印刷層13。此外，為了製造出本發明的印刷層13，在一種實施例中，先形成一種印刷層母粒，之後，再通過加熱的加工程序而形成印刷層13。其中印刷層母粒包括：無機填充材料、熱塑性塑膠、阻燃劑及助劑等；其中，無機填充材料佔印刷層母粒的重量組份為5~50wt%、熱塑性塑膠佔印刷層母粒的重量組份為30~85wt%、阻燃劑佔印刷層母粒的重量組份為1~10wt%、以及助劑佔印刷層母粒的重量組份為0.1~16wt%。以上印刷層母粒的組成如下表2所示。

在上述實施例中，熱塑性彈性體較佳為TPU型、TPO型或TPE型。熱塑性塑膠可以是一種聚烯烴材料，例如：聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯共聚物，但不限於此。以及，在上述實施例中，無機填充材料可以是選自由二氧化鈦、硫酸鈣、硫化鋅、鋁酸酯塩、氧化矽及碳化矽等所組成群組中至少一種，但不限於此。

此外，在上述表1及表2的實施例中，助劑可以是選自由PE分散劑、分散油、紫外線吸收劑、抗氧化劑及偶合劑等所組成群組中至少一種，但不限於此。另外，由於熱塑性塑膠本身就具良好的加工性，為了提升耐熱性及抗衝擊性等性能，進一步於熱塑性塑膠中添加了聚丙烯改性劑。於較佳實施例中，在耐磨層母粒及印刷層母粒中分別添加聚丙烯改性劑，聚丙烯改性劑的添加量，是佔耐磨層母粒的重量組份為0.1~12wt%，或是佔印刷層母粒的重量組份為0.1~12wt%。

再者，在上述表1及表2的實施例中，阻燃劑以無鹵的較為環保，主要是由具有協同作用的含磷、含氮化學物聚合而成。故無鹵的阻燃劑在TPO中具有良好的相容性，且對塑膠的機械性能影響很小，同時在加工過程有優良的加工穩定性。用於TPO膜的TPO專用環保阻燃劑(以下簡稱HT-115K)可以少量的添加(例如1.2wt%)，即可達到可燃性能標準UL94中的V-2等級。然而，若添加過量，例如：添加超過10wt%，反而會使TPO膜的可塑延展能力變差。HT-115K的主要成分為磷、氮，是一種磷氮系膨脹型阻燃劑，膨脹型阻燃劑具有阻燃效率高、低煙、低毒等優點，是一種環境友好型阻燃劑。磷氮系膨脹型阻燃劑的開發主要集中在對聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺磷酸鹽(MP)等進行複配或改性處理以及合成新型含氮磷酸酯或鹽類等方面。用乙二胺通過離子交換反應對聚磷酸銨(APP)進行改性，得到了改性聚磷酸銨(MAPP)，並通過熔融共混製備出膨脹阻燃性TPO，產生了良好的阻燃效果。

以下提供本發明不同實施例的詳細內容，以更加明確說明本發明，然而本發明並不受限於下述實施例。

請參考圖3，是本發明的裝飾材料的製備方法的流程圖。如圖3所示，裝飾材料10的製備方法依序包括步驟S1、步驟S2、步驟S3、步驟S4及步驟S5進行。

首先，進行步驟S1，提供基底14。

接著，進行步驟S2，於基底14之上提供一種印刷層13，是將印刷層13經由噴塗或輥塗等方式形成在基底14之上。特別是將表2所示的印刷層母粒塗布於基底14之上，經烘乾程序後，可以於基底14上形成印刷層 13。在本發明的實施例中，印刷層13的厚度較佳為介於0.05mm~0.4mm之間。

接著，進行步驟S3，提供圖案層12。採用印刷技術，例如：滿版印刷或非滿版印刷，將由油墨、塗布材料或膠粘劑等所建構而成的圖案層12印刷於位於印刷層13之上，以形成半成品。很明顯的，此時的半成品的結構，依序是：圖案層12、印刷層13及基底14。

再接著，進行步驟S4，提供透明的耐磨層11。耐磨層11的形成方式，是先將表1所示的耐磨層母粒加熱加工製成薄膜，再將薄膜做表面處理，例如：通過硬化處理劑(hardcoat)塗布於薄膜上，再經照射紫外光後，以形成具有耐刮特性的耐磨層11。硬化處理劑較佳為紫外光硬化型聚合物或低聚物，用以賦予高硬度及耐刮特性。在本發明的實施例中，耐磨層11的厚度較佳為介於0.1mm~0.4mm之間。

最後，進行步驟S5，進行熱壓貼合。採用捲對捲熱壓方式(Roll to Roll Process)，將步驟S3所形成的半成品與透明的耐磨層11進行熱壓貼合，用以形成本發明的裝飾材料10。

在上述實施例中，當裝飾材料10為白色不需要花紋的情形，則無需在印刷層13上印刷圖案層12，可省略步驟S3，直接進行步驟S4。

在上述實施例中，當裝飾材料10需要各種顏色或是花紋時，即可以選擇使用滿版印刷技術或非滿版印刷技術。

滿版印刷技術是先將步驟S2所形成的印刷層13，先經過電暈或是電漿處理，以使印刷層13的表面分子結構重新排列及產生更多的極性部位後，有利於與油墨、塗布材料或膠粘劑等等的圖案層相黏結，以形成第一階段半成品。此時的第一階段半成品，大多為白色。接著，於此第一階段半成品經印刷了圖案層12後，就可以形成半成品。再搭配耐磨層11進行步驟S5的捲對捲熱壓方式以貼合後，就可以形成本發明的裝飾材料。

非滿版印刷是先對印刷層13塗布處理劑，再將具有所需要紋路的圖案層12印刷於塗了處理劑的印刷層13上，最後一版不印的話可留下大面積不印刷圖案層12，可節省油墨的使用量。再搭配耐磨層11進行步驟S5的捲對捲熱壓方式以貼合後，也可以形成本發明的裝飾材料。相較於滿版印刷，印刷層13要事先以油墨調色成最後一版所呈現的顏色，因此貼合效果尤佳，可提升密著度，減少揮發性有機物(VOC)的排放。

根據圖3的流程，本發明根據上表2的印刷層母粒成分加工形成印刷層13，並根據表1的耐磨層母粒成分加工形成耐磨層11後，必須經由熱壓的方式將具有耐刮特性的耐磨層11與印刷層13貼合。很明顯的，在使用熱壓的方式將耐磨層11與印刷層13貼合後，即可以完成本發明裝飾材料10的實施例。由於熱壓溫度高達攝氏143至165度(華氏289至329度)，因此，表1及表2中的一些成分，例如是助劑、聚丙烯改性劑或是阻燃劑等等，均可能會揮發掉，使得裝飾材料10形成後，無法檢測出這些揮發掉的成分。為了確保裝飾材料10產品實施例的物理特性，本發明進一步選擇利用傅里葉轉換紅外光譜儀進行耐磨層11或是印刷層13的量測，藉由所量測的特徵吸收情形來界定裝飾材料10的實施例的物理特性，其結果如圖4及圖5所示。

首先，請參考圖4，是本發明在對耐磨層的傅里葉轉換紅外光譜圖。如圖4所示，利用傅里葉轉換紅外光譜儀(FTIR)對耐磨層11進行量測，其中，紅外光譜儀的波長範圍設定為4000cm^-1~600cm^-1，分辨率為4cm^-1，經FTIR對耐磨層11量測後，結果顯示在2950、2917、2838、1454、1376等5處顯示以cm^-1表示之特徵吸收，特徵峰高分別約為0.28、0.30、0.55、0.40、0.32。接著，根據圖4的FTIR測量結果中，本發明的耐磨層11在特徵峰值1454cm^-1處顯示強度很強的CH₂彎曲振動；在特徵峰值1376cm^-1處顯示強度很強的甲基彎曲振動，而在特徵峰值2950cm^-1、2917 cm^-1、2838cm^-1等處顯示強度很強及中等的CH₃、CH伸縮振動的疊加，特徵峰值3378cm^-1顯示強度中等的NH伸縮振動。由於阻燃劑HT-115K的主要成分為磷、氮，因此耐磨層11的紅外光譜具有3378cm^-1的特徵峰值。

根據上述圖4的測量結果顯示，經由上述傅里葉轉換紅外光譜圖顯示，很明顯的，本發明的耐磨層11的主要材料為聚烯烴，較佳為聚丙烯類。一般習知的聚丙烯的紅外光譜在2955、2920、2870、2840、1455、1375等6處顯示以cm^-1表示的特徵吸收，然而由於在本發明的實施例中，還進一步添加了熱塑性彈性體及用以改性的聚丙烯改性劑，使得傅里葉轉換紅外光譜圖的測試結果與一般習知的聚丙烯有所不同，只在2950、2917、2838、1454、1376等5處顯示以cm^-1表示的特徵吸收。再者，由於本發明的耐磨層11添加主要含有磷、氮的阻燃劑HT-115K，因此，也會在3378cm^-1處顯示有特徵吸收，其特徵峰高為0.90。

再接著，請參考圖5，是本發明對印刷層的傅里葉轉換紅外光譜圖。如圖5所示，利用傅里葉轉換紅外光譜儀(FTIR)對印刷層13進行量測，波長範圍設定為4000cm^-1~600cm^-1，分辨率為4cm^-1，量測結果顯示在2950、2918、2867、2848、2839、1460、1376處顯示以cm^-1表示之特徵吸收，特徵峰高分別約為0.12、0.10、0.22、0.26、0.25、0.38、0.28。在圖6的測量結果中，本發明的印刷層13在特徵峰值1460cm^-1處顯示強度很強的CH₂彎曲振動；在特徵峰值1376cm^-1處顯示強度很強的甲基彎曲振動，在特徵峰值2950cm^-1、2918cm^-1、2867cm^-1、2848cm^-1、2839cm^-1等處顯示強度很強的CH₃、CH伸縮振動的疊加，在特徵峰值3391cm^-1處顯示強度中等的NH伸縮振動。

根據上述圖5的測量結果顯示，經由上述傅里葉轉換紅外光譜圖顯示，很明顯的，本發明的印刷層13的主要材料為聚烯烴，且較佳為聚丙烯類。一般習知的聚丙烯的紅外光譜在2955、2920、2870、2840、1455、 1375等6處顯示以cm^-1表示的特徵吸收，然而由於在本發明的實施例中，還進一步添加了用以改性的聚丙烯改性劑，使得傅里葉轉換紅外光譜圖的測試結果與一般習知聚丙烯有所不同，只在2950、2918、2867、2848、2839、1460、1376等7處顯示以cm^-1表示的特徵吸收。再者，由於本發明的印刷層添加主要含有磷、氮的阻燃劑HT-115K，因此在3391cm^-1處顯示有特徵吸收，其特徵峰高為0.80。

耐磨測試

將裝飾材料的實施例進行表面處理後，塗布UV樹脂達到抗刮效果，測試鉛筆硬度為3H；以1kg重砝碼施壓後，於耐磨試驗機做測試，經14,000轉磨耗之後，僅被磨除0.07mm。

阻燃測試

採用最廣泛的塑膠材料可燃性能標準UL94，以評價塑膠材料在被點燃後的熄滅能力。將裝飾材料的實施例置於氧指數為21%的氧氮混合氣流中，對裝飾材料的實施例進行兩次10秒的燃燒，發現燃燒情形為UL94中的V-2等級，火焰在60秒內熄滅，且沒有燃燒物掉下。

此外，在一實施例中，本發明的裝飾材料所含的印刷層13較佳為使用聚乙烯丙烯共聚物、聚丙烯改性劑及阻燃劑調製而成；本發明的裝飾材料所含的耐磨層11較佳為使用聚丙烯、聚丙烯改性劑、TPO及阻燃劑調製而成。因此利用傅里葉轉換紅外光譜儀所量測的特徵吸收情形與習知的聚丙烯塑膠於物理特性方面已不相同。耐磨層11經由熱壓的方式與印刷層13貼合後而形成本發明的裝飾材料，印刷層母粒及耐磨層母粒所含的助劑於熱壓的過程中可能會揮發，而不存在於裝飾材料。因此，就化學特性方面而言，本發明的裝飾材料所含的耐磨層11及印刷層13在使用時，不會產生毒性物質，具綠色環保材料的特性。另外，本發明的裝飾材料含有阻燃劑，具有阻燃的功效。

耐磨特性方面，本發明的裝飾材料含有具TPO的耐磨層，可取代一般PVC耐磨層，且耐磨程度更優於PVC耐磨層。耐磨層可搭配任何材料應用於裝飾技術，例如搭配印刷層或圖案層。優點在於TPO的透明特性可在捲對捲製程(Roll to Roll process)後顯現出來，可將印刷層上的圖案層完整呈現，且經熱壓合後抗熱翹曲性能佳，圖案層的紋路不會扭曲變形。此外，阻燃效果更優於目前一般環保訴求的塑膠材料。因此，本發明的裝飾材料具備耐磨及阻燃特性，有別於含PVC的非環保裝飾材料易磨損且燃點低的特性，本發明的裝飾材料更具備環保功能，可進行回收處理。

以上所述僅為本發明較佳的實施方式，並非用以限定本發明權利的範圍；同時以上的描述，對於相關技術領域中具有通常知識者應可明瞭並據以實施，因此其他未脫離本發明所揭露概念下所完成之等效改變或修飾，應均包含於申請專利範圍中。

10:耐磨層

11:耐磨層

13:印刷層

14:基底

Claims

一種耐磨層，其是由熱塑性塑膠、無機填充材料、阻燃劑、助劑及熱塑性彈性體形成耐磨層母粒後，通過加熱而形成；其中，所述耐磨層母粒的組成成分包括：所述熱塑性塑膠，佔所述耐磨層母粒的重量組份為30~85wt%，且所述熱塑性塑膠添加佔所述耐磨層母粒的重量組份為0.1~12wt%的聚丙烯改性劑；所述無機填充材料，佔所述耐磨層母粒的重量組份為5~50wt%，所述無機填充材料選自由二氧化鈦、硫酸鈣、硫化鋅、鋁酸酯塩、氧化矽及碳化矽等所組成群組中至少一種；所述阻燃劑，佔所述耐磨層母粒的重量組份為1~10wt%，所述阻燃劑的主要成分為磷、氮；所述助劑，佔所述耐磨層母粒的重量組份為0.1~16wt%；以及所述熱塑性彈性體，佔所述耐磨層母粒的重量組份為0.1~5wt%。
一種裝飾材料，至少由一耐磨層及一印刷層經捲對捲熱壓而成，所述耐磨層為根據申請專利範圍第1項所述之耐磨層，所述印刷層是由熱塑性塑膠、無機填充材料、阻燃劑及助劑形成印刷層母粒後，通過加熱而形成；其中，所述印刷層母粒的組成成分包括：所述熱塑性塑膠，佔所述印刷層母粒的重量組份為30~85wt%，且所述熱塑性塑膠添加佔所述印刷層母粒的重量組份為0.1~12wt%的聚丙烯改性劑；所述無機填充材料，佔所述印刷層母粒的重量組份為5~50wt%；所述阻燃劑，佔所述印刷層母粒的重量組份為1~10wt%；以及所述助劑，佔所述印刷層母粒的重量組份為0.1~16wt%。