一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法与流程

本发明涉及树脂涂料，具体涉及一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着社会生活智能化、物联化水平的不断提高，对材料的要求也相应提高；例如消费电子、智能汽车、工业自动化、智能家居、医疗设备的表面防护问题，迫切需要一种高硬度，耐刮伤，耐摩擦的材料和表面处理技术。对于平面显示的技术领域，例如平板电脑，智能手机，车载导航，电子书等的应用越来越广泛，为了保护显示屏幕，一般会采用一种钢化玻璃膜作为触摸屏显示保护，来实现防污、防划伤的功能，但是传统的钢化玻璃膜虽然硬度高，但是存在不耐磨，且容易摔坏等缺点。因此，有必要开发一种既具有高透过率、高硬度，同时又耐磨、耐摔的保护屏幕，基于这种需求，我们开发了一种硬度高且耐摩擦好的硬化液，将这种透明硬化液涂布于透明基材上面，如pc，pmma,pet等表面，就形成了一种硬度高、耐摩擦且防指纹的保护屏幕，既可以作为显示保护屏，又可以作为防护盖。除此之外，该硬化液还可以应用于其他防刮伤和耐摩擦的物品表面的防护层，例如家具和智能家电表面处理，玻璃防护，汽车防爆玻璃涂层，车体防刮涂层等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有钢化玻璃膜存在的不足，而提供了一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法，以此硬化涂层来替代传统的钢化膜，解决了钢化膜存在的不足。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

4、s1、将硬化液涂覆于基材上，然后烘干；

5、s2、烘干后在惰性气氛下进行uv固化，在所述基材上固化得到高硬度耐摩擦硬化涂层；

6、其中：所述的硬化液包括如下重量份的组分：

7、50～100份的多官能团丙烯酸酯单体、10～30份的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、3～5份的光引发剂、0.5～1.0份的防指纹添加剂、0.5～5.0份的无机氧化物、0.1～0.5份的流平剂和30～90份的有机溶剂。

8、具体的，在本发明的方案中，其在uv固化过程中通入了惰性气体(氮气或氩气等)，可以排除空气对自由基的影响，从而提高固化交联度，使产品的硬度进一步提高。特别说明的是：uv光固化的气氛对固化效率、固化程度、以及固化均匀性等具有较大的影响，因为光固化过程中产生的自由基受氧阻聚的影响，在涂层的表面氧气的扩散比较容易，氧阻聚效应更加明显，分子氧可以同时消耗掉大量光引发剂和活性自由基，会使得树脂双键的转化效率低、交联度低，而在惰性气氛中，固化层表面和内里固化转化率几乎相同。

9、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：步骤s1中所述的基材选自pc、pmma、pc/pmma复合板材、pet、pen、tac、cop、pi材质中的一种；所述的烘干温度为40～90℃，烘干时间为5～20分钟。具体的，步骤s2中的uv固化能量为100～2000mj/cm2。

10、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的多官能团丙烯酸酯单体选用季戊四醇丙烯酸酯或双季戊四醇六丙烯酸酯。

11、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯选用六官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯。

12、具体的，作为主体树脂，多官能团的丙烯酸酯单体能够提供硬化涂层的基本性质，其相对较大的官能团和分子量比率能够在固化涂层中提供高的交联度，因此可用于各种不同性质的保护涂层，并且提供较高的硬度和耐划伤性，但是由于它独特的分子结构会导致涂层体积的收缩，以及卷曲性和脆性。所以，需要额外搭配其他丙烯酸酯的低聚物(如脂肪族聚氨酯丙烯酸酯)，以提供额外的交联度。脂肪族聚氨酯丙烯酸酯在固化后产生的残余应力较低，导致卷曲度较低，但是由于其多官能性，使其在固化后可以提供较高的固化交联度。

13、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的光引发剂选自光引发剂184，光引发剂651，光引发剂907，光引发剂1173，光引发剂tpo，二苯甲酮，4，4-双(二甲基氨基)-苯甲酮，4，4-双(二乙基氨基)-苯甲酮，4-甲基二苯甲酮，4-乙基二苯甲酮，苯偶姻，苯偶姻甲醚，苯偶姻二甲醚中的一种或几种的混合物。

14、具体的，光引发剂在光固化过程中起着非常重要的作用，它可以将吸收的光能，uv辐射，可见光或者其他形式的辐射能转化成自由基形式化学能。其中优选地光引发剂使用光引发剂184，4，4-双(二乙基氨基)-苯甲酮。

15、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的防指纹添加剂选用含氟化合物，具体选用全氟聚醚(af液)。

16、具体的，本发明中的防指纹添加剂在其添加后可以使硬化涂层的表面更加光滑，增加其耐磨性，并且可以防指纹。af液是一种由具有活性硅氧烷基团和氟改性有机基团组合而成的化合物，它可以降低基材的表面张力，使其具有较低的表面能，增大水滴角度数，从而降低指纹的附着力，使表面指纹脏污极易清洁。抗指纹特性是af液一个比较显著的优点；除此之外该af液还有一个隐性的优点，就是可以提供极其顺滑的触感，即具有较高的动摩擦系数，其具体表现在产品上，体现出来的特征是优良的耐摩擦性能。

17、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的无机氧化物选用纳米二氧化硅分散液或纳米三氧化二铝分散液。

18、优选的，采用三氧化二铝分散液，可以增加硬化涂层的硬度和耐磨性；二氧化硅也具备此性能，但是二氧化硅有一定的缺点，比如会使硬化涂层的雾度稍有增加，使光透过率略有降低。

19、更进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述纳米二氧化硅分散液或纳米三氧化二铝分散液的制备方法包括如下步骤：

20、(1)对二氧化硅或三氧化二铝进行研磨，研磨至其粒径为10～100nm；其中：研磨速率为300～400rpm，研磨时间为20～40分钟；

21、(2)将研磨后获得的二氧化硅或三氧化二铝粉末分散于乙醇溶液中并搅拌；其中：搅拌速度400～600rpm，搅拌时间20～30分钟；

22、(3)向步骤(2)的液体中加入分散剂并进行超声分散，而后再加入改性剂，搅拌均匀，即可制得纳米二氧化硅分散液或纳米三氧化二铝分散液；其中：超声分散时间为20～40分钟，搅拌速率为300～500rpm，搅拌时间为20～40分钟。

23、具体的，所述的分散剂选用n-甲基吡咯烷酮(nmp)；所述的改性剂选用十二烷基三甲氧基硅烷。

24、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的流平剂选自fc-4432，fc-4430，fc-6840，fc-8730，fs-3000,byk-333d中的一种。

25、具体的，fc-4432，fc-4430，fc-6840，fc-8730为3m公司生产；fs-3000,byk-333d为科慕公司生产。所述流平剂的加入可以使硬化液的流平性更好，使硬化涂层表面的平整性更好；同时配合af液的协同作用，使硬化涂层的抗指纹性和耐摩擦性更好。

26、进一步的，一种高硬度耐摩擦硬化涂层的制备方法：所述的有机溶剂选用环戊酮，或者选用环戊酮与酮类溶剂的混合溶剂，或选用环戊酮与醇类溶剂的混合溶剂；其中：所述的酮类溶剂选自甲酮，丙酮，异丁酮，环己酮中的至少一种；所述的醇类溶剂选自乙氧基乙醇，甲氧基乙醇中的至少一种。

27、在本发明提供的硬化液中，其使用的有机溶剂必须包含环戊酮，环戊酮的使用有利于捕获硬化液中的空气气泡，使得空气气泡减少，而空气泡的减少可以提高涂布硬化液在辐射固化期间的交联度，并且空气泡的存在也不利于反应自由基的形成，会使自由基猝灭。此外，不同溶剂的混合使用可以有效调节硬化液的粘度，更具灵活性。其中硬化液的涂覆方式可以有多种，包括但不限于辊涂，狭缝涂布，浸涂，喷涂，淋涂，喷墨印刷等。

28、本发明的有益效果：

29、(1)在本发明的方案中，uv固化过程在惰性气氛下进行，充分利用惰性气氛排除空气对自由基的影响，可以提高固化交联度，从而使得产品的硬度获得进一步提高。

30、(2)传统的手机显示屏为钢化玻璃屏幕，其存在易划伤且不耐摔、不耐弯折等缺陷，针对此些缺陷本发明开发了一种透明的硬化液，将该硬化液涂布于透明基材上面，通过惰性气氛下uv固化的方式固化后，可制备一种含有高硬度、耐摩擦且防指纹硬化涂层的透明基材，可以用作手机保护屏，相较于钢化玻璃屏幕而言，含有此硬化涂层基材的成本更低，选择范围更广，并且比玻璃基材耐弯折，耐刮伤，硬度更高，不易破碎。本发明中基材的选择更加灵活，可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，环酯族烃(cop),聚酰亚胺(pi)，聚碳酸酯(pc),聚萘二甲酸乙二酯(pen)等单一组分或者多组分复合材料，在这些基材上面涂布硬化液，可以得到硬度高且耐摩擦的盖板，可以用作保护屏幕。

31、(3)本发明采用自制的纳米二氧化硅分散液或纳米三氧化二铝分散液，其可以进一步增加硬化涂层的硬度和耐磨性。