火热新品-UV耐污树脂

光固化新材料时代2018-02-21 14:52:14

关于耐污要求

  近年来,3C领域空前繁荣,智能手机、平板电脑等更是发展迅猛,这些产品均采用触摸方式操作。消费者对外观的要求日益提高,除了色彩美观以及手感舒适外,还要求表面耐刮伤性能良好,同时期望产品表面具有抗指纹、耐污的性能,使用时产品表面不易留下指纹等痕迹,或者即使留下痕迹也很容易被擦除。


  光固化涂料固化速度快、能耗低,且绿色环保,开发UV耐污涂料是目前最受关注的。如何使光固化涂料具有良好的耐污性能呢?荷叶的耐污效应给了我们启发,其原理是荷叶上的纳米纤维构造,使得水滴不易润湿。根据这个理念,我们开发合成了能形成表面纳米微观粗糙结构的树脂,以达到涂料耐污效果的需求。

耐污的概念

  有机涂层的耐污性能在忽略外部因素的影响下,主要与涂层的表面能及表面特性有关。

  • 表面能越小,耐沾污性愈佳,因为一般来说污染物都是由水所带来的油污,积少成多所形成,只要水滴不容易附着,相对来说污垢也较不易形成。

  • 表面结构:使涂层表面形成微观粗糙结构,通过增加污染源与涂层的接触角,使油污不易黏附于涂层表面。


接触角

  接触角(contact angle)是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ,是润湿程度的量度。润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上,当达到平衡时,形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式(Young Equation):

γSV = γSL + γLV×cosθe


液体与固体接触角示意图

  液体与固体的接触角如下图所示,若θ<90°,则固体表面是亲水性的,即液体较易润湿固体,其角越小,表示润湿性越好;若θ>90°,则固体表面是疏水性的,即液体不容易润湿固体,容易在表面上移动。

  由它可以预测如下几种润湿情况:

  • θ=0,完全润湿;

  • θ﹤90°,部分润湿或润湿;

  • θ=90°,是润湿与否的分界线;

  • θ﹥90°,不润湿;

  • θ=180°,完全不润湿。


荷叶效应

  自然界中普遍存在通过形成疏水表面来达到自清洁功能的现象,例如以荷叶为代表的多种植物的叶子和花表现出低黏附、自清洁能力,这种现象被称为“荷叶效应”。通过电子显微镜,可以观察到荷叶表面覆盖着无数尺寸约10个微米的乳突,并且其表面覆盖着纳米蜡质晶体。研究发现荷叶表面微米乳突上还存在纳米结构,每个乳突的表面又布满了直径仅几百纳米的微细绒毛。大量研究证实,微米、纳米级的微观粗糙结构及具有低表面能的蜡质晶体的共同作用,使荷叶表面具有高水接触角、低滚动角,从而表现出超疏水自清洁效果。

荷叶表面微观结构


耐污涂层

  疏水性耐污涂层一般具有合适的微观粗糙结构和低表面能。一般有机化合物涂膜的表面张力在固化后大致相同,要改善涂膜的耐污性,会加入无机纳米粒子(TiO2、SiO2、ZnO等)或是加入硅氟类的助剂,但是这两种方式都是暂时性的效果,无法持久。无机纳米粒子一旦被涂层包覆就失去效果,介于涂层与空气接口的部分才有作用;而硅氟类添加剂的效果也因为会有表面迁移的效应,有效成分会随时间而减少,所以耐污效果也是暂时性的。


树脂改性

  为了使涂层具有出色的耐沾污性及持久性,我们开发了一款光固化耐污树脂UT63982,该树脂为超支化的有机硅改性丙烯酸酯,具有高度支化结构,并有大量末端基团,与线型聚合物相比,其有着更低的黏度,使得它具有良好的流平性,官能团高度集中使其具有高反应性,固化成膜后交联网络致密,具有较好的硬度及耐磨性。同时相比于一些氟改性树脂,UT63982有着更好的相容性。


耐沾污性

  涂膜表面的耐沾污性能表征方法主要有接触角及耐油性笔测试。从一系列实验中可知,使用含氟助剂及UT63982都可以大幅提升接触角。含氟助剂与体系的不相容性,使其容易迁移至涂层表面。而UT63982支链末端有硅酮改性,与主链树脂不相容则会迁移至表面,形成纳米微观粗糙结构,提高涂膜表面的疏水性能,达到耐沾污的效果。

 


     实验中采用高温高湿测试来观察涂膜耐污性的持久性。单纯使用含氟助剂的测试方案在高温高湿后接触角大幅度下降,疏水性及耐油性笔性能也随之变差。而使用UT63982的方案,高温高湿前后的疏水性和耐油性笔性能变化非常微小。高温高湿条件下,涂层表面易被破坏,含氟助剂容易迁移,导致耐沾污性不持久。而硅酮改性的树脂稳定性佳,同时参与网络交联,这也使得UT63982在高温高湿下耐沾污性能不易衰减。

  电子产品中许多涂装效果要求为平光或哑光效果,所以涂料体系中会添加哑粉或蜡浆来消光。实验中我们也考察了配方中加入哑粉后对UV涂层耐沾污性的影响。添加哑粉会使涂层表面更疏水,然而会降低耐油性笔性能。在只添加了含氟助剂的方案中,消光后的耐油性笔性能大幅下降。而采用UT63982为主体树脂,虽然哑粉的添加对耐油性笔性能产生了负面影响,但是该涂层依然能够擦除笔痕。因此在哑光涂层中,使用UT63982也能获得较理想的耐沾污性能。



>>>>

产品基本参数:


Copyright © 三星电子产品维修社@2017