CN113502036B

CN113502036B - 一种功能膜及其制备方法和用途

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Publication number: CN113502036B
Application number: CN202110873181.9A
Authority: CN
Inventors: 张丛见; 罗伟; 任月璋
Original assignee: Suzhou Omay Optical Materials Co ltd
Current assignee: Suzhou Omay Optical Materials Co ltd
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2041-07-30
Also published as: CN113502036A

Abstract

本发明公开了一种功能膜及其制备方法和用途。本发明的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：聚酯载体75～90％、无机色粉2～20％、有机色粉0～5％，分散剂0.2～1％，功能助剂0.5～5％。本发明的功能膜，薄膜表面晶点瑕疵少，在厚度比较薄的情况下就能达到较优异的遮光效果，无需印刷工艺，环境友好，又兼具客户需求的精准色彩、高亮度、不透明、高遮光、高抗冲等外观和性能，同时具有抗紫外和抗菌的功能，具有良好的应用前景。

Description

一种功能膜及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及功能膜技术领域，涉及一种功能膜及其制备方法和用途。

背景技术

目前市场上头盔用色彩膜大都采用透明薄膜加印刷有色涂层的结构，免印刷结构的头盔色彩膜未见文献报道，极少数厂家正在开发过程中。传统的印刷工艺的色彩膜在生产过程中污染大，影响车间空气质量，威胁工人身体健康，着色也不牢固，容易在后期吸塑成型时脱落。

随着生活水平的提高，人们对身体健康的关注程度逐年提升，国家环保法规也逐步加严，头盔用免印刷色彩膜的开发需求被提上日程。而免印刷结构色彩膜虽然环保，不过试作过程中表面晶点瑕疵较多，尤其在较薄厚度时很难同时满足瑕疵少、色彩亮与遮光度高的要求。另外，头盔膜除了瑕疵、色彩和遮光度的要求外，其他功能未见报道。

CN101845202B公开了一种低无机微粒子含量的白色半透光聚酯薄膜及其生产方法，所述的聚酯薄膜可维持实用上充分的可见光区域的反射性能，可见光透过率不大于40％，对由光源发出的热引起的尺寸变化稳定。以组合物的总重量计，用于制备本发明白色半透光聚酯薄膜的组合物包括93-98wt％的聚酯基料和2-7wt％的无机粒子和助剂，其中助剂含量为总重量的0.002-0.2wt％。该发明的聚酯薄膜色泽、透光率均匀，耐老化，耐磨损，正、反面均可喷涂广告，喷涂广告的清晰度、立体感效果好。

CN107118505A公开了一种抗菌ABS色母粒，由如下重量份数的组分组成：PE载体100-120份；色粉2-20份；表面处理剂5-10份；分散剂3-8份；热稳定剂0.5-3份；塑料抗菌剂0.1-10份。该发明抗菌效果好，制作工艺简单，易于操作，生产成本低，对环境污染较小，有较广阔的应用前景，解决了现有色母粒热稳定性差造成的颜色不稳定、色差不易控制等问题。

但是，上述色母粒制成的聚酯膜色彩、亮度、透光率以及在厚度比较薄的情况下的遮光效果均有待提高。在厚度比较薄的情况下，为了达到较好的遮光效果，需要加入大量的色粉，这会造成生产成本的增加，同时色粉添加过多会影响膜的力学性能。

因此，提供一种色彩精准、亮度高、不透明、遮光好，抗冲性能好，同时具有抗紫外和抗菌的功能，薄膜表面晶点、凸点瑕疵少，在厚度比较薄的情况下就能达到较优异的遮光效果的色母粒很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种功能膜及其制备方法和用途，本发明的功能膜，薄膜表面晶点、凸点瑕疵少，在厚度比较薄的情况下添加少量的色粉就能达到较优异的遮光效果，无需印刷工艺，环境友好，又兼具客户需求的精准色彩、高亮度、不透明、高遮光、高抗冲等外观和性能，同时具有抗紫外和抗菌的功能，具有良好的应用前景。

本发明的目的之一在于提供一种功能膜，为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

本发明的功能膜，具有抗紫外性能和抗菌性能，色彩精准、亮度高、不透明、遮光好，抗冲性能好，表面晶点瑕疵少。其中，功能助剂的加入使功能膜具有优异的抗紫外性能和抗菌性能，同时不会引起功能膜的晶点和凸点问题；分散剂的加入使得无机色粉在功能膜中的分散性能更好，有利于减少功能膜表面晶点和凸点数量，提升外观品质。采用本发明的色粉、功能助剂制成的功能膜，特别是头盔用的色彩膜，在很薄的厚度0.01～1mm的情况下依旧能满足客户色彩需求的同时，有效控制遮光度，提升头盔用色彩膜亮度，让头盔用色彩膜的视觉效果更佳。

具体的，一种功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

聚酯载体的重量百分比为75～90％，例如为75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％等。

无机色粉的重量百分比为2～20％，例如为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20等。无机色粉的用量低于2％，功能膜遮光性能变差，无法满足客户要求；高于20％，遮光性能过剩，成本上升，同时导致悬臂梁冲击性能变差，性价比偏低。

有机色粉的重量百分比为0～5％，例如为1％、2％、3％、4％、5％等。

分散剂的重量百分比为0.2～1％，例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。

功能助剂的重量百分比为0.5～5％，例如为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％等。功能助剂的用量低于0.5％，功能膜抗菌、抗紫外、除醛效果变差；高于5％，性能过剩，成本上升，性价比偏低。

本发明中，所述聚酯载体为聚碳酸酯(PC)和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)。

本发明中，所述无机色粉为白炭黑、碳酸钙、炭黑、钛白粉和Ag粉中的任意一种或至少两种的混合物。

本发明中，所述有机色粉为苯胺黑、偶氮黄、蒽醌蓝和酞菁蓝中的任意一种或至少两种的混合物。

本发明中，所述分散剂为硬脂酸酰胺、棕榈酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酸酰胺中的至少两种的混合物。采用该组合分散剂特别适合颜料、染料和炭黑在基体树脂中的分散、防粘、防团聚，比单一分散剂分散效果更好，分散效率更高；尤其对纳米功能助剂的分散也能起到很好的效果，防止纳米材料团聚，有助于减少成品功能膜表面的晶点粒径与数量，提升功能膜品质。

本发明中，所述功能助剂为纳米功能助剂；优选地，所述纳米功能助剂为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化锌中的至少两种的混合物。采用此种组合的纳米功能助剂可以使材料具有抗紫外性能、抗菌性能和除醛功能，同时纳米尺寸的添加剂，不会对功能膜外观产生晶点影响，有助于提升功能膜外观品质。

其中，功能助剂采用纳米二氧化钛时紫外光催化原理为，纳米二氧化钛同时是一种光催化剂，在紫外光照射下可产生自由基参与反应，分解甲醛、乙醛、丙烯醛等有害气体，杀灭细菌，反应过后，重新形成光催化剂，保持质量不变，其特色是可长期抗光老化、抗菌与除醛。

其中，所述功能膜的厚度为0.01～1mm时，所述功能膜的透光率为0-10％；

所述功能膜的厚度为0.01～0.05mm时，所述功能膜的透光率小于2.5％；

所述功能膜的厚度为0.06～0.45mm时，所述功能膜的透光率小于1.5％；

所述功能膜的厚度为0.5～1mm时，所述功能膜的透光率小于1％。

本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的功能膜的制备方法，本发明的功能膜的制备方法，制备时免印刷，避免了印刷过程中的环境污染问题；包括如下步骤：按配比将聚酯载体与无机色粉、有机色粉、分散剂和功能助剂搅拌混合，先挤出造粒后将粒子挤出压延得到所述功能膜。

所述无机色粉经过特殊分散处理，分散处理的作用是，避免无机色粉与聚酯载体粒子混合过程中发生团聚，确保功能膜中无机色粉在聚酯载体中的分散，显著提升聚酯载体与无机色粉的混合均匀性，从而确保后期挤出压延成膜工艺过程中，无机色粉在聚酯载体中的均匀分散，这将显著减少膜中的晶点粒径与数量。

优选地，所述特殊分散处理具体过程为：将聚酯载体和无机色粉加分散剂共混，边研磨边搅拌分散，将共混料研磨至300～350目，例如研磨的目数为300目、325目、350目等。共混料研磨细度在该目数区间内分散效果最佳，所制得的功能膜表面晶点较小，晶点数较少；低于300目，助剂粒径偏大，所制得的功能膜表面晶点变大，晶点数变多；高于350目，助剂粒径偏小，分散性变差，容易团聚，导致功能膜表面形成很大晶点瑕疵，导致抗菌、抗紫外、除醛、抗冲击等各项性能变差。

优选地，所述搅拌分散的时间为0.1～1h，例如为0.1h、0.2h、0.3h、0.4h、0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h等。

本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的功能膜的用途，将所述功能膜应用于摩托车头盔、电动车头盔、自行车头盔、儿童头盔产品的制备。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的功能膜，无机色粉、有机色粉和功能助剂的分散更加均匀，能够明显减少功能膜表面的晶点、凸点瑕疵，具有色彩精准、高亮度、不透明、高抗冲等外观和性能，同时具有长期抗紫外、抗菌、除醛的功能，特别是制成的头盔用色彩膜，在很薄的厚度(0.01～1mm)依旧能满足客户色彩需求的同时，有效控制遮光度，提升头盔用色彩膜亮度，让头盔用色彩膜的视觉效果更佳。

(2)本发明的功能膜的制备方法，制备时免印刷，避免了印刷过程中的环境污染问题。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1

本实施例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

其中，聚酯载体为三菱化学的S-1000，无机色粉为钛白粉，有机色粉为偶氮黄，分散剂为质量百分比为0.3％的硬脂酸酰胺(生产厂家为江西东远科技，牌号为DY2016)和质量百分比为0.7％的棕榈酰胺(生产厂家为江西东远科技，牌号为DY1698)的混合物，功能助剂为质量百分比为3％的纳米二氧化钛与质量百分比为1％的纳米二氧化锌的混合物。

本实施例的色母粒的制备方法为：按上述配比将聚酯载体与无机色粉、有机色粉、分散剂和功能助剂搅拌混合，先挤出造粒后将粒子挤出压延得到所述功能膜，功能膜的厚度为0.25mm。

其中，色粉经分散处理，具体过程为将聚酯载体和无机色粉加分散剂共混，边研磨边搅拌分散，将共混料研磨至350目；搅拌分散的时间为1h。

实施例2

本实施例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

实施例3

本实施例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

实施例4

本实施例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

实施例5

本实施例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，分散剂替换为质量百分比为0.3％的乙撑双12-羟基硬脂酸酰胺(牌号：DY2016)与质量百分比为0.7％的棕榈酰胺(牌号：DY1698)的混合物，其他的与实施例1的均相同。

实施例7

本实施例与实施例1的区别之处在于，无机色粉替换为质量百分比为10％的白炭黑与质量百分比为7％的碳酸钙的混合物，其他的与实施例1的均相同。

实施例8

本实施例与实施例1的区别之处在于，功能助剂替换为质量百分比为3％的纳米二氧化钛与质量百分比为1％的纳米二氧化硅的混合物，其他的与实施例1的均相同。

实施例9

本实施例与实施例1的区别之处在于，分散处理时研磨后的目数为270目，其他的与实施例1的均相同。

实施例10

本实施例与实施例1的区别之处在于，分散处理时研磨后的目数为400目，其他的与实施例1的均相同。

对比例1

本对比例的膜为常规印刷膜，具体组成及制备方法如下：

本对比例的功能膜，按重量百分比计，包含如下组分：

聚碳酸酯薄膜(PC) 400μm

印刷层 50μm

其中，聚碳酸酯薄膜所用粒子为三菱化学的S-1000，印刷层为溶剂型油墨热固化或者UV固化后形成的涂层。

本对比例的印刷膜的制备方法为：首先在透明PC薄膜上印刷一层溶剂型油墨(颜色为黄色、蓝色、白色或粉色)，然后进入长的烘道烘温，使得有机溶剂挥发干净，然后通过UV照射促使印刷层发生固化交联反应得到一种色彩膜，印刷膜的厚度为0.45mm。

对比例2

本对比例与实施例1的区别之处在于，未加分散剂处理，减少的分散剂的用量平均增加至其他组分以保证总量不变，其他的与实施例1的均相同。

对比例3

本对比例与实施例1的区别之处在于，分散剂的用量为0.15％，其他的与实施例1的均相同。

对比例4

本对比例与实施例1的区别之处在于，分散剂的用量为5％，其他的与实施例1的均相同。

对比例5

本对比例与实施例1的区别之处在于，功能助剂的用量为0.4％，其他的与实施例1的均相同。

对比例6

本对比例与实施例1的区别之处在于，无机色粉的用量为25％，其他的与实施例1的均相同。将实施例1-10与对比例1-6制得的功能膜的性能进行测试，测试结果如表1、表2所示。

其中，悬臂梁缺口冲击性能的测试标准参照ISO180进行，透光率的测试标准参照GB/T 2410-2008进行，晶点瑕疵的测试标准参照GB6595-1986进行，紫外光透过率的测试标准参照UV1901系列紫外可见光分光光度计自带操作指导书进行，抗菌性能的测试标准参照GB31402进行，醛类含量的测试标准参照广汽本田0094Z-T0A-0000进行。

表1

表2

由表1、2可以看出，实施例1-5，只改变无机色粉含量，聚酯含量相应变化，其他组分用量不变，确保各组分总用量100％。随着无机色粉用量的减少，功能膜可见光透过率逐步增加，晶点数量明显减少，缺口冲击强度逐步提升，其他性能变化不大。

实施例6分散剂替换为乙撑双12-羟基硬脂酸酰胺和棕榈酰胺的混合物，无机色粉和纳米功能助剂在聚酯基体中的分散更加均匀，功能膜表面晶点更小更少，外观更好。

实施例7无机色粉替换为白炭黑和碳酸钙的混合物，由于相互协同作用，功能膜的可见光透过率更低，遮光效果更好。

实施例8功能助剂替换为纳米二氧化钛与纳米二氧化硅的混合物，由于纳米二氧化硅与二氧化锌类似的结构，功能膜的紫外光透过率、抗菌性能以及除醛效果相当。

实施例9分散处理时研磨后的目数为270目，研磨目数低于300目时，功能膜表面

和

的晶点明显变多，严重影响功能膜外观。

实施例10分散处理时研磨后的目数为400目，研磨目数高于350目时，功能膜表面

的晶点明显变多，严重影响功能膜外观。主要原因在于，粉末细小到一定程度后，容易团聚，难分散，导致大晶点的产生。

对比例1中采用常规印刷工艺制得的膜，加工过程车间环境，无抗菌性能，抗UV性能很弱，醛含量超标严重，甲醛含量13.65μg/m³，乙醛含量8.45μg/m³，丙烯醛含量5.87μg/m³，在膜厚度很薄时，透光率15.32％。

对比例2未加分散剂，会使无机色粉、有机色粉和功能助剂在聚酯基体中的分散效果很差，在功能膜表面产生较多较大的晶点，遮光效果很差，悬臂梁冲击强度很差。

对比例3分散剂的用量太少，会使无机色粉、有机色粉和功能助剂在聚酯基体中的分散效果不好，在功能膜表面产生较多较大的晶点，遮光效果较差，悬臂梁冲击强度变差。

对比例4分散剂的用量太多，无法让无机色粉、有机色粉和功能助剂在聚酯基体中的分散效果更好，功能膜表面的晶点大小和数量、可见光透过率、抗菌性能、抗紫外性能、悬臂梁冲击强度、除醛性能均与实施例1相当，但成本上升，性价比偏低。

对比例5功能助剂的用量为0.4％，用量太少，抗菌性能、抗紫外性能、除醛性能均比实施例1差。

对比例6无机色粉的用量为25％，用量太多，遮光性能变好，但色粉在基体中分散效果变差，导致功能膜表面的晶点变多；同时无机色粉用量过多，导致悬臂梁冲击强度变小，功能膜韧性下降，成本更高，性价比偏低。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种功能膜，其特征在于，按重量百分比计，由如下组分组成：

聚碳酸酯S-1000 75~90%

无机色粉 2~20%

有机色粉 1~5%

分散剂 0.2~1%

功能助剂 0.5~5%；

所述分散剂为棕榈酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酸酰胺的混合物；

所述功能助剂为纳米功能助剂；

所述纳米功能助剂为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化锌中至少两种的混合物；

所述无机色粉为白炭黑、碳酸钙、炭黑、钛白粉和Ag粉中的任意一种或至少两种的混合物；

所述无机色粉经分散处理，具体过程为将聚碳酸酯S-1000和无机色粉加分散剂共混，边研磨边搅拌分散，将共混料研磨至300~350目；

所述有机色粉为苯胺黑、偶氮黄、蒽醌蓝和酞菁蓝中的任意一种或至少两种的混合物；

所述功能膜的厚度为0.25~0.45mm，所述功能膜的透光率小于1.5%。

2.一种如权利要求1所述的功能膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：按配比将聚碳酸酯S-1000与无机色粉、有机色粉、分散剂和功能助剂搅拌混合，挤出造粒后压延得到所述功能膜。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述无机色粉经过特殊分散处理；

所述特殊分散处理具体过程为：将聚碳酸酯S-1000和无机色粉加分散剂共混，边研磨边搅拌分散，将共混料研磨至300~350目；

所述搅拌分散的时间为0.1~1h。

4.如权利要求1所述的功能膜的用途，其特征在于，将所述功能膜应用于摩托车头盔、电动车头盔、自行车头盔、儿童头盔产品的制备。