防指纹涂料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 防指纹涂料及其制备方法和应用 (Anti-fingerprint coating and preparation method and application thereof ) 是由 曹晶晶 常玉广 刘景亮 李丽 吴协静 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高分子材料领域,特别是涉及防指纹材料领域,更为具体的说是涉及防指纹涂料及其制备方法和应用。所述防指纹涂料由主剂和含氟稀释剂组成,所述主剂为长链含氟硅烷,其化学结构式为采用本发明公开的长链含氟硅烷喷涂制备得到的防指纹抗污玻璃拒水性、拒油性以及耐磨性等均能达到真空蒸发镀膜工艺所生产的产品品质。并且由于采用喷涂镀膜的方式,因此相较于真空蒸发镀膜工艺来说,成本更低、效率更高。(The invention relates to the field of high polymer materials, in particular to the field of anti-fingerprint materials, and more particularly relates to an anti-fingerprint coating and a preparation method and application thereof. The anti-fingerprint coating is composed of a main agent and a fluorine-containing diluent, wherein the main agent is long-chain fluorine-containing silane and has a chemical structural formula of)
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及防指纹材料领域，更为具体的说是涉及防指纹涂料及其制备方法和应用。
背景技术
防指纹涂料，简称AF是一种无色无味的透明液体，将其喷涂到玻璃盖板等基材上，待其干燥后，就能形成一层纳米级的涂层。这层涂层可以起到防油、防污、防指纹等效果。
防指纹涂料是防指纹产品，譬如触摸屏生产中的重要原材料。
触摸屏通常包括三个部分，其由上到下分别是保护玻璃(玻璃盖板)，电容式触摸屏和显示屏。可以看到，玻璃盖板位于最外层，是起保护作用的一层玻璃。因此，玻璃盖板亦称Cover Lens、强化光学玻璃、强化手机镜片或玻璃视窗等。玻璃盖板的主要原材料为超薄平板玻璃，在经过切割、CNC、钢化、镀膜、丝印等工序处理后，该玻璃盖板具有防冲击、高硬度、耐油污、防指纹和高透光等特点。将处理好的玻璃盖板贴合到触摸屏外层后，就能起到保护电容式触摸屏的作用。
因此，为了保证触摸屏的使用效果，玻璃盖板需要具有高透过率和防油、防污能力。
现有技术中通常采用的方式是将防指纹涂料(简称AF涂料)通过喷涂或者真空蒸镀的镀膜方式在玻璃表面形成防指纹膜。两种方式虽然都可以成膜，但是其加工成本却截然不同。具体而言，就设备成本来说，喷涂设备成本大约在20-50万，但是真空蒸镀的设备成本则在80-600万，相较于国产机台80-150万，进口的机台成本可以达到500-600万；就加工工艺、条件等成本而言，由于真空蒸镀需要真空条件等，因此其成本显著增高。经核算，通过喷涂方式生产的玻璃盖板单片成本小于0.6元，而通过真空蒸镀的方式生产的玻璃盖板单片成本则在1.5-1.8元，是喷涂生产方式的两倍不止。
因此，喷涂生产具有成本低、效率高，产品能够满足基本需求等优势。但就产品的性能而言，由于受喷涂原料，也就是AF涂料的影响，其产品的品质无法与真空蒸镀的产品媲美。
所以，对于本领域的技术人员来说，如何改进优化防指纹涂料，使喷涂产品能够达到或者超过真空蒸镀方式生产产品的品质是本领域技术人员研究的热点和难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的用于喷涂工艺的防指纹涂料，从而可以在喷涂的处理工艺下达到真空蒸镀的镀膜效果，提高产品的防污、防指纹能力。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种防指纹涂料，所述防指纹涂料由主剂和含氟稀释剂组成，所述主剂为长链含氟硅烷，其化学结构式如式I所示，
其中，Rf为CF3CF2CF2O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)，178≤n≤270。
优选地，所述含氟稀释剂为全氟环醚。
进一步优选地，所述含氟稀释剂在防指纹涂料中所占的重量百分数为99-99.99％。
进一步优选的，在本发明中还公开了所述长链含氟硅烷的制备方法，其合成路线如下：
进一步，本发明还公开了所述长链含氟硅烷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、以及丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸β-羟乙酯组成的官能单体按照配方量精确称取后，一次投料至乙醇中，搅拌形成均匀混合溶液；
(2)向混合溶液中加入配方量的化合物1和化合物2；
(3)在70℃下反应7-8小时；
(4)向反应后的溶液中加入中和剂，在60℃，pH8.5±0.2的条件下中和得到含有长链含氟硅烷的产物；
(5)产物经干燥、冷却、真空处理得到长链含氟硅烷化合物3。
优选地，所述丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸甲酯的混合质量比为6:4。
在一个优选的技术方中，所述官能单体占总单体量的22％，其中甲基丙烯酸占官能单体总量的10-15％，甲基丙烯酸β-羟乙酯占官能单体总量的9-10％，剩下的为丙烯酸。这里所说的官能单体总量包括丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、以及官能单体。
进一步优选地，所述中和剂为氨水，氨水与总单体量的质量比为0.9:1。
进一步优选地，所述步骤(5)中为三级干燥。
同时，本发明还公开了所述防指纹涂料在防污防指纹喷涂膜层制作中的应用。
进一步，所述防指纹涂料在防污防指纹喷涂膜层中的应用方法是，将防指纹涂料喷涂在基材表面，经烘烤后形成防指纹涂料喷涂膜层。
当防物防指纹涂料经过烘烤以后，形成的膜层的水滴接触角均大于等于110°，一般在110°-115°，同时膜层厚度可以达到2-6nm，其硬度同玻璃硬度相同，可以达6H以上。满足防指纹涂料要求。
所述的基材优选为玻璃、钢化膜、玻璃、金属、陶瓷。
进一步优选地，烘烤温度为70-130℃，优选为100℃；烘烤时间为5-50分钟，优选为35分钟。
采用本发明公开的长链含氟硅烷喷涂制备得到的防指纹抗污玻璃拒水性、拒油性以及耐磨性等均能达到真空蒸发镀膜工艺所生产的产品品质。并且由于采用喷涂镀膜的方式，因此相较于真空蒸发镀膜工艺来说，成本更低、效率更高。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1
按照以下步骤制备长链含氟硅烷：
(1)将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、以及丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸β-羟乙酯组成的官能单体按照配方量精确称取后，一次投料至乙醇中，搅拌形成均匀混合溶液；优选地，在本实施例中所述丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸甲酯的混合质量比为6:4；同时在本实施例中优选地所述官能单体占总单体量的22％，其中甲基丙烯酸占官能单体总量的10-15％，甲基丙烯酸β-羟乙酯占官能单体总量的9-10％，剩下的为丙烯酸。这里所说的官能单体总量包括丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、以及官能单体；
(2)向混合溶液中加入配方量的化合物1和化合物2；化合物1和化合物2均为市售产品；
(3)在70℃下反应7-8小时；
(4)向反应后的溶液中加入中和剂，在60℃，pH8.5±0.2的条件下中和得到含有长链含氟硅烷的产物；优选地，所述中和剂为氨水，氨水与总单体量的质量比为0.9:1。
(5)产物经干燥、冷却、真空处理得到长链含氟硅烷，优选地，在本实施例中采用三级干燥的方式。
实施例2
将实施例1中得到的长链含氟硅烷采用含有亲水氨基的N-羟甲基丙烯酰胺，羧酸与交联剂质量比1:4，交联固化温度100℃，固化时间35min，形成自交联产物。
实施例3
将实施例2中得到的自交联产物与稀释剂，在本实施例中即为含氟稀释剂混合，其中在防指纹涂料中含氟稀释剂所占的重量百分数为99-99.99％，得到防指纹涂料。
然后将防指纹涂料喷涂在基材表面，在本实施例中，采用玻璃作为基材，经烘烤后形成防指纹涂料喷涂膜层为2-6nm。优选地，在本实施例中烘烤温度为100℃；烘烤时间为35分钟。
经检测，当防物防指纹涂料经过烘烤以后，形成的膜层的水滴接触角均大于等于110°，同时膜层厚度可以达到2-6nm，其硬度同玻璃硬度相同，可以达6H以上。具体地，按照行业内通用检测方法进行检测，本发明制备得到的防指纹膜的各项技术参数如下：
1.拒水性：在处理后的玻璃盖板上滴上一滴去离子水，用水滴角测试仪测试接触角，分别取三个位置测试，取平均值，得到水接触角在110°-115°。表明防水性能好。
2.拒油性：在处理后的玻璃盖板上滴一滴正十六烷，用水滴角测试仪测试接触角，分别取三个位置测试，取平均值，得到接触角64-70°；表明防油性能好。
3.耐磨性：采用耐磨试验机测试，荷重1000克、SW#0000钢丝绒、面积2cm x 2cm、来回摩擦3000次后，水滴角大于105°；表明耐磨性符合要求。
4.皮膜厚度：2-6nm(在玻璃上)Minimum 6H(底涂0.1μ)；皮膜硬度：化学吸附，其硬度同玻璃硬度相同，达6H以上。
5.动摩擦系数：采用动摩擦系数测试仪测试，得到结果为0.096，表明爽滑度好。
以上所述是本发明的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。