柔感涂料常常被用來為塑料、紙張以及金屬基體營造柔和的觸覺效果。觸覺效果可以提高消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的感覺，使得他們在同類產(chǎn)品中脫穎而出。事實(shí)上美國加州州立理工大學(xué)最近一項(xiàng)研究表明不僅消費(fèi)者偏愛柔和觸感包裝容器中的化妝品，而且他們還愿意為此多出5%的價(jià)格來購買這種包裝的化妝品[1]。因此，最近幾年對(duì)柔感涂料的研究日益增多。雖然加州理工的研究主要集中于化妝品包裝領(lǐng)域，但是柔和觸感涂料涵蓋的市場非常的廣泛，包含汽車內(nèi)飾、小型電子產(chǎn)品以及電器領(lǐng)域。

目前市場上對(duì)多種觸感類型有著非常廣泛的的需要。一般情況下，對(duì)柔感類型的描述會(huì)使用一些已知的柔軟物品觸感來進(jìn)行闡述，比如橡膠、天鵝絨、桃皮、玫瑰花瓣、絲綢、皮革、麂皮等等。這些術(shù)語不僅是非常主觀的描述，而且不同的人感覺也都是不同的。同樣的涂層，有的觀察者描述有如天鵝絨般，有的則描述它可能是絲綢般觸感的。

我們選擇不同年齡和性別，且受過訓(xùn)練的人群來進(jìn)行觸感研究。研究表明，年齡[2] 和性別[3] 會(huì)影響感覺的描述。

雖然大多數(shù)柔感涂料是能夠被區(qū)分的，但對(duì)于那些最賞心悅目的表面，感知卻存在很大的分歧。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)涂層的化學(xué)性質(zhì)不同時(shí)，原子力顯微鏡（AFM) 可以很好的分辨出其對(duì)應(yīng)的觸感類型[4]。進(jìn)一步的測試還表明，隨著涂層化學(xué)性質(zhì)的接近，粘附力和觸感之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系不再保持。此外，原子力顯微鏡不能區(qū)分觸感的質(zhì)量。為此，后續(xù)的研究還是以訓(xùn)練有素的觀察員的觸感描述為準(zhǔn)，來定義觸感的效果質(zhì)量和類型。

一般來說，消費(fèi)品的特點(diǎn)是整個(gè)生命周期都暴露在外，反復(fù)受到磨損和污染，所以在考慮觸感的同時(shí)還必須考慮其堅(jiān)固耐用的性能。柔和觸感和耐磨性之間的平衡是個(gè)額外的挑戰(zhàn)。柔感涂料的耐磨性一般是通過交聯(lián)多功能異氰酸酯與多元醇實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)過程由分散在多元醇所形成的軟連接段和異氰酸酯形成的硬交聯(lián)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)，最理想的結(jié)構(gòu)如圖1所示。雖然這種兩部分結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有極好的觸感性能，但是兩部分聚氨酯涂料也具有明顯的缺點(diǎn)，如壽命周期短、固化時(shí)間長以及異氰酸酯處理存在危害等。為了解決這些問題以及改善耐久性能，配方和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師一直在向著可紫外固化的柔感涂料方向努力。

圖1：柔感涂層的理想化兩部分結(jié)構(gòu)。

在之前的研究中，受兩部分異氰酸酯體系的啟發(fā)，相較傳統(tǒng)的雙組份聚氨酯涂料，我們證明自己有能力創(chuàng)造出可以紫外固化且具有良好觸感和優(yōu)化耐擦、耐污以及耐化學(xué)腐蝕性能的涂料產(chǎn)品 [4]。該新創(chuàng)的涂層系統(tǒng)具有絲滑般的感受。

為了廣泛適應(yīng)不用的應(yīng)用和需求，很有必要設(shè)計(jì)出不同類型的柔感涂料。這篇文章詳細(xì)介紹了一系列可定制設(shè)計(jì)，具有可調(diào)整觸感的紫外固化柔感產(chǎn)品的開發(fā)，這些產(chǎn)品比傳統(tǒng)雙組份聚氨酯涂料性能有所改善。

實(shí)驗(yàn)部分

表1是一個(gè)柔感涂料的基礎(chǔ)配方。二氧化硅在其中既可以作為增加柔軟觸感的添加劑，又可以作為消光劑。丙烯酸樹脂溶解于溶劑以降低粘度，并提供足夠的收縮力以保證二氧化硅遷移到膜的表面，這對(duì)減少磨損同時(shí)賦予涂層柔和的觸感是非常必要的。

表1：柔感涂料的基礎(chǔ)配方

將配方涂覆于實(shí)驗(yàn)板表面后，再將其置于60℃下干燥15分鐘以除去溶劑。然后將實(shí)驗(yàn)板放置在兩個(gè)400 W/in 的水銀弧光燈下以50fpm的傳送帶速度固化最終形成2mils厚度的膜。先放置過夜再進(jìn)行磨損、溶劑腐蝕、食品污染、日曬老化、蟲蛀、鉛筆硬度以及粘附性測試。

選擇有經(jīng)驗(yàn)的觀察者來對(duì)處理過的實(shí)驗(yàn)板涂層進(jìn)行類型和質(zhì)量的感知。我們把觀察到的感受范圍分成三個(gè)區(qū)域：橡膠手感、天鵝絨手感和絲綢手感。橡膠手感指涂層接近橡膠，它具有比絲綢手感（真絲般的感手）涂層更多的抓地力（不那么滑）；天鵝絨手感涂層的滑動(dòng)/ 握持觸感介于橡膠手感和絲綢手感之間。觀察中將柔軟觸感的等級(jí)分為五等，從一到五等級(jí)越高，越匹配其該有的觸感。

結(jié)果和討論

在最初的篩選中，我們使用雙官能聚氨酯酯丙烯酸酯低聚物（UA）模仿傳統(tǒng)雙組份涂料體系中較軟的多元醇區(qū)域，用三官能的丙烯酸酯交聯(lián)劑（M）模仿較硬的異氰酸酯區(qū)域[4]。我們發(fā)現(xiàn)UA5:M1 在60：40 的時(shí)候能夠營造出很好的絲綢般的觸感，且耐久性要明顯優(yōu)于常規(guī)的雙組份聚氨酯體系。通過減少交聯(lián)劑的用量，我們能夠?qū)崿F(xiàn)天鵝絨般的感覺，但該涂層的耐久性顯著下降（表2）。因?yàn)閱为?dú)的減少交聯(lián)劑不能用于改變感覺的類型同時(shí)保持耐久性，所以我們著手設(shè)計(jì)新的聚氨酯酯丙烯酸酯和交聯(lián)劑。

表2：交聯(lián)劑濃度對(duì)觸感的影響

新的雙官能聚氨酯丙烯酸酯UA6和UA7采用和UA5一樣的方式來評(píng)估，即改變交聯(lián)劑M1的濃度，評(píng)估結(jié)果如圖2所示交聯(lián)劑在樹脂中濃度達(dá)到10%的時(shí)候，UA6和UA7都可以營造出橡膠般的觸感，但是UA6比UA7有明顯多的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，我們使用UA6而不需要盡可能多的減少交聯(lián)劑就可以達(dá)到更多的抓地力（天鵝絨）的感覺。

圖2：交聯(lián)劑含量的變化對(duì)UA6和UA7的性能的影響

使用盡可能多的交聯(lián)劑的能力是有利的，因?yàn)樗鼛砀叩慕宦?lián)密度和更好的涂層的耐久性。此外，UA6比UA7共混物有更好的總體質(zhì)感（在圖中未示出）。使用90％的聚氨酯低聚物UA6和10％的交聯(lián)劑（M1）我們可以達(dá)到橡膠般的觸感，但是該膜不具有耐久性。當(dāng)我們將交聯(lián)劑（M1）的量提高到17.5%，則可以得到性能改善的具有橡膠觸感的涂層（圖3）。

圖3：交聯(lián)劑含量對(duì)UA6性能的影響。

在第二種方法中，我們試圖用現(xiàn)有的三官能丙烯酸酯交聯(lián)劑和低功能性丙烯酸酯單體（AM）作為軟連接段而不是用雙官能聚氨酯丙烯酸酯來營造柔和觸感的涂層?，F(xiàn)有的交聯(lián)劑和單體（AM1）的配方?jīng)]有取得希望的觸感和性能的組合（表3）。

表3：不同種類和不同濃度的交聯(lián)劑對(duì)丙烯酸酯單體性能的影響

用新設(shè)計(jì)的交聯(lián)劑M6與丙烯酸酯單體AM1配置，當(dāng)交聯(lián)劑與丙烯酸單體比例為60:40時(shí)可以獲得良好的觸感和耐久性能，如表4中的第53號(hào)配方。用單體M6篩選交聯(lián)劑來獲得改進(jìn)的觸感和耐久性，我們發(fā)現(xiàn)M6與AM5組合有良好的耐久性以及優(yōu)于先前測試的所有組合（表4）的天鵝絨般的觸感。

表4：加入新交聯(lián)劑M6后不同丙烯酸單體的性能 *與配方1-56比較

結(jié)論

新設(shè)計(jì)的低聚物UA6 和交聯(lián)劑M6 為我們帶來了可紫外固化且具有柔和觸感的一系列不同觸感的新涂層（圖4）。這些新產(chǎn)品相較行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩部分聚氨酯涂料具有更佳的耐久性能以及柔和觸感毫無損失。除了增強(qiáng)的耐久性，這種可紫外固化系統(tǒng)具有無限的適用期，更短的固化時(shí)間，且沒有游離的異氰酸酯危害。

圖4：最佳的紫外光固化柔感配方的性能。

參考文獻(xiàn)

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