水性环保型光学镜片用临时保护涂料的制备与涂布方法

data-full-width-responsive="true"> 水性环保型光学镜片用临时保护涂料的制备与涂布方法周如东1 王李军1 段正才2 陆文明1 王留方1 杨永兵3*（1 中海油常州涂料化工研究院，江苏常州 213016 ；2 中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部，陕西汉中 723000 ；3 常州南京大学高新技术研究院，江苏常州 213164）眼镜业的迅速发展给屈光不正患者带来了福音。在西方国家，作为医疗手段，眼镜的使用率仅次于阿斯匹林；在我国，需要配戴眼镜者已超过3 亿且该数字正逐年递增。组成眼镜关键部件光学镜片的材料主要包括有机和无机两大类透明介质。无机类材料包括：普通玻璃、高折射率玻璃、染色玻璃以及光致变色玻璃。有机类材料包括：热固性材料和热塑性材料。其中，热固性材料包括：哥伦比亚第39 号树脂（CR-39）、中高折射率树脂、染色树脂以及光致变色树脂；热塑料性材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）。与无机类材料组成的光学镜片相比，有机类材料制成的光学镜片具有更轻的质量，更高的透光率，更优良的抗冲击性、抗破裂性、耐化学品性、防雾性、染色性和选择性。但是，有机类光学镜片都需要进行镀膜处理，使其获得一些新的、原本不具备的优良性能。市场上的加膜光学镜片一般都进行多层镀膜处理，包括：耐磨损膜、多层减反射膜和顶膜抗污膜（见图1）。耐磨损膜能够增加镜片表面的硬度，使其更加耐磨损；多层减反射膜具有增加镜片可见光的透过率和防紫外线、防辐射的功能；抗污膜的物质分子颗粒小、分子之间空隙小，使镜片表面更加光洁，具有防水、防雾、防尘等防污染功能，同时克服减反射膜膜分子间空隙较大，容易藏污纳垢的缺点。目前，对光学镜片进行临时性保护主要有两种方法：一是采用镜片加工保护贴（保护薄膜），二是采用镜片加工临时保护涂料。镜片加工保护贴存在价格昂贵、贴膜效率低、使用处理不方便的缺点。镜片加工临时保护涂料克服了镜片加工保护贴的缺点，能在镜片表面形成一层有韧性的保护层，有效防止光学镜片在二次加工和存放过程中产生的划伤或发霉，该保护涂料所形成的薄膜剥离极为方便，且不会在镜片上有任何残留。目前，光学镜片用临时保护涂料的研究及生产主要被韩国公司垄断且已申请多项专利。韩国南相旭等人以氯化聚丙烯树脂或PET（对苯二甲酸乙二醇酯）为主要成膜物，以芳香烃类和酮类有机溶剂作为溶剂，配合相关助剂制备了具有防止镜片切割引起的轴偏移和镜片损伤的薄而均匀的临时保护层。韩国Kim 等人发明了一种涉及在镜片表面形成透明保护涂层的方法。该透明涂层由含氟弹性体及可选加入的含氟有机硅烷化合物组成，可以防止镜片处理过程中的划伤、受到外界化学污染及轴偏移的现象。国内研究镜片加工保护液起步较早的是黑龙江省科学院，李从智等人制备了镜片加工保护液且已申请专利。但是，现有相关专利和论文中所制备的光学镜片用临时保护涂料均为溶剂型涂料，所使用的芳香烃类或酮类有机溶剂在涂料的生产及涂装过程中会造成环境污染，同时在密闭的无尘环境中使用会给操作人员的健康带来不利影响。使用水性环保型光学镜片用临时保护涂料替代常规溶剂型临时保护涂料是解决上述问题的一条捷径，但由于加膜光学镜片中的抗污膜具有强烈的憎水性，水性涂料难以对其表面进行润湿导致无法进行涂布，阻碍了水性涂料在该领域中的应用。本研究采用聚氨酯水分散体作为主要成膜物，与表面润湿剂、防黏连剂、消泡剂相配合，制备水性环保型光学镜片用临时保护涂料。研究了主要成膜物、各类助剂、涂布工艺及方法对涂料性能的影响。解决了水性涂料在低表面能镜片表面的润湿涂布问题，满足了光学镜片表面临时保护的要求。1 实验部分11 主要原材料聚氨酯水分散体：WPU-1、WPU-2、WPU-3、WPU-4，中海油常州涂料化工研究院；润湿剂：Wet-265、Wet-500，德国Degussa 公司，BYK-346，德国毕克公司，FC-4430，美国3M 公司，Actyflon-S217，哈尔滨雪佳氟硅化学有限公司；防黏连剂：DC-51，美国道康宁公司；消泡剂：BYK-019，德国毕克公司；光学镜片：折射率156，常州威尔光学科技有限公司。12 主要仪器高速分散机（GFJ-04），上海赛杰化工设备有限公司；全自动表面张力仪（BZY-1），上海衡平仪器仪表厂；接触角测试仪（SL-600），上海衡平仪器仪表厂；光学镜片全自动磨边机（PM-7000），韩国PICHINA 公司；全自动焦度计（M150LM600），日本。13 试样的制备131 测试表面张力样品的制备将所需用量的润湿剂加入聚氨酯水分散体中，用高速分散机搅拌2 h（转速500 r/min），过夜消泡，待用。132 水性环保型光学镜片用临时保护涂料的制备将所需用量的润湿剂加入聚氨酯水分散体中，用高速分散机搅拌2 h（转速500 r/min）后，加入防黏连剂和消泡剂，继续搅拌1 h（转速500 r/min），补入一定量的去离子水，调节至浸涂黏度，待用。133 涂膜光学镜片样品的制备将已配制好的涂料倒入浸涂槽，将光学镜片固定于专业夹具上，再将夹具固定于能够控制其上下移动速度的升降装置上，以预定速度降下镜片将其浸入涂液，并以预定速度升起镜片，沥干后移出，并使涂液烘干或自干，即制得涂膜光学镜片样品。14 性能测试利用表面张力仪按照《表面活性剂 用拉起液膜法测定表面张力》通用规范GB/T 55492010 测试涂料的表面张力；利用全自动表面张力仪采用悬滴法测量涂料在光学镜片表面的接触角。轴偏移及卡盘压痕的测试方法：将光学镜片固定于装配有橡胶卡盘的镜片磨边机上进行加工，利用全自动焦度计确定镜片散光轴（水平/ 垂直轴）以及标记识别点（沿水平轴的3 个点以表示轴方向），分别对未涂膜镜片及涂膜镜片各50 片进行镜片加工。目测观察卡盘压痕，再用全自动焦度计观察轴偏移。折射率的测试方法：用全自动焦度计观察涂膜前后光学镜片的折射率。灰尘吸附及表面损坏的测试方法：取涂膜和未涂膜的光学镜片各30 片，用常规光学镜片包装纸进行包装，然后装入包装盒体，摇晃盒体100 次后取出镜片，除去保护膜，观察涂膜和未涂膜光学镜片的表面情况。2 结果与讨论21 主要成膜物的选择作为光学镜片用临时保护涂料的主要成膜物必须满足下列条件：（1）以水为主要溶剂，不含有毒、有害的有机挥发物；（2）常温或低温（50℃）烘烤条件下能够自干成膜，满足光学镜片的涂布干燥工艺；（3）具有合适的硬度、强度和延伸率，既能保护光学镜片在磨边过程中不受损伤，又要保证涂膜能够整片剥离；（4）具有良好的透光性，不影响光学镜片的折射率，方便出厂检验。根据上述要求，选择中海油常州涂料化工研究院生产的WPU 系列聚氨酯水分散体树脂作为主要成膜物。由于合成过程中选用单体的种类、比例及工艺不同，不同类型的该系列树脂呈现出不同的性能，具体见表1。综合考虑各项性能指标，选择WPU-2 作为主要成膜物。