光敏触觉涂料| 2020-11-05 | PCI杂志

水性，高固体，三维触觉涂料¹近年来获得了巨大的市场成功。主要的应用领域是运动鞋。令人兴奋的多色效果，在多个3D涂层层面，结合耸人听闻的触摸效果和高性能功能，允许全新的功能设计自由。

现在市场上推出了新型光敏触觉涂料。这些涂料是基于全水性PUD树脂，具有高弹性、柔韧性和优异的粘接性能，通常应用于纺织品基材上。以纳米级氧化石墨烯颗粒——氧化石墨烯(GO)纳米颗粒为基础，可制备高光敏性涂层。掺杂go的触觉层显示出高透明度，几乎是无色的。当掺杂氧化石墨烯的涂层暴露在自然阳光或人工紫外线下时，氧化石墨烯纳米层开始化学还原过程，并产生深黑色还原氧化石墨烯(RGO)纳米层。^2、3形成相对较大的sp2岛，完全改变了这些涂层的吸收特性，并(随着时间的推移)将它们变成深黑色。通过使用掩蔽装置，运动鞋上的涂层可以部分暴露在紫外线下，并且可以通过选择性的紫外线暴露来创建设计图案。此外，掺杂氧化石墨烯的触觉涂层还可以用标准颜料或彩虹色特效颜料进行着色。在紫外线曝光期间，可以实现创造性的颜色效果变化，随着时间的推移改变表面的外观。

简介

顾客首先被产品的视觉外观所吸引。因此，运动鞋的颜色设计对产品的销售起着至关重要的作用。单一的颜色或正确的颜色组合将使产品成功。今天的消费市场需要对产品产生情感上的兴奋，如果没有什么特别之处，就会很快陷入审美疲劳。光敏触觉涂料会根据环境和消费者的使用习惯变化颜色，增加一种有生命的色彩效果。每当光敏触觉涂层暴露在阳光下，一个缓慢的颜色变化过程开始，涂层变暗。如果应用在运动鞋上，在阳光明媚的日子里，鞋子的颜色会有一点不同。颜色会随着时间逐渐变化，消费者可以每天观察颜色变化，好奇地等待看到最终的颜色。

随着消费产品大规模个性化的新大趋势，光敏触觉涂层为运动鞋和其他产品的购买点个性化开辟了更多机会。掩模纸可以直接在车间进行数字切割，并且可以通过紫外线照射设备创建个性化的设计。激发灵感，让顾客在制鞋过程中有参与感。这样可以增加顾客和他/她的鞋子之间的互动，实现真正的个人定制。

光敏触觉涂料的应用

光敏触觉涂料基本上应用于与成熟的触觉涂料相同的方式-通过手动或自动丝网印刷技术。⁴对于本文所讨论的工艺，对丝网印刷工艺进行了修改，使基层涂层的涂层厚度达到0.2-1.2 mm。多层沉积，形成3D结构涂层-可能具有多颜色和多层。通常触觉涂料应用于纺织材料，聚酯或尼龙纤维，这些材料通常用于运动鞋。为了获得最好的光敏色彩效果，开发了一种特殊的图层，如图1所示。首先涂抹多层透明底漆，建立所需的3D涂层效果，并确保与织物的最大粘结强度。在底漆的顶部，涂上第一层颜色漆，通常是白色，以保证最终的颜色一致性。采用掺go光敏层作为主要效果涂层，提供了整个三维涂层系统的颜色变化机制。通常GO层的厚度为0.2毫米，允许强烈可见的颜色变化。可选地，薄的彩虹色涂层可以应用作为最后的面漆。彩虹色特别有趣，因为它们在黑暗背景下具有很强的可视性。 Of course, the final top coat can also be modified to offer other haptic effects like soft touch, rough touch and matte or glossy effects.

氧化石墨烯涂层的紫外感光机理分析

在光敏触觉涂层系统中，氧化石墨烯涂层是变色过程中最重要的部分。众所周知，氧化石墨烯在紫外光下可以逐渐还原，还原过程中会发生从浅黄色到深黑色的颜色转变。然而，到目前为止，对于如何在我们的日常生活中利用这种颜色变化的消费产品，还没有太多的想法。为了研究氧化石墨烯涂层的光敏机理，在水性聚氨酯分散体(WPU)中加入0.0wt %氧化石墨烯。制备了0.2 mm厚的氧化石墨烯涂层，该涂层呈淡黄色，外观近乎无色。将氧化石墨烯涂层部分覆盖在蝶形规上，并用紫外光照射30分钟。结果如图2a所示。没有遮盖的蝴蝶图案变成了一种非常暗(接近黑色)的颜色。图2b显示了样品明暗区域的拉曼研究结果。未经uv处理的原始样品的结果标记为WPU/GO，暗区标记为WPU/RGO。对应的ID/IG值分别为1.00和0.98。 This is a clear indication that some oxygenated functional groups on the surface of GO were removed. GO was weakly reduced photochemically during the UV irradiation.

图2a)辐照区氧化石墨烯涂层部分还原(蝴蝶);b)原WPU/GO涂层和照相还原后WPU/RGO的拉曼数据。

色彩设计与特色

通过将感光触觉涂层与其他颜色颜料相结合，可以创造出令人兴奋的色彩设计。所产生的颜色在阳光下会逐渐变化，在紫外线照射下会明显变暗。要创造伟大的消费产品，色彩开发必须从两个方向进行指导:1)紫外线辐射前的初始颜色需要具有吸引力，以实现最初的购买决策;2)最后的深色也需要非常有吸引力，以保持消费者对产品的满意。

虹彩颜料是一个很好的变色机会。有趣的是，彩虹色颜料在浅色和深色背景下的颜色外观看起来非常不同。除了具有虹彩效果外，虹彩颜料在浅色背景上表现出高透明度的浅色光泽，在深色背景上表现出独特的深色调(如深紫色、深蓝和深绿色)。图3显示了在黑白面板上的涂层薄膜。由于背景颜色的变化可以很容易地看到。光敏触觉涂层现在可以用来提供背景色。掺go的涂层基本上是半透明的。因此，在我们的标准层建立一个白色的涂层是放置在go掺杂涂层下面。在紫外线照射之前，光敏涂层系统将因此显示浅色，彩虹色的外观。在紫外线照射后，掺杂go的层会变暗，最终变成黑色。 Together with that gradually darkening of the GO-doped layer, the topcoat iridescent color will become more visible and will finally reach the color like on the black background.

图4显示了紫外线曝光前后的颜色汇编。可以看到，最初的颜色总是浅色，紫外线曝光后的最终颜色是深色的，呈现出强烈的色相。

颜色变化是时间和紫外线强度的函数

对于光敏触觉涂料的实际应用，重要的是了解从初始颜色到最终颜色变化的条件和时间。因此，研究了紫外线强度、时间和温度对颜色变化的影响。下一页的表1总结了结果。

得出以下结论:1)高强度紫外线缩短了变色时间;2)与连续紫外线照射相比，频繁的间断曝光需要更多的时间来改变颜色;3)在没有紫外线照射的情况下，涂层颜色不会发生变化，即使在高达80ºC的高温下也不会发生变化。

考虑到第一次应用在运动鞋上，并考虑到正常消费者使用跑鞋的习惯，运动鞋上的涂层完全变色可能需要100天左右。显然，颜色完全变化的时间在很大程度上取决于气候区、使用的时间和当地的天气条件，但对于户外运动鞋来说，这一时间范围很有趣。

运动鞋的个性化

光敏触觉涂层不仅可以在运动鞋上实现渐变颜色，还可以用于购买点个性化。具有光敏涂层的鞋子可以有效地批量生产。品牌和零售商可以在店铺环境中安装数字切割机和紫外线灯箱。数字切割机可以快速切割任何形状和个性化客户设计的掩模纸。在密集的人工紫外线照射下，被遮盖的光敏涂层可在几分钟内改变颜色。一个单独的鞋子设计可以在30分钟内在商店内生产出来。图5显示了用这种方法创建的一些单独的设计。