TWI876499B

TWI876499B - 具有遊彩效果的可拉伸物件及其製法

Info

Publication number: TWI876499B
Application number: TW112132764A
Authority: TW
Inventors: 林志文; 蘇義中; 許俊玄; 林彥豪; 林長佑; 周勁言
Original assignee: 新加坡商捷普電子(新加坡)公司
Priority date: 2023-08-30
Filing date: 2023-08-30
Publication date: 2025-03-11
Also published as: TW202511098A

Abstract

一種具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，包含：提供含有溶劑及多數微粒的第一溶液；將溶劑置換為含有第一反應物的反應性溶液；添加一沸點高於第一反應物之沸點的第二反應物，並對第一反應物進行揮發；添加起始劑後進行靜置，以發生自組裝；使第二反應物發生交聯固化，取得具有遊彩效果的可拉伸物件。本案利用第二反應物的添加使可拉伸物件具有可撓性或彈性，藉由將微粒均勻地分散於溶液中則有助於自組裝進行，使可拉伸物件具有遊彩效果。此外，本案還提供一種具有遊彩效果的可拉伸物件。

Description

具有遊彩效果的可拉伸物件及其製法

本發明是有關於一種塑膠製品及其製法，特別是指一種具遊彩效果的可拉伸物件及其製法。

為了滿足消費者對於電子產品或穿戴裝置等產品於外觀上的追求和多樣化，因此有部分業者選擇以人造蛋白石作為產品的外殼或是裝飾物，以達到美觀的效果。該人造蛋白石具有光子晶體結構，因此當光束自不同角度照射該人造蛋白石，基於光子晶體結構的光子能隙位置不同會產生不同程度的繞射路徑，而對外呈現出不同的顏色變化，具有遊彩效果。目前而言，人造蛋白石的製作方法大致為：製備一含有多數粒徑介於250nm至500nm之二氧化矽顆粒的反應溶液；靜置該反應溶液長達數週至數個月使該等二氧化矽顆粒自然沉降以重新堆積排列；以乾燥方式移除該反應溶液中的溶劑，取得一半成品；對該半成品進行煅燒，取得一具有遊彩效果的人造蛋白石。

然而，該人造蛋白石需要耗費的時間成本過高，且該人造蛋白石通常為硬質地，可加工性較低，而不利於配置在各種不同結構設計的產品上。

因此，本發明的目的，即在提供一種具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，能大幅降低時間成本，且製作取得的可拉伸物件加工性良好。

於是，本發明具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，包含一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(d)，及一步驟(e)。

該步驟(a)是提供一含有溶劑及多數表面經修飾改質的分散微粒的第一溶液。

該步驟(b)是將該第一溶液的溶劑置換為一反應性溶液，以取得一第二溶液，該反應性溶液含有一第一反應物，且該等微粒均勻地分散於該第一反應物，且該第一反應物含有反應性單體。

該步驟(c)是自該第二溶液中添加一沸點高於該第一反應物之沸點的第二反應物，以取得一第三溶液，並使該第一反應物自該第三溶液中揮發，以取得一第四溶液，且該第二反應物含有反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。

該步驟(d)是添加一起始劑至該第四溶液並靜置，該第二反應物及該等微粒產生自組裝，以取得一結晶溶液。

該步驟(e)是使該結晶溶液的該第二反應物交聯固化，以取得一具有遊彩效果的可拉伸物件。

本發明的另一目的，即在提供一種具有遊彩效果的可拉伸物件。

於是本發明具有遊彩效果的可拉伸物件，包含一基底，及一外觀件。

該外觀件具可拉伸性且具有遊彩效果，披覆或嵌設於該基底表面，包括一由反應性物質交聯固化而得的可拉伸本體，及多數分散於該可拉伸本體內的微粒，且該反應性物質選自反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。

於是本發明具有遊彩效果的可拉伸物件，包含一可拉伸本體，及多數微粒。

該可拉伸本體由反應性物質交聯固化而得，且具有可拉伸性。

該等微粒分散於該可拉伸本體內。

本發明的功效在於：利用該第一反應物與該第二反應物之間的沸點差異，以將該第二溶液中的該第一反應物置換為該第二反應物以取得該第三溶液，使該等微粒仍能分散於該第二反應物且不傾向團聚，而有助於自組裝晶體排列的進行，且在該第二反應物的材料選擇上更具彈性，有助於製作取得具有可拉伸性和遊彩效果的該外觀件，且具有良好的加工性，同時大幅減低製程時間。

在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。且有關本發明之相關技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。此外，要說明的是，本發明圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。

參閱圖1和圖2，本發明具有遊彩效果的可拉伸物件，包含一基底2及一外觀件3。

該基底2可為穿戴裝置、不同類型的電子產品或是其它生活用品。

該外觀件3具有遊彩效果，披覆或嵌設於該基底2的表面以達到美觀效果，並包括一由反應性物質交聯固化而得的可拉伸本體31，及多數分散於該可拉伸本體31內的微粒32。

該可拉伸本體31是由反應性物質聚合而得，該反應性物質為反應性單體(monomer)和反應性寡聚物(oligomer)的其中至少一者，且依據該反應性物質的材料選擇不同，所聚合而得的該可拉伸本體31可具有彈性或可撓性，而具有良好的加工性，故適用於設置在具有不同結構態樣的基底2。

在一些實施例中，該可拉伸本體31具有可撓性，且其構成材料選自聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)或聚醯亞胺(PI)，或是選自由丙烯醯胺(AA)及亞甲基雙丙烯醯胺(BIS)聚合而得的聚合物。用於聚合形成該可拉伸本體31的該反應性物質的黏度不大於200cps，選自丙烯醯胺或亞甲基雙丙烯醯胺，或是選自可聚合得到乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，或聚醯亞胺的反應性單體和反應性寡聚物的至少其中一者。

在一些實施例中，該可拉伸本體31具有彈性，且其構成材料選自聚氨酯丙烯酸酯(Urethane Acrylate)、聚氨酯(PU)、液態矽膠(LSR)、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(AUD)或環氧丙烯酸酯(EA)。用於聚合形成該可拉伸本體31的該反應性物質的黏度介於350cps至10000cps，選自可聚合得到脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚氨酯或液態矽膠的反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。

該等微粒32選自無機奈米粒子，例如二氧化矽或二氧化鋯粒子等，或是選自高分子微粒，例如聚苯乙烯(PS)，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，其平均粒徑介於120nm至250nm，且粒徑的分佈係數(CV)小於5%，而具有良好的單分散性(monodisperse)。該等微粒32的表面經由表面改質而帶有疏水性或親水性的官能基，且該等微粒32均勻地分散於該可拉伸本體31內。

較佳地，該等微粒32彼此之間的平均球心距離介於380nm至780nm。因此當一波長範圍介於380nm至780nm之間的可見光通過該外觀件3時，會基於該等微粒32產生反射及繞射，隨著觀看角度不同而展現出不同的顏色變化，呈現遊彩效果。

在本實施例中，該等微粒32為粒徑介於180nm至240nm之間的二氧化矽顆粒，粒徑的多分散性指數(PDI)介於0.02至0.05，該可拉伸本體31是由脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(Aliphatic Urethane Diacrylate)的寡聚物交聯固化取得，因此，該外觀件3具有良好的彈性。

要說明的是，在其它實施例中，該可拉伸物件也可不設置該基底2而僅具有該外觀件3，且該外觀件3依據產品設計不同可經由模鑄或切割等不同方式加工而呈現特定的形狀態樣。

茲以下說明前述該外觀件3的製法，包含一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(d)，及一步驟(e)。

該步驟(a)提供一含有溶劑及該等微粒32的第一溶液，該等微粒32表面帶有親水性官能基或疏水性官能基，且依據該等微粒32的表面性質(例如界達電位(zeta potential)或表面所帶電荷的數量等)不同，該等微粒32基於本身所帶的電荷而產生的電荷排斥力，及/或基於表面改質所產生的空間位阻效應(Steric effects)而彼此排斥地分散於該溶劑中，而不傾向於團聚。

其中，該溶劑選自無水乙醇，該等微粒32是經由一含有親水性官能基或疏水性官能基的表面改質劑於多數平均粒徑介於120nm至250nm的初始顆粒表面進行表面改質而得，其表面接枝率介於5%至15%，且該等微粒32的粒徑約等同於該等初始顆粒的粒徑。且該等初始顆粒可以為市售，或是自行合成取得高分子微粒或無機奈米粒子。其中，該等無機奈米粒子可經由溶膠凝膠法(sol-gel method)製作取得，該等高分子微粒可經由無乳化劑乳化聚合(Surfactant-free emulsion polymerization)方式製作取。

在本實施例中，該等初始顆粒是以溶膠凝膠法(sol-gel method)製作取得的二氧化矽顆粒，且該溶膠凝膠法有利於控制製作取得的該等初始顆粒的尺寸和粒徑分布，並選用一含有疏水性官能基的矽烷偶聯劑(silane coupling group)作為該表面改質劑，對該等初始顆粒進行表面改質。

詳細地說，於該步驟(a)，是以該無水乙醇、去離子水，及四乙氧基矽烷(TEOS)的重量比為40:8:3的配比下預先配置出一初始溶液，並於25℃的溫度條件下靜置該初始溶液以進行四乙氧基矽烷的預水解；添加一濃度為30%的氨水至經預水解的初始溶液，且該氨水與該四乙氧基矽烷的重量比為1:3，即可以溶膠凝膠法製作取得該等二氧化矽顆粒(即該等初始顆粒)。之後，將該矽烷偶聯劑(選自γ-甲基丙烯醯氧基炳基三甲氧基矽烷單體(MPS))添加於含有該等二氧化矽顆粒的溶液中以對該等二氧化矽顆粒進行表面改質，而在該等二氧化矽顆粒的表面形成具疏水性的矽烷官能基(silane functional group)，以取得該等微粒32。最後，將該等微粒32分散於一無水乙醇中，即可取得該第一溶液。其中，該矽烷偶聯劑與該等二氧化矽顆粒的重量比值介於10至50之間，製程溫度為40℃，該製程時間介於1至7天。

該步驟(b)將該第一溶液的溶劑置換為一反應性溶液，以取得一第二溶液。該反應性溶液含有一第一反應物，並基於彼此之間的電荷排斥力和空間位阻效應使該等微粒32均勻地分散於該第一反應物，且該第一反應物含有反應性單體。

較佳地，該第一反應物的沸點不大於120℃，黏度不大於250cps。較佳地，該等微粒32與該第一反應物的溶解度參數(solubility parameter，SP)相近，其差值不大於0.5(cal/cm ³) ^1/2，因此有助於提升該等微粒32在該第一反應物之間的分散效果。更佳地，該等微粒32與該第一反應物的溶解度參數的差值不大於0.2 (cal/cm ³) ^1/2。

在本實施例中，是以固液分離方式(例如過濾或離心分離方式)將該溶劑自該第一溶液移除，再添加該反應性溶液與該等微粒32混合，以取得該第二溶液，且該第一反應物為具有疏水性的甲基丙烯酸甲酯單體(MMA)，其沸點為101℃，該等微粒32於該第二溶液中的含量約為50wt%。

該步驟(c)自該第二溶液中添加一沸點高於該第一反應物之沸點的第二反應物，以取得一第三溶液，使該等微粒32於該第三溶液中的含量介於20wt%至25wt%；之後，利用該第一反應物和該第二反應物之間的沸點差異，經由乾燥方式或減壓濃縮方式使該第一反應物自該第三溶液中揮發，該第二反應物留存於溶液中，以取得一呈現出遊彩效果的第四溶液，該等微粒32於該第四溶液的含量介於35wt%至50wt%，彼此之間的平均球心距離介於380nm至780nm。其中，該第二反應物即為前述構成該可拉伸本體31的反應性物質，含有反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。

較佳地，該第二反應物的沸點高於該第一反應物的沸點至少80℃。較佳地，該第二反應物的沸點大於200℃。

在本實施例中，於該步驟(c)，該第二反應物為可聚合得到脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(Aliphatic Urethane Diacrylate，AUD)的寡聚物，其沸點為220℃，該等微粒32於該第三溶液的濃度約為25wt%，並經由減壓濃縮方式或真空乾燥方式而於120℃的溫度條件下使該第一反應物(甲基丙烯酸甲酯單體)自該第三溶液揮發，使該第四溶液含有該第二反應物，以及穩定地分散於該第二反應物的該等微粒32，且該等微粒32於該第四溶液中的含量為50wt%。

詳細地說，於該第二溶液中，該等微粒32基於電荷排斥力與空間位阻效應而分散於該第一反應物之間，本實施例的製法即是利用該第一反應物與該第二反應物之間的沸點差異，以藉由減壓濃縮方式或真空乾燥方式將溶液中的該第一反應物置換為該第二反應物，且該等微粒32仍能分散於該第二反應物，因此該第二反應物在材料選擇上更具彈性。

在一些實施例中，該第二反應物的溶解度參數與該等微粒32的溶解度參數相近，其差值不大於0.5(cal/cm ³) ^1/2，黏度不大於200cps，選自可聚合得到聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或聚醯亞胺(PI)的反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者，或是可選自由丙烯醯胺或亞甲基雙丙烯醯胺。更佳地，該等微粒32與該第二反應物的溶解度參數的差值不大於0.2 (cal/cm ³) ^1/2。

在另一些實施例中，該第二反應物的黏度介於350cps至10000cps，選自可聚合得到聚氨酯丙烯酸酯、聚氨酯、液態矽膠或環氧丙烯酸酯的反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。

該步驟(d)添加一起始劑至該第四溶液並靜置，使該第二反應物及該等微粒32產生自組裝(Self-assembly)，以取得一結晶溶液。其中，該起始劑選自光起始劑、熱起始劑或交聯劑。

該結晶溶液具有一由該第二反應物經由自組裝晶體排列而成的光子晶體結構，而呈現出遊彩效果，且於該第二反應物進行自組裝晶體排列的過程中，溶液的亮度(Intensity)會逐漸上升，並在形成該光子晶體結構之後趨於穩定。因此，除了藉由觀察溶液中所呈現的紋路變化與否，還能透過觀察溶液的亮度於製程中的上升趨勢，以判定自組裝晶體排列的製程是否完成。此外，相較於現有的製程需要耗費數週至數個月使二氧化矽顆粒自然沉降和晶體堆積排列，本案該實施例藉由該第二反應物與該等微粒32彼此分散且不傾向團聚的特性，而有利於該等微粒32於該第二反應物之間重新排列，使該步驟(d)之自組裝晶體排列的過程只需要耗費幾分鐘至數天，因此大幅減低了製程時間成本。

在一些實施例中，於該步驟(d)將該起始劑添加至該第四溶液後，還可將該第四溶液注入一模具及/或擾動該第四溶液使其形成特定紋路。

在一些實施例中，該步驟(d)還添加一界面活性劑和一染劑的其中至少一者於該第四溶液。該界面活性劑於該第四溶液中的含量不大於6wt%，供用以提升該等微粒32於該第四溶液中的分散性，並選自陽離子型界面活性劑、陰離子型界面活性劑，或是兩性離子型界面活性劑。該染劑於該第四溶液中的含量不大於0.05wt%，供用以使該可拉伸物件成特定顏色，並選自有機染料或無機染料。

在另一些實施例中，該步驟(d)配置了數種第四溶液，且該等第四溶液各別添加了不同顏色的染劑，之後，即可將該等第四溶液注入至同一模具，並經由控制該等第四溶液的注入位置、注入順序或是擾動等外力干擾方式使該等第四溶液呈現特定的紋路圖案。

該步驟(e)使該結晶溶液的該第二反應物產生交聯固化，以取得該具有遊彩效果的可拉伸物件(即如圖1所示的外觀件3)。其中，依據於該步驟(d)添加的起始劑種類不同，於該步驟(e)會使用相對應的製程使該結晶溶液產生交聯固化。

在本實施例中，該步驟(d)是添加一光起始劑至該第四溶液，該步驟(e)是以紫外光照射方式使該第二反應物交聯固化，以形成該可拉伸本體31，且該第二反應物為彈性體的反應性單體及/或寡聚物，因此該可拉伸本體31具有彈性。

較佳地，該紫外光的能量密度介於400至650mW/cm ²，波長為365nm，使該結晶溶液能在數分鐘內接收到足夠的能量，使該第二反應物在2~3分鐘內產生聚合，以完成交聯固化，使該可拉伸本體31具有良好的可拉伸性質。更佳地，該步驟(e)的交聯固化反應是於1分鐘內完成。

在一些實施例中，該第二反應物是由反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者構成，使該可拉伸本體31具有可撓性，且其拉伸強度(tensile strength，TS)介於5MPa至15MPa，伸長量(elongation，EL)為130%至200%。

在另一些實施例中，該起始劑為熱起始劑，該步驟(e)是以紅外線光照或是使用一溫度控制槽將該結晶溶液放置在一溫度介於40℃至70℃的環境進行熱處理，使該第二反應物產生交聯固化，以形成該可拉伸本體31。

綜上所述，本發明具有遊彩效果的可拉伸物件的製法是先製作取得由該第一反應物與該等微粒32所構成的第二溶液，並利用該第一反應物與該第二反應物之間的沸點差異，以將該第一反應物置換為該第二反應物，使該等微粒32仍能分散於該第二反應物且不傾向團聚，有助於自組裝晶體排列的進行，以大幅減低製程時間，且在該第二反應物的材料選擇上更具彈性，有助於製作取得具有可拉伸性和遊彩效果的該外觀件3，並兼具美觀效果和良好的加工性，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2:基底 3:外觀件 31:可拉伸本體 32:微粒

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明具有遊彩效果的可拉伸物件的一實施例；及圖2是一示意圖，輔助說明圖1中A的放大圖，說明微粒的結構。

2:基底

3:外觀件

Claims

一種具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，包含：一步驟(a)，提供一含有溶劑及多數表面經修飾改質的分散微粒的第一溶液；一步驟(b)，將該第一溶液的溶劑置換為一反應性溶液，以取得一第二溶液，該反應性溶液含有一第一反應物，該等微粒均勻地分散於該第一反應物，且該第一反應物含有反應性單體；一步驟(c)，自該第二溶液中添加一沸點高於該第一反應物之沸點的第二反應物，以取得一第三溶液，並使該第一反應物自該第三溶液中揮發，以取得一第四溶液，且該第二反應物含有反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者；一步驟(d)，添加一起始劑至該第四溶液並靜置，令該第二反應物及該等微粒產生自組裝，以取得一結晶溶液；及一步驟(e)，將該結晶溶液的該第二反應物交聯固化，以取得一具有遊彩效果的可拉伸物件。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，該第二反應物的沸點高於該第一反應物的沸點至少80℃。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，該第二反應物的黏度不大於200cps，選自丙烯醯胺、亞甲基雙丙烯醯胺，或是可聚合得到聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或聚醯亞胺的反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者，或者，該第二反應物的黏度介於350cps至10000cps，選自可聚合得到聚氨酯、液態矽膠、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯或環氧丙烯酸酯的反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，該步驟(d)是添加一光起始劑至該第四溶液，該步驟(e)是以紫外光照射方式使該第二反應物交聯固化，且該紫外光的能量密度介於400至650mW/cm ²。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，於該步驟(a)，是利用一表面改質劑對多數平均粒徑介於120nm至250nm的初始微粒進行表面修飾，以取得表面接枝率介於5%至15%的該等微粒，且該等初始微粒之粒徑的分佈係數(CV)小於5%。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，於該步驟(c)是以乾燥方式或減壓濃縮方式使該第一反應物自該第三溶液中揮發，該等微粒於該第三溶液的含量介於20wt%至25wt%，該等微粒於該第四溶液中的含量介於35wt%至50wt%，且該第四溶液中的該等微粒彼此之間的平均球心距離介於380nm至780nm。
如請求項1所述的具有遊彩效果的可拉伸物件的製法，其中，該步驟(d)還添加一界面活性劑及一染劑的其中至少一者至該第四溶液。
一種具有遊彩效果的可拉伸物件，包含：一基底；及一外觀件，由如請求項1至7項中的任一項所述的製作方法所製得，具可拉伸性且具有遊彩效果，披覆或嵌設於該基底表面，包括一由反應性物質交聯固化而得的可拉伸本體，及多數分散於該可拉伸本體內的微粒，且該反應性物質選自反應性單體和反應性寡聚物的其中至少一者。
如請求項8所述的具有遊彩效果的可拉伸物件，其中，該等微粒的表面經由表面改質而帶有疏水性或親水性的官能基，其平均粒徑介於120nm至250nm，分佈係數(CV)小於5%，彼此之間的平均球心距離介於380nm至780nm。
一種具有遊彩效果的可拉伸物件，由如請求項1至7項中的任一項所述的製法所製得，包括：一可拉伸本體，由反應性物質交聯固化而得，且具有可拉伸性；及多數微粒，分散於該可拉伸本體內。