一种温致变色模内转印膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及表面装饰膜，具体涉及一种温致变色模内转印膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、模内转印（imr）技术是一种成熟的表面装饰方案，其通过将印刷在载体膜上的装饰层在注塑时一次性转印至塑料制品表面，能够实现复杂图案、高耐磨、高光泽及丰富的纹理效果，已广泛应用于汽车内饰、家电面板等领域。然而，现有的imr技术及其制品提供的装饰效果本质上是静态的，缺乏与环境或用户互动的智能响应能力，难以满足日益增长的高端化、情感化消费需求。

2、将温致变色材料，特别是以结晶紫内酯为代表的可逆热致变色体系，集成于imr制品中，是赋予产品动态视觉交互属性的有效途径。然而，要将此类智能材料成功应用于对工艺兼容性和耐久性要求极为严苛的imr领域，仍面临以下挑战：

3、其一，耐热性不足。imr工艺中熔融树脂温度通常高达200-300℃，并伴随对薄膜的短时高温热冲击，常规温致变色材料在此过程中极易因热分解而永久失效。

4、其二，耐久性难以保证。作为汽车内饰或家电面板，imr制品需长期耐受紫外线、温度循环、摩擦及清洁剂擦拭，简单添加的变色材料易发生迁移老化，无法满足行业对产品长达数年的质保要求。

5、其三，功能集成工艺困难。现有技术难以将变色功能与imr膜的多层结构进行精细化结合，常导致变色效果粗糙、功能区域受限。例如cn1546320a通过离型层粗糙度差异实现光泽度变化，但无法实现主动的可逆温致变色功能，亦未涉及对热敏感功能材料的集成方案。

6、其四，分散稳定性差。现有方案仅将微胶囊视为普通颜料简单混合，在实际生产中微胶囊因与连接料树脂的界面相容性不佳，易发生团聚和沉降，影响印刷质量和产品良率。

7、其五，硬化层隐性破坏。现有技术中硬化层被简单地视为一层保护层，其固化收缩应力对下层功能材料的破坏被完全忽视。本技术人发现，在imr注塑的高温高压条件下，uv固化硬化层交联收缩产生的应力足以压碎下方的温致变色微胶囊，导致变色功能部分或完全丧失。

8、因此，开发一种能够与现有imr工艺完全兼容、耐受其高温加工流程，同时具备长效环境耐久性，并能实现精致、可靠动态变色效果的模内转印薄膜，已成为一项迫切的技术需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种温致变色模内转印膜及其制备方法和应用，使imr制品同时具备可逆温致变色功能、长效耐久性及高精度图案化能力。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供一种温致变色模内转印膜，包括依次层叠设置的基膜、离型层、硬化层、温致变色印刷层以及胶黏层；

3、所述温致变色印刷层包含由印刷油墨形成的图案，所述印刷油墨包含均匀分散于其中的温致变色微胶囊；

4、所述温致变色微胶囊的壁材为三聚氰胺-甲醛树脂或脲醛树脂，所述温致变色微胶囊的热分解温度高于220℃。

5、作为本发明的进一步改进，所述硬化层在25℃下的储能模量为g'硬，所述温致变色微胶囊的壁材在25℃下的储能模量为g'壁，且g'壁≥g'硬。

6、优选地，所述硬化层在25℃下的储能模量g'硬为0.5~3.0 gpa；所述微胶囊壁材在25℃下的储能模量g'壁为1.0~4.0 gpa；且g'壁/g'硬的比值为1.0~2.5。

7、imr注塑过程中，熔融树脂注入后使膜层整体经历高温（200~300℃）和高压环境，随后冷却至室温。在此过程中，已固化的硬化层因热膨胀系数与相邻层存在差异，在冷却阶段产生收缩应力，该应力作用于下方的温致变色印刷层。由于硬化层与微胶囊壁材均为交联网状结构，其力学性能（储能模量）可通过交联密度进行调控，本发明据此对两者的储能模量进行匹配设计。当g'硬＞g'壁时，微胶囊壁材的模量低于硬化层，无法有效抵抗外部应力，导致壳体被压碎或产生裂纹，变色功能劣化；当g'壁≥g'硬时，微胶囊壁材能够为芯材提供足够的力学支撑，抵御外部应力，保持结构完整。

8、作为本发明的进一步改进，所述印刷油墨还包含连接料树脂，所述温致变色微胶囊的壁材与所述连接料树脂之间的接触角≥90°。

9、本发明通过调控微胶囊壁材与连接料树脂之间的接触角，实现了微胶囊在油墨中的本征稳定分散。当接触角＜90°时，壁材与连接料之间的界面相容性过好，微胶囊倾向于被连接料浸润并发生团聚沉降；当接触角≥90°时，壁材与连接料之间处于不相容状态，微胶囊在油墨中呈独立悬浮状态，有效避免了团聚和沉降。该分散机制不依赖于外加分散剂，具有更高的工艺稳定性和批次一致性。

10、进一步地，均匀分散的微胶囊还是模量匹配设计发挥作用的前提。当微胶囊呈团聚状态时，团聚体内部形成应力集中点，硬化层的收缩应力在团聚体处被集中放大，即使满足g'壁≥g'硬，团聚体内部的微胶囊仍会因局部应力过高而破裂。因此，接触角≥90°确保的均匀分散与g'壁≥g'硬确保的力学强度相互配合，共同保证了微胶囊从油墨分散到注塑成型的全流程完整性。

11、作为本发明的进一步改进，所述温致变色微胶囊的芯材包含隐色染料、显色剂和溶剂，所述隐色染料为结晶紫内酯。

12、作为本发明的进一步改进，所述温致变色微胶囊的平均粒径为1~10μm，进一步优选为2~5μm。粒径过大易堵塞印刷网版，且在油墨中沉降速率快，分散稳定性差；粒径过小则芯材包覆量不足，变色饱和度下降，且印刷过程中易团聚。该粒径范围能够兼顾印刷适性、分散稳定性和变色性能。

13、作为本发明的进一步改进，所述温致变色微胶囊的芯材中还包含荧光染料；当所述温致变色微胶囊处于消色状态时，所述荧光染料在紫外光激发下发出荧光；当处于显色状态时，所述荧光染料的荧光被隐色染料的颜色掩盖。所述荧光染料预先经硅氧烷包覆处理，以使所述荧光染料在220℃以上的注塑温度下不发生热降解。

14、本发明的微胶囊壁材不仅保护隐色染料体系，还可同时保护荧光染料等功能材料。硅氧烷包覆层作为次级保护屏障，可防止荧光染料在高温注塑过程中与壁材或芯材其他组分发生不良反应。通过高耐热微胶囊的统一封装，无需针对每种功能材料分别设计独立的保护方案，即可实现多种功能材料在imr注塑高温下的协同存活，为多响应功能集成提供了可行的技术路径。

15、作为本发明的进一步改进，所述温致变色印刷层通过凹版印刷或丝网印刷工艺将印刷油墨印刷形成，所述印刷油墨的固含量为40~60%，所述温致变色微胶囊占所述印刷油墨总质量的5~20%。

16、作为本发明的进一步改进，所述硬化层的材料为紫外光固化树脂或热固化树脂，其铅笔硬度不小于2h；优选为3~4h，和/或，

17、所述基膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜或聚碳酸酯（pc）薄膜，厚度为20-200μm；优选为50-100μm，和/或，

18、所述印刷油墨中还包含有色颜料、金属粉或珠光粉中的至少一种，以实现变色效果与装饰图案的一体化印刷。

19、按照本发明的第二个方面，提供一种所述的温致变色模内转印膜的制备方法，包括以下步骤：

20、s1：在基膜上依次涂布离型层和硬化层；

21、s2：将包含温致变色微胶囊的印刷油墨，通过印刷工艺在所述硬化层上形成温致变色印刷层；

22、s3：在所述温致变色印刷层上涂布胶黏层。

23、作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述温致变色印刷层的固化条件为：温度60~90℃，时间1~5分钟。该条件可在不破坏微胶囊结构的前提下完成油墨干燥成膜，避免芯材溶剂提前挥发或迁移导致变色性能劣化，同时保证印刷层附着力。

24、按照本发明的第三个方面，提供一种所述的温致变色模内转印膜在模内装饰工艺中的应用，所述模内装饰工艺包括模内转印工艺、模内贴标工艺和嵌片注塑工艺中的至少一种；

25、应用时，将所述温致变色模内转印膜置于模具内，经注塑成型后，使所述温致变色印刷层结合于塑件表面；所述注塑成型的注塑温度为200~300℃，保压压力为50~150mpa。

26、本发明的所述温致变色模内转印膜适用于模内装饰工艺，其中优选用于模内转印工艺，应用时将所述imr膜置于注塑模具内，注入熔融树脂，冷却成型后剥离所述可剥离基膜，使所述硬化层、温致变色印刷层及胶黏层转移并牢固结合于塑件表面；当用于模内贴标或嵌片注塑工艺时，所述可剥离基膜替换为具有热成型性的永久性基片，且所述温致变色印刷层所用的连接料具有适应热拉伸的柔韧性，使膜片在热成型过程中印刷层不发生开裂或脱落。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

28、（1）本发明采用三聚氰胺-甲醛树脂或脲醛树脂作为微胶囊壁材，使微胶囊整体的热分解温度高于220℃，能够耐受imr注塑工艺的高温短时热冲击，确保温致变色芯材在注塑后完整保留变色功能，解决了常规温致变色材料在imr工艺中因热分解而永久失效的技术难题。本发明通过高耐热壁材对芯材的包覆保护，结合外层硬化层提供的耐磨、耐刮擦及抗环境老化防护，使制品具有优异的综合耐久性，能够满足汽车内饰、家电面板等行业对产品长期可靠性的要求。

29、（2）本发明通过微胶囊壁材与连接料之间的接触角调控，利用界面不相容原理实现了微胶囊在油墨中的本征稳定分散，区别于传统依赖分散剂的方案，从根本上避免了微胶囊的团聚和沉降问题，保证了印刷质量和产品良率的一致性。

30、（3）本发明通过硬化层与微胶囊壁材之间的模量匹配设计，使微胶囊能够有效抵御imr工艺中收缩应力的作用，避免壳体被压碎或产生裂纹，确保微胶囊的结构完整和变色性能的长期稳定。

31、（4）本发明能够将温致变色微胶囊作为功能性颜料直接分散于印刷油墨中，通过凹版或丝网印刷一次成型，实现了变色功能与装饰图案的一体化印刷，支持高精度局部图案化设计。同时，微胶囊平台可同时包覆多种功能材料，实现温致变色、荧光防伪等多重功能的协同集成，且各功能单元均能耐受imr注塑高温，无需针对每种功能材料分别设计独立的保护方案。

32、（5）本发明的技术方案紧密围绕现有imr工艺设计，仅需在既有imr膜片生产线的印刷工序中，将普通油墨替换为本发明的温致变色油墨，即可实现从静态装饰到智能动态变色的功能升级，无需改变既有膜层结构或改造生产线；同时可通过调整基材与连接料性能扩展至iml、ins等其他模内装饰工艺，具有良好的产业适用性和推广价值。