一种漫反射型激光扫描标贴胶带及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于材料领域，涉及一种漫反射型激光扫描标贴胶带及其制备方法和应用。


背景技术：

2.在电子行业中已有用于激光扫描的标贴胶带，譬如国外知名品牌3m所研发的gaffertape以及早期我司所研发的一种低反光型胶带，两款材料的应用虽接近但并不能满足红外线激光扫描标贴胶带的应用。gaffertape是一款黑色织布胶带，可达到无反射红外线但表面的编织纹理无法满足丝网印刷需求，而早期我司所研发的一种低反光型胶带是一款黑色塑料薄膜胶带，虽可满足丝网印刷但仅能达到低反光《15％，两者各有优缺。
3.智能扫地机器人里的漫反射型激光扫描标贴胶带需要满足红外线激光扫描标贴胶带时能清楚读取其表面印刷编码使扫地机器人正常运行，如扫描读取时有反光折射至读取器则会导致读取错乱机器人运行偏差或故障，譬如遇到转角不会转弯而是直行撞墙、运行结束没有准确辨认设定位置完成自动归位动作等等。
4.因此，亟待开发出一种漫反射型激光扫描标贴胶带，以实现同时满足丝网印刷编码又能达到无反光的功效。


技术实现要素：

5.基于现有技术存在的缺陷，本发明的第一目的在于提供一种漫反射型激光扫描标贴胶带；本发明的第二目的在于提供该漫反射型激光扫描标贴胶带的制备方法；本发明的第三目的在于提供该漫反射型激光扫描标贴胶带在智能机器人激光扫描标贴胶带中的应用。
6.本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
7.一方面，本发明提供一种漫反射型激光扫描标贴胶带，所述漫反射型激光扫描标贴胶带由消光封层、黑色油墨印刷涂层、基材层、非硅系胶黏剂层和非硅系离型膜层依次叠加组成；
8.所述消光封层的厚度为0.01～0.013mm；所述黑色油墨印刷涂层的厚度为0.004～0.006mm；基材层的厚度为0.025mm，所述非硅系胶黏剂层的厚度为0.025～0.03mm；所述非硅系离型膜的厚度为0.05～0.075mm。
9.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述非硅系离型膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯离型膜。
10.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述基材层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和/或聚酰亚胺薄膜；进一步优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
11.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述非硅系胶黏剂层是由胶黏剂、松香树脂和架桥剂混合固化制备而成；其中，所述松香树脂的添加量为所述胶黏剂重量的6％；所述架桥剂的添加量为所述胶黏剂重量的0.45％～0.55％。
12.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述胶黏剂包括丙烯酸亚克力胶。
13.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述架桥剂包括异氰酸酯类架桥剂；优选为异氰脲酸酯。
14.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述黑色油墨印刷涂层中的黑色油墨包括碳黑聚氨酯油墨；所述碳黑聚氨酯油墨的固含量为8％，黏度值为300～500cps。
15.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述消光封层是通过向黑色油墨中添加二氧化硅粉，并经过油墨印刷涂布后，于黑色油墨印刷涂层表面上形成的高低凸起层；所述二氧化硅粉的添加量为所述碳黑聚氨酯油墨重量的8％。
16.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，采用双动打胶泵和密封式循环油墨槽实现二氧化硅粉与碳黑聚氨酯油墨的混合分散均匀，混合搅拌的速度为210r/min。
17.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，所述二氧化硅粉由粒径13μm、10μm和6.5μm的二氧化硅粉组成。
18.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，不同粒径的二氧化硅粉是通过1000目、1340目、2000目和3000目的过滤网筛分获得。
19.上述的漫反射型激光扫描标贴胶带中，优选地，粒径13μm、10μm和6.5μm的二氧化硅粉的质量比为4:2:2(即：8％的二氧化硅粉中含有4％的粒径13μm的二氧化硅粉、2％的粒径10μm的二氧化硅粉和2％粒径6.5μm的二氧化硅粉)。
20.另一方面，本发明还提供上述的漫反射型激光扫描标贴胶带的制备方法，其包括如下步骤：
21.将制备非硅系胶黏剂层的原料胶黏剂、松香树脂和架桥剂混合制得胶黏剂涂布溶液；
22.将胶黏剂涂布溶液涂布至非硅系离型膜上，送至6节烘箱中进行固化，于非硅系离型膜上形成非硅系胶黏剂层；
23.将制备黑色油墨印刷涂层和消光封层的含有二氧化硅粉的油墨通过表面印刷方式涂布于基材层的一面；将基材层的另一面贴合于非硅系胶黏剂层的表面，收卷，送至烘箱中进行熟化，制备得到该漫反射型激光扫描标贴胶带。
24.上述的制备方法中，优选地，在6节烘箱中进行固化的温度依次设定为80℃-95℃-120℃-120℃-120℃-90℃，机速控制为25～30m/min。
25.上述的制备方法中，优选地，进行熟化的温度为45℃，熟化时间为48h。
26.再一方面，本发明还提供上述的漫反射型激光扫描标贴胶带在智能机器人激光扫描标贴胶带中的应用。
27.本发明的漫反射型激光扫描标贴胶带具有如下有益效果：
28.(1)油墨印刷表面具有良好润湿张力，达因标准值≥46dynes/cm，能够确保后续丝网印刷编码的加工性；(2)零反光率，反光率标准值《1％，能够确保红外线激光不会发生反折射导致读取器错乱；(3)具有一定的耐温性100℃，可抵抗激光扫描长期运作所产生的热能。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的各实施方式进
行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明各权利要求所要求保护的技术方案。本发明下述实施例中所采用的原料若无特殊说明，均为常规市售获得，所采用的实验操作若无特殊说明，均为本领域常规操作。
30.实施例1：基材选择实验
31.基材的选择首先要考量是满足丝网印刷编码；其次是反光性，而塑料薄膜为优选，因塑料薄膜具备良好的平整度及润湿张力，可确保印刷图样的完整性。在实际应用中，红外线扫描时会有一定的热量产生且时间或长或短，因此塑料薄膜也需具备一定的耐热性；因此选择了以下表1中的薄膜，并对其性能进行综合评估。
32.表1：不同塑料薄膜的性能
[0033][0034][0035]
由表1可以看出：首先密度代表其材料硬度及挺度，润湿张力代表油墨对其表面附着牢度，平整度代表印刷加工性，而耐温及热收缩率代表其在受热下的尺寸稳定性。这些性能是评估的要点，而综合评估下来，聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚酰亚胺为最优，再进一步考量红外线扫描所产生的热能不超过100℃，因此聚对苯二甲酸乙二醇酯为最终选择。
[0036]
实施例2：反光选择性实验
[0037]
(1)在解决反光的问题上，首先从颜色的设计开始。每个颜色的反光率皆不同，因此从最直观的可见光反光率测试来做筛选，表2为不同颜色的反光率。
[0038]
表2：不同颜色的反光率
[0039]
颜色白色红色橙色黄色黄绿绿色浅蓝蓝色紫色黑色lrv(％)8615379053156010124
[0040]
由表2可以看出：反光率数值低于50％属于暗色，暗色对光的吸收率高于反射率，而黑色的反光率是最低因为光已近乎完全被吸收，初步阶段判定材料的颜色走向为黑色。
[0041]
(2)色系之外，色泽是另一关键，颜色的光泽度越高则反光率越高，反之光泽度越低则反光率越低。常规的黑色聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，是将黑色母粒添加至已融解的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂中所制成的，其反光率大幅提升因为树脂本身是具有光泽的，这是树脂的特性。而本发明选择以印刷加工方式，也就是在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面做黑色油墨印刷，以此来控制其光泽度，可从以下表3实验数据看出两者之间的区别。
[0042]
表3：不同工艺的黑色聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜
[0043][0044]
由表3可以看出：采用本发明表面印刷加工的黑色聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，光泽依然是有的，因为油墨涂料也是树脂混合碳黑制成的(本发明采用的是昆山新美光油墨有限公司生产的碳黑聚氨酯油墨，固含量为8％，黏度值为300～500cps；型号：ncbc0110)，但因树脂所占比例降低外加印刷涂层薄仅6μm，因此能有效降低光泽。
[0045]
(3)添加二氧化硅粉进一步解决光泽或反光问题。在早前所研发的一种低反光型胶带，通过添加粉末至胶黏剂中，以此来改变胶层的表面平整度，进而达到使光漫射呈现出消光效果，但消光效果仅能达到光泽度《15％。本发明通过添加二氧化硅粉至油墨中来降低其光泽度，而选择二氧化硅粉的原因在于二氧化硅也属有机硅，具有优秀的绝缘性及耐温性，且有利于提升聚氨酯油墨涂层的强度，增加其表面的抗破坏力。表4实验是以碳黑聚氨酯油墨为主体，通过添加不同比例的二氧化硅粉量，对其性能进行综合评估。
[0046]
表4：二氧化硅粉的添加量的影响
[0047][0048][0049]
由表4实验数据可以看出：添加二氧化硅粉能够在黑色油墨印刷涂层表面上形成的高低凸起层(即：消光封层，厚度为0.01～0.013mm)，可有效降低反光，但无法以此达到零反光效果。当二氧化硅粉添加量达到8％以上，光泽度的变化很小而反光率则近乎不变，而在添加量达到9％时可见印刷效果变差，以80倍放大镜来观察可见印刷编码呈现细微线条间断，在测试油墨牢固度时也可见星星点状脱墨。因此，8％添加量为最优。
[0050]
(4)通过改变二氧化硅粉末尺寸比例以实现零反光效果。本发明从“漫反射”理论出发，扩大光的反射角度》3
°
并使反射光以广角反射出去。以此为出发点，利用扩大二氧化硅粉尺寸比例来提升印刷油墨涂层的粗糙度，以此达到漫反射。根据印刷油墨涂层厚度6μm，原先所选择的二氧化硅粉尺寸为2000目过滤(6.5μm)，现在以添加量8％为基准针对不同尺寸进行测试，确认尺寸合适性，实验结果如下表5所示。
2％反光率。接着第二是对比第一分类及第三分类，可以看出第三类的反光率最低，基本落于0.5-1.5％，主要原因在于印刷油墨涂层厚度为6μm，二氧化硅粉尺寸为13μm，两者于厚度上拉开差异，粗糙度增加有效使得反光率降低，因此以尺寸13μm为主材。最后是尺寸6.5μm及10μm为辅的搭配比例，从以上数据可以看出，当两者比例接近平均时反光率可有效降低0-2％。最终配比为第三类里的6.5μm:10μm:13μm＝2:2:4混合比例为最佳，成功达到漫反射效果反光率《1％。
[0058]
实施例3：黑色油墨印刷涂层配方的制备工艺
[0059]
本发明的漫反射型激光扫描标贴胶带关键点在于黑色油墨印刷涂层配方及其生产工艺。具体如下：
[0060]
(1)过滤。首先，二氧化硅粉所选定的尺寸，需以不同目数过滤网进行多次筛适以确保尺寸准确性。第一次使用1000目数过滤网(13μm)，第二次使用1340目数过滤网(10μm)，第三次使用2000目数过滤网(6.5μm)，第四次使用3000目数过滤网(5μm)。二氧化硅粉添加量是为碳黑油墨的8％，其中所筛出的13μm占2％，10μm占2％，6.5μm占4％，而3000目所过滤出5μm的粉末则剔除。
[0061]
(2)分散。二氧化硅粉末是否能分散均匀与油墨的黏度值有很大的关系，而所选择的碳黑聚氨酯油墨本身固含量约为8％黏度值300-500cps，液体流动性优，因此二氧化硅粉无需另作稀释可直接添加至油墨进行搅拌，搅拌速度210r/min以搅拌棒中心呈现微微下沉式小漩涡为标准，搅拌时长5分钟后可开始生产。
[0062]
(3)持续搅拌。碳黑聚氨酯油墨的黏度非常低，如停止搅拌，粉末会很快的沉淀无法均匀分散至胶桶中，因此在生产过程中包含抽胶至涂布油墨槽、油墨静止于槽内，油墨度必须保持持续搅拌或流动。针对此要点，本发明做了以下设计：
①
使用双动打胶泵，在打胶泵将油墨抽至油墨槽的过程中，泵的一侧配有自动搅拌叶片可持续搅拌动作；
②
使用密封式循环油墨槽，密封的作用是防止油墨中的溶剂挥发影响固含量进而影响黏度，循环的作用是保持油墨在槽内的流动性防止粉末沉淀。
[0063]
实施例4：胶黏剂的配方选择及生产工艺
[0064]
本发明所研发的为一种漫反射型激光扫描标贴胶带，其是应用于一款智能扫地机器人中，被贴材质为abs混合pc塑料，其表面具有消光涂层处理，表面能偏低下约36-38dynes/cm，当被贴材质的表面能不理想时，胶黏剂的初粘力及流平性非常关键，而架桥剂体系的选择也能有效提升投锚率。因此，胶黏剂层进行了如下设计：
[0065]
(1)本发明选用丙烯酸亚克力胶黏剂(泰州市亚德叫粘制品有限公司生产，型号为：sr48)，该胶黏剂中进一步添加了6％重量的松香树脂，用于降低分子量使胶层较为柔软，提升表面初粘力；该胶层厚度设定为0.025mm以确保胶体与被贴物达到足够物理流平，不超过0.03mm以防止在激光扫描热能影响下延伸出胶体溢胶风险。
[0066]
(2)选择异氰酸酯类架桥剂。异氰酸酯体系与基础材料具有优秀的锚固力，而异氰酸酯又分多种类型，其中异氰脲酸酯具有优秀的耐热性，有助于胶带抵抗激光扫描所散发的热能，添加比例0.55％为合适，数据显示超过0.55％初粘力有明显下降而耐温性有明显上升，这表示胶体变硬了会直接影响流平性变差。
[0067]
此外，本发明的离型膜选用聚对苯二甲酸乙二醇酯离型膜，以提升胶面平整度。
[0068]
基于上述实施例1～4的筛选实验，本发明的漫反射型激光扫描标贴胶带的主要技
术指标如下：
[0069]
(1)厚度指标：
[0070]
所述漫反射型激光扫描标贴胶带由消光封层、黑色油墨印刷涂层、基材层、非硅系胶黏剂层和非硅系离型膜层依次叠加组成；所述消光封层的厚度为0.01～0.013mm；所述黑色油墨印刷涂层的厚度为0.004～0.006mm；基材层的厚度为0.025mm，所述非硅系胶黏剂层的厚度为0.025～0.03mm；所述非硅系离型膜的厚度为0.05～0.075mm。
[0071]
(2)基材层指标：
[0072]
基材选择为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度0.025mm，颜色的设计是通过反光率lrv(％)来决定，反光率数值低于50％属于暗色，暗色对光的吸收率高于反射率，而黑色的反光率4％是最低因为光已近乎完全被吸收，因此薄膜的颜色设定为黑色。其性能如下表7所示。
[0073]
表7：聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜性能
[0074][0075]
(3)表面印刷方式加工的黑色薄膜指标：
[0076]
不同加工方式所生产的黑色薄膜其光泽度不同反光率不同，最终选择以印刷加工方式所生产的哑黑薄膜，数据如下表8所示。
[0077]
表8：表面印刷加工获得的黑色聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜
[0078][0079]
(4)黑色油墨印刷涂层及消光封层的指标：
[0080]
上述表面印刷所采用的黑色油墨为碳黑聚氨酯油墨(固含量为8％，黏度值为300～500cps)，油墨中还添加8％重量的二氧化硅粉，二氧化硅粉由粒径13μm、10μm和6.5μm的二氧化硅粉以质量比为2:2:4混合组成，并经过油墨印刷涂布后，于黑色油墨印刷涂层表面上形成的高低凸起的消光封层，以实现漫反射零反光效果，如下表9和表10。
[0081]
表9：二氧化硅粉三种尺寸指标
[0082]
[0083]
表10：二氧化硅粉三种尺寸占比指标
[0084][0085]
二氧化硅粉所选定的尺寸，需以不同目数过滤网进行多次筛适以确保尺寸准确性。第一次使用1000目数过滤网(13μm)，第二次使用1340目数过滤网(10μm)，第三次使用2000目数过滤网(6.5μm)，第四次使用3000目数过滤网(5μm)。二氧化硅粉添加量是为碳黑油墨的8％，其中所筛出的13μm占2％，10μm占2％，6.5μm占4％，而3000目所过滤出5μm的粉末则剔除。
[0086]
碳黑聚氨酯油墨本身固含量约为8％黏度值300-500cps，液体流动性优，因此二氧化硅粉无需另作稀释可直接添加至油墨进行搅拌，搅拌速度210r/min以搅拌棒中心呈现微微下沉式小漩涡为标准，搅拌时长5分钟后可开始生产。
[0087]
(5)胶黏剂层的指标：
[0088]
选用丙烯酸亚克力胶黏剂，该胶黏剂中进一步添加了6％重量的松香树脂，胶黏剂层厚度为0.025mm-0.03mm，同时搭配异氰脲酸酯架桥剂，添加重量比例0.45％-0.55％，不超过0.55％。偏低下约36-38dynes/cm，当被贴材质的表面能不理想时，胶黏剂的初粘力及流平性非常关键，而架桥剂体系的选择也能有效提升投锚率。
[0089]
(6)本发明漫反射型激光扫描标贴胶带的整体制备方法如下：
[0090]
将制备非硅系胶黏剂层的原料胶黏剂、松香树脂和架桥剂混合制得胶黏剂涂布溶液；
[0091]
将胶黏剂涂布溶液涂布至非硅系离型膜上，送至6节烘箱中进行固化，温度依次设定为80℃-95℃-120℃-120℃-120℃-90℃，机速控制为25～30m/min，于非硅系离型膜上形成非硅系胶黏剂层；
[0092]
将制备黑色油墨印刷涂层和消光封层的含有二氧化硅粉的油墨通过表面印刷方式涂布于基材层的一面；将基材层的另一面贴合于非硅系胶黏剂层的表面，收卷，送至烘箱中进行熟化，熟化的温度为45℃，熟化时间为48h，制备得到该漫反射型激光扫描标贴胶带。
[0093]
本发明的漫反射型激光扫描标贴胶带具有如下优点：
[0094]
(1)油墨印刷表面具有良好润湿张力，达因标准值≥46dynes/cm，能够确保后续丝网印刷编码的加工性；(2)零反光率，反光率标准值《1％，能够确保红外线激光不会发生反折射导致读取器错乱；(3)具有一定的耐温性100℃，可抵抗激光扫描长期运作所产生的热能。
[0095]
最后，需要说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。