UV-Beschichtung von Sportschuhen
In den letzten Jahren waren taktile 3D-Beschichtungen1 auf Wasserbasis mit hohem Feststoffgehalt ein großer Erfolg auf dem Markt, wobei der Hauptanwendungsbereich Sportschuhe sind. Die Kombination von aufregenden Multicolor-Effekten auf mehrschichtigen 3D-Beschichtungen mit taktilen Effekten und hohen Leistungseigenschaften ermöglicht eine völlig neue Freiheit im funktionalen Design.
Neue lichtempfindliche taktile Beschichtungen werden jetzt auf den Markt gebracht. Diese Beschichtungen basieren auf vollständig wässrigen Polyurethanharzen (PUD) mit hoher Elastizität, Flexibilität und ausgezeichneten Hafteigenschaften und werden in der Regel auf textile Substrate aufgetragen. Auf der Grundlage von Graphenoxid-Nanopartikeln - Graphenoxid (GO)-Nanopartikeln - können hoch lichtempfindliche Beschichtungen entwickelt werden. Die taktile Schicht aus dotiertem Graphenoxid weist eine hohe Transparenz auf und ist nahezu farblos. Wenn die mit Graphenoxid dotierten Beschichtungen natürlichem Sonnenlicht oder künstlichem UV-Licht ausgesetzt werden, setzen die Graphenoxid-Nanokugeln einen chemischen Reduktionsprozess in Gang, der schwarze reduzierte Graphenoxid-Nanokugeln (RGO) erzeugt. 2,3 Es bilden sich relativ große sp2-Inseln, die die Absorptionseigenschaften dieser Beschichtungen vollständig verändern und sie (mit der Zeit) tiefschwarz färben. Mit Hilfe einer Maskierungsvorrichtung konnten die Beschichtungen auf den Turnschuhen teilweise mit UV-Licht bestrahlt und die Designmuster durch selektive UV-Bestrahlung erzeugt werden. Darüber hinaus können GO-dotierte taktile Beschichtungen mit Standardpigmenten oder schillernden Effektpigmenten weiter eingefärbt werden. Kreative Farbwechseleffekte können während der UV-Belichtung erzielt werden und das Aussehen der Oberfläche im Laufe der Zeit verändern.
Präsentation
Die Kunden werden zunächst von der Optik eines Produkts angezogen. Daher spielt die Farbgestaltung von Sportschuhen eine entscheidende Rolle beim Verkauf des Produkts. Eine schöne Farbe oder die richtige Kombination von Farben machen ein Produkt erfolgreich. Der heutige Verbrauchermarkt erfordert eine emotionale Stimulation des Produkts, und wenn das Produkt nicht einzigartig ist, wird es schnell ästhetisch ermüdend. Lichtempfindliche taktile Beschichtungen fügen einen lebendigen Farbeffekt hinzu, indem sie die Farben ändern, um auf die Umgebung und die Nutzungsgewohnheiten der Verbraucher zu reagieren. Sobald eine lichtempfindliche taktile Beschichtung dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, beginnt ein langsamer Prozess der Farbveränderung und die Beschichtung wird allmählich dunkler. Bei Sportschuhen variiert die Farbe der Schuhe an jedem sonnigen Tag. Die Farbe wird sich mit der Zeit allmählich verändern, und die Verbraucher können den Farbwechsel jeden Tag beobachten und neugierig auf die endgültige Farbe warten.
Mit dem neuen Trend zur massenhaften Personalisierung von Konsumgütern eröffnen lichtempfindliche taktile Beschichtungen mehr Möglichkeiten zur Personalisierung von Produkten wie Sportschuhen. Monotypen können direkt im Geschäft digital geschnitten werden, während individuelle Designs mit einem UV-bestrahlten Gerät erstellt werden können, das den Kunden inspiriert und ihm das Gefühl gibt, in den Schuhherstellungsprozess eingebunden zu sein. Dies kann die Interaktion zwischen dem Kunden und seinen Schuhen verstärken und eine echte Personalisierung ermöglichen.
Anwendung von lichtempfindlichen taktilen Beschichtungen
Die Aufbringung lichtempfindlicher taktiler Beschichtungen erfolgt im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie bei herkömmlichen taktilen Beschichtungen - entweder mit manuellen oder automatisierten Siebdruckverfahren. 4 Das in diesem Beitrag erörterte Verfahren mit Verbesserungen des Siebdruckverfahrens ermöglicht Grundierungsschichtdicken von 0,2-1,2 mm. Mehrere Schichten werden übereinander gelegt, um eine dreidimensionale Strukturbeschichtung zu bilden, wobei mehrere Farben und Mehrschichteffekte kombiniert werden können. Typischerweise werden taktile Beschichtungen auf textile Materialien wie Polyester- oder Nylonfasern aufgebracht und häufig im Bereich der Sportschuhe eingesetzt. Um den besten lichtempfindlichen Farbeffekt zu erzielen, wurde eine spezielle Beschichtung entwickelt, wie in Abbildung 1 dargestellt. Zunächst werden mehrere Schichten eines transparenten Primers aufgetragen, um den gewünschten 3D-Beschichtungseffekt zu erzielen und eine maximale Haftfestigkeit auf dem Gewebe zu gewährleisten. Auf die Grundierung wird zunächst die erste Farbschicht, in der Regel weiß, aufgetragen, um die Konsistenz der endgültigen Farbe zu gewährleisten. Eine GO-dotierte lichtempfindliche Schicht wird als primäre Effektschicht verwendet, um einen Farbwechselmechanismus im gesamten 3D-Beschichtungssystem zu gewährleisten. In der Regel ist die GO-Schicht 0,2 mm dick, um einen starken sichtbaren Farbwechsel zu erzeugen, und eine dünne irisierende Schicht kann selektiv als abschließende Deckschicht aufgetragen werden. Irisierende Farben sind besonders interessant, weil sie vor einem dunklen Hintergrund gut sichtbar sind. Natürlich kann die abschließende Deckschicht auch variiert werden, um andere haptische Effekte zu erzielen, wie z. B. einen weichen oder rauen Griff und matte oder glänzende Effekte.
Analyse des lichtempfindlichen UV-Mechanismus von GO-Beschichtungen
Bei dem lichtempfindlichen taktilen Beschichtungssystem ist die GO-Beschichtung der wichtigste Teil des Farbwechselprozesses. Es ist bekannt, dass Graphenoxid unter UV-Licht allmählich reduziert wird, und während des Reduktionsprozesses kommt es zu einem Farbwechsel von hellgelb zu dunkelschwarz. Bislang gibt es jedoch nur wenige Ideen, wie dieser Farbwechsel in alltäglichen Verbraucherprodukten genutzt werden kann. Um den lichtempfindlichen Mechanismus von Graphenoxid-Beschichtungen zu untersuchen, stellten wir GO-Beschichtungen mit einer Schichtdicke von 0,2 mm her, indem wir 0,02 wt% Graphenoxid zu einer wässrigen Polyurethan-Dispersion (WPU) hinzufügten, die blassgelb war und fast farblos erschien. Der Teil der Graphenoxid-Beschichtung wurde mit einem Schmetterlingsmesser abgedeckt und dann 30 Minuten lang mit UV-Licht bestrahlt, und die Ergebnisse sind in Abbildung 2a dargestellt. Das unbedeckte Schmetterlingsmuster nahm eine sehr dunkle (fast schwarze) Farbe an. Abbildung 2b zeigt die Ergebnisse der Raman-Untersuchung der hellen und dunklen Bereiche der Probe. Die Ergebnisse für die unbehandelte Probe sind mit WPU/GO und der dunkle Bereich mit WPU/RGO gekennzeichnet, mit entsprechenden ID/IG-Werten von 1,00 bzw. 0,98. Dies zeigt deutlich, dass einige sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen auf der GO-Oberfläche entfernt wurden und die photochemische Reduktion von Graphenoxid unter UV-Bestrahlung vermindert ist.
Farbgestaltung und Merkmale
Durch die Kombination lichtempfindlicher taktiler Beschichtungen mit anderen Pigmenten können aufregende Farbdesigns geschaffen werden, bei denen sich die Farbe im Sonnenlicht allmählich verändert und unter UV-Bestrahlung deutlich dunkler wird. Um großartige Verbraucherprodukte zu schaffen, muss die Farbentwicklung in zwei Richtungen erfolgen: 1) Die anfängliche Farbe vor der UV-Belichtung muss attraktiv sein, um die erste Kaufentscheidung herbeizuführen, und 2) die endgültige dunklere Farbe muss ebenfalls sehr attraktiv sein, um die Zufriedenheit der Verbraucher mit dem Produkt aufrechtzuerhalten.
Irisierende Pigmente haben einen sehr guten Farbwechseleffekt, und interessanterweise haben irisierende Pigmente auf hellem und dunklem Hintergrund ein sehr unterschiedliches Farbbild. Zusätzlich zu ihrem irisierenden Effekt zeigen irisierende Pigmente auf hellem Hintergrund einen hochtransparenten hellen Glanz und auf dunklem Hintergrund einen einzigartigen dunklen Effekt (z. B. dunkelviolett, dunkelblau und dunkelgrün). Abbildung 3 zeigt die Wirkung der Beschichtung auf einem Schwarz-Weiß-Muster, bei dem die Farbänderung durch die Hintergrundfarbe deutlich zu erkennen ist. Die lichtempfindliche taktile Beschichtung kann nun als Hintergrundfarbe verwendet werden, und die GO-dotierte Beschichtung ist im Wesentlichen lichtdurchlässig. In unserer Standardbeschichtung befindet sich daher eine weiße Schicht unter der mit Graphenoxid dotierten Beschichtung. Vor der UV-Bestrahlung zeigt das lichtempfindliche Beschichtungssystem daher ein helles, schillerndes Aussehen, und nach der UV-Bestrahlung wird die GO-dotierte Schicht dunkler und schließlich schwarz. Während die GO-dotierte Schicht allmählich dunkler wird, wird die schillernde Farbe der Deckschicht immer ausgeprägter und erreicht schließlich die Farbe auf schwarzem Hintergrund.
Die Farbe ändert sich mit der Zeit und der UV-Intensität
Für die praktische Anwendung lichtempfindlicher taktiler Beschichtungen ist es wichtig, die Bedingungen und den Zeitpunkt des Farbwechsels von der Ausgangsfarbe zur Endfarbe zu verstehen. Daher haben wir die Auswirkungen der UV-Intensität, der Zeit und der Temperatur auf den Farbwechsel untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 auf der folgenden Seite zusammengefasst.
Die Schlussfolgerungen lauten wie folgt: 1) UV-Licht mit höherer Intensität verkürzt die Farbänderungszeit; 2) eine diskontinuierliche Bestrahlung mit häufigen Anwendungen benötigt mehr Zeit für die Farbänderung als eine kontinuierliche UV-Licht-Bestrahlung; 3) ohne UV-Licht ändert sich die Farbe der Beschichtung auch bei Temperaturen von bis zu 80 °C nicht.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Beschichtung zuerst auf Sportschuhe aufgetragen wurde, und unter Berücksichtigung der normalen Gewohnheiten der Verbraucher beim Tragen von Laufschuhen, kann es etwa 100 Tage dauern, bis die Beschichtung auf Sportschuhen ihre Farbe vollständig verändert hat. Natürlich hängt die Zeit bis zur vollständigen Farbveränderung stark von der Klimazone, der Nutzungsdauer und den örtlichen Wetterbedingungen ab, aber die Studie ergab eine interessante Bandbreite der Farbveränderung bei Sportschuhen im Freien.
Personalisierung von Sportschuhen
Lichtempfindliche taktile Beschichtungen ermöglichen nicht nur Farbverläufe bei Sportschuhen, sondern können auch für die individuelle Gestaltung von Stellen verwendet werden, und Schuhe mit lichtempfindlichen Beschichtungen können effizient in Massenproduktion hergestellt werden. Marken und Einzelhändler können in ihren Geschäften digitale Schneidegeräte und UV-Lichtboxen installieren. Die digitalen Schneidegeräte können schnell jede Form von Abdeckpapier ausschneiden und die Designs der Kunden personalisieren. Unter intensivem künstlichem UV-Licht kann die maskierte lichtempfindliche Beschichtung innerhalb von Minuten verfärbt werden. In der Filiale kann ein individuelles Schuhdesign in weniger als 30 Minuten fertiggestellt werden. Abbildung 5 zeigt einige der auf diese Weise erstellten individuellen Designs.
UV-Fotoinitiator Produkte der gleichen Serie
| Name des Produkts | CAS-NR. | Chemische Bezeichnung |
| lcnacure® TPO | 75980-60-8 | Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid |
| lcnacure® TPO-L | 84434-11-7 | Ethyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinat |
| lcnacure® 819/920 | 162881-26-7 | Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid |
| lcnacure® 819 DW | 162881-26-7 | Irgacure 819 DW |
| lcnacure® ITX | 5495-84-1 | 2-Isopropylthioxanthon |
| lcnacure® DETX | 82799-44-8 | 2,4-Diethyl-9H-thioxanthen-9-on |
| lcnacure® BDK/651 | 24650-42-8 | 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon |
| lcnacure® 907 | 71868-10-5 | 2-Methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon |
| lcnacure® 184 | 947-19-3 | 1-Hydroxycyclohexylphenylketon |
| lcnacure® MBF | 15206-55-0 | Methylbenzoylformiat |
| lcnacure® 150 | 163702-01-0 | Benzol, (1-Methylethenyl)-, Homopolymer, Ar-(2-Hydroxy-2-methyl-1-oxopropyl) Derivate |
| lcnacure® 160 | 71868-15-0 | Difunktionelles Alpha-Hydroxy-Keton |
| lcnacure® 1173 | 7473-98-5 | 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon |
| lcnacure® EMK | 90-93-7 | 4,4′-Bis(diethylamino)benzophenon |
| lcnacure® PBZ | 2128-93-0 | 4-Benzoylbiphenyl |
| lcnacure® OMBB/MBB | 606-28-0 | Methyl-2-benzoylbenzoat |
| lcnacure® 784/FMT | 125051-32-3 | BIS(2,6-DIFLUOR-3-(1-HYDROPYRROL-1-YL)PHENYL)TITANOCEN |
| lcnacure® BP | 119-61-9 | Benzophenon |
| lcnacure® 754 | 211510-16-6 | Benzolessigsäure, alpha-Oxo-, Oxydi-2,1-Ethandiyl-Ester |
| lcnacure® CBP | 134-85-0 | 4-Chlorbenzophenon |
| lcnacure® MBP | 134-84-9 | 4-Methylbenzophenon |
| lcnacure® EHA | 21245-02-3 | 2-Ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoat |
| lcnacure® DMB | 2208-05-1 | 2-(Dimethylamino)ethylbenzoat |
| lcnacure® EDB | 10287-53-3 | Ethyl-4-dimethylaminobenzoat |
| lcnacure® 250 | 344562-80-7 | (4-Methylphenyl) [4-(2-Methylpropyl)phenyl]-Jodoniumhexafluorophosphat |
| lcnacure® 369 | 119313-12-1 | 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4′-morpholinobutyrophenon |
| lcnacure® 379 | 119344-86-4 | 1-Butanon, 2-(Dimethylamino)-2-(4-Methylphenyl)methyl-1-4-(4-morpholinyl)phenyl- |
| lcnacure® 938 | 61358-25-6 | Bis(4-tert-butylphenyl)jodoniumhexafluorophosphat |
| lcnacure® 6992 MX | 75482-18-7 & 74227-35-3 | Kationischer Photoinitiator UVI-6992 |
| lcnacure® 6992 | 68156-13-8 | Diphenyl(4-phenylthio)phenylsufoniumhexafluorophosphat |
| lcnacure® 6993-S | 71449-78-0 & 89452-37-9 | Triarylsulfoniumhexafluoroantimonat-Salze vom gemischten Typ |
| lcnacure® 6993-P | 71449-78-0 | 4-Thiophenylphenyldiphenylsulfoniumhexafluoroantimonat |
| lcnacure® 1206 | Photoinitiator APi-1206 |