触摸屏用抗指纹剂研究进展及国产化替代展望
Research Progress on Anti-fingerprint Agents for Touchscreens and Prospects for Domestic Substitution
王 镇，王 磊*，李亚楠，毕丛丛，聂胜男，尹迎春，张 敬
（山东东岳高分子材料有限公司，含氟功能膜材料全国重点实验室，山东淄博256401）
摘要：
【目的/意义】抗指纹剂对触摸屏表面的防护具有重要应用。
【分析/评价/进展】根据抗指纹剂作用机理，从分子结构角度阐述了抗指纹剂分子的设计思路，结合市场需求介绍了两类功能型抗指纹剂的制备方法并总结了抗指纹涂膜的制备方式。
【结论/展望】未来高端功能型抗指纹剂涂膜的市场需求量将不断提升。国内抗指纹剂研究在分子结构设计、功能产品开发等方面取得系统进展，但仍面临关键原料依赖进口、高端市场份额有限等问题，未来应聚焦原料自主可控技术攻关、分子精准设计、功能产品创新及涂膜工艺优化等方面，推动国产化替代与产业升级。
关键词：触摸屏；抗指纹剂；抗指纹涂膜；抗菌；抗紫外线；分子结构
前言
随着科技发展，以手机、平板电脑、车载显示等为代表的3C领域中触摸屏使用越来越广泛，人们不仅关注触摸屏本身的外观与基础功能，也十分看重产品的触感及附加功能，尤其是触摸屏的防护功能。触摸屏通过手指在其表面触摸进行操作使用，手指上的汗腺和皮脂腺不断分泌汗液（水、电解质等）和油脂，这些分泌物以及灰尘污垢等会附着在指纹的凸起部分，使用触摸屏过程中随指纹的纹路转移到触摸屏表面，造成表面污染，进而影响显示器的外观、可视性及操作性。基于“荷叶效应”启发，研究人员考虑对被触摸物进行表面处理，降低其表面能，形成疏水疏油涂膜，使指纹不易附着或显现。
抗指纹剂作为一种防护剂应运而生，抗指纹剂简称AF，是一种具有特殊结构的含氟表面处理剂，为无色无味透明液体，涂覆于触摸屏表面后可以形成无色透明、低表面张力的纳米涂膜，具有出色的疏水、抗油污、抗指纹能力以及优良的耐磨性、良好的爽滑性，这些优异性能使其被广泛用于智能手机、平板电脑等触摸屏表面，在触摸屏领域中占有重要地位。
目前，抗指纹剂高端市场主要被信越等国外企业垄断。虽然国内以泰岳为代表的众多企业也在积极布局抗指纹剂的研发与生产，但由于起步较晚，在技术、市场及专利等方面的积累仍相对薄弱，高端市场份额较低。目前，制约抗指纹剂发展的关键因素主要体现在分子的设计合成与原料开发两个方面。为打破瓶颈，一方面需大力推进高性能抗指纹剂分子的设计开发，提升产品耐摩擦性、爽滑性等关键性能；另一方面需实现关键原材料自主可控。高端抗指纹剂关键原料—Z型官能化全氟聚醚的制备技术（如四氟乙烯与氧气光氧化聚合）因聚合风险高、反应条件苛刻、过程控制复杂，制备难度较大，长期被苏威等国外公司垄断，原料价格居高不下，成为限制国内高端产品发展的关键因素。
本文主要从分子设计合成角度系统阐述了抗指纹剂分子的设计思路及其结构与性能之间的构效关系，针对市场需求介绍了抗菌与耐紫外两款功能型抗指纹剂的制备方法，总结了抗指纹涂膜的制备工艺，并指出抗指纹剂未来的发展方向及推动行业发展的重要发力点。
1 触摸屏用抗指纹剂分子结构的研究
触摸屏用抗指纹剂分子结构最初主要以氟碳链为主链，如全氟辛基、全氟癸基等，然后进一步接枝形成终端为硅氧烷的分子结构，但这类主链段大都为全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟辛酸（PFOA）衍生物。随着全球呼吁禁用长氟碳链化合物，含氟聚合物家族中的另一重要成员全氟聚醚开始引起人们的关注。目前大金、信越等公司的抗指纹剂产品主链都是全氟聚醚链。
抗指纹剂分子结构可分为三部分：含氟主链结构、中间桥联链段以及与基材结合的末端基团。与玻璃、金属和陶瓷等基材结合时，含氟主链端向膜层表面迁移并朝外排列，硅烷化合物末端则向基材靠近，发生与基材缩合和自组装过程。含氟主链中的氟原子具有强电负性，C—F键能高，氟对碳链强的屏蔽作用可赋予含氟主链段极低的表面自由能、优异的耐热性、耐候性、憎水憎油性等，进而使抗指纹剂具有疏水疏油性、爽滑性、高化学稳定性等优良性质。
1.1 含氟主链的选择
目前主流抗指纹剂合成是以全氟聚醚作为主链，根据所用单体及聚合方法的不同，全氟聚醚链分为4种类型（如图1所示），分别为K、Y、Z、D型，其中K型和Y型为支链结构，相比于直链的Z型和D型，分子链柔顺性较差，以其为原料合成的抗指纹剂爽滑度相对较低，动摩擦系数较高，耐磨性较差，Z型官能化全氟聚醚是高端抗指纹剂的主要合成原料。
图1 全氟聚醚4种结构式
Fig.1 Four molecular structures of perfluoropolyether
1.2 中间桥联链段及末端基团的研究
根据含氟主链末端基团的不同，中间桥联链段与含氟主链主要通过酯键、酰胺键、醚键等进行连接。当含氟主链末端为酰氟时主要形成酯键和酰胺键，使用酰氟与含有胺基的中间体反应，则形成酰胺键。当含氟主链末端为羟基时，主要形成醚键。中间桥联链段作为含氟主链和末端功能基团之间的连接链段，可设计性较强。一方面可以引入功能基团，使抗指纹剂具有一定的功能特性，同时也可以通过对中间桥联段进行结构设计调控终端基团的数量，从而影响产品性能。
目前抗指纹剂末端基团包括硅氧烷基团、磷酸酯基团等，触摸屏等玻璃面板用抗指纹剂主要以硅氧烷基团为主，磷酸酯主要应用于金属基材防护。末端基团发挥着与基材键合的作用，构造了抗指纹剂与基材间的高强作用力，进而提供高耐磨的优良特性，对涂膜与基材间的附着力有重要影响，目前许多专利倾向于合成多枝化型末端链，以形成更多的末端硅氧烷基团，增强涂膜与基材间的附着力，从而提高耐摩擦性。
分子结构中引入更多末端硅氧烷基团的核心是在分子结构中构建或引入具有多反应位点的“桥梁链段”，常见的方法包括3种，第一种是引入多个反应基团（如羟基、巯基、双键等）构建多分枝型功能链段；第二种方法是利用氮、硅、钛等杂原子的活性引入具有多反应位点的基团以拓展多分枝型功能链段；第三种方法是引入特殊结构单元，通过化学反应实现反应官能团递进式增长，相关示例如表1所示。
表1 多枝化末端硅氧烷引入方法及结构链段示例
Table 1 Examples of introduction methods and structural segments of multi-branched terminal siloxane
毕丛丛等在全氟聚醚分子链与硅氧烷基团之间引入含硅多分枝中间桥联链段（图2），该桥联链段末端有3条分支结构，一方面可以保障末端接枝3个硅氧烷功能基团，进而使抗指纹剂和基材牢固结合，另一方面增加了游离于基材表面分子链的链长，使分子链的柔顺性和自由度增加，受到摩擦损耗后，可为游离于基材的分子链能量转换、调整构象提供空间和时间，使分子链及时将能量转化或者释放，避免引发分子链断裂而影响耐摩擦性，保证了抗指纹剂的耐磨性。
图2 全氟聚醚硅氧烷及中间桥联链段
Fig.2 Perfluoropolyether siloxane and intermediate bridging segments
卿凤翎等同时引入多分枝桥联链段及多反应位点基团（图3），合成了端基硅氧烷数目可调的抗指纹剂分子，并探究了不同分子结构条件下抗指纹剂的耐污性及耐磨性，结果显示相同数均分子质量的全氟聚醚，末端硅氧烷个数越多，耐磨性越好。李义涛等引入缩水甘油特殊结构单元，通过化学反应实现官能团递进式增加，合成多种树枝状全氟聚醚硅氧烷（图4），该化合物具有更高的硅氧烷含量和更多硅氧烷支链数量，可使抗指纹剂具有更高的耐磨性。
图3 不同末端基团数量的全氟聚醚硅氧烷
Fig.3 Perfluorinated polyether siloxanes with different numbers of terminal groups
图4 树枝状全氟聚醚硅氧烷（A为含硅氧烷的链段）
Fig.4 Dendritic perfluoropolyether siloxane
1.3 抗指纹剂涂膜性能影响理论研究
抗指纹剂涂膜通常为单层，厚度为纳米级，其断裂能与涂膜耐久性关联密切。单层涂膜耐摩擦性能取决于膜内部的稳定性。分子动力学（MD）研究表明涂膜内部稳定性与内部PFPE链段间的范德华力及PFPE与基材键合强度直接相关。具备较长全氟聚醚链结构的抗指纹剂分子可形成较厚的单层，从而提高涂膜的内聚能，即增强链间作用力，同时链长的增加也有利于其自身分子链段的运动，提高涂膜的致密性。DFT理论计算表明Si—C键是整个全氟聚醚硅氧烷分子中最为薄弱的部分，因此增加Si—C键的数量可强化全氟聚醚硅氧烷的分子链内强度，同时有助于增加硅氧键的数量进而提升与基材的接枝强度和交联密度。
基材表面的硅羟基种类、数量及分布等对抗指纹剂涂膜性能也有重要影响。Ahn等研究指出，根据基材表面半径2 埃米内羟基数量的不同可将羟基分为3类：SOH1、SOH2、SOH3，分别代表基材表面半径2 埃米范围内存在1个、2个和3个羟基，羟基分布密度也因位置而异。全氟聚醚硅氧烷分子与基材表面发生化学键合时反应取向及反应活性与Si—OH种类密切相关，相关参数见表2。当半径2 埃米内基材表面存在3个羟基时，带有一个三烷氧基硅烷端基的全氟聚醚分子与基材间可形成3个Si—O—Si键，从而建立更牢固的化学链接，因此基材表面的清洁及在玻璃表面建立更多硅羟基键对于提高涂膜的稳定性及摩擦学性能具有重要意义。
表2 3种羟基形成的键型及反应能、活化能
Table 2 Bond types，reaction energy and activation energies of three hydroxyl groups
2 功能型抗指纹剂的开发
基于抗指纹剂应用场景多样化，在疏水疏油性、抗指纹性、高耐磨性等基础功能外，针对性更强的专用化、功能性需求也不断被提出。抗菌、耐UV等具有特殊用途的功能型抗指纹剂成为抗指纹发展的新方向。
2.1 抗菌型抗指纹剂
病毒、细菌、原生生物、真菌和寄生虫等致病微生物引起的生物污染是导致传染性疾病的主要原因，会对人们的健康和生命构成威胁，抗菌材料制品尤其是具有抗菌功能的日常触摸材料迎来了巨大的发展空间。抗菌型抗指纹剂可使物体表面直接具有抗菌性，从而在其表面维持较低的细菌数，具有极大的应用潜力，因此备受关注。
抗菌型抗指纹剂的制备主要包括2种方法：复配和化学改性。复配是直接将抗指纹剂与抗菌剂复配，该方法简单易操作，理论上所有抗菌剂均可使用该方法，但基于相容性问题，真正可应用的种类较少，其中无机抗菌剂应用最为广泛。刘子义等使用硝酸 银、硫酸锌、二氧化硅制得复合抗菌材料，进一步通过包裹环糊精降低复合抗菌材料之间的团聚，然后将抗菌材料加入全氟聚醚与甲基九氟丁醚复配的抗指纹液中，制得抗菌型抗指纹剂，实现30 d抗菌率99.17%~99.57%。化学改性是在分子中引入有机抗菌链段，如季铵结构，从而实现分子本身具备抗菌性。陈鹏等在抗指纹剂分子链段中引入季铵结构，经测试该抗指纹剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率可达88%以上。2种方法制备的产品在抗菌持久性、产品稳定性、工艺复杂程度等方面各有其特点（表3）。
表3 复配法及化学改性法合成抗菌型抗指纹剂的特点
Table 3 Characteristics of antibacterial anti-fingerprint agents synthesized by compounding method and chemical modification method
2.2 耐UV型抗指纹剂
抗指纹剂涂膜的长期稳定性受多种外部环境因素影响，如温度、光照强度等，部分抗指纹剂应用场景如汽车面板、太阳能面板等需长期暴露于阳光下。强烈的紫外光会攻击抗指纹剂的分子链，产生的自由基将引发链式降解反应，导致分子链断裂，表现为涂膜开裂、脱落等，最终导致抗指纹、防刮擦性能减弱乃至消失。
提高抗指纹剂耐UV性能可从两方面着手：一是添加具有特定化学结构的紫外线吸收剂，如苯酮、苯并三唑、三嗪等，UVA（波长320~400 nm的紫外线）穿透能力强，紫外线吸收剂能够优先且高效地吸收阳光中的高能紫外线并通过分子内振动把紫外线的能量转化为热辐射释放出去，从而对涂膜起到保护作用；二是添加受阻胺类光稳定剂（HALS）等自由基捕获剂，当抗指纹剂某些基团被紫外线激发出现自由基时，可通过自由基捕获剂捕捉自由基，避免自由基引发链式降解反应，从而避免涂膜中聚合物分子遭受更为严重的破坏。通过复配法或结构合成引入对应官能团可实现UVA及自由基捕获剂的引入，此外UVA与自由基捕获剂同时引入可起到协同作用。
郑保昌等通过先合成含受阻胺的耐UV涂料然后再与抗指纹剂复配，制得耐UV的抗指纹剂混合液。使用该抗指纹剂喷涂得到的抗指纹涂膜在UV波长420 nm、辐照度2.2 W/m2的氙光灯源下照射450 h后接触角无任何变化。谢峰阵等将含苯甲酮基团链段的紫外线吸收剂与全氟聚醚链段化学键合制得耐UV抗指纹剂，蒸镀后得到的抗指纹涂膜进行QUV测试，1 000 h后涂膜未出现起泡、开裂、剥落等现象。
3 抗指纹涂膜的制备
抗指纹涂膜的制备即在基材表面涂覆纳米涂膜的过程。根据涂膜制备时是否需要烘烤固化可分为烘烤型抗指纹剂和免烘烤型抗指纹剂。相比于烘烤型抗指纹剂，免烘烤型抗指纹剂中常加入酸性催化剂等，以降低反应活化能，加速涂膜交联固化过程，使抗指纹剂在常温下即可实现成膜。烘烤型抗指纹剂在疏水疏油及抗指纹性能等方面都优于免烘烤型。
3.1 烘烤型抗指纹涂膜的制备
烘烤型抗指纹剂主要应用于工业领域，尤其是零部件未组装之前。目前常用的涂膜制备主要包括等离子喷涂和真空蒸镀2种方式。等离子喷涂前一般先通过超声清洗或等离子清洗对基材进行清洁，然后使用喷枪喷涂镀膜，再进行高温烘烤将抗指纹剂固化。真空蒸镀是在真空中通过电流加热、电子束轰击等方式，使抗指纹剂蒸发成原子或分子，然后这些原子或分子进行直线运动，碰撞基材后沉降于表面形成薄膜。真空蒸镀抗指纹剂前一般先将基材进行二氧化硅打底，再将抗指纹剂靶丸进行蒸镀。以上2种成膜方式成本相差较大，真空蒸镀的成本是喷涂的2倍以上。但是真空蒸镀抗指纹膜相对于等离子喷涂在产品爽滑性、耐磨性等方面更加优秀，一方面真空蒸镀有二氧化硅打底，所以与抗指纹剂终端基团具有更好的结合力，同时蒸镀涂膜也比喷涂涂膜更加均匀，因此综合性能更加优异。
3.2 免烘烤型抗指纹涂膜的制备
免烘烤型抗指纹剂主要应用于产品后端服务如产品使用后进行抗指纹涂膜修复、二手机翻新等相关行业以及对抗指纹剂要求不高的领域。免烘烤使用更为方便，但从抗指纹剂性能来说，烘烤固化型要远优于免烘烤型。
4 结 语
随着消费电子、车载显示、智能家居等领域的快速发展，抗指纹剂应用已拓展至建筑幕墙、厨卫洁具等多元场景，市场需求向高端化、多元化升级，专用化、功能型产品成为行业新方向。当前，我国抗指纹剂产业正处于从技术追赶到自主创新的关键阶段，亟需在以下三方面发力：
一是突破原料瓶颈。Z型官能化全氟聚醚等关键原料长期依赖进口，成为制约我国高端抗指纹剂发展的核心短板。以山东东岳为代表的国内企业已展开研发生产，构建自主供应体系对产业安全意义重大。
二是深化分子设计与功能产品创新。系统开展分子结构研究，建立从分子设计到性能的精准调控能力，并加快抗菌、耐紫外、自修复等功能产品开发，以差异化抢占细分市场。
三是优化涂膜工艺与品质管控。企业应根据产品定位与成本目标科学选择成膜工艺，并加强预处理、涂膜均一性及界面键合等关键环节管控，推动高性能涂膜在高端电子、车载显示等领域的规模应用。
文章来源：《涂料工业》2026年第5期
DOI号
10.12020/j.issn.0253-4312.2025-369
基金项目
泰山产业领军人才工程（tscx202312139）
通信作者
E-mail：wanglei850810@163.com
欢迎引用本文
本文作为参考文献时的标准著录格式：
王镇，王磊，李亚楠，等. 触摸屏用抗指纹剂研究进展及国产化替代展望[J]. 涂料工业，2026，56（5）：86-92.
WANG Z，WANG L，LI Y N，et al. Research progress on anti-fingerprint agents for touchscreens and prospects for domestic substitution[J]. Paint & Coatings Industry，2026，56（5）：86-92.
(0)
