CN101304872A - 用于浸渍纸制品和天然纤维的组合物,及其方法,工艺和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可以使用紫外光和可见光辐射固化的组合物。此外,公开的组合物适合施用于纤维基质,例如但不限于纸制品和天然纤维织物。此外,本发明公开了将组合物施用于纤维基质或者纤维基质的至少一部分上,并固化被施用的组合物以获得部分或完全固化的组合物的方法。此外,本发明还公开了结合了完全固化的组合物的制件,其包括例如纸;这种制件耐水,包括经长时间暴露于水后保持结构强度、印迹和亮度。本发明还公开了结合这些可固化组合物的方法、工艺、生产线、装置和工厂。

Description

用于浸渍纸制品和天然纤维的组合物,及其方法,工艺和装置
发明领域
本文中描述的是用于使纸和纤维-基制品耐水的组合物、方法、工艺和装置。
发明背景
多种消费品、科学和工业产品都是由天然纤维,例如纸构成的。当暴露于水时,这些产品显示出结构强度降低,这会导致撕裂或破裂。此外,当暴露于水时,这些产品上的墨水或铅笔字迹褪色、渗漏或形成条纹。
发明概述
本文中提供的是多孔和/或纤维制品,其在暴露于水,包括长时间暴露时具有并保持希望的美观、性能和耐久性质。本发明的纤维制品在暴露于水中至少1天后显示至少一个下列特性:(a)保持结构完整性;(b)保持结构强度;(c)保持墨水或铅笔字迹;(d)保持印迹;(e)保持亮度;和(f)耐真菌、藻类、霉菌、细菌和/或菌类的生长。还描述了显示至少上述两个特性、至少上述三个特性、至少上述四个特性、至少上述五个特性,或者所有上述特性的纤维制品。还描述了在暴露于水中至少2天、至少3天、至少7天和至少10天之后显示或保持至少一个下列特性的纤维制品。还描述了暴露于水,包括浸渍、喷雾、喷洒、渗透或其组合的纤维制品。本文中还描述了用于对多孔和/或纤维制品进行防水处理的组合物、方法、策略、技术、装置和制造厂。在进一步的实施方案中,防水的多孔和/或纤维制品在暴露于水,包括长时间暴露时保持希望的美观、性能和耐久性。
本发明的纤维制品包括本申请中提供的组合物、部分固化的组合物和完全固化的组合物。本申请还提供了能够施用于纤维基质,任选之后进行固化加工以制备具有至少一个上述特性的纤维制品的组合物。
还描述了将组合物施用于和/或用组合物浸渍纤维制品,以通过固化制备具有至少一个上述特性的纤维制品的方法。还描述了将组合物离心施用于多孔和/或纤维制品的方法,其中组合物至少部分浸渍多孔和/或纤维制品。还描述了通过高压喷雾器将本申请中描述的组合物施用于多孔和/或纤维制品上和内部的方法,在进一步的实施方案中,将辊施加在喷涂的表面上。将本申请中描述的组合物施用在多孔和/或纤维制品上或内部之后,通过暴露于光化学辐射下而使组合物固化。还提供了制备本发明的纤维制品的方法和制备本发明的纤维制品的装置。
本申请的一个方面描述的是组合物,其包含:
(a)纳米填料;
(b)至少一种光引发剂;
(c)至少一种单官能度单体;
(d)表面活性剂;
(e)稀释剂;和
(f)任选地,颜料分散体和第二种光引发剂。
在一个实施方案中,将本发明的组合物施用于纤维基质上,任选地之后进行固化加工,以制备具有至少一个上述特性的纤维制品。
本申请中描述的另一个方面是多孔和/或纤维制品,其包含(a)多孔和/或纤维基质;和(b)包含下列物质的组合物:
(i)纳米-填料;
(ii)至少一种光引发剂;
(iii)至少一种单官能度单体;
(iv)表面活性剂;
(v)稀释剂;和
(vi)任选地,颜料分散体和第二种光引发剂。
本申请中描述的另一个方面是显示至少一个下列特性的多孔和/或纤维制品:(a)保持钢笔和/或墨水的书写力;(b)保持印迹;(c)保持亮度;和/或(d)阻滞对有机溶剂(例如,醇、甲乙酮等)的吸收的能力。在某些方面中,这种纤维和/或多孔制品包含至少部分已经被浸渍在多孔和/或纤维制品中的固化组合物。
本申请中描述的另一个方面是耐真菌、藻类、霉菌、细菌和/或菌类生长的多孔和/或纤维制品。在某些方面中,这种纤维和/或多孔制品包含至少部分已经被浸渍在多孔和/或纤维制品中的固化组合物。
本申请中描述的另一个方面是在暴露于水中至少1天之后显示至少一个下列特性的多孔和/或纤维制品:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
本申请中描述的再一个方面是制备本发明的多孔和/或纤维制品的方法,所述方法包括(a)提供纤维和/或多孔基质;(b)将组合物施用于所述纤维和/或多孔基质上以制备纤维和/或多孔制品;和(c)固化所述纤维和/或多孔制品,其中所述组合物包含:
(i)纳米填料;
(ii)至少一种光引发剂;
(iii)至少一种单官能度单体;
(iv)表面活性剂;
(v)稀释剂;和
(vi)任选地,颜料分散体和第二种光引发剂。
还提供由上述方法制备的纤维制品。
本申请中描述的再一个方面是用于制备本发明的多孔和/或纤维制品的装置,所述装置包括(a)提供多孔和/或纤维基质的设备;(b)用于将组合物施用于所述多孔和/或纤维基质上以制备多孔和/或纤维制品的设备;和(c)用于固化所述多孔和/或纤维制品的设备,其中所述组合物包含:
(i)纳米-填料;
(ii)至少一种光引发剂;
(iii)至少一种单官能度单体;
(iv)表面活性剂;
(v)稀释剂;和
(vi)任选的,颜料分散体和第二种光引发剂。
还提供由上述装置制备的多孔和/或纤维制品。
本申请中描述的再一个方面是使用本发明的多孔和/或纤维制品的各种方法。本发明的多孔和/或纤维制品的示例性应用包括标签、书、报纸、杂志、地图、现场作业手册、信封、纸盘、布、配发用料、抗潮纸、花园标志、水下标记、运动器件、体育袋、名片、纸板、浴帘等。其他应用包括将本发明的多孔和/或纤维制品用于阻滞对包括源于任何来源的水的水基溶液的吸收,所述来源包括泥水、湖水、溪水、自来水、海水、污水和纯净水。其他应用包括将本发明的多孔和/或纤维制品用于阻滞对有机溶剂,例如醇、甲乙酮等的吸收。
参考文献的结合
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请的全部内容在此结合进来作为参考,结合程度就如各个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独指示为结合进来作为参考。
附图简述
参考下列用于阐述说明性实施方案的详细描述可以更好地理解本发明的方法、工艺、装置、设备和组合物,其中使用我们的方法、工艺、组合物、设备和装置的原理,其附图为:
图1为将本文中描述的组合物施用于纤维基质的一个可能的工艺的流程图。
图2为将本文中描述的组合物施用于纤维基质,并固化组合物的一个代表性方法和装置的说明。
图3为将本文中描述的组合物施用于纤维基质,并固化组合物的另一个代表性方法装置的说明。
发明详述
I.某些术语
本文中所用的术语“光化学辐射”指能够产生聚合反应的任何辐射源,仅作为例子其例如为紫外辐射、近紫外辐射和可见光。
本文中所用的术语“共光引发剂”指可以与另一种光引发剂或多种光引发剂结合的光引发剂。
本文中所用的术语“固化”指至少一部分涂覆组合物的聚合。
本文中所用的术语“可固化的”指能够至少部分聚合的涂覆组合物。
本文中所用的术语“固化助剂”指促进或者否则提高,或者部分提高固化过程的一种试剂或多种试剂。
本文中所用的术语“纤维基质”指含有或者衍生自天然纤维的任何物体;这种物体包括:
(a)任意基础重量、克重、体积、距离或厚度、机械和横向、光滑的各种类型的纸制品,例如但不限于砂纸、吸水纸、不含酸的纸、耐酸纸、胶粘纸、空气过滤纸、航空邮件纸、相纸、白蛋白纸、碱性纸、铝箔层叠纸、弹药纸、抗锈纸、古董纸、档案纸、加工印刷纸、沥青层叠纸、azurelaid纸、袋纸、钞票纸或货币纸、气压计纸、原纸、字典纸、刀片包装纸、屠宰用纸、吸墨水纸、图纸、木板、证券纸、印书纸、硬纸板、优质纸板、商业形式用纸、复写纸、纸板、弹药纸、目录纸、支票纸、纸板、卷烟纸、粗纸(也称工业用纸)、过滤咖啡汁用纸、颜色-坚固型纸、彩色美术纸、盒纸板、复印纸或激光纸、波纹纸板、棉纸或碎布优质纸、封面纸、绉纸、切片、通讯录纸、公文纸、绘图纸、双层纸板、双层纸、电工级纸、信封纸、纤维板、滤纸、高级纸张、荧光纸、可折叠硬纸板、赠阅报纸、密封垫板、玻璃纸、蜡光纸、灰板(Gray Board)、绿皮书、木质纸、手工纸、索引纸、工业用纸、绝缘板、象牙纸板、牛皮纸袋纸、牛皮纸、牛皮纸衬垫、商标纸、直纹纸、叠片挂面纸板、帐簿纸、轻质纸、布纹纸、衬垫、挂面纸板、复写用的薄纸、马尼拉纸、机械用纸、书面厚纸、新闻用纸、胶版纸、包装纸、卡纸、耐久纸、照相纸、招贴纸、纸浆板、碎布优质纸、米纸、保险纸、卫生纸、卫生巾、证券纸、涂胶纸、立体纤维板、邮票纸、黄纸板、标签纸、茶叶袋纸、课本纸、薄纸、棉纸、透明纸、Union Kraft、植物羊皮纸、纺犊皮纸、墙纸、水彩纸、蜡纸、包装纸、书写纸、电话黄页等;
(b)各种类型的含有纸浆的制品;
(c)各种类型的配发用料,例如但不限于信封、袋、盒、包裹、标签等;
(d)各种类型的标记,例如但不限于花园标记志、水下标记、土地标记等;
(e)各种类型的天然纤维织物,例如但不限于棉、羊毛、亚麻、开士米织物、大麻、rampie、丝等;
(f)各种类型的天然纤维编织物,例如但不限于棉、羊毛、亚麻、大麻、rampie、丝等;和
(g)含有非-纤维组分的纤维基质,例如但不限于纽扣、拉链、别针、钉书钉、夹子、杆等。
术语“填料”指相对惰性的物质,加入其来改变涂层的物理、机械、热或电性质。
本文中所用的术语“无机颜料”指使用时是颗粒且基本上不挥发的成分,其包括那些在涂料和塑胶品中通常标记为惰性物质、添加物、填料等的成分。
本文中所用的术语“辐射”指将表面暴露于光化学辐射。
本文中所用的术语“研磨”指预混合、熔化和研磨粉末涂层制剂以获得适于喷涂的粉末的过程。
本文中所用的术语“单体”指含有能够与低聚物连接和能够彼此连接的单分子的物质。
本文中所用的术语“光引发剂”指吸收紫外线并使用该光线的能量促进涂层的干层形成的化合物。
本文中所用的术语“可聚合的颜料分散体”指与分散在涂层组合物中的可聚合树脂连接的颜料。
本文中所用的术语“可聚合树脂”或“活化树脂”指具有反应性官能团的树脂。
本文中所用的术语“颜料”指不溶解或者部分溶解,并且用于赋予颜色的化合物。
本文中所用的术语“保持亮度”指物质保持至少约90%的其亮度的能力。保持亮度则防止物质变色,例如暗色化或变黄。确定亮度的保持的代表性试验包括分光光度试验,例如针对如亮度(波长=457nm)和/或发光度(波长=555nm)的光学吸收试验。
本文中所用的术语“保持墨水或铅笔字迹”指使墨水或铅笔字迹的至少约90%保持在物质上的能力。保持墨水或铅笔字迹则防止在物质上渗漏、褪色和/或形成条纹。用于确定保持墨水或铅笔字迹的代表性试验包括分光光度试验,例如墨水消除(Ink Elimination)(IE)试验和有效残留墨水浓度(Effective Residual Ink Concentration)(ERIC)试验。
本文中所用的术语“保持印迹”指将至少约90%的印迹保持在物质上的能力。代表性的印迹包括各种墨水印迹,例如标签、标识语等。保持印迹则防止在物质上渗漏、褪色和/或形成条纹。确定印迹的保持的代表性试验包括各种光谱分光光度试验。
本文中所用的术语“保持结构强度”指物质保持至少约90%的其物理和结构完整性、强度或耐用性的能力。保持结构强度则防止撕破、裂缝或破裂。用于确定结构强度的保持的代表性试验包括例如人工检查、耐折强度和抗张强度。还可以使用光谱光度测定试验确定结构强度的保持。
本文中所用的术语“保持铅笔和/或墨水的书写力”指物质保持至少约90%的能被任何类型的铅笔或任何来源的墨水,例如铅笔或打印机书写的能力。书写力取决于物质的吸收能力。
本文中所用的术语“载体”指溶剂基制剂的液体部分,其既可以结合溶剂又可以结合树脂。
I.组合物
本文中描述的一个方面为组合物,其包含:
(a)纳米填料;
(b)至少一种光引发剂;
(c)至少一种单官能度单体;
(d)表面活性剂;
(e)稀释剂;和
(f)任选的,颜料分散体和第二种光引发剂。
在一个实施方案中,将本文中提供的组合物施用于纤维基质上以制备具有希望的性质的纤维制品。
本发明的组合物包含基于组合物总重量计(wt/wt)的20-60%重量的纳米-填料。在进一步或者可选的实施方案中,本发明的组合物包含0.5-10%wt/wt的至少一种光引发剂。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含2-80%wt/wt的至少一种单官能度单体。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含2-22%wt/wt的稀释剂。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含0.01-2.0%wt/wt的表面活性剂。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含1-12%wt/wt的颜料分散体和0.5-5%wt/wt的第二种光引发剂。
可以将本文中描述的组合物施用于纤维基质上以制备纤维制品。本文中描述的组合物可以通过可见光辐射、近可见光辐射、紫外(UV)辐射及其组合的各种光源固化。UV辐射可以选自UV-A辐射、UV-B辐射、UV-B辐射、UV-C辐射、UV-D辐射或其组合。
当施用于物体时,涂层的柔韧性可能是组合物的一个重要特性,其弯曲、扭曲,或者否则改变,例如但不限于纤维织物和布料的形状。当物体发生弯曲、扭曲或形状改变时,涂层柔韧性使组合物发生弯曲或扭曲而不会断裂;而当物体发生弯曲、扭曲或形状改变时,涂层粘附力性质使涂层保持与物体连接。本文中描述组合物的某些实施方案可以用于获得和优化希望的性质。
A.纳米-填料
本发明的组合物包含纳米-填料。纳米-填料可以为不溶性无机颗粒,或者不溶性有机颗粒。无机纳米-填料通常为金属氧化物,虽然也可以使用其他无机化合物。无机纳米-填料的例子包括氮化铝、氧化铝、氧化锑、氧化钡、氧化铋、硒化镉、硫化镉、硫酸钙、氧化铈、氧化铬、氧化铜、铟锡氧化物、氧化铁、铬酸铅、钛酸镍、氧化铌、稀土金属氧化物、硅石、二氧化硅、氧化银、氧化锡、二氧化钛、铬酸锌、氧化锌、硫化锌、二氧化锆和氧化锆。可选地,有机纳米-填料通常为研磨至适当粒度的聚合物质。纳米尺寸的有机纳米-填料包括但不限于纳米-聚四氟乙烯、丙烯酸酯纳米球胶体、甲基丙烯酸酯纳米球胶体及其组合,但是也可以使用聚四氟乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其组合的微米尺寸的填料。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含纳米-氧化铝。纳米-氧化铝由高纯度的纳米尺寸的氧化铝组成,包括例如小于200nm并且在约5-40纳米范围内的纳米级不连续球形颗粒。纳米-氧化铝赋予优异的光学透明性、光泽和物理性质。发现纳米-氧化铝-基组合物可以用在要求优异的光学透明度,例如眼镜的耐磨涂层应用中;用在精细抛光应用中,包括半导体;和纳米复合物应用中,包括改善的热处理应用,此外纳米-氧化铝的结合可以赋予组合物改善的耐撞击性、耐磨性和抗划伤性。
在另一个实施方案中,本发明的组合物包含纳米-二氧化硅。可以将具有纳米级尺寸,包括例如小于200nm,进一步地例如平均粒度为5-40nm的纳米-二氧化硅结合至组合物中。加入纳米-二氧化硅可以赋予改善的韧性、硬度和耐磨和抗划伤性。将纳米-二氧化硅结合至组合物中时获得的其他性质和特征可以包括:其产生抗气体、水蒸气和溶剂的棚栏效应,其具有提高的耐候性和抑制热老化的性质,其显示降低的固化收缩性和反应热、降低的热膨胀和内部应力、升高的抗扯强度、断裂韧度和模量、对于大量的无机基质(例如,玻璃、铝)具有改善的粘合性、由于更亲水的表面而对无机杂质(例如,煤烟)具有改善的耐污垢性,和对于其他希望的性质具有改善,例如:热稳定性、耐污染性、导热性、介电性。
代表性的纳米-二氧化硅包括以下述名称出售的商品:Hanse Chemie(Geesthacht,德国)的
Figure A20058005201900151
C,例如
Figure A20058005201900152
C350、
Figure A20058005201900153
C 130、
Figure A20058005201900154
C 140、
Figure A20058005201900155
C 145、
Figure A20058005201900156
C 146、C 150、
Figure A20058005201900158
C 153、
Figure A20058005201900159
C 155、
Figure A200580052019001510
C 165。在一个实施方案中,
Figure A200580052019001511
C 155包含在本发明的组合物中。
可以用作纳米-填料的其他物质包括:氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅酸盐、铁酸盐和钛酸盐。例如,这种纳米-填料的例子为但不限于纳米-氧化锆、纳米-二氧化锆、纳米-碳化硅、纳米-氮化硅、纳米-硅铝氧氮聚合材料(硅铝氧氮化物)、纳米-氮化铝、纳米-氧化铋、纳米-氧化铈、纳米-氧化铜、纳米-氧化铁、纳米-钛酸镍、纳米-氧化铌、纳米-稀土金属氧化物、纳米-氧化银、纳米-氧化锡和纳米-氧化钛。这些物质在高温下具有相对较高的机械强度。
可选地,用在本文中描述的组合物中的纳米填料包括由聚乙烯蜡制备的无定形二氧化硅、经有机表面处理的合成无定形硅石、未处理的无定形二氧化硅、烷基季铵盐膨润土、硅胶、丙烯酸化的硅胶、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化铌、二氧化钛氮化铝、氧化银、氧化铈及其组合。二氧化硅选自经表面处理的合成和天然二氧化硅,包括产自Ciba Specialty Chemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国的聚乙烯蜡和
本文中描述的组合物的纳米-填料的平均粒度包括例如小于约20μm,进一步地例如为平均粒度1-10μm的不连续颗粒;而纳米-填料颗粒的平均粒度包括例如小于约200nm,进一步地例如为平均粒度5-50nm的不连续颗粒。在一个实施方案中,纳米-填料颗粒的平均粒度为10、20、30或40nm。此外,在另一个实施方案中,纳米-填料颗粒的粒度分布为1nm-60nm,例如5nm-30nm。
纳米-填料在组合物中的存在量为20-60%wt/wt,例如25-55%wt/wt、30-50%wt/wt,或者30-40%wt/wt。在一个实施方案中,本发明的组合物包含33-36%wt/wt的纳米-填料。
加入填料赋予组合物某些流变学性质,例如粘度;但是,与微米级填料相比,加入纳米级填料为涂层的机械性质赋予急剧不同的效果。因此,改变微米级填料和纳米-填料的量可以操控组合物的机械性质。
归因于纳米-填料的性质改善包括改善的抗拉强度、模量、热扭变温度、防护性能、耐UV性、耐磨性和抗划伤性以及导电性。结合某些纳米-填料,例如纳米-氧化铝和纳米-氧化硅可以提供有利的长期涂层而不会显著影响光透明性、光泽、颜色或物理性质。这些改善的性质在很大程度上可以归因于纳米级填料的小尺寸和大表面积。
B.光-引发剂
在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少一种光引发剂。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少两种光-引发剂。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少三种光-引发剂。
通常,加入光引发剂来引发组合物中的单体在暴露于光化学辐射源,例如紫外光下时的快速聚合反应。光-引发剂可以与UV源的光谱性质匹配,所述的UV源例如为产生强的UV-C(200-280nm)辐射的中压水银弧光灯,取决于掺杂物而产生UV-A(315-400nm)辐射或UV-B(280-315nm)辐射的掺杂的水银充电式灯,或者各种灯型的结合。取决于组合物中的光-引发剂或光-引发剂的组合,可以使用不同的UV源。
任何适当类型的光-引发剂都可以用在组合物中,包括那些自由基类型的光-引发剂。光-引发剂可以为液体或固体形式。此外,还可以使用光-引发剂的组合,其包括用于引发聚合反应的不同的UV源光谱性质。
光引发剂可以选自二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物、二苯甲酮、KTO、
Figure A20058005201900172
184、
Figure A20058005201900173
500、
Figure A20058005201900174
1173、TPO、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮、2,4,6-三甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、低聚(2-羟基-2-甲基-1-(4-(1-甲基乙烯基)苯基)丙酮),及其组合。此外,光-引发剂可以选自氧化膦型光引发剂、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物、二苯甲酮、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(来自Ciba Specialty Chemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国的
Figure A20058005201900176
1173))、2,4,6-三甲基二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮、KTO 46(Lamberti S.p.A.,Gallarate(VA),意大利)、低聚(2-羟基-2-甲基-1-(4-(1-甲基乙烯基)苯基)丙酮)、胺丙烯酸酯、噻吨酮、苄基甲基缩酮及其混合物。此外,光-引发剂还可以选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(来自CibaSpecialty Chemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国的1173)、氧化膦型光引发剂、IRGACURE(D 500、819或1700(Ciba Specialty Chemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国)、胺丙烯酸酯、噻吨酮、苄基甲基缩酮及其混合物。
适合用于本发明的其他光-引发剂包括但不限于1-苯基-2-羟基-2-甲基-1-丙酮、低聚{2-羟基-2-甲基-1-4-(甲基乙烯基)苯基丙酮}、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物、1-羟基环己基苯基酮和二苯甲酮及其混合物。另外的其他可用的光引发剂包括例如双(n,5,2,4-环戊二烯-1-基)-双-2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基钛和2-苄基-2-N,N-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮。这些化合物分别为
Figure A20058005201900179
784和
Figure A200580052019001710
369(均来自Ciba Specialty Chemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国)。而且,另外的其他可用的光引发剂包括例如2-甲基-1-4(甲基硫代)-2-吗啉代丙-1-酮、4-(2-羟基)苯基-2-羟基-2-(甲基丙基)酮、1-羟基环己基苯基酮、二苯甲酮、(环戊二烯基)(1-甲基乙基)苯-铁六氟磷酸酯、2,2-二甲氧基-2-苯基-1-苯乙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰胺-二苯基膦氧化物、苯甲酸、4-(二甲基氨基)-乙基醚,及其混合物。
在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少一种光引发剂,所述光-引发剂包含α-羟基酮,例如1-羟基-环己基苯基-酮。在另一个或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少一种包含二苯甲酮的光引发剂。在另一个或可选的实施方案中,本发明的组合物包含至少一种光-引发剂,所述光-引发剂包含苯甲酰基二芳基膦,例如2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基膦氧化物。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含光引发剂的组合。在一个实施方案中,本发明的组合物包含
Figure A20058005201900181
184和
Figure A20058005201900182
500。在另一个实施方案中,本发明的组合物包含
Figure A20058005201900183
184、
Figure A20058005201900184
500和
Figure A20058005201900185
TPO。
组合物中的光-引发剂的存在量为0.5-10%wt/wt,例如1-9%wt/wt,3-8%wt/wt或者4-6%wt/wt。
在另一个实施方案中,本发明的组合物包含光-引发剂的组合,其中每种光引发剂的存在量为0.5-5%wt/wt,例如1-4%wt/wt或2-3%wt/wt。在又一个实施方案中,本发明的组合物包含2-6%wt/wt,例如约2、3、4、5或6%wt/wt的
Figure A20058005201900186
184和0.5-4%wt/wt,例如约0.5、1、2、3或4%wt/wt的
Figure A20058005201900187
500。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含颜料分散体和包含苯甲酰基二芳基膦氧化物的第二种光引发剂。虽然颜料的存在可以吸收UV和可见光区域内的辐射和降低一些类型的光引发剂的有效性,但是氧化膦型光-引发剂在有颜色的组合物,包括仅作为例子的黑色和UV-可固化的涂层物质中仍然有效。氧化膦还可以用作白色涂层的光-引发剂。在一个实施方案中,组合物包含颜料分散体和包含2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基膦氧化物,例如TPO的光引发剂。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含光-引发剂,所述光-引发剂包含存在量为0.5-5%wt/wt,例如1-4%wt/wt或2-3%wt/wt的苯甲酰基二芳基膦氧化物。在一个实施方案中,包含苯甲酰基二芳基膦氧化物的光-引发剂可以以约0.5、1、2、3或4%wt/wt的量存在。
C.单体
本发明的组合物包含至少一种单-官能单体。在一个实施方案中,本发明的组合物包含单体的组合。暴露于光化学辐射源,例如紫外光下,和在光-引发剂存在下,组合物中的单体迅速聚合形成低聚物。因此,取决于聚合的程度,本文中的组合物可以包含单体、低聚物,或者单体和低聚物。
本发明的组合物的机械性质,例如硬度、低收缩性、高玻璃化转变温度(Tg)、希望的弹性和柔韧性取决于提供的单体和低聚物的类型。仅作为例子,丙烯酸酯聚酯结合了良好的耐磨性和强度,而聚氨酯丙烯酸酯和聚醚丙烯酸酯可以提供柔韧性、弹性和硬度。因此,本文中描述的组合物结合了赋予不同性质的低聚物和单体,从而得到硬、耐磨、抗划伤和耐撞击的组合物。
单体选自2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸酯衍生物、甲基丙烯酸酯衍生物、丙烯酸四氢糠基酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯,和交联试剂,例如但不限于丙氧基化的甘油基三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯及其混合物。
单体在组合物中的存在量为2-80%wt/wt,例如5-75%wt/wt、10-60%wt/wt或20-50%wt/wt。单体的存在量可以为约5、10、20、30、40、50、60、70或80%wt/wt。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含4-40%wt/wt,例如10-30%wt/wt、10-25%wt/wt或10-15%wt/wt的2-苯氧基乙基丙烯酸酯。在一个实施方案中,本发明的组合物包含4-40%wt/wt,例如10-30%wt/wt、10-25%wt/wt或10-15%wt/wt的二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯。在一个实施方案中,本发明的组合物包含10-40%wt/wt,例如5-30%wt/wt或20-25%wt/wt的丙烯酸四氢糠基酯。
在另一个实施方案中,本发明的组合物包含单-官能单体的组合。在又一个实施方案中,本发明的组合物包含至少一种选自下列的单-官能单体:2-苯氧基乙基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯、四氢糠基丙烯酸酯及其混合物。在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含2-苯氧基乙基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯和丙烯酸四氢糠基酯。
在一个实施方案中,本发明的组合物包含单体的组合,每种单体的存在量为4-40%wt/wt,例如10-30%wt/wt、10-25%wt/wt或10-15%wt/wt。在一个实施方案中,本发明的组合物包含2-苯氧基乙基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯和丙烯酸四氢糠基酯,每种的存在量为4-40%wt/wt。
D.表面活性剂
本发明的组合物包含至少一种表面活性剂。使用表面活性剂给组合物赋予希望的性质,例如改善的滑动性、抗划伤性、流动性、流平性、释放和去泡沫性。
表面活性剂的例子包括但不限于聚合物,例如聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、苯乙烯-甲基丙烯酸型共聚物、苯乙烯-丙烯酸型共聚物、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯型共聚物、聚天门冬氨酸、聚谷氨酸和聚谷氨酸γ-甲基酯,和改性剂,例如硅烷偶联试剂和醇。其他表面活性剂包括烯烃,例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等;乙烯类,例如聚氯乙烯、聚乙烯酯、聚苯乙烯;丙烯酸均聚物和共聚物;酚醛塑料;氨基树脂;醇酸树脂、环氧树脂、硅氧烷、尼龙、聚氨酯、苯氧基化合物(phenoxys)、聚碳酸酯、聚砜、聚酯(任选氯化的)、聚醚、缩醛、聚酰亚胺和聚氧乙烯。其他示例性表面活性剂包括与UV固化组合物相容的交联以及非交联的丙烯酸酯,例如可交联的硅酮丙烯酸酯。
示例性的表面活性剂包括由Degussa AG(Essen,德国)制备的名称为
Figure A20058005201900211
Rad的那些表面活性剂,和包括
Figure A20058005201900212
Rad 2100、2200、2250、2300、2500、2600、2650和2700。
表面活性剂在组合物中的存在量为0.01-2.0%wt/wt,例如约0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8或2.0%wt/wt。
E.稀释剂
本发明的组合物包含至少一种稀释剂。在一个实施方案中,稀释剂适合稀释低聚物。在另一个实施方案中,本发明的组合物包含反应性的稀释剂,其在暴露于光化学辐射源,例如紫外光下时通过形成自由基而制备聚合物。
适于加入到本发明的组合物中的反应性稀释剂显示至少一个下列性质:(a)高UV反应性;(b)低收缩;(c)良好的硬度和柔韧性的平衡;(d)聚合后的高UV稳定性;(e)良好的粘度降低;和/或(f)低毒性和低刺激性。
代表性的稀释剂包括但不限于丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异癸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Di-TMPTA)、丙氧基化的TMPTA(PO6-TMPTA)及其组合。在某些实施方案中,可以用在本发明的组合物中的稀释剂还可以分类为本文中描述和列出的单官能度或多官能单体。
本发明的组合物包含2-20%wt/wt,例如5-18%wt/wt、7-15%wt/wt或10-12%wt/wt的至少一种稀释剂。在一个实施方案中,本发明的组合物包含2-20%wt/wt,例如5-18%wt/wt、7-15%wt/wt或10-12%wt/wt的丙烯酸异冰片酯。
F.颜料和颜料分散体
本发明的组合物可以任选包含至少一种颜料或颜料分散体。颜料是不溶的白色、黑色或彩色物质,通常悬浮在用于涂料或墨水的载体内,其还可以包括有效的颜料,例如云母,金属颜料,例如铝,和乳白色颜料。将颜料用在涂层中以提供装饰和/或保护作用。但是由于其的不溶性,颜料在液体涂层和/或干燥涂料膜中可能产生引起各种问题的因素。归因于颜料的一些膜缺陷的例子包括:聚结所产生的不希望的光泽、模糊现象、颜料褪色、颜料絮凝和/或沉降、颜料混合物的分离、脆性、易受潮性、易生长真菌和/或热不稳定性。
可以将各种有机颜料用在本文中描述的组合物中,包括但不限于碳黑、偶氮颜料、酞菁颜料、硫靛颜料、蒽醌颜料、黄光还原黄颜料、阴丹士林颜料、蒽吡啶颜料、皮蒽酮颜料、二萘嵌苯颜料、二萘嵌苯酮(perynone)颜料和喹吖啶酮颜料。
可以将各种无机颜料用在本文中描述的组合物中,例如但不限于二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化铁:铁丹、氧化铁黄和黑色氧化物、群青蓝、普蓝、氧化铬和氢氧化铬、硫酸钡、氧化锡、钙、二氧化钛(金红石和锐钛型二氧化钛)、硫酸盐、滑石、云母、硅石、白云石、硫化锌、氧化锑、二氧化锆、二氧化硅、硫化镉、硒化镉、铬酸铅、铬酸锌、钛酸镍、粘土,例如高岭土、白云母和绢云母。
在进一步或可选的实施方案中,本发明的组合物包含由至少一种与活化树脂连接的颜料构成的可聚合颜料分散体;其中活化树脂选自丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂和乙烯基树脂,颜料选自碳黑、金红石二氧化钛、有机的红颜料、酞菁蓝颜料、铁丹颜料、异吲哚啉黄色颜料、酞菁绿颜料、喹吖酮紫、咔唑紫、主色黑、浅柠檬铁黄、浅有机黄、透明氧化铁黄、二芳基橙、喹吖啶酮红、有机深红、浅有机红和深有机红。这些可聚合颜料分散体与其他的将不溶的颜料颗粒分散在一些类型的树脂和将颜料颗粒捕集在聚合基质内的颜料分散体不同。用在本文中描述的组合物和方法中的颜料分散体具有经处理使其与丙烯酸树脂连接的颜料;因此,颜料分散体暴露于UV辐射下能够聚合。
“理想的”分散剂由原始颗粒的均匀悬浮液组成。但是,无机颜料通常与其要结合的树脂不相容,这通常导致颜料不能均匀分散。此外,当干颜料包含在获得稳定的颜料分散体产品之前必须经湿润和解聚的原始颗粒、聚集体和大块的混合物时可能需要研磨步骤。在特定的含有颜料的涂层组合物中,分散水平影响组合物的施用性质及固化膜的光学性质。分散体的改善导致光泽、色彩强度、亮度和光泽的保持发生改善。
本发明的组合物任选含有1-12%wt/wt,例如3-10%wt/wt,或5-8%wt/wt的至少一种颜料或颜料分散体。
G.其他试剂
本文中的组合物可以任选包含粘合助剂、防腐蚀剂、固化促进剂和/或填料,以获得希望的化学和机械性质。
组合物可以进一步包含不必是纳米-填料的其他填料,例如用聚乙烯蜡制备的无定形二氧化硅、经有机表面处理的合成无定形硅石、未处理的无定形二氧化硅、烷基季铵盐膨润土、硅胶、丙烯酸化的硅胶、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化铌、二氧化钛氮化铝、氧化银、氧化铈及其组合。此外,填料颗粒的平均尺寸小于10微米,或小于5微米,或者甚至小于1微米。
III.使用组合物的方法
可以将本文中描述的组合物施用于纤维基质上以制备纤维制品。可以将包含本发明的组合物的纤维基质暴露于光化学辐射源,例如紫外光下进行固化。因此,本文中描述的方法的一个方面涉及制备纤维制品的方法,所述方法包含(a)提供纤维基质;(b)将组合物施用于所述纤维基质上以制备纤维制品;和(c)固化所述纤维制品,其中所述组合物包含:(i)纳米-填料;(ii)至少一种光-引发剂;(iii)至少一种单-官能单体;(iv)表面活性剂;(v)稀释剂;和(vi)任选地,颜料分散体和第二种光-引发剂。
A.纤维基质
由天然纤维构成或者衍生自天然纤维的任何类型的基质都是适合的基质。在进一步或可选的实施方案中,纤维基质是制备的物件。在进一步或可选的实施方案中,纤维基质是制备的物件的一部分。与本发明相容的纤维基质拥有足够的毛细作用(毛细管作用),这样在施用时组合物就能粘附在纤维基质上。
示例性的纤维基质包括所有类型的天然纤维,例如棉和羊毛织物;天然编织物,例如棉和羊毛编织物;所有厚度的纸,例如薄纸、信封、报纸、杂志纸、书纸、名片、书写纸和纸板。
在涂覆之前,纸基质可以任选含有字迹例如铅笔、钉书钉、夹子、穿孔和/或折痕。纤维基质可以任选含有字迹、折痕、扣、拉链等。纤维基质可以为任何尺寸或形状,包括但不限于正方形、矩形、有角、环形等。
可以以足以对将本发明的组合物施用于纤维基质上起促进作用的任何方式提供纤维基质。在一个实施方案中,可以在锭子或辊上提供纤维基质。在另一个实施方案中,可以将纤维基质水平放在传送带或盘上。在又一个实施方案中,将纤维基质悬挂在移动的线上(moving line)。
纤维基质包括:
(a)各种类型的纸制品,例如但不限于文具纸(stationary paper)、书写纸、彩色美术纸、纸板纸、信封、纸袋、纸盒、包裹、纸标签、纸标记、报纸、书纸、杂志纸、名片、适于保存或容纳食物的纸;制冷器包装纸、纸饮水杯、制卡片的纸料等;
(b)各种类型的含纸浆的制品,例如干墙和墙板,例如石膏墙板;
(c)各种类型的配发用料,例如但不限于信封、袋、盒、包裹、标签等;
(d)各种类型的标志,例如但不限于花园标志、水下标志、土壤标志等;
(e)各种类型的天然纤维织物,例如但不限于棉、羊毛、亚麻、开士米、大麻、rampie、丝等;
(f)各种类型的天然纤维编织物,例如但不限于棉、羊毛、亚麻、大麻、rampie、丝等;和
(g)具有非-纤维组分的纤维基质,例如但不限于纽扣、拉链、别针、钉书钉、夹子、杆等。
B.将组合物施用于纤维基质
在将组合物施用于纤维基质的方法的一个方面中,将本发明的组合物施用于纤维基质上以制备纤维制品。可以通过喷涂、刷、辊、浸渍、叶片涂覆、幕式淋涂或其组合将组合物施用于纤维基质上。例如,喷涂的方式可以包括但不限于使用高体积低压(HVLP)的喷涂体系、空气-辅助/无空气喷涂体系或者静电喷涂体系。
在一个实施方案中,在高压下将本文中描述的组合物喷涂在纤维制品上,包括高达25psi、高达30psi、高达35psi、高达40psi、高达45psi、高达50psi、高达55psi、高达60psi、高达65psi、高达70psi、高达80psi、高达90psi和高达100psi的压力。这种高压施用组合物有助于使组合物浸入到纤维制品内。在进一步的实施方案中,经过对本文中描述的组合物的这种施用之后,使纸通过辊来辅助组合物的分布和/或浸渍。在一个实施方案中,辊为硬的丙烯酸辊。在进一步的实施方案中,经辊产生美观、平滑的制品。在一个实施方案中,纤维制品为纸、制卡片的纸料或纸板。在进一步的实施方案中,这种方法可以在每平方英寸纤维制品上使用不大于0.02g的组合物。
在一个实施方案中,将组合物用力施用或离心施用,例如通过旋转透镜施用在纤维基质上。在另一个实施方案中,通过旋转器或往复机构旋转透镜。通过旋转透镜施用组合物比通过浸渍、金属线捆扎的杆或其他向下拉伸的方法施用有利。与通过浸渍、金属线捆扎的杆和其他向下拉伸的方法施用组合物的情况相比,通过旋转透镜施用组合物制得具有更多希望的性质的纤维制品。
透镜可以由聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酰胺、氟化聚合物、硅树脂聚合物、CR-39聚碳酸酯或其组合构成。在一个实施方案中,透镜由聚碳酸酯构成,例如聚碳酸酯隐形眼镜。可以通过任何可接受的实现旋转的方式旋转透镜,包括但不限于旋转器或往复机构。在另一个实施方案中,通过往复机构旋转透镜。可以以任何适于在纤维基质上进行有效施用的速度旋转透镜。例如,可以在约每分钟10、20、30、40、50、60、80、100、120、150或200转(RPM)的速度下旋转透镜。可选地,用于进行旋转的装置和设备可以具有标准化的速度设置,例如慢速、中速、高速等。可以在实现旋转的装置或设备,例如旋转器或往复机构上在任何标准化的速度设置下将组合物施用于纤维基质上。
在一个实施方案中,将计量量的组合物输送至透镜以施用于纤维基质上。可以经由注射器或泵将组合物输送至透镜。在另一个实施方案中,使用将组合物稳定输送至透镜的注射器或泵。
输送至透镜的组合物的量取决于透镜的类型、形状和尺寸以及所用的纤维基质。与具有较低的毛细作用的较小基质相比,应将更大量的组合物施用于尺寸较大和毛细作用较高的纤维基质上。仅作为例子,可以将0.01-2.0g/平方英寸基质,例如0.02-1.5、0.05-1.0或0.05-0.1g/英寸2的组合物施用于纤维基质上。
可以用不同量的本发明的组合物涂覆纤维基质。例如,可以用本发明的组合物部分涂覆或全部涂覆纤维基质。
在一个实施方案中,使用本文中描述的任意方法将本文中描述的组合物施用于纤维制品的两面。在另一个实施方案中,使用本文中描述的任意方法将本文中描述的组合物施用于纤维制品的一个面上;用于防止制品在固化之后和/或在固化过程中发生卷曲,优选将组合物施用于纤维制品的背面上。
在一个实施方案中,取出一卷纸基质并绕过通过往复机构而旋转的透镜。在进一步或可选的实施方案中,旋转透镜包含组合物并将组合物在外部经旋转透镜施用于纸基质表面上。
在进一步或可选的实施方案中,纸基质的表面被未固化的涂层部分或者完全覆盖。在进一步或可选的实施方案中,具有未固化的涂覆表面的纸基质包括非-纤维物体,例如但不限于金属物体、纤维玻璃物体、陶瓷物体、玻璃物体、塑料物体或其组合。在进一步或可选的实施方案中,非-纤维物体被未固化的涂层部分覆盖或者完全覆盖。
在进一步或可选的实施方案中,将组合物用于单一应用或者多个应用中。在进一步或可选的实施方案中,通过单一的透镜或者通过多个透镜施用组合物。在进一步或可选的实施方案中,将多个组合物施用于纤维基质上。在进一步或可选的实施方案中,将多个组合物同时或者依次施用于纤维基质上。
在进一步或可选的实施方案中,在室温或高于或低于室温的温度下将组合物施用于纤维基质上。
本发明的一个方面涉及用于制备纤维制品的装置,其中所述装置包含将本发明的组合物施用于纤维基质的设备。在一个实施方案中,装置包含将本发明的组合物喷涂、帘式淋涂、浸渍、辊涂、刷或投掷在纤维基质表面上的设备。但是,借助透镜的强力施用或者离心施用是最有效的施用方法,并且可以通过输送测定量的组合物经过旋转透镜而完成。虽然不希望受特定理论的束缚,但是据信透过旋转透镜施用组合物有助于组合物浸渍入纤维基质,而且组合物的浸渍赋予希望的特性:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。
C.包含纤维基质的固化组合物
本文中描述的一个方面是固化包含本发明的组合物的纤维基质的方法、设备和装置。通过暴露于热或光化学辐射下可以实现固化。光化学辐射选自可见光辐射、近可见光辐射、紫外线(UV)辐射及其组合。此外,UV辐射选自UV-A辐射、UV-B辐射、UV-C辐射、UV-D辐射或其组合。
通常,使用单一或混合的、足以包括所有必需频率的光的光-引发剂制备UV-可固化的组合物。使这些光-引发剂与光或光对一起工作,经设置使其确保物体被完全固化。聚合,尤其是丙烯酸酯的双键转化和引发阶段可能会受到对低聚物、光-引发剂、抑制剂和颜料,以及UV灯光照射和光谱输出的选择的影响。与透明涂覆制剂相比,由于颜料吸收UV辐射,因此颜料的存在可能使固化复杂得多。因而,可变波长的UV源的使用,以及光-引发剂的吸收特性与UV源光谱输出匹配在一起就可以固化颜料化的制剂。
用于UV固化的光源包括弧光灯,例如炭棒弧光灯、氙弧灯、水银蒸汽灯、卤化钨灯、激光、日光、太阳灯和具有发射紫外光的磷的荧光灯。中压水银灯和高压氙灯在各种波长下具有不同的发射线,其被多数可商购的光-引发剂所吸收。此外,水银弧光灯还可以掺杂铁或镓。可选地,激光是单色(单一波长)的,其可以用于激发在极弱或者使用弧光灯时不可用的波长下有吸收的光-引发剂。例如,中压水银弧灯在254nm、265nm、295nm、301nm、313nm、366nm、405/408nm、436nm、546nm和577/579nm处具有强烈的发射线。因此,使用中压水银弧光灯不能有效激发在350nm处具有最大吸收的光-引发剂,而使用355nm Nd:YVO4(钒酸盐)的固态激光能将其有效引发。可以将可商购的在250-450nm具有各种光谱输出的UV/可见光源直接用于固化目的;但是,使用光学带通或长通(longpass)过滤器可以实现波长的选择。因此,如本文中所描述的,使用者可以利用最佳的光-引发剂吸收特性。
不管光源如何,灯的发射光谱必须覆盖光-引发剂的吸收光谱。需要考虑光-引发剂吸收光谱的两个方面。吸收波长和吸收强度(摩尔消光系数)。仅作为例子,
Figure A20058005201900281
4265(得自Ciba SpecialtyChemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国)中的光-引发剂HMPP(2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮)和TPO(二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦氧化物)在270-290nm和360-380nm处具有吸收峰,而1173(得自Ciba Specialty Chemicals 540 WhitePlains Road,Tarrytown,纽约,美国)在245nm、280nm和331nm处具有吸收峰,而
Figure A20058005201900283
KTO-46(得自Lamberti S.p.A.,Gallarate(VA),意大利)在245nm和378nm之间处具有吸收峰,
Figure A20058005201900284
907(得自Ciba Specialty Chemicals 540 White PlainsRoad,Tarrytown,纽约,美国)中的MMMP在350nm处吸收,
Figure A20058005201900285
500(其为
Figure A20058005201900286
184(得自Ciba SpecialtyChemicals 540 White Plains Road,Tarrytown,纽约,美国)和二苯甲酮的混合物)在300nm和450nm之间吸收。
向制剂中加入颜料可提高所得涂层的不透明性,可能对固化能力有影响。此外,加入的颜料可以吸收入射的固化辐射,从而可以影响光-引发剂的性能。因此,不透明的颜料化涂层的固化性质可能取决于存在的颜料、单独的制剂、辐射条件和基质的反射。因此,对颜料和光-引发剂的UV/可见光吸收特性分别进行考虑可以用于最优化颜料化涂层的UV固化。通常,与用于固化透明制剂的光-引发剂相比,用于固化颜料化制剂的光-引发剂在较长波长(300nm-450nm)处具有更高的摩尔消光系数。虽然存在的颜料可以吸收UV和可见光区的辐射,从而减少了适用于辐射固化的吸收,但是氧化膦型光-引发剂,例如但不限于双乙酰基膦氧化物在颜料化的,包括仅作为例子的黑色、UV-可固化的涂层物质中也是有效的。还发现氧化膦可以用作白色涂层的光-引发剂,而且能使本文中描述的组合物进行有效的彻底固化。
水银气体放电灯是最广泛地用于固化的UV源,因为其是非常有效的具有强烈的线UV-C(200-280nm)辐射的灯,但是,其具有在UV-A(315-400nm)和UV-B(280-513nm)区域内的光谱发射线。水银的压力对该灯在UV-A、UV-B和UV-C区域内的光谱效率具有强烈影响。此外,将少量(掺杂)作为金属碘化物或溴化物的银、镓、铟、铅、锑、铋、锰、铁、钴和/或镍加入到水银中,则主要是UV-A内的水银光谱会剧烈改变,但是UV-B和UV-C区域内也会改变。掺杂镓后在403和417nm处产生强烈的线;而掺杂铁后在UV-A区域的358-388nm处光谱辐射能提高了2倍,而由于存在碘化物,UV-B和UV-C辐射子下降3-7倍。如上所述,涂层制剂中存在颜料可以吸收入射的辐射,从而影响光-引发的激发。因此,希望对与颜料分散体一起使用的UV源和所用的光-引发剂、光-引发剂混合物或光-引发剂/共-引发剂混合物进行配合。例如,仅作为例子,铁掺杂的水银弧光灯(发射358-388nm)与光-引发剂
Figure A20058005201900291
KTO-46(来自Lamberti S.p.A.,Gallarate(VA),意大利)(在245和378nm之间吸收)一起使用是理想的。
可以将具有不同光谱特性或者因为有一些光谱重叠而有充分差别的多个灯用于激发光-引发剂混合物或光-引发剂与共-引发剂的混合物。例如,仅作为例子,使用铁掺杂的水银弧光灯(发射358-388nm)与纯水银弧光灯(发射200-280nm)的组合。可以随机使用激发源的施用次序以获得提高的涂层特性,例如仅作为例子,硬度、平滑性、光泽、粘附力、耐磨性、抗划伤性、抗撞击性和防腐蚀性。最初将涂覆表面暴露于较长波长源是有利的,因为其将纳米-填料颗粒捕集在适当位置并在表面附近引发聚合反应,从而赋予光滑和粘着的涂层。经过在较高能量下暴露之后,较短波长的辐射能够使经初始聚合阶段已被设置在适当位置上的剩余膜发生快速固化。
可以控制暴露于各种灯型下的时间以促进本文中描述的组合物的固化。用于固化本文中描述的、用于涂覆木制物体表面的一种方法是使涂覆的表面在较长波长的掺杂水银弧光灯下暴露比在较短波长的水银弧光灯下更短的时间。但是,该暴露方案可能导致固化涂层起纹/起皱。因此,其他暴露方案包括在短波水银弧光灯和较长波的掺杂水银弧光灯下暴露相同时间,或者可选地在较长波长的掺杂水银弧光灯下的暴露时间长于短波水银弧光灯下的暴露时间。在一实施方案中,将包含本发明组合物的纤维基质暴露于水银弧光灯下。
在进一步或可选的实施方案中,将纤维制品暴露于光化学辐射下的时间小于2分钟。在进一步的实施方案中,将纤维制品暴露于光化学辐射下的时间小于1分钟。在进一步的实施方案中,将纤维制品暴露于光化学辐射下的时间小于15秒。
纤维制品可以任选暴露于两种光化学辐射源下。在进一步或可选的实施方案中,第一光化学辐射步骤和第二光化学辐射步骤之间的时间小于2分钟。在进一步的实施方案中,第一光化学辐射步骤和第二光化学辐射步骤之间的时间小于1分钟。在进一步的实施方案中,第一光化学辐射步骤和第二光化学辐射步骤之间的时间小于15秒。
在进一步或可选的实施方案中,第一光化学辐射步骤的时间长度短于第二光化学辐射步骤的时间长度。在进一步或可选的实施方案中,第一光化学辐射步骤的时间长度长于第二光化学辐射步骤的时间长度。在进一步或可选的实施方案中,第一光化学辐射步骤的时间长度与第二光化学辐射步骤的时间长度相同。
实施方案包括包含本发明的组合物的纤维制品,其中所述组合物经固化后显示至少一个、两个或者三个下列特性:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。
在进一步或可选的实施方案中,固化的纤维制品暴露于水中至少1天后显示至少一个、两个、三个或者四个下列特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
本发明的一个方面涉及用于制备纤维制品的装置,其中所述装置包括用于固化包含本发明组合物的纤维基质的设备。在一个实施方案中,装置包括辐射站,所述辐射站包括至少一种能够提供选自可见光辐射、近可见光辐射、紫外光(UV)辐射及其组合的光化学辐射的光。在进一步或可选的实施方案中,该辐射站包括至少一种能够提供选自UV-A辐射、UV-B辐射、UV-B辐射、UV-C辐射、UV-D辐射及其组合的光化学辐射的光源。
D.装置、工艺线和工厂
本文中描述的进一步的方面是制备本发明的组合物的方法,其包括加入组分,例如仅作为例子的至少一种纳米-填料、至少一种光-引发剂、至少一种单-官能单体、至少一种表面活性剂、稀释剂和任选的至少一种颜料分散体和第二种光-引发剂,和使用设备将组分混合在一起以形成光滑组合物。在进一步或可选的实施方案中,可以将该组合物混合入或者转移至适当的容器内,例如但不限于罐。
另一个方面是用于将组合物施用于纤维基质的至少一部分表面上的装置,其包括用于将本发明的组合物施用于基质上的设备;用于辐射纤维基质的设备,所述辐射包括向组合物施用光化学辐射源以完全或部分固化被施用的表面。由本发明的方法和装置制备的纤维制品显示至少一个、两个或三个下列特性:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。此外,由本发明的方法和装置制备的纤维制品暴露于水中至少1天后显示至少一个、两个、三个或四个下列特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
在一个实施方案中,装置包括用于混合本发明组合物的组分的设备。在进一步或可选的实施方案中,装置包括用于提供纤维基质的设备。在进一步或可选的实施方案中,装置包括用于将本发明的组合物施用于纤维基质上的设备。在进一步或可选的实施方案中,装置包括用于固化包含所施用组合物的纤维基质的设备。
可以以足以有助于将本发明的组合物施用于纤维基质上的任何方式提供纤维基质。在一个实施方案中,在锭子或辊上提供纤维基质,在另一个实施方案中,可以将纤维基质平放在传送带或盘上。在又一个实施方案中,将纤维基质悬挂在移动线上。
用于固化纤维基质的设备可以包括辐射包含本发明的组合物的基质,从而在辐射站内部分或完全固化表面。在一个实施方案中,在单一的站内完成辐射和固化,从而不需要运输物体。在更进一步的实施方案中,用于施用组合物的设备位于施用站处,其中必须将物体从施用站移至辐射站。在又一个实施方案中,这种装置进一步包括用于将物体从施用站移至辐射站的设备。在更进一步的实施方案中,移动设备包括传送带。
在进一步或可选的实施方案中,该辐射站包括用于将光化学辐射的暴露限制在所施用的站内的设备。在更进一步或可选的实施方案中,装置进一步包括用于使基质绕至少一个轴旋转的设备。在更进一步或可选的实施方案中,装置进一步包括安装站,其中待施用组合物的基质连接在可移动部件上。在进一步的实施方案中,可移动部件能够使基质绕至少一个轴旋转。在进一步或可选的实施方案中,可移动部件能够将基质从施用的站内移动至辐射站内。
在更进一步或可选的实施方案中,这种装置进一步包括移除站,其中从可移动部件移除完全固化的纤维制品。在进一步的实施方案中,从可移动部件移除完全固化的纤维制品之前不需对其进行冷却。
在进一步或可选的实施方案中,施用站进一步包括用于回收利用未粘附在纤维基质表面上的组合物的设备。在更进一步的实施方案中,回收利用的组合物随后被施用于不同的基质上。
在进一步或可选的实施方案中,该装置包括选自可见光辐射、近可见光辐射、紫外(UV)辐射及其组合的光化学辐射源。在进一步或可选的实施方案中,该装置包括多个光化学辐射源。在进一步或可选的实施方案中,辐射站包括排列的镜面。
在进一步的实施方案中,工艺进一步包括在施用步骤之前将纤维基质放在可旋转的锭子上。在进一步或可选的实施方案中,这种工艺进一步包括在将物体放在可旋转的锭子上以将物体定位于施用站附近之后移动传送设备。在进一步的实施方案中,这种工艺进一步包括当锭子使物体保持旋转时在施用站上施用本发明的组合物。在进一步的实施方案中,传送设备包括传送带。
在进一步或可选的实施方案中,辐射站包括含有第一光化学辐射源和第二光化学辐射源的固化室。
在进一步的实施方案中,这种工艺进一步包括经由在固化室外的传送设备移动完全固化的产品,其中在固化室中产品被包装以贮存或运输。
在进一步或可选的实施方案中,辐射站包括排列的镜面,这样在三维空间内固化被施用的表面。在进一步或可选的实施方案中,辐射站包括排列的光源,这样在三维空间内固化涂覆的表面。在进一步的实施方案中,每个光源发射不同光谱波长范围的光。在进一步的实施方案中,不同的光源具有部分重叠的光谱波长范围。
另一个方面是用于将本发明的组合物施用于纤维基质的至少一部分表面上的生产线,其包含的工艺包括:将基质放在传送设备上;在施用站内将本发明的组合物施用于纤维基质的表面上;经由传送将被施用的基质移动至辐射站;在辐射站用光化学辐射来辐射和部分或完全固化被施用的表面;其中经固化的纤维制品显示至少一个、两个或三个下列特性:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。可选地或结合地,由本发明的生产线生产的纤维制品在暴露于水中至少1天之后显示至少一个、两个、三个或四个下列特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
另一个方面是用于制备纤维制品的设备或工厂,其包含至少一条用于将本发明的组合物施用于纤维基质的至少一部分表面上的工艺线,所述工艺线包括的工艺包括将基质置于传送设备上;至少一条用于在施用站将本发明的组合物施用于纤维基质表面上的工艺线;至少一条用于使被施用的基质经过传送设备被移动至辐射站的工艺线;和至少一条用于在辐射站处利用光化学辐射来辐射和部分或完全固化被施用的表面的工艺线;其中经固化的纤维制品显示下列特性中的至少一个、两个或三个特性:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。可选地或者结合地,由本发明的生产线生产的纤维制品暴露于水下至少1天之后显示下列特性中的至少一个、两个、三个或者四个:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
E.纤维制品
本文中提供的纤维制品为包含本发明的组合物的纤维基质,在进一步或者可选的实施方案中,纤维制品的整个表面或者只是一部分表面包含本发明的组合物。在进一步或者可选的实施方案中,可以将本发明的组合物节制地或者大量地施用于纤维基质上。在进一步或可选的实施方案中,可以对包含本发明的组合物的纤维制品不进行固化、部分固化或者完全固化。
在本发明的一个方面中,经固化的本发明的组合物向纤维制品提供下列特性中的至少一个、两个或者三个:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。在一个实施方案中,纤维制品显示下列特性中的至少一个、两个或者三个:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和/或(c)保持亮度。
在本发明的另一个方面中,经固化的本发明的组合物在暴露于水中之后向纤维制品提供下列特性中的至少一个、至少两个、至少三个或者至少四个:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
在进一步或者可选的实施方案中,纤维制品在暴露于水中至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、40、45、50、55和60天之后显示下列特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
在进一步或者可选的实施方案中,纤维制品在暴露于水中至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、40、45、50、55和60天之后显示下列特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和/或(d)保持亮度。
暴露于水中可为部分或者完全暴露于水中。可选地,暴露于水中可以包括暴露于水汽,例如细雨、雾和加压水蒸气。可选地,暴露于水中可以包括暴露于含水的天气下,例如雨、细雨、雪、冰雨、雾、冰雹等。可选地,暴露于水中可以等同于将物体部分或完全浸没在水中。可选地,暴露于水中可以为连续、联贯或间歇的。例如,可以将要暴露于水的物体浸没在水中或放在水池中。
暴露于任何类型的水中均被视为在本发明的范围内。纯水、离子水、去离子水、滤过水、盐水、雨水、矿泉水、河水、泥水、滋养水、自来水和泉水都包括在本发明内。
F.固化的纸制品的例子
在一个非限制性实施例中,使用本文中描述的方法,用本文中描述的组合物浸渍/涂覆报纸-级纸并固化。然后使用标准技术印刷报纸。所得的报纸即使连续暴露于水中若干天或若干周也保持(a)结构强度;(b)印迹;和(d)亮度。采用类似的步骤制备具有类似性质的杂志、书(包括食谱)、地图、野外指南、名片、信封、包装材料和纸板。在进一步的实施方案中,所得的纤维制品为适于使用标准激光打印机、喷墨打印机或打字机进一步印刷的纸。此外,施用的印迹可以为黑色油墨、白色油墨或任何颜色的油墨(及其组合)。所得的印刷纸制品即使连续暴露于水下若干天或若干周也保持(a)结构强度;(b)印迹;和(d)亮度。
在另一个非限制性实施例中,按照本文中的描述将本文中描述的组合物涂覆/浸渍在如本文中描述的食品级纸上,所得的产品用于包装食品。所得的食品级纸甚至在连续暴露于食品下若干天或若干周时也保持(a)结构强度;(b)印迹;和(d)亮度。仅作为例子,食品包括水、饮料、冰激凌、啤酒、葡萄酒、汤和咖啡。
在另一个非限制性实施例中,按照本文中的描述将本文中描述的组合物涂覆/浸渍在如本文中描述的纸上,所得的产品用作可靠、轻便的干-擦板。也就是,可以将干-擦标记容易地写在纸制品上,而且使用标准的干-擦擦除器可以擦除产生的字迹。可靠、轻便的干-擦板可以使用多次而不会损失结构强度、书写力或耐用性。
在另一个非限制性实施例中,按照本文中的描述将本文中描述的组合物涂覆/浸渍在浴帘上,所得的产品用作浴帘。所得的浴帘抗真菌和霉菌的生长。
III.试验纤维制品
本发明的组合物拥有优异的耐用性,适用于遭遇物理磨损或者暴露于各种气候条件下的纤维制品表面。固体涂层的各种机械性质和用于其的各种试验方法在“Mechanical Properties of Solid Coatings”Encyclopedia of Analytical Chemistry,John Wiley & Sons,2000,中进行了描述,其全文在此结合进来作为参考。对于下列试验的描述仅作为例子而提供。
例如,本文中描述的组合物和方法提供在至少一个下列性质中显示出改进的改善的固化产品:(a)保持钢笔和/或墨水的书写能力;(b)保持印迹;和(c)保持亮度。
例如,本文中描述的组合物和方法提供在至少一个下列性质中显示出改进的改善的固化产品:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;和(d)保持亮度。
保持亮度则防止材料变色,例如暗色化或发黄。确定亮度的保持的代表性试验包括分光光度试验,例如用于亮度(波长=457nm)和/或辉度(波长=555nm)的光学吸收试验。
对油墨或铅笔字迹的保持力是指将油墨或铅笔字迹保持在材料上的能力。保持油墨或铅笔字迹则防止在材料上渗漏、褪色和/或形成条纹。用于确定对油墨或铅笔字迹的保持力的代表性试验包括分光光度试验,例如墨水消除(IE)试验和有效残留墨水浓度(ERIC)试验。
对印迹的保持力是指将印迹保持在材料上的能力。代表性的印迹包括各种油墨印迹,例如标签、标识语等。保持印迹则防止在材料上渗漏、褪色和/或形成条纹。用于确定对印迹的保持力的代表性试验包括各种光谱光度测定试验。
保持结构强度是指材料保持其物理和结构完整性或耐用性的能力。保持结构强度则防止撕破、裂口或破裂。用于确定对结构强度的保持力的代表性机械试验包括例如人工检查、耐折强度、和抗张强度。还可以利用光谱光度测量试验确定对结构强度的保持力。
保持铅笔和/或油墨的书写能力是指材料保持其被任意类型的铅笔或任意来源的墨水,例如铅笔或打印机书写的能力。书写能力取决于材料的吸收性。
抗真菌、细菌和/或菌类生长是指材料抑制或减缓这些真菌、细菌和/或菌类生长的能力。通过将真菌、细菌和/或菌类种菌划线在涂层和/或固化的纤维制品上,并将真菌、细菌和/或菌类与未涂覆和/或未固化的纤维制品进行比较可以测试该特性。本文中描述的涂覆和固化的纤维制品除了保持结构完整性和/或结构强度之外,甚至在将纤维制品暴露于水中的真菌、细菌和/或菌类下时还能抵抗真菌、细菌和/或菌类的生长。
实施例
实施例1:透明组合物的制剂
如图1所示,通过混合下述物质制得一个实施方案的透明组合物:21.45%的丙烯酸四氢糠基酯;11.98%的丙烯酸异冰片酯;12.56%的二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯;13.62%2-苯氧基乙基丙烯酸酯;34.91%的Nanocryl C-155(得自Hansiechemie,德国);2.00%的Irgacure 500(得自Ciba Specialty Chemicals);3.43%的Irgacure 184(得自Ciba Specialty Chemicals)和0.05%的Tego Rad 2100(得自TegoChemie)。通过螺旋状混合器将这些组分彻底混合直至制得均匀的组合物。
通过混合下列组分制得其他实施方案的透明组合物:
丙烯酸四氢糠基酯                11-31wt/wt%
丙烯酸异冰片酯                  2-22wt/wt%
二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯       3-40wt/wt%
2-苯氧基乙基丙烯酸酯            4-40wt/wt%
Nanocryl C-155                  25-50wt/wt%
Irgacure 184                    2-10wt/wt%
Irgacure 500                    0.5-10wt/wt%
Figure A20058005201900381
Rad 2100                            0.01-2.0wt/wt%
实施例2:颜料化组合物的制剂
通过混合下列物质制得一个实施方案的颜料化组合物:21.45%丙烯酸四氢糠基酯;11.98%丙烯酸异冰片酯;12.56%二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯;13.62%2-苯氧基乙基丙烯酸酯;34.91% NanocrylC-155(得自Hansiechemie,德国);2.00% Irgacure 500(得自CibaSpecialty Chemicals);3.43% Irgacure 184(得自Ciba SpecialtyChemicals);0.05% Tego Rad 2100(得自Tego Chemie);1-12%PC 9003和0.5-5.0% Lucerin TPO。通过螺旋状混合器将这些组分彻底混合直至制得均匀的组合物。
通过混合下列组分制得其他实施方案的颜料化组合物:
丙烯酸四氢糠基酯             11-31wt/wt%
丙烯酸异冰片酯               2-22wt/wt%
二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯    3-40wt/wt%
2-苯氧基乙基丙烯酸酯         4-40wt/wt%
Nanocryl C-155               25-45wt/wt%
Irgacure 184                 2-6wt/wt%
Irgacure 500                 0.5-4.0wt/wt%
Figure A20058005201900391
Rad 2100                         0.01-2.0wt/wt%
PC 9003                      1-12wt/wt%
Lucerin TPO                  0.5-5wt/wt%
实施例3:用于制备透明组合物的步骤
进一步的实施方案是用于制备本发明的组合物的步骤。由于氧气的存在防止过早聚合,因此在空气下混合组合物的组分。希望将暴露的光保持为最小,尤其避免使用钠蒸汽光。但是,使用暗室照明设备也可以是一种选择。与单体和涂层混合物接触的、用于制备组合物的部件,例如混合釜和混合桨应该由不锈钢或塑料,优选聚乙烯或聚丙烯制成。应该避免使用聚苯乙烯和PVC,因为单体和混合物会溶解它们。此外,还应该避免使单体和混合物与低碳钢、铜合金、酸、碱和氧化剂接触。另外,必须避免黄铜配件,因为其会引起过早聚合或凝胶化。使用1/3马力(hp)的混合器和50加仑的圆筒形储罐经1-3小时之后可以获得充分混合的组合物。使用实验室混合器(1/15-1/10hp)经3小时后可以将较小量、最高达5加仑物料充分混合。希望的是圆壁反应器,因为其避免了物质在角的聚集和任何与不完全混合有关的随后的问题。另一个参量是应该将混合器叶片放置在离开混合器底部,处于混合器直径一半的位置。首先将单体加入到混合器中,如果需要则温和加温单体以有助于处理。不应该将单体加热超过120°F,因此如果需要加温则建议使用温控加热炉或者加热罩。形成透明涂层时无需加热。应该避免使用带式加热器。接下来加入胶状悬浮液,之后以任意顺序加入酯/单体粘合助剂。最后加入光-引发剂以确保使全部组合物在光下的暴露时间最小化。在使混合器防止暴露于光的情况下,在加入所有组分之后进行混合。混合之后有气泡存在,组合物呈混浊状。这些气泡迅速散逸,形成均相组合物。最后的步骤是,在从混合器中除去涂层组合物之前,拆开混合器的底部以观察是否存在任何未溶解的物质。该作法是作为预防措施,以确保进行了完全混合。如果组合物被完全混合则使用袋式滤器经过1微米的过滤器过滤该涂层组合物。然后将组合物备用。
实施例4:用于制备颜料化组合物的步骤
进一步的实施方案是颜料化组合物的制备步骤。此处使用足够功率和配置的混合器来产生层流和使颜料分散体有效抵抗混合器的叶片。对于低于400mL的小的实验室用量而言,实验室混合器或搅合器足够,但是对于高达半加仑的量而言,可以使用1/15-1/10hp的实验室混合器,但是混合要进行若干天。对于商业用量而言,可以使用带有250加仑圆壁、锥底罐的至少30hp的螺旋或锯齿状混合器。为了制备颜料化组合物,首先混合透明组合物,参见实施例3。在加入到透明组合物之前对颜料分散体混合物进行预混合,因为这样可以确保获得正确的颜色。通过在密闭容器中,在同时佩戴防尘面具的情况下振荡颜料分散体可以容易地实现颜料分散体的预混合。然后将填料、预混合的颜料/颜料分散体和固体光-引发剂加入到透明组合物中,并混合11/2-2小时。通过进行下降和检查未溶解的颜料可以确定混合的完全性。通过从混合罐底部取出少量的颜料化混合物并将薄层涂层施加在表面上来实现该确定过程。然后检查该薄涂层中是否存在任何未溶解的颜料。之后使混合物通过100目的过滤器。经彻底混合的颜料化组合物只显示很少或者没有未溶解的颜料。
实施例5:将组合物使用在纸表面上并固化纸的工艺
A.将组合物施用在一张纸上
图2中说明了将如实施例1和2中描述的组合物施用在一张纸表面上的实施方案。将该张纸设置在接近于含有组合物的旋转透镜处。在该实施方案中,借助旋转锭子使透镜逆时针方向旋转。随着透镜旋转,将组合物抛掷到纸片上。经由注射器或泵将计量量的组合物连续加入到透镜中,直至纸表面覆盖了组合物。
在一个实施方案中,用实施例1的组合物浓重地涂覆8.5″×11″的文具纸张并称重。计算涂覆纸与未涂覆纸之间的重量差。每平方英寸纸施用0.057g组合物,其对应于8.5″×11″的纸张约用5.55g组合物。
在一个实施方案中,用较少量的实施例1的组合物涂覆8.5″×11″的文具纸张并称重。计算涂覆纸与未涂覆纸之间的重量差。每平方英寸纸施用0.04425g组合物,其对应于8.5″×11″的纸张约用4.14g组合物。
在一个实施方案中,用实施例2的组合物涂覆8.5″×11″的文具纸张,其中所述组合物包含9.3%的白色颜料分散体。计算涂覆纸与未涂覆纸之间的重量差。每平方英寸施用0.04025g组合物,其对应于8.5″×11″的纸张约用3.74g组合物。同样获得了表面上施用了较少组合物的其它纸张。
B.将组合物施用在一卷纸上
图3说明了将如实施例1和2描述的组合物施用于一卷纸表面上的实施方案。将该卷纸设置在接近于旋转透镜处并拉过透镜。该透镜含有组合物,并经由注射器或泵将计量量的组合物连续加入到透镜中。透镜可以借助旋转锭子而顺时针或逆时针方向旋转。随着透镜旋转,组合物被抛掷到该卷纸上。将计量量的组合物连续加入到透镜中并施用于纸上,直至纸表面覆盖了组合物。
C.固化涂覆了组合物的纸
将组合物施用于纸张和纸卷上之后,将纸暴露于UV辐射源下以进行固化。如图3中所示,将包含组合物的该卷纸拉过UV源。
对于实施例1的组合物而言,将涂覆纸暴露于一个水银弧光灯下足以进行固化。对于实施例2的组合物而言,将涂覆纸暴露于两个水银弧光灯下足以进行固化,其中一个灯可以为水银弧光灯,另一个灯可以为掺杂了铁的水银弧光灯,用以确保适当的固化。通常,在掺杂的水银弧光灯下的暴露时间小于在纯水银弧光灯下的暴露时间。将两盏灯都关闭,之后再移去固化的纸。
实施例6:固化纸的代表性性质
根据实施例5制备的固化纸与不含组合物的纸相比,对于铅笔和墨水都显示可比的书写力。组合物的存在不损害铅笔或墨水被吸收至固化纸上的能力。根据实施例5制备的固化纸与不含组合物的纸相比显示可比的亮度和光度。与不含组合物的纸相比,根据实施例5固化的打印纸在施用组合物和将纸固化之后保持印迹。
将墨水和铅笔书写在根据实施例5固化的纸上,室温下在一桶自来水中浸泡连续的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、25、30、35、40、45、50、55和60天。基于视觉检查,在水中连续浸泡1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、25、30、35、40、45、50、55和60天后墨水和铅笔笔迹保持在固化纸上。墨水或铅笔笔迹没有发生明显的渗漏、条纹或褪色。
基于视觉检查,在水中连续浸泡1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、25、30、35、40、45、50、55和60天之后固化纸保持了亮度和光度。
基于视觉和物理检查,在水中连续浸泡1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、25、30、35、40、45、50、55和60天之后固化纸保持了结构强度。未发生明显的撕裂、裂开或破损。
基于视觉检查,在水中连续浸泡1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、25、30、35、40、45、50、55和60天之后,固化纸保持了印迹。印迹未发生明显的渗漏、条纹或褪色
商用“包封X-射线喷雾器”将不透明纸暂时转化为半透明纸以使使用者无需开启即可观察包封的内容物,将该喷雾器用于由本文中提供的方法制备的固化纸。在使用了“包封X-射线喷雾器”之后该固化纸并不转变为半透明形式。相反,不含组合物的纸在使用喷雾器之后约30秒转变为半透明形式。而且,本文中提供的固化纸能够抵抗对有机溶剂的吸收,例如醇和甲乙酮。
虽然结合实施方案对本发明进行了描述,但是其并不意图将本发明的范围限制为所阐述的特定形式,相反,意图覆盖可能包括在所附权利要求所定义的本发明的精神和范围之内的这种变换、变型和等效替换。

Claims (25)

1.一种组合物,其包含:
(a)选自SiO2或Al2O3的纳米填料;
(b)至少一种包含α-羟基酮的光引发剂;
(c)至少一种包含丙烯酸酯的单官能度单体;
(d)用于低聚物的稀释剂,所述稀释剂包含丙烯酸酯;
(e)包含可交联硅酮丙烯酸酯的表面活性剂;和
(f)任选地,颜料分散体和包含苯甲酰二芳基膦氧化物的第二种光引发剂。
2.权利要求1的组合物,其中所述纳米粒子的平均直径为约20nm,粒度分布为约5nm至约30nm。
3.权利要求1的组合物,其中(b)中所述的光引发剂包含1-羟基-环己基-苯基酮。
4.权利要求1的组合物,其中(b)中所述的光引发剂包含Irgacure184和二苯甲酮。
5.权利要求1的组合物,其中(c)中所述的单官能度单体包含丙烯酸四氢糠基酯。
6.权利要求1的组合物,其中(c)中所述的单官能度单体包含二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯。
7.权利要求1的组合物,其中(c)中所述的单官能度单体包含2-苯氧基乙基丙烯酸酯。
8.权利要求1的组合物,其中(c)中所述的单官能度单体包含丙烯酸四氢糠基酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯和2-苯氧基乙基丙烯酸酯。
9.权利要求1的组合物,其中(d)中所述的稀释剂包含丙烯酸异冰片酯。
10.权利要求1的组合物,其对应于:
丙烯酸四氢糠基酯         11-31wt/wt%
丙烯酸异冰片酯                      2-22wt/wt%
二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯           3-40wt/wt%
2-苯氧基乙基丙烯酸酯                4-40wt/wt%
Nanocryl C-155                      25-50wt/wt%
Irgacure 184                        2-10wt/wt%
Irgacure 500                        0.5-10wt/wt%
Figure A20058005201900031
Rad 2100                                0.01-2.0wt/wt%
11.权利要求1的组合物,其对应于:
丙烯酸四氢糠基酯                    11-31wt/wt%
丙烯酸异冰片酯                      2-22wt/wt%
二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯           3-40wt/wt%
2-苯氧基乙基丙烯酸酯                4-40wt/wt%
Nanocryl C-155                      25-45wt/wt%
Irgacure 184                        2-6wt/wt%
Irgacure 500                        0.5-4.0wt/wt%
Figure A20058005201900032
Rad 2100                                0.01-2.0wt/wt%
PC 9003                             1-12wt/wt%
Lucerin TPO                         0.5-5wt/wt%
12.权利要求10的组合物,其对应于:
丙烯酸四氢糠基酯                    21.45wt/wt%
丙烯酸异冰片酯                      11.98wt/wt%
二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯           12.56wt/wt%
2-苯氧基乙基丙烯酸酯                13.62wt/wt%
Nanocryl C-155                      34.91wt/wt%
Irgacure 184                        3.43wt/wt%
Irgacure 500                        2.00wt/wt%
Figure A20058005201900033
Rad 2100                                0.05wt/wt%。
13.一种纸制品,其包含(a)纸基质;和(b)一种包含下列物质的组合物:
(i)选自SiO2或Al2O3的纳米填料;
(ii)至少一种包含α-羟基酮的光引发剂;
(iii)至少一种包含丙烯酸酯的单官能度单体;
(iv)用于低聚物的稀释剂,所述稀释剂包含丙烯酸酯;
(v)包含可交联硅酮丙烯酸酯的表面活性剂;和
(vi)任选地,颜料分散体和包含苯甲酰二芳基膦氧化物的第二种光引发剂。
14.权利要求13的纸制品,其中将所述组合物浸渍在纸基质表面内。
15.权利要求13的纸制品,其中将所述组合物固化在纸基质内和/或上。
16.权利要求15的纸制品,其中所述纸制品在暴露于水后显示选自下列的至少一种特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;(d)保持亮度。
17.权利要求16的纸制品,其中所述纸制品在暴露于水后显示选自下列的至少两个特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;(d)保持亮度。
18.权利要求17的纸制品,其中所述纸制品在暴露于水后显示选自下列的至少三个特性:(a)保持结构强度;(b)保持墨水或铅笔字迹;(c)保持印迹;(d)保持亮度。
19.权利要求16的纸制品,其中将所述纸制品暴露于水中至少1、3、7、11、14、21、25、30、35、40、45、50、55或60天。
20.权利要求21的纸制品,其为标签、配发用料、报纸、抗潮纸、花园标志或水下标记。
21.一种制备纸制品的方法,所述方法包括(a)提供纸基质;(b)将组合物施用于所述纸基质上;和(c)固化包含所述组合物的所述纸基质,其中所述组合物包含:
(i)选自SiO2或Al2O3的纳米填料;
(ii)至少一种包含α-羟基酮的光引发剂;
(iii)至少一种包含丙烯酸酯的单官能度单体;
(iv)用于低聚物的稀释剂,所述稀释剂包含丙烯酸酯;;
(v)包含可交联硅酮丙烯酸酯的表面活性剂;和
(vi)任选地,颜料分散体和包含苯甲酰二芳基膦氧化物的第二种光引发剂。
22.权利要求21的方法,其中步骤(b)包含:
(i)提供带有组合物的透镜;和
(ii)旋转(i)的透镜用以将所述组合物施用于所述纸基质上;和
步骤(c)包括将纸基质暴露于至少一个紫外光源下。
23.权利要求21的方法,其中将所述组合物部分浸渍在纸基质中。
24.由权利要求21的方法制备的纸制品。
25.权利要求22的纸制品,其中将所述纸制品暴露于水,其显示至少一个、两个、三个或四个选自下列的特性:(a)95-100%保持结构强度;(b)95-100%保持墨水或铅笔字迹;(c)95-100%保持印迹;和(d)95-100%保持亮度。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081112