CN101326222A - 增强了耐候性的聚碳酸酯体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

公开了增强了耐候性的聚碳酸酯体系。该聚碳酸酯体系包括含第一表面和第二表面的基底，置于基底第一表面上的底漆，和为了耐磨性置于第一表面之上的底漆上的面漆。底漆和面漆中的至少一种包括在溶剂内的紫外吸收剂以供吸收紫外线，该紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥45,000L－mol－1cm－1。

Description

增强了耐候性的聚碳酸酯体系及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于车窗的增强了耐候性的聚碳酸酯上光体系。
发明背景
[0002]玻璃是机动车工业中窗户所使用的组分。正如所已知的，玻璃提供可对付耐磨性和抗紫外的用作车辆窗户的介质基底。尽管是充足的，但玻璃基底的特征在于相对重，这种重质在传输和安装中则转化为高成本。此外，玻璃的重量最终会影响在车辆的总重量。在许多机动车工程应用中使用塑料材料替代玻璃，增强车辆的外观并降低总的车辆重量与成本。透明塑料材料正在出现的应用是机动车窗户体系。
[0003]然而，许多制造者面临聚合物制品长期颜色不稳定、引起聚合物泛黄(称为“光致泛黄”)并损害其透明度和吸引力的挑战。在许多情况下，通过紫外线的作用引起聚合物泛黄。耐磨性也是这些制造者关心的问题。
[0004]因此，工业上需要配制玻璃替代品，例如塑料体系，其重量相对较轻且没有牺牲保护体系表面的功能。
发明简述
[0005]本发明一般地提供聚碳酸酯上光体系和增强耐候性的方法。更具体地，本发明提供增强了耐磨性和抗紫外特征的聚碳酸酯上光体系。
[0006]在一个实施方案中，本发明提供增强了耐候性的聚碳酸酯体系。该体系包括含第一表面和第二表面的基底，置于基底第一表面上的底漆，和为了耐磨性置于第一表面之上的底漆上的面漆。底漆和面漆中的至少一种包括在溶剂内的紫外吸收剂以供吸收紫外线，该紫外吸收剂在λ＝325纳米(nm)下的消光系数≥45,000L-mol-1cm-1。
[0007]在另一实例中，本发明提供制造增强了耐候性的聚碳酸酯体系的方法。该方法包括添加紫外吸收剂溶液到稀释的胶乳乳液的混合物中，其中紫外吸收剂在λ＝325纳米(nm)下的消光系数≥45,000L-mo l-1cm-1，以确定分散体底漆。该方法进一步包括在聚碳酸酯基底表面上施涂底漆。该方法进一步包括为了耐磨性在底漆上施涂面漆。
[0008]在另一实例中，该方法包括在约室温至约50℃的温度下在溶剂内混合紫外吸收剂约20分钟，从而确定紫外吸收剂乳液，和添加该紫外吸收剂乳液到稀释的胶乳乳液的混合物中，其中该紫外吸收剂在λ＝325纳米(nm)下的消光系数≥45,000L-mol-1cm-1，以确定分散体底漆。该方法进一步包括在聚碳酸酯基底表面上施涂底漆，和在室温下干燥在基底上的底漆约20分钟。该方法进一步包括在约120℃至130℃之间固化在基底上的底漆约30分钟，和为了耐磨性在底漆上施涂面漆。
[0009]结合附图考虑下述说明和所附权利要求，本发明的进一步的目的、特征和优点将变得显而易见。
附图简述
[0010]图1是根据本发明的一个实施方案描绘的聚碳酸酯体系的截面视图；和
[0011]图2是根据本发明另一实施方案的聚碳酸酯体系1的截面视图。
发明详述
[0012]本发明一般地提供聚碳酸酯体系，该体系增强了耐候性特征，其中包括增强的耐磨性和抗紫外性。该聚碳酸酯体系包括聚碳酸酯基底、置于该聚碳酸酯基底上的底漆，和置于该底漆上的面漆。底漆包括在溶剂内预料不到地相容的紫外吸收剂，其中紫外吸收剂具有相对高的消光系数、低的挥发性、相对高的光稳定性。结果，该聚碳酸酯体系增强了紫外吸收性。
[0013]根据本发明的一个实施方案，本发明的一个实例包括含增强了耐候性的聚碳酸酯体系13的车窗。在这一实施方案中，聚碳酸酯体系增强了耐候性，其中包括增强的耐磨性和抗紫外性。该体系通常包括透明的塑料基底、置于该塑料基底上且具有紫外吸收剂的底漆，和置于底漆上的面漆。
[0014]图1描述了聚碳酸酯体系13的截面的一个实例。正如所示的，聚碳酸酯体系13包括具有第一表面16和第二表面18的透明的塑料基底14。在这一实施方案中，第一表面16是外表面或“A”表面，和第二表面18是窗户12的内表面或“B”表面。
[0015]在这一实施方案中，透明塑料基底14包括聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯、聚酯、聚砜树脂或共聚物，或任何其他合适的透明塑料材料，及其混合物。优选地，透明塑料基底包括双酚A聚碳酸酯和其他树脂等级(例如支化或取代)以及与其他聚合物，例如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚(丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))或聚乙烯共聚或共混。透明塑料基底可进一步包括各种添加剂，例如着色剂、脱模剂、抗氧化剂和紫外吸收剂。
[0016]正如图1所示的，底漆20置于透明塑料基底14上。基底14优选包括施涂于第一表面16和第二表面18二者上的底漆20，但仅仅其表面16、18之一可具有置于其上的底漆20。如上所述，底漆包括在溶剂内的紫外吸收剂，以提供增强的耐候性，例如改进的抗紫外性。底漆20可以是水性底漆或溶剂基底漆。
[0017]在一个实施方案中，底漆20包括2-(2-羟基-4-[1-辛氧基羰基乙氧基]苯基)-4，6-双(4-苯基苯基)-1，3，5-三嗪、水、乙二醇单丁醚和聚甲基丙烯酸甲酯的紫外吸收剂混合物。在另一实施方案中，底漆20是溶剂基底漆，其中水和乙二醇单丁醚被双丙酮醇和1-甲氧基-2-丙醇替代。
[0018]在这一实例中，紫外吸收剂具有消光系数ε，其中在λ＝325纳米(nm)下ε优选≥45,000L-mol-1cm-1，更优选在λ＝325纳米(nm)≥55,000L-mo1-1cm-1，和最优选在λ＝325纳米(nm)为65,000L-mol-1cm-1。
[0019]在另一实施方案中，底漆20是水性底漆，所述水性底漆通常包括水作为第一共溶剂和有机液体作为第二共溶剂。在这一实施方案中，第二溶剂通常包括二元醇醚、酮、醇和乙酸酯类。优选地，第一共溶剂包括大于30wt％水性底漆，更优选大于约50wt％水性底漆，和最优选大于至少70wt％水性底漆。如上所述，与第二共溶剂有关的一般化学组优选包括二元醇醚、酮、醇和乙酸酯类，且第二共溶剂以小于水性底漆重量70wt％的用量存在。更优选第二共溶剂占水性底漆重量的小于约50wt％，和最优选占水性底漆重量的小于约30wt％。
[0020]例如，第二共溶剂可包括2-丁氧基乙醇(也称为乙二醇单丁醚)。该底漆可含有其他添加剂，尤其例如，但不限于，表面活性剂、抗氧化剂、杀虫剂和干燥剂。在第一和第二共溶剂内的紫外吸收剂可包括羟基苯基三嗪、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并三唑、羟基苯基三嗪、聚芳酰基间苯二酚和氰基丙烯酸酯。
[0021]可通过任何合适的大气压涂布方法，施涂底漆，其中包括，但不限于，帘涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂。
[0022]正如图1所示的，面漆23施涂在体系13的底漆20上的第一和第二表面16、18每一个上。面漆23增加聚碳酸酯体系额外或增强的功能性。这种增强的官能团包括改进的耐磨性和抗紫外性。例如，面漆23可以是在Exatec
Figure A20068004654900081
900上光体系中使用的硬涂层。在Exatec
Figure A20068004654900082
900上光体系中，机动车的上光面板包括透明聚碳酸酯基底、此处所述的油墨、水性丙烯酸底漆(Exatec
Figure A20068004654900083
SHP 9X，Exatec LLC和GE Silicones)、硅酮硬涂层(Exatec
Figure A20068004654900084
SHX，Exatec LLC和GESilicones)和使用等离子体加强的化学气相沉积法沉积的“玻璃状”涂层。
[0023]面漆23可包括用于本发明聚碳酸酯体系13的其他合适的组分，以增强其功能性。例如，其他合适的组分可包括氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、氧化锌、砷化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆或玻璃，及其混合物。
[0024]可通过本领域已知的任何技术施涂面漆23。这些技术包括由反应性物种沉积，例如在真空辅助的沉积方法中使用的那些，和大气压涂布方法，例如施涂溶胶-凝胶涂层到基底上所使用的那些。真空辅助的沉积方法的实例包括，但不限于，等离子体加强的化学气相沉积、离子辅助的等离子体沉积、磁控管溅射、电子束蒸发和离子束溅射。大气压涂布方法的实例包括，但不限于，幕涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂。
[0025]在这一实施方案中，面漆可由紫外吸收剂和任何合适的材料，其中包括聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯或硅酮硬涂层组成。
[0026]在一个实施方案中，面漆也可具有以上提及的紫外吸收剂(例如，TinuvinTM479，获自CIBA的高级三嗪紫外吸收剂)。面漆可或者在底涂过的基底上施涂或者可以是无底漆的面漆。
[0027]在这一实施方案中，为了装饰目的，装饰性油墨混合物可任选地施涂在基底14与底漆20之间的第二表面18上。在一个实施方案中，装饰性油墨可包括约5-34wt％获自聚酯油墨的聚酯树脂和约1-13wt％获自聚碳酸酯油墨的聚碳酸酯树脂。在这一实施方案中，聚酯油墨和聚碳酸酯油墨的重量比为最多约100∶0和大于约50∶50。装饰性油墨进一步包括约0.1-5wt％的异氰酸酯和平衡量的水性溶剂。在这一实施方案中，施涂硬涂层到装饰性油墨上，以便装饰性油墨粘合到表面上。
[0028]图2示出了根据本发明另一实施方案的聚碳酸酯体系113。正如所示的，聚碳酸酯体系113包括具有第一和第二表面116、118的透明塑料基底114。在这一实施方案中，底漆120仅仅施涂到第二表面118上。而且，面漆123施涂到仅仅在第二表面118之上的底漆120上。基底114、底漆120和面漆123优选由分别与以上所述的基底14、底漆20和面漆23相同的材料组成。在这一实施方案中，油墨混合物也可任选地施涂在基底114和底漆120之间的第二表面118上。
[0029]本发明的一个实例包括制备增强了耐候性的聚碳酸酯体系的方法。在这一实例中，提供透明的塑料基底。优选地，基底包括双酚A-聚碳酸酯和其他树脂等级(例如支化或取代)以及与其他聚合物，例如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)或聚乙烯共聚或共混。优选通过使用本领域的技术人员任何已知的技术，例如挤出、模塑(其中包括注塑、吹塑和压塑)或热成形(其中包括加热成形、真空成形和冷成形)，将基底形成为窗户，例如车窗。要注意，在没有落在本发明精神或范围以外的情况下，可在印刷之前、印刷之后或者施涂底漆和面漆之后，使用基底来形成窗户。
[0030]在这一实例中，该方法进一步包括在约室温到约50℃下，在以上提及的第一和第二共溶剂内混合紫外吸收剂约20分钟，确定紫外吸收剂溶液。优选地，第一共溶剂是水且占水性底漆重量的大于10％。第二共溶剂优选包括二元醇醚、酮、醇和乙酸酯类。第二共溶剂优选以小于水性底漆重量90％的用量存在。
[0031]该方法进一步包括添加紫外吸收剂溶液到稀释的胶乳乳液的混合物中，以确定分散体底漆。在这一实例中，紫外吸收剂包括羟苯基三嗪。该方法进一步在以上所述的聚碳酸酯基底的表面上施涂底漆。在这一实施例中，底漆包括2-(2-羟基-4-[1-辛氧基羰基乙氧基]苯基)-4，6-双(4-苯基苯基)-1，3，5-三嗪、乙二醇单丁醚和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物。
[0032]该方法包括在室温下干燥在基底上的底漆约20分钟并在约120至130℃下固化在底漆上的底漆约30分钟。
[0033]该方法进一步包括为了耐磨性在底漆上施涂面漆。在这一实例中，面漆是具有耐磨材料的硅酮硬涂层。该耐磨材料可包括氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、氧化锌、砷化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆或玻璃，或其混合物。
[0034]实施例
[0035]这一实施例提供使用紫外吸收剂，例如羟苯基三嗪(例如TinuvinTM479)，聚碳酸酯上光体系的改进的耐候性。在这一实施例中，进行试验，将紫外吸收剂引入到底漆内。对于这一实施例来说，选择TinuvinTM479，一种获自CI BA的高级三嗪紫外吸收剂。
底漆配方
[0036]在这一实施例体系中所使用的底漆是水性底漆且由乳液聚合物HycarTM26237和HycarTM26256组成。HycarTM26237是一种丙烯酸共聚物胶乳，其胶乳重量为9.11bs/gal和固体重量为4.41bs/gal。HycarTM26237具有如下所述的性能：pH2.5；总固体：50.5wt％；粘度：140cp；表面张力：43dyn/cm；比重-乳液：1.091；和比重-聚合物：1.210。HycarTM26256是一种合成阴离子丙烯酸共聚物胶乳，其胶乳重量为9.11bs/gal和固体重量为4.41bs/gal。HycarTM26256具有如下所述的性能：pH2.5；总固体：49.5wt％；粘度：120csp；表面张力：43dyn/cm；比重-乳液：1.09；和比重-聚合物：1.20。
[0037]紫外吸收剂UvinulTM3039包括在对照配方内。在这一实施例中，UvinulTM3039是2-乙基己基-2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸酯，一种分子量为361的透明黄色液体。以下提供标记为“对照配方A”的对照配方。
[0038]在这一实施例配方中使用获自Ciba的紫外吸收剂TinuvinTM479。紫外吸收剂TinuvinTM479是2-(2-羟基-4-[1-辛氧基羰基乙氧基]苯基)-4，6-双(4-苯基苯基)-1，3，5-三嗪。
[0039]
Figure A20068004654900111
[0040]以下提供标记为“样品A-E”的样品配方。
对照配方A
[0041]通过以下提供的方法制造对照配方A。在容器内称取约60份去离子水。然后添加约0.02份柠檬酸，并搅拌该混合物约15分钟。向这一混合物中添加约2.4份HycarTM 26237和约2.4份HycarTM26256。然后搅拌混合物约10分钟。在26份2-乙氧基丁醇中制造UvinulTM3039，然后在连续搅拌的同时，将该溶液相对缓慢地加入到该乳液混合物中。混合所得混合物约15分钟，然后过滤。
表A
[0042]含有TinuvinTM479的配方
  100％   100％   100％   100％
  B   C   D   E
  去离子水   57.63   57.63   57.63   57.63
  柠檬酸   0.03   0.03   0.03   0.03
  Hycar 237   4.80   4.80   4.80   2.40
  Hycar 256   4.80   4.80   4.80   2.40
  Tinuv in 479   0.2   0.405   0.81   1.62
  2-乙氧基丁醇   36.06   36.06   36.06   36.06
  BOF   0.2   0.405   0.81   1.62
  BOS   4   7.78   14.44   40.29
表A
[0043]工序
[0044]在容器内称取去离子水。然后在容器内称取柠檬酸，并在缓慢搅拌下保持该混合物，同时称取两种HycarTM 26256和26237乳液并加入到该容器中。在缓慢搅拌下混合约15分钟之后，单独称取紫外吸收剂TinuvinTM 479和2-乙氧基丁醇，混合和随后加入到本体容器中。然后搅拌该混合物约30分钟，然后过滤。发现固体百分数为约3.5至4wt％。
[0045]涂料施涂
[0046]用2-异丙醇清洁模塑的聚碳酸酯片材(各自为约730mm)，然后使用电离空气干燥。用两条(宽度约5英寸)8微米(干燥膜)的黑色油墨印刷该片材。然后在约20至25℃的温度和约40％的相对湿度的暗箱条件下，在这些片材上通过流涂工艺施涂底漆溶液。在室温下闪蒸该片材20分钟，接着在125℃下烘烤60分钟。发现厚度为约0.2至1.0微米。
[0047]结果
[0048]用硅酮硬涂层给基底涂面漆(或打底过的板)。测试该板的粘合性、外观和紫外吸收度。在油墨以及非油墨部分二者上，在板的顶部、中间和底部上测试粘合性。检测粘合性所使用的试验牵涉在与约65C的温度下维持的水中浸渍该部分10天。水浸渍试验包括根据ASTM D3359-95的起始划格法附着力试验(胶带牵拉)，接着在蒸馏水内，在约65℃的升高的温度下浸渍印刷和涂布的塑料基底约10天。周期性测试油墨和底漆/硬涂层与在硬涂层的顶部或下方施涂的任何任选的面漆之间的粘合性一直到最大10天。正如以下所示的，粘合性试验结果(％粘合性)表明非油墨(表B)和油墨区域具有相对粘合质量(＞90％)(表C)。
Figure A20068004654900131
表B
Figure A20068004654900141
表C
[0049]发现含有TinuvinTM479的底漆配方的粘合性相对良好且与含有UvinulTM3038的对照配方相当。
[0050]紫外吸收性
[0051]在基底或聚碳酸酯板上施涂不含紫外吸收剂的底漆溶液。使用Varian Cary 500UV Vis NIR分光光度计，在340nm下测量底漆的厚度并测量紫外指数。正如下表D中所示，当在其内的紫外吸收剂的浓度增加时，底漆的紫外吸收度增加，从而表明在底漆中有利的UV吸收功效。
  UVA   样品   浓度   Abs/μm
  BOF   BOS   面漆   底漆
  Uvinul3039   对照   1.30   22.00   0.19   0
  Tin  479   B   0.20   4.00   0.173   0.02
  Tin 479   C   0.40   7.78   0.226   0.50
  Tin  479   D   0.80   14.46   0.293   1.38
  Tin 479   E   1.60   40.29   0.4   1.89
表D    BOF-基于全部底漆
配方
BOS-仅仅基于固体
[0052]尽管用优选实施方案描述了本发明，但当然要理解，本发明不限于此，因为本领域的技术人员可作出改性，尤其鉴于前述教导。

Claims (27)

1.增强了耐候性的聚碳酸酯体系，该体系包括：
含第一表面和第二表面的基底，
置于基底第一表面上的底漆，和
为了耐磨性置于第一表面之上的底漆上的面漆，底漆和面漆中的至少一种包括在溶剂内的紫外吸收剂以供吸收紫外线，该紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥45,000L-mol-1cm-1。
2.权利要求1的体系，其中基底透明。
3.权利要求2的体系，其中基底是车窗。
4.权利要求1的体系，其中紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥55,000L-mol-1cm-1。
5.权利要求1的体系，其中紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥65,000L-mol-1cm-1。
6.权利要求1的体系，其中底漆置于基底的第二表面上，和面漆置于第二表面之上的底漆上。
7.权利要求6的体系，其中底漆包括2-(2-羟基-4-[1-辛氧基羰基乙氧基]苯基)-4，6-双(4-苯基苯基)-1，3，5-三嗪和聚甲基丙烯酸甲酯。
8.权利要求7的体系，进一步包括置于第一和第二表面之上的面漆上的耐磨材料。
9.权利要求8的体系，进一步包括置于第二表面之上的一部分基底上的油墨层。
10.权利要求9的体系，其中该油墨包括合成树脂，该合成树脂是聚碳酸酯树脂或聚酯树脂或其混合物。
11.权利要求8的体系，进一步包括置于面漆上的耐磨材料。
12.权利要求11的体系，其中耐磨材料包括氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、氧化锌、砷化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆或玻璃，或其混合物。
13.权利要求1的体系，其中底漆包括水性底漆和溶剂基底漆之一。
14.权利要求1的体系，其中底漆包括2-(2-羟基-4-[1-辛氧基羰基乙氧基]苯基)-4，6-双(4-苯基苯基)-1，3，5-三嗪和聚甲基丙烯酸甲酯。
15.权利要求1的体系，其中紫外吸收剂包括羟苯基三嗪。
16.权利要求1的体系，其中溶剂包括第一共溶剂和第二共溶剂。
17.权利要求16的体系，其中第一共溶剂包括水，和第二共溶剂包括二元醇醚、酮、醇或乙酸酯类或其混合物。
18.权利要求16的体系，其中第一和第二共溶剂中的每一种包括二元醇醚、酮、醇或乙酸酯类或其混合物。
19.权利要求1的体系，其中基底包括聚碳酸酯、聚乙烯或聚丙烯或它们的混合物。
20.权利要求1的体系，其中面漆包括紫外吸收剂，和至少一种下述材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯和硅酮。
21.制备增强了耐候性的聚碳酸酯体系的方法，该方法包括：
添加紫外吸收剂溶液到稀释的胶乳乳液混合物中，以确定分散体底漆，该紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥45,000L-mol-1cm-1；
在聚碳酸酯基底的表面上施涂底漆；和
为了耐磨性在底漆上施涂面漆。
22.权利要求21的方法，其中面漆包括紫外吸收剂。
23.权利要求22的方法，其中添加包括在约室温到约50℃下，在溶剂内混合紫外吸收剂20分钟，从而确定紫外吸收剂溶液。
24.权利要求22的方法，其中施涂底漆包括：
在室温下干燥在基底上的底漆约20分钟；和
在约120至130℃下固化在基底上的底漆约30分钟；和
25.制备增强了耐候性的聚碳酸酯体系的方法，该方法包括：
在约室温至约50℃下在溶剂内混合紫外吸收剂20分钟，该紫外吸收剂在λ＝325nm下的消光系数≥45,000L-mol-1cm-1，从而确定紫外吸收剂溶液；
添加该紫外吸收剂溶液到稀释的胶乳乳液的混合物中以确定分散体底漆；
在聚碳酸酯基底表面上施涂底漆；
在室温下干燥在基底上的底漆约20分钟；
在约120至130℃下固化在基底上的底漆约30分钟；和
为了耐磨性在底漆上施涂面漆。
26.权利要求25的方法，其中来自底漆的吸收度值为至少0.5。
27.权利要求25的方法，其中紫外吸收剂包括羟苯基三嗪。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20081217