CN109070129A - 具有包含硅氧烷材料的排斥性表面的液体贮存器和制品 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种包括液体排斥性表面的制品,诸如液体贮存器。所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。在一个实施方案中,所述液体排斥性表面(例如,层)包含有机硅熔体添加剂和热塑性聚合物材料组分。在一些实施方案中,所述制品(例如,液体贮存器)包含热塑性聚合物材料。
Description
背景技术
如例如WO98/32539中所述,用于喷涂液体(如油漆、园艺化学品等)的喷雾施涂系统通常是已知的。此类系统通常包括盛装液体的贮存器和喷涂枪,通过该喷涂枪分配液体。液体可在重力下从贮存器进料,并且/或者可夹带在加压液体流(例如,空气或水)中,然后从外部源供应给枪。
如WO98/32539中另外所述,一次性衬里已经与(例如,可重复使用的)液体贮存器配套使用。衬里可有助于处理内容物;保护贮存器或其内容物;以及有利于或甚至消除贮存器的清洁。
发明内容
利用本发明的喷雾(例如,油漆)施涂系统,在分配液体之后液体(例如,油漆)的一部分保留在液体贮存器或衬里内。根据液体贮存器或衬里的尺寸,保留的油漆的量可在约1/2至1盎司的范围内。就相对昂贵的液体(例如,每可喷涂盎司可花费3-6美元的有色汽车底漆油漆)而言,这样浪费的保留(例如,油漆)液体的成本可能是显著的。因此,使保留在制品(诸如喷雾施涂系统和其它制品的部件)上的油漆或其它液体的量最小化,业界会从中受益。
一类通常已知的含氟聚合物为TeflonTM PTFE树脂,或换句话讲通过单体四氟乙烯(具有结构CF2=CF2的“TFE”)的聚合制备的聚四氟乙烯聚合物。TeflonTM PTFE树脂被描述为晶体材料。晶体PTFE树脂通常具有约2.2g/cm3的密度。
已发现,TeflonTMPTFE不提供液体排斥性表面,使得与水的后退接触角为至少90度,并且/或者表面与水的前进接触角和后退接触角之间的差值小于10(度)。此外,如通过实施例中示出的测试方法所确定,TeflonTM PTFE也不提供(例如,水性)油漆排斥性表面。
本发明描述了液体贮存器和包括液体排斥性表面(例如,层)的其它制品。液体排斥性表面包含硅烷或硅氧烷(例如,聚二甲基硅氧烷)材料,其中液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。在一些实施方案中,液体排斥性表面包含(例如,一层)可热加工聚合物和硅氧烷熔融添加剂。在一些实施方案中,(例如,液体贮存器)制品包含热塑性聚合物材料。在一些实施方案中,液体贮存器为(例如,可移除)衬里。
附图说明
图1是喷雾施涂系统的透视图;
图2示出了还包括用于图1枪的衬里的液体(例如,油漆)贮存器的制品(例如,部件)的分解图;
图3示出了处于组装状态的图2的液体贮存器,其具有用于将液体贮存器连接到喷涂枪的适配器21;
图4示出了穿过图3的液体贮存器和适配器的纵截面;
图5示出了液体(例如,油漆)已经从贮存器或衬里分配之后的塌缩衬里;
图6是包括液体排斥性表面的制品的另一个实施方案的剖视图;
图7是包括液体排斥性表面的制品的另一个实施方案的剖视图;
图8是包括液体排斥性表面的制品的另一个实施方案的剖视图;以及
图9是包括液体排斥性表面的制品的另一个实施方案的剖视图。
剖视附图未按比例绘制。
具体实施方式
本发明描述了液体贮存器和包括液体排斥性表面(例如,层)的其它制品。液体贮存器和它们的衬里可以是喷雾施涂系统的部件。然而,液体排斥性制品(诸如液体贮存器和它们的衬里)也具有其它用途,在这些用途中此类制品不是喷雾施涂系统的部件。
例示的液体排斥性制品包括例如各种液体贮存器,包括(例如,油漆、粘度测量)杯、(例如,油漆)罐、(例如,油漆)桶、(例如,油漆调色剂)瓶、(例如,油漆)托盘和它们的衬里、筒、烧杯和它们的衬里;以及用于此类液体贮存器的盖子(封盖,lid)。
在一些实施方案中,液体贮存器或换句话讲容器的容量在100mL至1升的范围内。在其它实施方案中,液体贮存器可容纳小于100mL。例如,容量可为至少5、10或15mL,范围高达25、50、75或100mL。在其它实施方案中,液体贮存器可容纳大于1L。例如,容量可为至少2、3、4、5、6、7、8、9或10升,范围高达55加仑筒或更大的尺寸。
其它制品包括例如软管、管道(试管,tube)、手柄(例如,油漆施涂器的手柄,诸如辊、刷子、泡沫)、搅拌器具(例如,棒、勺)、移液管和移液管吸头、漏斗、滤网、过滤器和倾倒口(倾倒嘴,pour spouts)。
在又一个实施方案中,制品可为包装或保护膜。包装或保护膜通常为单层或多层膜的形式,并且可表征为包裹物。
各种单层和多层膜在例如US 9,187,678中有所描述。这些专利以引用方式并入本文。各种单层和多层膜的厚度可以是不同的。就多层膜构造而言,厚度通常为至少0.1、0.5、5、10、15、20或25微米。单层和多层膜的厚度可在至多1cm,但通常不大于10、8、9、7、6、5、4、3或2密耳的范围内。
包装膜可被转变为包括封套(外壳,enclosure)的特定形状,诸如在袋、包层、小袋等的情况中。在一些实施方案中,包装膜或封套可被填充并热密封。包装膜或封套可用于将盒、手提袋或其它容器连在一起,从而提供液体排斥性阻隔件或封套。
接下来的论述强调液体贮存器、衬里和盖子(例如,喷雾施涂系统的部件)作为示例性制品。另外,接下来的论述强调“油漆”为排斥性制品所排斥的液体。本文所述的制品和排斥性表面适用于其它家用和工业液体,尤其水基液体(如油漆和粘合剂)以及聚丙二醇及其衍生物。
图1示出了具体实施的喷雾施涂系统。枪1包括主体2、从主体的末端向下延伸的手柄3和位于主体前端的喷嘴4。该枪通过扳机5手动操作,该扳机可枢转地安装在枪的侧面上。液体(例如,油漆)贮存器6位于主体2的顶部并与内部(例如,空气)通道(不可见)连通,该通道通过枪从手柄3下端处的连接器7延伸至喷嘴4。在使用期间,液体(例如,油漆)提供于贮存器6中。可移动的盖子(可移动盖,movable lid)8与(例如,油漆)液体贮存器6的开口端接合。另外,连接器7连接至压缩空气源(未示出),使得当使用者拉动扳机5时,压缩空气通过枪递送至喷嘴4(或功能上类似的组件),并且夹带和雾化在重力下从液体贮存器6递送的油漆。然后,液体(例如,油漆)通过喷嘴4与压缩空气一起作为喷雾排出。
具体实施的喷雾施涂系统中可利用各种喷枪设计,诸如例如US5582350;US5267693;和EP 0768 921中所描述的。在一些实施方案中,喷雾施涂系统还可包括通常设置在(例如,油漆)液体贮存器和枪之间的管道或软管。
图2示出了可与图1的枪1(或任何类似枪)配套使用的另一个具体实施的液体(例如,油漆)贮存器11的部件,而不是液体(例如,油漆)贮存器6。液体(例如,油漆)贮存器11包括开放容器(敞口容器,open container)12,该容器具有适于附接到(例如,手持式)喷枪的尺寸,在其基部具有气孔12A并且设置有衬里13。衬里13的形状对应于容器12的内部并匹配在容器12的内部。(例如,可移除)衬里在与容器12的顶部边缘接触的开口端处可具有窄边缘14。容器12也具有(例如,一次性)盖子15。盖子15通常与衬里13的开口端的边缘14接合并且当盖子15附接到容器12时牢固地保持在适当位置。盖子可通过旋拧到容器上的环形衬圈20附接,诸如图3中所示。
液体贮存器6或液体(例如,油漆)贮存器11的容器12通常由任何合适尺寸的自支承(例如,刚性)热塑性聚合物材料(例如,聚乙烯或聚丙烯)形成。为了与油漆喷枪一起使用以及其它用途,具有100mL至1升范围内容量(诸如250、500或800mL的容量)的容器是常见的。盖子15通常也由热塑性聚合物材料(例如,聚乙烯或聚丙烯)形成。盖子可为透明的、半透明的或不透明的,并且可任选地着色。衬圈20可为模制的热塑性塑料,或其可为机械加工的金属(例如,铝)。在一些实施方案中,流体贮存器6和容器12通过热塑性聚合物的注塑成型而形成。
液体贮存器6以及衬里13通常也是自支承的,但也可为可塌缩的,即当(例如,油漆)液体在喷枪的操作期间从衬里或液体(例如,油漆)贮存器抽出时塌缩。在一个实施方案中,衬里13或液体(例如,油漆)贮存器6具有(例如,较厚)刚性基部13A和(例如,较薄)柔性侧壁13B。在该实施方案中,基部的厚度可为约250至400微米。相比之下,侧壁的厚度可在约100至250微米的范围内,并且在一些实施方案中不大于225、200或175微米。当衬里塌缩时,由于侧壁塌缩而不是基部塌缩,它通常在纵向(或轴向)方向上塌缩。衬里13和液体(例如,油漆)贮存器6的一些实施方案优选地通过热/真空形成热塑性材料(诸如低密度聚乙烯(LDPE))片材而形成。当衬里13或液体(例如,油漆)贮存器6为可塌缩的时,其可表征为单次使用或换句话讲“一次性”制品(例如,部件)。
盖子15通常包括(例如,中心)孔16,连接器管17从该孔延伸,在其端部处设置有向外延伸部18,形成连接件(诸如卡销连接件)的一部分;即通过推入插座然后旋转以锁定就位而接合的装置。液体(例如,油漆)贮存器11可通过使用如图3和图4中所示的适配器21附接到喷枪1。适配器21为管状部件,其在一端部22处与(例如,卡销)连接件的另一部分在内部形成,用于附接到连接器管17。适配器的另一端部23可被成形为匹配喷枪的标准附件(通常为螺纹)。适配器21可为机械加工的金属部件,并且可例如由阳极氧化铝或不锈钢形成。
在使用喷雾施涂系统的过程中,将适配器21(在端部23处)牢固地附接到喷枪。将衬里13插入容器12中。然后将液体(例如,油漆)置于衬里13中,将盖子15推入适当位置,并且衬圈20与容器12紧紧接合(例如,向下旋拧)以将盖子保持在适当位置。衬里13的边缘14通常保持在盖子15和容器12之间的适当位置,如图4所示。随着油漆从衬里13内移除,由于衬里内的压力降低,衬里的侧面塌缩,如图5所示。衬里的基部刚性更强,会保持其形状,使得衬里往往在纵向而不是横向方向上塌缩,从而降低一部分油漆截留在衬里中的可能性。
衬里13通常具有平滑的(例如,连续的)内表面,缺少将增加液体(例如,油漆)保留的结构。因此,衬里在侧壁13B与基部13A的内部接界处通常不具有自平坦表面的不连续部分(突出部或压痕),诸如褶绉、波纹、缝、接头、角撑或凹槽。此外,衬里在体积上与容器12的内部重合。
液体(例如,油漆)可在衬里13内或在液体(例如,油漆)贮存器6内混合。为了便于用作混合接收器,容器12或液体(例如,油漆)贮存器6的侧壁可设置有标记25(图2和图3),使得能够确定容器内内容物的体积。
虽然流体贮存器6、容器12和衬里13可为不透明的,但此类制品(例如,部件)优选为透明的或半透明的,使得液体可透过壁肉眼观察到。这也可有利于将流体贮存器6或容器12和衬里13用作测量和混合接收器。
液体贮存器6或衬里13中容纳的液体(例如,油漆)经常用手混合。手动混合可有利于避免空气截留。当用手混合时,液体贮存器6或衬里13的内表面也通常不暴露于大力度的混合力。然而,混合容器的侧壁可能被‘刮擦’,以确保所有的调色剂和其它成分充分混合。
在一些实施方案中,衬里是由材料(诸如但不一定限于低密度聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯和/或它们的共混物)热成形、注模、吹塑的(或使用某些其它塑料加工技术形成)。合适的衬里制品(例如,部件)可以以商品名“3M PPS油漆制备系统”商购获自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)。
为了确保不存在不期望的颗粒,在使用喷雾施涂系统的过程中随着(例如,油漆)液体穿过液体贮存器6或衬里13进入喷枪或喷嘴,液体(例如,油漆)通常经过(例如,可移除)过滤器。此类过滤器可定位在各个位置。在一个实施方案中,孔16被过滤器网19覆盖,该过滤器网可推压配合到孔中或者可为盖子15的一体部分,如图4中所示。在另一个实施方案中,过滤器可设置在液体贮存器6内,如WO 98/32539的图12中所描述和所示。
图1至图9示出了示例性制品,诸如液体(例如,油漆)贮存器、液体贮存器衬里和用于液体(例如,油漆)贮存器的盖子的示例。此类制品(例如,部件)可任选地包括如本领域中已知的用于喷雾施涂系统的各种其它改型,如例如WO 98/32539中所述。
在本发明中,描述了一种制品(例如,液体贮存器、液体贮存器衬里、用于液体贮存器或衬里的盖子、喷雾施涂系统的部件),该制品具有液体排斥性表面(例如,层)。液体排斥性表面层可存在于此类制品(例如,部件)中至少一者的表面的一部分上,或者液体排斥性表面层可存在于在使用期间与液体(例如,油漆)接触的整个表面上。虽然液体贮存器、衬里、盖子等的外表面可具有本文所述的液体排斥性表面层,但在典型的实施方案中,液体贮存器、衬里和/或盖子的内表面具有液体排斥性表面层。
如WO2016/069674中所述,当液体(例如,油漆)排斥性表面包含浸渍到多孔层的孔中的润滑剂时,外暴露表面主要为液体润滑剂。多孔层的一些结构可从液体润滑剂突出并且可存在于外暴露表面处。然而,外暴露表面主要为液体润滑剂。在该实施方案中,通常至少50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或更大的表面区域为液体润滑剂,如可通过显微镜法测定的。因此,被排斥的水性液体(例如,油漆)接触液体润滑剂并被液体润滑剂排斥。
“液体”意指润滑剂在使用温度下的动态(剪切)粘度为至少约0.1、0.5或1mPa-s并且不大于107mPa-s。在典型的实施方案中,动态粘度不大于106、105、104或103mPa-s。本文所述的动态粘度值是指在1sec-1的剪切速率下测量的那些。
如本文所述,制品(例如,喷雾施涂系统部件)的液体(例如,油漆)排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。相反,外暴露表面主要为固液(例如,油漆)排斥性材料。在该实施方案中,小于50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.005%、0.001%的表面区域为液体润滑剂。相反,至少50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%或更大的外暴露表面为固液排斥性材料。因此,被排斥的水性液体(例如,油漆)接触固液排斥性材料并被固液排斥性材料排斥。
固液(例如,油漆)排斥性材料在制品(例如,喷雾施涂系统部件)的使用温度(通常在40°F至120°F的范围内)下通常为固体。在典型的实施方案中,固液(例如,油漆)排斥性材料在室温(例如,25℃)下为固体。因此,固液(例如,油漆)排斥性材料的熔融温度(如可通过差示扫描量热法所测量的吸热峰)大于25℃,并且通常大于120°F(49℃)。在一些实施方案中,固液(例如,油漆)排斥性材料的熔融温度不大于200℃。固体(例如,油漆)排斥性材料可表现出多于一个熔融温度。在典型的实施方案中,使用单一的固液(例如,油漆)排斥性材料。然而,当液体排斥性表面由涂料组合物提供时,涂料组合物可包含固液(例如,油漆)排斥性材料的混合物。
参照图6,制品200为包括基材的制品(例如,喷雾施涂系统的部件)或具有包含(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂和硅氧烷(例如,聚二甲基硅氧烷“PDMS”)材料的液体(例如,油漆)排斥性表面253的制品(例如,部件)210(例如,衬里、液体贮存器或盖子)。外暴露表面(例如,层)253处的硅氧烷(例如,PDMS)材料的浓度通常高于靠近基材210的(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂层251内的硅氧烷材料的浓度。在一个实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性表面(例如,层)可通过用涂料组合物涂覆制品或基材210来提供,该涂料组合物包含有机溶剂、(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂和硅氧烷(例如,PDMS)材料。
参照图7,制品300为包括基材的制品(例如,喷雾施涂系统的部件)或具有包含硅氧烷(例如,PDMS)材料的液体(例如,油漆)排斥性表面(例如,层)353的制品(例如,部件)310(例如,衬里、液体贮存器或盖子)。外暴露表面(例如,层)353处的硅氧烷(例如,PDMS)材料的浓度通常高于靠近基材310中心的硅氧烷(例如,PDMS)材料的浓度。在一个实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性表面353可通过将硅氧烷(例如,PDMS)材料作为通过热加工而形成基材310的聚合物材料中的熔体添加剂包括到制品(例如,部件)如衬里、液体贮存器或盖子中来提供。
参照图8,制品400为包括基材的制品(例如,喷雾施涂系统的部件)或具有液体(例如,油漆)排斥性表面453的制品(例如,部件)410(例如,衬里、液体贮存器或盖子),该液体(例如,油漆)排斥性表面包含硅氧烷(例如,PDMS)聚合物层或包含氟化基团和硅烷或硅氧烷基团的聚合物451。在一个实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性表面453可通过用涂料组合物涂覆基材410来提供,该涂料组合物包含有机溶剂和硅氧烷(例如,PDMS)聚合物,如随后将描述的。硅氧烷含量在硅氧烷层的整个厚度上通常是相同的。在另一个实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性表面453可通过将基材410连同硅氧烷(例如,PDMS)聚合物层451共挤出成片材,并且将该片材通过加热加工成制品(诸如衬里、液体贮存器或盖子)来提供。
参照图9,制品500为包含硅氧烷(例如,PDMS)聚合物的基材或制品510(例如,喷雾施涂系统的部件),诸如衬里、液体贮存器或盖子。硅氧烷含量在基材或制品(例如,部件)的整个厚度上通常是相同的。制品(例如,部件)的内表面和外表面通常包含硅氧烷聚合物。在另一个实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性表面可通过加热将硅氧烷聚合物或包含氟化基团和硅烷或硅氧烷基团两者的聚合物加工成制品(例如,部件)诸如衬里、液体贮存器或盖子来提供。
在一些实施方案中,(例如,油漆)液体排斥性表面包含硅氧烷(例如,PDMS)材料和(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂。在典型的实施方案中,将多量的非氟化聚合物粘结剂与足量提供期望的排斥性特性的硅氧烷(例如,PDMS)材料混合,如本文所述。
在典型的实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料的量为至少约0.05重量%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、1.5重量%、2.0重量%或2.5重量%,并且在一些实施方案中,为至少约3.0重量%、3.5重量%、4.0重量%、4.5重量%或5重量%。硅氧烷(例如,PDMS)材料的量通常不大于硅氧烷(例如,PDMS)材料和非氟化聚合物粘结剂总和的50重量%、45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%、20重量%、15重量%或10重量%。
在其它实施方案中,(例如,油漆)液体排斥性表面包含硅氧烷(例如,PDMS)材料。在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料在25℃和在40°F(4.44℃)至130°F(54.4℃)范围内的温度下为固体而非液体(例如,润滑剂)。在典型的实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料不含氟化基团,因此不含氟原子。然而,在其它实施方案中,主要硅氧烷(例如,PDMS)材料还可包含一个或多个氟化基团。虽然最常见的是利用硅氧烷(例如,PDMS)材料,但也可利用含氟化合物材料和硅氧烷(例如,PDMS)材料的组合。
在一些实施方案中,将多量的非氟化聚合物粘结剂或可热加工聚合物与足量提供期望的排斥性特性的硅氧烷(例如,PDMS)材料混合,如本文所述。
在一些实施方案中,有机硅材料为具有聚硅氧烷主链并且更通常具有聚二甲基硅氧烷主链的化合物、低聚物或聚合物。聚硅氧烷主链还可包含侧基基团,诸如烃(例如,优选烷基)基团。此类侧基基团包含多于一个碳原子。有机硅材料通常不包含将导致有机硅材料形成交联网络的乙烯基基团或其它可聚合基团。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料(例如,低聚物或聚合物)包含至少50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%或95重量%的聚二甲基硅氧烷主链。硅氧烷(例如,PDMS)材料还可包含较长侧链烃(例如,优选烷基)基团,该基团的量为至少5重量%、10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%或35重量%的硅氧烷(例如,PDMS)材料。
如通过GPC所测量,硅氧烷(例如,PDMS)低聚物的分子量(Mn)可为至少1500或2000g/mol。硅氧烷低聚物的分子量(Mn)通常不大于10,000、9000、8000或7000g/mol。硅氧烷(例如,PDMS)聚合物的分子量(Mn)通常大于10,000;15,000;或20,000g/mol。在一些实施方案中,硅氧烷聚合物的分子量不大于100,000;75,000;或50,000g/mol。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料包含较长侧链烃(例如,优选烷基)基团,其中较长链烃(例如,优选烷基)基团平均具有至少8、10、12、14、16、18或20个碳原子。在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料包含较长侧链烃(例如,优选烷基)基团,其中较长链烃(例如,优选烷基)基团平均具有大于20个(诸如至少25、30、35或40个)碳原子。较长侧链烃(例如,优选烷基)基团通常平均具有不大于75、70、65、60或50个碳原子。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料可表征为烷基聚二甲基硅氧烷。烷基聚二甲基硅氧烷包含至少一个平均具有至少8、10或12个碳原子的直链、支链或环状烷基基团,如月桂基聚二甲基硅氧烷,其示出如下:
在一些实施方案中,烷基聚二甲基硅氧烷包含至少一个平均具有至少14、16或18个碳原子的直链、支链或环状烷基基团,如鲸蜡基聚二甲基硅氧烷和硬脂基聚二甲基硅氧烷。
这些材料的特征在于具有(例如,直链)聚硅氧烷主链,该主链具有末端烷基(如C1-C4,通常为甲基)硅烷基团和侧链(例如,直链)烷基基团。
优选的烷基聚二甲基硅氧烷通常具有结构:
其中(a+b+c)的总和介于约100和1000之间,例如介于约200和500之间或介于约300和400之间;a与(b+c)总和的比率为约99.9∶0.1至80∶20,或约99∶1至85∶15,或约99∶1至90∶10,或约99∶1至92∶8,或约98∶2至93∶7,或约98∶2至94∶6;R1为具有介于20和50个之间的碳原子(例如,约22至46个碳原子,或约24至40个碳原子)的直链、支链或环状烷基基团;R2为具有介于2和16个之间的碳原子(例如,约4至16个,或约5至12个,或约6至10个,或约8个碳原子)的直链、支链或环状烷基或烷芳基基团;并且该结构为无规、嵌段或嵌段结构。在一些实施方案中,结合R1和R2基团中碳的数目,a与(b+c)的比率导致具有大于约50重量%的二甲基硅氧烷(a)单元,或在实施方案中大于约60重量%的二甲基硅氧烷单元的烷基聚二甲基硅氧烷。在一些实施例中,c为0。在一些实施方案中,(a+b+c)的总和为约300至400,并且“a”与(b+c)的总和的比率为约98∶2至94∶6。在一些实施方案中,烷基聚二甲基硅氧烷为其两种或更多种种类的共混物,其中所述种类根据(a+b+c)的总和、“a”与(b+c)的总和的比率、c的值,或两个或更多个此类参数而异。在一些实施方案中,烷基聚二甲基硅氧烷为无规结构。在一些实施例中,R1为直链烷基基团。在一些实施例中,R2为直链烷基基团。
上式I的烷基聚二甲基硅氧烷材料的特征在于具有(例如,直链)聚硅氧烷主链,该主链具有末端烷基(C1-C4,通常为甲基)硅烷基团和多个侧链(例如,直链)烷基基团。
合成烷基聚二甲基硅氧烷的方法在本领域中是已知的。参见例如US9,187,678;该专利(全文)以引用方式并入本文。
虽然烷基聚二甲基硅氧烷的结构通常优选为线型结构,但技术人员应当理解,合成的或购买的此类结构可包含一定(例如,少)量的分支。使用技术人员理解的术语,此类支化被称为“T”和“Q”官能度。在本文任何实施例中,基本上线型的烷基聚二甲基硅氧烷结构可包含一定量的T支化、Q支化、或二者。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,烷基聚二甲基硅氧烷)材料的熔融温度(如通过DSC所测量的吸热峰)为至少140°F(60℃)或150°F(65.6℃),并且范围高达170°F(76.7℃)、175°F(79.4℃)或180°F(82.8℃)。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料可表征为高分子量或超高分子量(UHMW)聚二甲基硅氧烷(例如,熔体添加剂)材料。在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料的粘度为至少10,000厘沲;25,000厘沲;或50,000厘沲,范围高达100,000厘沲。在其它实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料在25℃下的粘度大于100,000厘沲。该粘度可为至少250,000厘沲;500,000厘沲;1,000,000厘沲;或5,000,000厘沲;并且通常小于10,000,000厘沲。在仍其它实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料可表征为超高分子量(UHMW)硅氧烷(例如,PDMS)材料,其粘度大于1千万厘沲,范围高达5千万厘沲。
高和超高分子量硅氧烷(例如,PDMS)材料通常包含很少或不含粘度小于10,000厘沲或小于5,000厘沲或小于2500厘沲或小于1000厘沲的材料。超高分子量(UHMW)硅氧烷(例如,PDMS)材料通常包含很少或不含粘度在10,000厘沲至100,000厘沲范围内的材料。另外,超高分子量(UHMW)硅氧烷(例如,PDMS)材料通常包含很少或不含粘度在100,000厘沲至厘沲范围内的材料。当硅氧烷材料包含很少或不含某些粘度的硅氧烷(例如,PDMS)材料时,基于硅氧烷(例如,PDMS)材料的总重量计,所述量小于5重量%、4重量%、3重量%、2重量%、1重量%、0.5重量%或0.1重量%。除非另外指明,否则本文所述的粘度值是指在25℃的温度和1sec-1的剪切速率下所测量的那些。
硅氧烷材料熔体添加剂常常包含聚二甲基硅氧烷主链。一些甲基基团可以被官能团取代以调节可热加工聚合物内的相容性和移动性。加成反应有机硅弹性体,例如聚乙烯基硅氧烷(即乙烯基聚硅氧烷)为粘滞液体,该粘滞液体可固化(即化学交联乙烯基或其它反应性基团)成橡胶状固体,呈现在固化时与其接触的表面的形状或外形。此类材料可表征为热固性的。与加成反应有机硅弹性体不同,在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂不是化学交联的,并且通常不包含大量的烯属不饱和基团(诸如,乙烯基基团或其它反应性基团)。在其它实施方案中,一些PDMS可包含二甲基乙烯基端基。此外,一些PDMS可为羟基封端的。此类烯属不饱和基团(例如,乙烯基)或其它反应性基团的浓度通常足够低,使得硅氧烷材料为热塑性材料并且/或者适用于在此类基团的化学交联之后进行热加工。
在一些实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂可与可热加工聚合物预混合作为“母料”商购获得。例如,熔体流动指数为8,具有50%硅氧烷含量的超高分子量(UHMW)聚二甲基硅氧烷可预分散在低密度聚乙烯(LDPE)中,以商品名“MB50-002母料”商购获自道康宁公司(Dow CorningTM)。在一些实施方案中,LDPE也可包含硅石(例如,滑石)。虽然母料为通常呈粒料形式或粉末形式的固体材料,但根据文献,包含在其中的硅氧烷(例如,PDMS)材料像熔体聚合物一样流动,然而可具有比通常用作润滑剂浸渍表面的润滑剂的有机硅油更高的分子量。
制品(例如,喷雾施涂系统的部件)优选以一定方式制备,使得硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂与与其混合的可热加工聚合物充分分离,并迁移到制品(例如,部件)的表面。当硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂的分离或迁移不充分时,得不到如本文所述的液体(例如,油漆)排斥性表面。硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂的浓度不足也可导致得不到液体(例如,油漆)排斥性表面。在一些实施方案中,制品(例如,部件)或液体(例如,油漆)排斥性表面可经受热处理,以有利于硅氧烷(例如,PDMS)材料熔体添加剂与大部分可热加工聚合物分离。此类热处理可例如当衬里由通过挤出制备的片材热成形时发生,因此衬里可具有比制备其的片材更好的液体(例如,油漆)排斥性。
在一些实施方案中,硅氧烷材料可表征为硅氧烷共聚物或含有机硅的共聚物。上述烷基聚二甲基硅氧烷为一类硅氧烷共聚物。然而,其它种类的硅氧烷共聚物也是合适的。
硅氧烷共聚物通常使用诸如活性阴离子聚合、开环聚合(ROP)、原子转移自由基聚合(ATRP)和逐步聚合之类的方法制备。硅氧烷共聚物可表征为例如接枝、分段或嵌段共聚物。嵌段共聚物可具有各种结构,最常见为二嵌段或三嵌段结构。
虽然最常见的硅氧烷聚合物主链为聚二甲基硅氧烷(PDMS),但硅氧烷聚合物的主链可包含其它取代基或衍生自其它单体的聚合单元,尤其非反应性聚合单元,诸如甲基苯基硅氧烷、二苯基硅氧烷或3,3,3-三氟丙基甲基硅氧烷,以及它们的组合。
聚二有机硅氧烷(“聚硅氧烷”)主链包含下式的重复单元:
其中每个R独立地为C1-13一价有机基团。例如,R可为C1-C13烷基、C1-C13烷氧基、C2-C13烯基基团、C2-C13烯基氧基、C3-C6环烷基、C3-C6环烷氧基、C6-C14芳基、C6-C10芳氧基、C7-C13芳烷基、C7-C13芳烷氧基、C7-C13烷基芳基或C7-C13烷基芳氧基。在期望透明聚硅氧烷-聚碳酸酯的实施方案中,R优选地未被卤素取代。上述R基团的组合可用于相同的共聚物。
上式中E的值可以变化。一般来讲,E的平均值为至少2、5或10,并且在一些实施方案中为至少15、20、25、30、35或40。在典型的实施方案中,E的平均值高达1,000。在一些实施方案中,E不大于900、800、700、600、500、400、300、200或100。在一些实施方案中,E不大于90、80、70或60。
在一些实施方案中,硅氧烷共聚物包含50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%或95重量%的聚有机硅氧烷(例如,PDMS)材料,例如在前述烷基聚二甲基硅氧烷的情况中。在其它实施方案中,硅氧烷共聚物包含小于50重量%的聚有机硅氧烷(例如,PDMS)材料。在一些实施方案中,硅氧烷共聚物包含至少1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%、4重量%、4.5重量%或5重量%的聚有机硅氧烷(例如,PDMS)材料。在其它实施方案中,硅氧烷共聚物包含至少10重量%、15重量%、20重量%、25重量%或30重量%的聚有机硅氧烷(例如,PDMS)材料。
虽然在以上示出的烷基聚二甲基硅氧烷共聚物的情况中,烷基基团直接键合到硅氧烷主链的有机硅原子上,但当硅氧烷共聚物由其它合成路线制备时,有机硅共聚物还可包含共聚物内的其它基团。在此类实施方案中,有机硅共聚物可表征为有机硅脲共聚物、有机硅聚氨酯共聚物、有机硅酯共聚物、有机硅酰胺共聚物、有机硅酰亚胺共聚物等。
硅氧烷共聚物的共聚单体可基于制品(例如,喷雾施涂系统的部件)的组成和/或基于制备制品(例如,部件)或其排斥性表面的预期方法来选择。
例如,当制品(例如,喷雾施涂系统的部件)为可热加工材料诸如聚烯烃(例如,LDPE)并且排斥性表面是通过使用硅氧烷材料熔体添加剂制备的,硅氧烷共聚物熔体添加剂可以是烷基聚二甲基硅氧烷共聚物或聚烯烃与聚有机硅氧烷(例如,PDMS)的共聚物。包含聚烯烃的其它硅氧烷共聚物为诸如下列专利中所描述的各种嵌段共聚物:US 5,618,903;US5,641,835和US 5,728,469;这些专利以引用方式并入本文。作为又一个示例,当制品(例如,喷雾施涂系统的部件)包含聚碳酸酯时,硅氧烷共聚物熔体添加剂可为聚碳酸酯硅氧烷共聚物。
根据共聚单体的选择,硅氧烷(例如,共聚物)材料可具有比以上示出的烷基聚二甲基硅氧烷共聚物更高的熔点或更高的软化点。例如,在一些实施方案中,(例如,聚碳酸酯)硅氧烷共聚物的维卡软化温度(ASTM D 1525,速率A/50)为至少150°F(65.6℃)、200°F(93.3℃)或250°F(121.1℃),范围高达275°F(135℃)或300°F(148.9℃)。高度交联的(例如,热固性的)硅氧烷材料通常具有在刚刚描述范围内的软化温度。
在一个实施方案中,聚碳酸酯硅氧烷共聚物包含下式的结构单元:
其中x和y为表示重复单元数的整数;并且x为至少1。
此类结构单元可表征为嵌段共聚物的A嵌段。
聚碳酸酯硅氧烷共聚物还包含聚碳酸酯结构单元。在典型的实施方案中,聚碳酸酯结构单元具有下式:
此类结构单元可表征为嵌段共聚物的B嵌段。其它芳族聚碳酸酯结构单元示出如下:
在一个实施方案中,硅氧烷共聚物包含下式的结构单元:
其中聚碳酸酯硅氧烷共聚物或其结构单元的x、y和z为表示式中重复单元的数目的整数。整数x为至少1并且通常落在与E相同的范围内,如前文所述。整数y为至少1并且通常小于15或10。在一些实施方案中,z在50至400的范围内。
根据US2013/0186799(以引用方式并入本文),式V提供了聚碳酸酯(PC)硅氧烷树脂LEXANTMEXL 1414T树脂的结构。
由于LEXANTM共聚物为(例如,透明)可热加工热塑性树脂,此类共聚物可用于利用各种热加工技术(诸如,注塑和热成形)来制备液体排斥性制品(例如,液体贮存器、衬里、盖子、喷雾施涂系统的部件)。
在一些实施方案中,至少排斥性表面层是由(例如,透明)硅氧烷共聚物制备的,该硅氧烷共聚物在300℃/1.2kgf(ASTM D1238)下的熔体流动速率为至少2.5、5或10g/10分钟,并且通常不大于30、25或20g/10分钟。可使用不同流动特性的聚碳酸酯硅氧烷共聚物的混合物来实现总体期望的流动特性。高度交联的(例如,热固性的)硅氧烷材料通常具有在刚刚描述范围内的溶体流动指数。
硅氧烷共聚物的拉伸强度通常为至少40、45、50、55或60MPa。此外,硅氧烷共聚物可具有小于10%或5%的低断裂伸长率。在一些实施方案中,硅氧烷共聚物的拉伸模量为至少1000、1500或2000MPa,范围高达2500MPa。拉伸和伸长特性可根据ASTM D-638来测量(例如,在50mm/min的速率下)。
PDMS的熔点通常为约-40℃,其玻璃化转变温度(Tg)为约-125℃。硅氧烷共聚物的熔点和玻璃化转变温度可大于0℃或大于25℃。在一些实施方案中,硅氧烷共聚物的熔融温度为至少100℃、150℃、200℃、250℃或300℃,并且通常不大于350℃或400℃。在一些实施方案中,硅氧烷共聚物的Tg为至少50℃、75℃、100℃、125℃或150℃,并且通常不大于175℃或200℃。除非另外指明,否则热特性可通过差示扫描量热法(DSC)来确定。
在一些实施方案中,排斥性表面可通过在制品(例如,喷雾施涂系统部件、液体贮存器、衬里、盖子)上提供通过向制品(例如,喷雾施涂系统部件)施涂包含硅氧烷材料如聚碳酸酯-硅氧烷共聚物的有机溶剂涂料组合物而形成的排斥性表面层来制备。
可使用各种有机聚合物粘结剂。虽然也可使用氟化有机聚合物粘结剂,但氟化有机聚合物粘结剂通常比非氟化粘结剂昂贵得多。此外,非氟化有机聚合物粘结剂可能对聚合物制品(例如,贮存器、衬里、盖子、喷雾施涂系统的部件)表现出更好的粘合力。
合适的非氟化粘结剂包括例如聚苯乙烯、无规立构和间规立构聚苯乙烯、丙烯酸类(即聚(甲基)丙烯酸酯)、聚酯、聚氨酯(包括聚酯型热塑性聚氨酯“TPU”)、聚烯烃(例如,聚乙烯)和聚氯乙烯。如随后将描述的许多聚合物材料(制品(例如,贮存器、衬里、盖子、喷雾施涂系统的部件)可由其热加工而制得)可用作(例如,有机溶剂)涂料组合物的非氟化有机聚合物粘结剂。然而,在典型的实施方案中,非氟化有机聚合物粘结剂为与制品(例如,部件)的聚合物材料不同的材料。在一些实施方案中,有机聚合物粘结剂与水的后退接触角通常小于90、80或70度。因此,粘结剂通常不是硅氧烷(例如,PDMS)材料。
在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂为具有相对高分子量的膜级树脂。膜级树脂可能更耐用且更难溶于可存在于被排斥的液体(例如,油漆)中的有机溶剂中。在其它实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂可以是较低分子量的成膜树脂。成膜树脂可能更适形,并且较不可能影响液体(例如,油漆)贮存器或衬里的可折叠性。粘度和熔体流动指数指示分子量。也可使用(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的混合物。
在一些实施方案中,膜级(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂在200℃/5Kg下的熔体流动指数通常为至少1、1.5、2、2.5、3、4或5g/10min,在200℃/5Kg下范围高达20、25或30g/10min。熔体流动指数可根据ASTM D-1238来测定。(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的拉伸强度通常为至少40、45、50、55或60MPa。此外,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂可具有小于10%或5%的低断裂伸长率。拉伸和伸长特性可根据ASTM D-638来测量。刚刚描述的此类膜级(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂也可适合用作制品(例如,喷雾施涂系统部件、贮存器、衬里、盖子)的可热加工聚合物。
在其它实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂具有比膜级聚合物更低的分子量和更低的拉伸强度。在一个实施方案中,(如通过ASTM D-1084-88测量的)(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂在400°F (204℃)下的熔融粘度在约50,000至100,000cps的范围内。在另一个实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的分子量(Mw)通常为至少约1000、2000、3000、4000或5000g/mol,范围高达10,000;25,000;50,000;75,000;100,000;200,000;300,000;400,000或500,000g/mol。在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的拉伸强度为至少5、10或15MPa,范围高达25、30或35MPa。在其它实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的拉伸强度为至少40、45或50MPa,范围高达75或100MPa。在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的断裂伸长率范围高达25%、50%、100%、200%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%或1000%或更高。在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的肖氏硬度A为至少50、60、70或80,范围高达100。
在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂被选择成使得其在经涂覆基材或制品的使用温度下是(例如,在机械上)适形的。
在该实施方案中,如可通过DSC测量的,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的玻璃化转变温度(Tg)小于0℃或32°F。在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的玻璃化转变温度(Tg)小于20°F、10°F、0°F、-10°F、-20°F、-30°F、-40°F、-50°F、-60°F、-70°F或-80°F。在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的Tg为至少-130℃。(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂的选择可有助于排斥性表面的耐久性。
在典型的实施方案中,非氟化有机聚合物粘结剂通常不与硅氧烷(例如,PDMS)材料形成化学(例如,共价)键,因为这可能阻碍硅氧烷(例如,PDMS)材料向最外表面层迁移。
在一些实施方案中,(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂是不可固化的,诸如在醇酸树脂的情况中。醇酸树脂为通过添加脂肪酸和其它组分改性的聚酯。它们衍生自多元醇和二羧酸或羧酸酸酐。醇酸是大多数市售“油基”油漆和涂料最常见的树脂或“粘结剂”。
在一些实施方案中,非氟化聚合物粘结剂的选择可影响提供期望的液体(例如,油漆)排斥性特性的硅氧烷(例如,PDMS)材料的浓度。
硅氧烷(例如,PDMS)聚合物或包含硅氧烷(例如,PDMS)材料和非氟化有机聚合物粘结剂的组合物可溶解、悬浮或分散于多种有机溶剂中,以形成适用于将组合物涂覆到基材或制品(例如,喷雾施涂系统的部件)上的涂料组合物。基于涂料组合物的重量计,有机涂料组合物通常包含至少约85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更多的有机溶剂。涂料组合物通常包含至少约0.01%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%或更多的(例如,非氟化)有机聚合物粘结剂和硅氧烷(例如,PDMS)材料的固体。然而,涂料组合物可作为具有甚至更高固体含量,例如20重量%、30重量%、40重量%或50重量%固体的浓缩物提供。合适的溶剂包括例如醇、酯、乙二醇醚、酰胺、酮、烃、氯代烃、氢氟烃、氢氟醚、氯碳化合物以及它们的混合物。在一些实施方案中,涂料组合物为包含至少50重量%或更多水和有机助溶剂的水性悬浮液、乳液或溶液。
在一个实施方案中,涂料组合物可包含5重量%的低密度聚乙烯粘结剂(例如,在接下来的实施例中描述的NA217000LDPE或Marflex 1122LDPE)溶解于95重量%有机溶剂(例如,二甲苯、甲苯或二氯乙烯)中。涂料组合物还可包含3重量%的硅氧烷材料(例如,在接下来的实施例中描述的SMA)。可使用其它浓度的粘结剂和硅氧烷材料,前提条件是获得期望的液体排斥性特性。
涂料组合物可包含一种或多种添加剂,前提条件是包含此类添加剂不会减损液体(例如,油漆)排斥性特性。
可利用诸如(例如)喷涂、填充、浸涂、辊涂、刷涂或抽空(任选地随后干燥经处理的基材以移除任何剩余的水或有机溶剂)之类的标准方法将涂料组合物施涂至基材或制品(例如,部件)上。基材可为片材制品的形式,其随后可通过加热成形为液体(例如,油漆)贮存器、衬里或盖子。当涂布适当尺寸的平坦基底时,可以使用刮涂或刮棒涂布来确保基底的均匀涂层。
有机涂料组合物的含水量优选小于1000、500、250、100或50ppm。在一些实施方案中,涂料组合物在25℃下在低相对湿度(例如,小于40%、30%或20%)下施涂到基材上。
可施加足够量的涂料组合物以便获得期望的排斥性特性。薄至250、300、350、400、450或500nm,范围高达1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5微米的涂层可提供期望的排斥性。然而,也可使用较厚的涂层(例如,高达约10、15、20微米或更大)。可通过将包含相对高浓度固体的涂料组合物的单一较厚层施加至基材以获得较厚的涂层。也可通过将连续层施加至基材来获得较厚的涂层。
在另一个实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料可以与可热加工(例如,热塑性)聚合物混合,然后熔融加工成表面层、基材或制品(例如,部件),诸如液体(例如,油漆)排斥性贮存器、衬里或盖子。在该实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料通常迁移到表面,从而形成相对于硅氧烷材料和可热加工聚合物的总量具有高浓度硅氧烷材料的表面层。
在典型的实施方案中,硅氧烷(例如,PDMS)材料(熔体添加剂)的量为至少约0.05重量%、0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%、1.5重量%、2.0重量%或2.5重量%,并且在一些实施方案中,为至少约3.0重量%、3.5重量%、4.0重量%、4.5重量%或5重量%。硅氧烷材料的量通常不大于硅氧烷(例如,PDMS)材料(熔体添加剂)和可热加工聚合物总和的25重量%、20重量%、15重量%或10重量%。
为了通过熔融加工形成聚合物共混物,硅氧烷材料可例如与丸状、颗粒状、粉末状或其它形式的可热加工聚合物混合,然后通过已知的方法(诸如(例如)模塑或熔融挤出)进行熔融加工。硅氧烷(例如,PDMS)材料可以与可热加工聚合物直接混合,或者它可与硅氧烷(例如,PDMS)材料在与可热加工聚合物(相同或类似的)聚合物中的“母料”(浓缩液)形式的(可热加工)聚合物混合。如果需要,可将硅氧烷(例如,PDMS)材料的有机溶液与粉末状或丸状聚合物混合,随后进行干燥(以移除溶剂),然后进行熔融加工。或者,可将硅氧烷(例如,PDMS)组合物添加到聚合物熔体中以形成混合物或注入熔融聚合物流中以就在挤出或模塑成制品之前形成共混物。
在一些实施方案中,可熔融加工(例如,热塑性)聚合物为聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚(丙烯酸烷基酯)或聚丙烯酸酯。热塑性聚合物优选为聚烯烃、一种或多种聚烯烃的混合物或共混物、聚烯烃共聚物、聚烯烃共聚物的混合物,或至少一种聚烯烃和至少一种聚烯烃共聚物的混合物。
热塑性聚合物更优选为聚烯烃聚合物或共聚物,其中聚合物单元或共聚物单元为乙烯、丙烯、丁烯、己烯或它们的混合物。因此,聚烯烃优选为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚己烯或它们的共混物或共聚物。其它聚烯烃包括聚-α-烯烃以及它们的共聚物,包括低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)和聚乙烯-聚丙烯共聚物,以及具有非烯烃内容物(即,衍生自非烯烃单体的内容物)的聚烯烃共聚物。在一些实施方案中所采用的聚烯烃聚合物的非烯烃内容物未具体限制,但包括例如1重量%至5重量%的丙烯酸或甲基丙烯酸官能团,包括酸官能团的钠、锌或钙盐;1重量%至5重量%的酸酐官能团诸如马来酸酐,或对应开环羧酸酯官能团;等等。在一些实施例中,以各种比率将包含非聚烯烃内容物的聚烯烃的共混物与聚烯烃共混,以便提供目标水平的非烯烃内容物。
在一个实施方案中,热塑性聚合物为熔点在90℃至140℃范围内的聚乙烯,诸如以商品名“MarFlex 1122聚乙烯”购自雪佛龙菲利普斯公司(Chevron Phillips)的聚乙烯。
硅氧烷熔体添加剂在室温(例如,25℃)下和在制品(例如,喷雾施涂系统部件)的使用温度(通常在40°F至120°F的范围内)下通常为固体。硅氧烷(例如,PDMS)材料和可热加工聚合物被选择成使得硅氧烷材料在混合物的熔融加工温度下通常为熔融的。在一些实施方案中,硅氧烷材料的熔融温度不大于200、190、180、170或160℃。在其它实施方案中,熔融温度可能更高。
排斥性表面和/或制品(例如,喷雾施涂部件、贮存器、衬里、盖子)的可熔融加工聚合物还可包含非硅氧烷增滑剂、抗块(例如,硅石、滑石)抗氧化剂、着色剂、抗静电剂、光稳定剂、澄清剂(例如,聚丙烯)、成核剂和本领域中已知的其它添加剂。澄清剂通常通过减小球晶的尺寸来增加透明度。较小球晶允许更多的光穿过聚合物,这会降低部件的雾度。与成核剂不同,澄清剂是透明的,这也有助于降低雾度值。
挤出可用于形成聚合物膜。在膜应用中,随着成膜性聚合物经由旋转螺杆通过挤出机递送,然后通过狭槽或平模(例如,其中膜通过本领域技术人员已知的多种技术淬灭)挤出,将成膜性聚合物同时熔融并混合。在通过在高温下同时或顺序沿纵向和/或横向方向拉伸或牵拉膜而淬火之前,使膜任选地取向(在浇铸之后)。
模制制品通过将熔融聚合物从如上所述的熔体挤出机中压入或注入模具(聚合物在该模具中固化)中来制备。典型的熔体成形技术包括注塑、吹塑、压缩模塑和挤出,并且是本领域技术人员熟知的。然后将模制制品从模具中取出并任选地热处理以实现聚合物添加剂到制品表面的迁移。
在一些实施方案中,可使用模制工艺(例如,共注塑或双注塑)来制备具有液体排斥性表面的模制制品(例如,部件),在该工艺中两种不同的树脂通过相同的浇口或不同的浇口注入模具中以在单个模制工艺中在芯层上方形成一体液体排斥性表层。例如,两种树脂中的第一种树脂可为聚烯烃,并且两种树脂中的第二种树脂可为已添加纯熔体添加剂或熔体添加剂母料的聚烯烃。
熔融加工之后,可进行退火步骤以提高排斥性特性的形成。退火步骤通常在聚合物的熔融温度之下或之上进行足够长的时间段。退火步骤可为任选的。
本文所述的排斥性表面层可设置在多种有机或无机制品(例如,部件)上。
在一些实施方案中,不同制品(例如,部件)涂覆有不同的固体材料。在其它实施方案中,制品(例如,部件)的一部分的表面可包含一种类型的固液(例如,油漆)排斥性材料,并且另一表面部分可包含不同类型的固体材料。同样,制品(例如,部件)的一部分的表面可包含一种类型的固液(例如,油漆)排斥性材料,并且另一表面部分可包含不同的液体(例如,油漆)排斥性材料。
在典型的实施方案中,通常与液体(例如,油漆)接触的制品(例如,贮存器、衬里、盖子、喷雾施涂系统的部件)的整个表面包括如本文所述的液体(例如,油漆)排斥性表面。在其它实施方案中,通常与液体(例如,油漆)接触的制品(例如,贮存器、衬里、盖子、喷雾施涂系统的部件)的仅一部分表面包括如本文所述的液体(例如,油漆)排斥性表面。该后面的实施方案相对于缺少液体(例如,油漆)排斥性表面的制品(例如,部件)仍然是有益的。
适用于制品(例如,部件)的聚合物材料包括但不限于聚酯类(例如,聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯类(例如,聚甲基丙烯酸甲酯或多种(甲基)丙烯酸酯的共聚物)、聚苯乙烯类、聚砜类、聚醚砜类、环氧聚合物(例如,均聚物或与聚二胺类或聚硫醇类的环氧加成聚合物)、聚烯烃类(例如,聚乙烯及其共聚物或聚丙烯及其共聚物)、聚氯乙烯类、聚氨酯类、氟化聚合物、纤维素材料、它们的衍生物等等。
在一些实施方案中,如果需要提高透射率,聚合物制品(例如,部件)可为透明的。术语“透明的”意指透射可见光区(400至700纳米范围内的波长)入射光的至少85%、至少90%或至少95%。透明制品(例如,部件)可为有色的或无色的。
合适的无机基材包括金属和硅质材料,诸如玻璃。合适的材料包括例如纯金属、金属合金、金属氧化物以及其它金属化合物。金属的示例包括但不限于铬、铁、铝、银、金、铜、镍、锌、钴、锡、钢(例如,不锈钢或碳钢)、黄铜、它们的氧化物、它们的合金,以及它们的混合物。
本文所述的硅氧烷材料可使得被涂覆的表面疏水。术语“疏水性的”和“疏水性”是指水滴或水性液体液滴在其上显示至少50度、至少60度、至少70度、至少80度、至少90度、至少95度或至少100度前进和/或后退水接触角的表面。
在一些实施方案中,相对于缺少液体(例如,油漆)排斥性表面的基材或制品(例如,部件),该基材或制品(例如,部件)的排斥性表面与水的前进和/或后退接触角可增加至少10、15、20、25、30、35、40度。在一些实施方案中,与水的后退接触角可增加至少45、50、55、60或65度。
在一些实施方案中,本文所述的(例如,硅氧烷)材料提供显示至少105、110或115度的与水的前进和/或后退接触角的表面。与水的前进和/或后退接触角通常不大于135、134、133、132、131或130度,并且在一些实施方案中,不大于129、128、127、126、125、124、123、122、121或120度。液体排斥性表面层与水的前进和/或后退接触角(接触角滞后(“CAH”))之间的差值可为至少5、10、15、20、25、30、35、40、45或50。有利的是,经表面处理的润滑剂浸渍的疏水性多孔表面以及本文所述的其它(例如,固体)材料与水的前进接触角和后退接触角之间的差值不大于15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1。随着与水的前进和/或后退接触角之间的差值增加,(例如,水或油漆)液滴从平坦表面滑落或滚落所需的倾斜角增大。普通技术人员应认识到,当测定与水的接触角时,使用去离子水。
也可用其它液体代替水来评估基材或制品(例如,部件)的液体(例如,油漆)排斥性表面的接触角。例如,由于油漆(例如,水基汽车油漆)常常包含2-正丁氧基乙醇,液体(例如,油漆)排斥性表面与10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的接触角也可能非常重要。在一些实施方案中,与此类2-正丁氧基乙醇溶液的前进接触角为至少45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70度,并且在一些实施方案中为至少75或80度。在一些实施方案中,与此类2-正丁氧基乙醇溶液的后退接触角为至少35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65或70度。在一些实施方案中,基材或制品(例如,部件)的液体(例如,油漆)排斥性表面与10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的前进和/或后退接触角不大于100、95、90、85、80或75度。
在另一个实施方案中,基材或制品(例如,部件)的液体(例如,油漆)排斥性表面与十六烷的接触角为至少45、46、47、48、49、50、55、60、65、70或75度。与十六烷的前进接触角通常为至少45、50、55、60、65、70、75、80或84度。在典型的实施方案中,与十六烷的后退或前进接触角不大于85或80度。
本文所述的(例如,硅氧烷)材料可用于赋予或增强多种基材和制品的(例如,水性)液体排斥性。
术语“水性”意指包含至少50重量%、55重量%、60重量%、65重量%或70重量%水的液体介质。液体介质可包含较高量的水,诸如至少75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%、96重量%、97重量%、98重量%、99重量%或100重量%的水。液体介质可以以使得水性液体介质形成单相的量包含水与一种或多种水溶性有机助溶剂的混合物。水溶性有机助溶剂的示例包括例如甲醇、乙醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇、(2-甲氧基甲基乙氧基)丙醇、3-甲氧基丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-丁氧基乙醇、乙二醇、乙二醇单-2-乙基己基醚、四氢呋喃、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、四乙二醇双异辛酸酯、苯甲酸-2-乙基己酯,以及酮或酯溶剂。有机助溶剂的量不超过涂料组合物的总液体的50重量%。在一些实施方案中,有机助溶剂的量不超过有机助溶剂的45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%、20重量%、15重量%、10重量%或5重量%。因此,术语“水性”包括(例如,蒸馏)水以及水基溶液和分散体(诸如,油漆)。
在一些实施方案中,本文所述的水性(例如,油漆)“即用型喷雾”分散体(例如,油漆)可包含至少5重量%、10重量%或15重量%的固体,其余为水性液体介质。在一些实施方案中,本文所述的水性(例如,油漆)“即用型喷雾”分散体(例如,油漆)可包含至少20重量%、25重量%、30重量%或35重量%的固体,其余为水性液体介质。此外,在一些实施方案中,水性(例如,油漆)分散体可为包含至少40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%或85重量%固体的浓缩物,其余为水性液体介质。通常将此类浓缩物稀释以制备水性(例如,油漆)“即用型喷雾”分散体。
在一些实施方案中,本文所述的(例如,固体)材料可赋予一定程度的水性液体排斥性,使得在使用喷雾施涂系统之后或在指定持续时间(例如,30秒至5分钟或30分钟)内竖直地(垂直地,vertically)保持排斥性表面并且在视觉上确定(在不存在显微镜时)水性液体(例如,油漆)的量之后,不大于40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%或1%的排斥性表面区域包含水性测试液体(诸如,油漆)。在一些实施方案中,聚丙二醇(400Mw)、丁氧基乙醇或50重量%丁氧基乙醇水溶液可用作测试液体。
在一些实施方案中,润滑剂浸渍的多孔层以及本文所述的其它(例如,固体)材料可赋予一定程度的液体排斥性,使得保留的水性液体(例如,油漆)的质量不大于0.01g/cm2、0.005g/cm2、0.001g/cm2或0.0005g/cm2。在一些实施方案中,聚丙二醇(400Mw)、丁氧基乙醇或50重量%丁氧基乙醇水溶液可用作测试液体。
可利用测试油漆,根据本文所述的测试方法中的任一种或组合来评估油漆排斥性。已发现各种水基汽车油漆被本文所述的表面排斥,诸如PPG ENVIROBASE高性能T409、SIKKENS AUTOWAVE、SPIES HECKER PERMAHYD高技术底涂层480和GLASURIT ADJUSTINGBASE 93-E3。除非另外指明,否则根据本文所述的测试方法确定油漆排斥性的测试油漆为混合至包含90重量%的深黑ENVIROBASE高性能T409和10重量%的ENVIROBASE高性能T494油漆稀释剂规格的PPG Envirobase汽车油漆,购自宾夕法尼亚州匹兹堡的PPG工业集团(PPG Industries,Pittsburgh PA),或购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M,St.Paul,MN)。
液体(例如,油漆)排斥性表面优选为耐用的,使得液体(例如,油漆)排斥性保持足够的时间量(例如,使用(例如,一次性)液体(例如,油漆)贮存器或衬里的正常持续时间)。在一些实施方案中,在表面磨损测试(根据实施例中所述的测试方法)之后液体(例如,油漆)排斥性被保留。在一些实施方案中,液体(例如,油漆)排斥性在一定程度上可能减弱,然而在表面磨损测试之后仍保持高度排斥性。因此,在表面磨损测试之后,接触角或油漆排斥性满足前面描述的标准。
本文所述的喷雾施涂系统可用于施涂水性液体混合物,诸如油漆。
如本文所用,术语“油漆”是指如前所述的具有水性液体介质的组合物,以及分散在水性液体介质中的聚合物(例如,乳胶)粘结剂。用于油漆中的常见聚合物粘结剂包括丙烯酸类聚合物、醇酸聚合物、聚氨酯聚合物、环氧聚合物,以及它们的组合。在一些实施方案中,(例如,底涂层)油漆可包含丙烯酸类和醇酸聚合物的组合。在其它实施方案中,(例如,透明涂层)油漆可包含浓度在约20重量%至40重量%范围内的六亚甲基异氰酸酯低聚物和/或环己基异氰酸酯低聚物,用于“即用型喷雾”组合物。
当不存在不透明颜料(诸如,二氧化钛、硅石、炭黑等)或其它着色剂(即,除黑色或白色以外的颜料或染料)时,油漆可表征为“透明涂层”。还包含不透明颜料而非有色颜料的油漆可表征为底漆。此外,还包含不透明颜料和着色剂两者的油漆可表征为底涂层。
但是透明涂层通常不含不透明颜料和着色剂,底漆和底涂层通常包含至少10重量%、15重量%、20重量%、25重量%或30重量%或更多的不透明颜料(诸如,二氧化钛)。底涂层还包含各种浓度的着色剂。在一些实施方案中,油漆包含5重量%至25重量%的着色剂。
液体介质可包含相对较低浓度的挥发性有机溶剂。例如,水基平坦建筑油漆、水基汽车底漆和水基透明涂层的挥发性有机含量通常不大于250克/升,并且在一些实施方案中不大于200克/升、150克/升、100克/升或50克/升。VOC含量可能更高,范围从至少275、300或325克/升高达500克/升,尤其对于汽车底涂层。在一些实施方案中,VOC含量不大于450或425克/升。被称为无VOC的油漆通常可包含5克/升或更少的挥发性有机溶剂。如本文所用,VOC为任何在101.3kPa标准大气压下测量的沸点小于或等于250℃的有机化合物。
随着有色颜料浓度的增加,为了溶解和分散此类有色颜料的目的而存在的(例如,挥发性)有机溶剂的浓度也可增加。此外,(例如,挥发性)有机溶剂也可用于降低油漆的粘度。粘度将随所选择的较薄水平而变化。然而,在一些实施方案中,在20℃下“即用型喷雾”油漆的粘度在50至100cps的范围内。
油漆可包含水溶性有机溶剂,诸如醇(例如,亚烷基二醇烷基醚)。例如,油漆可包含沸点为171℃(340°F)的2-丁氧基乙醇(乙二醇单丁基醚);沸点为171℃(340°F)的丁氧基-2-丙醇(丙二醇正丁醚);沸点为230℃(446°F)的2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇单丁醚);以及它们的组合。油漆可包含此类醇中的一者或多者,该醇的总浓度为至少5重量%,范围高达10重量%、15重量%、20重量%或25重量%。
油漆还可包含根据环境化学家可表征为“豁免”溶剂(即不会导致地面臭氧(烟雾)形成)的其它溶剂。代表性示例包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸叔丁酯(TBAc)和异丙醇。
当使用本文所述的喷雾施涂系统来施涂水性液体混合物(诸如,油漆)时,该方法可包括施加多于一个相同或不同油漆组合物的涂层。例如,在一个实施方案中,该方法可包括施加一个或多个底漆或密封漆的涂层。在另一个实施方案中,该方法可包括施加(例如,有色)底涂层的一个或多个涂层。在另一个实施方案中,该方法可包括施加透明涂层的一个或多个涂层。该方法可包括施加底漆、密封漆、底涂层和/或透明涂层的组合。该方法尤其有利于与比底漆、密封漆和透明涂层昂贵得多的(例如,汽车)底涂层一起使用。
在一些实施方案中,可(例如,向汽车面板)施加3至4个涂层,其中每个涂层或换句话讲“每湿涂层的构膜”的厚度在0.80至1.0密耳的范围内。干燥后,这可得到约0.10至0.20密耳范围内的干燥构膜。
在一些实施方案中,该方法的每个涂层利用水性油漆。在其它实施方案中,至少一个涂层可为有机溶剂基油漆,即包含大于50重量%可能不与水形成单相的有机溶剂的油漆。有机溶剂基油漆通常不包含任何水。例如,溶剂基透明涂层可包含有机极性和非极性溶剂,诸如二甲苯、丙酮、石脑油、烷基苯、甲苯、庚-2-酮,等等。其总有机溶剂浓度在至少50重量%或60重量%,高达约75重量%或更高的范围内。
在一种具体实施的方法中,将溶剂基透明涂层施加到干燥水基底涂层上。
当油漆包含有机溶剂时,非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可被选择成与油漆的有机溶剂显示无溶解度或仅痕量溶解度,例如,0.01克/升或0.001克/升或更小的溶解度。
作为另外一种选择或与具有痕量溶解度相结合,非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可被选择成使得其与油漆和油漆施涂方法兼容。非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可以以较高浓度(即大于0.01克/升,或大于0.1克/升,或大于0.25克/升,或大于0.5克/升)存在于油漆中;但仍与油漆和油漆施涂方法兼容。在一些实施方案中,非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可用作油漆添加剂,并且以在约0.5克/升至1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%或3重量%的油漆范围内的浓度存在于油漆中。
可以采取多种方法来确定非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料与油漆的兼容性。
在一种方法中,当干燥油漆的相对主表面层包含基本上相同浓度(相对于具有较高浓度的主要表面,差值小于10%、5%或1%)的非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料时,此类材料可表征为与油漆化学兼容。
在另一种方法中,硅氧烷(例如,PDMS)材料可与油漆充分兼容,使得其存在不影响涂漆基材的层间粘合力。这可根据“通过胶带测试测量粘合力的标准测试方法”来评估(ASTM D3359-09)。当十字划痕粘合力相对于不存在润滑剂(或润滑剂和疏水层的组合)的相同油漆对照基本上相同时,润滑剂(或润滑剂和疏水层的组合)的存在可表征为不影响层间粘合力。通常,根据ASTM D3359-09在十字划痕粘合力测试之后,保留90%、95%或100%的油漆。非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可与油漆充分兼容,使得其存在不影响涂漆基材的层间粘合力。
在另一种方法中,非氟化聚合物粘结剂和/或硅氧烷(例如,PDMS)材料可与油漆充分兼容,使得硅氧烷(例如,PDMS)材料不影响施涂油漆的方法。例如,可以将相同油漆的附加涂层均匀地施加在如前所述的足够构膜处。在又一个示例中,可以将不同油漆的附加涂层(例如,施加至干燥底涂层的透明涂层)均匀地施加在如前所述的足够构膜处。通常通过在施涂油漆时观察“鱼眼”或其它不兼容性相关涂层缺陷的发生和/或通过在所施涂油漆已干燥之后可测量的不均匀光泽度和/或颜色,可用肉眼检测到涂漆面板或基材上缺乏均匀性。
制品(例如,部件、液体贮存器、衬里或盖子)的液体排斥性表面(例如,层)可由下列物质中的一者来提供:先前所述的具体实施的硅氧烷材料,或此类硅氧烷材料彼此任何合适的组合,或此类硅氧烷材料与润滑剂浸渍的材料和/或WO2016/069674中所述氟化材料的任何合适的组合。此外,制品(例如,部件)中的一者可具有与另一种制品(例如,部件)不同的具体实施材料。例如,贮存器和/或盖子可包含LexanTM1414T;而衬里包含可热加工聚合物和硅氧烷共聚物熔体添加剂。
除非另外指明,否则以下定义适用于本发明。
由端点表述的任何数值范围意在包括所述范围的端点、所述范围内的所有数以及所述范围内的任何较窄的范围。
术语“一个”、“一种”和“该”、“所述”可互换使用,其中“至少一个(种)”意指一个(种)或多个(种)所述要素。
术语“和/或”是指任一者或两者。例如,表达“A和/或B”意指A、B或A与B的组合。
术语“亚烷基”是指为烷烃的自由基的二价基团并且包括直链基团、支链基团、环状基团、二环基团、或它们的组合。亚烷基基团通常具有1至30个碳原子。在一些实施方案中,亚烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子、或1至4个碳原子。
术语“烷氧基”是指具有直接键合到烷基基团的氧基基团的一价基团。
术语“芳基”是指为芳族和碳环的一价基团。芳基具有至少一个芳环,并且可具有一个或多个稠合到该芳环的附加的碳环。任何附加的环可以是不饱和的、部分饱和的或饱和的。芳基基团常具有6至20个碳原子、6至18个碳原子、6至16个碳原子、6至12个碳原子或6至10个碳原子。
术语“氟化”是指含有至少一个附接到碳原子的氟原子的基团或化合物。其中不存在碳氢键的全氟化基团是氟化基团的子集。
下面的实施例对本发明的目的和有益效果作出更进一步的解释,但这些实施例中列举的具体材料和用量以及其它条件和细节不应解释为是对本发明不当的限制。
测试方法
使用Nicolet 6700系列FT-IR光谱仪(马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默科技公司(Thermo Scientific,Waltham,MA))获得IR数据。
用干测量接触角的方法
使用Ramé-Hart测角仪(新泽西州Succasunna的莱姆-哈特公司(Ram é-HartInstrument Co.,Succasunna,NJ))测量水接触角。随着水经由注射器供应形成固着液滴(液滴体积为约5μL)或使固着液滴破裂,测量前进(θ前进)角和后退(θ后退)角。在每个表面上的2个不同的点处进行测量,并且所报告测量值为每个样品的四个值(每个液滴的左侧和右侧测量值)的平均值。
同样使用按重量计90/10的水/丁氧基乙醇混合物而不是水,以相同的方式评估接触角。
用于评估油漆排斥性的测试方法1
将测试表面浸没在PPG Envirobase油漆中,并使其静置过夜。然后从油漆中取出测试基材并竖直地保持5分钟以允许油漆可能从涂层流出。通过目视检查评估表面仍被油漆覆盖的部分(表示为百分比)。
用于评估油漆排斥性的测试方法2-具有液体排斥性表面的尺寸为大约4cm×4cm的样品制品(例如,部件)或其小块可如下文所述那样制备,并且测量其初始质量。将PPGEnvirobase油漆移吸到这些膜块上,直到整个表面被油漆覆盖。然后将涂漆膜样品竖直转动5分钟以允许油漆从表面排出。测量所排出膜块的质量以确定留在表面上的油漆残留物的质量。另外目视检查所排出块以估计仍被油漆涂覆的膜表面的部分(表示为百分比)。
用于评估油漆排斥性的测试方法3:
将70g PPG Envirobase汽车油漆倾注到具有排斥性内表面的衬里和比较衬里(CE.F)(即无排斥性内表面的相同衬里)中。手动摇动和旋转衬里以确保油漆接触所有容器侧壁。然后将油漆从衬里倒出,并且将衬里(具有排斥性内部的衬里)倒置放置5分钟或其它指定的时间段,以允许更多的油漆排出。将衬里各自重新称重,并且计算保留的油漆的质量。
用于评估油漆排斥性的测试方法4:
在21℃下,将大约0.2mL的(例如,PPG Envirobase)油漆的单个液滴施加到样品(7.5cm乘5.0cm涂覆的玻璃显微镜载玻片)的(例如,排斥性表面)的中心部分。将样品(例如,玻璃载玻片)立即竖直地取向。如果油漆液滴从玻璃载玻片滑落,则标记为“通过”,如果未滑落则标记为“失败”。在“通过”的一些样品中,在油漆液滴滑落之后,薄油漆条带(<20%的初始液滴厚度)或若干小油漆液滴留在表面上。
用于评估油漆排斥性的测试方法5:
用以商品名“SCOTCHBLUE PAINTERS胶带”购自3M公司(3M Company)的胶带将样品的整个非排斥性表面(即,7.5cm乘5.0cm玻璃载玻片的未涂覆侧)掩盖。然后在21℃下将样品(玻璃载玻片)浸入(例如,PPG Envirobase)油漆中,浸至3.5cm的深度保持10分钟(或换句话讲,浸入约一半的被涂覆表面)。从稀释的油漆中取出样品(玻璃载玻片),竖直地取向30秒,并且移除掩盖胶带。然后肉眼估计留在已浸渍被涂覆表面上的油漆,并将其表示为保留的油漆覆盖率的百分比。
用于评估油漆排斥性的测试方法6:
称量足够大尺寸(2.8cm乘3.2cm)的样品。将样品的整个非排斥性表面(即未涂覆侧)用“SCOTCHBLUE PAINTERS胶带”掩盖。将样品的排斥性表面完全浸没(例如,30g)在(例如,PPG Envirobase)油漆中,在21℃下浸渍10分钟。然后从油漆中取出样品,移除掩盖胶带,并且借助粘结剂夹将样品竖直地取向1分钟。使样品的底部边缘与纸巾接触,以吸走可沿着材料的底部边缘聚集的油漆。再次测量每个样品的重量,并且计算每面积留有的油漆量。肉眼估计留在被涂覆表面上的油漆,并将其表示为保留的油漆覆盖率的百分比。
除非另外指明,否则根据本文所述的测试方法确定油漆排斥性的测试油漆为混合至包含90重量%的深黑ENVIROBASE高性能T409和10重量%的ENVIROBASE高性能T494油漆稀释剂规格的PPG Envirobase汽车油漆,购自宾夕法尼亚州匹兹堡的PPG工业集团(PPGIndustries,Pittsburgh PA),或购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M,St.Paul,MN)。
实施例100(EX100)-制备具有硅氧烷熔融添加剂的膜
如US 9,187,678,(SMA)的实施例14中所述的那样合成硅氧烷熔体添加剂(烷基聚二甲基硅氧烷)。使用保持在190℃下的25mm双螺杆挤出机以15重量%的载荷将烷基聚二甲基硅氧烷配混到NA217000LDPE(得克萨斯州休斯顿的利安德巴塞尔公司(LyondellBasell,Houston,TX))中。借助于受热的齿轮泵和传输线将烷基聚二甲基硅氧烷以120℃液体递送到挤出机。将母料熔体通过拉条模头挤出到冷水浴中并以13.6Kg/小时的速率造粒。
然后将这些15重量%烷基聚二甲基硅氧烷母料粒料与NA217000LDPE粒料按一定比率混合,得到在LDPE中包含3重量%烷基聚二甲基硅氧烷的粒料混合物。使用下面的过程,将该3重量%烷基聚二甲基硅氧烷混合物按顺序挤出涂覆到2密耳厚PET膜的两侧上(两侧上均涂底漆,3M公司(3M Company))。通过单个进料斗将粒料共混物以20磅/小时的速率进料到在500°F的温度下运行的挤出机和模头中。复合挤出物离开锻模开口并且行进大约10cm至辊隙,在辊隙中复合材料与涂底漆PET接触并通过配备有橡胶和钢辊的两辊辊隙固化。烷基聚二甲基硅氧烷/LDPE层接触平滑冷却钢辊,该钢辊用于加速层的固化。线速度为50英尺/分钟,从而得到1密耳的挤塑层厚度。最终膜构造由夹置在1密耳厚在LDPE中包含3重量%烷基聚二甲基硅氧烷的层之间的2密耳厚PET膜构成。
根据如前所述的测试方法2,还评估了EX100的油漆排斥性。结果如下:
根据如前所述的测试方法6,还使用4cm×4cm样品尺寸评估了EX100的油漆排斥性。结果如下:
表面磨损测试
制备足够大尺寸的样品(例如,6cm乘2cm),并且将其安装在泰伯磨损器(TaberAbraser)(Taber Industries 5750线性磨损器)上。借助于橡皮筋将摩檫掉色试验方块(购自Testfabrics公司(Testfabrics,Inc.)的AATC摩檫掉色试验方块)附接到磨损器头上。在研磨器头的顶部不放置附加砝码。将循环速度设定为15次循环/分钟,并且使每个基材经受2次磨损循环(或换句话讲,研磨器头来回经过两次)。
在经受这种表面磨损之后,测试与含有10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的接触角和油漆排斥性。
同样如前文所述通过测量与水的接触角来评估在磨损之后EX100的排斥性。结果如下:
使用如前所述的PPG油漆,根据测试方法2也评估了在磨损后EX100的油漆排斥性,不同的是使用2.2cm×3.2cm基材代替4cm×4cm样品。结果如下:
使用如前所述的PPG油漆,根据测试方法6也评估了在磨损后EX100的油漆排斥性,不同的是使用2.2cm×3.2cm基材代替4cm×4cm样品。结果如下:
材料
制备具有硅氧烷熔体添加剂的附加实施例
使用SMA/NA217000母料制备具有约40密耳总膜厚度的两个浇铸料片-PE101和PE102-。两个膜均包括大约相等厚度的3个层(每层约13.3密耳,总厚度为约40密耳)。对于PE101,通过将前述母料的粒料与NA217000LDPE的粒料混合来制备所有层,使得每一层的组成均包含97/3(按重量计)NA217000/SMA。通过将97/3LDPE/SMA混合物挤出通过27mm双螺杆挤出机,通过颈管和齿轮泵挤出到3层进料块和模头的顶层中来制备外(A或空气侧)层。该熔融装置组件使用峰值温度为约250℃的渐进式温度挤压型材。通过将97/3LDPE/SMA混合物挤出通过具有峰值在275至280℃处或附近的渐进式温度型材的27mm双螺杆挤出机,通过颈管和齿轮泵挤出到进料块和模头的中间层中来制备中间(B)层。通过将97/3LDPE/SMA混合物挤出通过25mm双螺杆挤出机,通过颈管和齿轮泵挤出到进料块和模头的底层中来制备底(C或轮侧)层。再次使用峰值温度为280至285℃的渐进式温度型材。将进料块/模头保持在270至275℃的目标温度下,同时浇铸轮运行在约80至85℃下。使用与PE101基本上相同的加工条件来制备膜PEl02,不同的是在该样品中组成在层与层之间变化。空气侧(a)和中间(B)层包含Marflex 1122LDPE,而轮侧(C)层包含NA217000/SMA母料和Marflex 1122的混合物,使得C层组成为85/12/3(按重量计)Marflex 1122/NA217000/SMA。
将两个40密耳厚膜样品热成形为400mL PPSTM衬里,汇总如下:
通过将2.5重量%的所指示聚合物溶解在如下所述的溶剂中来制备聚碳酸酯-硅氧烷共聚物涂料。
为制备实施例EX103,使用移液管如下将涂料溶液施涂到喷枪油漆容器的内壁上:首先用涂料溶液润湿LDPE PPSTM容器的底部,并且允许溶剂在环境条件下蒸发。然后将容器倾斜90°,并使用移液管来涂覆容器的内侧壁的条带。接着,将容器手动旋转以通过涂料溶液获得整个内侧壁的完全润湿。通过倒置翻转容器来排出过量的涂料溶液,并且允许溶剂在80℃烘箱中蒸发15分钟(聚乙烯衬里)。根据测试方法3如下测定油漆排斥性:
将油漆容器或喷雾施涂系统涂覆上聚碳酸酯-硅氧烷材料。
实施例 | 基部容器 | 涂层材料 | 聚碳酸酯-硅氧烷聚合物的特性 |
EX103 | 400mL聚乙烯衬里 | 涂层1 | Lexan<sup>TM</sup>1414T |
根据如前所述的测试方法3来评估具有排斥性内表面的前述容器和比较容器的油漆排斥性。在5、90和180分钟之后也测量容器的质量。
使用测试方法3定量样品油漆容器的油漆排斥性。
*(4.28-0.84)/4.28×100%
制备LDPE/超高分子量(UHMW)硅氧烷膜(EX104)。通过将9.5g LDPE(ChevronPhillips Marflex 1122)和0.5g UHMW硅氧烷母料(Dow Corning MB 50-002;按重量计50/50硅氧烷/LDPE粒料)加入DSM配混器(DSM Xplore微型15cc双螺杆配混器)中来制备包含97.5/2.5(按重量计)LDPE/UHMW硅氧烷的膜。将配混器保持在恒定170℃下,并且将螺杆速度设定为40rpm/10,000N。在允许熔融树脂在配混器中再循环并混合10分钟之后将熔体挤出通过开槽模头,并且将所得的28mm宽、0.1-0.2mm厚膜卷绕到3″纤维芯上。
各种测试表面的流体接触角和油漆排斥性
从可商购获得的400mL PPSTM衬里的侧面,从热成形含SMA衬里(例如,EX101和EX102)的侧面,从被聚碳酸酯-硅氧烷涂覆的LDPE衬里(EX103)的侧面以及从LDPE/UHMW硅氧烷(EX104)的辊上切割下块。使用膜的这些切割块来进行与水的接触角测试,并用包含10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液代替去离子水进行接触角测试。这些样品的所测量接触角数据,连同使用油漆排斥性测试方法4对这些样品的表征数据在下面提供。
也根据测试方法2评估了油漆排斥性。
根据如前所述的测试方法6,还使用4cm×4cm样品尺寸评估了油漆排斥性。
使测试表面EX1至EX3和EX5经受表面磨损测试。在每个测试基材均经受这种表面磨损之后,测量与含有10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的接触角和如通过测试方法4所定量的油漆排斥性。
同样如前文所述通过测量与水的接触角来评估在磨损之后的排斥性。结果如下:
也根据测试方法2评估了油漆排斥性,不同的是使用2.2cm×3.2cm尺寸的样品代替4cm×4cm的样品。
使用已接触硅氧烷功能性材料的底涂层进行面板涂漆
进行两种类型的实验以确定当水性底涂层接触本文所述的硅氧烷功能性表面时“鱼眼”是否有问题。第一种类型的实验涉及将即用型喷雾油漆混合物倒入到EX1 01至EX103的排斥性容器中。“即用型喷雾”混合物包含88重量%的乌黑ENVIROBASE高性能T407和12重量%的ENVIROBASE高性能T494油漆稀释剂,购自PPG工业集团(PPG Industries)。
这些排斥性容器与工业标准喷雾施涂设备结合使用,以喷涂PPG Envirobase油漆。一旦该底涂层干燥,就将透明涂层的涂层施加到面板上(透明涂层以商品名“EC530EN-VTM高性能透明涂层”购自PPG工业集团(PPG Industries,Inc.))。可以将油漆均匀地施加在足够构膜处。无证据显示在施涂油漆时存在“鱼眼”或其它不兼容性相关涂层缺陷或不均匀光泽度和/或颜色。
使用UHMW硅氧烷材料完成第二类型的实验。在该实验中,将6.3g购自道康宁公司(Dow-Corning)的MB50-002树脂粒料(硅氧烷含量为50%)和50g即用型喷雾油漆混合物在市售400mL PPSTM衬里中混合。在室温下将粒料浸泡在Envirobase中7天,然后将Envirobase底涂层和EC530En-VTM透明涂层喷涂到如上所述的汽车面板上。可以将油漆均匀地施加在足够构膜处。无证据显示在施涂油漆时存在“鱼眼”或其它不兼容性相关涂层缺陷或不均匀光泽度和/或颜色。
使用测试方法2,利用一些另外的测试液体来评估液体排斥性。示出竖直地保持样品膜以允许液体排出的时间长度。测试结果如下:
制备搅拌棒-使用注塑工艺制备几种不同组成的搅拌棒。首先按期望的重量比将PE100 LLDPE粒料和SMA/LDPE母料粒料作为固体粒料混合(例如,以获得3重量%、5重量%、7.5重量%或15重量%的OMS样品)。将这两种类型的粒料放置在容器中并翻滚以形成充分分散的粒料混合物。然后将该粒料混合物送入Arburg 221K 28吨压机中。将粒料混合物在390°F下熔融并送入保持在100°F下的模具中。该操作的循环时间为30秒。成品棒为大约240mm长、3mm厚,并且锥形宽度从一端15mm变化至另一端27mm。五种不同样品的组成汇总如下:
实施例 | SMA在LLDPE中的重量分数 |
CE2 | 0% |
EX105 | 3.0% |
EX106 | 5.0% |
EX107 | 7.5% |
EX108 | 15.0% |
测试方法7-将240mL 88/12即用型喷雾油漆的倾入400mL塑料烧杯中,使得流体高度为从烧杯的内部底部大约6.35cm。三次重复称重CE2和EX105至EX108中的每一者。将每个搅拌棒保持竖直并快速降低到油漆中,直到搅拌棒接触塑料烧杯的底部。将每个搅拌棒保持在该浸没位置五秒,然后从油漆中取出并悬在竖直位置中,以允许流体排出并使搅拌棒去湿。使用秒表记录油漆排出所持续的时间。然后将这些搅拌棒在周围环境中悬挂12小时。在这12小时干燥时间之后测量搅拌棒的质量,以确定粘附到每个搅拌棒上的干燥油漆的量。
Claims (31)
1.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得与包含10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的后退接触角为至少35或40度;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
2.根据权利要求1所述的液体贮存器,其中所述液体排斥性表面包含固液排斥性材料。
3.根据权利要求1所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷材料包含至少50重量%聚二甲基硅氧烷。
4.根据权利要求1至3所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷材料包含硅氧烷主链和平均具有至少8、10、12、14、16、18或20个碳原子并且不大于50个碳原子的烃侧链。
5.根据权利要求1至4所述的液体贮存器,其中包含聚二甲基硅氧烷的所述硅氧烷材料不包含乙烯基基团或形成交联网络的其它基团。
6.根据权利要求1至5所述的液体贮存器,其中至少所述液体贮存器的所述液体排斥性表面包括一层可热加工聚合物和硅氧烷材料熔体添加剂。
7.根据权利要求1、3、5至6所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷材料在25℃下具有5,000,000或10,000,000厘沲的粘度。
8.根据权利要求6至7所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷熔体添加剂与可热加工聚合物预混合。
9.根据权利要求1至8所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷材料为包含小于50重量%聚二甲基硅氧烷的共聚物。
10.根据权利要求9所述的液体贮存器,其中所述硅氧烷材料为聚有机硅氧烷和聚烯烃或聚碳酸酯的共聚物。
11.根据权利要求1至10所述的液体贮存器,其中所述液体排斥性表面在利用泰伯线性磨损器以15次循环/分钟进行2次磨损循环之后为液体排斥性的。
12.根据权利要求1至11所述的液体贮存器,其中所述液体贮存器为开放容器。
13.根据权利要求1至12所述的液体贮存器,其中所述液体贮存器为液体贮存器衬里。
14.根据权利要求1至11所述的液体贮存器,其中所述液体贮存器还包括可移动的盖子。
15.根据权利要求1至14所述的液体贮存器,其中所述液体贮存器包含热塑性聚合物材料。
16.根据权利要求1至15所述的液体贮存器,其中所述液体排斥性表面层排斥水基家用和工业液体。
17.根据权利要求1至16所述的液体贮存器,其中所述液体排斥性表面层排斥具有至少5、10、15、20或25g/升的挥发性有机溶剂的水基油漆。
18.根据权利要求17所述的液体贮存器,其中所述挥发性有机溶剂为水溶性的。
19.根据权利要求17至18所述的液体贮存器,其中所述有机溶剂包括一种或多种醇。
20.根据权利要求17至19所述的液体贮存器,其中所述有机溶剂包括亚烷基二醇烷基醚。
21.根据权利要求17至20所述的液体贮存器,其中所述有机溶剂包括2-丁氧基乙醇、丁氧基丙-2-醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇以及它们的混合物。
22.根据权利要求1至21所述的液体贮存器,其中所述液体排斥性表面层排斥水基粘合剂、聚丙二醇和聚丙二醇衍生物。
23.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得保留的油漆的质量不大于0.01g/cm2;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
24.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得所述液体排斥性表面与水的前进接触角和后退接触角之间的差值小于15或10;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
25.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得与水的后退接触角在90度至135度的范围内;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
26.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得保留的油漆的质量不大于0.01g/cm2;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
27.一种液体贮存器,所述液体贮存器包括液体排斥性表面,使得当测试液体选自400Mw聚丙二醇、丁氧基乙醇或50重量%丁氧基乙醇水溶液时,保留的所述测试液体的质量不大于0.001g/cm2;其中所述液体排斥性表面包括包含硅烷或硅氧烷材料的表面层,并且所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面。
28.根据权利要求23至27所述的液体贮存器,其中所述液体贮存器和/或液体排斥性表面的特征还在于权利要求1至22中的任一项或组合。
29.一种制品,所述制品包括液体排斥性表面,所述液体排斥性表面包含硅烷或硅氧烷材料,其中所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面,并且所述液体排斥性表面包括选自下列各项的至少一种特性:
i)与包含10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的后退接触角为至少35或40度;
ii)与水的后退接触角在90度至135度的范围内;
iii)与水的前进接触角和后退接触角之间的差值小于15或10;
iv)当竖直地取向时,油漆的液滴从所述液体排斥性表面滑落;
v)保留的油漆的质量不大于0.01g/cm2;
vi)保留的测试液体的质量不大于0.001g/cm2,所述测试液体选自400Mw聚丙二醇、丁氧基乙醇或50重量%丁氧基乙醇水溶液;
或i)、ii)、iii)、iv)、v)和vi)的组合;并且
其中所述制品为杯、罐、桶、瓶、托盘或其衬里、筒、烧杯或其衬里、盖子、软管、管道、手柄、搅拌器具、移液管或移液管吸头、漏斗、滤网、过滤器、倾倒口、保护膜、包装膜或膜封套。
30.根据权利要求29所述的制品,其中所述液体排斥性表面和/或硅氧烷材料的特征还在于权利要求1至11和16至22中的任一项或组合。
31.一种提供液体排斥性表面的方法,所述方法包括:
提供包括液体排斥性表面的膜,所述液体排斥性表面包含硅烷或硅氧烷材料,其中所述液体排斥性表面不是润滑剂浸渍的表面,并且所述液体排斥性表面包括选自下列各项的至少一种特性:
i)与包含10重量%2-正丁氧基乙醇和90重量%去离子水的溶液的后退接触角为至少35或40度;
ii)与水的后退接触角在90度至135度的范围内;
iii)与水的前进接触角和后退接触角之间的差值小于15或10;
iv)当竖直地取向时,油漆的液滴从所述液体排斥性表面滑落;
v)保留的油漆的质量不大于0.01g/cm2;
vi)保留的测试液体的质量不大于0.001g/cm2,所述测试液体选自400Mw聚丙二醇、丁氧基乙醇或50重量%丁氧基乙醇水溶液;
或i)、ii)、iii)、iv)、v)和vi)的组合;以及
将所述膜用作包装膜或保护膜。
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