CN1380897A - Uv固化的超吸收涂料 - Google Patents

Abstract

用耐水涂料涂覆的制品,耐水涂层吸收水以提供耐水作用,当涂层被干燥时它解吸水。一种对由这样涂层制备的制品提供耐水性和耐腐蚀性的方法。通过将包含水可溶胀的聚合物和液体UV固化树脂的非含水的溶液的组合物施加到制品表面而形成涂层,和通过暴露于紫外(UV)光源固化形成包含超吸收聚合物的涂层。

Description

UV固化的超吸收涂料

本发明的技术领域与工业应用性

本发明涉及一种能快速吸收水的高强度超吸收涂料，它适用于涂布各种要求具有耐水表面的制品，包括，但并不限于，增强的或模塑的制品，和用于制造这样制品的增强材料。更具体说，该涂料是由包括水可溶胀的聚合物粉末与液体UV-固化树脂的非含水的组合物形成的。该涂料组合物还可包括粘度调节剂。

本发明的原理还涉及用超吸收涂料组合物涂布的制品，包括增强的或模塑的制品和纤维增强材料；还涉及敷施这样涂料的方法。本发明的涂料显示高的吸水性，并且当被敷施到基材上时提供卓越的扩散性与涂布性。

发明背景

由水气侵入到室外使用的制品表面底下而引起的损坏是一个为人们所熟知的问题。这种损坏包括由水与制品中所用的增强纤维表面的反应而引起的氧化损坏，和水引起的腐蚀。在海洋环境中，例如，与特别是由周围的盐度所引起的水浸泡相关问题。在这样的水环境中存在的盐促进氧化分解。在非盐的环境中，例如在具有高大气湿度的环境中，为了保护结构物与设备表面免受湿气引起的破坏，耐水涂料是必不可少的。

受到上述损坏影响的制品包括各种具有暴露于高水分或湿度中表面的制品。这样制品的例子包括增强的杆或电缆，诸如纤维光学电缆或通讯电缆。这些通讯电缆通常被用于长时期被埋在地下或浸在水中的场合。因此，防止水引起的损坏对于这些电缆的结构整体性和使它们顺利地发挥预定的作用是必不可少的。通讯电缆，例如，还可包括包含起增韧与增强件作用的玻璃条的芯。此种条体使电缆具有刚性。当水与电缆的芯件相接触时，可能导致电缆的基础结构的腐蚀或化学损坏。

为了克服与水侵入损坏相关的问题，现已设计出若干种对策以便对电缆或其它增强材料提供耐水性，并保护其敏感的内表面不与存在于周围环境中的水或水蒸气相接触。这些制造憎水性制品的方法包括将制品缠绕在保护性护套材料中；或封闭被保护的表面。封闭方法包括化学处理制品的表面层以赋予其抗吸水性，或敷施斥水性涂层。

用保护性护套材料涂覆表面的方法是惯用的。例如它包括使用一圈或一条由具有隔水性的不透水的聚合物制成的层或带，或用隔水性聚合物的乳液或溶液处理缠绕材料。护套法不需要使用化学物质或不要求用其来处理制品的表面；而宁可说它仅仅是由护套材料覆盖演变而来的一种保护。

所用的斥水性涂料通常是由不溶于水的和不透水的基材组成的，因而形成对周围水分的物理阻隔层。这样的阻隔性涂层包括脂膏或凝胶等材料。在电缆的情况中，这些涂料例如是通过在压力下的挤出来施加的。然而，它存在某些与此类涂料相关的缺陷。脂膏或凝胶由于其滑溜性而难于处理，且它们使被涂布的制品具有令人不快的感觉。这在生产过程中被认为是一个重要的因素，特别是因为它在联接操作时使电缆不易处理。脂膏或凝胶还会在低温或高温时发生粘度变化。粘度变化可能会影响冻结/解冻性能并由此影响其涂布性。这些不良性能会影响电缆的稳定性。

近年来，已发明了无脂、耐水的干涂料。这种涂料本身具有吸水的能力。此种吸水性使涂层有可能吸收与制品相接触的水分，同时防止与敏感表面的直接接触。在这些干隔水性涂料中的吸收性组分是干的、粒状超吸收性聚合物，在与水接触时它发生溶胀与吸收。此超吸收性聚合物的特征在于其溶胀率、溶胀能力和凝胶强度。这些干超吸收性聚合物的传统用途主要包括个人的卫生制品、食品包装制品和化学泄漏清除剂，然而最近的实验包括使用这些干聚合物来形成其它制品例如增强电缆的涂料。例如，Hager的美国专利第5689601号公开了一种使用被包围在一层或多层护套聚合物薄层中的粉状或粒状水溶性的干阻塞成份的增强纤维制品用的隔水干涂料。此外壳限制了能被粒状聚合物达到的吸水性的程度，并因此使此涂料的溶胀能力受到限制。

一般说，用于增强纤维、绳或制品诸如由这些纤维材料制成的电缆的干或流体涂料被施加到这些纤维材料的表面，然后在另外加工(如果有的话)之前进行固化。施加涂料的方法通常是不同的，这取决于所用的是流体涂料还是所敷施的是固体颗粒涂料。在干涂料的情况中，使用粒状隔水剂的涂布法包括若干个直接与使用粒状或粉状聚合物有关的耗时又费工的步骤。这些步骤包括需要粘合剂的一种或多种处理，和在粉末涂装站使用诸如流化床设备的一次或多次敷施粉末树脂。另外，可以使用含吸收性聚合物的流体涂料。

含水涂料的缺陷是在敷施后需要时间对涂层进行凝固和固化。需要例如在炉中或在干空气中进行加热的惯用涂布法要求另外的加工时间。这会导致加工成本的增加。

因此，在本技术领域中出现对被施加到增强制品或增强材料的隔水涂料组合物的需求，这种涂料组合物具有高的吸水能力和同时具有快速的溶胀率。另外，理想的是这样涂料组合物能被快速和有效地固化，而且其涂布方法并不是高成本与耗时的。

发明简述

现已令人惊奇地发现，具有卓越的水溶胀能力与快速溶胀率的高吸收性隔水涂料能由包含非水性液体UV固化树脂和水溶胀的聚合物的非水性涂料组合物来形成。当被暴露于含水的环境中时，含有这种水溶胀的聚合物的涂料能基本上马上吸收水。

另一方面，本发明包括在制品表面形成耐水性的方法，它包括：

a)制备包含水溶胀的聚合物与UV固化树脂的非水性液体涂料组合物；

b)将非水性液体涂料组合物施加到制品表面以形成涂覆表面；和

c)将涂覆表面暴露在UV光，并固化非水性液体涂料以在制品表面上形成包含水溶胀的聚合物的吸水的、耐水的涂层。

本发明的优选实施方案的详细说明

本发明的组合物适用于在要求表面耐水的制品或材料的表面上形成水可溶胀的涂层，并由此保护用涂料处理过的表面底下的材料。

此处所用的术语“制品”专门用来指具有需要耐水涂层保护底下结构免受由于暴露在水份中所引起的损坏的任何产品或材料。这样的制品包括本技术领域中所熟知的模塑的复合材料、层合制品、片材、增强纤维材料，以及使用一种或多种纤维材料制成的产品，所说的纤维材料，既可以集中在任何类型的母体中，也可以分散在任何类型的母体中。该术语还包括由使用增强纤维产品制造的制品，例如结构材料或设备。

当水与被保护制品的涂布表面接触时，本发明的涂料吸收水和体积溶胀。由于吸收水，涂料有效地吸尽了水份并由此防止了水份与被保护制品的内表面相接触。于是，敏感的内表面仍然是干的且免于水浸泡的损害。本发明的涂料通过吸收水而防止水气贯穿到涂层的底下，由此达到难得的耐水保护。

本发明涂料中所用的水可溶胀的聚合物可选自任何能形成用于涂料混合物中的非含水的溶液的聚合物，一旦固化这样的聚合物便具有溶胀能力和溶胀率，能够在吸收水之后当涂层被干燥时解吸，而其本身并无损失。最好，这样的聚合物具有粉状或粒状形式。用于本发明的水可溶胀的聚合物可以选自，例如，具有理想的吸收和解吸大量水的能力的各种聚合物。包含本发明的高吸收性水可溶胀的聚合物的涂料吸收大量的水显示出高达75％干重或更高的溶胀率。涂料组合物中水可溶胀的聚合物的理想含量为5-70％重量。最好，水可溶胀的聚合物的量为约44％重量-约70％重量，以组合物的总重量为基准计。适用的水可溶胀的聚合物的例子是以商品名为“AP80HS”从Emerging Technologies Inc.购到的聚丙烯酸酯粉末。

被包括在本发明的涂料组合物中的UV固化树脂合适的是一种液体、非含水的树脂，当暴露于紫外光中时它能快速和有效地固化。这样的液体、非含水的树脂可选自UV固化的环氧树脂、聚醚、聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、以及它们的混合物。UV固化树脂优选是在室温通常为液体的无溶剂的聚丙烯酸酯树脂。尽管树脂应为液体，然而其粘度是随温度而变化的。UV固化树脂优选在室温或室温以上为液体。这样树脂的例子是商品名为“500VINCH”从Zeon Technologies Inc.购到的上述优选的聚丙烯酸酯。

涂料组合物中所含的UV固化树脂的浓度为约30％重量-约95％重量，以组合物的总重量为基准计。最好，UV固化树脂的浓度为约35％重量-约56％重量。

用于形成本发明涂料的组合物还包含一种或多种光引发剂，在固化过程中光引发剂引发UV固化树脂交联。光引发剂之例子包括“IRGACURE651”或“IRGACURE819”，它们是从Ciba Specialty chemicals购得的二苯甲酮光引发剂。取决于所选定的UV固化树脂的化学配方，光引发剂可被包含在所选定的化学配方中。例如，500VINCH UV固化树脂是作为包含UV固化聚丙烯酸酯和一种或多种光引发剂的混合配制物出售的。涂料组合物还可包含一种或多种惯用于表面涂料的添加剂。例如，着色料、粘度调节剂、表面活性剂、和润滑剂可被添加到配方中。任何这样添加剂的量可以根据在组合物中所说添加剂的所需作用来方便地选定。

涂料组合物可通过将水可溶胀的聚合物粉末与液体UV固化树脂和光引发剂的混合来形成。最好，各成份是在室温下混合的；然而，树脂可在其与其它成份混合之前先进行预热。例如，在混合之前，树脂可被加热到室温至高达约150°F(66℃)的范围。混合物可通过任何合适的装置被掺合。在一优选的实施方案中，将50％重量的水可溶胀的聚合物粉末诸如聚丙烯酸酯粉末，与50％重量的液体UV固化树脂诸如丙烯酸酯树脂相掺合。发现由此混合物形成的涂料提供最大的水溶胀能力。

本发明的涂料组合物可被应用到需要隔水保护的纤维、绳、条、电缆和任何其它制品上。涂料组合物可通过惯用的方法施加以涂布上述制品，这些方法包括浸渍、浸涂、喷涂或其它已知方法。当被保护的制品是增强的绳或粗纱的情况时，组合物可通过包括，但并不限于，浸-刮浸渍接着穿过剥离模头(stripperdie)的方法来被合适地施加。

在涂料组合物被施加到增强的绳或粗纱的情况，首先用合适的、与涂料组合物中的各成份相容的底漆组合物对绳或粗纱涂敷。优选在施加涂料之前进行底涂，因为它减少了机械擦刮，而机械擦刮会引起绳或粗纱中纤维长丝的断裂和在加工机械上绒毛的集结。

本发明涂料的耐水性是通过在其被施加到制品表面后通过暴露在紫外(UV)光中固化非含水的组合物来获得的。暴露在紫外(UV)光中的固化使有可能快速而有效地形成涂层，无须诸如消耗大量能量和耗费较长固化时间的炉设备等。在固化过程中，在聚合物链之间发生交联，由此使含聚合物的涂料形成硬结层，从而通过吸收与被涂表面相接触的水保护了底下的被涂制品。合适的是将至少一层的涂料组合物施加到制品的一个或多个表面，以形成涂覆面。然后将涂覆面暴露于波长为约200-约450纳米的UV辐照下。辐照频率根据UV固化树脂的固化要求来选择。例如，使用500VINCH聚丙烯酸酯时，固化涂料的优选频率约为350纳米。UV辐照可由提供理想频率的任何合适的UV光源来供给。例如，可以使用以品牌名为“FUSION”销售的灯光箱。

当本发明的涂料被施加到增强纤维绳的表面并固化时，它们显示出高达约75％的水可溶胀的聚合物的初始干重量的溶胀能力。最好，此种类型施加的溶胀能力为约40％到高达约60％重量，以所说的水可溶胀的聚合物的初始干重为基准计。

包括此处所说耐水涂层的玻璃纤维增强制品可被用于暴露于水或水蒸汽的埸合和希望形成具有优良的耐水性的牢固、弹性而柔软的涂层的场合。下面的实施例是本发明的代表性例子，但是本发明的范围并不受其限制。

实施例

通过按不同比例混合水可溶胀的聚丙烯酸酯粉末-AP80HS，和500VINCH聚丙烯酸酯-一种非含水的液体UV固化树脂来制备示例性的涂料组合物.将聚合物粉末和UV固化树脂混合与掺合以形成均匀的分散体。将从Owens Corning购得的经预先底涂的玻璃粗纱-“ADVANTEX R25H”玻璃绳或“TYPE-E”玻璃绳穿过含涂料组合物的浸渍浴进行浸渍。浸渍后，使玻璃绳穿过具有所需的模孔尺寸的剥离模头，以控制沉积在绳表面上的涂料组合物的量。然后该涂布过的绳穿过成列的UV炉的同时在UV光下暴露约0.1秒-约5秒时间而被固化。UV炉中的紫外光的波长为约365纳米。

实施例1

在此实施例中，通过将一种超吸收聚丙烯酸酯与一种UV-丙烯酸酯按以下比例的混合来配制UV固化的涂料组合物：

95％重量的由Zeon Technologies制造的500VINCH UV丙烯酸酯，和

5％重量的由Emerging Technologies供应的AP 80HS

实施例2

在此涂料组合物中，将同样的成份按以下比例相混合：

86％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

14％重量的AP 80HS。

实施例3

按以下配方研制一种示例性的涂料组合物：

75.7％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

24.3％重量的AP 80HS。

实施例4

在此实施例中，按以下配方配制UV固化的涂料组合物：

64.9％重量的500VINCH UV，和

35.1％重量的AP 80HS。

实施例5

在此涂料组合物中，将各成份按以下比例相混合：

56％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

44％重量的AP 80HS。

实施例6

在此涂料组合物中，将各成份按以下比例相混合：

45％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

45％重量的AP 80HS。

实施例7

在此涂料组合物中，将各成份按以下比例相混合：

50％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

50％重量的AP 80HS。

实施例8

在此涂料组合物中，将各成份按以下比例相混合：

30％重量的500VINCH UV丙烯酸酯，和

70％重量的AP 80HS。

实施例9

当将它们施加到增强的纤维材料时，对实施例1-8的涂料进行试验以测定其在水中的溶胀能力。用实施例1-8的每一种涂料组合物涂布ADVANTEX R25H和TYPE-E玻璃增强的纤维材料的绳。在施加涂料之前用氨基硅烷对玻璃纤维进行底涂。就每种试样而言，测定其溶胀能力，以一定时间内基于涂料与纤维的总重量的溶胀百分率表示。所得的结果被列于表1中：

表1

实施例     被掺合的组成(重量％)                            溶胀能力^C

           AP80HS^a           500VINCH^b

1            5                  95                              21

2            14                 86                              30

3            24.3               75.7                            30

4            35.1               64.9                            40

5            44                 56                              58

6            45                 45                              29.6

7            50                 50                              48

8            70                 30                              43.8

a  超吸收聚丙烯酸酯，由Emerging Technologies Inc.供给。

b  UV丙烯酸酯，由Zeon Technologies Inc.供给。

c溶胀能力按1分钟后被涂绳的重量变化百分比来测定的。

观察到的结果表明，能达到吸收大量的水，例如在超吸收聚合物或UV固化聚合物的浓度为约30％重量-约70％重量的范围内能达到吸收大量的水。

已对本发明进行介绍与示例性说明，应该懂得，以下的权利要求书的范围并不限于每项权利要求中所用的词而且还包括与其等同的词。

Claims (23)

1.一种至少部份被通过将包含水可溶胀的聚合物和液体UV固化树脂的组合物暴露于UV光固化而形成的涂层所包覆的制品。

2.权利要求1的制品，其中涂层吸收水以提供耐水作用并且当涂层被干燥时解吸水。

3.权利要求1的制品，其中固化后水可溶胀的聚合物当被浸渍于含水的环境中时，吸收高达约75％其干重量的水。

4.权利要求1的制品，其中水可溶胀的聚合物包括聚丙烯酸酯聚合物。

5.权利要求1的制品，其中液体UV固化树脂包括丙烯酸酯树脂。

6.权利要求1的制品，它是一种增强纤维材料。

7.权利要求6的制品，它还包含在涂层底下的氨基硅烷底漆。

8.权利要求1的制品，它是一种复合材料制品。

9.权利要求1的制品，它选自由带、垫、织物、粗纱、纤维绳、层合制品、片材、柱和电缆组成的组。

10.权利要求1的制品，它选自由模制制品、织造织物、稀松非织织物、木材与纸制品、以及结构材料组成的组。

11.一种适于形成吸收和解吸水的涂层的非含水的涂料组合物，它包含水可溶胀的聚合物和液体UV固化树脂。

12.权利要求11的非含水的涂料组合物，其中水可溶胀的聚合物是粉末聚丙烯酸酯。

13.权利要求11的非含水的涂料组合物，其中液体UV固化树脂是丙烯酸酯。

14.权利要求11的非含水的涂料组合物，还包含光引发剂。

15.权利要求11的非含水的涂料组合物，其中在组合物中水可溶胀的聚合物占约30％重量-约70％重量，而UV固化树脂占约30％重量-约70％重量。

16.一种为制品表面提供耐水性的方法，包括：

a)制备包含水可溶胀的聚合物和液体UV固化树脂的非含水的液体涂料组合物；

b)将非含水的液体涂料组合物施加到制品表面以形成涂覆表面；和

c)将涂覆表面暴露于UV光并固化所说的非含水的液体涂料组合物，以便在制品表面形成吸水的耐水涂层。

17.权利要求16的方法，其中施加非含水的液体涂料组合物到制品表面步骤包括使非含水的液体涂料组合物与制品表面相接触，以在整个制品表面上形成非含水的液体涂料层。

18.权利要求16的方法，其中UV光的波长为约200纳米-约450纳米。

19.一种根据权利要求16的方法形成的增强纤维材料。

20.权利要求19的增强纤维，在施加涂料之前它先用氨基硅烷进行底涂。

21.一种根据权利要求16的方法形成的复合制品。

22.一种根据权利要求16的方法形成的增强纤维产品。

23.一种制品，它具有至少一个被耐水的UV固化涂料所覆盖的表面，所说的耐水的UV固化涂料包括：

硅烷；

水可溶胀的聚合物；和

液体UV固化树脂。