TW202110897A

TW202110897A - 表面防霧處理的方法

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Publication number: TW202110897A
Application number: TW109125614A
Authority: TW
Inventors: 奧倫李恩瓦贊
Original assignee: 法商戴卡特隆有限公司
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2021-03-16
Also published as: CN112300686B; CN112300686A; FR3099480B1; EP4004123A1; FR3099480A1; WO2021018912A1

Abstract

本發明涉及一種用於處理表面以賦予其防霧性能的方法，該方法包括：- 在該表面上沉積液體組合物，該組合物包含基於氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體的活性組分，該組合物進一步包含聚合引發劑；- 使該表面經受聚合處理，以藉由該組合物的交聯形成防霧塗層。

Description

表面防霧處理的方法

本發明涉及一種用於處理表面、尤其是光學表面以賦予其防霧性能的方法，以及一種用於實施這種方法的液體組合物和一種包含藉由實施這種方法具有防霧性能的表面的光學單元。

它尤其適用於處理打算在潮濕環境中使用的光學單元，例如用於泳鏡和/或面罩的鏡片。

已知的方法包括在待處理的表面上藉由在紫外輻射（UV）下的聚合和/或交聯形成防霧塗層，這些方法確保了防霧處理可靠且相對耐用，同時實施簡單。

這些方法通常包括： - 在待處理的表面上沉積液體組合物，該液體組合物包含可藉由紫外輻射交聯並且具有足夠的親水性能以能夠賦予該表面防霧性能的活性組分，以及用於該交聯的光引發劑； - 使該表面經受紫外輻射，以藉由該組合物的交聯形成防霧塗層。

文獻KR-2000/0021399揭露了使用一種液體組合物，該液體組合物具有可藉由紫外輻射固化的基於丙烯酸酯低聚物的活性組分，尤其是4-官能且親水的氨基甲酸酯丙烯酸酯。

文獻CN-106 380 994和CN-106 632 830揭露了使用液體組合物，該液體組合物具有摻入兩性離子甜菜鹼單體或聚合物的活性組分，其親水性能尤其允許藉由水合產生防霧作用。

但是，這些解決方案並不完全令人滿意，因為所獲得的塗層通常具有對於有效防止在經處理的表面上形成霧來說有限的耐久性和/或不足的潤濕性。

為本發明旨在藉由提出一種處理方法來最佳化先前技術，該處理方法被設計為確保表面的良好防霧性能，尤其是在可靠性、有效性和耐久性方面。

為此，根據第一方面，本發明提出一種用於處理表面以賦予其防霧性能的方法，該方法包括： - 在該表面上沉積液體組合物，該組合物包含基於氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體的活性組分，該組合物進一步包含聚合引發劑； - 使該表面經受聚合處理，以藉由該組合物的交聯形成防霧塗層。

根據第二方面，本發明提出一種用於實施這種方法的液體組合物，該組合物包含： - 基於氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體的活性組分； - 聚合引發劑。

根據第三方面，本發明提出一種包含藉由實施這種方法具有防霧性能的表面的光學單元。

本發明的其他特徵和優點將在各種特殊實施方案的以下描述中顯現。

本發明尤其適用於處理打算在潮濕環境中使用的光學單元，例如用於泳鏡和/或面罩的鏡片，這歸因於在這樣的使用條件下形成霧的高風險。

本發明還可應用於其他類型的光學單元，例如眼鏡和/或太陽眼鏡，但也可應用於提供投射防護的面罩，其通常被用在工業和/或實驗室環境中，在以下的範疇內：該單元與使用者的呼吸道和/或熱源（例如爐）的接近可導致霧的形成，從而損害使用者的視覺。

該方法包括在待處理的表面上沉積液體組合物，該液體組合物包含可在合適的聚合處理的作用下交聯的活性組分。

在沉積這種組合物之前，該方法可包括使待處理的表面去油脂，尤其是去除可改變防霧塗層的性能和/或其對該表面的黏附性的任何殘餘污染物。

為此，該方法可包括在待處理的表面上施加尤其基於乙醇的去油脂溶液，然後用壓縮空氣乾燥該表面，以使其準備用於該液體組合物的沉積。

該方法可包括藉由在該組合物的浴中浸泡該表面來沉積該組合物。這種解決方案有利地允許在單個操作中處理光學單元的兩個面，並且允許容易地產生均勻厚度的塗層。

該方法還可包括藉由利用該組合物噴塗該表面，例如借助於所謂的“流塗”技術來沉積該組合物。

該活性組分基於氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體。

這兩種類型的材料的組合使得能夠獲得最佳品質的防霧塗層，尤其是在剛性、透明度、抗劃傷性和對經處理的表面的黏附性方面。這樣的塗層另外還具有良好的親水性能，從而使其能夠確保在整個經處理的表面上保持均勻的水膜，並且因而有效地限制了該表面上的起霧。

該兩性離子單體可包含甜菜鹼，其親水性能對於限制起霧的形成是特別有利的。

尤其是，該兩性離子單體可包含磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯（SBMA），其還改善了防霧塗層的透明度。這樣的單體可例如在由Raschig®銷售的產品RALU®Mer SPE中獲得。

氨基甲酸酯丙烯酸酯可包含丙烯酸系聚氨酯基質，以賦予防霧塗層剛性、透明度、抗劃傷性和對經處理的表面的黏附性的良好性能。尤其是，該氨基甲酸酯丙烯酸酯可基於不含錫的脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯，例如由IGM Resins®銷售的Photomer 6692®。

該活性組分包含15％-60％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯和40％-85％重量的兩性離子單體，其使得能夠獲得下述這樣的塗層：該塗層在一方面是物理和機械性能（抗性、表面黏附性等）並且另一方面是官能性能（親水性能）之間具有良好的折衷。有利地，該活性組分包含約20％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯和約80％重量的兩性離子單體。

為了獲得具有令人滿意的性能的塗層，該液體組合物有利地包含10％-30％重量的活性組分。

該液體組合物還包含聚合引發劑，以便能夠在合適的聚合處理的作用下使該活性組分交聯。尤其是，該組合物包含0.5％-2％、並且尤其是大約1％重量的引發劑。

有利地，該聚合處理可包括使在其上已經沉積了該液體組合物的表面暴露於紫外輻射。

為此，該引發劑可包含光引發劑，並且可尤其基於1-羥基環己基苯基酮，例如由IGM Resins®銷售的Omnirad 184®或Omnirad 1173®。

在一種變體中，該聚合處理可包括在其上已經沉積了該液體組合物的表面的熱處理。

為此，可以使用自由基熱聚合引發劑，對其的選擇取決於所需的實施溫度。尤其是，該引發劑可包含尤其基於偶氮二異丁腈（AIBN）的偶氮腈。

該液體組合物還包含溶劑，該溶劑被設計為確保其均勻性，尤其要考慮避免氨基甲酸酯丙烯酸酯和/或兩性離子單體在該溶劑中沉澱。

為此，該液體組合物可包含： - 40％-60％重量的非水性溶劑，尤其基於2-丁氧基乙醇；和 - 20％-40％重量的水，尤其是脫礦質水。

尤其是，借助於液體組合物獲得具有非常令人滿意的性能的防霧塗層，該液體組合物包含： - 約3.9％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯，尤其基於Photomer 6692®； - 約15.5％重量的兩性離子單體，尤其基於RALU®Mer SPE； - 約0.8％重量的光引發劑，尤其基於Omnirad 1173®； - 約47.9％重量的非水性溶劑，尤其基於2-丁氧基乙醇； - 約31.9％重量的水，尤其是脫礦質水。

在將該組合物沉積在該表面上之後，該方法包括至少一個從該表面去除任何多餘的該組合物的步驟，以保證該塗層在厚度和在該表面上的分佈方面的良好均勻性。

為此，該方法可包括該表面的瀝乾（draining），這尤其藉由將其懸置在直立位置約五分鐘和/或藉由適當的裝置吸取多餘物來進行。

為了進行該處理，該方法然後包括使利用該液體組合物塗覆的表面經受紫外輻射，這例如藉由將其置於450W的爐中約五分鐘來進行，以藉由該組合物的交聯來形成防霧塗層。

另外，在形成該塗層之後，該方法可包括從該塗層上去除可能的未完全交聯的上層，這尤其藉由用水沖洗經處理的表面來進行。

實施例

在實驗室中進行的測試過程中，製備了液體組合物的多個樣品，以便以比較的方式評價該組合物和/或從它們獲得的塗層的幾種化學、物理和/或官能性能，尤其是： - 該液體組合物的視覺外觀，尤其是在透明度和均勻性方面； - 該塗層的視覺外觀，尤其是在透明度方面； - 該塗層的霧度值； - 與水的接觸角的值，這尤其藉由在經處理的表面上沉積水滴並觀察其在該表面上的保持來獲得； - 抗劃傷性，這尤其藉由視覺觀察和用指甲標記來獲得； - 塗層的厚度，這尤其借助於輪廓儀來獲得。

這些液體組合物樣品藉由它們的活性組分而彼此不同，尤其是藉由以下項而彼此不同： - 該液體組合物中活性組分的總量；和/或 - 該活性組分中氨基甲酸酯丙烯酸酯與兩性離子單體之間的重量比率。

關於氨基甲酸酯丙烯酸酯/兩性離子單體的比率，該樣品各自包含選自以下組分之一的活性組分： - 100％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和0％的兩性離子單體（組分“PU”）；或者 - 75％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和25％的兩性離子單體（組分“75 PU/25 SBMA”）；或者 - 50％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和50％的兩性離子單體（組分“PU/SBMA”）；或者 - 25％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和75％的兩性離子單體（組分“25 PU/75 SBMA”）；或者 - 0％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和100％的兩性離子單體（組分“SBMA”）。

在這些測試中，使用以下產品來製備這些活性組分： - 對於該氨基甲酸酯丙烯酸酯，由IGM Resins®銷售的Photomer 6692®； - 對於該兩性離子單體，由Raschig®銷售的RALU®Mer SPE。

此外，所有樣品包含： - 約0.8％重量的Omnirad 1173®，作為光引發劑； - 約47.9％重量的由Merck®以標號“801554”銷售的2-丁氧基乙醇，作為非水性溶劑； - 約31.9％重量的脫礦質水。

所有這些樣品已經被用於在透明聚碳酸酯片材的表面上產生防霧塗層，尤其類似於通常用於生產泳鏡或面罩的鏡片的那些。

這些塗層根據如上所述的方法生產，目的在於： - 製備用於沉積該液體組合物的片材，這尤其藉由用乙醇去油脂並用壓縮空氣乾燥以去除任何殘餘物來進行； - 將待測試的液體組合物的樣品沉積在該片材的表面上； - 從該片材上去除多餘的液體組合物，這藉由瀝乾，尤其藉由將該片材直立懸置約五分鐘，然後藉由用微量移液管吸取剩餘的多餘物來進行； - 使該片材經受紫外輻射，這尤其藉由將其置於450W的爐中約五分鐘來進行，以藉由該組合物的交聯來形成塗層；和 - 從該塗層上去除可能的未完全交聯的上層，這尤其藉由用水沖洗經處理的表面來進行。液體組合物的外觀

對於這個第一測試階段來說，製備了五個液體組合物樣品，這些樣品中的每一個均包含： - 以上文提及的比例的光引發劑、非水性溶劑和水； - 約19.4％重量的活性組分，選自上文提及的清單，即： ○ 對於樣品“001”：組分“PU”； ○ 對於樣品“002”：組分“75 PU/25 SBMA”； ○ 對於樣品“003”：組分“PU/SBMA”； ○ 對於樣品“004”：組分“25 PU/75 SBMA”；和 ○ 對於樣品“005”：組分“SBMA”。

包含氨基甲酸酯丙烯酸酯與兩性離子單體的混合物的樣品（樣品“002”、“003”和“004”）均具有令人滿意的視覺外觀，尤其是在均勻性方面。

相反，僅包含氨基甲酸酯丙烯酸酯的樣品（樣品“001”）或僅包含兩性離子單體的樣品（樣品“005”）具有不足的均勻性，其程度為該活性組分在溶劑/水混合物中沉澱。

因此，這個第一測試階段揭示出氨基甲酸酯丙烯酸酯/兩性離子單體混合物在該液體組合物的均勻性方面的協同作用。防霧塗層厚度

在第二測試階段期間，製備了五個新的液體組合物樣品，這些樣品中的每一個均包含： - 以上文提及的比例的光引發劑、非水性溶劑和水； - 約14.55％重量的活性組分，選自上文提及的清單，即： ○ 對於樣品“011”：組分“PU”； ○ 對於樣品“012”：組分“75 PU/25 SBMA”； ○ 對於樣品“013”：組分“PU/SBMA”； ○ 對於樣品“014”：組分“25 PU/75 SBMA”；和 ○ 對於樣品“015”：組分“SBMA”。

與該第一測試階段的樣品相比，已對活性組分的量進行了調節，以便獲得具有相同量的其他組分（水、溶劑、光引發劑）的具有令人滿意的視覺外觀的五個樣品，以便不會由於使用不均勻的和/或包含除該活性組分之外的組分的用量變化的樣品而獲得假結果。

在這些製備結束時，五個聚碳酸酯片材已根據如上所述的方法分別用這些樣品之一進行了處理。

尤其是，已經藉由將片材浸泡在相應樣品浴中進行了液體組合物的沉積，以獲得具有最佳一致性的塗層並且是以易於從一個樣品重複到另一個樣品的方式獲得的。

為此，每個片材藉由以下方式被浸泡在了相應樣品浴中： - 以約200毫米/分鐘的速度將其垂直下降到該浴中； - 浸入該浴中約30秒；並且 - 以約200毫米/分鐘的速度將其從該浴中垂直提取出。

然後使用輪廓儀測量每個塗層的厚度。

這些測量已經表明，樣品“011”至“014”可獲得非常細小的厚度，尤其是小於1μm。尤其是： - 樣品“012”至“014”（PU/SBMA混合物）產生的塗層所具有的厚度約為： ○ 對於樣品“013”（50％PU/ 50％SBMA）：0.8 µm； ○ 對於樣品“012”（75％PU/25％SBMA）和“014”（25％PU/75％SBMA）：0.6 µm；並且 - 樣品“011”（僅PU）所產生的塗層的最小厚度約為5 µm。

相比之下，對於僅包含兩性離子單體的樣品（樣品“015”），塗層對經處理的表面具有不足的黏附性，使得用水進行沖洗的最後步驟去除了大量的該塗層。因而已證明不可能測量其厚度。防霧塗層的其他性能

在第三測試階段期間，準備了五個新樣品，類似於在第二階段期間使用的樣品，以評價所獲得的防霧塗層的其他性能，即： - 其視覺外觀，尤其是在透明度方面； - 霧度值； - 與水的接觸角的值，這尤其藉由在經處理的表面上沉積水滴並觀察其在該表面上的保持來獲得； - 抗劃傷性，這尤其藉由視覺觀察和用指甲標記來獲得。

然後，根據如上所述的方法，分別用這些樣品之一處理了五個聚碳酸酯片材。因此： - 用樣品“011”處理了片材“016”； - 用樣品“012”處理了片材“017”； - 用樣品“013”處理了片材“018”； - 用樣品“014”處理了片材“019”； - 用樣品“015”處理了片材“020”。

在這些處理過程中，在使用“流塗”技術將相應樣品噴塗到片材上之後進行液體組合物的沉積。為此，使用巴斯德吸管將1ml的每種樣品沉積在相應的片材上。

在這些處理結束時，檢查了各種經處理的片材以及沒有塗層的對照片材，以評價如上所述的性能。

關於沖洗之後塗層的視覺外觀： - 在對照片材和在片材“016”、“018”、“019”和“020”上觀察到令人滿意的透明度； - 在用包含75％的氨基甲酸酯丙烯酸酯和25％的兩性離子單體的樣品處理的片材“017”上觀察到白色的起霧。

關於霧度，所有經處理的片材所具有的值均大於利用對照片材所獲得的值，即0.49。

具有分別僅包含氨基甲酸酯丙烯酸酯和僅包含兩性離子單體的塗層的片材“016”和“020”具有相當低的值，尤其是0.94（對於片材“016”來說）和1.04（對於片材“020”來說）。

關於具有摻入氨基甲酸酯丙烯酸酯/兩性離子單體混合物的塗層的片材，片材“018”和“019”具有較高的值，但小於3，尤其是對於片材“018”（具有兩種組分的50/50混合物）來說為2.66，並且對於片材“019”（25％PU/75％SBMA）來說甚至為1.51。

相比之下，由於上述白色起霧的存在，片材“017”具有非常大的值，約為32.5。

關於與水的接觸角，利用其活性組分是“單一成分”的樣品處理的片“016”和“020”顯示出比利用對照片材獲得的結果略低的結果。因此，對照片材具有72.80^o 的角度，而片材“016”和“020”分別具有69.02和67.75的角度。

此外，用樣品“012”（75％PU/25％SBMA）處理的片材“017”給出的結果是77.64^o ，因而比對照片材的結果略大。

相比之下，用包含較大比例的兩性離子單體的樣品處理的片材“018”和“019”所具有的與水的接觸角的值遠低於對照片材的接觸角的值，即27.49^o （對於片材“018”來說）和33.31^o （對於片材“019”來說）。

最後，關於塗層對指甲通過的抗性，所有經處理的片材均具有令人滿意的結果。

因此，這個第三測試階段表明，包含“單一成分”活性組分的塗層在經處理的表面上沒有提供防霧效果。實際上： - 儘管僅包含氨基甲酸酯丙烯酸酯的塗層在保護經處理的表面方面具有良好的性能（剛性、透明度、黏附性、抗劃傷性），但相比之下它具有低潤濕性； - 僅包含兩性離子單體的塗層對經處理的表面不具有令人滿意的黏附性，程度為在其形成之後用水沖洗則會去除其大部分。

此外，這個第三測試階段顯示了氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體之間的協同作用，不過是在確定的比例下。

實際上，利用片材“017”獲得的結果表明，除了不足的透明度無法確保使用者良好的視覺之外，不足量的兩性離子單體還促成了經處理的表面的疏水性質，其程度為與水的接觸角大於在未經處理的表面上觀察到的接觸角。

相比之下，用片材“018”和“019”獲得的結果表明，兩性離子單體含量等於至少50％但小於99％的活性組分可提供下述這樣的塗層：該塗層具有良好的防霧性能，同時尤其在透明度、抗性和對經處理的表面的黏附性方面是令人滿意的。

尤其是，當使用包含至少75％重量的兩性離子單體的活性組分時，則在厚度（0.6μm）、透明度（霧度為1.51）和防霧性能（與水的接觸角為33.31^o ）之間獲得了非常令人滿意的折衷。

另外，已經對與第一階段的樣品“002”、“003”、“004”類似的樣品（換言之，摻入了約19.4％重量的摻入了氨基甲酸酯丙烯酸酯和兩性離子單體混合物的活性組分的樣品）進行了與第二和第三階段的測試類似的測試，並且已經觀察到與摻入了約14.55％重量的相應活性組分的樣品“012”、“013”和“014”的結果類似的結果。

Claims

一種用於處理一表面以賦予其防霧性能的方法，該方法包括： - 在該表面上沉積一液體組合物，該組合物包含基於一氨基甲酸酯丙烯酸酯和一兩性離子單體的一活性組分，該組合物進一步包含聚合引發劑； - 使該表面經受一聚合處理，以藉由該組合物的交聯形成防霧塗層。
如請求項1所述的方法，其中該兩性離子單體包含甜菜鹼，尤其是磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯（SBMA）。
如請求項1或請求項2所述的方法，其中該氨基甲酸酯丙烯酸酯包含丙烯酸系聚氨酯基質，尤其基於不含錫的脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯。
如請求項1至請求項3中任一項所述的方法，其中該活性組分包含15％-60％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯和40％-85％重量的兩性離子單體。
如請求項4所述的方法，其中該活性組分包含約20％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯和約80％重量的兩性離子單體。
如請求項1至請求項5中任一項所述的方法，其中該組合物包含10％-30％重量的活性組分。
如請求項1至請求項6中任一項所述的方法，其中該組合物包含0.5％-2％重量、並且尤其是大約1％重量的一聚合引發劑。
如請求項1至請求項7中任一項所述的方法，其中該聚合處理包括使在其上沉積了該液體組合物的表面暴露於紫外輻射。
如請求項8所述的方法，其中該聚合引發劑包含光引發劑，尤其基於1-羥基環己基苯基酮。
如請求項1至請求項7中任一項所述的方法，其中該聚合處理包括在其上沉積了該液體組合物的一表面的熱處理。
如請求項10所述的方法，其中該聚合引發劑包含自由基熱聚合引發劑，尤其基於偶氮腈。
如請求項1至請求項11中任一項所述的方法，其中該組合物包含40％-60％重量的非水性溶劑，尤其基於2-丁氧基乙醇。
如請求項1至請求項12中任一項所述的方法，其中該組合物包含20％-40％的水。
如請求項1至請求項13中任一項所述的方法，其中該方法包括藉由在該組合物的浴中浸泡該表面來沉積該組合物。
如請求項1至請求項13中任一項所述的方法，其中該方法包括藉由利用該組合物噴塗該表面來沉積該組合物。
用於實施如請求項1至請求項15中任一項所述的表面處理方法的液體組合物，該組合物包含： - 基於一氨基甲酸酯丙烯酸酯和一兩性離子單體的活性組分； - 一聚合引發劑。
如請求項16所述的液體組合物，其中： - 該兩性離子單體包含甜菜鹼，尤其是磺基甜菜鹼甲基丙烯酸酯（SBMA）； - 該氨基甲酸酯丙烯酸酯包含丙烯酸系聚氨酯基質，尤其基於不含錫的脂族氨基甲酸酯六丙烯酸酯；並且 - 該引發劑基於1-羥基環己基苯基酮或偶氮腈。
如請求項16或請求項17之一所述的液體組合物，其中該組合物包含： - 10％-30％重量的一活性組分，該活性組分包含約20％重量的氨基甲酸酯丙烯酸酯和約80％重量的兩性離子單體；和 - 0.5％-2％重量並且尤其是約1％重量的聚合引發劑。
一種光學單元，其包含藉由實施如請求項1至請求項15中任一項所述的處理方法而具有防霧性能的表面。