TW202421428A - 聚合物結構體及其用途 - Google Patents

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鄭經豪
吳皇旻
張瑋駿
黃怡碩
吳其峰
羅德順
陳錫元
江彥輝
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奇鈦科技股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種聚合物結構體及其應用。該聚合物結構體包含一基材以及覆蓋該基材之至少部分表面之光遮蔽層，其中該基材包含第一聚合物，該光遮蔽層包含第二聚合物，且第二聚合物包含衍生自第一紫外光吸收劑之結構單元，且該光遮蔽層具有1微米至200微米之厚度，該第一紫外光吸收劑係多官能反應型紫外光吸收劑。

Description

聚合物結構體及其應用
本發明係關於一種聚合物結構體，更特定言之，係關於一種具有薄的紫外光遮蔽層的熱塑性聚氨酯結構體。
聚氨酯是一類由多元醇及異氰酸酯聚合形成的重要聚合物，其中藉由原料比例的調配，可製造具有所需機械性質的材料，所述機械性質包括耐磨性、耐溫性、可撓性、延伸性等。聚氨酯已廣泛用於各種材料之中，例如塗料、彈性體、發泡材料、黏合劑、密封劑等。一般而言，聚氨酯可根據結構中芳香環之有無而概分成脂肪族聚氨酯與芳香族聚氨酯，其中芳香族聚氨酯在物化性質及加工性上較脂肪族聚氨酯來得優異，但芳香族聚氨酯的耐候黃變問題一直是工業上難以解決的問題。
US 7,910,642 B2提出藉由使用添加型紫外線吸收劑（ultraviolet absorbing agent，UVA）與受阻胺光安定劑（hindered amine light stabilizer，HALS）來嘗試解決上述問題，受限於添加型紫外線吸收劑與芳香族聚氨酯的相容性問題，添加型紫外線吸收劑的添加量有其上限，使得抗黃變的效果無法被顯著改善，因此仍無法徹底解決黃變問題，使得芳香族聚氨酯特別是在戶外物品上的應用長期以來仍一直受到限制。
為使聚合物材料免受紫外線照射影響其性質，習知技術均係將紫外線吸收劑直接添加或反應至所欲保護之聚合物材料中。以此方式製得之聚合物材料的紫外線吸收成分係均勻分布於聚合物材料之整體，因此，即使實際上僅分布於聚合物材料表面附近的紫外線吸收成分可發揮抗紫外線之功能，仍須大量添加紫外線吸收劑至聚合物材料之整體，方能使聚合物材料表面附近的紫外線吸收成分含量足以抵禦紫外線。然而，大量添加紫外線吸收劑的結果不僅導致成本提高，更可能不利地影響聚合物材料之物化性質。尤其，對於具有高應用價值的透明或白色聚合物材料（如熱塑性聚氨酯），大量添加紫外線吸收劑將使得聚合物材料顏色在視覺上明顯受到影響，導致商業價值降低。此亦說明何以芳香族聚氨酯在物化性質及加工性上均較脂肪族聚氨酯來得優異，卻總因其耐候黃變問題而被排除使用於戶外物品上。
有鑑於上述技術問題，本發明提供一種創新思維，透過於聚合物材料表面形成薄的紫外光遮蔽層的方式提供一種複合式聚合物材料，可同時達到有效抗紫外線、低成本、以及對聚合物材料物化性質影響最小化等優點，進而可解決工業上長期存在之芳香族聚氨酯在戶外物品應用上的瓶頸。
具體言之，本發明之一目的在於提供一種聚合物結構體，其係包含一基材以及覆蓋該基材之至少部分表面之光遮蔽層，其中該基材包含第一聚合物，該光遮蔽層包含第二聚合物，且第二聚合物包含衍生自第一紫外光吸收劑之結構單元，且該光遮蔽層具有1微米至200微米之厚度，該第一紫外光吸收劑係多官能反應型紫外光吸收劑。
於本發明之部分實施態樣中，光遮蔽層具有2微米至100微米之厚度。
於本發明之部分實施態樣中，第一紫外光吸收劑具有以下化學式（1）結構： [化學式（1）] ， 於化學式（1）中，R1為H或Cl。
於本發明之部分實施態樣中，以第二聚合物的總重量計，該第一紫外光吸收劑之含量為0.5重量%至45重量%。
於本發明之部分實施態樣中，第一聚合物及第二聚合物係各自獨立選自以下群組：聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、環氧樹脂、胺基樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚丙烯、聚乙烯、液晶聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚苯乙烯、及前述之複合物。
於本發明之部分實施態樣中，第一聚合物及第二聚合物各自獨立為聚氨酯。
於本發明之部分實施態樣中，聚氨酯為熱塑性聚氨酯。
於本發明之部分實施態樣中，第一聚合物為芳香族聚氨酯。
於本發明之部分實施態樣中，光遮蔽層係至少覆蓋基材的受光表面。
於本發明之部分實施態樣中，聚合物結構體具有65%或更高的可見光透射率。
於本發明之部分實施態樣中，基材及光遮蔽層各自獨立包含選自以下群組之添加劑：消泡劑、流平潤濕劑、增稠劑、分散劑、微粉蠟、消光粉、抗菌劑、金屬氧化物光遮蔽劑、光安定劑、熱安定劑、非反應型紫外光吸收劑、單官能反應型紫外光吸收劑、不同於第一紫外光吸收劑之多官能反應型紫外光吸收劑、抗氧化劑、填料、阻燃劑、塑化劑、染料、顏料、增亮劑、抗靜電劑、螢光增白劑、防老劑、金屬穩定劑、吸酸劑、抗水解劑、蠟、及其組合。
本發明之另一目的在於提供上述聚合物結構體在製備可抵禦紫外光的製品中的用途。
於本發明之部分實施態樣中，該製品係選自以下群組：透明外罩、電子產品的構件、太陽能板週邊材料、交通工具的構件、服裝材料、光學製品、建築用構件、風力發電構件、農業用構件、軍事工業製品、顯示器外部觀看面、膜、薄片、及防爆面板。
於本發明之部分實施態樣中，該製品係選自以下群組：車輛包膜、燈罩、行動裝置之外殼、車輛外殼、汽車燈、車輛內裝用表面材料、擋風玻璃、側窗玻璃、窗戶、門、濾光片、衣服、褲子、外套、鞋子、光學鏡片、光學元件、光致變色鏡片、隱形眼鏡鏡片、屋頂膜、屋頂瓦板、屋頂襯墊物、屋簷、牆壁材料、地板材料、道路建設用構件、管道材料、招牌、遮陽板、溫室被覆用膜、背光燈、風車部件、飛行器透明體、雷達天線罩、防爆玻璃、防彈面板、透明螢幕用膜、導電膜、微波吸收膜、熱轉印膜、包裝膜、及低電阻膜。
為使本發明之上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以部分具體實施態樣進行詳細說明。
以下將具體地描述根據本發明之部分具體實施態樣；惟，本發明尚可以多種不同形式之態樣來實踐，不應將本發明保護範圍限於所述具體實施態樣。
除非另有說明， 於本說明書及申請專利範圍中所使用之「一」、「該」及類似用語應理解為包含單數及複數形式。
除非另有說明，於本說明書及申請專利範圍中所使用之「第一」、「第二」及類似用語僅係用於區隔所描述之元件或成分，本身並無特殊涵義，且並非用於代表先後順序。
除非另有說明，於本說明書及申請專利範圍中，用語「非反應型紫外光吸收劑」是指不具有反應性官能基團之可吸收紫外光的化合物，用語「單官能反應型紫外光吸收劑」是指具有一個反應性官能基團之可吸收紫外光的化合物，用語「多官能反應型紫外光吸收劑」是指具有二或更多個反應性官能基團之可吸收紫外光的化合物。所述反應性官能基團的實例包括但不限於羥基、羧基、羰基、胺基、氰基、磺醯基（sulfonyl）、苯基、及硝基。
除非另有說明，於本說明書及申請專利範圍中，用語「受光表面」係指受到光照射的表面。
本發明對照現有技術的功效在於，提供一種具有薄的紫外光遮蔽層的聚合物結構體，特別是一種包含熱塑性芳香族聚氨酯作為基材之聚合物結構體，其中紫外光遮蔽層用於防止聚合物基材，如熱塑性芳香族聚氨酯的黃變，且紫外光遮蔽層的厚度控制在一定範圍內以降低對熱塑性芳香族聚氨酯結構體的外觀及透光率的不利影響。以下就本發明聚合物結構體及其應用提供詳細說明。
1. 聚合物結構體
圖1為本發明之一實施態樣的聚合物結構體的結構示意圖。如圖1所示，本發明聚合物結構體10包含一基材12以及覆蓋該基材之至少部分表面之光遮蔽層11。於本發明之部分實施態樣中，光遮蔽層11係至少部分地覆蓋基材12的受光表面，以提供紫外光遮蔽效果。於本發明之較佳實施態樣中，光遮蔽層11係完全地覆蓋基材12的受光表面，或完全地覆蓋基材12的受光表面及非受光表面。
1.1. 基材
於本發明聚合物結構體中，基材包含第一聚合物，或主要由第一聚合物構成，或由第一聚合物構成。於本發明之部分實施態樣中，基材是由第一聚合物與視需要之添加劑所形成。
第一聚合物的種類並無特殊限制，其實例包括但不限於聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、環氧樹脂、胺基樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚丙烯、聚乙烯、液晶聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚苯乙烯、及前述之複合物。聚氨酯包括但不限於丙烯酸改性聚氨酯及熱塑性聚氨酯，且熱塑性聚氨酯可為熱塑性芳香族聚氨酯或熱塑性脂肪族聚氨酯。聚醯亞胺的一實例為無色聚醯亞胺（colorless polyimide，CPI）。聚酯的實例包括但不限於聚對酞酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對酞酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）、聚對酞酸丙二酯（polypropylene terephthalate，PTT）、熱塑性彈性體（thermoplastic polyester elastomer，TPEE）、及聚芳酯（polyarylate，PAR）。於本發明之部分實施態樣中，第一聚合物為聚氨酯，特定言之為熱塑性聚氨酯，更特定言之為熱塑性芳香族聚氨酯。
視需要之添加劑可適應性地改良基材的可加工性或賦予其特定功能。添加劑的實例包括但不限於消泡劑、流平潤濕劑、增稠劑、分散劑、微粉蠟、消光粉、抗菌劑、金屬氧化物光遮蔽劑、光安定劑、熱安定劑、非反應型紫外光吸收劑、單官能反應型紫外光吸收劑、不同於第一紫外光吸收劑之多官能反應型紫外光吸收劑、抗氧化劑、填料、阻燃劑、塑化劑、染料、顏料、增亮劑、抗靜電劑、螢光增白劑、防老劑、金屬穩定劑、吸酸劑、抗水解劑、及蠟。前述添加劑可單獨使用，亦可混合多種使用。光安定劑的一實例為受阻胺光安定劑（HALS），其是一種具有胺基而能夠捕捉自由基以抑制光降解的化合物，通常為四甲基呱啶（tetramethylpiperidine）的衍生物。
添加劑的含量並無特殊限制，只要其含量足夠實現所欲功能即可。於本發明之部分實施態樣中，基材係包含作為第一聚合物熱塑性芳香族聚氨酯與HALS，且以100重量份之第一聚合物計，HALS的含量可為0.01重量份至5重量份，例如0.01重量份、0.02重量份、0.03重量份、0.04重量份、0.05重量份、0.06重量份、0.07重量份、0.08重量份、0.09重量份、0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.7重量份、1.8重量份、1.9重量份、2重量份、2.1重量份、2.2重量份、2.3重量份、2.4重量份、2.5重量份、2.6重量份、2.7重量份、2.8重量份、2.9重量份、3重量份、3.1重量份、3.2重量份、3.3重量份、3.4重量份、3.5重量份、3.6重量份、3.7重量份、3.8重量份、3.9重量份、4重量份、4.1重量份、4.2重量份、4.3重量份、4.4重量份、4.5重量份、4.6重量份、4.7重量份、4.8重量份、4.9重量份、或5重量份，或介於由上述任二數值所構成之範圍內。
於本發明聚合物結構體中，基材的厚度並無特殊限制。例如可為1微米至150毫米，如1微米、5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米、80微米、85微米、90微米、95微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、550微米、600微米、650微米、700微米、750微米、800微米、850微米、900微米、950微米、1毫米、5毫米、10毫米、15毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米、55毫米、60毫米、65毫米、70毫米、75毫米、80毫米、85毫米、90毫米、95毫米、100毫米、105毫米、110毫米、115毫米、120毫米、125毫米、130毫米、135毫米、140毫米、145毫米、或150毫米，或介於由上述任二數值所構成之範圍內，但本發明不以此為限。
本發明聚合物結構體由於薄的光遮蔽層之設置，無須於基材中添加大量的紫外光吸收成分，從而能更好地保留基材原始的物化性質，尤其可更好地保有基材原始的顏色或透明性。因此，於本發明之部分實施態樣中，聚合物結構體整體而言可具有65%或更高的可見光透射率，例如65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、或100%的可見光透射率。於本發明之部分實施態樣中，聚合物結構體可具有95%或更高的可見光透射率。
1.2. 光遮蔽層
於本發明聚合物結構體中，光遮蔽層包含第二聚合物，或主要由第二聚合物構成，或由第二聚合物構成，且第二聚合物包含衍生自第一紫外光吸收劑之結構單元。於本發明之部分實施態樣中，光遮蔽層是由第二聚合物與視需要之添加劑所形成。
於本發明聚合物結構體中，光遮蔽層的厚度可為1微米至200微米，例如1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、21微米、22微米、23微米、24微米、25微米、26微米、27微米、28微米、29微米、30微米、31微米、32微米、33微米、34微米、35微米、36微米、37微米、38微米、39微米、40微米、41微米、42微米、43微米、44微米、45微米、46微米、47微米、48微米、49微米、50微米、51微米、52微米、53微米、54微米、55微米、56微米、57微米、58微米、59微米、60微米、61微米、62微米、63微米、64微米、65微米、66微米、67微米、68微米、69微米、70微米、71微米、72微米、73微米、74微米、75微米、76微米、77微米、78微米、79微米、80微米、81微米、82微米、83微米、84微米、85微米、86微米、87微米、88微米、89微米、90微米、91微米、92微米、93微米、94微米、95微米、96微米、97微米、98微米、99微米、100微米、101微米、102微米、103微米、104微米、105微米、106微米、107微米、108微米、109微米、110微米、111微米、112微米、113微米、114微米、115微米、116微米、117微米、118微米、119微米、120微米、121微米、122微米、123微米、124微米、125微米、126微米、127微米、128微米、129微米、130微米、131微米、132微米、133微米、134微米、135微米、136微米、137微米、138微米、139微米、140微米、141微米、142微米、143微米、144微米、145微米、146微米、147微米、148微米、149微米、150微米、151微米、152微米、153微米、154微米、155微米、156微米、157微米、158微米、159微米、160微米、161微米、162微米、163微米、164微米、165微米、166微米、167微米、168微米、169微米、170微米、171微米、172微米、173微米、174微米、175微米、176微米、177微米、178微米、179微米、180微米、181微米、182微米、183微米、184微米、185微米、186微米、187微米、188微米、189微米、190微米、191微米、192微米、193微米、194微米、195微米、196微米、197微米、198微米、199微米、或200微米，或介於由上述任二數值所構成之範圍內。於本發明之較佳實施態樣中，光遮蔽層具有2微米至100微米之厚度。當光遮蔽層的厚度在上述範圍內時，因高濃度紫外光吸收劑所造成的透明度降低的現象可被忽略，從而可維持聚合物結構體整體的可見光透射率。
第二聚合物的種類並無特殊限制，其實例包括但不限於聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、環氧樹脂、胺基樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚丙烯、聚乙烯、液晶聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚苯乙烯、及前述之複合物。聚氨酯包括但不限於丙烯酸改性聚氨酯及熱塑性聚氨酯，且熱塑性聚氨酯可為熱塑性芳香族聚氨酯或熱塑性脂肪族聚氨酯。聚醯亞胺的一實例為CPI。聚酯的實例包括但不限於PET、PBT、PTT、TPEE、及PAR。於本發明之部分實施態樣中，第二聚合物為聚氨酯，特定言之為熱塑性聚氨酯，更特定言之為熱塑性芳香族聚氨酯。
第一紫外光吸收劑為多官能反應型紫外光吸收劑，所述多官能反應型紫外光吸收劑可包含任何具有多個反應性官能基團而能鍵結至第二聚合物之聚合物鏈的紫外光吸收劑。於本發明之較佳實施態樣中，第一紫外光吸收劑為一種苯并三唑類型的紫外光吸收劑，較佳係具有以下化學式（1）之紫外光吸收劑。 [化學式（1）]
於化學式（1）中，R1為H或Cl。具有化學式（1）結構之化合物可藉由在酸催化劑的存在下使具有苯并三氮唑結構的化合物與具有三個羥基的化合物進行反應而合成。具有苯并三氮唑結構的化合物的實例包括但不限於3-（2 H-苯并三氮唑-2-基）-5-（1,1-二甲基乙基）-4-羥基-苯丙酸（3-(2 H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-benzenepropanoic acid）或3-（5-氯-2 H-苯并三氮唑-2-基）-5-（1,1-二甲基乙基）-4-羥基-苯丙酸（3-(5-chloro-2 H-benzotriazol-2-yl)-5-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-benzenepropanoic acid）。具有三個羥基的化合物的實例包括但不限於三羥甲基丙烷。酸催化劑的實例包括但不限於對甲苯磺酸。
本發明聚合物結構體之光遮蔽層的形成方法並無特殊限制，可使用習知的塑膠成型方法或薄膜塗佈方法來形成本發明聚合物結構體的光遮蔽層。以製備第二聚合物為聚氨酯之光遮蔽層為例，可於合成聚氨酯之原料中添加第一紫外光吸收劑（例如，具有化學式（1）結構之化合物）參與聚合反應，以製得含有衍生自第一紫外光吸收劑之結構單元的聚氨酯，第一紫外光吸收劑之含量可為使得以第二聚合物的總重量計，為0.5重量%至45重量%，例如0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、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%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%、20重量%、21重量%、22重量%、23重量%、24重量%、25重量%、26重量%、27重量%、28重量%、29重量%、30重量%、31重量%、32重量%、33重量%、34重量%、35重量%、36重量%、37重量%、38重量%、39重量%、40重量%、41重量%、42重量%、43重量%、44重量%、或45重量%，或介於由上述任二數值所構成之範圍內。該聚氨酯可再透過與作為基材之第一聚合物共押出或共射出的方式，形成光遮蔽層，或可透過溶解於有機溶劑中形成溶液，再塗佈於基材表面的方式，形成光遮蔽層。詳細製備方式如後附實施例所例示，於此不另贅述。
1.3. 其他層結構
本發明聚合物結構體除了基材與覆蓋基材至少部分表面的光遮蔽層之外，可進一步包括其他層結構。於本發明之部分實施態樣中，未覆蓋有光遮蔽層的基材的另一表面可設置有載體層。所述載體層可為由第三聚合物所形成的聚合物膜、聚合物片或聚合物板。第三聚合物的實例如前文針對第一聚合物與第二聚合物所例示說明，於此不另贅述。
於本發明聚合物結構體包含載體層的情況下，載體層的厚度並無特殊限制，一般而言可為100微米至200毫米，例如100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、550微米、600微米、650微米、700微米、750微米、800微米、850微米、900微米、950微米、1毫米、5毫米、10毫米、15毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米、55毫米、60毫米、65毫米、70毫米、75毫米、80毫米、85毫米、90毫米、95毫米、100毫米、105毫米、110毫米、115毫米、120毫米、125毫米、130毫米、135毫米、140毫米、145毫米、150毫米、155毫米、160毫米、165毫米、170毫米、175毫米、180毫米、185毫米、190毫米、195毫米、或200毫米，或介於由上述任二數值所構成之範圍內。
2. 應用
本發明聚合物結構體可應用的領域相當廣泛，所述領域包括但不限於建築工業、航空工業、交通工具工業、電子工業、醫療器材、日用品、食品工業、及軍事工業。本發明聚合物結構體因具有優異的耐候性及抗黃變性，尤其適合置於長期暴露於日照或紫外光的地方。此外，由於本發明聚合物結構體可具有良好的可見光透射率（即，透明度佳），可在不影響所覆蓋物體的外觀的情況下使用，故也適合作為透明外罩使用。
因此，本發明亦提供一種聚合物結構體在製備可抵禦紫外光的製品中的應用。於本發明之部分實施態樣中，製品包括但不限於透明外罩、電子產品的構件、太陽能板週邊材料、交通工具的構件、服裝材料、光學製品、建築用構件、風力發電構件、農業用構件、軍事工業製品、顯示器外部觀看面、膜、薄片、或防爆面板。
具體言之，交通工具的構件的實例包括但不限於燈具、車輛外殼、汽車燈、車輛內裝用表面材料、擋風玻璃、及側窗玻璃。透明外罩的實例包括但不限於燈罩及背光燈。電子產品的構件的實例包括但不限於行動裝置之外殼。服裝材料的實例包括但不限於衣服、褲子、外套及鞋子。光學製品的實例包括但不限於光學鏡片、光學元件、光致變色鏡片、及隱形眼鏡鏡片。建築用構件的實例包括但不限於窗戶、門、屋頂膜、屋頂瓦板、屋頂襯墊物、屋簷、牆壁材料、地板材料、道路建設用構件、管道材料、招牌、及遮陽板。風力發電構件的實例包括但不限於風車部件。農業用構件的實例包括但不限於溫室被覆用膜。軍事工業製品的實例包括但不限於飛行器透明體、雷達天線罩、及防彈面板。顯示器外部觀看面的實例包括但不限於透明螢幕用膜。膜的實例包括但不限於車輛包膜、導電膜、微波吸收膜、熱轉印膜、包裝膜、及低電阻膜。薄片的實例包括但不限於濾光片。防爆面板的實例包括但不限於防爆玻璃。
3. 實施例
3.1. 測量方式說明
茲以下列具體實施態樣進一步例示說明本發明，其中，所採用之測量儀器及方法分別如下：
[耐候測試-氙氣燈]
將樣品置於氙氣燈老化試驗機（型號：Q-SUN Xenon Test Chamber，購自Q-Lab）中，在以下條件下進行耐候測試：黑板溫度為60°C、幅射照度（irradiance）為0.5 W/m 2（瓦特／平方公尺）@340奈米。
[耐候測試-戶外日照]
將樣品置於戶外日照充足處進行耐候測試。
[色相檢測]
根據 ASTM 1926-70，利用分光色差儀（型號：ColorQuest XE，購自Hunter Lab（亨特立））來測試樣品的黃度指數（yellow index，YI）。
[色差檢測]
利用UV-Vis 分光光度計（型號：Varian Cary® 50，購自Agilent（安捷倫））來測試樣品的ΔE。
3.2. 用於光遮蔽層之熱塑性芳香族聚氨酯
3.2.1. 熱塑性芳香族聚氨酯的製備
[製備例 1-1]
將100公克的聚四氫呋喃（型號：PTMEG1000，購自三菱化學，OH值為112.2）、11公克的1,4-丁二醇（購自東京化成）、0.15重量%（以反應物之總重量計）的受阻酚系抗氧化劑（型號：Deox 105，購自奇鈦科技）、0.05重量%（以反應物之總重量計）的苯并呋喃酮（benzo-furanone）系抗氧化劑（型號：Revonox 501，購自奇鈦科技）、0.1重量%（以反應物之總重量計）的有機亞磷酸酯（organophosphite）系抗氧化劑（型號：Deox 604，購自奇鈦科技）、0.5重量%（以反應物之總重量計）的紫外光安定劑（型號：Chiguard 1152，購自奇鈦科技）、0.85公克之反應型紫外光吸收劑（型號：Chiguard R-455，購自奇鈦科技）以及200 ppm的二月桂酸二丁基錫加入反應鐵罐中，並加熱至110°C。另取56公克的二苯基甲烷二異氰酸酯（methylene diphenyl diisocyanate，MDI）（購自BASF）並預熱至110°C後，加入反應罐中並攪拌1分鐘進行反應，得到熱塑性芳香族聚氨酯。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約0.5重量%。
[製備例1-2]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-2的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為56.5公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為1.7公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約1.0重量%。
[製備例1-3]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-3的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為57公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為2.55公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約1.5重量%。
[製備例1-4]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-4的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為57.4公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為3.45公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約2.0重量%。
[參考例1]
以與製備例1-1相同的方式製作參考例1的熱塑性芳香族聚氨酯，惟不添加反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455，改添加0.85公克的草醯胺（oxamide）系添加型紫外光吸收劑（型號：Tinuvin® 312，購自BASF）。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，添加型紫外光吸收劑的含量為約0.5重量%。
[參考例2]
以與參考例1相同的方式製作參考例2的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整添加型紫外光吸收劑312的用量為1.7公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，添加型紫外光吸收劑的含量為約1.0重量%。
[參考例3]
以與參考例1相同的方式製作參考例3的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整添加型紫外光吸收劑312的用量為2.55公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，添加型紫外光吸收劑的含量為約1.5重量%。
[製備例1-5]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-5的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為60.3公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為9公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約5重量%。
[製備例1-6]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-6的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為66.3公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為19.7公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約10重量%。
[製備例1-7]
以與製備例1-1相同的方式製作製備例1-7的熱塑性芳香族聚氨酯，惟調整MDI的用量為82公克，以及調整反應型紫外光吸收劑Chiguard R-455的用量為48.5公克。以熱塑性芳香族聚氨酯的總重量計，反應型紫外光吸收劑的含量為約20重量%。
3.2.2. 熱塑性芳香族聚氨酯試片的製備
利用製備例1-1至1-4以及參考例1至3的熱塑性芳香族聚氨酯製備試片。取55公克的熱塑性芳香族聚氨酯置於100°C下達2小時以充分乾燥除去表面水氣後，放置於模具（尺寸為20公分 × 15公分 × 0.15公分）中，利用熱壓成型機（購自瓏昌公司）以20公斤／平方公分之壓力在190°C下進行1.5分鐘的熱壓成型，再將經熱壓成型之熱塑性聚氨酯放置於冷壓機中，於50公斤／平方公分之壓力下冷卻5至10分鐘，得到厚度為0.15公分的熱塑性芳香族聚氨酯試片。
3.2.3. 熱塑性芳香族聚氨酯試片的戶外日照耐候測試
利用前述方法進行熱塑性聚氨酯試片的戶外日照耐候測試，並將結果紀錄於表1中。
表1：熱塑性聚氨酯試片之戶外日照耐候測試
   UVA UVA添加量 （重量%） 0小時YI 戶外日照172天後的ΔYI
製備例 1-1 R-455 0.5 3.9 9.3
1-2 R-455 1.0 4.7 7.7
1-3 R-455 1.5 5.9 6.9
1-4 R-455 2.0 4.5 5.8
參考例 1 312 0.5 2.7 9.7
2 312 1.0 4.8 第96天吐出
3 312 1.5 4.9 第11天吐出
由表1可看出，熱塑性芳香族聚氨酯的戶外耐光照黃變性係隨紫外光吸收劑的添加量增加而增強。如製備例1-1至1-4所示，當熱塑性芳香族聚氨酯的結構中包含衍生自化學式（1）化合物之結構單元時，ΔYI值數值較低，且數值隨添加量增加而減少。尤其，如製備例1-2至1-4所示，反應型紫外光吸收劑因於合成熱塑性聚氨酯時參與擴鏈反應，成為聚合物主鏈的一部分，因此在高添加量下仍無吐出問題，能賦予熱塑性聚氨酯良好的耐候性，可在戶外長期使用，顯示出更佳的耐候性及抗黃變性。相較於此，如參考例2及3所示，添加型紫外光吸收劑在高添加量下會發生吐出問題，無法在戶外長期使用。
3.3. 聚合物結構體之基材的製備
[製備例2-1]
將100公克的聚四氫呋喃PTMEG1000、11公克的1,4-丁二醇、0.15重量%（以反應物之總重量計）的受阻酚系抗氧化劑Deox 105、0.05重量%（以反應物之總重量計）的苯并呋喃酮系抗氧化劑Revonox 501、0.1重量%（以反應物之總重量計）的有機亞磷酸酯系抗氧化劑Deox 604、0.5重量%（以反應物之總重量計）的紫外光安定劑Chiguard 1152以及200 ppm的二月桂酸二丁基錫加入反應鐵罐中，並加熱至110°C。另取55.5公克的MDI並預熱至110°C後，加入反應罐中並攪拌1分鐘進行反應，製得熱塑性芳香族聚氨酯膠塊。將膠塊放入烘箱於70°C下烘烤24小時，接著以與第3.2.2.節中所述相同的方式製成厚度為0.15公分之基材。
[製備例2-2]
將100公克的聚己二酸乙二醇丁二醇酯（型號：PEBA1000，購自銓達化學，OH值為112.2）、11公克的1,4-丁二醇、0.15重量%（以反應物之總重量計）的受阻酚系抗氧化劑 Deox 105、0.05重量%（以反應物之總重量計）的苯并呋喃酮系抗氧化劑Revonox 501、0.1重量%（以反應物之總重量計）的有機亞磷酸酯系抗氧化劑Deox 604以及200 ppm的二月桂酸二丁基錫加入反應鐵罐中，並加熱至110°C。另取55.5公克的MDI並預熱至110°C後，加入反應罐中並攪拌1分鐘進行反應，製得熱塑性芳香族聚氨酯膠塊。將膠塊放入烘箱於70°C下烘烤24小時，接著以與第3.2.2.節中所述相同的方式製成厚度0.15公分之基材。
[製備例2-3]
以與製備例2-2相同的方式製作製備例2-3的基材，惟額外添加0.5重量%（以反應物之總重量計）的紫外光安定劑Chiguard 228（購自奇鈦科技）。
[製備例2-4]
以與製備例2-2相同的方式製作製備例2-4的基材，惟額外添加0.25重量%（以反應物之總重量計）的紫外光安定劑Chiguard 622（購自奇鈦科技）以及0.25重量%（以反應物之總重量計）的紫外光安定劑Chiguard 100（購自奇鈦科技）。
3.4. 聚合物結構體
[實施例1]
利用製備例1-5至1-7的熱塑性芳香族聚氨酯來製備高效率光遮蔽層，所述高效率光遮蔽層分別含有5重量%、10重量%、20重量%之反應型紫外光吸收劑，且厚度僅為20微米。在升溫下，利用二甲基乙醯胺（dimethylacetamide，DMAC）將製備例1-5至1-7的熱塑性芳香族聚氨酯溶解成固含量20%的膠液，之後再以甲乙酮（methyl ethyl ketone，MEK）／甲苯稀釋成固含量約10%的塗佈溶液。將塗佈溶液塗佈於透明玻璃上並在120°C的烘箱中烘乾以形成厚度為20微米的光遮蔽層。將光遮蔽層從透明玻璃上取下，並針對製備例1-5及1-6所製作之光遮蔽層取樣進行耐候測試，結果如下：（1）根據製備例1-5之20微米光遮蔽層在氙氣燈照射714小時後的YI值為2.1，且根據製備例1-6之20微米光遮蔽層在氙氣燈照射639小時後的YI值為1.4；以及（2）根據製備例1-5之20微米光遮蔽層在戶外日照78天後的YI值為2.5，且根據製備例1-6之20微米光遮蔽層在戶外日照96天後的YI值為1.3。由上述結果可觀察到，含有高濃度的反應型紫外光吸收劑的高效率光遮蔽層係除了其本身色度極低之外，更具備優異的長期耐光黃變性。
將所取下之光遮蔽層置於製備例2-1的基材上，形成聚合物結構體。利用前述方法進行聚合物結構體的耐候測試，並將結果紀錄於表2-1至表2-2中。
表2-1：聚合物結構體之戶外日照耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 戶外日照257天後的ΔYI 戶外日照257天後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-1 製備例1-5 5.9 7.2 4.2
製備例2-1 製備例1-6 5.5 4.7 2.9
製備例2-1 製備例1-7 5.5 3.9 2.4
製備例2-1 無 5.9 32.1 19.8
表2-2：聚合物結構體之氙氣燈耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 氙氣燈照射4星期後的ΔYI 氙氣燈照射4星期後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-1 製備例1-7 5.1 2.3 1.3
由表2-1至表2-2可看出，本發明聚合物結構體具有優異的耐候性，可在戶外長期使用。另外，如表2-1所示，相較於不含光遮蔽層的熱塑性芳香族聚氨酯的基材（製備例2-1），本發明聚合物結構體（亦即，包含製備例2-1的基材與製備例1-5至1-7的光遮蔽層的聚合物結構體）具有顯著改善的耐候性及抗黃變性。
[實施例2]
同實施例1之測試手法，利用DMAC將製備例1-5及1-6的熱塑性芳香族聚氨酯溶解成固含量20%的膠液，之後再以MEK／甲苯稀釋成固含量約10%的塗佈溶液。將塗佈溶液塗佈於透明玻璃上並在120°C的烘箱中烘乾以形成厚度為20微米的光遮蔽層。將光遮蔽層從透明玻璃上取下，並置於製備例2-2至2-4的基材上，形成聚合物結構體。利用前述方法進行聚合物結構體的耐候測試，並將結果紀錄於表2-3至表2-6中。
表2-3：聚合物結構體之氙氣燈耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 氙氣燈照射714小時後的ΔYI 氙氣燈照射714小時後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-2 製備例1-5 3.2 6.3 3.7
製備例2-3 製備例1-5 3.3 4.9 2.7
製備例2-4 製備例1-5 3.9 6.7 3.8
表2-4：聚合物結構體之氙氣燈耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 氙氣燈照射639小時後的ΔYI 氙氣燈照射639小時後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-2 製備例1-6 3.1 2.8 1.6
製備例2-3 製備例1-6 3.4 2.0 1.1
製備例2-4 製備例1-6 4.1 3.0 1.6
表2-5：聚合物結構體之戶外日照耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 戶外日照78天後的ΔYI 戶外日照78天後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-2 製備例1-5 3.2 1.1 0.8
製備例2-3 製備例1-5 3.3 0.2 0.4
製備例2-4 製備例1-5 3.9 1.4 0.7
表2-6：聚合物結構體之戶外日照耐候測試
聚合物結構體 0小時YI 戶外日照78天 後的ΔY 戶外日照78天後的ΔE
基材 光遮蔽層
製備例2-2 製備例1-6 3.1 1.0 0.8
製備例2-3 製備例1-6 3.4 -0.3 0.5
製備例2-4 製備例1-6 4.1 0.9 0.6
由表2-3至表2-6可看出，在本發明聚合物結構體中，20微米的光遮蔽層本身的黃變值已極低，若在基材中額外添加紫外光安定劑時，則整個聚合物結構體的耐光黃變性能可進一步提升，使得整個聚合物結構體可具備優異的長時間戶外耐候性及抗黃變性。
3.5. 共押出的聚合物結構體
[實施例3]
將製備例1-5及1-6的含有反應型紫外光吸收劑的熱塑性芳香族聚氨酯、添加有HALS（型號：Chiguard 1152，購自奇鈦科技，含量為0.5wt%）的熱塑性芳香族聚氨酯（型號：90 AE，購自亨斯邁（Huntsman））、以及聚丙烯（型號：PD943，購自李長榮化學工業（LCY CHEMICAL CORP.））以共押出的方式形成三層共押出聚合物結構體，其中由製備例1-5及1-6的熱塑性芳香族聚氨酯所形成的光遮蔽層的厚度為約30微米，由熱塑性芳香族聚氨酯90 AE所形成的基材的厚度為約120微米，由聚丙烯PD 943所形成的載體的厚度為約125微米。利用前述方法進行共押出聚合物結構體的耐候測試，並將結果紀錄於表3-1及表3-2中。
表3-1：共押出聚合物結構體之氙氣燈耐候測試
   0小時YI 氙氣燈照射2092小時後的ΔYI 氙氣燈照射2092小時後的ΔE
含製備例1-5的光遮蔽層的共押出聚合物結構體 1.0 4.4 2.5
含製備例1-6的光遮蔽層的共押出聚合物結構體 1.1 2.3 1.4
表3-2：共押出聚合物結構體之戶外日照耐候測試
   0小時YI 戶外日照86天後的ΔYI 戶外日照86天後的ΔE
含製備例1-5的光遮蔽層的共押出聚合物結構體 1.0 3.2 1.9
含製備例1-6的光遮蔽層的共押出聚合物結構體 1.1 2.5 1.5
由表3-1及表3-2可看出，以不同方式製得的本發明聚合物結構體也具有良好的耐候性，可在戶外長期使用。透過本發明的設計，能夠使極容易因光照而黃變的熱塑性芳香族聚氨酯達到優異的長期耐候抗黃變性，解決其因耐候黃變問題而被排除使用於戶外物品上的限制，擴大其工業應用範圍，創造潛在商業價值。
上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，並闡述本發明之技術特徵，而非用於限制本發明之保護範疇。任何熟悉本技術者在不違背本發明之技術原理下，可輕易完成之改變或安排，均屬本發明所主張之範圍。因此，本發明之權利保護範圍係如後附申請專利範圍所列。
10:聚合物結構體 11:光遮蔽層 12:基材
圖1為本發明之一實施態樣的聚合物結構體的結構示意圖。
10:聚合物結構體
11:光遮蔽層
12:基材

Claims (14)

  1. 一種聚合物結構體，其係包含一基材以及覆蓋該基材之至少部分表面之光遮蔽層，其中該基材包含第一聚合物，該光遮蔽層包含第二聚合物，且第二聚合物包含衍生自第一紫外光吸收劑之結構單元，且該光遮蔽層具有1微米至200微米之厚度，該第一紫外光吸收劑係多官能反應型紫外光吸收劑。
  2. 如請求項1所述之聚合物結構體，其中該光遮蔽層具有2微米至100微米之厚度。
  3. 如請求項1所述之聚合物結構體，其中該第一紫外光吸收劑具有以下化學式（1）結構： [化學式（1）] ， 於化學式（1）中，R1為H或Cl。
  4. 如請求項1所述之聚合物結構體，其中第一聚合物及第二聚合物係各自獨立選自以下群組：聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、環氧樹脂、胺基樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚丙烯、聚乙烯、液晶聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚苯乙烯、及前述之複合物。
  5. 如請求項4所述之聚合物結構體，其中第一聚合物及第二聚合物各自獨立為聚氨酯。
  6. 如請求項5所述之聚合物結構體，其中該聚氨酯為熱塑性聚氨酯。
  7. 如請求項5或6所述之聚合物結構體，其中第一聚合物為芳香族聚氨酯。
  8. 如請求項1至6中任一項所述之聚合物結構體，其中以第二聚合物的總重量計，該第一紫外光吸收劑之含量為0.5重量%至45重量%。
  9. 如請求項1至6中任一項所述之聚合物結構體，其中該光遮蔽層係至少覆蓋該基材的受光表面。
  10. 如請求項1至6中任一項所述之聚合物結構體，其具有65%或更高的可見光透射率。
  11. 如請求項1至6中任一項所述之聚合物結構體，其中該基材及該光遮蔽層係各自獨立包含選自以下群組之添加劑：消泡劑、流平潤濕劑、增稠劑、分散劑、微粉蠟、消光粉、抗菌劑、金屬氧化物光遮蔽劑、光安定劑、熱安定劑、非反應型紫外光吸收劑、單官能反應型紫外光吸收劑、抗氧化劑、填料、阻燃劑、塑化劑、染料、顏料、增亮劑、抗靜電劑、螢光增白劑、防老劑、金屬穩定劑、吸酸劑、抗水解劑、蠟、及其組合。
  12. 一種如請求項1至11中任一項所述之聚合物結構體在製備可抵禦紫外光的製品的用途。
  13. 如請求項12所述之應用，其中該製品係選自以下群組：透明外罩、電子產品的構件、太陽能板週邊材料、交通工具的構件、服裝材料、光學製品、建築用構件、風力發電構件、農業用構件、軍事工業製品、顯示器外部觀看面、膜、薄片、及防爆面板。
  14. 如請求項12所述之用途，其中該製品係選自以下群組：車輛包膜、燈罩、行動裝置之外殼、車輛外殼、汽車燈、車輛內裝用表面材料、擋風玻璃、側窗玻璃、窗戶、門、濾光片、衣服、褲子、外套、鞋子、光學鏡片、光學元件、光致變色鏡片、隱形眼鏡鏡片、屋頂膜、屋頂瓦板、屋頂襯墊物、屋簷、牆壁材料、地板材料、道路建設用構件、管道材料、招牌、遮陽板、溫室被覆用膜、背光燈、風車部件、飛行器透明體、雷達天線罩、防爆玻璃、防彈面板、透明螢幕用膜、導電膜、微波吸收膜、熱轉印膜、包裝膜、及低電阻膜。
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