Отверждаемые ультрафиолетовым излучением композиции покрытия и способы их применения
Изобретение относится к композициям покрытия и способам их применения и более конкретно к отверждаемым ультрафиолетовым излучением (УФ) композициям покрытия и способам их применения. Композиция покрытия содержит: (а) функциональный уретанакрилат, имеющий от 3 до 15 функциональностей; (b) фотоинициатор; (с) органический растворитель и (d) модифицированный растворителем функциональный олигомер уретанакрилата. При этом указанный функциональный уретанакрилат присутствует в количестве от 20 до 30 мас.% в расчете на всю массу композиции и указанный модифицированный растворителем функциональный олигомер уретанакрилата присутствует в количестве не более 11 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия. Композиция покрытия может придавать отличные реологические свойства, а также отличные характеристики глянца получаемой пленке. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композициям покрытия и способам их применения, и более конкретно к отверждаемым ультрафиолетовым излучением (УФ) композициям покрытия и способам их применения. Кроме того, настоящее изобретение относится к применению модифицированного функционального уретанакрилата для улучшения реологии композиции покрытия при сохранении одной или нескольких характеристик глянца полученного покрытия.
Предпосылки создания изобретения
В настоящее время отверждаемые ультрафиолетом покрытия широко применяются во многих областях применения. Конкретные области применения включают обработку поверхностных покрытий мебели, полов и бытовой электроники. В частности, отверждаемые ультрафиолетом покрытия особенно широко применяются в бытовой электронике для создания на продукте электроники прозрачной поверхности с высокой степенью глянца.
Однако современные технологии, используемые для получения покрытий на продукте электроники, имеют следующие недостатки. Высокая текучесть некоторых покрытий приводит к эффекту "кадровой рамки" на покрытых подложках, то есть к утолщению по краям и утончению в центре, что выглядит как рамка.
Для решения указанных выше проблем использовались различные подходы. Один подход состоял в увеличении молекулярной массы основной смолы (смол) в покрытии для того, чтобы снизить текучесть смолы. В другом подходе использовали разбавители с высокой летучестью, чтобы снизить текучесть сырой пленки. Однако оба метода не привели к полному решению проблем. Хотя иногда эффект кадровой рамки снижался, выравнивающая способность покровной пленки была неприемлемой.
Поэтому в уровне техники все еще остается постоянная потребность в получении композиции отверждаемого ультрафиолетом покрытия, обладающего подходящей текучестью, а также хорошим эффектом зеркальной поверхности полученного покрытия, с целью возможного использования в областях, где требуется высокая выравнивающая способность.
Краткое раскрытие изобретения
После проведения тщательных исследований и экспериментов авторы настоящего изобретения обнаружили, что сочетание функционального уретанакрилата с модифицированным функциональным уретанакрилатом может обеспечить желательную текучесть с получением приемлемых, и даже отличных характеристик зеркальной поверхности, и таким образом было сделано настоящее изобретение. Использованный в изобретении и признанный специалистами в этой области техники термин "эффект зеркальной поверхности" означает эффект покрытой поверхности, которая является "плоской, как зеркальная поверхность".
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции покрытия, содержащей:
(a) функциональный уретанакрилат;
(b) фотоинициатор;
(c) органический растворитель; и
(d) модифицированный функциональный уретанакрилат.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения настоящее изобретение относится к способу формирования покрытия на пластмассовой подложке с помощью композиции покрытия, причем эта композиция включает в себя:
(a) функциональный уретанакрилат;
(b) фотоинициатор;
(c) органический растворитель; и
(d) модифицированный функциональный уретанакрилат, и где способ включает:
(i) нанесение указанной композиции покрытия на по меньшей мере часть пластмассовой подложки;
(ii) регулирование толщины нанесенного покрытия, так чтобы получить сухую пленку толщиной от 10 до 25 микрометров;
(iii) спекание покрытия; и
(iv) интенсивное УФ-облучение композиции покрытия в течение времени, вызывающего отверждение.
В некоторых вариантах осуществления покрытие может смешиваться с одним или несколькими разбавителями, чтобы получить разбавленную или менее вязкую композицию покрытия, и именно эту композицию покрытия наносят на подложку.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к применению модифицированного функционального уретанакрилата для улучшения регулирования реологических свойств композиции покрытия при сохранении характеристик глянца полученного покрытия. Другими словами, покрытие изобретения будет иметь отличный глянец, например показатель глянца более чем 80° при определении с помощью измерителя глянца, micro-TRI-gloss (поставляется фирмой BYK, Германия) при 60°, и при этом реологические свойства композиции покрытия настоящего изобретения хорошо регулируются.
Подробное описание изобретения
В нижеследующем подробном описании следует понимать, что в настоящем изобретении могут быть использованы различные альтернативные варианты и последовательности стадий, за исключением случаев, когда явно указано обратное. Более того, в отличие от любых рабочих примеров, или случаев, когда указано обратное, все числа, выражающие, например, количество компонентов, используемые в описании и формуле изобретения, во всех случаях следует читать как предваряемые термином "приблизительно". Соответственно, если не указано обратное, численные параметры, приведенные в нижеследующем описании и в прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными величинами, которые могут меняться в зависимости от желательных характеристик, которые достигаются в настоящем изобретении. По меньшей мере, но не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов объему пределам формулы изобретения, каждый численный параметр следует толковать, по крайней мере, в свете приведенного числа значащих цифр и с использованием обычных методик округления.
Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, приведенные в широких пределах настоящего изобретения, являются приблизительными величинами, численные значения, приведенные в конкретных примерах, указаны настолько точно, насколько это возможно. Однако любое численное значение по своей природе содержит определенную погрешность, неизбежно возникающую из-за стандартных отклонений, наблюдаемых в соответствующих экспериментальных измерениях.
Кроме того, следует понимать, что любой численный диапазон, указанный в настоящем документе, предполагает включение всех входящих в него поддиапазонов. Например, предполагается, что диапазон "от 1 до 10" включает все поддиапазоны между (и включительно) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть имеющие минимальное значение, равное 1 или больше, и максимальное значение, равное 10 или меньше.
В настоящем документе использование единственного числа включает в себя множественное число, и множественное число охватывает единственное, если явно не указано обратное. Поэтому ссылка на функциональный уретанакрилат, фотоинициатор, органический растворитель, модифицированный функциональный уретанакрилат и тому подобное включает возможность использования одного или нескольких из этих или любых других компонентов. Кроме того, в этом изобретении использование "или" означает "и/или", если явно не указано иное, даже с учетом того, что в некоторых случаях "и/или" может быть использовано в явном виде.
Функциональные уретанакрилаты представляют собой олигомеры, имеющие уретановую основную цепь с акрилатными боковыми цепями. Число функциональных групп или функциональностей в уретанакрилатах зависит от числа акрилатных боковых цепей, которые соединены с уретановой основной цепью, и числа функциональных групп в каждой боковой цепи. Как будет понятно специалистам в этой области техники, функциональные уретанакрилаты обычно получаются путем взаимодействия полиола, который может быть сополимером полиола, полиизоцианата, акрилатного спирта, катализатора, реагирующего с уретаном, и ингибитора полимеризации. Подробный способ получения функциональных уретанакрилатов можно найти, например, в документе ЕР 2322576 А2 фирмы SSCP Co., Ltd., который включен в настоящий документ посредством ссылки в той степени, в которой он не противоречит объему настоящего изобретения.
Функциональные уретанакрилаты, применяемые в настоящем изобретении, могут иметь по меньшей мере одну функциональность. Используемый в настоящем документе в связи с уретанакрилатом термин "функциональность" означает ненасыщенный центр в цепи, связанной с уретановой основной цепью, причем эта цепь образуется при взаимодействии акрилата с компонентами основной цепи. В одном варианте осуществления настоящего изобретения применяемые функциональные уретанакрилаты представляют собой одно или несколько соединений, выбранных из функциональных уретанакрилатов, имеющих от 1 до 20 функциональных групп, например от 3 до 15. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения применяемые функциональные уретанакрилаты представляют собой смесь функциональных уретанакрилатов, имеющих 3 функциональности, и функционального уретанакрилата, имеющего 15 функциональностей.
Функциональные уретанакрилаты, которые обычно применяются в области покрытий, могут иметь от 1 до 100 функциональностей. Функциональные уретанакрилаты также коммерчески доступны от многих промышленных поставщиков. Конкретные примеры коммерчески доступных продуктов из числа функциональных уретанакрилатов включают (но не ограничиваются указанным) соединения: 6103 (алифатический уретан гексаакрилат), 6118 (алифатический уретанакрилат), 6123 (ароматический уретанакрилат), 6130В (алифатический уретанакрилат, имеющий 3 функциональности), все из которых доступны в компании Eternal Chemical Co., Ltd. Дополнительные примеры функциональных уретанакрилатов включают (но не ограничиваются указанным) Miramer MU3702 (ароматический дифункциональный уретанакрилат), Miramer PU640 (ароматический гексафункциональный уретанакрилат), Miramer SC4240 (алифатический дифункциональный уретанакрилат), Miramer SC3153 (алифатический функциональный уретанакрилат) и Miramer SC2152 (алифатический 15-функциональный уретанакрилат), все из которых доступны в компании Miwon Specialty Chemical Co., Ltd.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения функциональные уретанакрилаты присутствуют в композиции покрытия по настоящему изобретению в количестве от 20 мас.% до 50 мас.%, например от 20 мас.% до 30 мас.% в расчете на общую массу композиции. Когда количество функциональных уретанакрилатов находится в указанных выше пределах, может быть достигнута отличная выравнивающая способность конечной композиции покрытия. Термин "выравнивающая способность" означает способность композиции покрытия равномерно распределяться в плоское покрытие.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения имеются два типа функциональных уретанакрилатов, использованных в композиции покрытия по настоящему изобретению, такие как любые два из указанных выше соединений. Соотношение между используемыми количествами двух типов функциональных уретанакрилатов может составлять от 3:1 до 1:3. Когда соотношение двух типов функциональных уретанакрилатов находится в указанном выше диапазоне, может быть достигнута отличная выравнивающая способность конечной композиции покрытия, и в полученном покрытии может быть достигнут эффект прозрачности и глянца. Использованный в изобретении и признанный специалистами в этой области техники термин "эффект прозрачности и глянца" относится к "эффекту светопроницаемости и глянца" получаемого покрытия.
Кроме того, композиция покрытия по настоящему изобретению содержит один или несколько фотоинициаторов.
Как будет понятно специалистам в этой области техники, фотоинициатор поглощает ультрафиолетовое излучение и превращает его в радикалы, которые инициируют полимеризацию. Фотоинициаторы классифицируются на две большие группы, на основе способа действия, причем в композициях по настоящему изобретению может быть использована любая или обе из этих групп. Фотоинициаторы типа расщепления включают ацетофеноны, α-аминоалкилфеноны, бензоиновые эфиры, бензоилоксимы, оксиды ацилфосфина и бисацилфосфина и их смеси. Фотоинициаторы типа извлечения включают бензофенон, кетон Михлера, тиоксантон, антрахинон, камфорхинон, флуорон, кетокумарин и их смеси.
Конкретные неограничивающие примеры фотоинициаторов, которые могут быть использованы в отверждаемых композициях по настоящему изобретению, включают бензил, бензоин, бензоинметиловый эфир, бензоинизобутиловый эфир, бензофенол, ацетофенон, бензофенон, 4,4'-дихлорбензофенон, 4,4'-бис(N,N'-диметиламино)бензофенон, диэтоксиацетофенон, флуороны, например инициаторы ряда H-Nu, доступные в компании Spectra Group Ltd., 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпропан-1-он, 1-гидроксицикло-гексилфенилкетон, 2-изопропилтиксантон, альфа-аминоалкилфенон, например 2-бензил-2-диметиламино-1-(4-морфолинофенил)-1-бутанон, ацилфосфин оксиды, например 2,6-диметилбензоилдифенилфосфин оксид, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфин оксид, бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфин оксид, 2,6-дихлорбензоилдифенилфосфин оксид, и 2,6-диметоксибензоилдифенилфосфин оксид, бисацилфосфин оксиды, например бис(2,6-диметилоксибензоил)-2,4,4-триметилпентилфосфин оксид, бис(2,6-диметилбензоил)-2,4,4-триметилпентилфосфин оксид, бис(2,4,6-триметилбензоил)-2,4,4-триметилпентилфосфин оксид, и бис(2,6-дихлорбензоил)-2,4,4-триметилпентилфосфин оксид, метилбензоилформиат, и их смеси.
В одном конкретном варианте осуществления фотоинициаторы, используемые в настоящем изобретении, содержат 1-гидроксициклогексилбензофенон, этил-2,4,6-триметилбензоил фосфинат и/или бензофенон.
В некоторых вариантах осуществления композиции по настоящему изобретению содержат от 0,01 до 15 процентов по массе фотоинициатора или, в некоторых вариантах осуществления, от 0,01 до 10 процентов по массе или, в еще одних вариантах, от 0,01 до 3 процентов по массе фотоинициатора в расчете на общую массу композиции.
Кроме того, композиции покрытия также содержат один или несколько органических растворителей. Органические растворители, используемые в композициях покрытия по настоящему изобретению, хорошо известны специалистам в этой области техники. Конкретные примеры органических растворителей включают (но не ограничиваются указанным) этанол, пропанол, изопропанол, бутанол, изобутанол, трет-бутанол, метилацетат, этилацетат, метиловый эфир этиленгликоля, этиловый эфир этиленгликоля, бутиловый эфир этиленгликоля, метиловый эфир пропиленэтиленгликоля, этиловый эфир этиленгликоля, бутиловый эфир пропиленэтиленгликоля и петролейный эфир.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в композиции покрытия по настоящему изобретению используют более одного типа растворителя. Число типов органических растворителей, которые используются в настоящем изобретении, и доли каждого типа органических растворителей могут быть выбраны соответствующим образом специалистами в этой области техники, при условии, что может быть достигнута желательная вязкость окончательной композиции покрытия. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в композиции покрытия по настоящему изобретению используют по меньшей мере два типа органических растворителей. В одном более конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в композиции покрытия по настоящему изобретению могут быть использованы пять типов органических растворителей. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения применяемыми органическими растворителями являются трет-бутанол, этилацетат, изопропанол, петролейный эфир и бутиловый эфир этиленгликоля.
Кроме того, композиции покрытия по настоящему изобретению содержат модифицированный функциональный олигомер уретанакрилата. Этот модифицированный функциональный олигомер уретанакрилата может быть функциональным олигомером уретанакрилата, модифицированным растворителем. Используемый в настоящем изобретении термин "функциональный олигомер уретанакрилата, модифицированный растворителем" относится к олигомеру функционального уретанакрилата, в котором такие свойства, как вязкость, способность к отверждению и др., модифицированы растворителем (растворителями). Вязкость такого модифицированного растворителем олигомера функционального уретанакрилата может находиться в диапазоне от 5000 до 7000 сантиПз при 25°С. Указанный модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата может содержать от 60 мас.% до 80 мас.% УФ-реактивной смолы и от 20 мас.% до 40 мас.% нереактивной пластиковой смолы. Как будет понятно специалистам в этой области техники, УФ-реактивная смола отверждается при облучении ультрафиолетом, тогда как нереактивной пластиковой смолой является термопластичная смола. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата может иметь средневзвешенную молекулярную массу от 38000 до 38500, как определяют с использованием метода стандартной гель-проникающей хроматографии, известной специалистам в этой области техники. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата может содержать 70 мас.% УФ-реактивной смолы и 30 мас.% нереактивной пластиковой смолы. В другом варианте осуществления настоящего изобретения модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата представляет собой гексафункциональный уретанакрилат. Растворители, которые могут быть использованы в модифицированном растворителем функциональном уретанакрилате, включают (но не ограничиваются указанным) этанол, этилацетат, бутилацетат, н-бутанол, метилакрилат, этилакрилат, этилметакрилат, метилизобутилкетон, толуол, ксилол, ацетат моноэтилового эфира пропиленгликоля, Solvesso 100 и/или Solvesso 150.
Некоторые специфические коммерчески доступные примеры модифицированных растворителем олигомеров функциональных уретанакрилатов включают (но не ограничиваются указанным) соединения: 6175-1, 6175-2, 6175-3, 6175-6, 6175-1LT, 6176 и 6071, все из которых доступны в компании Eternal Chemical Co., Ltd. Эти модифицированные растворителем олигомеры функциональных уретанакрилатов рекомендованы фирмой Eternal Chemical Co., Ltd. для использования в устройстве вакуумного электроосаждения на поверхности для покрытия металлической подложки. Однако авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что эти модифицированные растворителем олигомеры функциональных уретанакрилатов обладают специфическими свойствами контроля реологических характеристик композиции покрытия по настоящему изобретению. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированным растворителем олигомером функционального уретанакрилата является соединение 6175-1, которое представляет собой модифицированный растворителем олигомер гексафункционального уретанакрилата.
Модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата в определенных вариантах осуществления может присутствовать в композиции покрытия по настоящему изобретению в количестве не более чем 20 мас.% в расчете на общую массу композиции. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения модифицированный растворителем олигомер функционального уретанакрилата присутствует в композиции покрытия по настоящему изобретению в количестве в диапазоне от 5 мас.% до И мас.%. Когда это количество меньше, чем 5 мас.%, желательный уровень контроля реологических свойств может не достигаться. Когда указанное количество больше, чем 11 мас.%, прочность системы покрытия может быть меньше, чем это желательно, так как может снижаться сопротивление истиранию.
Кроме того, композиция покрытия по настоящему изобретению может содержать фторсодержащий реагент, модифицирующий поверхность для получения гидрофобного и/или олеофобного окончательного покрытия. Такой функциональной добавкой может быть реагент RS-75, который доступен в компании DIC, Япония.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения вязкость композиции покрытия по настоящему изобретению составляет от 10 до 12 секунд, при измерении прибором IWATA #2 Cup при 25°С. В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения вязкость композиции покрытия по настоящему изобретению составляет от 10,7 до 11,3 секунд, при измерении прибором IWATA #2 Cup при 25°С. Прибор IWATA #2 Cup, использованный в настоящем изобретении, является традиционным средством измерения вязкости покрывающих композиций в области покрытий.
Композиция покрытия по настоящему изобретению может быть нанесена на пластмассовую подложку. Такая пластмассовая подложка, например, может быть (но без ограничения указанным) корпусом устройства бытовой электроники, мобильным телефоном, смартфоном, компьютером, планшетным компьютером, игровым устройством, проигрывателем дисков; частью транспортного средства, таким как автомобильная деталь (например, без ограничения, дверь, панель кузова, крышка багажника, панель крыши, капот и/или крыша) и/или рама транспортного средства; внутренняя отделка автомобиля; и другие пластмассовые подложки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения пластмассовый материал включает полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол, полиуретаны, поли(мет)акрилаты, поливинилы, полиамиды, сложные полиэфиры, меламиновые смолы, полиакрилонитрил, поликарбонаты, поливинилхлорид, поливиниловые спирты, поливинилацетаты, поливинилпирролидоны и/или соответствующие сополимеры и блок-сополимеры.
Как будет понятно специалистам в этой области техники, композиции покрытия по настоящему изобретению также могут содержать любые добавки, традиционные в области покрытий, включая красители, пластификаторы, износостойкие частицы, частицы, упрочняющие пленку, добавки, регулирующие текучесть, тиксотропные реагенты, модификаторы реологических свойств, катализаторы, антиоксиданты, биоциды, пеногасители, поверхностно-активные вещества, смачивающие агенты, диспергирующие средства, активаторы адгезии, глины, светостабилизаторы - затрудненные амины, поглотители и стабилизаторы УФ-излучения, стабилизирующие агенты, наполнители, органические сорастворители, реакционные разбавители, измельчающие машины, и другие обычные вспомогательные средства, или их сочетания.
Используемый в настоящем изобретении термин "краситель" означает любое вещество, которое придает цвет и/или другую непрозрачность, и/или другой визуальный эффект композиции по изобретению. Краситель может быть добавлен в покрытие в любой подходящей форме, такой как дискретные частицы, дисперсии, растворы и/или чешуйки. В покрытии по настоящему изобретению может быть использован единственный краситель, или смесь из двух или более красителей. С другой стороны, "наполнители" не обязательно придают какой-либо цвет, и/или непрозрачность, и/или другой визуальный эффект композиции.
Примеры красителей включают пигменты, красители и оттенки, например такие, которые применяются в производстве красок и/или перечислены в справочнике Dry Color Manufacturers Association (DCMA), а также композиции для специальных эффектов. Краситель может включать, например, тонко диспергированный твердый порошок, который не растворяется, но смачивается в условиях применения. Краситель может быть органическим или неорганическим, и может быть агломерированным или неагломерированным. Красители могут быть введены в покрытия путем диспергирования или простого смешения. Красители могут быть введены в покрытия путем диспергирования с использованием измельчающей машины, такой как акриловая измельчающая машина, применение которой известно специалистам в этой области техники.
Примеры пигментов и/или пигментных композиций включают (но не ограничиваются указанным): сырой пигмент карбазолдиоксазина, азо, моноазо, дисазо, нафтол AS, пигмент солевого типа (светлые органические пигменты), бензимидазолон, продукт конденсации, комплексы металлов, изоиндолинон, изоиндолин и полициклический фталоцианин, хинакридон, перилен, перинон, дикетопирролопиррол, тиоиндиго, антрахинон, индантрон, антрапиримидин, флавантрон, пирантрон, антантрон, диоксазин, триарилкарбоний, хинофталоновые пигменты, красный дикетопирролопиррол ("красный DPPBO"), диоксид титана, технический углерод, углеродное волокно, графит, другие проводящие пигменты и/или наполнители и их смеси. Термины "пигмент" и "окрашенные наполнители" могут использоваться попеременно.
Примеры красителей включают (но не ограничиваются указанным) те, которые имеют в основе растворитель и/или воду, такие как кислотные красители, азо-красители, основные красители, непосредственные красители, диспергированные красители, реакционно-способные красители, растворенные красители, сернистые красители, протравливающие красители, например ванадат висмута, антрахинон, перилен алюминий, хинакридон, тиазол, тиазин, азо, индигоид, нитро, нитрозо, оксазин, фталоцианин, хинолин, стильбен и триарилметан.
Примеры оттенков включают (но не ограничиваются указанным) пигменты, диспергированные в носителях на основе воды или смешивающиеся с водой, такие как AQUA-CHEM 896, коммерчески доступный на фирме Degussa, Inc., Charisma Colorants and Maxitoner Industrial Colorants, коммерчески доступные на подразделении Accurate Dispersions фирмы Eastman Chemicals, Inc.
Как отмечено выше, краситель может находиться в виде дисперсии, включающей (но не ограниченной этим) дисперсию наночастиц. Дисперсия наночастиц может включать один или нескольких типов сильно диспергированных наночастиц красителя и/или частиц красителя, которые обеспечивают желательный видимый цвет и/или непрозрачность, и/или визуальный эффект. Дисперсии наночастиц могут включать красители, такие как пигменты или красители, имеющие размер частиц менее 150 нм, например менее 70 нм или менее 30 нм. Наночастицы могут быть получены путем дробления сырьевых органических или неорганических пигментов с размалывающей средой, имеющей размер частиц менее 0,5 мм. Пример дисперсии наночастиц и способов ее получения приведен в патенте США №6,875,800 В2, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Дисперсии наночастиц также могут быть получены путем кристаллизации, осаждения, газофазной конденсации и химического трения (то есть, частичное растворение).
С целью минимизации повторной агломерации наночастиц внутри покрытия может быть использована дисперсия наночастиц, покрытых смолой. Используемый в настоящем изобретении термин "дисперсия наночастиц, покрытых смолой" относится к непрерывной фазе, в которой диспергированы отдельные "микрочастицы композиции," которые содержат наночастицы и смолистое покрытие на наночастицах. Примеры дисперсии наночастиц, покрытых смолой, и способы их получения описаны, например, в патенте США №7,605,194 от столбца 3, строка 56 до столбца 16, строка 25, причем процитированный фрагмент включен в данный документ посредством ссылки.
Примерами композиций со специфическим эффектом, которые могут быть использованы, включают пигменты и/или композиции, которые обеспечивают один или несколько внешних эффектов, таких как отражательная способность, перламутровый эффект, металлический блеск, фосфоресценция, флуоресценция, фотохромизм, фоточувствительность, термохромизм, гониохромизм и/или изменение цвета. Дополнительные композиции со специфическим эффектом могут обеспечить другие воспринимаемые свойства, такие как непрозрачность или текстура. В одном неограничивающем варианте осуществления композиции со специфическим эффектом могут обеспечить цветовой сдвиг, так что цвет покрытия меняется, если смотреть на покрытие под различными углами. Примеры цветных композиций со специфическим эффектом приведены в патенте США №6,894,086, включенном в данный документ посредством ссылки. Дополнительные композиции со специфическим эффектом могут включать прозрачную покрытую слюду и/или синтетическую слюду, покрытый диоксид кремния, покрытый оксид алюминия, прозрачный жидкокристаллический пигмент, жидкокристаллическое покрытие и/или любую композицию, в которой интерференция возникает из-за разности показателей преломления внутри материала, а не за счет разности показателей преломления между поверхностью материала и воздуха.
В некоторых вариантах осуществления в покрытии по настоящему изобретению может быть использована фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция, которая обратимо меняет свой цвет под действием одного или нескольких источников света. Фотохромная и/или фоточувствительная композиция может активироваться под действием излучения с заданной длиной волны. Когда композиция становится возбужденной, ее молекулярная структура меняется, причем измененная структура обладает новым цветом, который отличается от исходного цвета композиции. После прекращения воздействия излучения фотохромная и/или фоточувствительная композиция возвращается в невозбужденное состояние, в котором восстанавливается исходный цвет композиции. В одном не ограничивающем варианте осуществления фотохромная и/или фоточувствительная композиция может быть бесцветной в невозбужденном состоянии и приобретает цвет в возбужденном состоянии. Полное изменение цвета может происходить в течение периода времени от миллисекунд до нескольких минут, например от 20 секунд до 60 секунд. Иллюстративная фотохромная и/или фоточувствительная композиция включает фотохромный краситель.
В одном неограничивающем варианте осуществления фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция может быть связана и/или по меньшей мере частично связана, например за счет ковалентного связывания, с полимером и/или полимерным материалом компонента, способного полимеризоваться. В отличие от некоторых покрытий, в которых фоточувствительная композиция может мигрировать из покрытия и кристаллизоваться внутри подложки, фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция, связанная и/или по меньшей мере частично связанная с полимером и/или компонентом, способным полимеризоваться, в соответствии с данным неограничивающим вариантом осуществления настоящего изобретения обладает минимальной степенью миграции из покрытия. Пример фоточувствительной композиции и/или фотохромной композиции и способов ее получения приведен в патенте США №8,153,344 В2, который включен в данный документ посредством ссылки.
Обычно краситель может присутствовать в количестве, достаточном для получения желательного визуального и/или цветового эффекта. Краситель может составлять от 1 до 65 мас.% композиции по изобретению, например от 3 до 40 мас.% или от 5 до 35 мас.%, причем процент рассчитывается на общую массу композиции.
"Износостойкие частицы" это такие частицы, которые при использовании в покрытии будут обеспечивать некоторый уровень сопротивления истиранию покрытия по сравнению с таким же покрытием, не содержащим частиц. Подходящие износостойкие частицы включают органические и/или неорганические частицы. Примеры подходящих органических частиц включают (но не ограничиваются указанным) алмазные частицы, такие как частицы алмазной пыли, и частицы, образовавшиеся из карбидных материалов; примеры карбидных частиц включают (но не ограничиваются указанным) карбид титана, карбид кремния и карбид бора. Примеры подходящих неорганических частиц включают (но не ограничиваются указанным) диоксид кремния; оксид алюминия; силикат алюминия; алюмосиликат; щелочной алюмосиликат; боросиликатное стекло; нитриды, в том числе нитрид бора и нитрид кремния; оксиды, включая диоксид титана и оксид цинка; кварц; нефелиновый сиенит; циркон, например в форме оксида циркония; бадделеит; и эудиалит. Можно использовать частицы любого размера, а также смеси различных частиц и/или частиц различных размеров. Например, частицы могут быть микрочастицами, имеющими средний размер частиц от 0,1 до 50, от 0,1 до 20, от 1 до 12, от 1 до 10, или от 3 до 6 мкм, или любое сочетание внутри любых указанных пределов. Частицы могут быть наночастицами, имеющими средний размер частиц менее 0,1 мкм, например от 0,8 до 500, от 10 до 100 или от 100 до 500 нанометров, или любое сочетание внутри указанных пределов.
Исключительный характер покрытий, содержащих пленкообразующую смолу и катализатор в сочетании с носителем, может дать возможность получать и хранить их в виде однокомпонентных композиций, поскольку некоторая часть или весь катализатор может быть изолирован от взаимодействия до его преднамеренного использования под действием усилия сдвига. Термин «однокомпонентная композиция» можно понимать, как относящийся к композиции, в которой все компоненты покрытия находятся в одном контейнере после производства, во время хранения и т.п. Обычно однокомпонентное покрытие можно наносить на подложку и отверждать любым традиционным методом, таким как нагреванием, нагнетаемым воздухом, путем облучения и тому подобным. Некоторые покрытия, такие как покрытия, отверждаемые в окружающей среде, нецелесообразно хранить в виде однокомпонентных композиций, скорее их надо хранить в виде многокомпонентных покрытий, чтобы предотвратить отверждение компонентов до их использования. Термин "многокомпонентные покрытия" означает покрытия, в которых различные компоненты сохраняются раздельно, непосредственно перед использованием. Кроме того, покрытия по изобретению могут быть многокомпонентными покрытиями, такими как двухкомпонентные покрытия, описанные в разделе «Предпосылки создания изобретения».
Композиция покрытия по настоящему изобретению может быть получена с помощью традиционных методов, известных специалистам в этой области техники. Например, композиция покрытия может быть получена путем добавления каждого компонента из числа описанных выше в сосуд с последующим равномерным перемешиванием смеси. В некоторых вариантах осуществления желательно сначала смешивать один или несколько твердых фотоинициаторов и затем перемешивать полученную смесь с другими компонентами композиции покрытия.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу формирования покрытия на пластмассовой подложке с использованием композиции покрытия по настоящему изобретению, где способ включает в себя:
(i) нанесение указанной композиции покрытия на по меньшей мере часть пластмассовой подложки;
(ii) регулирование толщины нанесенного покрытия, так чтобы получить толщину сухой пленки толщиной от 10 до 25 микрометров;
(iii) спекание покрытия и
(iv) УФ-облучение композиции покрытия при энергии от 700 до 1000 мДж/см2 и интенсивности от 100 до 200 мВт/см2.
В некоторых вариантах осуществления до нанесения на подложку осуществляется дополнительная стадия перемешивания композиции покрытия по настоящему изобретению с разбавителем, чтобы получить разбавленную композицию покрытия и наносить на подложку разбавленное покрытие.
Покрытия по настоящему изобретению могут быть нанесены с помощью любого стандартного метода из уровня техники, такого как электропокрытие, распыление, электростатическое распыление, макание, прокатка, нанесение кистью и тому подобное. До нанесения покрытия пластмассовая подложка может быть подвергнута обработке с удалением пыли и/или удалением смазки. Способы проведения обработки с удалением пыли и/или смазки являются традиционными методиками в области покрытий, и они хорошо известны специалистам в этой области техники.
Разбавители, используемые в способах нанесения по настоящему изобретению, представляют собой те, которые традиционно используются в области покрытий. В одном варианте осуществления настоящего изобретения используют один или несколько разбавителей. Конкретные примеры разбавителей, которые могут быть использованы в способе нанесения по настоящему изобретению, включают (но не ограничиваются указанным) кетоны, такие как метилэтилкетон (МЭК), ацетон, бутилкетон, метилизобутилкетон, циклопентанон и циклогексанон, и кетолы, такие как гидроксилацетон, гидроксилбутанон, гидроксилциклогексанон и додецилацетоновый спирт (ДАС). Особенно подходящим разбавителем является смесь одного разбавителя, выбранного из кетонов, и одного разбавителя, выбранного из кетолов. Некоторые конкретные примеры сочетаний между кетоном и кетолом включают (но не ограничиваются указанным) ацетон и гидроксилацетон, бутилкетон и гидроксилацетон, метилэтилкетон и гидроксилацетон, метилэтилкетон и гидроксилбутанон, метилэтилкетон и додецилацетоновый спирт. Соотношение между кетоном и кетолом в смеси разбавителей может составлять от 1:3 до 3:1, и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения - от 1:2 до 2:1, или 1:1. В особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения смесь разбавителя содержит только МЭК и ДАС, и практически не содержит, то есть содержит менее 5 мас.% любого другого разбавителя; такое сочетание может давать отличный эффект выравнивания полученного покрытия.
В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения композиция покрытия по настоящему изобретению сначала может смешиваться с одним или несколькими разбавителями, известными в области покрытий, такими, что описаны выше, чтобы получить вязкость, которая является подходящей для нанесения разбавленной композиции покрытия на пластмассовую подложку. Указанная вязкость может составлять, например, от 7 до 10 секунд, как измеряют прибором IWATA #2 Cup при 25°С, и особенно - от 8 до 8,5 секунд. Прибор IWATA #2 Cup представляет собой стандартное устройство, используемое в уровне техники для измерения вязкости композиции покрытия. В определенных вариантах осуществления, когда вязкость является слишком низкой, может быть снижена текучесть покрытия, хотя в других вариантах осуществления, когда вязкость является слишком высокой, на пленке покрытия могут появиться морщины.
В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения композиции покрытия могут быть нанесены с образованием сухой пленки толщиной от 10 до 25 микрометров, например от 13 до 20 микрометров. Специалист в этой области техники поймет, что если толщина сухой пленки слишком мала, то покрывающая способность пленки может оказаться относительно низкой, причем появится тенденция к образованию пятен и морщин, тогда как при слишком большой толщине сухой пленки имеется тенденция к ухудшению характеристик сушки покрытия.
Композиция покрытия по настоящему изобретению может быть подвергнута спеканию после нанесения на пластмассовую подложку, пока не произойдет по меньшей мере частичное отверждение покрытия. В случае спекания, его можно проводить при температуре от 50 до 70°С, например от 55 до 65°С. В случае спекания, его можно проводить в течение от 5 до 10 минут. Если спекание проводится при температуре ниже 55°С и за время менее 5 минут, то может оставаться нежелательно высокое содержание растворителя, и могут ухудшаться характеристики полученной пленки. С другой стороны, если спекание проводится при температуре выше 65°С и времени, превышающем 10 минут, то покровная пленка может корродировать подложку.
Вместо этого, или дополнительно к спеканию, композицию покрытия можно подвергать УФ облучению. Источник и количество актиничного излучения, воздействующего на покрытие (или покрытую подложку) специалист в этой области техники может выбрать на основе таких факторов, как толщина покрытия, компоненты покрытия, материал подложки и тому подобное. Композиция покрытия может облучаться УФ-излучением, например при энергии от 700 до 1000 мДж/см2 и интенсивности от 100 до 200 мВт/см2. В определенных вариантах осуществления, если энергия УФ-облучения составляет меньше, чем 700 мДж/см2, и интенсивность составляет меньше, чем 100 мВт/см2, могут ухудшаться характеристики сухой покровной пленки и, следовательно, могут ухудшаться свойства конечного покрытия, хотя с другой стороны, если УФ-облучение проводится с энергией, превышающей 1000 мДж/см2, при интенсивности выше, чем 200 мВт/см2, полученная покровная пленка может обладать меньшей прочностью и может происходить ее пожелтение.
Композиция покрытия по настоящему изобретению может быть использована индивидуально, это означает, что на пластмассовой подложке имеется только одно покрытие, полученное из композиции покрытия по настоящему изобретению. Кроме того, композиция покрытия по настоящему изобретению может быть использована в сочетании с одним или несколькими другими покрытиями. Например, покрытия по настоящему изобретению могут быть использованы в качестве грунтовки, несущего слоя, и/или внешнего слоя. Для подложек, покрытых множеством покрытий, одно или несколько из покрытий могут быть покрытиями, описанными в изобретении.
Настоящее изобретение далее иллюстрируется следующими примерами, которые не следует рассматривать как ограничивающие изобретение приведенными частностями. Все части и проценты в примерах, а также во всем описании изобретения, даны по массе, если явно не указано другое.
Примеры
Принимая во внимание, что конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше с целью иллюстрации, специалистам в этой области техники будет очевидно, что могут быть выполнены многочисленные вариации деталей настоящего изобретения без отклонения от сути изобретения, определенной в прилагаемой формуле изобретения.
Примеры композиций покрытия настоящего изобретения и Сравнительные примеры композиций покрытия приготовлены путем равномерного перемешивания в сосуде сначала фотоинициаторов и затем добавляются другие компоненты композиции покрытия, и смесь перемешивают до однородности.
Конкретные компоненты, использованные в примерах и Сравнительных примерах, указаны в следующих таблицах I-IV.
После приготовления смесей примеров и Сравнительных примеров, каждую композицию покрытия смешивают со смесью разбавителей МЭК и ДАС в соотношении 1:1, чтобы получить разбавленную композицию покрытия, каждая из которых имеет вязкость от 8 до 8,5 секунд, измеренную с помощью прибора IWATA #2 Cup при 25°С.
Каждую композицию покрытия, полученную, как указано выше, наносят на пластмассовую подложку покрывающей кистью, чтобы получить сухую пленку толщиной от 13 до 20 микрометров. Сухие пленки спекают в шкафу при температуре 60±5°С в течение от 5 до 10 минут. После спекания пленки подвергают УФ-облучению ртутной лампой при интенсивности от 100 до 200 мВт/см2 и энергии от 700 до 1000 мДж/см2. Полученные сухие пленки подвергают исследованию глянца и оценке реологических свойств.
Исследование глянца проводят с помощью измерителя глянца, micro-TRI-gloss (доступен на фирме BYK, Германия) при 60°, и результаты ранжируют следующим образом:
хороший ≥80°;
не соответствующий: <80°.
Испытание реологических свойств проводят путем визуальной оценки морфологии окончательной сухой пленки, и результаты ранжируют следующим образом:
отличный: хорошая выравнивающая способность, без каких-либо наплывов по краям;
хороший: хорошая выравнивающая способность, с небольшим эффектом наплывов по краям, которые не влияют на конечное применение; и
не соответствующий: плохая выравнивающая способность и/или значительный эффект наплывов по краям.
Результаты испытаний композиций каждого примера и Сравнительного примера обобщены в следующей таблице VI.
Согласно приведенной выше таблице VI, только для композиций покрытия по настоящему изобретению достигаются отличные (или хорошие) характеристики глянца и реологических свойств.
Несмотря на то, что конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше с целью иллюстрации, специалистам в этой области техники будет очевидно, что могут быть осуществлены многочисленные вариации деталей настоящего изобретения без отклонения от сути изобретения, которая определена в прилагаемой формуле изобретения.
1. Композиция покрытия, содержащая:
(a) функциональный уретанакрилат;
(b) фотоинициатор;
(c) органический растворитель и
(d) модифицированный растворителем функциональный олигомер уретанакрилата,
где функциональный уретанакрилат содержит уретанакрилат, имеющий от 3 до 15 функциональностей,
где указанный функциональный уретанакрилат присутствует в количестве от 20 до 30 мас.% в расчете на всю массу композиции и
где указанный модифицированный растворителем функциональный олигомер уретанакрилата присутствует в количестве не более 11 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия.
2. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный функциональный уретанакрилат содержит уретанакрилат, имеющий 3 функциональности, и уретанакрилат, имеющий 15 функциональностей.
3. Композиция по п.1, в которой указанный фотоинициатор содержит 1-гидроксициклогексилбензофенон, этил-2,4,6-триметилбензоил фосфинат и/или бензофенон.
4. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный органический растворитель содержит изопропанол, трет-бутанол, этилацетат, бутиловый эфир этиленгликоля и/или петролейный эфир.
5. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный модифицированный функциональный уретанакрилат содержит от 60 до 80 мас.% УФ-реактивной смолы и от 20 до 40 мас.% нереактивной пластиковой смолы.
6. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный модифицированный функциональный уретанакрилат содержит модифицированный растворителем гексафункциональный уретанакрилат.
7. Композиция покрытия по п.1, в которой указанный модифицированный функциональный уретанакрилат присутствует в композиции покрытия в количестве от 5 до 11 мас.% в расчете на общую массу композиции.
8. Композиция покрытия по п.1, в которой указанную композицию покрытия наносят на пластмассовую подложку.
9. Композиция покрытия по п.8, в которой пластмассовая подложка содержит полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол, полиуретаны, поли(мет)акрилаты, поливинилы, полиамиды, сложные полиэфиры, меламиновые смолы, полиакрилонитрил, поликарбонаты, поливинилхлорид, поливиниловые спирты, поливинилацетаты, поливинилпирролидоны и/или соответствующие сополимеры и блок-сополимеры.
10. Способ получения покрытия на пластмассовой подложке, включающий:
(a) нанесение композиции покрытия по п.1 на по меньшей мере часть пластмассовой подложки для получения толщины сухой пленки от 10 до 25 мкм;
(b) спекание композиции покрытия и
(c) УФ-облучение композиции покрытия под действием энергии до тех пор, пока не произойдет по меньшей мере частичное отверждение композиции покрытия.
11. Способ по п.10, в котором указанные фотоинициаторы содержат 1-гидроксициклогексилбензофенон, этил-2,4,6-триметилбензоил фосфинат и/или бензофенон.
12. Способ по п.10, в котором указанный органический растворитель содержит изопропанол, трет-бутанол, этилацетат, бутиловый эфир этиленгликоля и/или петролейный эфир.
13. Способ по п.10, в котором указанный модифицированный функциональный уретанакрилат содержит от 60 до 80 мас.% УФ-реактивной смолы и от 20 до 40 мас.% нереактивной пластиковой смолы.
14. Способ по п.10, в котором указанный модифицированный функциональный уретанакрилат представляет собой модифицированный растворителем гексафункциональный уретанакрилат.
15. Способ по п.10, в котором до нанесения на подложку композицию покрытия перемешивают с разбавителями, чтобы получить разбавленную композицию покрытия.
16. Способ по п.15, в котором указанная разбавленная композиция покрытия имеет вязкость от 7 до 10 с, измеренную с помощью IWATA #2 Cup при 25°C.
17. Способ по п.15, в котором указанная разбавленная композиция покрытия имеет вязкость от 8 до 8,5 с, измеренную с помощью IWATA #2 Cup при 25 °C.
18. Способ по п.10, в котором спекание проводится при температуре от 50 до 70°C в течение от 5 до 10 мин.
19. Способ по п.10, в котором УФ-облучение проводится при энергии от 700 до 1000 мДж/см2 и интенсивности от 100 до 200 мВт/см2.
20. Способ по п.10, в котором пластмассовая подложка содержит полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол, полиуретаны, поли(мет)акрилаты, поливинилы, полиамиды, сложные полиэфиры, меламиновые смолы, полиакрилонитрил, поликарбонаты, поливинилхлорид, поливиниловые спирты, поливинилацетаты, поливинилпирролидоны и соответствующие сополимеры и/или блок-сополимеры.
21. Способ по п.15, в котором разбавители содержат метилэтилкетон и додецилацетоновый спирт в соотношении 1:1.
