专利名称：：耐刮擦多层结构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及适用于建筑和广告应用的耐刮擦多层结构。更具体地讲，本发明涉及例如板形式的多层结构，所述多层结构具有表现出改善的耐刮擦性的防护表面。
背景技术：
：复合板可用于多种应用中，例如用作建筑物的覆层以及在广告活动中用作可视显示屏。此类复合板的表面必须为耐刮擦以及耐磨的，具有优异的光学特性，并通常具有装饰功能。如果用于室外应用，复合板还必须耐各种风化条件，例如极端温度、湿度、暴露于紫外线和其他类型的辐射。为实现一定的耐刮擦性，现有技术的复合板包括涂覆有防护材料的金属箔(通常为铝箔)，该防护材料由例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或基于丙烯酸酯、环氧树脂或聚酯的其他涂层制成。此类复合板表现出抗刮性，其将受益于^f皮改善，尤其是用于室外应用中时。此外，这些类型的防护材料通常为不可印刷的，并通常只能用单色染料着色，这就限制了在此类复合板的外表面上的设计可能性。另外，用于制造包含上述防护材料的复合板的方法涉及至少两步工艺首先使用防护材料连续涂布轧制金属箔，然后将其层压到其他层上从而形成最终的复合板。所用防护材料的高成本以及制造方法的复杂性使得生产这些复合板不适宜。因此，存在对表现出更高耐刮擦性、高耐磨性以及可以合理成本制造的多层结构的需求。发明概述已令人惊奇地发现，上述问题可通过用于建筑和广告应用中的耐刮擦性多层结构来克服，该多层结构包括金属层和由聚合材料制成的聚合物层，所述聚合材料包含至少30重量％的离聚物，该重量百分比按聚合物层的总重量计。如果与现有技术的复合板相比，本发明的多层结构显示出改善的耐刮擦性、等同的或更高的耐磨性，并且可以更低的成本制造。此外，本发明的多层结构显示出在聚合物层和金属箔之间的高度粘合性、高度光学透明性，并且可通过单步制造工艺制备。发明详述根据本发明的多层结构的金属层可为适用于建筑和广告应用中的多层结构的任何金属，并且所述金属可选自例如铝、不锈钢、铜、钢以及它们的合金。通常使用铝，这是因为其重量轻，具有耐腐蚀性和耐久性。金属层的厚度范围优选地在100和500pm之间。优选地，本发明的聚合物层包含离聚物的量为至少30重量％，甚至更优选至少40重量％，该重量百分比按所述聚合物层的总重量计。离聚物为除聚合物的有机主链之外还含有金属离子的热塑性树脂。离聚物为烯烃例如乙烯与部分中和(从10到99.9%)的oc，p-不饱和C3-Cs羧酸，例如丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)或马来酸单乙酯(M細E)的离子共聚物。中和剂为碱金属如锂、钠或钾或过渡金属如锰或锌。这种独特结构赋予离聚物交联聚合物特性的固态性质，以及非交联热塑性聚合物特性的可熔融加工性质。离聚物及其制备方法在例如美国专利3264272中有所描迷。适用于本发明的离聚物可以商标Surlyn⑧从E.LduPontdeNemoursandCompany,Wilmington,Delaware商购获得。用于本发明的多层结构的聚合物层中的离聚物优选地包含约5至约30重量％的丙烯酸、甲基丙烯酸和/或马来酸单乙酯，该重量百分比按所述离聚物的总重量计。本发明的聚合物层的厚度范围优选地介于10和600pm之间。由于离聚物酸性官能团的部分中和，通常可获得聚合物层对于金属层的足够粘附。然而，如果粘附性不足，可在金属层和聚合物层之间添加一个或多个粘合剂层。适用于粘合剂层的粘合剂材料为例如酸共聚树脂或其他粘合剂树脂，这些材料可以商标Nucrel和Bynel从E.I.duPontdeNemoursandCompany,Wilmington,Delaware商购获得。根据本发明的另一个实施方案，用于聚合物层的聚合材料还可包含一种或多种聚酰胺、聚酯和聚丙烯，以增加使用时例如用于室外应用时聚合物层本身的热稳定性。优选地，聚合材料包含聚酰胺，并且更优选地，聚合材料由40重量％的离聚物和60重量％的聚酰胺组成。适用于本发明的多层结构的聚合物层的聚酰胺的实例为尼龙6、尼龙66、尼龙6/66、尼龙ll或尼龙12，并且在美国专利5859137中有所描述。优选地，聚酰胺为尼龙-6，例如Ultramid⑧B3,其可从BASF商购获得。本发明的多层结构可通过单步工艺制备，所述单步工艺可包括将聚合材料层压或挤压涂布到金属层上。如果在如上所述的聚合物层和金属层之间需要一个或多个粘合剂层，则多层结构可通过单步工艺制造，所述单步工艺包括将粘合剂层和聚合材料复合挤压涂布到金属层上。作为另外一种选择，包括一个或多个粘合剂层的本发明的多层结构可通过两步工艺制造，所述两步工艺包括首先将聚合材料和粘合剂材料共挤出，然后使用诸如液压机之类的设备将由此获得的双层薄膜施加到金属层上。根据本发明的另一个实施方案，耐刮擦多层结构还可包括设置在金属层和聚合物层之间的可印刷和/或可着色层。可印刷和/或可着色层可为聚合物薄膜、纸张、板、织造织物、非织造织物以及它们的组合。优选地，可印刷和/或可着色层的厚度范围介于10和20(Vm之间。包括可印刷和/或可着色层的多层结构可通过常规方法制造，例如先将聚合材料挤压涂布到可印刷和/或可着色层上，然后再将由此获得的双层薄板层压到金属层上。如有必要，可在可印刷和/或可着色层与聚合物层之间和/或在可印刷和/或可着色层与金属层之间添加粘合剂层。本发明还涉及用于建筑和广告应用中的耐刮擦复合板，该复合板包括芯层以及紧邻芯层的如上所述的第一多层结构。这种第一多层结构以其金属层侧面对芯层。对于用于建筑应用中的板，芯层可由法律可能要求的阻燃剂6或其他功能性材料制成，并且可为单层或多层结构。此类复合板可通过常规方法制造，例如(a)首先将聚合材料挤压涂布到金属层上(或者，如果需要一个以上的粘合剂层，则将聚合材料和粘合剂材料共挤压涂布到金属层上)，然后再将由此获得的双层复合材料与芯层层压，(b)首先将芯层挤压涂布到金属层上，然后再挤出聚合材料。根据另一个实施方案，耐刮擦复合板还包括附加的金属层，该金属层邻近芯层设置，位于第一多层结构的相对侧上。如有必要，可在芯层和附加的金属层之间施加常规的粘合剂层。附加的金属层赋予板结构本身以强度、硬度和高刚度，同时基本上不会增加其总重。此类板可通过以下方法制造，例如(a)首先将芯层和两个金属层层压，然后再将聚合材料挤压涂布到金属层上，或者(b)首先将聚合材料挤压涂布到金属层上，然后再层压芯层与金属层。在复合板双面必须均具有耐刮擦性的情况下，其可包括如上所述的第二多层结构，该第二多层结构邻近芯层设置并且位于第一多层结构的相对侧上。第二多层结构以其金属层侧面对芯层，以获得"双面，，耐刮擦板结构。此类结构可通过例如上述的常规工序制造。将在下面的实施例中进一步描述本发明。实施例使用下列材料来制备根据本发明的耐刮擦多层结构SurlynA:包含乙烯和15重量％的MAA(甲基丙烯酸)的共聚物，其中58%的可用羧酸部分由锌阳离子中和；尼龙-6:UltramidB3(得自BASF);SurlynB:包含乙烯、11重量％的MAA和6重量％的MAME(马来酸单乙酯)的共聚物，其中60%的可用羧酸部分由锌阳离子中和；聚酰胺/Surlyn(PA/Surlyn)共混物由59.25重量％的UltramidB3、40重量％的SurlynB和O.75重量％的硬脂酸锌组成的组合物。Nucrel:乙烯和9重量％的MAA的共聚物。实施例1(El)首先通过共挤出离聚物SurlynA和共聚物Nucrel来制备双层聚合物薄板。然后在液压机中将这些薄膜于150C下压制到250pm厚的铝箔样本上。样本的最终结构构成150x50x0.75mm的压紧多层结构，该多层结构具有300pm厚的SurlynA层、200,厚的Nucrel层和250pm厚的铝层。然后使用Eirichsen测试仪根据IS01518测量多层结构的耐刮擦性，其中将0.1至2kg的重量施加到在聚合物表面上拉动的针上。该设备以牛顿为单位来测量在其作用下在表面上形成可视刮痕的重量。结果示于表l中。多层结构的耐磨性根据ISO5470-1980进行测量，其中两个磨头在样本表面旋转并形成直径为114mm的圆。这两个磨头施加2.45N的垂直且恒定的压力。磨头由碳化钨制成，并且在测试期间其以介于6.10和7.33弧度/秒之间的速度旋转200次。所得结果示出了样本测试之前和之后的重量差值(材料损耗)。在任何情况下均勿使磨头接触金属层，使得六个样本在表2中的测试结果可直接进行比较，而不用考虑其聚合物层的厚度。结果示于表2中。实施例2(E2)使用PA/Surlyn共混物作为聚合物层的聚合材料重复实施例1。样本的最终结构为150x50x0.65咖的压紧多层结构，所述压紧多层结构具有300pm厚的PA/Surlyn㊣层、lOO(nm厚的Nucrel层和250(im厚的铝层。结果示于表l和表2中。实施例3(E3)以相同的组分重复实施例1。样本的最终结构为150x50xo.45mm的压紧多层结构，所述压紧多层结构具有150pm厚的SurlynA层、50pm厚的Nucrel层和250pm厚的铝层。结果示于表1和表2中。出于比较目的，测量下列三个常规复合板的耐刮擦性和耐磨性可从HermannGutmannWerkeAG商购获得的涂覆有聚偏二氟乙烯(PVDF)的铝箔(Cl)，可从Etem商购获得的涂覆有聚酯的铝箔(C2)，可从EuramaxInternational,Inc.商购获得的涂覆有丙烯酸酯的铝箔(C3)。8表l:根据IS01518测量的本发明实施例和常规对羊本的耐刮擦性。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2:根据IS05470-1980测量的本发明实施例和常规样本的耐磨性。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如表1所示，本发明的样本(E1-E3)仅在向其表面施加20N的力后才显示出可见刮痕。作为比较，5N(Cl和C2)或10N(C3)的作用力即足以在常规样本表面上形成可见刮痕。因此，本发明的样本表现出比常规样本更高的耐刮擦性。此外，减小本发明样本(Cl和C3)包含Surlyn⑧和Nucrel⑧的聚合物层的厚度不会导致耐刮擦性的降低。此外，表2示出本发明的样本(El-E3)表现出等同于(或高于)常规样本(C1-C3)的耐磨性。权利要求1.一种用于建筑和广告应用中的耐刮擦多层结构，所述多层结构包括金属层和由聚合材料制成的聚合物层，所述聚合材料包含至少30重量％的离聚物，所述重量百分比按所述聚合物层的总重量计。2.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述聚合材料包含至少40重量％的离聚物。3.根据权利要求1或2所述的多层结构，其中所述离聚物为乙烯与不饱和C广Cs羧酸的共聚物。4.根据权利要求3所述的多层结构，其中所述离聚物包含5至30重量％的丙烯酸、曱基丙烯酸和/或马来酸单乙酯，所述重量百分比按所述离聚物的总重量计。5.根据前述任一项权利要求所述的多层结构，其中所述聚合材料还包含一种或多种聚酰胺、聚酯和聚丙烯。6.根据权利要求5所述的多层结构，其中所述聚合材料包含聚酰胺。7.根据权利要求6所述的多层结构，其中所述聚合材料由40重量％的离聚物和60重量％的聚酰胺组成。8.根据前述任一项权利要求所述的多层结构，其中所述聚合物层的厚度介于10和600nm之间。9.根据前述任一项权利要求所述的多层结构，所述多层结构包括设置在所述金属层和所述聚合物层之间的一个或多个粘合剂层。10.根据前述任一项权利要求所述的多层结构，其中所述金属层的厚度介于100和500pm之间。11.根据前述任一项权利要求所述的多层结构，所述多层结构还包括设置在所述金属层和所述聚合物层之间的可印刷和/或可着色层。12.根据权利要求11所述的多层结构，其中所述可印刷和/或可着色层为聚合物薄膜、纸张、板、织造织物、非织造织物以及它们的组合。13.根据权利要求11或12所述的多层结构，其中所述可印刷和/或可着色层的厚度介于10和200^i之间。14.一种用于建筑和广告应用中的耐刮擦复合板，所述复合板包括芯层和紧邻所述芯层的由权利要求1至13任一项的多层结构组成的第一多层结构，所述多层结构以其金属层侧面对所述芯层。15.根据权利要求14所述的复合板，所述复合板还包括邻近所述芯层设置的附加金属层，所迷附加金属层位于所述第一多层结构的相对侧上。16.根据权利要求14所述的复合板，所述复合板包括权利要求1至13任一项的多层结构的笫二多层结构，所述第二多层结构邻近所述芯层设置并且位于所述第一多层结构的相对侧上，所述第二多层结构以其金属层侧面对所述芯层。全文摘要本发明涉及用于建筑和广告应用中的耐刮擦多层结构，所述多层结构包括金属层和由聚合材料制成的聚合物层，所述聚合材料包含至少30重量％的离聚物，所述重量百分比按所述聚合物层的总重量计。与现有技术的复合板相比，本发明的多层结构显示出改善的耐刮擦性、等同或更高的耐磨性，并且能够以更低的成本制造。此外，本发明的多层结构显示出在所述聚合物层和所述金属箔之间的高度粘合性、高度光学透明性，并且可通过单步制造工艺制备。文档编号B32B27/00GK101522411SQ200780038407公开日2009年9月2日申请日期2007年10月16日优先权日2006年10月16日发明者L·P·罗兰申请人:纳幕尔杜邦公司