用于防止下层的添加剂损失的隔离层的制作方法

专利名称：用于防止下层的添加剂损失的隔离层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防止用于汽车装配组件(component assembly)的塑料板的下层中的添加剂损失的隔离层。
本发明的背景塑料，如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)目前用于制造许多汽车部件和元件，如B-柱，头灯，和天窗。汽车窗组装件代表了这些塑料因为各种优点而在式样化/设计，重量节约，和安全性/安全领域中正出现的一个用途。更具体地，塑料向汽车制造商提供通过将功能元件集成到模塑塑料组件中而减少窗组件复杂性，以及通过增加总体设计和形状配合物性而使其车辆区别于竞争者车辆的能力。轻质塑料窗组装件的应用可有助于降低车辆的重心(较好的车辆操控和安全)和改进的燃料经济。最后，乘员或乘客在涉及倾翻事故时更倾向固位在具有塑料窗组装件的车辆内，这进一步增加安全性。
尽管存在与使用塑料窗有关的许多优点，这些塑料组装件在满足为玻璃窗所确立的现有规则(如，标题49，第5章，联邦机动车标准No.205；ANSI-Z26.1的第571.205部分，美国国家标准研究所-1977)时不能广泛地进行规模商业应用。塑料窗用于汽车的已确立的最低要求在表1中汇总。
表1

为了满足表1中所规定的要求，必需将保护层(如，涂层或膜)施加到塑料窗组装件上以克服塑料所具有的几个局限。这些局限包括暴露于紫外(UV)辐射所引起的变质，例举为变色，光学传输下降，和脆性增加(耐冲击性下降)，以及局限的耐磨性和水解稳定性。保护层体系例如表现为脱层或粘附性损失的过早破坏通过加速前述降解机理而导致塑料窗组装件的使用寿命有限。塑料窗的颜色或色调的差异，例如，透明澄清，日光(绿色)，和私密(黑色)，可促进保护层体系的过早破坏，这估计通过增加在塑料窗和保护层体系之间在环境曝光过程中的温度而发生。该意见同样可用于各种颜色的其它不透明塑料元件(如，模塑品，B-柱，跟进组装件，体板，等)所观察到的破坏机理。
因此，工业上需要开发一种使得塑料窗组装件满足对窗的汽车调节者要求和牢固不出现过早破坏的保护层。
本发明的概要本发明提供一种用于装配组件的保护层状体系。该层状体系包括对不结合到任何下面保护层或塑料板基材的结构中的添加剂的浸析或损失起着隔离作用的至少一层。该层状体系的性能基本上与塑料板或添加剂层的颜色或色调无关。塑料板和添加剂层可以是透明，不透明，或其混合形式。
在某些实施方案中，装配组件是包括透明塑料板，可有可无的保护添加剂层，和其性能满足用于汽车场合性能要求的隔离层的窗组件。
其它特点和优点根据以下详细描述和所附权利要求书，和参考附图而显然得出。
附图的简要描述

图1是对具有塑料板，添加剂层，和按照本发明的隔离层的装配组件的保护层状结构的几种可能几何的图示。
图2是有和没有存在隔离层的塑料板和添加剂层体系所具有的UV吸光率作为UV辐射总量的函数的图。
图3是有和没有存在隔离层的塑料板和添加剂层体系在暴露于温度约70℃时所具有的UV吸光率作为总时间(小时)的函数的图。
本发明的详细描述以下描述的优选的实施方案仅是说明性的且无意于以任何方式限定本发明或其用途或应用。
按照本发明，保护层状体系提高了塑料装配组件的使用寿命，如果一层用作抗任何下面添加剂层和塑料板内的添加剂浸析或损失的隔离层。图1给出了保护层状体系的结构的几种可能几何构型。隔离层30(″B″)可以是最外层，起着防止任何下面添加剂层20和/或塑料板10的添加剂浸析的作用的隔离层，如图1A和1B所示。隔离层30也可被夹在添加剂层20和塑料板10之间，起着防止添加剂从仅下面添加剂层20或塑料板10浸析的作用的隔离层，如图1C和1D所示。在特殊实施方案中，隔离层30是最外层以向装配组件提供额外耐磨性益处。装配组件可包含多个添加剂层，以及多个隔离层。
为了说明隔离作用和对有和没有隔离层30的各种塑料板10和添加剂层20所具有的性能做比较，选择几种特定塑料树脂(R1-R6)，添加剂层(A1-A9)，和隔离层(B1-B2)在表2中给出。这些树脂和添加剂层沿着与两个可能隔离层30不应例举为限定本发明的范围，而只是说明本发明的各种实施方案。用于确认所选用于说明隔离作用的保护层状体系的组成的命名法提供对于特定塑料树脂，添加剂层，和隔离层的各个标记，如表2所述。例如，标为R2+A2A7的保护层状体系包括塑料树脂板R2和添加剂层A2和A7。标为R1+A8+B1的保护层状体系包括塑料树脂板R1，添加剂层A8，和隔离层B1。
常规隔离层涂层试图通过防止分子，如水或氧经过涂层从环境向涂覆基材渗透。这些环境污染物通常具有分子直径低于150微微米(即，分子直径O2～121微微米，和分子直径H2O～108微微米)的小尺寸。但隔离层30可透过出现在环境中的这些分子。例如，在特殊实施方案中，隔离层30在约37.8℃和约100％相对湿度下的使得水蒸气传输速率为约3.7gms/m2-天(Permatran W 3/31，MOCON，Minneapolis，MN)。
表2



常规隔离层涂层对通过涂层从下面涂层或基材扩散到环境中的大分子透过。用于微电子制造的隔离层涂层使得聚合物分解产物通过隔离层涂层扩散到环境中。例如，为了在微电子制造过程中在导电金属线之间形成气隙，聚降冰片烯的高分子量分解产物容易通过上方介电(隔离层)涂层扩散到周围环境中。
隔离层30被发现意外地降低或防止分子直径大于150微微米的添加剂通过隔离层从下面添加剂层和塑料板浸析到环境中。优选，隔离层30减少或防止分子直径大于约200微微米，或在某些实施方案中，大于约300微微米的添加剂浸析。
防止添加剂从塑料板和任何添加剂层浸析可增加装配组件的相应使用寿命。装配组件的使用寿命根据在颜色(发黄指数＝YI)和耐冲击性特性方面所观察到的性能变化的大小而测定，如表1所述。主要地，发黄指数(YI)变化超过约+5个单位或开始表现出冲击破坏(如，脆性所引起)迹象的塑料板被认为达到装配组件的有用的使用寿命。
大多数塑料易于通过光化学驱动的过程而变质。通常，这些降解过程导致形成可影响塑料的颜色特性或耐冲击性的分子物质。针对这些光化学驱动的过程，通常通过将紫外吸收(″UVA″)分子引入本体塑料或施用到塑料表面上的添加剂层中而进行保护。如果UVA分子被施用在保护添加剂层中，该添加剂层和塑料板之间的脱层或粘附性损失被认为是一种破坏，导致对与装配组件有关的有用的使用寿命产生限制。
保护添加剂层中的UVA分子的种类和浓度固有地表示装配组件的有用的使用寿命。UVA分子随着时间的过去而可达到光化学惰性阶段或存在浓度不太大以完全阻止出现光化学驱动的降解机理。添加剂层和塑料之间的界面表示起始被存在于添加剂层中的UVA分子不吸收的任何UV辐射降解的区域。因为该界面的降解有助于添加剂层的脱层，添加剂层的破坏高度依赖于被引入添加剂层中的UVA分子的浓度和使用寿命。按照本发明，塑料板的大于+5个单位的发黄指数(YI)增加已被发现与保护添加剂层的脱层，以及脆性的开始相一致。
达到颜色变化(ΔYI)+5个单位和添加剂层脱层或造成冲击破坏所需的UV辐射曝光(UVEXP)的量可使用以下等式1预计。在该等式中，D是指衰减率，Ao是指起始测定的吸光率值，和TF是指造成″未保护的″塑料板的所述颜色改变或冲击破坏的辐射量。通过使用该等式确定的紫外辐射曝光(UVEXP)的量以兆焦耳(MJ)给出。TF的值容易通过实验测量″未保护的″塑料板的颜色变化或冲击性能作为辐射曝光的函数而确定。
UVEXP=(1/D)log[(10(DTF)+10(-AO)-1)/10(-AO)]---(1)]]>按照本发明，隔离层30增加塑料板在例如表示为过量+5个单位的颜色变化(即，ΔYI)的破坏之前可经受的UV辐射量约63％。包含UVA分子的添加剂层(A2A7)所保护的聚碳酸酯(R2)板被发现通过暴露于8MJ紫外辐射而达到+5个单位的发黄指数变化(ΔYI)(参见试验#01，表3)。比较而言，当隔离层30封装含有UVA分子的保护性添加剂层时，相同的塑料板(R2+A2A7)被发现在暴露于大于12MJ的紫外辐射而达到+5个单位的YI变化(试验#02，表3)。如表3所示，板破坏的实际测量时间被发现与根据等式1计算的预定破坏时间非常接近。
表3Δ(YI)≥+5个单位 Δ(YI)≥+5个单位测定 计算，等式1(兆焦耳) (兆焦耳)

#01 R2+A2A7#02 R2+A2A7+B1隔离作用按照本发明，隔离层30增加塑料板在达到″脆性″或耐冲击性破坏之前可经受的UV辐射量约42％。仅由包含UVA分子的添加剂层(A2A7)保护的塑料板(R2)被发现通过暴露10.3MJ紫外辐射而于达到耐冲击性的破坏点。比较而言，相同的塑料板(R2+A2A7)被发现通过暴露于约14.6MJ紫外辐射而达到耐冲击性的破坏点，如果隔离层30包封该保护添加剂层。
进一步按照本发明，隔离层30降低保护层状体系中的添加剂的衰减率超过约20％。例如，存在于添加剂层中的UVA分子所表现出的相对UV吸光率的衰减率通过使用本文所定义的隔离层而明显下降。在这种情况下，衰减率(D)被定义为每兆焦耳(MJ)板或窗组件所暴露的UV辐射(波长＝340nm)，针对添加剂层中的UVA分子所测定的吸收(ABS)单位数的下降。包含UVA分子的添加剂层(A2A7)所保护的塑料板(R1)被发现具有等于约-0.20ABS/MJ曝光的在暴露于UV辐射时的UVA分子衰减率，如图2所示(参见试验#03)。比较而言，相同的塑料板(R1+A2A7)被发现当隔离层30包封包含添加剂层的保护UVA分子时具有等于约-0.11ABS/MJ的衰减率(参见试验#04)。因此，隔离层30在包含UVA分子的添加剂层中的应用在这种特定情况下降低衰减率约41％。
按照本发明，隔离层30被发现意外地使分别包含不同的着色剂和色调的不透明塑料板和透明塑料窗在性能上类似。换句话说，染色或着色的塑料板和添加剂层组合的性能在采用隔离层时被归一化。被分别表征为澄清(＞90％透明度)，日光灰色，和私密黑色的塑料板(R2，R4，R6)上的保护添加剂层(A2A7或A1A6)中的UVA分子的衰减率在有和没有存在隔离层30的情况下测定。在不存在隔离层的情况下，保护添加剂层中的UVA分子的衰减率(D)被发现遵循D澄清＞D日光＞D私密的倾向。例如，如果塑料板涂有仅保护添加剂层(A1A6)，那么对于澄清至私密着色板，衰减率被测定为0.03至0.05ABS/MJ。UV吸光率衰减率对保护层状体系的颜色或色调的依赖性可与塑料板所经历的表面温度的差异有关。例如，20℃差异存在于正经历加速气候试验，ASTM G155，周期1(GMOD)的澄清和私密着色板之间。在该特殊试验中，澄清和私密板的温度被发现分别为70℃和90℃。按照本发明的各种实施方案，隔离层使得塑料板的寿命时间基本上类似，如果塑料板的表面温度在约20℃和约120℃之间。
如果隔离层30被施加到保护添加剂层上，衰减率(D)被发现遵循D澄清-D日光-D私密的倾向。例如，如果塑料板涂有保护添加剂层(A1A6)和隔离层B1，衰减率被测定为约0.02ABS/MJ，对于所有的(澄清至私密)着色板。在所有情况下，衰减率通过使用隔离层30而减少超过约20％，如表4所示。隔离层30有效地减少塑料板的表面温度对保护层状体系的UV吸光率的衰减率的作用。
表4UVA衰减率的下降#05 R2+A2A7+B1 22％#06 R4+A2A7+B1 27％#07 R6+A2A7+B1 27％#08 R2+A1A6+B1 42％#09 R4+A1A6+B1 75％#10 R6+A1A6+B1 40％进一步按照本发明，隔离层30所表现出的隔离性能可通过测量在升高的温度下相对暴露时间的添加剂相对损失而确定。隔离层防止添加剂损失至低于约0.15％(在100小时暴露于70℃之后)，优选约0.50％(在300小时之后)，或更多优选约0.80％(在500小时之后)。添加剂的具体性能可作为时间函数而被监控以确定添加剂的相对损失。例如，如果添加剂是UVA分子，可以测定UVA吸收单位作为暴露于温度70℃的时间(小时)函数的损失以确定相对损失。隔离层30在这种特定情况下被发现防止下面添加剂层(A2A7)和塑料板(R2)的UVA分子损失至低于0.157％，0.470％，和0.780％，分别在约70℃下暴露约100，300，和500小时之后(参见试验#16，表5)。总之，隔离层30减少含添加剂的下层和塑料板的添加剂损失速率超过约300％。
塑料板10可包括任何热塑性或热固性聚合物树脂。塑料板可以是不透明，透明或其混合形式。聚合物树脂可包括但不限于聚碳酸酯，丙烯酸，聚芳基化物聚酯，聚砜，聚氨酯，硅氧烷，环氧，聚酰胺，聚烷烯，和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，以及其共聚物，共混物，和混合物。优选的透明，热塑性树脂包括但不限于聚碳酸酯树脂，丙烯酸树脂，聚芳基化物树脂，聚酯树脂，和聚砜树脂，以及共聚物和其混合物。塑料板可进一步包括各种添加剂，如着色剂，流变控制剂，脱模剂，抗氧化剂，紫外吸收(UVA)分子，和IR吸收或反射颜料，以及其它。塑料板可通过使用本领域熟练技术人员已知的任何技术，如挤塑，模塑(包括注塑，吹塑，和压塑)，或热形成(包括热成型，真空成型，和冷成型)而成型为装配组件。
添加剂层20可包括但不限于硅氧烷，聚氨酯，丙烯酸，聚酯，环氧，和其混合物或共聚物。添加剂层可被挤出或铸塑成薄膜或作为离散涂层而施用。多个含添加剂的涂层包括丙烯酸底漆和硅氧烷硬涂层或聚氨酯中间层可用于增加塑料板的保护。多个添加剂涂层的例子包括丙烯酸底漆(SHP401，GE Silicones，Waterford，NY)和硅氧烷硬涂层(AS4000，GE Silicones)的组合。添加剂层中的添加剂可以是着色剂(色调)，流变控制剂，脱模剂，抗氧化剂，紫外吸收(UVA)分子，和IR吸收或反射颜料，以及其它。添加剂涂层可通过浸涂，流涂，喷涂，帘幕涂布，或本领域熟练技术人员已知的其它技术而施用。添加剂薄膜层可通过模内装饰，膜嵌件模塑，铸塑，或本领域熟练技术人员已知的其它技术而施用。
其损失优选通过使用隔离层30而控制的添加剂包括紫外吸收(UVA)分子，以及其它。UVA分子可包括，但不限于，羟基二苯酮，聚苯甲酰基间苯二酚，或其组合，以及2-乙基己基-2-氰基-3，3-二苯基氰基丙烯酸酯的衍生物。如果UVA分子被硅烷基化以使UVA分子键接到涂层网状结构中，作为不能键接到网状结构中以使隔离层具有显著作用的添加剂存在的UVA分子的比例优选为约5％。
隔离层30可包括任何已知的导电或介电材料，其中无机介电材料，有机介电材料，或其混合物和共混物是优选的。无机介电材料的例子包括但不限于氧化铝，氟化钡，氮化硼，氧化铪，氟化镧，氟化镁，氧化镁，氧化钪，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化钽，氧化钛，氧化锡，氧化锡铟，氧化钇，氧化锌，硒化锌，硫化锌，氧化锆，钛酸锆，或玻璃，和其混合物或共混物。有机介电材料可包括但不限于金刚石状碳和″密集″聚合物体系，如氨基甲酸乙酯，环氧化物，丙烯酸酯，硅氧烷，和其混合物或共混物。聚合物体系被认为是″密集″聚合物体系，如果它满足本文所定义的对隔离层30的性能标准。
隔离层30可通过本领域熟练技术人员已知的任何合适的技术而施用。这些技术包括从反应性物质，如用于真空辅助沉积工艺，和大气涂布工艺的那些，如用于将溶胶-凝胶涂料施用到基材上的那些反应性物质沉积。真空辅助沉积工艺的例子包括但不限于等离子体增强的化学汽相沉积，离子辅助等离子体沉积，磁控管溅射，电子束蒸发，和离子束溅射。大气涂布工艺的例子包括但不限于帘幕涂布，喷涂，旋涂，浸涂，和流动涂布。
具有塑料板，两个添加剂涂层和隔离层30的保护层状体系的例子包括聚碳酸酯/丙烯酸/硅氧烷/″玻璃状″体系。在这些体系中，聚碳酸酯表示透明塑料板，丙烯酸和硅氧烷中间层表示两个添加剂层20，而″玻璃状″外最层表示隔离层30。
隔离层30的厚度可以是约1微米至约100微米。隔离层30的最佳厚度取决于该层防止下层的添加剂损失的效力和该层所具有的光学性能。具有透明塑料板，任何添加剂层，和隔离层30的总窗组件优选满足表1所规定的对于雾度和光传输的光学要求。同样，添加剂层的厚度可以是约1微米至约100微米，取决于其光学性能和影响总体窗组件的性能。
以下具体例子用于说明本发明和不应理解为限定本发明的范围。
实施例1-样品制备平板使用市售聚碳酸酯树脂(LS2，GE Plastics，MountVernon，Indiana或AL2647，Bayer AG，德国)或配制成在波长范围315-360纳米内具有低于约1吸收单位(ABS)的UV吸收光谱的特殊型号的该树脂(M2808，Bayer AG，德国或101-111 N，GE Plastics，MountVernon，Indiana，USA)模塑。用于模塑塑料板的每种树脂进一步在表2中作为R1至R6标识。
用于形成每个板的聚碳酸酯树脂是澄清的(R1和R2)，染色的(R3和R5)，或着色的(R4和R6)。染色板中的树脂包含颜色添加剂或着色剂，这样生产被染色成该颜色的板。着色板通过向澄清(R1和R2)板的背面印刷着色油墨或粘附着色膜(如，板)而制成。
所制的板随后涂以一个或多个添加剂涂层，如表2作为A1至A9所示。在施用每一添加剂涂层之后，将涂层″闪蒸″或空气干燥20-30分钟，然后在约110-130℃下热固化约30-60分钟。施用市售涂层并根据制造商推荐的条件固化。
一半的涂有每一添加剂层或添加剂层的组合的板随后施用上隔离层30，该层的性质在表2中描述。隔离层30根据M.Schaepkens，S.Selenzneva，P.Moeleker，和C.D.lacovangelo出版的文章中所述的条件和参数被施用或沉积到最外添加剂层的表面上杂志真空科学和技术A，21(4)，2003，pgs 1266-1271，其整个内容在此作为参考并入本发明。
由各种树脂(R1-R6)模塑和涂有各种添加剂层(A1-A9)并有或没有施用隔离层30的所有板随后用于随后实施例以评估隔离作用。在该实施例中制备的所有透明板上延性的且满足在表1中规定的光学传输(％)和起始雾度(％)要求。
实施例2-隔离作用热损失将在实施例1中制备的一部分板在对流炉中在70℃下暴露于热。每个板使用光谱计在暴露于升高的温度用于0，24，72，144，312，648，1008，1368，和1728小时之后进行检查。光谱分析使用Cary 500扫描UV-Vis-NIR光谱计(Varian，Palo Alto，CA)在波长范围215-500纳米内在扫描速率300纳米/分钟下进行。
对于所评估的每个板，得到UV吸光率的10次幂减去1的对数(Log[10ABS-1])相对暴露于70℃的时间长短的图。这种作图的一个例子在图3中针对标为R2+A2A7(试验#13)和R2+A2A7+B1(试验#16)的两个板给出。线性回归曲线拟合分析用于得到每一所评估的板的斜率和y-截距。该线的斜率表示添加剂(UVA分子)损失的速率，以ABS/小时的单位数表示。在某些特定时间间隔内，随后计算出添加剂损失的百分数并在存在和不存在隔离层30的情况下比较相同的树脂和添加剂层体系。
针对有和没有施用隔离层30的多个添加剂层体系，确定添加剂损失的速率和添加剂损失的百分数作为时间的函数，如表5所示。没有施用隔离层30的各种添加剂层组合(试验#11-13)被确定为其吸收UV辐射的能力在暴露于70℃100小时之后下降约0.3至0.6％；在300小时之后约0.9至1.8％；和在约500小时之后约1.4至3.0％。这些各种添加剂层组合(试验#11-13)的添加剂吸收损失的速率是1.0×10-4至8.9×10-5ABS/小时。
比较而言，在隔离层30(试验#14-16)的存在下的相同添加剂层组合被发现具有明显下降的添加剂损失速率。施用有隔离层30的各种添加剂层组合(试验#14-16)被确定为其吸收UV辐射的能力在暴露于70℃100小时之后下降约0.05至0.2％；在300小时之后约0.2至0.5％；和在500小时之后约0.3至0.8％。具有隔离层30的这些各种添加剂层组合的添加剂吸收损失速率(试验#14-16)是1.0×10-5至2.0×10-5ABS/小时。隔离层30在该具体例子(参见图3)中的总体作用是，与没有隔离层(试验#11-13)的相同的体系相比，在暴露于升高的温度规定的时间之后，使添加剂(UVA分子)层在隔离层(试验#14-16)存在下吸收UV辐射的能力增加大于300％。
表5

添加剂层

#11 R2+A5A9#12 R2+A1A6#13 R2+A2A7加上隔离层

#14 R2+A5A9+B1#15 R2+A1A6+B1#16 R2+A2A7+B1隔离作用

#11-#14#12-#15#13-#16该实施例说明，隔离层30防止添加剂损失至低于约0.15％(在70℃下暴露100小时之后)，优选约0.50％(在约300小时之后)，和更优选约0.80％(在约500小时之后)。该实施例进一步说明隔离层30针对不同的下面添加剂层(如，A1A6，A2A7，和A5A9)表现类似的能力。
实施例3-隔离作用速率损失(ABS/MJ)将在实施例1中制备的一部分板在几种不同的天然和加速气候试验中暴露于UV-可见光。在其中一种试验中，板(试验#17-24)在AtlasC5000i老化试验计中，使用ASTM G155周期1(GMOD)人造气候程序使用以下特定条件进行UV-可见光(1)UV源是氙弧，具有硼硅酸盐内和硼硅酸盐外滤光片，光谱强度0.75W/m2，在340nm；(2)黑板温度75℃；(3)相对湿度30％；和(4)干球温度55℃。使用ASTM D 3359-92a在每1.2MJ/m2UV曝光之后检查所有板是否存在微开裂，自发脱层，或粘附性破坏。一旦破坏，将板撤离测试。
将在实施例1中制备的另一部分的板(试验#25-28)在佛罗里达和亚利桑那在5度角度下暴露于户外天然气候。使用ASTM D 3359-92a每6个月检查每个板是否出现微开裂，自发脱层，或粘附性破坏。一旦破坏，将板撤离测试。
将在实施例1中制备的另一部分的板(试验#25-28)在亚利桑那使用ASTM G90周期3(ASTM D4141)在QTRAC(Q-PANEL，Cleveland，OH)设备上暴露于加速户外气候。使用ASTM D 3359-92a每6个月检查每个板是否出现微开裂，自发脱层，或粘附性破坏。一旦破坏，将板撤离测试。
最后，将在实施例1中制备的另一部分板，以及未涂覆树脂(R1-R6)板使用QUV喷雾老化试验计(Q-Panel Lab Products，Cleveland，OH)暴露于UV-可见光。ASTM G154。周期4人造气候程序用于该试验，但有一个变化。该变化包括，将板在340nm波长下使用荧光灯连续暴露于光谱强度1.35W/m2。视觉和利用光谱方法检查所有板在0，24，72，144，312，648，720，和1440小时曝光之后的气候损害(如，微开裂和涂层脱层)。
板的光谱分析使用Cary 500扫描UV-可见-NIR光谱计(Varian，Palo Alto，CA)在波长范围215-500nm内在扫描速率300nm/min下进行。黄度指数使用ASTM E313-00(用于从仪器测定的颜色坐标计算黄度和白度指数的常规作法)，使用BYK颜色指标(颜色体系CIELab；指数YE 313-98，照明/观察者D65/10°)确定。
将未涂覆(不添加剂层)聚碳酸酯板的黄色指数相对在波长340nm下由UV辐射曝光引起的测定的吸收(ABS)变化作图。将线性回归曲线拟合应用于该作图，所得斜率用作光-Fries校正因子。该校正因子用于确定在340nm下由于UVA分子在包括聚碳酸酯树脂和各种添加剂层的板中的损失而产生的校正吸光率。针对每个所评估的板，使用校正吸光率值，将吸光率的10次幂减去1的对数(即，Log[10ABS-1])相对UV辐射曝光量(MJ/m2)作图。这种作图的一个例子在图2中针对标为R1+A2A7的板(试验#03)和标为R1+A2A7+B1(试验#04)的板给出。衰减率或吸收损失速率(ABS/MJ)被定义为得自该分析的线性曲线的斜率。
最后，在实施例1中制备的另一部分板(试验#17-24)的耐磨性根据ASTM D1044(1000个周期，CSF10轮)测试。
实施例1中制备的板在暴露于上述各种加速和天然气候条件之后得到的试验结果在表6中给出。将具有聚碳酸酯树脂(R3)和各种添加剂层的板，如A1A6(试验#17)，A2A7(试验#18和25)，A8(试验#21和27)，和A3(试验#23)，在有和没有加入隔离层(参见试验#18，20，22，24，26，和28)的情况下进行直接比较。该实施例说明，隔离层30的存在明显增加添加剂层和树脂板在气候条件下的稳定性。
表6

#17 R3+A1A6#18 R3+A1A6+B1#19 R3+A2A7#20 R3+A2A7+B1#21 R3+A8#22 R3+A8+B1#23 R3+A3#24 R3+A3+B1

#25 R3+A2A7#26 R3+A2A7+B1#27 R3+A8#28 R3+A8+B1

#29 R3+A2A7+B1#30 R3+A8+B1#31 R3+A4+B2#32 R3+A4+B2B1隔离层30的存在增加板在ASTM G155周期1(GMOD)测试过程中可暴露的UV辐射的量(MJ/m2)。该增加直接与透明板或窗在实际的使用中的使用寿命的增加相关。该增加是约10％(将试验#21至#22和#23至#24比较)至大于50％(将试验#17至#18和#19至#20比较)。类似地，每一板在UV曝光过程中的吸收损失速率在存在隔离层30时下降。损失速率的这种下降(ABS/MJ)被发现大于约30％，对于在隔离层30存在下(将试验#21与#22，#23与#24，#17与#18，和#19与#20比较)评估的所有添加剂体系。在分析过程中进行的每一比较中的板的添加剂层的厚度是几乎相当的，这样消除了所存在的较大量的添加剂可带来所观察到的性能差异的可能性。例如，试验#17(7.3μm)中的板上的添加剂层的厚度类似于试验#18(7.2μm)中的板上的添加剂层的厚度。
隔离层30的存在增加板在ASTM G90，周期3(QTRAC)测试，佛罗里达自然气候，亚利桑那自然气候，和ASTM G154，周期4(QUVA)测试过程中可暴露的UV辐射量。该增加直接与透明板或窗在实际使用中的使用寿命的增加相关。在QTRAC测试中，该增加是25％(比较试验#27至#28)至约100％(比较试验#25至#26)。在佛罗里达和亚利桑那自然气候试验中，该增加是约25％(在佛罗里达，对于试验#27和#28)至大于50％(在佛罗里达，对于试验#25和#26，和在亚利桑那(将试验#25与#26和#27与#28比较)。
在QUVA测试中，在采用隔离层30时所观察到的紫外吸收分子的衰减率的下降大于约27％，如试验#29-32所示。在所有这些试验中，衰减率(ABS/MJ)的百分变化通过将有和没有存在隔离层30的同一体系进行比较而得到。在试验#32中，两个隔离层(B1B2)的存在被发现最大地降低紫外吸收分子的衰减率达71％。在所有情况下，在分析中进行的每一比较的添加剂层的厚度是相当的。
隔离层(B1)的应用增加添加剂层和板的耐磨性。如表6所示，添加剂层的耐磨性增加超过100％，对于所有的直接比较(参见试验#17对#18，#19对#20，#21对#22，和#23对#24)。该实施例说明，隔离层30可增加耐磨性。
实施例4-隔离作用对颜色改变的拒绝将在实施例1中制备的一部分板在佛罗里达在5度角度下暴露于自然户外气候和进行ASTM G155周期1(GMOD)测试。将在佛罗里达进行气候的每一板每6个月使用ASTM D 3359-92a检查是否出现微开裂，自发脱层，或粘附性破坏。类似地，在每1.2MJ/m2UV曝光之后将进行GMOD测试的所有板进行上述破坏模式方面的检查。在该实施例中评估的每一的所得结果在表7中给出。
表7 隔离层30的存在使得塑料板和添加剂层在达到破坏点之前吸收较大量的UV辐射。这种增加与保护层状体系或塑料窗的预期使用寿命的增加相关。具有隔离层30的日光染色板被发现在破坏之前的曝光时间有26％增加(比较试验#34至#33)。类似地，分别的具有隔离层30私密着色板(比较#38至#37)和私密染色板(比较#36至#35)被发现在破坏之前的曝光时间有116％和200％增加。该实施例说明，隔离层30的一种预期作用是抵消板或添加剂层颜色影响装配组件使用寿命的任何作用。换句话说，染色或着色的塑料板和添加剂层组合的性能在采用隔离层30时被归一化。染色日光(试验#34)和染色私密(试验#36)保护层状板在隔离层30存在下的性能被发现都归一化至寿命时间约3年。
本领域熟练技术人员根据以上描述可以认识到，在不背离以下权利要求所确定的本发明范围的情况下，可对本发明的优选实施方案进行改进和变化。本领域熟练技术人员进一步认识到，例如描述于优选实施方案的对添加剂速率损失的测量是可通过各种不同的试验方法得到的标准测量。描述于实施例的试验方法表示仅一种可用于得到每一所需测量值的方法。
权利要求
1.一种用于装配组件的保护层状体系，包括塑料板；和至少两个与塑料板整合成的保护层；其中一个保护层是减少所悬浮的添加剂损失的隔离层，并且不共价键接在任何下面保护层或塑料板的结构中。
2.权利要求1的保护层状体系，其中添加剂损失时的衰减率被该隔离层限制至低于在不存在隔离层时的添加剂损失衰减率的约95％。
3.权利要求2的保护层状体系，其中添加剂损失时的衰减率被该隔离层限制至低于在不存在隔离层时的添加剂损失衰减率的约90％。
4.权利要求3的保护层状体系，其中添加剂损失时的衰减率被该隔离层限制至低于在不存在隔离层时的添加剂损失衰减率的约85％。
5.权利要求1的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约500小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.8％体积。
6.权利要求1的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约300小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.5％体积。
7.权利要求1的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约100小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.15％体积。
8.权利要求1的保护层状体系，其中隔离层减少分子直径大于约150皮米的添加剂的损失。
9.权利要求8的保护层状体系，其中隔离层减少分子直径大于约200皮米的添加剂的损失。
10.权利要求9的保护层状体系，其中隔离层减少分子直径大于约300皮米的添加剂的损失。
11.权利要求1的保护层状体系，其中隔离层的厚度是约1微米至100微米。
12.权利要求1的保护层状体系，其中塑料板是着色，染色，或其混合形式。
13.权利要求12的保护层状体系，其中如果塑料板的表面温度在约20℃和约120℃之间，隔离层使得塑料板的寿命时间基本上类似。
14.权利要求12的保护层状体系，其中对于任何着色或染色塑料板，隔离层使得塑料板的使用寿命基本上类似。
15.权利要求14的保护层状体系，其中染色塑料板是起始雾度水平低于约1％和透光度大于约20％的窗组件。
16.权利要求15的窗组件，其中在暴露于1000个周期Taber试验(CSF10轮)之后的雾度％的变化低于约10％。
17.权利要求16的窗组件，其中在暴露于1000个周期Taber试验(CSF10轮)之后的雾度％的变化低于约2％。
18.权利要求15的窗组件，其中窗组件的透光度大于约70％。
19.权利要求18的窗组件，其中窗组件的透光度大于约90％。
20.权利要求14的保护层状体系，其中着色塑料板是不透明的。
21.权利要求1的保护层状体系，其中装配组件在GMOD试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约10％以上。
22.权利要求1的窗组件，其中装配组件在QTRAC试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约25％以上。
23.权利要求1的保护层状体系，其中装配组件在QUVA试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约40％以上。
24.权利要求1的保护层状体系，其中装配组件在自然风化试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约25％以上。
25.权利要求1的保护层状体系，其中塑料板是选自聚碳酸酯树脂，丙烯酸树脂，聚芳基化物树脂，聚酯树脂，聚砜树脂，和其混合物，共混物或共聚物的一种。
26.权利要求1的保护层状体系，其中保护层是选自涂层，铸塑膜，或挤出膜中的一种。
27.权利要求26的保护层状体系，其中保护层是选自硅氧烷硬涂层，聚氨酯涂层，和丙烯酸涂层或其组合中的一种。
28.权利要求1的保护层状体系，其中隔离层是选自导电材料，无机介电材料，有机介电材料，或其混合物和共混物中的一种。
29.权利要求28的保护层状体系，其中无机介电材料选自氧化铝，氟化钡，氮化硼，氧化铪，氟化镧，氟化镁，氧化镁，氧化钪，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化钽，氧化钛，氧化锡，氧化锡铟，氧化钇，氧化锌，硒化锌，硫化锌，氧化锆，钛酸锆，玻璃，或其混合物或共混物。
30.权利要求28的保护层状体系，其中有机介电材料选自金刚石状碳或密集聚合物。
31.权利要求30的保护层状体系，其中密集聚合物选自氨基甲酸乙酯，环氧化物，丙烯酸酯，硅氧烷，或其混合物或共混物。
32.权利要求1的保护层，其中添加剂是选自分散剂，表面活性剂，增塑剂，流动添加剂，脱模剂，抗氧化剂，紫外吸收分子，IR吸收颜料，或IR反射颜料。
33.权利要求32的保护层，其中紫外吸收分子选自羟基二苯酮衍生物，聚苯甲酰基间苯二酚衍生物，2-乙基己基-2-氰基-3，3-二苯基氰基丙烯酸酯，或其混合物或共混物。
34.权利要求33的保护层，其中羟基二苯酮或聚苯甲酰基间苯二酚的衍生物用大于约5％残留的非共价键接到添加剂层结构中的UVA甲硅烷基化。
35.权利要求1的保护层状体系，其中隔离层是保护层状体系中的最外层。
36.权利要求1的保护层状体系，其中隔离层位于另一保护层和塑料板之间。
37.权利要求1的保护层状体系，其中保护层状体系包括超过一层的隔离层。
38.一种用于装配组件的保护层状体系，包括塑料板；和至少一保护层，该层是用于减少所悬浮的添加剂的损失且不共价键接在塑料板的结构中的隔离层。
39.权利要求38的保护层状体系，其中添加剂损失时的衰减率被该隔离层限制至低于在不存在隔离层时的添加剂损失衰减率的约95％。
40.权利要求38的保护层状体系，其中添加剂损失时的衰减率被该隔离层限制至低于在不存在隔离层时的添加剂损失衰减率的约90％。
41.权利要求38的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约500小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.8％体积。
42.权利要求38的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约300小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.5％体积。
43.权利要求38的保护层状体系，其中在温度约70℃下暴露约100小时时，添加剂损失被该隔离层限制至低于约0.15％体积。
44.权利要求38的保护层状体系，其中隔离层减少分子直径大于约150皮米的添加剂的损失。
45.权利要求38的保护层状体系，其中隔离层的厚度是约1微米至100微米。
46.权利要求38的保护层状体系，其中塑料板是着色，染色，或其混合形式。
47.权利要求46的保护层状体系，其中对于任何着色或染色塑料板，隔离层使得塑料板的使用寿命基本上类似。
48.权利要求47的保护层状体系，其中染色塑料板是起始雾度水平低于约1％和透光度大于约20％的窗组件。
49.权利要求48的保护层状体系，其中在暴露于1000个周期Taber试验(CSF10轮)之后的雾度的百分变化低于约10％。
50.权利要求48的保护层状体系，其中窗组件的透光度大于约70％。
51.权利要求47的保护层状体系，其中着色塑料板是不透明的。
52.权利要求38的保护层状体系，其中装配组件在GMOD试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比窗组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约10％以上。
53.权利要求38的保护层状体系，其中装配组件在QTRAC试验中没有破坏地暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约25％以上。
54.权利要求38的保护层状体系，其中装配组件在QUVA试验中没有破坏地可暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约40％以上。
55.权利要求38的保护层状体系，其中装配组件在自然风化试验中没有破坏地可暴露的UV辐射量比装配组件在不存在隔离层的情况下所确立的UV辐射曝光极限多约25％以上。
56.权利要求38的保护层状体系，其中塑料板选自聚碳酸酯树脂，丙烯酸树脂，聚芳基化物树脂，聚酯树脂，聚砜树脂，或其混合物，共混物或共聚物。
57.权利要求38的保护层状体系，其中隔离层是选自导电材料，无机介电材料，有机介电材料，或其混合物和共混物。
58.权利要求38的保护层状体系，其中无机介电材料选自氧化铝，氟化钡，氮化硼，氧化铪，氟化镧，氟化镁，氧化镁，氧化钪，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化钽，氧化钛，氧化锡，氧化锡铟，氧化钇，氧化锌，硒化锌，硫化锌，氧化锆，钛酸锆，玻璃，或其混合物或共混物。
59.权利要求38的保护层状体系，其中添加剂选自分散剂，表面活性剂，增塑剂，流动添加剂，脱模剂，抗氧化剂，紫外吸收分子，IR吸收颜料，或IR反射颜料。
全文摘要
本发明提供一种用于装配组件的保护层状体系。该保护层状体系包括塑料板和至少两个与塑料板整合成的保护层。一种保护层被构造成隔离层以减少所悬浮的添加剂的损失，且不共价键接在任何下面保护层或塑料板的结构中。对于各种着色或染色塑料板或保护层，装配组件所表现出的气候性能是类似的。
文档编号C08J7/04GK1942512SQ200480042915
公开日2007年4月4日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年3月9日
发明者J·萨金特, H·布莱迪斯, K·D·韦斯 申请人:埃克阿泰克有限责任公司