专利名称：耐切割制品的制作方法
耐切割制品本发明涉及包含耐切割涂层的制品，所述耐切割涂层包括聚合物基体和分布于聚合物基体内的耐切割组分。本发明还涉及改进制品耐切割性的方法和适用于涂布制品的液体组合物。从例如US 6080474已知包含耐切割涂层的制品，US 6080474公开了聚合物制品，如形式为保护服装(特别是手套)的纺织品。用包含弹性体和具有莫氏值至少约3的硬填料的弹性耐切割涂层涂布所述制品。所述硬填料为颗粒形式，例如小片、针状颗粒、不规则形状颗粒和圆形颗粒。使用该涂层的优势是制品的耐切割性(即制品抵抗切割行为或动作的耐性)得到了改进。然而，人们发现可进一步提高已知制品(例如US 6080474的那些制品)的耐切割性。特别是人们发现对于遇到量级增大的切削力的应用，所述制品 的耐切割性可能仍然不能令人满意。因此，本发明的目标可以是提供具有至少与包含耐切割涂层的制品相同耐切割性的经涂布的制品。本发明的另一个目标可以是提供具有与包含耐切割涂层的已知制品的耐切割性相比耐切割性提高的制品。本发明提供包含耐切割性涂层的制品，所述耐切割性涂层包含聚合物基体和分布于聚合物基体内的耐切割组分，所述耐切割组分是平均长度(L)与平均直径(D)比(即L/D)为至少10的多根纤维。业已发现本发明的所述制品具有良好的耐切割性能。还发现在例如切割或甚至砍切运动时，本发明的所述制品能有效阻止尖锐物体，因为很有可能所述尖锐物体在其切割路径中会遇到形成所述耐切割组分的纤维。还发现本发明的所述制品的耐切割性至少与含已知耐切割涂层的已知制品相似。具体地说，本发明的所述制品能抵抗量级增大的切削力，例如在5cN和15cN之间的切削力(在切割保护性能(即CPP)测试仪上根据ASTMF1790-05标准测得)。本发明的所述制品也适于在通常会遇到量级增加的切削力的应用(例如在玻璃和钢铁行业中)中的使用。本文中的纤维可理解为其长度大于其横向尺寸(例如直径、宽度和/或厚度)的细长体。本文中的多根纤维可理解为本发明的所述制品优选地包括相对于聚合物基体体积的I 90体积％、优选地I 70vol. %、甚至更优选地I 50vol. %的所述耐切割组分。在本发明的一个实施方式中，所述制品的至少一个表面上布置有耐切割涂层。所述至少一个表面可以被所述涂层部分或完全覆盖。优选地，所述耐切割涂层至少布置于最有可能暴露于切削力、作用或过程的表面。例如当所述制品为手套时，要涂布的手套的优选表面至少为覆盖穿者的手掌的表面，其通常最多地暴露于切削作用。或者，所述手套可以仅仅是指关节部位涂布、手指部位涂布或也可以是手套的整个表面用耐切割涂层涂布。优选地，所述耐切割涂层布置于本发明所述制品的至少一个外表面上。本文中的外表面可理解为接收所述耐切割涂层前的表面，其首先暴露于切削力、切削作为或切削过程。本发明的所述制品的外表面可以被所述耐切割涂层部分或完全覆盖。如果所述外表面被所述涂层部分覆盖，优选地，覆盖区域为那些最经常暴露于切削作用的表面。
本文中，“布置于本发明的所述制品的至少一个表面的耐切割涂层”可理解为所述涂层至少部分覆盖所述至少一个表面。也可以是，取决于用来将所述涂层涂于所述表面上的涂布工艺，部分所述涂层也可浸溃本发明的所述制品。被浸溃的部分可以无所述耐切割组分，或可包括所述耐切割组分。在一个优选的实施方式中，耐切割涂层浸溃本发明的所述制品，其中被浸溃的部分大致基本上不含所述耐切割组分，并且其中所述制品优选为手套。业已发现根据该实施方式的手套具有增加的舒适性和柔韧性以及更长的寿命，即手套上的涂层稳定性增加。所述耐切割涂层也可以是至少部分(然而更优选为完全)粘附于本发明的所述制品的所述至少一个表面。我们发现相比于部分粘附的涂层，完全粘附的涂层具有增加的稳定性和延长的使用时间。所述耐切割涂层与所述表面的粘附可通过使用粘接层(例如胶)、通过物理方式的表面处理(例如在等离子体处理装置中)和/或化学方式的表面处理(例如将促进涂层的粘附的分子接枝到所述表面)来实现。通常用于促进涂层与表面的粘附的这些方法在本领域内是熟知的。所述耐切割涂层与所述表面的粘附也能够由于所述涂层和所述表面间的物理力作用来实现。
用于本发明所述制品的所述耐切割涂层包含聚合物基体。优选的聚合物基体是那些包含弹性聚合物的聚合物基体，其实例包括天然橡胶、合成橡胶和热塑性弹性体。合适的弹性体聚合物的具体例子包括聚氯乙烯、聚氨酯、丁腈橡胶、乙烯基橡胶、聚异戊二烯、氯丁橡胶、氯丁二烯橡胶和硅氧烷。用于本发明的优选的弹性体聚合物包括聚氨酯、聚氯乙烯和硅橡胶。最优选弹性体聚合物是水溶性聚氨酯，以防止当处理所述弹性体聚合物时使用不必要的溶剂。优选地,所述耐切割涂层的平均厚度至少为O. 3mm、更优选地至少O. 2mm、最优选地至少O. 1mm。所述厚度优选为至多5mm、更优选至多3mm、最优选地至多1mm。优选地,涂布于本发明的所述制品上的所述耐切割涂层的平均厚度在O. I和Imm之间、更优选地在O. I和O. 5_之间、最优选地在O. I和O. 3_之间。本文中的所述耐切割涂层的厚度可理解为所述涂层的平均厚度，例如在支撑所述涂层的制品的表面与所述涂层的相反表面之间测得的。当测量所述厚度时，未考虑最终可能浸溃到所述制品中的所述涂层部分。所述涂层的厚度可用光学或电子的显微镜测量所述涂层的横截面得到。平均厚度能够通过将多个(例如10个)厚度值进行平均来计算。在本发明的所述制品的一个优选的实施方式中，所述耐切割组分是具有莫氏硬度值至少为2的硬质组分，其中所述硬质组分为具有L/D至少为10的多根硬质纤维。优选地所述硬质组分的莫氏硬度值为至少3、最优选地至少为4、最优选地至少为5。所述硬质组分是多根硬质纤维，其分布于聚合物基体中，所述聚合物基体包埋纤维并稳定所述纤维的取向。硬质纤维的合适的实例包括选自由玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、结晶矿物纤维、金属纤维、金属合金纤维和陶瓷纤维组成的组的纤维。更优选的纤维为矿物纤维。该矿物纤维为本发明的所述制品提供均一的耐切割性能，即所述制品在其整个表面具有一致的耐切割性能。矿物纤维的实例包括RB215-ROXul 1000纤维和硅灰石纤维。我们发现根据本实施方式的制品可抵抗量级增大的切削力，例如在5cN和15cN之间的切削力(在切割保护性能(即CPP)测试仪上根据ASTM F1790-05标准测得)。因此所述制品可适用于玻璃和钢铁行业的应用。
在本发明的所述制品的另一个优选的实施方式中，所述耐切割组分是由聚合物制造的多根耐切割聚合物纤维，所述聚合物选自由聚酰胺和聚芳酰胺(例如聚(P-亚苯基对苯二甲酰胺)(称为Kevlar )、聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚{2，6_二咪唑并-[4，5b-4’，5’e]亚吡啶-1，4(2，5- 二羟基)苯基}(称为M5)、聚(P-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)(PBO)(称为Zylon )、聚(己二酰己二胺)(称为尼龙6，6)、聚(4-氨基丁酸)(称为尼龙6)、聚酯(例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯))、聚乙烯醇以及聚烯烃(例如聚乙烯和/或聚丙烯的均聚物或共聚物)组成的组。优选的耐切割纤维是聚芳酰胺和高/超高分子量聚乙烯(HMWPE或UHMWPE)纤维。优选地，所述HMWPE纤维为熔融纺丝，而所述UHMWPE为凝胶纺丝，例如 由DSM Dyneema,NL制造的纤维。我们发现该实施方式的所述制品具有良好的柔韧性，并且在穿着所述制品(例如服装和时装)时，可提供增加的舒适度。优选地，所述耐切割组分在整个聚合物基体中均匀分布，其优点为布置于本发明所述制品上的所述耐切割涂层为所述制品提供均匀的耐切割性能，即在所述涂层的整个表面示出较小的变化。在一个具体的实施方式中，所述耐切割组分只分布于所述耐切割涂层的聚合物基体内所述基体的某些区域中。在本发明的所述制品的一个优选的实施方式中，当例如布置于本发明所述的制品上时，耐切割组分的量在所述耐切割涂层的整个厚度中形成梯度。优选地，在耐切割涂层的接触表面处，耐切割组分的量较高，而在所述涂层的自由表面处，耐切割组分的量较低。其优点为涂层的暴露于外部环境的表面基本上无任何耐切割组分，因此，与本发明的所述制品接触的对象的表面将不会由于所述耐切割组分造成的刮伤或磨损而损坏。当所述耐切割组分为硬质组分时，这是特别适用的。还发现本发明的该制品易于制造。优选地，形成耐切割组分的纤维在布置于本发明的制品上的耐切割涂层的聚合物基体中是随机取向的。其优点是所述制品表现出基本上与切削作用的方向无关的良好的耐切割性能。形成耐切割组分的纤维的平均直径(D)可在宽范围内变化，其上限只受限于涂层的厚度。优选地，所述耐切割组分的平均直径为至多50微米、更优选地至多30微米、最优选地至多10微米。优选地，所述耐切割组分的平均直径为至少3微米、更优选地至少5微米。我们发现当形成耐切割组分的纤维是具有平均直径至多20微米、更优选地至多15微米、最优选地至多10微米的硬质纤维时，本发明所述制品表现良好的柔韧性。优选地，所述硬质纤维的平均直径为至少I微米、更优选地至少3微米。当形成耐切割组分的纤维是耐切割聚合物纤维时，优选地所述耐切割聚合物纤维的平均直径为至多50微米、更优选地至多30微米。优选地，耐切割聚合物纤维的所述平均直径为至少3微米、更优选地至少5微米。我们发现当使用较大直径纤维时，本发明所述制品的耐切割性能提升。本文中的平均
I n
直径可理解为形成所述耐切割组分的纤维的数均直径，根据式I计算。D 二4式I
n i—i
= 其中η为用于计算平均直径的纤维总数；通常η = 100个随机选择的纤维且(Ii为第i个纤维的直径。
优选地，形成所述耐切割组分的纤维的平均长度(L)为至多10000微米、更优选为至多5000微米、最优选为至多3000微米。优选地所述耐切割组分的所述平均长度为至少50微米、更优选地至少100微米。还发现当形成所述耐切割组分的纤维是具有平均长度至多1000微米、更优选地至多750微米、最优选地至多650微米的硬质纤维时，本发明的所述制品以及具体地包含本发明所述制品的手套求出良好的灵巧性。优选地所述硬质纤维的所述平均长度为至少50微米、更优选地至少100微米。当形成所述耐切割组分的纤维为耐切割聚合物纤维时，优选地所述耐切割聚合物纤维的平均长度为至多10000微米、更优选地至多5000微米、最优选地至多3000微米。优选地，所述耐切割聚合物纤维的所述平均长度为至少50微米、更优选地至少100微米。本文中的平均长度可理解为形成所述耐切割组分
的纤维的加权平均长度，根据式2计算。I=I &式权利要求
1.一种包含耐切割涂层的制品，所述耐切割涂层包含聚合物基体和分布于聚合物基体内的耐切割组分，其特征在于所述耐切割组分是平均长度(L)与平均直径(D)比(即L/D)为至少10的多根纤维。
2.如权利要求I所述的制品,其包含相对于聚合物基体的体积I 80体积％的所述耐切割组分。
3.如前面权利要求任意一项所述的制品，其在其至少一个表面上布置有耐切割涂层。
4.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中所述制品是手套。
5.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中所述聚合物基体包含弹性体聚合物，其实例包括天然橡胶、合成橡胶和热塑性弹性体。
6.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中所述涂层的平均厚度为至少O.3mm。
7.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中所述耐切割组分为莫氏硬度值至少为2的硬质组分，且其中所述硬质组分是L/D至少为10的多根硬质纤维。
8.如权利要求7所述的制品，其中所述硬质纤维是由玻璃、矿物或金属制造的纤维。
9.如权利要求8所述的制品，其中所述硬质纤维是纺丝矿物纤维。
10.如权利要求I至7中任意一项所述的制品，其中所述耐切割组分是由芳族聚酰胺纤维和高或超高分子量聚乙烯(HMWPE或UHMWPE)纤维制造的多根耐切割聚合物纤维。
11.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中所述耐切割组分的平均直径(D)为至多50微米。
12.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中形成所述耐切割组分的所述纤维的平均长度(L)为至多10000微米。
13.如前面权利要求任意一项所述的制品，其中至少部分所述耐切割组分的纵横比(L/D)为至多10000微米。
全文摘要
本发明涉及包含耐切割涂层的制品，所述耐切割涂层包括聚合物基体和分布于聚合物基体内的耐切割组分，其特征在于所述耐切割组分是平均长度(L)与平均直径(D)比(即L/D)为至少10的多根纤维。
文档编号C09D7/12GK102933645SQ201180028365
公开日2013年2月13日 申请日期2011年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者佳瓦尼·约瑟夫·艾达·汉森, 皮特·维达斯多克 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司