基于聚甲基丙烯酸甲酯的硬质涂膜组合物和涂覆制品的制作方法
【专利说明】基于聚甲基丙烯酸甲酯的硬质涂膜组合物和涂覆制品
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2012年3月22日提交的美国临时申请No. 61/614, 297的优先权， 其公开内容以引用方式全文并入本文。
[0003] 关于联邦咨助的研究或开发的声明
[0004] 本发明是用能源部授予的合同号DE-FC36-08G018027下的政府支持作出的。政府 拥有本发明组中的某些权利。
【背景技术】
[0005] 聚合物膜和其它基底可用于多种室内和室外应用中。常常期望聚合物膜和基底具 有不含波纹、刮痕和其它缺陷的表面光洁度。然而，聚合物表面可能趋于为稍软的和易于刮 伤或损伤的。吹过或换句话讲接触磨料粒子可能刮伤未受保护的聚合物表面，并且接触清 洁操作也可能相似地损伤未受保护的聚合物表面。为了克服这些趋势，有时在聚合物膜和 基底上使用保护性涂层。可将紫外光和其它辐射可固化的丙烯酸类涂料组合物施加到一些 聚合物表面并固化以提供保护性涂层，有时称为硬质涂膜。
【发明内容】
[0006] 本公开提供了可施加到聚合物表面的涂料组合物。所得涂层通常甚至在暴露于加 速风化之后很好地附着到聚合物基底，这可使得它们可用于例如太阳能转换的领域中。涂 料组合物通常提供了比聚合物基底本身更耐磨的涂层，如在落砂磨损评估之后通过雾度测 量所确定。在一些实施例中，本文所公开的涂覆制品为可易于清洁的和/或抵抗粉尘的积 聚。
[0007] 在一个方面，本公开提供了一种涂料组合物。涂料组合物包含聚（甲基丙烯酸甲 酯）聚合物或共聚物、单体和抗紫外光的稳定剂。聚（甲基丙烯酸甲酯）聚合物或共聚物 具有至少50, 000g/mol的重均分子量。单体可为单个单体或单体的混合物，包括亚烷基二 丙烯酸酯、亚烷基二甲基丙烯酸酯、亚环烷基二丙烯酸酯或亚环烷基二甲基丙烯酸酯中的 至少一者。亚烷基二丙烯酸酯、亚烷基二甲基丙烯酸酯、亚环烷基二丙烯酸酯、和/或亚环 烷基二甲基丙烯酸酯提供了至少80重量％的单体。
[0008] 在另一方面，本公开提供了包括基底和基底表面上的第一涂层的制品。第一涂层 通过固化本文所公开的涂料组合物来获得。在一些实施例中，制品还包括设置在第一涂层 上的第二涂层。在这些实施例的一些中，第二涂层包含具有至多500纳米平均粒度的二氧 化娃粒子。
[0009] 在另一方面，本公开提供了一种制备制品的方法。该方法包括使基底的表面与本 文所公开的涂料组合物接触；从涂料组合物移除有机溶剂（当存在时）；并且使涂料组合物 暴露于光化辐射，以在聚合物基底的表面上提供第一涂层。通常，在该方法中，涂料组合物 包含光引发剂。
[0010] 在该制品的前述方面或制备该制品的方法的一些实施例中，基底为聚合物基底。 在一些实施例中，基底为热塑性基底。在这些实施例的一些中，基底包含丙烯酸类树脂、聚 酯、聚碳酸酯、PVDF和PMMA的共混物、或它们的组合。
[0011] 在本申请中，诸如"一个"、"一种"和"所述"的术语不旨在仅指单一实体，而是包 括一般类别，其具体实例可用于例证。术语"一个"、"一种"和"所述"可与术语"至少一种" 互换使用。后接列表的短语中的至少一种（一个）"和"包括（包含）...中的至少一 种（一个）"是指列表中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。除非另外指明，否 则全部数值范围均包括它们的端点以及端点之间的非整数值。
[0012] "烷基基团"、"亚烷基"和前缀"烷"包含直链和支链基团二者。"亚烷基"为"烷基" 的二价形式。除非另外指明，否则本文的烷基或亚烷基基团具有至多20个碳原子。环烷基 和亚环烷基基团可为单环或多环的，并且除非另外指明，具有3至10个环碳原子。烷基、亚 烧基、环烧基和亚环烧基基团仅包含碳原子和氧原子。
[0013] 术语"溶剂"是指在25°C下能够至少部分地溶解本文所公开的涂料组合物的均匀 液体材料，其可为单一化合物或化合物的组合，并且其可包含或不包含水。
[0014] 术语"聚合物"是指具有包含多个重复单元的结构的分子，所述重复单元事实上或 概念上衍生自低相对分子质量的分子。
[0015] 术语"单体"是指可与其它分子组合以形成聚合物的低相对分子质量的分子，所述 聚合物可为丙烯酸类聚合物或共聚物。
[0016] 术语"丙烯酸类树脂"是指丙烯酸类聚合物和甲基丙烯酸类聚合物，所述聚合物可 为由一种或多种丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或其它含乙烯基的单体制成的共聚物。
[0017] 本公开的上文
【发明内容】
不旨在描述本公开的每个所公开实施例或每种实施方式。 以下描述更具体地例示了例证性实施例。因此，应当理解，附图和以下描述仅用于例证的目 的，并且不应被理解为以某种方式不当地限制本公开的范围。
【附图说明】
[0018] 结合附图，结合以下对本公开的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本公开， 其中：
[0019] 图1为加速风化之后实例1C的代表性表面的60, 000x放大的扫描电子显微图；
[0020] 图2为加速风化之后实例1D的代表性表面的60, 000x放大的扫描电子显微图；并 且
[0021] 图3为加速风化之后实例3B的代表性表面的60, 000x放大的扫描电子显微图。
【具体实施方式】
[0022] 其中可使用的耐磨聚合物表面的一个领域为其中将日光转换成电能的太阳能转 换领域。集光型太阳能发电（CSP，也称为"集光太阳能发电"）技术使用导向热传递流体的 日光，该热传递流体变热并且其热能然后被转移（例如，用于加热）或转变成电力（例如， 通过使用涡轮发电机）。CSP系统通常使用透镜或反射器来将大面积的日光聚焦成小光束。 然后将聚集的日光用作常规发电设备（例如，蒸汽驱动的涡轮发电机）的热源。集光或集 光型光伏（CPV)系统包括将日光内的能量转变成电能的光伏电池或其它光伏材料。使用反 射性、折射性或反射性和折射性两种元件来将日光聚集到光伏电池或材料上。反射性和/ 或折射性材料的使用降低了系统中所需的更昂贵光伏材料的量。
[0023] 为了允许太阳能转换比传统电源更具竞争性，人们持续努力寻求降低成本和/或 改善太阳能转换系统的效率。代替基于玻璃的镜面系统的基于镀银聚合物镜面膜的镜面组 件具有降低太阳能领域的安装系统成本20%或更多的潜能，但是与其基于玻璃的相似物比 较，聚合物镜面膜可为较不耐磨的和较不可清洁的。
[0024] 有效地清洁用于太阳能转换系统中的反射器和透镜而不损伤它们的能力是重要 的，因为脏污表面和表面刮痕不利地影响来自这些元件的光照方向的准确度。来自脏污表 面和表面刮痕的不利影响的实例包括降低的来自镜面膜的镜面反射率，来自菲涅尔透镜的 光集中度的损耗，以及来自逆向反射元件的受损的回射性。镜面反射率的损耗直接等同于 损失收入。因此，期望改善聚合物镜面膜的表面的镜面反射率的耐久性，以接近基于玻璃的 镜面系统的性能。
[0025] 根据本公开的涂料组合物可通常在聚合物表面上提供耐磨涂层。涂料组合物通常 甚至在暴露于风化条件之后很好地附着到聚合物表面。此外，在一些实施例中，涂层为可清 洁的或耐粉尘积聚的。
[0026] 根据本公开的涂料组合物包含聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)聚合物，其可为均聚 物或共聚物。PMMA聚合物或共聚物具有至少50,000g/mol的重均分子量。在一些实施例 中，PMMA 聚合物或共聚物具有至少 75, 000g/mol、100, 000g/mol、120, 000g/mol、125, 000g/ mol、150,000g/mol、165,000g/mol 或 180,000g/mol 的重均分子量。PMMA 聚合物或共聚物 可具有至多500, 000g/mol，在一些实施例中，至多400, 000g/mol，并且在一些实施例中，至 多250, 000g/m〇l的重均分子量。一般应当理解，PMMA聚合物或共聚物为线性聚合物或共 聚物。如上文实施例中任一项所述，当PMMA聚合物或共聚物具有至少50, 000g/mol的重均 分子量时，其具有足够长的聚合物链，以在固化之后与二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯以互 穿网络缠结。不受理论的束缚，据信在暴露于UV光时可能出现的任何断链将不完全解开固 化涂料组合物中的PMMA聚合物或共聚物链。
[0027] 重均分子量可使用本领域中已知的技术，例如通过凝胶渗透色谱法（即，尺寸排 阻色谱法（SEC))测量。一般来讲，用于实践本公开的PMMA聚合物或共聚物具有如上文 实施例中任一项所指定的重均分子量，如通过SEC，用4 "PL-GEL"（英国的聚合物实验室 (Polymer Labs, England)柱（30X0. 78cm，串联，其中凝胶粒径为5微米并且各个柱的标 称孔隙率分别为：500、103、104和105)来确定。在蒸馏的四氢呋喃中制备样品溶液（大约 0. 2% (重量/体积）的浓度），四氢呋喃还是色谱分离洗脱液。在注入之前，将溶液在0. 45 微米的薄膜注射器过滤器上过滤。注入体积为200微升，并且洗脱液流速设定为1立方厘米 /分钟。可将〇-二氯苯添加到聚合物溶液，作为流速内部标准物。可用PMMA窄分布标准物 (英国的聚合物实验室）来执行柱校准，并且可由回归分析获得三阶多项式方程。为了比较 从不同样品获得的色谱图，可将峰面积归一化。该方法描述于Lazzari, M.和Chiantore, 0 的聚合物（Polymer) 41 (2000) 6447 - 6455 中。
[0028] PMMA的可用共聚物包括由C2_C8烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或C