防尘合成物的制作方法

专利名称：防尘合成物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一般消费者适用的、在物质表面涂覆低表面能抗静电薄膜的技术，以清除灰尘，沙尘和污点。本发明也涉及一种消费者用来清除表面上的灰尘，沙尘和污点的合成物质。更具体地说，本发明涉及从车轮和轮罩表面清除灰尘，沙尘和污点的技术和合成物质。
背景技术：
在消费领域中，大量的汽车外表产品被用以维持汽车的初始外观。更具体地说，商业上利用许多车轮和轮胎清洗剂来保养带泥的轮胎和金属或塑胶车轮，轮罩或者轮毂罩的表面。这些轮胎清洗剂中的活性成分是酸性的，PH值在2到4之间。为了有效地去除刹车上的灰尘、路上的沙尘和污点，高酸度是必需的。清洗剂的配方中通常含用阴离子的，两性的或非电离的表面活性剂来增强轮胎和车轮清洗剂的去污力。配方中极低的PH值使得清洗剂成分与很多金属车轮之间的相容性变差，同时大部分清洗剂用于在洁净涂层车轮上，因此酸腐蚀的机会为零(或很低)。这种物质在15秒到1分钟之内必须从轮胎和车轮上洗掉或者擦掉以防止对车轮造成伤害，同时使清洗更加快速。
例如，在Michael Howe的第5,733,377号美国专利中描述了一种清洁车轮表面上的沙尘和污点的酸性合成物。这种合成物的缺点是PH低，而且氟盐的使用会给环境和人类健康带来危害。市场上另一种用于清除灰尘，沙尘和污渍的合成物含有表面活性剂，偶合溶剂(如2-丁氧基乙醇)和/或者强有机酸如草酸，氨基磺酸或丙酸。为了去除粘附在车轮和轮胎表面的沙尘，灰尘和污渍，强酸性是必需的。在相对比较少见的碱性清洗剂中，另外需要一种高度的增洁剂来使运输沉积物松动。目前市场上需要一种能有效去除汽车车轮上的灰尘，沙尘和污渍并不含任何有害化学物质的合成物。尤其需要一种能防止灰尘，沙尘和污渍在表面积聚的产品。

发明内容
本发明涉及一种合成物，通常能用在表面，特别在车轮、轮罩和轮胎表面，形成一层薄膜以防止灰尘(包括刹车灰尘)和污渍沉积。而且，一般消费者可以安全地将薄膜应用在车轮，轮罩或轮胎的表面。这种薄膜可以极大减少或取代强酸性，腐蚀性或溶剂性的清洗剂而应用于汽车表面。这就使消费者只需一次性在车轮和轮胎上涂膜就可以保持它们的外观。消费者可以使用气雾器或者触发式喷雾器、凝胶或者预饱和涂抹器得到这种薄膜。
根据本发明一特性，一种可喷射的液态高分子成膜合成物中包含一定数量的抗静电聚合物，使形成的膜具有阻止灰尘，沙尘污渍积聚在物体表面的性能，其中，该液态合成物的表面张力小于25毫牛/米。液态合成物的低表面张力使由其形成的高分子膜表面能较低从而抵抗灰尘，沙尘和污渍。
区别于现有技术，本发明的抗静电高分子膜具有足够低的表面能以抵抗灰尘，沙尘和污渍。此外，本发明的表面张力低于25毫牛/米的液态高分子成膜合成物会形成低表面能的抗静电高分子膜，从而达到如此预想不到的效果。
根据本发明的合成物可以由下列一种或多种组分构成(A)能降低液态合成物表面张力，从而降低高分子膜的表面能的抗静电聚合物；(B)用于降低液态合成物的表面张力从而降低高分子膜的表面能的湿润剂--包括聚合物润湿剂--，同时该润湿剂还能促进高分子膜的抗静电性能；(C)只能使高分子膜具有抗静电性能的聚合物；(D)只能降低液态合成物的表面张力从而降低高分子膜的表面能的湿润剂；使用一种或者多种上述物质，都能够使液态合成物表面张力低于25毫牛/米以下。就是说，如果所配制的液态合成物表面张力达到要求，A组分聚合物可以单独使用，如果没有达到要求，添加B组分和/或D组分于合成物中使表面张力低于25毫牛/米。同样，如果液态合成物形成的高分子膜的抗静电性能足够抵抗灰尘，沙尘或污渍的沉积，B组分可以单独使用，反之，需添加A组分和/或C组分于液态合成物中以增加高分子膜的抗静电性能。此外，按照本发明，还可以混合C组分和D组分来配制液态合成物；或者四种组分混合配制液态合成物。
对于大多数的应用，所述液态合成物一般是水基的。当一种给定合成物中所有成分都是水溶的时候，合成物就是一种水溶性溶液。如果其中的一种或多种成分不溶于水，那么该合成物必须用乳化表面活性剂通过传统技术加工成一种乳状液。
本发明中的合成物中还可以添加一种使高分子膜具有疏水性的固化聚合物。疏水性能使薄膜更加耐久。
在配制该合成物时，其中的组分数量可以选择性地改变，从而使合成物的表面张力达到要求，所形成的高分子膜具有符合要求的抗静电性能和足够低的表面能，但同时又保证液态合成物的粘度足够低以便合成物使用方便，如喷和抹。如果合成物不以凝胶状出货的话，室温下粘度低于100cp比较合适。合成物的PH需要调节，以维持储存稳定性，同时达到某一应用方面的最终使用要求。这又因所使用的组分和所选择的应用装置不同而不同，但可以通过本领域普通技术人员不需过度的实验来确定。
根据本发明另一方面，提供了一种通过使用一种合成物在物体表面形成高分子膜涂层来阻止灰尘的方法。这种合成涂层留在物体表面作为一种聚合物保护膜。这种合成物可以通过气雾器或者触发式喷雾器，作为凝胶状或预饱和涂抹器涂覆于表面。
本发明中所涉及的表面包括汽车表面，如发动机元件和汽车轮胎、车轮或轮罩表面；光学表面—其灰尘尤其成问题；产品包装表面，包括零售产品的包装，不管存储时间和环境如何变化以保证产品外观；和居室表面，如沙发，地面，墙面等等，以减少这些表面清洗的频率。
关于汽车应用方面，和已有技术去除轮胎，车轮和轮罩上刹车尘，沙尘和尘垢的技术不同，本发明的合成物能形成一层保护膜或隔层以抵抗灰尘，沙尘和污渍。本发明这些和其他的功能和优点通过下面的优选实施例将得到更全面清楚的理解。
具体实施例方式
本发明这种可喷射的液态高分子成膜合成物中包含一定数量的抗静电聚合物，使高分子膜具有阻止灰尘，沙尘污渍积聚在物体表面的性能。合成物中的抗静电聚合物使成形膜带有足够的负电荷以抵抗灰尘，沙尘或污渍。适合的聚合物有带负电荷的聚合物，以及两性的和两性离子的聚合物。两性和两性离子聚合物包含正负两种电荷，正电荷作用于覆盖了高分子膜的基层上，使高分子膜的表面上具备了净负电荷用以抵抗灰尘，沙尘和污渍。
任何一种可以形成负电荷薄膜的非离子聚合物同样可以使用。这种非离子聚合物包括但不仅仅限于聚硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷和含氢聚甲基硅氧烷，带有羟基的聚二甲基硅氧烷等等。非离子聚合物还包括封端的丙烯酸酯，聚酰胺和醋酸纤维共聚物。
阴离子聚合物包括但不仅仅限于阴离子梭化硅树脂，阴离子碳氟化合物，聚丙烯酸；多磺酸盐等等。
两性的聚合物包括但不仅仅限于两性碳氟化合物，两性硅树脂，聚酰胺丙烯酸共聚物，聚三甲铵乙内酯等等。适用于本发明的两性离子聚合物包括但不仅仅限于碳氟三甲铵乙内酯，氟化氨基酸，硅三甲铵乙内酯等等。
抗静电聚合物必须足够量，使所形成的高分子膜抗静电性能达到要求，但不能过高，以免合成物的粘度太高影响最终的应用。一个业内普通技术人员可以无需经过过多的试验来确定这个量。抗静电聚合物的含量在0.1-10重量百分比范围内，更加典型的应用在0.5-1重量百分比。本发明中抗静电聚合物用量范围可以为最大范围内的所有可能的范围，可以小到0.2，0.3，0.4重量百分比等等，可以大到7，8，9重量百分比等等，这些范围包括在优选实例中所描述的抗静电聚合物含量的范围。
本发明揭示了液态合成物的表面张力和高分子膜的表面能之间的关联性。为了使薄膜具有足够低的表面能以有效抵抗灰尘，沙尘和污渍，液态合成物的表面张力必须不超过25毫牛/米。小于22毫牛/米的表面张力比较合适，若表面张力小于20毫牛/米就更好了。根据目前工艺水平，很难在工业应用上使表面张力低于15毫牛/米。因此，本发明中的典型合成物的表面张力介于15-25毫牛/米之间。
液态合成物的表面张力可以通过添加湿润剂来降低。可以根据抗静电聚合物的表面能选择或确定湿润剂的使用。湿润剂必须添加到表面张力大于25毫牛/米的抗静电聚合物的液态合成物中，也可以选择性地将其添加到表面张力小于25毫牛/米的抗静电聚合物的液态合成物中以进一步降低表面张力。
适当的湿润剂可以由业内普通技术人员无需通过过多的试验而取得。湿润剂的例子包括但不仅仅限于硅树脂化合物，如硅树脂共聚物，硫酸硅，甲基氢硅树脂液，硅油，硅羧酸，硅酯等等。其他湿润剂的例子包括但不仅仅限于乙氧基乙醇，硫酸盐和磺酸盐表面活性剂等等。
还可以使用一些聚合湿润剂如含氟聚合物。含氟聚合物的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)，乙氧基氟烃，全氟辛基磺酸盐衍生物，聚氟酯等等。
湿润剂中还含有阴离子组分，促进该液态合成物形成的高分子膜的抗静电性能。这种组分包括两性和两性离子物质，以及阴离子物质，因为这些物质同样将负电荷表达于高分子膜的表面以抵抗灰尘，沙尘和污渍。
促进抗静电性能的聚合湿润剂包括但不仅仅限于两性离子聚合物，如三甲铵乙内酯，羧基三甲铵乙内酯，含磷三甲铵乙内酯，磺酸三甲铵乙内酯，氨基乙酸；两性聚合物，例如两性碳氟化合物；阴离子聚合物，例如阴离子硅树脂，氟硅聚酯，氟硅氧烷；阴离子碳氟化合物，例如磷酸碳氟化合物，氟酰化物等等。阴离子聚合物湿润剂的其他例子包括，但不仅仅限于辛二脂硫代琥珀酸，双十三烷基硫代琥珀酸等等。
湿润剂的使用量需达到能有效降低液态合成物的表面张力且低于25毫牛/米的要求，如果在没有任何湿润剂时，液态合成物的表面张力就低于25毫牛/米，那么可以选择性地添加湿润剂，其添加量能有效降低液态合成物的表面张力即可。使用量不宜过大，以免液态合成物的粘度超过标准消费品的包装如气雾器和触发式喷雾器、含水或不含水的凝胶和预饱和涂抹器的使用范围。一般来讲，除了使用抗静电聚合物，还添加0到5重量百分比的湿润剂。湿润剂的适用量在0.1-1.0重量百分比之间。同样，本发明中湿润剂的用量范围可以为最大范围内的所有可能的范围，小到0.05，0.1，0.2重量百分比等等，大到2，3，4重量百分比等等，这些范围包括在优选实例中所描述的抗静电聚合物用量的范围。
液态合成物也可以包括一种成膜聚合物，能促进高分子膜的成形及其与基层的粘附力。这种成膜聚合物包括但不仅仅限于聚丙烯酸，聚氨酯，阳离子聚合物如聚乙烯吡咯烷酮，聚胺，聚酰胺等等。成膜聚合物的使用量需能增加高分子膜的成膜性和表面粘附力，但不会增加液态合成物的粘度。在本合成物中，使用了一种增强成膜性和表面粘性的聚合物，这种聚合物通常的用量是在大约0.5～2重量百分比之间，最好是在1.0～1.5重量百分比。同样的，本发明包括了所有可能的最宽范围，可以小到0.6、0.7、0.8重量百分比等等，也可以大到1.25、1.75等等，这些范围包括在优选实施例中所描述的成膜聚合物的用量范围。
增强成膜性和粘附力的这种聚合物可能会增加液态合成物的表面张力，这就可能需要使用表面湿润剂。如果该聚合物增加液态合成物的表面张力高于25毫牛/米，就得添加表面湿润剂。
当本发明中的合成物是水基时，如果其中所有的组分都溶于水，合成物就是溶液。当其中至少一种物质不溶于水，这种水基合成物就呈乳液状。乳状液可以用阴离子和/或非离子乳化剂通过传统方法制得。需选择乳化剂保证水性乳液的表面张力低于25毫牛/米，否则形成的高分子膜反而吸引灰尘，沙尘和污渍的沉积，而不是驱散它们。例如，强疏水性的表面活性剂，脂肪族，如得自硬脂酸或硬脂醇的表面活性乳实际上增加了落在聚合薄膜表面上的灰尘和污渍数量。
本发明中的液态合成物中可以选择添加多种抗静电聚合物，多种湿润剂和/或多种能促进表面粘附力和成膜性的聚合物。液态合成物中还可以添加一种或多种扩展剂和流平剂(leveling agents)，起泡剂，PH缓冲剂，染料，芳香剂，杀虫剂，防腐剂等等。加入这些添加剂之后，可能也需要额外增加湿润剂来保证液态合成物的表面张力低于25毫牛/米。
PH缓冲剂用以调节水性合成物的PH值以保证长期储存的稳定性，以及与传输系统之间的兼容性。例如，不锈钢罐头储存气溶胶时，所需的最小PH值为9。一个业内的技术人员可以无需通过过分的试验来确定PH值并使其满足要求。PH缓冲剂有乙酸，氢氧化铵，磷酸盐缓冲液，乙醇胺盐，尿素等等。
使用不需描述的必要的常规技术就可以将本发明中的液态合成物配置成通过气雾剂或者触发式喷雾器、水性或者非水性凝胶和饱和涂抹器而使用。对于饱和涂抹器而言，液态合成物涂在织物或无纺布上。可选择的添加剂有抗氧化剂，芳香剂，杀虫剂和染料。水性和非水性的凝胶胶凝剂包括但不仅仅限于丙烯酸树脂，聚酰胺树脂，纤维素衍生物，藻酸盐，和硅酸。
气雾剂和触发式喷雾器适用的产品要求粘度在室温下小于100cp。这种合成物所含聚合物总量在0.1-5重量百分比之间，典型的在0.5-1.0重量百分比之间。也可以采用中间的使用范围，包括最大范围内的所有可能范围，如小到0.2、0.3，0.4％重量百分比等等，大到2，3，4重量百分比等等。这些范围包括在优选实施例中所描述的聚合物用量范围。
气雾状输出的合成物可以溶解于链烷溶剂中而不需要水，这些溶剂也是在其它应用中进行气雾输送的常规溶剂。触发喷雾器中的合成物含水量最大不超过99％重量。
按照本发明，只需将高分子组分溶解于水中就可配制成水性溶液。当聚丙烯酸酯作为一种增加粘附力和成膜性的高分子添加剂使用时，首先得添加氢氧化铵或其他碱性物质来提高水的PH值使得聚丙烯酸酯溶解。这点对业内的技术人员来说是公知的。聚丙烯酸酯溶解后，其他的高分子组分和成分都溶解于溶液中。最后调节PH值以满足合成物储存稳定性和运输要求。
配制乳液时，将水溶性的成分溶解于水中，然后调节PH值以满足储存稳定性和运输的要求。随后，乳化剂和不溶于水的组分相结合并与水相混合。最后混合均匀形成稳定乳状液。
本发明的合成物可以通过一种气雾器和触发式喷雾器喷在如汽车轮胎，车轮和轮罩的表面，当制计成水性或非水性凝胶或者饱和涂沫器时，该合成物可以用刷子刷在轮胎，车轮或轮罩表面。本发明的合成物也可以作为商用汽车清洗的一个步骤。不管如何使用该合成物，都可以通过擦拭的方式移除过剩的物质以使涂层干燥后形成保护性薄膜以去除灰尘，例如刹车灰尘、尘垢和污渍。合成物可以用在轮胎，轮子，轮罩等公路交通工具或者非公路交通工具如汽车、卡车、摩托车、自行车等等上。该合成物可以通过加热或者通过周围环境的空气自然烘干。
本发明的合成物可以涂于任何需要防护并去除灰尘，沙尘或污渍的表面。其它的使用还包括光学表面，产品包装表面，家具表面，飞机表面和摩擦件表面的防护。
下面用非限定本发明的实施例说明本发明的某些特性。没有特别指明，所有的百分比和含量比都指重量比。
实例1一种防刹车尘的合成物中含有下列成分表1

该硅树脂共聚物，由美国佛罗里达州Feranandina Beach的Petroferm公司生产，作为一种湿润剂。甲基氢硅氧烷的作用是一种抗静电剂。两种乳化剂化合并与甲基氢硅氧烷和硅树脂共聚物混合。混合物再与88.3重量百分比的用醋酸调节PH低于6的水相混合。混合均匀后形成一种稳定的乳液，再用乙酸调节PH至4-5。该合成物的表面张力测试为22毫牛/米。
实例2一种防刹车尘的合成物中含有下列成分表2

该两性碳氟化合物作为一种抗静电剂，同样具有减少表面张力和润湿表面的功能。羧化硅树脂的作用是一种湿润剂。丙烯酸酯共聚物能增加高分子膜的成膜性和表面粘附力。
制备合成物时，先用氢氧化铵将98.2重量百分比的水调至PH为9。然后溶解丙烯酸酯共聚物，而后将两性碳氟化合物和羧化硅树脂溶解于溶液中。查验PH值并再用氢氧化铵调节PH。该合成物的表面张力检测并确定为19毫牛/米。
实例3一种防刹车尘的合成物由下列成分制备表3

该阴离子碳氟化合物的作用是一种抗静电剂，并能湿润表面，降低表面张力。硫酸硅的作用是一种湿润剂。丙烯酸酯共聚物能加强表面粘附力和成膜性。这些成分化合形成一种如实例2中的水性溶液。溶液的表面张力测试为20毫牛/米。
评估对存在已知的刹车尘沉积问题的试验车辆的前轮，用触发式喷雾器(Calmar)涂上实例1-3中的合成物。处理过的部位的颜色(沙尘量)由四个观察人员两周一次评估。评估级别从1(无灰尘或沙尘沉积)到4(黑色)，且判断标准参照相同生产商供应的相同车型上的干净未处理过的车轮。评估时间为6周，6周内，除了气候和行车条件的正常变化以外，经过处理的车轮不能进行清洗，否则试验结果被干扰。试验结果见表4表4

本发明因而提供了抗尘合成物，它在轮胎、轮子和轮罩上形成干燥、结实的膜，该膜可以用普通的肥皂和水洗掉。
实例4一种抵抗居室表面灰尘的合成物中含有下列成分表5

该羧化硅树脂由美国佛罗里达州Feranandina Beach的Petroferm公司生产，作为一种湿润剂，并且能提高合成物抗静电性能。The Flexipel AM-100作为一种能降低系统表面能的聚合物。Sokolan PA 30 CL能使膜具有牢固的表面。通过添加98.55％的水将产品制成水性溶液。
实例5一种适用于光学用品的去除灰尘的合成物中含有下列成分表6

该硅树脂共聚物由美国佛罗里达州Feranandina Beach的Petroferm公司生产，作为一种湿润剂。The Flexipel AM-100和Lambent Phos A-100作为一种抗静电聚合物，混合以降低系统的表面能。Sokolan PA 30 CL能使膜具有牢固的表面。通过添加99.15％的水将产品制成一种水性溶液并调节PH至7。
上述实例和优选实施例的描述是为了举例说明而非限定权利要求所定义的本发明。显而易见，在不脱离本发明的权利要求的前提下，以上提到的多个特征组合都能够被使用。这些变换并不被认为是脱离本发明的精神和范围，而所有的改进都是在以下所述的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种可喷射的液态高分子成膜合成物，其特征在于该合成物包含抗静电聚合物，该聚合物使由上述合成物所形成的薄膜有效阻止灰尘，沙尘或污渍在其表面的沉积，其中该液态合成物的表面张力低于25毫牛/米。
2.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于所述的合成物是水基的。
3.根据权利要求2所述的合成物，其特征在于所述的合成物是一种水性乳液。
4.根据权利要求2所述的合成物，其特征在于所述的合成物是一种水性溶液。
5.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于所述的合成物表面张力低于22毫牛/米。
6.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于所述的合成物还包含一种湿润剂。
7.根据权利要求6所述的合成物，其特征在于所述的湿润剂是一种高分子湿润剂。
8.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于该合成物还包含一种增强表面粘附力的聚合物。
9.根据权利要求8所述的合成物，其特征在于所述的增强表面粘附力的聚合物可以从聚丙烯酸酯，聚氨酯和阳离子聚合物中选择。
10.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于所述的抗静电聚合物是一种极性的非离子成膜聚合物。
11.根据权利要求1所述的合成物，其特征在于所述的抗静电聚合物是一种阴离子、两性或者两性离子的聚合物。
12.一种阻止灰尘，沙尘或污渍在表面沉积的方法，包括将权利要求1中所述的合成物在所述轮胎，车轮或轮罩上涂覆一层并使其干燥，使其上形成一个能抵抗上述的灰尘，沙尘和污渍的高分子膜。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述的表面是汽车表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述的汽车表面是轮胎，车轮或轮罩。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述的灰尘是指刹车尘。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述的表面是光学表面。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述的表面是居室表面。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述的表面是飞行器表面。
全文摘要
本发明提供了一种可喷射的、液态高分子成膜合成物，该合成物包含一定量的抗静电聚合物，该聚合物使由上述合成物所形成的薄膜有效阻止灰尘，沙尘或污渍在其表面沉积，其中该液态合成物的表面张力低于25毫牛/米。本发明还公开了一种阻止灰尘，沙尘或污渍在例如轮胎、车轮或轮罩等表面沉积的方法。
文档编号C09D201/00GK1649955SQ03809882
公开日2005年8月3日 申请日期2003年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者克里斯托弗·香农 申请人:彼德罗弗姆公司