自修复紫外线吸收聚合物涂层的制作方法

本公开涉及紫外线吸收聚合物涂层领域，并且更特别地涉及提供具有自修复特性的紫外线吸收聚合物涂层的系统和方法。

织物和部件可以由紫外线敏感材料形成。如果暴露于紫外线辐射，材料将在物理上和/或审美上退化。例如，物理退化可以降低由紫外线敏感材料所形成的部件的强度、柔韧性或刚性。即使没有发生可察觉的物理退化，审美退化(诸如紫外线敏感材料褐变)也可以降低实施由紫外线敏感材料所形成部件的能力，这是因为消费者可以发现这种颜色变化是不期望的。

技术实现要素：

紫外线敏感材料的物理退化和审美退化降低了这些材料用于织物和部件(具体地结构性部件)的期望。本文中所公开的自修复聚合物可以实施成提高紫外线敏感材料的期望。

根据本公开的各方面，一种方法包括制备包括基质前体部分和自修复部分的二元混合物，通过引发紫外线吸收基质前体和紫外线引发剂的聚合形成自修复聚合物涂层以由此形成聚合物基质，并且用自修复聚合物涂层保护自修复敏感性基底的外表面。自修复部分包括可流动的自修复前体和自修复引发剂。基质前体部分包括紫外线吸收基质前体和紫外线引发剂。自修复部分基本上设置在整个聚合物基质中。聚合物基质包括其中的数个活性位点。

根据本公开的又一方面，自修复前体是环醚，并且自修复引发剂是路易斯酸化合物。

根据本公开的又一方面，紫外线吸收基质前体是支化丙烯酸酯。

根据本公开的又一方面，在形成自修复聚合物涂层之前，将二元混合物涂敷到紫外线敏感性基底。

根据本公开的又一方面，自修复前体是具有化学式ch2oc2h4o的环醚，并且自修复引发剂是碱金属双(氟磺酰基)酰亚胺。

根据本公开的又一方面，紫外线吸收基质前体是具有官能部分的支化丙烯酸酯，该官能部分选自由羧酸和酯构成的组，并且紫外线引发剂是1，1-二苯基甲酮。

根据本公开的又一方面，形成自修复聚合物涂层包括将二元混合物涂敷到可移除背衬，并且保护紫外线敏感性基底的外表面包括从可移除背衬中移除自修复聚合物涂层并且将自修复聚合物涂层涂敷到紫外线敏感性基底的外表面。

根据本公开的又一方面，紫外线敏感性基底包括对位芳族聚酰胺。

根据本公开的又一方面，紫外线敏感性基底是加压容器。

根据本公开的又一方面，该方法进一步包括响应于在与自修复前体接触的聚合物基质中所形成的断裂用自修复前体填充断裂的至少一部分，并且响应于接触自修复引发剂的自修复前体使自修复前体聚合，由此通过自修复聚合物涂层抑制断裂的传播。

根据本公开的又一方面，自修复部分基于二元混合物的重量以50重量％的量存在于二元混合物中，并且基质前体部分基于二元混合物的重量以50重量％的量存在于二元混合物中。

根据本公开的其他各方面，自修复聚合物涂层包括通过引发紫外线吸收基质前体的聚合所形成的聚合物基质，并且聚合物基质包括紫外线引发剂和设置在其中的自修复部分。聚合物基质包括其中的数个活性位点。自修复部分包括可流动的自修复前体和自修复引发剂。自修复引发剂配置成使用阳离子开环过程使自修复前体聚合。

根据本公开的又一方面，自修复前体是环醚，并且自修复引发剂是路易斯酸化合物。

根据本公开的又一方面，紫外线吸收基质前体是支化丙烯酸酯。

根据本公开的又一方面，紫外线吸收基质前体是具有官能部分的支化丙烯酸酯，该官能部分选自由羧酸和酯构成的组，并且紫外线引发剂是1，1-二苯基甲酮。

根据本公开的又一方面，自修复前体是具有化学式ch2oc2h4o的环醚，并且自修复引发剂是碱金属双(氟磺酰基)酰亚胺。

根据本公开的又一方面，自修复引发剂是紫外线引发剂。

根据本公开的又一方面，自修复引发剂是紫外线引发剂。

根据本公开的又一方面，自修复前体响应于与自修复聚合物涂层中的断裂接触填充断裂的至少一部分，并且自修复前体响应于与自修复引发剂接触聚合，由此抑制断裂的传播。

根据本公开的又一方面，自修复前体是环醚，并且自修复引发剂是路易斯酸化合物。

当联系附图考虑时，从对实现本公开的最佳方式的以下详细描述中，本公开的上述特点和优点以及其它特点和优点将会是显而易见的。

附图说明

这些附图是说明性的并不旨在限制由权利要求书所限定的主题。示例性方面在以下的详细描述中讨论并显示在附图中，其中：

图1示出了根据本公开的各方面的示意性方法。

具体实施方式

紫外线敏感材料(诸如对位芳族聚酰胺)在紫外光存在下会退化。有利地，包括如本文中所述的自修复聚合物涂层可以通过减少或避免物理退化和/或审美退化来改善包括紫外线敏感材料的部件的可操作寿命。再者，本文中所公开的自修复聚合物可以降低制造成本，其可以包括使用外壳来保护紫外线敏感纤维。通过避免金属催化剂引发剂(诸如稀有金属催化剂)的成本，自修复聚合物也可以提供其它自修复材料的益处。

本文中所公开的自修复聚合物可以实施为紫外线敏感性基底的面漆。例如，自修复聚合物可以用作加压容器的面漆，以将加压容器的压力等级维持更长时间。有利地，因为自修复聚合物会抑制在压力容器的体积变化(诸如在压力容器的充电和放电期间经历的那些)期间发生的面漆裂缝，所以本文中所公开的自修复聚合物可以改善面漆的寿命。

进一步地，自修复聚合物可以用于保护衣服和防护装置(诸如基于kevlar的衣服)，其中衣服和防护装置的使用包括延长地暴露于阳光。再者，本文中所公开的自修复聚合物在不需要去除外部层的情况下可以提供对紫外线敏感性基底的退化的评估，以暴露紫外线敏感性基底的视图。例如，最终用户可以对部件进行涂漆以掩盖诸如褐变的审美退化。然而，这种行为掩盖了退化的标记并可以模糊部件在给定等级下正在接近其可操作寿命终点的迹象。

再者，在比减轻紫外线敏感性基材退化的典型方法更少的部件和更低的生产成本的情况下，本文中所公开的自修复聚合物提供了对紫外线敏感性基底的保护。进一步地，如本文中所公开的自修复聚合物在化学上是稳定的，以抵抗由于空气和水分引起的风化。

有利地，本文中所公开的自修复聚合物即使在自修复聚合物涂层的外部已经被例如刮擦或磨损破坏之后也会提供对紫外线敏感性基底的保护。在未实施本文中所公开的自修复聚合物的系统中，如与未研磨表面相比，这种刮擦或磨损将在该点处提供增大的紫外线渗透。再者，因为这种裂缝倾向于随着系统的使用而增长，紫外线渗透将进一步随着系统的继续使用而增大。然而，自修复聚合物通过抑制裂缝的传播避免了这种增大的紫外线渗透。在一些方面中，自修复聚合物的自修复部分也会抑制其中的紫外线穿透。

自修复聚合物由二元混合物形成，该二元混合物包括紫外线吸收基质前体部分和自修复部分。在一些方面中，自修复部分基于二元混合物的重量以50重量％的量存在于二元混合物中，并且基质前体部分基于二元混合物的重量以50重量％的量存在于二元混合物中。

紫外线吸收基质前体部分配置成形成聚合物基质，其限定了自修复聚合物的结构。紫外线吸收基质前体部分包括基质前体和紫外线引发剂。基质前体配置成形成聚合物基质的聚合物。在一些方面中，基质前体是支化前体。在一些方面中，基质前体是具有官能部分的支化丙烯酸酯，该官能部分具有选自羧酸和酯的组。

令人惊奇地，如本文中所公开的自修复聚合物涂层(诸如丙烯酸酯基聚合物)会立即抑制紫外线辐射渗透到紫外线敏感性基底。这提供了使用紫外线辐射来引发自修复聚合物的聚合，同时降低了紫外线敏感性基底退化的风险。

进一步地，如本文中所公开的支化丙烯酸酯可以有利地实施成与六亚甲基环三硅氧烷、聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯和聚二甲基硅氧烷形成共聚物。有利地，如本文中所公开的聚合物基质与紫外线吸收剂或稳定剂组分(诸如2-(2’，4’-二甲基苯甲酰基)苯甲酸和二苯甲酮)相容。

紫外线引发剂配置成响应于暴露于紫外光而引发基质的聚合。例如，紫外线引发剂可以是1，1-二苯基甲酮。有利地，紫外线引发剂提供了可以快速地引发或停止的基质聚合。再者，因为紫外线引发剂可以以较低能量(诸如热量)重新发射吸收的紫外线辐射，所以紫外线引发的交联和/或聚合可以进一步抑制紫外线辐射渗透到紫外线敏感性基底。紫外线引发剂可以选择成使得重新发射的能量低于预定的能量，诸如使紫外线敏感性基底退化所需的能量。

自修复部分包括自修复前体和自修复引发剂。自修复部分分散在自修复聚合物中，使得自修复聚合物中的断裂将接触自修复前体和自修复引发剂。自修复前体和自修复引发剂选择成在自愈合前体与自修复引发剂之间的接触之后抑制通过聚合物基质的断裂的传播。自修复前体和/或自修复引发剂保持在整个聚合物基质中的沉积物内。在一些方面中，沉积物在明确限定的容纳结构内，诸如具有相对均匀大小分布的微球或管状结构。在一些方面中，因为自修复前体和/或自修复引发剂容纳在由单独的密封剂所形成的明确限定的容纳结构内，所以形成了自修复前体和/或自修复引发剂的沉积物。在一些方面中，因为自修复前体和/或自修复引发剂在二元混合物内是不混溶的，所以形成了自修复前体和/或自修复引发剂的沉积物。

当断裂通过聚合物基质传播时，断裂将接触自修复前体。自修复前体配置成可流动的，使得响应于与自修复聚合物中的断裂接触，自修复前体填充断裂的至少一部分。在一些方面中，自修复前体配置成响应于与自修复引发剂的接触聚合，由此抑制断裂的传播。在一些方面中，自修复引发剂是紫外线引发剂，并且自修复前体在暴露于紫外线辐射期间或之后响应于与自修复引发剂的接触而聚合。在一些方面中，自修复引发剂是用于引发聚合物基质聚合的紫外线引发剂。

聚合物基质内自修复前体的分布和量选择成抑制断裂比一定的平均距离更远地传播。例如，在断裂将接触自修复前体的沉积物之前，自修复前体的增大加载减小了在断裂可以通过自修复聚合物传播的统计距离。

在一些方面中，自修复部分基本上均匀地分布在整个聚合物基质中。在一些方面中，自修复部分更重地朝向聚合物基质的一个或多个边界来加载。特别地，自修复部分可以更重地朝向基底(诸如紫外线敏感性基底)远端的自修复聚合物涂层的外表面来加载。有利地，这种不均匀分布可以从自修复聚合物的边界来抑制断裂的传播，同时减少抑制断裂传播所需的自修复部分的总量。

在一些方面中，自修复前体选择成使得自修复前体和由其所形成的聚合物可以附着到聚合物基质内的活性位点。有利地，如与未附着到聚合物基质的活性部位的修复部分相比，这种附着可以增大自修复部分的强度并提供抵抗更远传播的更大阻力。

在一些方面中，自修复前体选择成通过阳离子开环聚合过程来聚合。在一些方面中，自修复前体是能够聚合的环状分子。在一些方面中，自修复前体是环醚。在一些方面，自修复前体是具有化学式ch2oc2h4o的环醚。

在一些方面中，自修复引发剂是引发开环聚合的路易斯酸化合物。在一些方面中，自修复引发剂是可流动的，使得在与断裂接触时，自修复引发剂填充断裂的至少一部分。有利地，可流动的自修复引发剂可以通过与自修复前体的增大混合来增大聚合速率。在一些方面中，自修复引发剂是碱金属酰亚胺化合物。在一些方面中，自修复引发剂是碱金属双(氟磺酰基)酰亚胺。

现在参考该图，显示了提供自修复聚合物的方法100。方法100包括制备102包括紫外线吸收基质前体部分和自修复部分的二元混合物，通过引发基质和紫外线引发剂的聚合形成104自修复聚合物，并且保护106具有自修复聚合物涂层的紫外线敏感性基底的外表面。

自修复部分包括可流动的自修复前体和自修复引发剂。紫外线吸收基质前体部分包括基质前体和紫外线引发剂。引发基质和紫外线引发剂的聚合，由此形成聚合物基质。自修复部分基本上分散在整个聚合物基质中。在一些方面中，聚合物基质包括用于聚合的数个活性位点。

在一些方面中，二元混合物通过在溶液中将紫外线吸收基质前体部分和自修复部分混合在一起来制备。在一些方面中，在引发紫外线吸收基质前体部分的固化之前，立即将自修复部分添加到紫外线吸收基质前体部分以抑制自修复前体的聚合。在一些方面中，在引发紫外线吸收基质前体部分的固化之前，将紫外线吸收基质前体部分和自修复前体和自修复引发剂之一混合在一起，同时立即将另一种自修复前体和自修复引发剂添加到混合物，以抑制自修复前体的聚合。在一些方面中，在形成自修复聚合物涂层之前，将二元混合物涂敷到紫外线敏感性基底。

在一些方面中，在引发基质聚合之前，将二元混合物涂敷到可移除背衬。在紫外线吸收基质前体的聚合已经进行到预定程度之后，自修复聚合物是独立式的并且可以在没有损坏的情况下可操作的，可移除背衬可以从自修复聚合物中来分离。然后，可将自修复聚合物置于紫外线敏感性基底上。自修复聚合物的放置可以通过使自修复聚合物与紫外线敏感性基底邻接或粘附来实现。

对于本详细描述的目的而言，单数包括复数并且反之亦然(除非特别声明)；单词“和”和“或”应该是连接性的和分离性的两者；单词“所有的”意思是“任何的和所有的”；单词“任何的”意思是“任何的和所有的”；并且单词“包括”意思是“包括但不限于”。此外，单数术语“一”、“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指示。