基于聚甲基丙烯酸甲酯的硬質(zhì)涂膜組合物和涂覆制品的制作方法
【專利說明】基于聚甲基丙烯酸甲酯的硬質(zhì)涂膜組合物和涂覆制品
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2012年3月22日提交的美國臨時申請No. 61/614, 297的優(yōu)先權(quán)， 其公開內(nèi)容以引用方式全文并入本文。
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦咨助的研究或開發(fā)的聲明
[0004] 本發(fā)明是用能源部授予的合同號DE-FC36-08G018027下的政府支持作出的。政府 擁有本發(fā)明組中的某些權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0005] 聚合物膜和其它基底可用于多種室內(nèi)和室外應(yīng)用中。常常期望聚合物膜和基底具 有不含波紋、刮痕和其它缺陷的表面光潔度。然而，聚合物表面可能趨于為稍軟的和易于刮 傷或損傷的。吹過或換句話講接觸磨料粒子可能刮傷未受保護(hù)的聚合物表面，并且接觸清 潔操作也可能相似地?fù)p傷未受保護(hù)的聚合物表面。為了克服這些趨勢，有時在聚合物膜和 基底上使用保護(hù)性涂層?？蓪⒆贤夤夂推渌椛淇晒袒谋┧犷愅苛辖M合物施加到一些 聚合物表面并固化以提供保護(hù)性涂層，有時稱為硬質(zhì)涂膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本公開提供了可施加到聚合物表面的涂料組合物。所得涂層通常甚至在暴露于加 速風(fēng)化之后很好地附著到聚合物基底，這可使得它們可用于例如太陽能轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域中。涂 料組合物通常提供了比聚合物基底本身更耐磨的涂層，如在落砂磨損評估之后通過霧度測 量所確定。在一些實施例中，本文所公開的涂覆制品為可易于清潔的和/或抵抗粉塵的積 聚。
[0007] 在一個方面，本公開提供了一種涂料組合物。涂料組合物包含聚（甲基丙烯酸甲 酯）聚合物或共聚物、單體和抗紫外光的穩(wěn)定劑。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。單體可為單個單體或單體的混合物，包括亞烷基二 丙烯酸酯、亞烷基二甲基丙烯酸酯、亞環(huán)烷基二丙烯酸酯或亞環(huán)烷基二甲基丙烯酸酯中的 至少一者。亞烷基二丙烯酸酯、亞烷基二甲基丙烯酸酯、亞環(huán)烷基二丙烯酸酯、和/或亞環(huán) 烷基二甲基丙烯酸酯提供了至少80重量％的單體。
[0008] 在另一方面，本公開提供了包括基底和基底表面上的第一涂層的制品。第一涂層 通過固化本文所公開的涂料組合物來獲得。在一些實施例中，制品還包括設(shè)置在第一涂層 上的第二涂層。在這些實施例的一些中，第二涂層包含具有至多500納米平均粒度的二氧 化娃粒子。
[0009] 在另一方面，本公開提供了一種制備制品的方法。該方法包括使基底的表面與本 文所公開的涂料組合物接觸；從涂料組合物移除有機(jī)溶劑（當(dāng)存在時）；并且使涂料組合物 暴露于光化輻射，以在聚合物基底的表面上提供第一涂層。通常，在該方法中，涂料組合物 包含光引發(fā)劑。
[0010] 在該制品的前述方面或制備該制品的方法的一些實施例中，基底為聚合物基底。 在一些實施例中，基底為熱塑性基底。在這些實施例的一些中，基底包含丙烯酸類樹脂、聚 酯、聚碳酸酯、PVDF和PMMA的共混物、或它們的組合。
[0011] 在本申請中，諸如"一個"、"一種"和"所述"的術(shù)語不旨在僅指單一實體，而是包 括一般類別，其具體實例可用于例證。術(shù)語"一個"、"一種"和"所述"可與術(shù)語"至少一種" 互換使用。后接列表的短語中的至少一種（一個）"和"包括（包含）...中的至少一 種（一個）"是指列表中的任一項以及列表中兩項或更多項的任何組合。除非另外指明，否 則全部數(shù)值范圍均包括它們的端點以及端點之間的非整數(shù)值。
[0012] "烷基基團(tuán)"、"亞烷基"和前綴"烷"包含直鏈和支鏈基團(tuán)二者。"亞烷基"為"烷基" 的二價形式。除非另外指明，否則本文的烷基或亞烷基基團(tuán)具有至多20個碳原子。環(huán)烷基 和亞環(huán)烷基基團(tuán)可為單環(huán)或多環(huán)的，并且除非另外指明，具有3至10個環(huán)碳原子。烷基、亞 燒基、環(huán)燒基和亞環(huán)燒基基團(tuán)僅包含碳原子和氧原子。
[0013] 術(shù)語"溶劑"是指在25°C下能夠至少部分地溶解本文所公開的涂料組合物的均勻 液體材料，其可為單一化合物或化合物的組合，并且其可包含或不包含水。
[0014] 術(shù)語"聚合物"是指具有包含多個重復(fù)單元的結(jié)構(gòu)的分子，所述重復(fù)單元事實上或 概念上衍生自低相對分子質(zhì)量的分子。
[0015] 術(shù)語"單體"是指可與其它分子組合以形成聚合物的低相對分子質(zhì)量的分子，所述 聚合物可為丙烯酸類聚合物或共聚物。
[0016] 術(shù)語"丙烯酸類樹脂"是指丙烯酸類聚合物和甲基丙烯酸類聚合物，所述聚合物可 為由一種或多種丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或其它含乙烯基的單體制成的共聚物。
[0017] 本公開的上文
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在描述本公開的每個所公開實施例或每種實施方式。 以下描述更具體地例示了例證性實施例。因此，應(yīng)當(dāng)理解，附圖和以下描述僅用于例證的目 的，并且不應(yīng)被理解為以某種方式不當(dāng)?shù)叵拗票竟_的范圍。
【附圖說明】
[0018] 結(jié)合附圖，結(jié)合以下對本公開的多個實施例的詳細(xì)說明，可更全面地理解本公開， 其中：
[0019] 圖1為加速風(fēng)化之后實例1C的代表性表面的60, 000x放大的掃描電子顯微圖；
[0020] 圖2為加速風(fēng)化之后實例1D的代表性表面的60, 000x放大的掃描電子顯微圖；并 且
[0021] 圖3為加速風(fēng)化之后實例3B的代表性表面的60, 000x放大的掃描電子顯微圖。
【具體實施方式】
[0022] 其中可使用的耐磨聚合物表面的一個領(lǐng)域為其中將日光轉(zhuǎn)換成電能的太陽能轉(zhuǎn) 換領(lǐng)域。集光型太陽能發(fā)電（CSP，也稱為"集光太陽能發(fā)電"）技術(shù)使用導(dǎo)向熱傳遞流體的 日光，該熱傳遞流體變熱并且其熱能然后被轉(zhuǎn)移（例如，用于加熱）或轉(zhuǎn)變成電力（例如， 通過使用渦輪發(fā)電機(jī)）。CSP系統(tǒng)通常使用透鏡或反射器來將大面積的日光聚焦成小光束。 然后將聚集的日光用作常規(guī)發(fā)電設(shè)備（例如，蒸汽驅(qū)動的渦輪發(fā)電機(jī)）的熱源。集光或集 光型光伏（CPV)系統(tǒng)包括將日光內(nèi)的能量轉(zhuǎn)變成電能的光伏電池或其它光伏材料。使用反 射性、折射性或反射性和折射性兩種元件來將日光聚集到光伏電池或材料上。反射性和/ 或折射性材料的使用降低了系統(tǒng)中所需的更昂貴光伏材料的量。
[0023] 為了允許太陽能轉(zhuǎn)換比傳統(tǒng)電源更具競爭性，人們持續(xù)努力尋求降低成本和/或 改善太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率。代替基于玻璃的鏡面系統(tǒng)的基于鍍銀聚合物鏡面膜的鏡面組 件具有降低太陽能領(lǐng)域的安裝系統(tǒng)成本20%或更多的潛能，但是與其基于玻璃的相似物比 較，聚合物鏡面膜可為較不耐磨的和較不可清潔的。
[0024] 有效地清潔用于太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的反射器和透鏡而不損傷它們的能力是重要 的，因為臟污表面和表面刮痕不利地影響來自這些元件的光照方向的準(zhǔn)確度。來自臟污表 面和表面刮痕的不利影響的實例包括降低的來自鏡面膜的鏡面反射率，來自菲涅爾透鏡的 光集中度的損耗，以及來自逆向反射元件的受損的回射性。鏡面反射率的損耗直接等同于 損失收入。因此，期望改善聚合物鏡面膜的表面的鏡面反射率的耐久性，以接近基于玻璃的 鏡面系統(tǒng)的性能。
[0025] 根據(jù)本公開的涂料組合物可通常在聚合物表面上提供耐磨涂層。涂料組合物通常 甚至在暴露于風(fēng)化條件之后很好地附著到聚合物表面。此外，在一些實施例中，涂層為可清 潔的或耐粉塵積聚的。
[0026] 根據(jù)本公開的涂料組合物包含聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)聚合物，其可為均聚 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。在一些實施例 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，在一些實施例中，至多400, 000g/mol，并且在一些實施例中，至 多250, 000g/m〇l的重均分子量。一般應(yīng)當(dāng)理解，PMMA聚合物或共聚物為線性聚合物或共 聚物。如上文實施例中任一項所述，當(dāng)PMMA聚合物或共聚物具有至少50, 000g/mol的重均 分子量時，其具有足夠長的聚合物鏈，以在固化之后與二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯以互 穿網(wǎng)絡(luò)纏結(jié)。不受理論的束縛，據(jù)信在暴露于UV光時可能出現(xiàn)的任何斷鏈將不完全解開固 化涂料組合物中的PMMA聚合物或共聚物鏈。
[0027] 重均分子量可使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)，例如通過凝膠滲透色譜法（即，尺寸排 阻色譜法（SEC))測量。一般來講，用于實踐本公開的PMMA聚合物或共聚物具有如上文 實施例中任一項所指定的重均分子量，如通過SEC，用4 "PL-GEL"（英國的聚合物實驗室 (Polymer Labs, England)柱（30X0. 78cm，串聯(lián)，其中凝膠粒徑為5微米并且各個柱的標(biāo) 稱孔隙率分別為：500、103、104和105)來確定。在蒸餾的四氫呋喃中制備樣品溶液（大約 0. 2% (重量/體積）的濃度），四氫呋喃還是色譜分離洗脫液。在注入之前，將溶液在0. 45 微米的薄膜注射器過濾器上過濾。注入體積為200微升，并且洗脫液流速設(shè)定為1立方厘米 /分鐘。可將〇-二氯苯添加到聚合物溶液，作為流速內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物。可用PMMA窄分布標(biāo)準(zhǔn)物 (英國的聚合物實驗室）來執(zhí)行柱校準(zhǔn)，并且可由回歸分析獲得三階多項式方程。為了比較 從不同樣品獲得的色譜圖，可將峰面積歸一化。該方法描述于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