用于防止下層的添加劑損失的隔離層的制作方法

專利名稱：用于防止下層的添加劑損失的隔離層的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種防止用于汽車裝配組件(component assembly)的塑料板的下層中的添加劑損失的隔離層。
本發明的背景塑料，如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)目前用于制造許多汽車部件和元件，如B-柱，頭燈，和天窗。汽車窗組裝件代表了這些塑料因為各種優點而在式樣化/設計，重量節約，和安全性/安全領域中正出現的一個用途。更具體地，塑料向汽車制造商提供通過將功能元件集成到模塑塑料組件中而減少窗組件復雜性，以及通過增加總體設計和形狀配合物性而使其車輛區別于競爭者車輛的能力。輕質塑料窗組裝件的應用可有助于降低車輛的重心(較好的車輛操控和安全)和改進的燃料經濟。最后，乘員或乘客在涉及傾翻事故時更傾向固位在具有塑料窗組裝件的車輛內，這進一步增加安全性。
盡管存在與使用塑料窗有關的許多優點，這些塑料組裝件在滿足為玻璃窗所確立的現有規則(如，標題49，第5章，聯邦機動車標準No.205；ANSI-Z26.1的第571.205部分，美國國家標準研究所-1977)時不能廣泛地進行規模商業應用。塑料窗用于汽車的已確立的最低要求在表1中匯總。
表1

為了滿足表1中所規定的要求，必需將保護層(如，涂層或膜)施加到塑料窗組裝件上以克服塑料所具有的幾個局限。這些局限包括暴露于紫外(UV)輻射所引起的變質，例舉為變色，光學傳輸下降，和脆性增加(耐沖擊性下降)，以及局限的耐磨性和水解穩定性。保護層體系例如表現為脫層或粘附性損失的過早破壞通過加速前述降解機理而導致塑料窗組裝件的使用壽命有限。塑料窗的顏色或色調的差異，例如，透明澄清，日光(綠色)，和私密(黑色)，可促進保護層體系的過早破壞，這估計通過增加在塑料窗和保護層體系之間在環境曝光過程中的溫度而發生。該意見同樣可用于各種顏色的其它不透明塑料元件(如，模塑品，B-柱，跟進組裝件，體板，等)所觀察到的破壞機理。
因此，工業上需要開發一種使得塑料窗組裝件滿足對窗的汽車調節者要求和牢固不出現過早破壞的保護層。
本發明的概要本發明提供一種用于裝配組件的保護層狀體系。該層狀體系包括對不結合到任何下面保護層或塑料板基材的結構中的添加劑的浸析或損失起著隔離作用的至少一層。該層狀體系的性能基本上與塑料板或添加劑層的顏色或色調無關。塑料板和添加劑層可以是透明，不透明，或其混合形式。
在某些實施方案中，裝配組件是包括透明塑料板，可有可無的保護添加劑層，和其性能滿足用于汽車場合性能要求的隔離層的窗組件。
其它特點和優點根據以下詳細描述和所附權利要求書，和參考附圖而顯然得出。
附圖的簡要描述

圖1是對具有塑料板，添加劑層，和按照本發明的隔離層的裝配組件的保護層狀結構的幾種可能幾何的圖示。
圖2是有和沒有存在隔離層的塑料板和添加劑層體系所具有的UV吸光率作為UV輻射總量的函數的圖。
圖3是有和沒有存在隔離層的塑料板和添加劑層體系在暴露于溫度約70℃時所具有的UV吸光率作為總時間(小時)的函數的圖。
本發明的詳細描述以下描述的優選的實施方案僅是說明性的且無意于以任何方式限定本發明或其用途或應用。
按照本發明，保護層狀體系提高了塑料裝配組件的使用壽命，如果一層用作抗任何下面添加劑層和塑料板內的添加劑浸析或損失的隔離層。圖1給出了保護層狀體系的結構的幾種可能幾何構型。隔離層30(″B″)可以是最外層，起著防止任何下面添加劑層20和/或塑料板10的添加劑浸析的作用的隔離層，如圖1A和1B所示。隔離層30也可被夾在添加劑層20和塑料板10之間，起著防止添加劑從僅下面添加劑層20或塑料板10浸析的作用的隔離層，如圖1C和1D所示。在特殊實施方案中，隔離層30是最外層以向裝配組件提供額外耐磨性益處。裝配組件可包含多個添加劑層，以及多個隔離層。
為了說明隔離作用和對有和沒有隔離層30的各種塑料板10和添加劑層20所具有的性能做比較，選擇幾種特定塑料樹脂(R1-R6)，添加劑層(A1-A9)，和隔離層(B1-B2)在表2中給出。這些樹脂和添加劑層沿著與兩個可能隔離層30不應例舉為限定本發明的范圍，而只是說明本發明的各種實施方案。用于確認所選用于說明隔離作用的保護層狀體系的組成的命名法提供對于特定塑料樹脂，添加劑層，和隔離層的各個標記，如表2所述。例如，標為R2+A2A7的保護層狀體系包括塑料樹脂板R2和添加劑層A2和A7。標為R1+A8+B1的保護層狀體系包括塑料樹脂板R1，添加劑層A8，和隔離層B1。
常規隔離層涂層試圖通過防止分子，如水或氧經過涂層從環境向涂覆基材滲透。這些環境污染物通常具有分子直徑低于150微微米(即，分子直徑O2～121微微米，和分子直徑H2O～108微微米)的小尺寸。但隔離層30可透過出現在環境中的這些分子。例如，在特殊實施方案中，隔離層30在約37.8℃和約100％相對濕度下的使得水蒸氣傳輸速率為約3.7gms/m2-天(Permatran W 3/31，MOCON，Minneapolis，MN)。
表2



常規隔離層涂層對通過涂層從下面涂層或基材擴散到環境中的大分子透過。用于微電子制造的隔離層涂層使得聚合物分解產物通過隔離層涂層擴散到環境中。例如，為了在微電子制造過程中在導電金屬線之間形成氣隙，聚降冰片烯的高分子量分解產物容易通過上方介電(隔離層)涂層擴散到周圍環境中。
隔離層30被發現意外地降低或防止分子直徑大于150微微米的添加劑通過隔離層從下面添加劑層和塑料板浸析到環境中。優選，隔離層30減少或防止分子直徑大于約200微微米，或在某些實施方案中，大于約300微微米的添加劑浸析。
防止添加劑從塑料板和任何添加劑層浸析可增加裝配組件的相應使用壽命。裝配組件的使用壽命根據在顏色(發黃指數＝YI)和耐沖擊性特性方面所觀察到的性能變化的大小而測定，如表1所述。主要地，發黃指數(YI)變化超過約+5個單位或開始表現出沖擊破壞(如，脆性所引起)跡象的塑料板被認為達到裝配組件的有用的使用壽命。
大多數塑料易于通過光化學驅動的過程而變質。通常，這些降解過程導致形成可影響塑料的顏色特性或耐沖擊性的分子物質。針對這些光化學驅動的過程，通常通過將紫外吸收(″UVA″)分子引入本體塑料或施用到塑料表面上的添加劑層中而進行保護。如果UVA分子被施用在保護添加劑層中，該添加劑層和塑料板之間的脫層或粘附性損失被認為是一種破壞，導致對與裝配組件有關的有用的使用壽命產生限制。
保護添加劑層中的UVA分子的種類和濃度固有地表示裝配組件的有用的使用壽命。UVA分子隨著時間的過去而可達到光化學惰性階段或存在濃度不太大以完全阻止出現光化學驅動的降解機理。添加劑層和塑料之間的界面表示起始被存在于添加劑層中的UVA分子不吸收的任何UV輻射降解的區域。因為該界面的降解有助于添加劑層的脫層，添加劑層的破壞高度依賴于被引入添加劑層中的UVA分子的濃度和使用壽命。按照本發明，塑料板的大于+5個單位的發黃指數(YI)增加已被發現與保護添加劑層的脫層，以及脆性的開始相一致。
達到顏色變化(ΔYI)+5個單位和添加劑層脫層或造成沖擊破壞所需的UV輻射曝光(UVEXP)的量可使用以下等式1預計。在該等式中，D是指衰減率，Ao是指起始測定的吸光率值，和TF是指造成″未保護的″塑料板的所述顏色改變或沖擊破壞的輻射量。通過使用該等式確定的紫外輻射曝光(UVEXP)的量以兆焦耳(MJ)給出。TF的值容易通過實驗測量″未保護的″塑料板的顏色變化或沖擊性能作為輻射曝光的函數而確定。
UVEXP=(1/D)log[(10(DTF)+10(-AO)-1)/10(-AO)]---(1)]]>按照本發明，隔離層30增加塑料板在例如表示為過量+5個單位的顏色變化(即，ΔYI)的破壞之前可經受的UV輻射量約63％。包含UVA分子的添加劑層(A2A7)所保護的聚碳酸酯(R2)板被發現通過暴露于8MJ紫外輻射而達到+5個單位的發黃指數變化(ΔYI)(參見試驗#01，表3)。比較而言，當隔離層30封裝含有UVA分子的保護性添加劑層時，相同的塑料板(R2+A2A7)被發現在暴露于大于12MJ的紫外輻射而達到+5個單位的YI變化(試驗#02，表3)。如表3所示，板破壞的實際測量時間被發現與根據等式1計算的預定破壞時間非常接近。
表3Δ(YI)≥+5個單位 Δ(YI)≥+5個單位測定 計算，等式1(兆焦耳) (兆焦耳)

#01 R2+A2A7#02 R2+A2A7+B1隔離作用按照本發明，隔離層30增加塑料板在達到″脆性″或耐沖擊性破壞之前可經受的UV輻射量約42％。僅由包含UVA分子的添加劑層(A2A7)保護的塑料板(R2)被發現通過暴露10.3MJ紫外輻射而于達到耐沖擊性的破壞點。比較而言，相同的塑料板(R2+A2A7)被發現通過暴露于約14.6MJ紫外輻射而達到耐沖擊性的破壞點，如果隔離層30包封該保護添加劑層。
進一步按照本發明，隔離層30降低保護層狀體系中的添加劑的衰減率超過約20％。例如，存在于添加劑層中的UVA分子所表現出的相對UV吸光率的衰減率通過使用本文所定義的隔離層而明顯下降。在這種情況下，衰減率(D)被定義為每兆焦耳(MJ)板或窗組件所暴露的UV輻射(波長＝340nm)，針對添加劑層中的UVA分子所測定的吸收(ABS)單位數的下降。包含UVA分子的添加劑層(A2A7)所保護的塑料板(R1)被發現具有等于約-0.20ABS/MJ曝光的在暴露于UV輻射時的UVA分子衰減率，如圖2所示(參見試驗#03)。比較而言，相同的塑料板(R1+A2A7)被發現當隔離層30包封包含添加劑層的保護UVA分子時具有等于約-0.11ABS/MJ的衰減率(參見試驗#04)。因此，隔離層30在包含UVA分子的添加劑層中的應用在這種特定情況下降低衰減率約41％。
按照本發明，隔離層30被發現意外地使分別包含不同的著色劑和色調的不透明塑料板和透明塑料窗在性能上類似。換句話說，染色或著色的塑料板和添加劑層組合的性能在采用隔離層時被歸一化。被分別表征為澄清(＞90％透明度)，日光灰色，和私密黑色的塑料板(R2，R4，R6)上的保護添加劑層(A2A7或A1A6)中的UVA分子的衰減率在有和沒有存在隔離層30的情況下測定。在不存在隔離層的情況下，保護添加劑層中的UVA分子的衰減率(D)被發現遵循D澄清＞D日光＞D私密的傾向。例如，如果塑料板涂有僅保護添加劑層(A1A6)，那么對于澄清至私密著色板，衰減率被測定為0.03至0.05ABS/MJ。UV吸光率衰減率對保護層狀體系的顏色或色調的依賴性可與塑料板所經歷的表面溫度的差異有關。例如，20℃差異存在于正經歷加速氣候試驗，ASTM G155，周期1(GMOD)的澄清和私密著色板之間。在該特殊試驗中，澄清和私密板的溫度被發現分別為70℃和90℃。按照本發明的各種實施方案，隔離層使得塑料板的壽命時間基本上類似，如果塑料板的表面溫度在約20℃和約120℃之間。
如果隔離層30被施加到保護添加劑層上，衰減率(D)被發現遵循D澄清-D日光-D私密的傾向。例如，如果塑料板涂有保護添加劑層(A1A6)和隔離層B1，衰減率被測定為約0.02ABS/MJ，對于所有的(澄清至私密)著色板。在所有情況下，衰減率通過使用隔離層30而減少超過約20％，如表4所示。隔離層30有效地減少塑料板的表面溫度對保護層狀體系的UV吸光率的衰減率的作用。
表4UVA衰減率的下降#05 R2+A2A7+B1 22％#06 R4+A2A7+B1 27％#07 R6+A2A7+B1 27％#08 R2+A1A6+B1 42％#09 R4+A1A6+B1 75％#10 R6+A1A6+B1 40％進一步按照本發明，隔離層30所表現出的隔離性能可通過測量在升高的溫度下相對暴露時間的添加劑相對損失而確定。隔離層防止添加劑損失至低于約0.15％(在100小時暴露于70℃之后)，優選約0.50％(在300小時之后)，或更多優選約0.80％(在500小時之后)。添加劑的具體性能可作為時間函數而被監控以確定添加劑的相對損失。例如，如果添加劑是UVA分子，可以測定UVA吸收單位作為暴露于溫度70℃的時間(小時)函數的損失以確定相對損失。隔離層30在這種特定情況下被發現防止下面添加劑層(A2A7)和塑料板(R2)的UVA分子損失至低于0.157％，0.470％，和0.780％，分別在約70℃下暴露約100，300，和500小時之后(參見試驗#16，表5)。總之，隔離層30減少含添加劑的下層和塑料板的添加劑損失速率超過約300％。
塑料板10可包括任何熱塑性或熱固性聚合物樹脂。塑料板可以是不透明，透明或其混合形式。聚合物樹脂可包括但不限于聚碳酸酯，丙烯酸，聚芳基化物聚酯，聚砜，聚氨酯，硅氧烷，環氧，聚酰胺，聚烷烯，和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，以及其共聚物，共混物，和混合物。優選的透明，熱塑性樹脂包括但不限于聚碳酸酯樹脂，丙烯酸樹脂，聚芳基化物樹脂，聚酯樹脂，和聚砜樹脂，以及共聚物和其混合物。塑料板可進一步包括各種添加劑，如著色劑，流變控制劑，脫模劑，抗氧化劑，紫外吸收(UVA)分子，和IR吸收或反射顏料，以及其它。塑料板可通過使用本領域熟練技術人員已知的任何技術，如擠塑，模塑(包括注塑，吹塑，和壓塑)，或熱形成(包括熱成型，真空成型，和冷成型)而成型為裝配組件。
添加劑層20可包括但不限于硅氧烷，聚氨酯，丙烯酸，聚酯，環氧，和其混合物或共聚物。添加劑層可被擠出或鑄塑成薄膜或作為離散涂層而施用。多個含添加劑的涂層包括丙烯酸底漆和硅氧烷硬涂層或聚氨酯中間層可用于增加塑料板的保護。多個添加劑涂層的例子包括丙烯酸底漆(SHP401，GE Silicones，Waterford，NY)和硅氧烷硬涂層(AS4000，GE Silicones)的組合。添加劑層中的添加劑可以是著色劑(色調)，流變控制劑，脫模劑，抗氧化劑，紫外吸收(UVA)分子，和IR吸收或反射顏料，以及其它。添加劑涂層可通過浸涂，流涂，噴涂，簾幕涂布，或本領域熟練技術人員已知的其它技術而施用。添加劑薄膜層可通過模內裝飾，膜嵌件模塑，鑄塑，或本領域熟練技術人員已知的其它技術而施用。
其損失優選通過使用隔離層30而控制的添加劑包括紫外吸收(UVA)分子，以及其它。UVA分子可包括，但不限于，羥基二苯酮，聚苯甲酰基間苯二酚，或其組合，以及2-乙基己基-2-氰基-3，3-二苯基氰基丙烯酸酯的衍生物。如果UVA分子被硅烷基化以使UVA分子鍵接到涂層網狀結構中，作為不能鍵接到網狀結構中以使隔離層具有顯著作用的添加劑存在的UVA分子的比例優選為約5％。
隔離層30可包括任何已知的導電或介電材料，其中無機介電材料，有機介電材料，或其混合物和共混物是優選的。無機介電材料的例子包括但不限于氧化鋁，氟化鋇，氮化硼，氧化鉿，氟化鑭，氟化鎂，氧化鎂，氧化鈧，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化鉭，氧化鈦，氧化錫，氧化錫銦，氧化釔，氧化鋅，硒化鋅，硫化鋅，氧化鋯，鈦酸鋯，或玻璃，和其混合物或共混物。有機介電材料可包括但不限于金剛石狀碳和″密集″聚合物體系，如氨基甲酸乙酯，環氧化物，丙烯酸酯，硅氧烷，和其混合物或共混物。聚合物體系被認為是″密集″聚合物體系，如果它滿足本文所定義的對隔離層30的性能標準。
隔離層30可通過本領域熟練技術人員已知的任何合適的技術而施用。這些技術包括從反應性物質，如用于真空輔助沉積工藝，和大氣涂布工藝的那些，如用于將溶膠-凝膠涂料施用到基材上的那些反應性物質沉積。真空輔助沉積工藝的例子包括但不限于等離子體增強的化學汽相沉積，離子輔助等離子體沉積，磁控管濺射，電子束蒸發，和離子束濺射。大氣涂布工藝的例子包括但不限于簾幕涂布，噴涂，旋涂，浸涂，和流動涂布。
具有塑料板，兩個添加劑涂層和隔離層30的保護層狀體系的例子包括聚碳酸酯/丙烯酸/硅氧烷/″玻璃狀″體系。在這些體系中，聚碳酸酯表示透明塑料板，丙烯酸和硅氧烷中間層表示兩個添加劑層20，而″玻璃狀″外最層表示隔離層30。
隔離層30的厚度可以是約1微米至約100微米。隔離層30的最佳厚度取決于該層防止下層的添加劑損失的效力和該層所具有的光學性能。具有透明塑料板，任何添加劑層，和隔離層30的總窗組件優選滿足表1所規定的對于霧度和光傳輸的光學要求。同樣，添加劑層的厚度可以是約1微米至約100微米，取決于其光學性能和影響總體窗組件的性能。
以下具體例子用于說明本發明和不應理解為限定本發明的范圍。
實施例1-樣品制備平板使用市售聚碳酸酯樹脂(LS2，GE Plastics，MountVernon，Indiana或AL2647，Bayer AG，德國)或配制成在波長范圍315-360納米內具有低于約1吸收單位(ABS)的UV吸收光譜的特殊型號的該樹脂(M2808，Bayer AG，德國或101-111 N，GE Plastics，MountVernon，Indiana，USA)模塑。用于模塑塑料板的每種樹脂進一步在表2中作為R1至R6標識。
用于形成每個板的聚碳酸酯樹脂是澄清的(R1和R2)，染色的(R3和R5)，或著色的(R4和R6)。染色板中的樹脂包含顏色添加劑或著色劑，這樣生產被染色成該顏色的板。著色板通過向澄清(R1和R2)板的背面印刷著色油墨或粘附著色膜(如，板)而制成。
所制的板隨后涂以一個或多個添加劑涂層，如表2作為A1至A9所示。在施用每一添加劑涂層之后，將涂層″閃蒸″或空氣干燥20-30分鐘，然后在約110-130℃下熱固化約30-60分鐘。施用市售涂層并根據制造商推薦的條件固化。
一半的涂有每一添加劑層或添加劑層的組合的板隨后施用上隔離層30，該層的性質在表2中描述。隔離層30根據M.Schaepkens，S.Selenzneva，P.Moeleker，和C.D.lacovangelo出版的文章中所述的條件和參數被施用或沉積到最外添加劑層的表面上雜志真空科學和技術A，21(4)，2003，pgs 1266-1271，其整個內容在此作為參考并入本發明。
由各種樹脂(R1-R6)模塑和涂有各種添加劑層(A1-A9)并有或沒有施用隔離層30的所有板隨后用于隨后實施例以評估隔離作用。在該實施例中制備的所有透明板上延性的且滿足在表1中規定的光學傳輸(％)和起始霧度(％)要求。
實施例2-隔離作用熱損失將在實施例1中制備的一部分板在對流爐中在70℃下暴露于熱。每個板使用光譜計在暴露于升高的溫度用于0，24，72，144，312，648，1008，1368，和1728小時之后進行檢查。光譜分析使用Cary 500掃描UV-Vis-NIR光譜計(Varian，Palo Alto，CA)在波長范圍215-500納米內在掃描速率300納米/分鐘下進行。
對于所評估的每個板，得到UV吸光率的10次冪減去1的對數(Log[10ABS-1])相對暴露于70℃的時間長短的圖。這種作圖的一個例子在圖3中針對標為R2+A2A7(試驗#13)和R2+A2A7+B1(試驗#16)的兩個板給出。線性回歸曲線擬合分析用于得到每一所評估的板的斜率和y-截距。該線的斜率表示添加劑(UVA分子)損失的速率，以ABS/小時的單位數表示。在某些特定時間間隔內，隨后計算出添加劑損失的百分數并在存在和不存在隔離層30的情況下比較相同的樹脂和添加劑層體系。
針對有和沒有施用隔離層30的多個添加劑層體系，確定添加劑損失的速率和添加劑損失的百分數作為時間的函數，如表5所示。沒有施用隔離層30的各種添加劑層組合(試驗#11-13)被確定為其吸收UV輻射的能力在暴露于70℃100小時之后下降約0.3至0.6％；在300小時之后約0.9至1.8％；和在約500小時之后約1.4至3.0％。這些各種添加劑層組合(試驗#11-13)的添加劑吸收損失的速率是1.0×10-4至8.9×10-5ABS/小時。
比較而言，在隔離層30(試驗#14-16)的存在下的相同添加劑層組合被發現具有明顯下降的添加劑損失速率。施用有隔離層30的各種添加劑層組合(試驗#14-16)被確定為其吸收UV輻射的能力在暴露于70℃100小時之后下降約0.05至0.2％；在300小時之后約0.2至0.5％；和在500小時之后約0.3至0.8％。具有隔離層30的這些各種添加劑層組合的添加劑吸收損失速率(試驗#14-16)是1.0×10-5至2.0×10-5ABS/小時。隔離層30在該具體例子(參見圖3)中的總體作用是，與沒有隔離層(試驗#11-13)的相同的體系相比，在暴露于升高的溫度規定的時間之后，使添加劑(UVA分子)層在隔離層(試驗#14-16)存在下吸收UV輻射的能力增加大于300％。
表5

添加劑層

#11 R2+A5A9#12 R2+A1A6#13 R2+A2A7加上隔離層

#14 R2+A5A9+B1#15 R2+A1A6+B1#16 R2+A2A7+B1隔離作用

#11-#14#12-#15#13-#16該實施例說明，隔離層30防止添加劑損失至低于約0.15％(在70℃下暴露100小時之后)，優選約0.50％(在約300小時之后)，和更優選約0.80％(在約500小時之后)。該實施例進一步說明隔離層30針對不同的下面添加劑層(如，A1A6，A2A7，和A5A9)表現類似的能力。
實施例3-隔離作用速率損失(ABS/MJ)將在實施例1中制備的一部分板在幾種不同的天然和加速氣候試驗中暴露于UV-可見光。在其中一種試驗中，板(試驗#17-24)在AtlasC5000i老化試驗計中，使用ASTM G155周期1(GMOD)人造氣候程序使用以下特定條件進行UV-可見光(1)UV源是氙弧，具有硼硅酸鹽內和硼硅酸鹽外濾光片，光譜強度0.75W/m2，在340nm；(2)黑板溫度75℃；(3)相對濕度30％；和(4)干球溫度55℃。使用ASTM D 3359-92a在每1.2MJ/m2UV曝光之后檢查所有板是否存在微開裂，自發脫層，或粘附性破壞。一旦破壞，將板撤離測試。
將在實施例1中制備的另一部分的板(試驗#25-28)在佛羅里達和亞利桑那在5度角度下暴露于戶外天然氣候。使用ASTM D 3359-92a每6個月檢查每個板是否出現微開裂，自發脫層，或粘附性破壞。一旦破壞，將板撤離測試。
將在實施例1中制備的另一部分的板(試驗#25-28)在亞利桑那使用ASTM G90周期3(ASTM D4141)在QTRAC(Q-PANEL，Cleveland，OH)設備上暴露于加速戶外氣候。使用ASTM D 3359-92a每6個月檢查每個板是否出現微開裂，自發脫層，或粘附性破壞。一旦破壞，將板撤離測試。
最后，將在實施例1中制備的另一部分板，以及未涂覆樹脂(R1-R6)板使用QUV噴霧老化試驗計(Q-Panel Lab Products，Cleveland，OH)暴露于UV-可見光。ASTM G154。周期4人造氣候程序用于該試驗，但有一個變化。該變化包括，將板在340nm波長下使用熒光燈連續暴露于光譜強度1.35W/m2。視覺和利用光譜方法檢查所有板在0，24，72，144，312，648，720，和1440小時曝光之后的氣候損害(如，微開裂和涂層脫層)。
板的光譜分析使用Cary 500掃描UV-可見-NIR光譜計(Varian，Palo Alto，CA)在波長范圍215-500nm內在掃描速率300nm/min下進行。黃度指數使用ASTM E313-00(用于從儀器測定的顏色坐標計算黃度和白度指數的常規作法)，使用BYK顏色指標(顏色體系CIELab；指數YE 313-98，照明/觀察者D65/10°)確定。
將未涂覆(不添加劑層)聚碳酸酯板的黃色指數相對在波長340nm下由UV輻射曝光引起的測定的吸收(ABS)變化作圖。將線性回歸曲線擬合應用于該作圖，所得斜率用作光-Fries校正因子。該校正因子用于確定在340nm下由于UVA分子在包括聚碳酸酯樹脂和各種添加劑層的板中的損失而產生的校正吸光率。針對每個所評估的板，使用校正吸光率值，將吸光率的10次冪減去1的對數(即，Log[10ABS-1])相對UV輻射曝光量(MJ/m2)作圖。這種作圖的一個例子在圖2中針對標為R1+A2A7的板(試驗#03)和標為R1+A2A7+B1(試驗#04)的板給出。衰減率或吸收損失速率(ABS/MJ)被定義為得自該分析的線性曲線的斜率。
最后，在實施例1中制備的另一部分板(試驗#17-24)的耐磨性根據ASTM D1044(1000個周期，CSF10輪)測試。
實施例1中制備的板在暴露于上述各種加速和天然氣候條件之后得到的試驗結果在表6中給出。將具有聚碳酸酯樹脂(R3)和各種添加劑層的板，如A1A6(試驗#17)，A2A7(試驗#18和25)，A8(試驗#21和27)，和A3(試驗#23)，在有和沒有加入隔離層(參見試驗#18，20，22，24，26，和28)的情況下進行直接比較。該實施例說明，隔離層30的存在明顯增加添加劑層和樹脂板在氣候條件下的穩定性。
表6

#17 R3+A1A6#18 R3+A1A6+B1#19 R3+A2A7#20 R3+A2A7+B1#21 R3+A8#22 R3+A8+B1#23 R3+A3#24 R3+A3+B1

#25 R3+A2A7#26 R3+A2A7+B1#27 R3+A8#28 R3+A8+B1

#29 R3+A2A7+B1#30 R3+A8+B1#31 R3+A4+B2#32 R3+A4+B2B1隔離層30的存在增加板在ASTM G155周期1(GMOD)測試過程中可暴露的UV輻射的量(MJ/m2)。該增加直接與透明板或窗在實際的使用中的使用壽命的增加相關。該增加是約10％(將試驗#21至#22和#23至#24比較)至大于50％(將試驗#17至#18和#19至#20比較)。類似地，每一板在UV曝光過程中的吸收損失速率在存在隔離層30時下降。損失速率的這種下降(ABS/MJ)被發現大于約30％，對于在隔離層30存在下(將試驗#21與#22，#23與#24，#17與#18，和#19與#20比較)評估的所有添加劑體系。在分析過程中進行的每一比較中的板的添加劑層的厚度是幾乎相當的，這樣消除了所存在的較大量的添加劑可帶來所觀察到的性能差異的可能性。例如，試驗#17(7.3μm)中的板上的添加劑層的厚度類似于試驗#18(7.2μm)中的板上的添加劑層的厚度。
隔離層30的存在增加板在ASTM G90，周期3(QTRAC)測試，佛羅里達自然氣候，亞利桑那自然氣候，和ASTM G154，周期4(QUVA)測試過程中可暴露的UV輻射量。該增加直接與透明板或窗在實際使用中的使用壽命的增加相關。在QTRAC測試中，該增加是25％(比較試驗#27至#28)至約100％(比較試驗#25至#26)。在佛羅里達和亞利桑那自然氣候試驗中，該增加是約25％(在佛羅里達，對于試驗#27和#28)至大于50％(在佛羅里達，對于試驗#25和#26，和在亞利桑那(將試驗#25與#26和#27與#28比較)。
在QUVA測試中，在采用隔離層30時所觀察到的紫外吸收分子的衰減率的下降大于約27％，如試驗#29-32所示。在所有這些試驗中，衰減率(ABS/MJ)的百分變化通過將有和沒有存在隔離層30的同一體系進行比較而得到。在試驗#32中，兩個隔離層(B1B2)的存在被發現最大地降低紫外吸收分子的衰減率達71％。在所有情況下，在分析中進行的每一比較的添加劑層的厚度是相當的。
隔離層(B1)的應用增加添加劑層和板的耐磨性。如表6所示，添加劑層的耐磨性增加超過100％，對于所有的直接比較(參見試驗#17對#18，#19對#20，#21對#22，和#23對#24)。該實施例說明，隔離層30可增加耐磨性。
實施例4-隔離作用對顏色改變的拒絕將在實施例1中制備的一部分板在佛羅里達在5度角度下暴露于自然戶外氣候和進行ASTM G155周期1(GMOD)測試。將在佛羅里達進行氣候的每一板每6個月使用ASTM D 3359-92a檢查是否出現微開裂，自發脫層，或粘附性破壞。類似地，在每1.2MJ/m2UV曝光之后將進行GMOD測試的所有板進行上述破壞模式方面的檢查。在該實施例中評估的每一的所得結果在表7中給出。
表7 隔離層30的存在使得塑料板和添加劑層在達到破壞點之前吸收較大量的UV輻射。這種增加與保護層狀體系或塑料窗的預期使用壽命的增加相關。具有隔離層30的日光染色板被發現在破壞之前的曝光時間有26％增加(比較試驗#34至#33)。類似地，分別的具有隔離層30私密著色板(比較#38至#37)和私密染色板(比較#36至#35)被發現在破壞之前的曝光時間有116％和200％增加。該實施例說明，隔離層30的一種預期作用是抵消板或添加劑層顏色影響裝配組件使用壽命的任何作用。換句話說，染色或著色的塑料板和添加劑層組合的性能在采用隔離層30時被歸一化。染色日光(試驗#34)和染色私密(試驗#36)保護層狀板在隔離層30存在下的性能被發現都歸一化至壽命時間約3年。
本領域熟練技術人員根據以上描述可以認識到，在不背離以下權利要求所確定的本發明范圍的情況下，可對本發明的優選實施方案進行改進和變化。本領域熟練技術人員進一步認識到，例如描述于優選實施方案的對添加劑速率損失的測量是可通過各種不同的試驗方法得到的標準測量。描述于實施例的試驗方法表示僅一種可用于得到每一所需測量值的方法。
權利要求
1.一種用于裝配組件的保護層狀體系，包括塑料板；和至少兩個與塑料板整合成的保護層；其中一個保護層是減少所懸浮的添加劑損失的隔離層，并且不共價鍵接在任何下面保護層或塑料板的結構中。
2.權利要求1的保護層狀體系，其中添加劑損失時的衰減率被該隔離層限制至低于在不存在隔離層時的添加劑損失衰減率的約95％。
3.權利要求2的保護層狀體系，其中添加劑損失時的衰減率被該隔離層限制至低于在不存在隔離層時的添加劑損失衰減率的約90％。
4.權利要求3的保護層狀體系，其中添加劑損失時的衰減率被該隔離層限制至低于在不存在隔離層時的添加劑損失衰減率的約85％。
5.權利要求1的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約500小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.8％體積。
6.權利要求1的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約300小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.5％體積。
7.權利要求1的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約100小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.15％體積。
8.權利要求1的保護層狀體系，其中隔離層減少分子直徑大于約150皮米的添加劑的損失。
9.權利要求8的保護層狀體系，其中隔離層減少分子直徑大于約200皮米的添加劑的損失。
10.權利要求9的保護層狀體系，其中隔離層減少分子直徑大于約300皮米的添加劑的損失。
11.權利要求1的保護層狀體系，其中隔離層的厚度是約1微米至100微米。
12.權利要求1的保護層狀體系，其中塑料板是著色，染色，或其混合形式。
13.權利要求12的保護層狀體系，其中如果塑料板的表面溫度在約20℃和約120℃之間，隔離層使得塑料板的壽命時間基本上類似。
14.權利要求12的保護層狀體系，其中對于任何著色或染色塑料板，隔離層使得塑料板的使用壽命基本上類似。
15.權利要求14的保護層狀體系，其中染色塑料板是起始霧度水平低于約1％和透光度大于約20％的窗組件。
16.權利要求15的窗組件，其中在暴露于1000個周期Taber試驗(CSF10輪)之后的霧度％的變化低于約10％。
17.權利要求16的窗組件，其中在暴露于1000個周期Taber試驗(CSF10輪)之后的霧度％的變化低于約2％。
18.權利要求15的窗組件，其中窗組件的透光度大于約70％。
19.權利要求18的窗組件，其中窗組件的透光度大于約90％。
20.權利要求14的保護層狀體系，其中著色塑料板是不透明的。
21.權利要求1的保護層狀體系，其中裝配組件在GMOD試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約10％以上。
22.權利要求1的窗組件，其中裝配組件在QTRAC試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約25％以上。
23.權利要求1的保護層狀體系，其中裝配組件在QUVA試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約40％以上。
24.權利要求1的保護層狀體系，其中裝配組件在自然風化試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約25％以上。
25.權利要求1的保護層狀體系，其中塑料板是選自聚碳酸酯樹脂，丙烯酸樹脂，聚芳基化物樹脂，聚酯樹脂，聚砜樹脂，和其混合物，共混物或共聚物的一種。
26.權利要求1的保護層狀體系，其中保護層是選自涂層，鑄塑膜，或擠出膜中的一種。
27.權利要求26的保護層狀體系，其中保護層是選自硅氧烷硬涂層，聚氨酯涂層，和丙烯酸涂層或其組合中的一種。
28.權利要求1的保護層狀體系，其中隔離層是選自導電材料，無機介電材料，有機介電材料，或其混合物和共混物中的一種。
29.權利要求28的保護層狀體系，其中無機介電材料選自氧化鋁，氟化鋇，氮化硼，氧化鉿，氟化鑭，氟化鎂，氧化鎂，氧化鈧，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化鉭，氧化鈦，氧化錫，氧化錫銦，氧化釔，氧化鋅，硒化鋅，硫化鋅，氧化鋯，鈦酸鋯，玻璃，或其混合物或共混物。
30.權利要求28的保護層狀體系，其中有機介電材料選自金剛石狀碳或密集聚合物。
31.權利要求30的保護層狀體系，其中密集聚合物選自氨基甲酸乙酯，環氧化物，丙烯酸酯，硅氧烷，或其混合物或共混物。
32.權利要求1的保護層，其中添加劑是選自分散劑，表面活性劑，增塑劑，流動添加劑，脫模劑，抗氧化劑，紫外吸收分子，IR吸收顏料，或IR反射顏料。
33.權利要求32的保護層，其中紫外吸收分子選自羥基二苯酮衍生物，聚苯甲酰基間苯二酚衍生物，2-乙基己基-2-氰基-3，3-二苯基氰基丙烯酸酯，或其混合物或共混物。
34.權利要求33的保護層，其中羥基二苯酮或聚苯甲酰基間苯二酚的衍生物用大于約5％殘留的非共價鍵接到添加劑層結構中的UVA甲硅烷基化。
35.權利要求1的保護層狀體系，其中隔離層是保護層狀體系中的最外層。
36.權利要求1的保護層狀體系，其中隔離層位于另一保護層和塑料板之間。
37.權利要求1的保護層狀體系，其中保護層狀體系包括超過一層的隔離層。
38.一種用于裝配組件的保護層狀體系，包括塑料板；和至少一保護層，該層是用于減少所懸浮的添加劑的損失且不共價鍵接在塑料板的結構中的隔離層。
39.權利要求38的保護層狀體系，其中添加劑損失時的衰減率被該隔離層限制至低于在不存在隔離層時的添加劑損失衰減率的約95％。
40.權利要求38的保護層狀體系，其中添加劑損失時的衰減率被該隔離層限制至低于在不存在隔離層時的添加劑損失衰減率的約90％。
41.權利要求38的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約500小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.8％體積。
42.權利要求38的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約300小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.5％體積。
43.權利要求38的保護層狀體系，其中在溫度約70℃下暴露約100小時時，添加劑損失被該隔離層限制至低于約0.15％體積。
44.權利要求38的保護層狀體系，其中隔離層減少分子直徑大于約150皮米的添加劑的損失。
45.權利要求38的保護層狀體系，其中隔離層的厚度是約1微米至100微米。
46.權利要求38的保護層狀體系，其中塑料板是著色，染色，或其混合形式。
47.權利要求46的保護層狀體系，其中對于任何著色或染色塑料板，隔離層使得塑料板的使用壽命基本上類似。
48.權利要求47的保護層狀體系，其中染色塑料板是起始霧度水平低于約1％和透光度大于約20％的窗組件。
49.權利要求48的保護層狀體系，其中在暴露于1000個周期Taber試驗(CSF10輪)之后的霧度的百分變化低于約10％。
50.權利要求48的保護層狀體系，其中窗組件的透光度大于約70％。
51.權利要求47的保護層狀體系，其中著色塑料板是不透明的。
52.權利要求38的保護層狀體系，其中裝配組件在GMOD試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比窗組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約10％以上。
53.權利要求38的保護層狀體系，其中裝配組件在QTRAC試驗中沒有破壞地暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約25％以上。
54.權利要求38的保護層狀體系，其中裝配組件在QUVA試驗中沒有破壞地可暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約40％以上。
55.權利要求38的保護層狀體系，其中裝配組件在自然風化試驗中沒有破壞地可暴露的UV輻射量比裝配組件在不存在隔離層的情況下所確立的UV輻射曝光極限多約25％以上。
56.權利要求38的保護層狀體系，其中塑料板選自聚碳酸酯樹脂，丙烯酸樹脂，聚芳基化物樹脂，聚酯樹脂，聚砜樹脂，或其混合物，共混物或共聚物。
57.權利要求38的保護層狀體系，其中隔離層是選自導電材料，無機介電材料，有機介電材料，或其混合物和共混物。
58.權利要求38的保護層狀體系，其中無機介電材料選自氧化鋁，氟化鋇，氮化硼，氧化鉿，氟化鑭，氟化鎂，氧化鎂，氧化鈧，一氧化硅，二氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧碳化硅，碳化硅，氧化鉭，氧化鈦，氧化錫，氧化錫銦，氧化釔，氧化鋅，硒化鋅，硫化鋅，氧化鋯，鈦酸鋯，玻璃，或其混合物或共混物。
59.權利要求38的保護層狀體系，其中添加劑選自分散劑，表面活性劑，增塑劑，流動添加劑，脫模劑，抗氧化劑，紫外吸收分子，IR吸收顏料，或IR反射顏料。
全文摘要
本發明提供一種用于裝配組件的保護層狀體系。該保護層狀體系包括塑料板和至少兩個與塑料板整合成的保護層。一種保護層被構造成隔離層以減少所懸浮的添加劑的損失，且不共價鍵接在任何下面保護層或塑料板的結構中。對于各種著色或染色塑料板或保護層，裝配組件所表現出的氣候性能是類似的。
文檔編號C08J7/04GK1942512SQ200480042915
公開日2007年4月4日 申請日期2004年10月27日 優先權日2004年3月9日
發明者J·薩金特, H·布萊迪斯, K·D·韋斯 申請人:埃克阿泰克有限責任公司