Композиция твердого покрытия на основе полиметилметакрилата и изделие с покрытием

Композиция твердого покрытия на основе полиметилметакрилата и изделие с покрытием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ

Данное заявление испрашивает приоритет по Предварительной заявке США №61/614297, поданной 22 марта 2012 года, содержание которой включено в качестве представленного в полном объеме ссылочного документа к настоящему документу.

ЗАЯВЛЕНИЕ О ФИНАНСИРОВАНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА

Это изобретение было создано при поддержке правительства по контракту № DE-FC36-08GO18027, заключенному с Департаментом энергетики. Правительство имеет определенные права на это изобретение.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полимерная пленка и другие подложки широко используются для внутреннего и наружного применения. Часто требуется, чтобы полимерная пленка и подложки имели специальное покрытие, защищающие от волн, царапин и других дефектов. Тем не менее, полимерные поверхности, как правило, являются несколько мягкими и легко царапаются или портятся. В результате ударов или другого контакта с абразивными частицами незащищенная полимерная поверхность может поцарапаться, а контактирование с материалом при мытье также может привести к повреждению. Для решения этой проблемы на полимерную пленку и подложки иногда наносят защитные покрытия. Отверждаемые ультрафиолетовым излучением и другие радиационно-отверждаемые акриловые покрытия могут применяться для некоторых полимерных поверхностей, чтобы обеспечить защитный слой, который иногда называют твердым покрытием.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание изобретения относится к композициям покрытий, которые могут быть применены для полимерных поверхностей. Полученные покрытия, как правило, хорошо пристают/наносятся к/на полимерные подложки даже после ускоренного испытания на атмосферные воздействия, что может сделать их полезными для применения, например, в области преобразования солнечной энергии. Композиции для покрытия, как правило, обеспечивают покрытия, которые более устойчивы к истиранию, чем полимерные субстраты, что подтверждают измерения матовости после абразивного истирания падающим песком. В некоторых вариантах осуществления, покрытые изделия, описанные здесь, становятся легко очищаемыми и/или препятствуют накоплению пыли.

С одной стороны, настоящее описание изобретения относится к композиции покрытия. Композиция покрытия состоит из полимера или сополимера полиметилметакрилата, мономера и стабилизатора ультрафиолетового света. Полимер или сополимер полиметилметакрилата имеет среднюю молекулярную массу не менее 50.000 грамм на моль. Мономер, который может состоять из одного или нескольких мономеров, включает, по меньшей мере, одно из следующих веществ: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметакрилат. Алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат и/или циклоалкилен-диметакрилат составляет минимум 80 процентов от массы мономера.

С другой стороны, настоящее описание изобретения относится к изделию, состоящему из подложки и первого слоя покрытия поверхности подложки. Первый слой покрытия получают путем отверждения композиции покрытия, описанной в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления изделие дополнительно включает в себя второй слой покрытия, который наносится на первый. В некоторых из этих вариантов осуществления, второй слой покрытия содержит частицы диоксида кремния со средним размером частиц до 500 нанометров.

С другой стороны, настоящее описание изобретения относится к способу изготовления изделия. Способ включает контактирование поверхности подложки с композицией для покрытия, описываемой в данном документе; удаление органического растворителя, если он присутствует, из композиции покрытия и отверждение композиции под воздействием актиничного излучения для формирования первого слоя покрытия на поверхности полимерной подложки. Как правило, в данном способе, композиция покрытия включает фотоинициатор.

В некоторых вариантах осуществления, из указанных выше аспектов, касающихся изделия или способа изготовления изделия, подложка является полимерным субстратом. В других вариантах осуществления подложка представляет собой термопластичный субстрат. В некоторых из этих вариантов осуществления, подложка включает в себя акрил, сложный полиэфир, поликарбонат, смесь ПВДФ и ПММА или их комбинацию.

В данном заявлении такие артикли, как "a", "an" и "the" не означают только конкретное вещество, но включают общий класс, конкретный пример которого может использоваться для иллюстрации. Артикли "a", "an" и "the" взаимозаменяются понятием "по крайней мере, один". Фраза "по крайней мере, один из", означает по меньшей мере, один из следующего перечня и относится к любому из его пунктов и любой комбинации из двух или более элементов перечня. Все числовые диапазоны указаны с учетом их конечных точек и дробных значений между конечными точками, если не указано иное. Понятия "алкильная группа", "алкилен" и приставка "алк-" включают группы как с линейной, так и с разветвленной цепью. "Алкилен" является двухвалентной формой "алкила". Если не указано иное, алкильные или алкиленовые группы в данном описании имеют до 20 атомов углерода. Циклоалкильные и циклоалкиленовые группы могут быть моноцикличными или полицикличными и, если не указано иное, имеют от 3 до 10 атомов углерода в кольце. Алкильные, алкиленовые, циклоалкильные и циклоалкиленовые группы содержат только атомы углерода и водорода.

Термин "растворитель" относится к однородной жидкости материала, которая может включать одно или несколько соединений и которая может включать в себя или не включать воду, способной, по меньшей мере, частично растворять композицию покрытия, описанную в настоящем документе, при 25°С.

Термин "полимер" относится к молекуле, которая имеет структуру, состоящую из многократного повторения звеньев, образованных, фактически или теоретически, из молекул с низкой относительной молекулярной массой.

Термин "мономер" относится к молекуле с низкой относительной молекулярной массой, которая может соединяться с другими и образовывать полимер, который может быть акриловый полимером или сополимером.

Термин "акриловый" включает акриловые и метакриловые полимеры, которые могут быть сополимерами, образованные из одного или нескольких акрилатов или метакрилатов или других виниловых мономеров.

Приведенное выше краткое изложение настоящего изобретения не описывает каждый вариант осуществления изделия или каждый вариант осуществления настоящего изобретения. Описание, которое следует ниже, в частности, иллюстрирует варианты примеров осуществления. Следует понимать, таким образом, что схемы и дальнейшее описание приводятся только для иллюстрации и не должны рассматриваться как неоправданно ограничивающие область настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Что представляет собой изделие, можно более полно понять при рассмотрении следующего подробного описания различных вариантов осуществления настоящего изделия с прилагаемыми схемами, на которых:

ФИГ. 1 - это снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа, при увеличении репрезентативной поверхности Образца 1С в 60,000х, после ускоренного испытания на атмосферные воздействия;

ФИГ. 2 - это снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа при увеличении репрезентативной поверхности Образца 1D в 60,000х после ускоренного испытания на атмосферные воздействия; и

ФИГ. 3 - это снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа, при увеличении репрезентативной поверхности Образца 3В в 60,000х, после ускоренного испытания на атмосферные воздействия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Область, в которой могут быть полезны износостойкие полимерные поверхности, - это область преобразования солнечной энергии, в которой солнечный свет преобразовывается в электроэнергию. Технология концентрированной солнечной энергии (КСЭ, что также означает "концентрация солнечной энергии") использует солнечный свет для нагрева теплоносителя и последующей передачи тепловой энергии (например, для отопления) или ее конвертации в электроэнергию (например, путем использования турбогенератора). В системах КСЭ обычно используются линзы или отражатели, которые фокусируют солнечный свет на большом пространстве в маленький пучок. Затем концентрированный солнечный свет используется в качестве источника тепла для обычной электростанции (например, генератора паровой турбины). Фотоэлектрические системы или фотогальванические электрогенерирующие установки, использующие концентрированный солнечный свет (ФЭС), включают фотоэлементы или другие фотоэлектрические материалы, которые преобразуют энергию солнечного света в электрическую. Светоотражающие, преломляющие или оба отражающие и преломляющие элементы используются для концентрирования солнечного света на фотоэлектрических элементах или материалах. Использование светоотражающих и/или светопреломляющих материалов позволяет уменьшить количество более дорогих фотоэлектрических материалов, необходимых для системы.

Для того чтобы преобразование солнечной энергии могло конкурировать с более традиционными источниками электроэнергии, продолжается вестись работа над снижением затрат и/или повышением эффективности систем преобразования солнечной энергии. Зеркало в сборе, основу которого вместо стеклянных зеркальных систем составляют посеребренные полимерные зеркальные пленки, способствует снижению стоимости монтажа системы солнечных полей на 20% и более, но полимерная зеркальная пленка менее устойчива к истиранию и хуже очищается, чем ее аналоги на основе стекла.

Свойство отражателей и линз, используемых в системах преобразования солнечной энергии, хорошо очищаться без повреждений очень важно, так как загрязнение и царапины на их поверхности могут отрицательно повлиять на точность направления лучей света от этих элементов. Примеры негативных последствий от загрязнения и царапин на поверхности включают потери на отражении от зеркальных пленок, снижение концентрации света от линз Френеля и нарушение реотражения от световозвращающих элементов. Потери при зеркальном отражении непосредственно приводят к снижению количества получаемой энергии. Поэтому необходимо улучшить коэффициент зеркального отражения поверхности полимерных зеркальных пленок, чтобы их производительность не уступала зеркальным системам, выполненным на основе стекла.

Композиция для покрытия согласно настоящему описанию изобретения обеспечивает, как правило, износостойкое покрытие полимерных поверхностей. Композиции для покрытия, в основном, хорошо прилипают к полимерным поверхностям даже после испытания на атмосферное воздействие. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления покрытие можно чистить или устойчиво к пыли.

Композиция покрытия в соответствии с настоящим описанием включает в себя полимер полиметилметакрилат (ПММА), который может быть гомополимером или сополимером. Полимер ПММА или сополимер имеет среднюю молекулярную массу не менее 50000 грамм на моль. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения полимер или сополимер ПММА имеет среднюю молекулярную массу не менее 75000 грамм на моль, 100000 грамм на моль, 120000 грамм на моль, 125000 грамм на моль, 150000 грамм на моль, 165000 грамм на моль или 180000 грамм на моль. Полимер или сополимер ПММА может иметь среднюю молекулярную массу до 500000 грамм на моль, в некоторых вариантах осуществления - вплоть до 400000 грамм на моль, а в некоторых - до 250000 грамм на моль. Следует понимать, что полимер или сополимер ПММА, как правило, представляет собой линейный полимер или сополимер. Если средняя молекулярная масса полимера или сополимера ПММА составляет свыше 50000 грамм на моль, как описано в любом из указанных выше вариантов осуществления, то он имеет достаточно длинную полимерную цепь для взаимопроникновения с сеткой диакрилата или диметакрилата после отверждения. Не желая быть связанными соответствием какой-либо теории, авторы полагают, что в результате разрыва цепи, вызванного воздействием УФ-света, цепи полимера или сополимера ПММА в отвержденной композиции для покрытия не высвобождаются полностью.

Величину средней молекулярной массы можно измерять, например, с помощью гель-проникающей хроматографии (т.е. эксклюзионной хроматографии размеров (ЭХР)) с использованием способов, известных в данной области. В основном, средняя молекулярная масса полимера или сополимера ПММА, применяемого в настоящем изделии, соответствует любому из вышеупомянутых вариантов осуществления, как определено ЭХР с помощью 4 колонок "PL-GEL" («Полимер Лэбс», Англия), 30×0,78 см, последовательно, с диаметром частиц геля 5 мкм и номинальной пористостью отдельных колонок: 500, 103, 104 и 105 соответственно. Растворы-образцы, концентрацией примерно 0,2% (масса/объем), получают, растворяя в дистиллированном тетрагидрофуране, который также является хроматографическим элюентом. Перед инъекциями растворы фильтруют мембранными шприцевыми фильтрами размером пор 0,45 микрометра. Объем инъекции 200 мкл и скорость потока элюента 1 куб. сантиметр в минуту. В полимерные растворы может добавляться О-дихлорбензол для соблюдения внутреннего стандарта расхода. Калибровка колонки может устанавливаться согласно стандартам узкого распределения ПММА («Полимер Лэбс», Англия), а полиномиальное уравнение третьего порядка можно получить из регрессионного анализа. Для сравнения хроматограмм, полученных из различных образцов, площади пиков могут быть нормализованы. Данный способ описан в Лаззари М. и Шиантор О. Полимер 41 (2000) 6447-6455.

Полезные сополимеры ПММА включают образования из С₂-C₈-алкилакрилата или метакрилата, или С₃-С₈-циклоалкил-акрилата или метакрилата в сочетании с метилметакрилатом. В некоторых вариантах осуществления, сополимер полиметилметакрилата включает, по меньшей мере, один из следующих веществ: этилакрилат, этилметакрилат, бутилакрилат или бутил-метакрилат. В некоторых вариантах осуществления сополимер получают из исходных мономеров, в том числе из метилметакрилата в диапазоне от 50 весовых процентов до 90 весовых процентов (в некоторых вариантах от 60 до 85 весовых процентов) и С₂-С₈-алкилакрилата или метакрилата или С₃-С₈-циклоалкилакрилата или метакрилата в диапазоне от 10 весовых процентов до 50 весовых процентов (в некоторых вариантах от 15 до 40 весовых процентов), в расчете на общую массу мономеров. В некоторых из этих вариантов осуществления С₂-С₈-алкилакрилат, метакрилат, С₃-C₈-циклоалкилакрилат или метакрилат являются этилакрилатом или н-бутил-метакрилатом. Полезные сополимеры ПММА производятся серийно, например, компанией «Доу Кемикал», Мидлэнд, штат Мичиган, под торговой маркой «ПАРАЛОИД» и компанией «Люсайт Интернэшнл, Инк.», Мемфис, Теннеси, под торговой маркой «ПЕРПЕКС» и «ЭЛЬВАСАЙТ». В полимерном изделии, описанном выше, сополимер, доступный под торговой маркой «ПАРАЛОИД В44» производства компании «Доу Кемикал», как сообщается, представляет собой сополимер, образованный из 70,3 молярных процентов метилметакрилата, 28 молярных процентов этилакрилата и около одного молярного процента бутилметакрилата и имеющий среднюю молекулярную массу 105000 грамм на моль. Кроме того, в данном изделии сополимер, доступный под торговой маркой «ПАРАЛОИД B48N» производства компании «Доу Кемикал», как сообщается, представляет собой сополимер, образованный из 74,5 молярных процентов метилметакрилата и 25,5 молярных процентов бутилакрилата и имеющий среднюю молекулярную массу 184000 грамм на моль. В некоторых вариантах осуществления, использование сополимера метилметакрилата и н-бутил-метилакрилата в композициях для нанесения покрытий, описываемых в данном документе, улучшает сопротивление истиранию композиции покрытия, о чем свидетельствует уменьшение матовости после абразивного истирания падающим песком, о чем сказано в примерах ниже (например, при сравнении Примера 2 и Примера 1В).

Учитывая относительно высокие молекулярные массы полимера или сополимера полиметилметакрилата в композиции для покрытия, описываемого в данном документе, полимер или сополимер ПММА в композициях для нанесения покрытий, описываемых в данном документе, не считаются "макромером", таким как описано в Международной патентной публикации № WO 98/27171 (Кристиан). Кроме того, ПММА полимер или сополимер, как правило, являются нефункциональными. То есть полимер или сополимер ПММА обычно не содержит реакционноспособные функциональные группы, такие как карбоновые кислоты, сульфоновые кислоты, аминогруппы и полимеризующиеся углерод-углеродные двойные связи.

Композиция покрытия в соответствии с настоящим описанием изобретения включает в себя алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметакрилат. Алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметакрилат может легко переходить в жидкое состояние при комнатной температуре. Алкилен-диакрилат или -диметакрилат, как правило, является С₂-С₁₀-алкилен-диакрилатом или -диметакрилатом, или С₄-С₆-циклоалкилен-даакрилатом или -диметакрилатом, без заместителей в алкиленовой или циклоалкиленовой группе. Алкиленовая группа диакрилата или диметакрилата, по определению, не содержит никаких гетероатомов или функциональных групп, которые прерывают углеродную цепь, и циклоалкиленовая группа диакрилата или диметакрилата, по определению, не содержит в кольце никаких гетероатомов. Алкиленовая группа может иметь линейную или разветвленную цепь. Не желая быть связанными соответствием какой-либо теории, авторы полагают/ считается, что разветвление в алкиленовой группе может привести к тому, что отверждаемое покрытие будет иметь более низкий модуль упругости, что может увеличить стойкость к истиранию отверждаемых покрытий в некоторых вариантах осуществления. Примеры полезных дифункциональных акрилатов и метакрилатов включают гександиолдиакрилат, гександиол диметакрилат, неопентилгликоль диакрилат и неопентилгликоль диметилакрилат.

Было обнаружено, что композиции покрытий, описанные в настоящем документе, имеют хорошую адгезию к полимерным подложкам после отверждения даже при отсутствии алкиленоксигрупп в акриловых мономерах. В отличие от них, свойство адгезии или гибкости некоторых отверждаемых защитных покрытий и красок зависит от алкиленоксигрупп (см., например, Патент США №7,943,681 (Ли и др.) и Патентной публикации США №2008/0026334 (Уильямсон и др.). Апкоксигруппы, содержащиеся в отвержденных покрытиях, могут иметь тенденцию к окислению с течением времени под воздействием УФ-света. Соответственно, алкиленовый или циклоалкиленовый диакрилаты или диметакрилаты не образовываются из алкоксилированных диолов и свободны от этиленоксидных и пропиленоксидных групп.

Алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат и/или циклоалкилен-диметакрилат в композициях для нанесения покрытий, описанных здесь, составляют, по крайней мере, 80 процентов по массе мономера. В некоторых вариантах осуществления алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат и/или циклоалкилен-диметакрилат составляют не менее 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 или даже 100 процентов от массы мономера. Другими словами, другие мономеры (например, акриловые мономеры), кроме алкилен-диакрилата, алкилен-диметакрилата, циклоалкилен-диакрилата и/или циклоалкилен-диметакрилата, в композиции для покрытия составляют не более (т.е. менее) 20, 15,10, 5, 4, 3, 2 или 1 процента по массе, в расчете на общую массу мономера. В некоторых вариантах осуществления, композиция покрытия может практически не содержать другие мономеры (например, акриловые мономеры), помимо алкилен-диакрилата, алкилен-диметакрилата, циклоалкилен-диакрилата и/или циклоалкилен-диметакрилата. В некоторых вариантах осуществления мономер в композиции для покрытия может состоять из алкилен-диакрилата, алкилен-диметакрилата, циклоалкилен-диакрилата, циклоалкилен-диметакрилата или их комбинации.

Композиции покрытий, описанные в данном документе, следовательно, не имеют значительного содержания монофункциональных акрилатов или метакрилатов. «Значительное» содержание монофункционального акрилата или метакрилата означает количество, которое может уменьшить плотность сшивания и снизить сопротивление истиранию. «Значительное» содержание монофункционального акрилата или метакрилата может быть выше около 15 процентов по весу, в расчете на общую массу мономера в композиции для покрытия. В некоторых вариантах осуществления мономер включает не более 15, 10, 5, 4, 3, 2, 1 или процентов по весу монофункционального акрилата или метакрилата, в расчете на общую массу мономера в композиции для покрытия.

Композиции покрытий, описанные в настоящем документе, также не имеют значительного содержания три-, терра- или высших функциональных акрилатов или метакрилатов. «Значительное» содержание три-, терра- или высшего функционального акрилата или метакрилата означает количество, которое может привести к хрупкости композиции покрытия, слишком высокому модулю упругости или к тому, что акриловые или метакриловые функциональные группы композиции покрытия не вступят в реакции, любая из которых может поставить под угрозу стойкость к атмосферному воздействию композиций для покрытия. «Значительное» содержание три-, терра- или высшего функционального акрилата или метакрилата может быть выше 10 процентов по весу, в расчете на общую массу мономера в композиции для покрытия. В некоторых вариантах осуществления мономер включает не более 7,5, 5, 4, 3, 2 или 1 процента по весу три-, терра- или высшего функционального акрилата или метакрилата, в расчете на общую массу мономера в композиции для покрытия.

Когда модуль упругости покрытия слишком высок, несоответствие модуля после воздействия окружающей среды может вызвать образование трещин или расслоение. Пример высокого модуля покрытия приведен в Иллюстративном примере 1 ниже. Только лишь после одного цикла атмосферного воздействия в специальном устройстве для атмосферных испытаний покрытие с высоким модулем упругости, полученное только из 1,6-гександиолдиакрилата и фотоинициатора, было легко удалено с ПММА-субстрата путем оценивания адгезии, описанного в примерах ниже. Кроме того, Иллюстративный пример 2 показывает, что покрытие, полученное из пентаакрилата, которое выпускает компания «Сартомер ЮЭсЭй ЛЛС» (Экстон, Пенсильвания.) под торговой маркой «SR-9041», приобретает большую матовость при атмосферном воздействии, чем материал в Иллюстративном примере 1, что может быть обусловлено непрореагировавшей акрилатной группой. Такой результат можно считать типичным для высокосшитых покрытий, как и те, что могут иметь место, если в композициях для нанесения покрытий, описанных в данном документе, будет использовано значительное количество три-, терра- или высшего функционального акрилата или метакрилата.

В некоторых вариантах осуществления покрытие, полученное из композиции, описанной в настоящем документе, имеет растяжимость менее 50% (в некоторых вариантах осуществления, менее 25% или менее 10%). Композиции покрытий, в любом из своих вариантов, как правило, не включают уретановые акрилаты, которые обычно имеют более низкий модуль упругости и высокое относительное удлинение, или содержат не более 10, 5, 3 или 1 процента по весу акрилата уретана на общий вес мономера в композиции для покрытия. Кроме того, по определению, алкиленовый или циклоалкиленовый диакрилаты или диметакрилаты не образовываются из уретанов и свободны от уретановых групп и мочевины.

В композициях для нанесения покрытий, описанных в данном документе, различные соотношения мономера, содержащего хотя бы одно вещество: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметилакрилат по отношению к полимеру или сополимеру полиметилметакрилату, могут быть полезными. В любом из вариантов осуществления полимера или сополимера полиметилметакрилата или мономера, описанного выше, весовое соотношение мономера, содержащего хотя бы одно вещество: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметилакрилат по отношению к полимеру или сополимеру полиметилметакрилату, может находиться в пределах от 0,75:1 до 15:1. Кроме того, в любом из вышеупомянутых вариантов осуществления, мономер может присутствовать в композиции в диапазоне от 20 процентов до 90 процентов по массе (в некоторых вариантах осуществления, от 20 процентов по массе до 80 процентов по массе или от 23 процентов по массе до 75 процентов по массе), в расчете на общую массу нелетучих компонентов композиции. Полимер или сополимер ПММА может присутствовать в композиции в пределах от 2 процентов до 40 процентов по массе (в некоторых вариантах осуществления от 4 процентов до 40 процентов по массе, например до 39, 38 или 37 процентов по массе) в расчете на общую массу нелетучих компонентов композиции. В некоторых вариантах осуществления, например, варианты, в которых композиция для покрытия не содержит наполнитель, весовое соотношение мономера, содержащего, по крайней мере, одно из следующих веществ: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметилакрилат, находится в диапазоне от 0,75:1 до 5:1, от 1:1 до 4:1 или от 1,5:1 до 3:1 по отношению к полимеру или сополимеру полиметилметакрилату. В любом из этих вариантов мономер может присутствовать в композиции в пределах от 40 процентов до 90 процентов по массе (в некоторых вариантах осуществления, от 41, 42, 43, 44, или 45 процентов по массе до 90 или 80 процентов по массе), в расчете на общую массу нелетучих компонентов композиции, и полимер или сополимер ПММА может присутствовать в композиции в пределах от 20 процентов до 40 процентов по массе (в некоторых вариантах осуществления от 20 процентов по массе до менее чем 40 процентов по массе, например до 39, 38, или 37 процентов по массе) в расчете на общую массу нелетучих компонентов композиции. В некоторых вариантах осуществления, например, когда композиция для покрытия включает в себя наполнитель, как описано более подробно ниже, весовое соотношение мономера, содержащего, по меньшей мере, одно вещество: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметилакрилат, находится в диапазоне от 0,75:1 до 15:1, от 0,75:1 до 12,5:1 или от 1:1 до 10:1 по отношению к полимеру или сополимеру полиметилметакрилату.

Композиции покрытий настоящего изобретения хорошо прилипают к полимерным подложкам, а в некоторых вариантах осуществления явно устойчивы к вредному воздействию коэффициента теплового расширения, несоответствию коэффициента расширения или несоответствию коэффициента влажности, при атмосферном воздействии. В некоторых вариантах осуществления, например, когда весовое соотношение мономера, содержащего, по меньшей мере, одно из следующих веществ: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилат или циклоалкилен-диметилакрилат, находится в диапазоне от 1:1 до 10:1 по отношению к полимеру или сополимеру полиметилметакрилату, композиции для покрытия настоящего изобретения превосходно прилепляются к полимерным подложкам (например, акриловым субстратам).

Композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением включает стабилизатор УФ-лучей. Стабилизатором может быть УФ-поглотителем (УФП), светостабилизатором на основе пространственно-затрудненных аминов (СПЗА) или их сочетание. УФП - это, как правило, соединение, способное поглощать или блокировать электромагнитное излучение длиной волны менее 400 нанометров (нм), пропуская, тем не менее, остальные волны длиной более 400 нм. УФ-поглотители известны специалистам в данной области как способные рассеивать поглощенную световую энергию от ультрафиолетовых лучей в виде тепла путем обратимого внутримолекулярного переноса протона. Такие соединения могут вмешиваться в физические и химические процессы фотоиндуцированной деградации. УФП, как правило, входят в композиции для нанесения покрытий, описанные в данном документе, в количестве, достаточном для поглощения более 70% (в некоторых вариантах осуществления более 80% или больше 90% УФ-излучения в диапазоне волн от 180 нм до 400 нм). Как правило, требуется, чтобы УФП хорошо растворялся в полимерах, имел высокую степень поглощаемости, обладал фото- и термостабильностью при температуре от 200°С до 300°С. УФП также очень хорошо подходят, если они могут в композиции для покрытия, описанной в данном документе, соединяться с мономерами в ходе свободно-радикальной полимеризации. В некоторых вариантах осуществления, стабилизатор в композиции для покрытия, описываемой в настоящем документе, может быть УФП с красным смещением (УФПКС). УФПКС обычно имеют более широкий спектральный диапазон УФ-волн, который позволяет ему блокировать длинные волны УФ света, что может вызвать пожелтение в полимерах. УФПКС, как правило, являются соединениями, которые могут собирать свободные радикалы, возникающие в результате фотодеградации.

Любой класс УФП может быть полезен. Примеры полезных классов включают бензофеноны, бензотриазолы, триазины, циннаматы, цианакрилаты, дициано этилены, салицилаты, оксанилиды, и парааминобензоаты. Подходящие УФП включают триазины (например, гидрофенил-замещенные триазины, такие как 2-(4,6-дифенил-л-3,5-триазин-2-ил)-5-[(гексил)окси]фенол и 2-гидроксифенил-с-триазин), гидроксибензофеноны и бензотриазолы (например, 5-трифторметил-2-(2-гидрокси-3-альфа-кумил-5-трет-октилфенил)-2Н-бензотриазол, 2-(2-гидрокси-3,5-ди-альфа-кумилфенил)-2Н-бензотриазол, 5-хлор-2-(2-гидрокси-3-трет-бутил-5-метилфенил)-2Н-бензотиазол, 5-хлор-2-(2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)-2Н-бензотриазол, 2-(2-гидрокси-3,5-ди-трет-амилфенил)-2Н-бензотриазол, 2-(2-гидрокси-3-альфа-кумил-5-трет-октилфенил)-2Н-бензотриазол и 2-(3-трет-бутил-2-гидрокси-5-метилфенил)-5-хлор-2Н-бензотриазол). Подходящие УФПКС включают октандикарбоновую кислоту, диалкил (2,2,6,6-тетраметил-л-(октилокси)-4-пиперидинил)эфир. Подходящие УФП и УФПКС включают доступные на рынке стабилизаторы, например, компании «БАСФ», Флорфарм Парк, Нью-Джерси, выпускаемые под торговой маркой "ТИНУВИН" и "ХИМАСОРБ".

В любом из вышеупомянутых вариантов осуществления композиция для покрытия в соответствии с настоящим изобретением может включать свободно-радикальный инициатор. Свободно-радикальный инициатор может быть тепловым инициатором, таким как азосоединения (например, 2,2-азобисизобутиронитрил (АИБН), 2,2'-азобис(2-метилбутиронитрил) или азо-2-циано-валериановая кислота), гидропероксид (например, кумол, трет-бутил или трет-амил гидропероксид), диалкилпероксид (например, ди-ферт-бутил или дикумилпероксид), пероксиэфир (например, трет-бутилпербензоат или ди-трет-бутил пероксифталат) и диациплероксид (например, перекись бензоила или перекись лаурила). Свободно-радикальный инициатор, что предпочтительно, также может быть фотоинициатором. Примеры полезных фотоинициаторов включают простые эфиры бензоина (например, метиловый эфир бензоина или бутиловый эфир бензоина); производные ацетофенона (например, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон или 2,2-диэтоксиацетофенон); 1-гидроксициклогексилфенилкетон и производные оксида ацифосфина и производные ацифосфоната (например, диалкил(2,4,6-триметилбензоил) фенилфосфиноксид оксид, дифенил-2,4,6-триметилбензоилфосфин оксид, изопропоксифенил-2,4,6-триметилбензоилфосфин оксид или диметил пивалоилфосфанат). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения фотоинициатор не является гексаарилбиимидазольным фотоинициатором. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения фотоинициатор не содержит функциональную группу сложного эфира оксима. Многие фотоинициаторы выпускаются серийно, например, компанией «БАСФ» под торговой маркой "ИРГАКЬЮЭ". Если композиция для покрытия включает описанный здесь фотоинициатор, композицию покрытия можно нанести на подложку, а затем подвергнуть воздействию света (например, ультрафиолетового света), чтобы получить отвержденное покрытие на поверхности подложки.

Композиции для покрытия в соответствии с настоящим описанием изобретения могут содержать органический растворитель. Любой растворитель, который может растворять полимер или сополимер ПММА может быть полезным. Нелетучие компоненты (то есть отличные от растворителей) могут присутствовать в растворителе в любой подходящей концентрации. Например, нелетучие компоненты могут присутствовать в пределах примерно от 5 до 90 процентов по массе, от 30 до 70 процентов по массе или от 40 процентов до 65 процентов по массе, в расчете на общий вес композиции покрытия). Иллюстративные примеры подходящих растворителей включают алифатические и алициклические углеводороды (например, гексан, гептан и циклогексан), ароматические растворители (например, бензол, толуол и ксилол), простые эфиры (например, диэтиловый эфир, диглим и диизопропиловый эфир), сложные эфиры (например, этилацетат и бутилацетат), спирты (например, этанол, изопропиловый спирт и 1-метокси-2-пропанол) и кетоны (например, ацетон, метилэтилкетон и метилизобутилкетон). В некоторых вариантах растворитель включает, по меньшей мере, одно из следующих веществ: метилэтилкетон, ацетон, этилацетат, 1-метокси-2-пропанол, изопропанол и толуол. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления композиции для покрытия могут и не содержать органического растворителя. То есть композиция покрытия может содержать менее 5 процентов растворителя по массе в расчете на общую массу композиции покрытия.

С или без органического растворителя, композиции покрытий в соответствии с настоящим изобретением, как правило, представляют собой однородные растворы или дисперсии, которые способны обеспечить взаимопроникающие сетки полимера или сополимера полиметилметакрилата и мономера после сшивания. Другими словами, в композиции для покрытия, описанной в настоящем документе, ни полимер или сополимер ПММА, ни мономер, содержащий хотя бы одно из следующих веществ: алкилен-диакрилат, алкилен-диметакрилат, циклоалкилен-диакрилата или циклоалкилен-диметилакрилата, не сшиваются (например, перед нанесением их на подложку и покрытия). Полимер или сополимер ПММА может растворяться в органическом растворителе или мономере и, следовательно, может в общем случае рассматривается как линейный полимер. Следует понимать, что термины, диакрилат и диметакрилат со ссылкой на мономера относятся к соединениям, которые до сих пор имеют свои реакционноспособные функциональные группы, и уже не полимеризованные.

В некоторых вариантах осуществления композиция для покрытия в соответствии с настоящим изобретением включает в себя неорганические частицы, которые могут быть частицами неорганического оксида. Неорганические частицы оксида могут включать один оксид, такой как диоксид кремния, сочетание оксидов, таких как диоксид кремния и оксид алюминия или ядро оксида одного типа (или ядро другого вещества, кроме оксида металла), на котором осаждается оксид другого типа. Примеры подходящих неорганических частиц оксида включают диоксид кремния, диоксид циркония, диоксид титана, оксиды сурьмы, оксид алюминия, оксиды олова, комбинации этих или смешанных оксидов металлов из них. В некоторых вариантах осуществления композиция для покрытия, описываемая в данном документе, включает кремнезем (в некоторых вариантах осуществления, имеющий средний размер частиц до 500 нм).

Неорганические частицы (например, диоксид кремния, диоксид циркония, диоксид титана, оксиды сурьмы, оксид алюминия, оксиды олова, комбинации этих или смешанных оксидов металлов) в любом из вариантов осуществления, в которые они включены, могут иметь средний размер частиц до 500 нанометров (нм), которые могут быть в диапазоне от 5 нм до 500 нм, 10 нм до 300 нм, 5 нм до 100 нм или 5 нм до 20 нм. "Средний размер частицы" означает максимальный поперечный размер частицы и, в случае сферических частиц, может относиться к диаметру. Средний размер неорганических частиц можно измерить с помощью просвечивающей электронной микроскопии, чтобы подсчитать количество неорганических частиц заданного размера. Неорганичес