[发明专利]利用RAFT得到的嵌段共聚物对塑料的粘附

说明书

本发明涉及一种用于获得包含嵌段共聚物和聚合物的水性涂料组合物的方法，该组合物优选适用于涂覆塑料基材，更优选适用于涂覆疏水性塑料基材。

公认的，通常很难获得对塑料基材特别是对疏水性塑料基材的粘附。对于聚烯烃、具体对例如聚丙烯的聚烯烃的粘附来说，疏水性聚合物是可取的。单独使用这样的疏水性聚合物具有的问题是它们通常缺乏其他性能，如良好的机械性能例如柔韧性，而且它们可能难以上色。颜料润湿通常需要亲水性基团的存在，而这对疏水性基材的润湿不太有利。

用于塑料基材的涂层需要考虑塑料部件的低表面能和涂层材料与塑料基材间的化学相似性。用于塑料基材的涂层必须在构件的有效期内适当粘附到塑料部件，并且通常使用下述的标准来衡量性能：粘附性、耐化学品性、冲击性和耐划性。

涂层对塑料基材的粘附主要由涂层和基材间的表面张力特性和涂层向基材的相互扩散决定。

表面张力将直接影响涂层浸湿(wet out)、渗入、粘附表面多孔结构的能力。通常看到的是表面张力越低，涂层在基材上得到良好的粘附就越成问题。

涂层的表面张力应该低于基材的表面张力，以使涂层能够在基材表面上润湿。有效的润湿使粘附最大化。表面粗糙度在某些情况也可能是重要的参数，因为“机械联锁(mechanical interlocking)”是提高粘附的另一种方法。

相互扩散是多孔塑料的主要粘附机理，特别在溶剂基涂层体系的情况下。溶剂被用于使涂料中的聚合物扩散至塑料基材中，从而提供了分子联锁。理想地，所述溶剂应该选自对于涂料组合物中的聚合物和构成塑料基材的聚合物来说是良溶剂的那些溶剂。

然而，从环境的观点来说，存在降低所述涂料组合物中的有机溶剂量的长久需求。在这方面，水性粘合剂与常规溶剂型粘合剂相比明显更优。然而涂覆在疏水性塑料基材的涂料组合物中使用水性粘合剂可能在润湿和/或聚合物相互扩散方面产生问题。

增强涂层对表面张力相对低的疏水性塑料(如聚烯烃和碳氟化合物)的粘附的常用方法是使用表面预处理工艺。表面处理包括化学方法和物理方法，诸如化学刻蚀和电晕放电，这些方法通常导致在表面上形成极性基团，如侧羟基、氯、氨基和羧基。塑料基材表面上极性基团的引入可以提供改善的润湿性(因为表面张力增大)，并为所涂覆的涂料组合物提供潜在的化学相互作用，这样可以导致粘附的提高。然而所述的表面预处理方法通常费时费力，并且往往不利地影响塑料表面的物理性能。

很明显，需要一种水基粘合剂，其能够提供所期望的对(疏水性)塑料基材的良好粘附和良好机械性能以及耐化学性或耐污性的组合。

适于聚合以制备水性聚合物的聚合方法的范围不断增加。在设计上述用于塑料涂料应用的水性聚合物时，非常有益的是能够控制聚合物链组成和链结构方面的的聚合物粘合剂组成。例如，为了获得对疏水性塑料的良好粘附，期望使用化学组成优选与塑料聚合物链相同的疏水性聚合物，以使聚合物链的相互扩散度最大化。然而对于水性聚合物来说，链的相互扩散度受限于亲水共聚单体的有效量(significant amount)，所述亲水共聚单体通常需要以无规方式结合到疏水性聚合物主链，使该聚合物为水分散的。此外，粘合剂组合物的交联可以在例如耐化学性方面提供改善的涂层性能，但通常对粘附具有负面影响。因而期望从聚合物粘合剂的粘附性官能团中分出水分散性官能团和/或交联官能团。

具体地，已经研究了可控自由基聚合技术(诸如氮氧化物介导的聚合NMR、原子转移自由基聚合ATRP)和变性转移技术(诸如可逆加成-断裂链转移RAFT聚合)作为控制聚合物链组成和结构的方式。

欧洲专利020125、欧洲专利381029、欧洲专利381030、欧洲专利468644、欧洲专利517379和欧洲专利560508公开了适于用在聚合物中以提高聚合物对塑料基材的粘附的单体。然而现有技术中的实施例均未公开粘附性促进嵌段共聚物以提供涂料组合物对塑料基材期望的粘附性的有益应用。

美国专利2004/0071871(和美国专利2004/0082494)公开了通过RAFT聚合法制备的两亲性嵌段共聚物作为成膜组合物的添加剂的应用，以提高对低能量表面(例如塑料或热塑性聚合物表面)的粘附。两亲性嵌段共聚物改善了成膜粘合剂组合物的润湿性，但是没有(显著)改善粘合剂组合物对(疏水性)塑料基材的粘附。