[发明专利]对塑料基材、尤其是聚甲基丙烯酸甲酯用纳米复合涂料进行耐刮擦和耐磨损涂覆和物理消光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对塑料基材，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯（下文中简称PMMA）通过用含纳米颗粒的涂料，优选透明涂料，（下文中称为纳米复合涂料）涂覆并用172nm波长的来自Xe*受激准分子灯的真空UV光对其进行辐照而进行表面整饰的方法。这种方法导致所述涂料对基材的优异的粘附。另外，使得可以实现产生具有涂层表面的消光外观和令人愉快的触感的表面形貌。这样涂覆的基材大大胜过未涂覆的基材的机械、化学和应用技术性能。

背景技术

如其它热塑性塑料一样，PMMA也以其固有性能不能满足所有要求。它对应力开裂敏感，尤其是在与溶剂例如丙酮或脂族醇预先接触后。出现网状细裂纹，因此Plexiglas表面也不可以用醇或溶剂清洁。虽然PMMA与其它大宗塑料相比较是比较耐刮擦的，但是对于许多应用而言耐刮擦性仍不足够。

通过表面改性，例如以涂覆PMMA的表面的形式，可以很大程度上消除缺陷并达到性能改进。这些涂层在维持光学性能的情况下主要针对提高耐刮擦性连同自清洁性能、耐候性、抗反射功能和抗乱画作用。在此，改进的耐刮擦性直接地通过施涂由含双键的多官能自由基聚合性的和可交联的单体和低聚物例如（甲基）丙烯酸（氟代）烷基酯或硅的氧化物SiO_x、蜜胺树脂形成的硬涂层产生，或通过使用丙烯酸化聚硅氧烷或蜡作为涂料中的添加剂在表面上达到由于更好的滑动导致的假效果。涂覆方式包括涂漆-还用UV固化以及用过氧化物方式引发的热固化，等离子涂覆、压延（EP 313979）和高压辊压方法（WO 9929766）。

根据EP 180129，实现了利用在有机硅聚合物中在（甲基）丙烯酸酯或蜜胺树脂中的多孔氧化硅颗粒以1-40μm涂层厚度的抗反射涂覆，由此尤其形成粗糙的，较消光的表面。为了利用粗糙涂层产生消光表面，根据WO 2008/059157还提出了使用具有不同尺寸和浓度的基于甲基丙烯酸酯的微粒。

采用所有已知的涂覆和施加方法至今不能达到在好的透明度下深消光的PMMA表面，与非常高的耐磨损性和耐刮擦性，优异的耐化学品性、耐候性和耐UV性，好的可湿润性和令人愉快的触感的性能组合。

在大规模下，这种表面改性可以通过用透明涂料涂覆达到。根据DE10207401，尤其适合于这一目的的是可经由紫外辐射或电子束聚合和交联的用SiOx纳米颗粒增强的丙烯酸酯涂料（纳米复合涂料），其在没有显著地改变PMMA基础材料的光学性能的情况下赋予其表面高耐磨损性和耐刮擦性，使得其耐溶剂，并至少维持其耐UV和耐候性。此外，这种无溶剂的纳米复合涂料具有的优点是，可以通过用短波UV光或电子束辐射使由所述涂料形成的涂层表面进行微结构化，由此产生这种表面的消光外观，其具有显著提高的机械和化学耐性，并在此维持高透明度，因为SiOx纳米颗粒以其1.45的折射率大致对应于涂料基体，并且将该亲有机化的颗粒以共价键方式结合到涂料基体中。为了经由所谓的“光化学微起皱”产生这种表面形貌，涂有液体纳米复合涂层的平面PMMA产品在氮气气氛下穿过172nm受激准分子VUV灯的射束路径。穿入涂层仅几百nm的深度的VUV光子经由光化学聚合或交联（其中无需光引发剂，因为丙烯酸酯在这种短波UV区中吸收非常好并且光子能量（7.2eV）非常高）产生薄的皮层，其由于聚合引起的收缩应力而导致起皱纹（DE 19842510）。在微起皱程序完成后，这种皮层仍然浮在继续是液体的涂层上，其随后通过更长波长的UV光在光引发剂存在下或利用电子束固化，从而使所述起皱皮层固定和使所述整个涂层与基材粘附。由所述微起皱导致的光泽度取决于所产生的表面形貌。后者主要由涂料的配方决定，并且可以经由技术参数在一定的限度内改变（DE102006042063）。除了这种消光光泽的产生之外，双键转化方面的高效率和通过172nm光子的附加的自由基产生（从而与常规多色UV固化相比较产生更高的交联度）也具有显著的优点。结果是，涂层的近表面区域中显微硬度的显著提高，其具有对耐磨损和耐刮擦性以及对改进的阻隔性能的积极作用。圆形起皱凸峰产生令人愉快的触感，并且通过真空UV（VUV）光产生改进亲水性的极性基团。

根据EP 245728和DE 2928512，在温热的基材上获得可无溶剂施涂且可完全固化的（甲基）丙烯酸酯涂层在PMMA上的良好基材粘附。

发明内容

问题

本发明要解决的问题是提供一种方法，采用这种方法基于PMMA或其它塑料基材可以产生均匀消光的半成品。