[发明专利]多层聚合物结构

说明书

公开了一种多层复合结构。该多层复合结构具有至少一个基于聚合物的帽层和至少一个基于聚酯的内层或基材层，所述基于聚合物的帽层包含例如丙烯酸类聚合物、苯乙烯类聚合物或丙烯腈类聚合物。还公开了形成该多层复合结构以改善和控制层间粘合水平的方法。任选的结系层也可用来改善和控制层间粘合水平。帽层上的可选外部层可以包含聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物。该多层复合结构结合了这两种聚合物的特性——基于聚合物的外帽层的高紫外线稳定性、耐刮擦性和出色外观，以及基于聚酯的内层的强度和抗冲击性。

发明领域

多层聚合物复合结构通过挤出、共挤出、挤出层压、多次注射成型、压缩成型、拉挤成型或本领域已知的任何其他方法形成。多层复合结构包括至少一个包含丙烯酸类或苯乙烯类或丙烯腈类聚合物的聚合物帽层和至少一个聚酯内层或基材层。还公开了制造和形成多层复合结构以改善和控制层间粘合水平的方法。任选地，也可以用结系层改善和控制层间粘合水平。帽层上的任选外部层(exterior layer)可以包含聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物和共混物。多层复合结构结合了这两种聚合物的特性——聚合物外帽层的高紫外线稳定性、耐刮擦性和出色外观，以及聚酯内层的强度和抗冲击性。

发明背景

聚酯[例如，PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PETG(乙二醇改性的聚酯)，包括改性的聚酯(例如，通过共聚、接枝，添加填料、改性剂或本领域已知的其他材料)]和聚碳酸酯，以其刚性、韧性、抗冲击性和强度而著称，但在耐候性方面受到限制，特别是在耐紫外线性方面，因此，通常不用于户外应用。有些应用通常需要这些聚酯或聚碳酸酯的刚度、强度、低柔韧或非柔韧的特性，例如在汽车行业、休闲车中的应用；房屋与建筑；户外娱乐设备；水上运动；水池；草坪和花园设备；需要刚度和强度的室外结构应用，例如室外地板、栏杆、立柱、壁板、围墙、结构和窗户型材，以及室外结构应用(窗户、壁板、室外地板、栏杆、百叶窗)；诸如电话、收音机、电视、卡带等通信设备；电动工具；电器；商业机器；玩具；家具；医疗设备。遗憾的是，长期以来，缺乏耐候性一直是在此类应用中使用聚酯或聚碳酸酯材料的障碍。

因此，将另一种树脂材料施加到结构性或基底塑料材料上以保护下面的结构性材料并提供可承受与使用环境相关的弊端的表面已成为工业上的惯例。这种表面材料被称为“帽原料”。

具有良好的耐紫外线性以及耐刮擦性并且通常具有优异的表面外观性能的聚合物，例如丙烯酸类、苯乙烯类和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯，通常不如聚酯或聚碳酸酯那样坚韧。因此，它们是用作高强度聚酯或聚碳酸酯的帽原料的有吸引力的候选对象。外表面具有耐候性聚合物作为帽原料而内部或作为基材具有高强度和韧性的聚酯或聚碳酸酯材料的多层结构对于解决聚酯和聚碳酸酯耐候性差的问题似乎是一种有吸引力的解决方案。

形成这种复合结构有两个重要的障碍。

首先是这两种类型的聚合物材料之间普遍缺乏相容性。作为一类材料，聚合物具有较低的表面能，因而很难将它们粘合到其他物质上，包括其他聚合物。在制造层状结构时，如果不控制两层之间的粘合性，则会导致两个问题。第一个问题是，如果界面处的粘合力不够高，则两种材料之间的界面将成为薄弱点，因此会削弱内层强度的优势。通常与多层结构中各层之间的粘合性有关的另一个问题是，如果没有优化各层之间的粘合性，则整个结构的物理性能将受到损害。如果粘合力太小，则结构将完全分离。根据粘合在一起的两种材料的物理性能，如果层之间的粘合力太大，则可能导致结构不具有最佳物理性能。

形成包含一层以上不同聚合物材料的良好复合结构的第二个障碍是材料之间的加工温度差异。聚酯或聚碳酸酯材料的熔点，进而其加工温度，倾向于高于有助于结构耐候性的丙烯酸类、苯乙烯类和丙烯腈聚合物的最佳加工温度。

因此，制造和形成这种结构在识别制造这种结构的加工窗口方面提出了相当大的挑战。

因此，对于综合了丙烯酸类、苯乙类和丙烯腈类的耐候性与聚酯或聚碳酸酯的强度和韧性的多层复合结构，以及用于制造这种结构的方法，存在长期想要实现却未能实现的需求。