SE450002B - Alster av polykarbonat belagt med ytskikt av en fotopolymeriserad komposition samt sett att belegga polykarbonat - Google Patents

Description

l5 450 002 Närmare bestämt avser föreliggande uppfinning en komposition baserad på polykarbonat, vilken medför för- bättrade egenskaper hos av polykarbonaten framställda produkter och som består av ett polykarbonat, som är täckt med en produkt erhållen genom polymerisering av en blandning av: l) en oligomer med en molekylvikt mellan 400 och 4 000 och innehållande minst tvâ akryliska omättningar per molekyl, 2) en förening vald bland N-vinylderivat av raka eller cykliska sekundära amider, varvid polymeriseringsreaktionen genomförs i närvaro av en fotoinitiator vid omgivningstemperatur.

Polymerisationsblandningen kan dessutom innehålla reaktiva föreningar med låg molekylvikt (mindre än 400),som i molekylen innehåller minst en funktionell grupp av akryltyp, metakrylat, maleat, fumarat. Exempel på sådana föreningar är: butandioldiakrylat, etylhexyl- akrylat, dimetylmaleat, dietylfumarat, etylenglykol- diakrylat.

Det sätt,som medger att en sådan komposition kan erhållas och som är ett ytterligare föremål för uppfin- ningen, består i att polykarbonatet förses med en preli- minär beläggning med en blandning enligt ovan, varefter den täckta produkten behandlas med UV-strålning.

Detta sätt, jämfört med konventionella procedurer, medför att blandningen kan fullständigt härdas vid rums- temperatur utan ändring av de ursprungliga egenskaperna hos materialet, såsom dess slaghållfasthet och transpa- rens.

De reaktiva hartser som kan användas hör till föl- jande klasser: a) Uretanhartser, som vid ändan av molekylen inne- håller minst två akryliska omättningar, b) hartser som de erhållits genom oligomerisering av akryliska monomerer, funktionaliserade av minst två akryliska omättningar per molekyl, c) hartser som erhållits genom kondensering av 450 002 - . mättade och omättade bikarboxylsyror med glykoler och åtföljande förestring av deras ändhydroxyler (-OH) med akrylsyra.

Exempel på hartser under a) är: - kondensationsprodukten av en mol hexametylendi- isocyanat med två mol trimetylolpropandiakrylat, - kondensationsprodukt av en mol hexametylendiiso- cyanat med tvâ mol hydroxietyldiakrylat, - kondensationsprodukt av en mol toluendiisocyanat med två mol hydroxyetylakrylat.

Exempel på hartser under b) är: - en oligomer, som i sin molekyl innehåller de monomera enheter som härrör från sampolymeriseringen av metylakrylat-etylakrylat-glycidylakrylat. Denna oligomer får reagera med en mängd akrylsyra, vilken är stökiometf risk relativt till glycidylgruppen och sålunda bildande ett akrylerat akrylharts, - en oligomer, som erhållits genom sampolymerise- ring av metylakrylat med etylakrylat och 2-hydroxietyl- akrylat. Denna oligomer reageras med akrylsyra, vari- genom ett akrylerat akrylharts erhålles.

Exempel på hartser under c) är: - en oligomer, som erhållits genom kondensation av maleinsyraanhydrid, adipinsyra och etylenglykol.

Denna oligomer, som är dubbelt avslutad av hydroxylgrupper, förestras därefter med akrylsyra.

Exempel på N-vinylderivat av sekundära amider är: N-vinylpyrrolidon, N-vinylkaprolaktam, N-vinyl-N~metyl- acetamid, N-vinyl-N-etylpropionamid, N-vinyl-N-metyl- propíonamid.

Mängden närvarande N-vinylförening kan variera inom omrâdet från 5 % till 60 % av blandningen.

De fotoinitiatorer som kan användas innefattar föreningar som kan bilda fria radikaler under inverkan av UV-strålning.

Exempel på sådana är: benzoin-isopropyleter, benzoinetyleter, benzyldimetylketal, benzophenon, 2,2,- dimetyl~2~phenylacetophenon, 2-Cl-tioxanton, antrakinon. lÛ 450 002 4 s.- Blandningen kan påföras polykarbonatunderlaget- genom pensling, sprayning eller doppning. Beläggningens tjocklek kan vara mellan 5 och 200 pm.

Den UV-bestrâlning som är nödvändig för bryggbild- ningen i blandningen kan lätt åstadkommas med använd- ning av kvicksilverlampor, som arbetar under medel- eller högtryck. Det är också möjligt att använda andra typer av strålningskällor (elektronstrålar, röntgenstrål- ning och annat).

Användningsområdena för de ifrågavarande kompo- sitionerna är många: transparenta plattor, maskindetaljer, olika artiklar. Man kan sålunda med en komposition enligt uppfinningen kombinera de viktiga inneboende egenskaperna hos polykarbonaten (slaghållfasthet, transparens, värme- beständighet) med mycket goda ytegenskaper, exempelvis beständighet mot repning, nötning, lösningsmedel, strål- ning och hydrolys, varigenom det erhållna kombinations- materialet kan användas utomhus såsom varande beständigt mot väderinflytande och beröring med andra kemikalier.

I det följande ges några illustrativa exempel, dock utan att uppfinningen på något sätt är begränsad till dessa.

Exempel l Ett uretanakrylharts används (harts A) som erhållits genom kondensering av en mol hexametylendiisocyanat med två mol trimetylolpropandiakrylat. Produkten har ett °C = 13 500 cps och 4 som akrylisk funktionalitet.

Hartset A blandas med N-vinylpyrrolidon (VP) enligt receptet harts A 80 delar, VP 20 delar och benzylmetyl- ketal 5 delar. Den så erhållna blandningen har ett n 25°C av 830 cps och påförs ett provstycke av en plan strängpressad platta av ett typiskt kommersiellt poly- karbonat så att man får en beläggning med tjockleken um.

För detta ändamål används en filmspridare, K-Control Coater, med spiralarmar. Bryggbildningen på proven åstadkoms genom att de får passera i luft genom en UV-tunnel som är försedd med kvicksilverlampor med 450 002 'Ju-_ effekten 80 W/cm på ett avstånd av ll cm från den för bryggbildning behandlade ytan med hastigheten 24 m/minut.

Ythåligheten (König hårdhet, FN Unichim nr 91) och rep- ningsbeständigheten bestämdes som funktion av antalet passager genom tunneln. Repningsbeständigheten mättes genom bestämning av den minsta belastning (i gram) som erfordrades för repning av ytan med en diamantspets med vinkeln 1200 vid långsam rätlinig rörelse.

Följande resultat erhölls: Antal passager König-hårdhet Repnings- beständighet S 9 2 169 26 l70 29 8 l76 32 12 178 33 16 l8l 34 185 35 Av tabellen framgår att ytan har hög hårdhet och hög repningsbeständighet redan efter två passager.

Beständigheten mot repning hos obelagt prov är 6,2 g, det vill säga beläggningen har avsevärt förbättrat provets repningsbeständighet. Beläggningsfilmens adhesion till plattan, mätt efter 20 tunnelpassager är 100 % även med adhesivtejp (mätt enligt FN UNICHIM nr 37 grid). De erhållna provens slaghâllfasthet är densamma (75 kpcm/cmz) som hos de obelagda proven och detsamma gäller beträffande transparensen. För bestämningen av slaghållfastheten användes Izod-metoden, ASTM-D-256.

Accelererade âldringsprov genomfördes i en Weatherometer (WOM) och genom nedsänkning i vatten.

Följande resultat uppnâddes: Efter 1000 h i WOM Adhesion utan tejp 100 % f Adhesion med tejp l00 % Repningsbeständighet 37 g Kulör opåverkad 450 002' Adhesion utan tejp 100 % Adhesion med tejp 100 % Repningsbeständighet3lg efter 10 dygn 1 vatten vid 23° c Kulör opåverkad Det framgår sålunda att inga synliga förändringar av proven uppstod vid åldringsbehandlingen eller dränk- ningen i vatten. Om samma prov upprepas med användning av en beläggning, som består av uteslutande hartset A, ï får man en film som har samma egenskaper som angivet ovan, men adhesionen är obefintlig. Proven visar att närvaron av såväl hartset som vinylamiden är nödvändig för att de önskade egenskaperna skall uppnås.

Nötningsbeständigheten hos den beskrivna komposi- tionen har mätts med en TaberAbrasion-Meter och slip- hjul med grovleken CS l0F, enligt ASTM-Dl044-standard.

Bestämningen av slipningen har utförts med en optisk metod enligt ASTM 1003 Haze test.

De erhållna resultaten för olika behandlingscykler och användning av den ovan beskrivna kompositionen be- lagd med hartset A och vinylpyrrolidon i jämförelse med ett kommersiellt polykarbonat belagt med ett siloxan- fernisseskikt är följande: Antal Diffusionsprov % Polykarbonat+ Kommersiellt *Harts A+vinylpyr. Polykarbon. 1.2 1.2 2.5 1.6 40 3.8 3.9 60 5.0 5.6 100 7.5 10.0 150 10.8 15.6 200 13.9 26.8 Polykarbonatet ensamt visar under dessa förhållan- den redan efter 10 behandlingar ett värde över 20 % a vid diffusionsprovet. Dessa resultat visar att komposi- tionen enligt uppfinningen har en nötningsbeständighet som är högre än den som förefinns vid artiklar behandlade ° med kommersiell fernissa. 450 002 Exempel 2 På samma sätt som i föregående exempel framställdes en blandning med sammansättningen harts A 50 delar, vinyl- pyrrolidon 50 delar och benzyldimetylketal 5 delar.

Blandningen har viskositeten 75 cps vid 25° C och påförs provstycken av samma slag i en tjocklek av 30 um. Efter UV-tunnelpassager fås en film med König-hårdheten 176 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion på tejp 100 % och repningsbeständighet 24 g.

Slaghållfastheten och transparensen hos proven var desamma som för obelagda plattor. Det ovan angivna provet upprepades med olika mängder fotoinitiator och i kväve- atmosfär, varvid efter 20 passager följande resultat uppnåddes: Hårdhet Adhesion Rivnings- utan tejp med tejp beständighet s % % 9 Benzyldlnetyl- lsl loo loo 22 ketal (2 delar) k Bgnzyldjmetyl- 189 lOÜ 1.00 26 ketal Gldelar -i-Nzamnsf . ) Man kan se att koncentrationen av initiator och förekomsten kväve inom de rapporterade gränserna inte medför nämnvärda variationer i provens egenskaper.

Exempel 3 Proceduren är densamma som i exempel l med använd- ning av en komposition med sammansättningen harts A 60 delar, N-vinylkaprolaktam 40 delar och benzyldimetyl- aetal s delar. Den erhållna blandningen nar vid 25° c ett n_= 230 cps och påförs polykarbonatplattor i en tjocklek av 30 pm.

Efter 20 UV-tunnelpassager erhölls en film med egenskaperna König-hårdhet 180 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 27 g. Slaghållfastheten och transparensen hos proven är oförändrade, jämfört med det rena polykarbonatet. l5 450 002 Exempel 4 En blandning innehållande hartset A med samman- sättningen hartset A 70 delar, N-vinylpyrrolidon 15 delar, (J metylmaleat 15 delar och benzoínetyleter 5 delar framställdes. Blandningen pâfördes polykarbonatet till en tjocklek av 30 pm och efter bryggbildning under 20 UV-tunnelpassager erhölls en film med König-hårdhet 177 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 28 g. Slaghållfasthet och transparens hos proven var oförändrade, jämförda med de W obehandlade polykarbonatproven.

Exempel 5 I detta exempel användes ett harts av akryl- akrylattyp, harts B, som erhållits genom sampolymerise- ring av en blandning av metylakrylat med etylakrylat och glycydylakrylat varvid en terpolymer erhålls, i vilken de tre monomererna föreligger i de molära förhållandena 55/35/10. Denna terpolymer får reagera med en relativt glycydylgruppen stökiometrisk mängd akrylsyra, varvid man får ett harts av akryl-akrylattyp med en genomsnitt- lig molekylvikt fin=l650. Detta harts blandades med butan-. dioldiakrylat och N-vinylpyrrolidon i proportionerna harts B 50 delar, butandioldiakrylat 30 delar, N-vinyl- pyrrolidon 20 delar och benzyldimetylketal 5 delar. Den så erhållna blandningen hade vid 250 C viskositeten 330 och påfördes polykarbonatproven till tjockleken 30 um.

Efter 20 UV-tunnelpassager hade proven en König- hårdhet 49 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 18 g. Slaghållfast- sps heten och transparensen hos proven var oförändrad rela- tivt det rena polykarbonatet.

De erhållna provstyckena underkastades åldrings- och vattendränkningsprov som enligt exempel 1 med följande resultat: Efter 1 000 h i WOM Adhesion utan tejp 100 % Adhesion med tejp 100 % Repningsbeständighet 17 g Kulör opåverkad a» (V) 450 002 Efter 10 dygn i vatten vid 23° c Adhesion utan tejp 100 % 100 % Repningsbeständighet 14 g Kulör opåverkad Adhesion med tejp Dessa resultat visar att det inte föreligger nämnvärd ändring av provens egenskaper i de båda proven.

Genom att upprepa proven under samma förhållanden, men utan tillsatsen av N-vinylpyrrolidon, fås prover, vid vilka adhesionen till underlaget är obefintlig, men som i övrigt har samma egenskaper.

Exempel 6 *Med användning av hartsetß enligt exempel 5 fram- ställdes en blandning innehållande hartsetlß 30 delar, etylenglykoldiakrylat 20 delar, vinylpyrrolidon 50 delar och benzoinetyleter 5 delar. Den erhållna blandningen hade vid 250 C viskositeten 85 cps och efter 20 UV-tunnel- passager med en skikttjocklek av 30 um erhölls värdena König-hårdhet 147 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 13 g. övriga egen- skaper hos proven var desamma som enligt föregående exempel.

Exempel 7 Hartset A enligt exempel l används tillsammans med N-vinyl-N-metylbutyramid i en blandning bestående av hartset A 70 delar, N-vinyl-N-metylbutyramid 30 delar och benzyldimetylketal 5 delar. En film med tjockleken um framställs och efter 10 UV-tunnelpassager hade materialet König-hårdheten 162 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 18 g. Övriga egenskaper hos proven var desamma som rapporterat i exempel l.

Exempel 8 I Samma blandning med hartset A som i exempel l användes. Blandningen påfördes i olika tjocklekar på tre prov av kommersiellt polykarbonat av olika ursprung och dessa prov uppvisade följande skrapningsbeständighet: prov l 6,2 g prov 2 7,5 g prov 3 7,0 g 450 002 lo .ns- Efter beläggningen med ifrågavarande blandning i olika tjocklekar och med UV-bryggbildning under 20 passager hade de olika exemplen följande egenskaper som funktion av tjockleken: Tjocklek 5 um Prov Repnings- Tjocklek 30 mn Adhesion Repnings~ Adhesion Nr beständigh.med tejp beständigh. med tejp 9 % 9 *å 16 100 35 100 2 13 100 32 100 13 100 30 l0O Dessa prov visar att adhesionen inte pâverkas av tjockleken, medan beständigheten mot skrapning ökas allteftersom filmens tjocklek ökas.

Exempel 9 Här användes en annan hartstyp med en struktur av polyester-akrylattyp (typ C) erhållet genom polykon- densering av en blandning av en mol maleinsyraanhydrid med en mol adipinsyra och 3 mol etylenglykol. Den så erhållna produkten förestras genom att få reagera med akrylsyra, varvid man får ett halvfast harts med ett än = 460 och en akrylisk funktionalitet på 2. med detta harts framställdes en blandning innehållande hartset C 70 delar, N-vinyl-pyrrolidon 30 delar och benzyldimetyl- ketal 5 delar. Blandningen pâfördes i en tjocklek av um och UV-bestrålades för bryggbildning med 20 tunnel- passager, varefter filmen hade König-hårdheten 172 s, adhesion utan tejp 100 %, adhesion med tejp 100 % och repningsbeständighet 22 g. Övriga egenskaper hos proven var desamma som enligt exempel l.

När provet upprepas utan tillsats av vinylamiden, erhölls prov med liknande egenskaper, dock utan någon som helst adhesion.

Claims (7)

450 002' 11 _____ PATENTKRAV

1. l. Alster bestående av polykarbonat, belagda med ett ytskikt för att förbättra deras ytegenskaper, k ä n n e t e c k n a d e av att ytskiktet består av en produkt erhallen genom fotopolymerísering av en blandning av: A) 30-80% av en oligomer med en molekylvikt mellan 400 och 4000 och innehållande minst tva akryliska omättningar per molekyl, varvid komponent A är vald bland: a) uretanhartser, som vid molekylens ändar innehåller minst tva akryliska omättningar, b) hartser som erhållits genom oligomerisering av akryliska monomerer, funktionaliserade av minst tvâ akryliska omättnlngar per molekyl, c) hartser som erhållits genom kondensering av mättade och omättade dikarboxylsyror med glykoler och åtföljande förestring av deras ändhydroxyler (-OH) med akrylsyra, B) l5-S0% av en förening vald bland N-vinylderivat av raka eller cykliska sekundära amider, C) 0-30% av en förening med en molekylvikt understigande 400 och som i molekylen innehåller minst en funktionell grupp av typen akrylat, metakrylat, maleat eller fumarat, D) 2-5% av en fotoinitiator.

2. Alster enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d e av att oligomeren A utgöres av kondensationsprodukten av en mol hexametylendiisocyanat med tvâ moler trimetylolpropandiakrylat.

3. Alster enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d e av att komponenten B âr vald bland N-vinylpyrrolidon, N-vinylkaprolaktam och

4. N-vinyl-N-metylbutylamid. ll. Alster enligt krav 1, 2 eller 3, k ä' n n e t e c k n a d e av att komponenten C utgöres av dimetylmaleat.

5. Alster enligt krav 2, 3 eller ll, k ä n n e t e c k n a d e av att andelen av hartset A i blandningen är 50-80%.

6. Sätt att belägga polykarbonat med ett ytskikt för att förbättra dess ytegenskaper, k ä n n e t e c k n a t av att polykarbonatet belägges med en polymeriserbar blandning av: 450 002 A) e) c) D) 12 »- 30-8096 av en oligomer med en molekylvikt mellan 1:00 och 4000 och innehållande minst tva akryliska omättningar per molekyl, varvid komponent A är vald bland: a) uretanhartser, som vid molekylens ändar innehåller minst två akryliska omättningar, b) hartser som erhållits genom oligomerisering av akryliska monornerer, funktionaliserade av minst tvâ akryliska omättningar per molekyl, c) hartser som erhållits genom kondensering av mättade och omättade dikarboxylsyror med glykoler och åtföljande förestring av deras ändhydroxyler (-OH) med akrylsyra, ' 15-5096 av en förening vald bland N-vinylderivat av raka_ eller cykliska sekundära amider, 060% av en förening med en molekylvikt understigande 400 och som i molekylen innehåller minst en funktionell grupp av typen akrylat, metakrylat, maleat eller fumarat, 2-5% av en fotoinitlator, varefter det belagda polykarbonatet behandlas med UV-strålning.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att fotoinitiatorn D är vald bland bensyldimetylketal och benzoinetyleter. IJ?