ГРУНТОВОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И ИЗДЕЛИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ГРУНТОВОЧНУЮ КОМПОЗИЦИЮ
PRIMER COMPOSITION AND ARTICLE CONTAINING PRIMER COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Данная заявка в целом относится к грунтовочным композициям и изделиям, включающим грунтовку, и, в одном конкретном не ограничивающем варианте реализации, к грунтовочной композиции, применимой, в частности, для нанесения на полимерные подложки.
Уровень техники
В авиационной промышленности, как известно, на стеклянное самолетное остекление наносят поглощающий микроволновое излучение материал для улучшения защиты оборудования самолета и пилота от потенциально вредного микроволнового излучения, проникающего в самолет. В одном способе покрытие, поглощающее микроволновое излучение, наносят на стеклянную подложку самолетного остекления при повышенных температурах. Данный известный способ хорошо работает в случае покрытия стеклянной подложки. Однако с целью снижения общего веса самолета все больше самолетов обеспечивается полимерным остеклением, а не стеклянным остеклением. Если данный известный способ покрытия при повышенных температурах используют на полимерных подложках, то, поскольку полимерная подложка сжимается после охлаждения, на поглощающее излучение покрытие воздействует компрессионная сила вследствие увеличенного теплового расширения и увеличенной сжимающей силы, связанных с полимерными подложками, по сравнению со стеклянными подложками. Данная компрессионная сила может вызвать или растрескивание, или отслоение от подложки поглощающего излучение покрытия, поскольку подложка сжимается во время охлаждения. Поэтому, как известно, перед нанесением поглощающего излучение покрытия на полимерную подложку наносят грунтовочный слой. Грунтовочный слой действует как буфер и помогает защитить поглощающее излучение покрытие от компресионных сил, вызванных сжатием пластмассовой подложки.
Однако при использовании существующего способа все еще имеются проблемы. Например, грунтовочный слой должен не только быть сильно связан с пластиковой подложкой, но должен также быть сильно связан с нанесенным на него поглощающим излучение покрытием. Также было бы выгодно снизить сопротивление (Ом/квадрат) поглощающего излучение покрытия для увеличения защитных свойств покрытия. Однако снижение сопротивления обычно требует увеличения толщины покрытия. Например, если конкретное покрытие обеспечивает сопротивление 20 Ом/квадрат при толщине 3500 Å, для снижения сопротивления до 10 Ом/квадрат обычно требуется удвоить толщину покрытия до 7000 Å. Существующие в настоящее время грунтовки не способны приклеивать покрытие 10 Ом/квадрат к пластиковой подложке при использовании способа нанесения при повышенной температуре, потому что покрытие и/или грунтовка отслаивается от подложки. Кроме того, чем толще покрытие, тем больше компрессионная нагрузка, которая прилагается при охлаждении полимерной подложки и, следовательно, тем труднее удерживать покрытие на подложке.
Следовательно, было бы желательным создание грунтовки, которая преодолевает или уменьшает некоторые из проблем, обсужденных выше применительно к существующим грунтовкам.
Краткое описание изобретения
Грунтовочная композиция изобретения содержит продукт реакции: (а) полиэпоксида и (б) силана с амино функциональной группой. Продукт реакции, если гидролизован, содержит, по меньшей мере, 6 силанольных групп. В одном неограничивающем варианте реализации продукт реакции содержит, по меньшей мере, 8 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 10 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 12 силанольных групп.
Покрытое изделие изобретения включает подложку и грунтовку, сформированную на, по меньшей мере, части подложки. Грунтовка включает продукт реакции (а) полиэпоксида и (б) силана с амино функциональной группой. Продукт реакции, если гидролизован, содержит, по меньшей мере, 6 силанольных групп. В одном неограничивающем варианте реализации продукт реакции содержит, по меньшей мере, 8 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 10 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 12 силанольных групп.
Самолетное остекление изобретения включает подложку, грунтовку, сформированную на, по меньшей мере, части подложки, защищающее от излучения покрытие, сформированное на, по меньшей мере, части грунтовки, и необязательное внешнее покрытие, сформированное на, по меньшей мере, части защищающего от излучения покрытия. Грунтовка включает продукт реакции полиэпоксида и силана с амино функциональной группой. Продукт реакции, если гидролизован, включает, по меньшей мере, 6 силанольных групп, а именно, по меньшей мере 8, силанольных групп. В одном неограничивающем варианте реализации продукт реакции включает, по меньшей мере, 10 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 12 силанольных групп. В другом неограничивающем варианте реализации защищающее от радиации покрытие имеет удельное поверхностное сопротивление меньше или равное 20 Ом/квадрат, а именно меньше или равное 15 Ом/квадрат, а именно меньше или равное 10 Ом/квадрат. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации защищающее от излучения покрытие имеет толщину, по меньшей мере, 3500 Å, а именно, по меньшей мере, 4000 Å, а именно, по меньшей мере, 4500 Å, а именно, по меньшей мере, 5000 Å, а именно, по меньшей мере, 5500 Å, а именно, по меньшей мере, 6000 Å, а именно, по меньшей мере, 6500 Å, а именно, по меньшей мере, 7000 Å.
Другое самолетное остекление изобретения включает пластиковую подложку, а именно, но, не ограничиваясь, термопластик из поликарбонатной смолы, грунтовку, сформированную на, по меньшей мере, части подложки. Грунтовка включает продукт реакции: (а) фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-, полимера с 2,2'-[(1-метилэтилиден)бис(4,1-фениленоксиметилен)]бис[оксираном], и (б) бис(триметоксисилилпропил)амина. Продукт реакции, если гидролизован, содержит, по меньшей мере, 12 силанольных групп. Остекление также включает защищающее от излучения покрытие, сформированное на по меньшей мере части грунтовки. Защитное покрытие включает оксид индия и олова и имеет удельное поверхностное сопротивление меньше или равное 10 Ом/квадрат. На по меньшей мере части защищающего от радиации покрытия формируется необязательное внешнее покрытие, при этом покрытие включает по меньшей мере один из полиуретана или силоксана.
Краткое описание чертежей
Чертеж - вид сбоку (без соблюдения масштаба) самолетного остекления, объединяющего признаки изобретения.
Описание предпочтительного варианта реализации
Термины пространства или направления, такие как "левый", "правый", "внутренний", "внешний", "выше"', "ниже" и подобные, которые используются в настоящем документе, относятся к изобретению так, как показано на чертеже. Однако подразумевается, что изобретение может допускать различные альтернативные ориентации, и, соответственно, данные термины не следует рассматривать как ограничивающие. Также, в соответствии с использованием в настоящем документе, все числа, выражающие размеры, физические свойства, технологические параметры, количества ингредиентов, условия реакции и т.п., используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицируемые во всех отдельных случаях термином "примерно". Соответственно, если не указано иное, численные значения, указанные в следующем описании и формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от желательных свойств, которые стремятся получить в соответствии с настоящим изобретением. Как минимум, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждое численное значение следует рассматривать, по меньшей мере, в свете числа указанных значащих цифр и с использованием обычных методик округления. Кроме того, все интервалы, раскрытые в настоящем документе, следует понимать как охватывающие начальное и конечное значения интервала и любые и все включенные в него подинтервалы. Например, указанный интервал "от 1 до 10" нужно рассматривать как включающий любой и все подынтервалы между (и включительно) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все подынтервалы, начинающиеся с минимального значения 1 или больше и заканчивающиеся максимальным значением 10 или меньше, например от 1 до 3,3, от 4,7 до 7,5, от 5,5 до 10 и т.п. Также термины "нанесенный на", "сформированный на", "отложенный на" или "созданный на", которые используются в настоящем документе, означают нанесенный, сформированный, отложенный или созданный на, но не обязательно в контакте с поверхностью. Например, слой покрытия, "сформированный на" подложке, не препятствует наличию одной или больше других пленок слоев покрытия такой же или другой композиции, расположенной между сформированным слоем покрытия и подложкой. Термины "полимер" или "полимерный", которые используются в настоящем документе, включают олигомеры, гомополимеры, сополимеры и терполимеры, например полимеры, образованные из двух или более типов мономеров или полимеров. Термины "видимая область" или "излучение в видимой области спектра" относятся к электромагнитному излучению, имеющему длину волны в интервале от 380 нм до 800 нм. Термины "инфракрасная область" или "инфракрасное излучение" относятся к электромагнитному излучению, имеющему длину волны в интервале от более чем 800 нм до 100000 нм. Термины "ультрафиолетовая область" или "ультрафиолетовое излучение" означают энергию электромагнитного излучения, имеющего длину волны в интервале от 300 нм до менее чем 380 нм. Термины "микроволновая область" или "микроволновое излучение" означают энергию электромагнитного излучения, имеющего длину волны в интервале от 1 ГГц до 30 ГГц. Также все документы, такие как, но не ограничивающиеся таковыми, выданные патенты и патентные заявки, упомянутые в настоящем документе, следует считать "включенными ссылкой" в своей полноте. Термины "защищающее от излучения покрытие" или "защитное покрытие" относятся к покрытию, обеспечивающему отражение, поглощение или иное уменьшение пропускания выбранного интервала излучения через покрытие. Однако защищающее от излучения покрытие может также придавать другие свойства, помимо отражения, поглощения или снижения пропускания выбранного излучения, такие как, например, поглощение или отражение ультрафиолетового (УФ) излучения и/или поглощение или отражение инфракрасного (ИК) и/или поглощение или отражение излучения в видимой области спектра. В следующем описании термин "пленка" относится к области покрытия, имеющего желательную или выбранную композицию. "Слой" включает одну или больше "пленок". "Покрытие" или "блок покрытия" состоят из одного или больше "слоев". Любая ссылка на количества, если не указано иное, представляет собой "массовый процент".
Для целей дальнейшего описания изобретение будет описано в отношении использования в самолетном остеклении, в частности в окнах самолета. Однако следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается применением в окнах самолета, но может применяться в любой желательной области, такой как, но не ограничиваясь таковым, ламинированное или не ламинированное остекление транспортных средств, окна жилых и/или промышленных зданий, изолирующие стеклопакеты и/или остекления для наземных, воздушных, космических, надводных и подводных транспортных средств, например ветровых окон автомобилей, боковых окон, задних окон и люков в крышах автомобилей, названы только некоторые. Поэтому понятно, что конкретные раскрытые иллюстративные варианты реализации представлены только для объяснения общих концепций изобретения и что изобретение не ограничивается конкретными иллюстративными вариантами реализации. Кроме того, поскольку "остекление" типичного самолета может иметь достаточное пропускание излучения в видимой области спектра, так что такие материалы могут рассматриваться как прозрачные, в практической реализации изобретения "остекление" не должно быть прозрачным для излучения в видимой области спектра, но может быть полупрозрачным или непрозрачным (как описано ниже). Защищающее от излучения покрытие изобретения может использоваться в создании ламинированных или не ламинированных, например однослойных или монолитных, изделий. Под "монолитным" подразумевается имеющий одинарную структурную подложку или грунтовочный слой, например стеклянный слой или полимерный слой. Под "грунтовочным слоем" подразумевается первичный носитель или структурный элемент. В следующем описании типичное изделие (или ламинированное, или монолитное) описывается как самолетное остекление.
Типичное покрытое изделие в форме самолетного остекления 10, включающее признаки изобретения, показано на чертеже. Остекление 10 включает подложку 12, которая может иметь, по меньшей мере, одну основную поверхность 14. Сложное покрытие 16 изобретения наносят на, по меньшей мере, часть подложки 12, а именно на, по меньшей мере, часть основной поверхности 14. Сложное покрытие 16 включает грунтовочный слой или грунтовку 18 изобретения, сформированный на, по меньшей мере, части подложки 12, а именно на, по меньшей мере, части основной поверхности 14. Защищающее от излучения покрытие 20 формируется на, по меньшей мере, части грунтовки 18. Необязательное внешнее покрытие 22 может быть сформировано на, по меньшей мере, части защитного покрытия 20.

В широком практическом применении изобретения подложка 12 остекления 10 может включать любой желательный материал, имеющий любые желательные свойства. Например, в одном неограничивающем варианте реализации подложка 12 может быть прозрачной для излучения в видимой области спектра. Под "прозрачной" подразумевается имеющая пропускание излучения в видимой области спектра от больше чем 0% до 100%. Альтернативно в другом неограничивающем варианте реализации подложка 12 может быть светопроницаемой. "Светопроницаемый" означает обеспечивающий прохождение электромагнитной энергии (например, излучения в видимой области спектра), но рассеивающий данную энергию так, что предметы на стороне, противоположной наблюдателю, не являются четко видимыми. Примеры пригодных материалов включают, но не ограничиваются таковыми, пластиковые подложки (такие как акриловые полимеры, такие как полиакрилаты, полиалкилметакрилаты, такие полиметилметакрилаты, полиэтилметилакрилаты, полипропилметакрилаты и т.п.; полиуретаны; поликарбонаты; полиалкилтерефталаты, такие как полиэтилентерефталат (РЕТ), полипропилентерефталаты, полибутилентерефталаты и т.п.; полисилоксансодержащие полимеры; или сополимеры любых мономеров для их получения, или любые их смеси), или термопластические материалы; керамические подложки, стеклянные подложки; или смеси или комбинации любого из вышеупомянутых. Альтернативно подложка 12 может быть обычным натриево-кальциевым силикатным стеклом, борсиликатным стеклом или свинцовым стеклом. Стекло может быть прозрачным стеклом. "Прозрачное стекло" означает нетонированное или неокрашенное стекло. Альтернативно стекло может быть тонированным или в ином случае окрашенным стеклом. Стекло может быть отожженным или термообработанным стеклом. Термин "термообработанное", который используется в настоящем документе, означает закаленное или, по меньшей мере, частично закаленное. Стекло может быть любого типа, а именно обычным флоат-стеклом, иметь любую композицию, иметь любые оптические свойства, например любое значение пропускания видимого света, ультрафиолетового пропускания, инфракрасного пропускания и/или общего пропускания солнечной энергии. Подложка 12 может иметь любые желательные размеры, например длину, ширину, форму или толщину. В одном типичном варианте реализации подложка 12 содержит термопластик и имеет толщину в интервале от 1 мм до 10 мм толщины, например от 1 мм до 5 мм, например от 1,5 мм до 5 мм, например от 2 мм до 5 мм, например от 3 мм до 4 мм, например 3,2 мм. В одном неограничивающем варианте реализации подложка 12 содержит пластмассу LEXAN, коммерчески доступную от General Electric Company, Pittsfild, Массачусетс.
В одном неограничивающем варианте реализации грунтовка 18 содержит продукт реакции полиэпоксида и силана с амино функциональной группой. Продукт реакции, если гидролизован, содержит, по меньшей мере, 6 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 8 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 10 силанольных групп, а именно, по меньшей мере, 12 силанольных групп.
В одном неограничивающем варианте реализации полиэпоксид содержит, по меньшей мере, две эпоксигруппы. Полиэпоксид может быть, например, эпокси полиглицидилом. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации полиэпоксид включает фенол, 4,4'-(1-метилэтилиден)бис-, полимер с 2,2'-[(1-метилэтилиден)бис(4,1-фениленоксиметилен)]бис[оксираном]. Пригодным полиэпоксидом для практической реализации изобретения является EPON 1001F epoxy (коммерчески доступный от Hexion Speciality Chemicals, Inc., Houston, Техас).
В одном неограничивающем варианте реализации силан с амино функциональной группой включает полиалкоксисилан с амино функциональной группой, такой как бис-алкоксисилан с амино функциональной группой. В одном неограничивающем варианте реализации силан содержит, по меньшей мере, две силильных группы на молекулу. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации силан является полиметоксисиланом, таким как триметоксисилан. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации силан с амино функциональной группой включает бис(триметоксисилилпропил)амин. Пригодным силаном с амино функциональной группой для практической реализации изобретения является силан Silquest A-1170 (коммерчески доступный от GE Advanced Materials, South Charleston, Западная Вирджиния).
При получении продукта реакции специалист в данной области техники поймет, что количество материала с амино функциональной группой, добавленного к полиэпоксиду, зависит от числа реакционноспособных эпоксигрупп в полиэпоксиде. Например, если полиэпоксид содержит две реакционноспособных эпоксигруппы, то к одному молю полиэпоксида будут добавлены два моля материала с амино функциональной группой.
Грунтовочный слой 18 может иметь любую желаемую толщину. Однако в одном неограничивающем варианте реализации слой грунтовки 18 имеет толщину в интервале от больше чем 0 до 10 микрон, а именно от 1 до 10 микрон, а именно от 1 до 8 микрон, а именно от 1 до 6 микрон, а именно от 2 до 6 микрон, а именно от 2 до 4 микрон.
Защищающее от излучения покрытие 20 содержит один или больше слоев материалов, которые отражают, поглощают и/или иначе снижают или предотвращают от прохождения через них излучения выбранной длины волны или диапазона длин волн. В обычной практической реализации изобретения защитное покрытие 20 может содержать любой обычный поглощающий или отражающий излучение материал, известный в технике. В одном неограничивающем варианте реализации защищающее от излучения покрытие 20 содержит один или больше материалов оксидов металлов, которые снижают или предотвращают прохождение микроволнового излучения через прозрачность 10.
Типичные материалы оксидов металлов для использования в настоящем изобретении включают, но не ограничиваются таковыми, диоксид кремния, оксид алюминия, оксид цинка, оксид олова, оксид индия, оксид индия и олова (ITO), оксид ниобия, оксид тантала, диоксид циркония, диоксид титана, материалы цинка и олова (такие как, но не ограничиваясь таковым, станнат цинка), и оксиды, нитриды или оксинитриды любого из вышеупомянутых металлов или любые смеси, содержащие какой-либо один или более из вышеупомянутых материалов. Защищающее от излучения покрытие 20 может также содержать одно или больше допирующих веществ. Типичные допирующие вещества могут быть выбраны из, но не ограничиваются таковыми, хрома, гафния, иттрия, никеля, бора, фосфора, титана, циркония, тантала, ниобия и их смесей или комбинаций.
Защитное покрытие 20 может также содержать одну или больше добавок или допирующих веществ для влияния на свойства защитного покрытия 20, такие как показатель преломления, фотокаталитическая активность и другие подобные свойства, известные специалистам в данной области техники. Примеры допирующих веществ включают, но не ограничиваются таковыми, натрий, никель, переходные металлы и смеси, содержащие любой один или больше из вышеуказанных.
Защитное покрытие 20 может иметь любую толщину для достижения желаемой защиты от облучения. Как будет понятно специалистам в данной области техники, конкретная толщина защитного покрытия 20 может изменяться в зависимости от выбранных материалов для достижения желаемой защиты от облучения. В одном неограничивающем варианте реализации защитное покрытие 20 имеет толщину, достаточную для обеспечения сопротивления, меньше или равного 20 Ом/квадрат, а именно меньше чем или равного 18 Ом/квадрат, а именно меньше или равного 16 Ом/квадрат, меньше или равного 15 Ом/квадрат, меньше или равного 13 Ом/квадрат, меньше или равного 11 Ом/квадрат, меньше или равного 10 Ом/квадрат. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации защитное покрытие имеет толщину, по меньшей мере, 3500 Å, а именно, по меньшей мере, 4000 Å, а именно, по меньшей мере, 4500 Å, а именно, по меньшей мере, 5000 Å, а именно, по меньшей мере, 5500 Å, а именно, по меньшей мере, 6000 Å, а именно, по меньшей мере, 6500 Å, а именно, по меньшей мере, 7000 Å. В одном конкретном неограничивающем варианте реализации защитное покрытие 20 содержит оксид индия и олова.
Защитное покрытие 20 может быть нанесено любым обычным способом, таким как, но, не ограничиваясь таковыми, обычное химическое осаждение из газовой фазы (CVD) и/или физическое осаждение из газовой фазы (PVD). Примеры способов CVD включают распылительный пиролиз. Примеры способов PVD включают электронно-лучевое напыление и напыление в вакууме (такое как магнетронное напыление в вакууме (MSVD)). Также могут использоваться другие способы покрытия, такой как, но не ограничиваясь таковым, золь-гельное нанесение. В одном неограничивающем варианте реализации защитное покрытие 20 может быть нанесено MSVD. Примеры способов и устройств для нанесения покрытия MSVD будут хорошо понятны специалистам в данной области техники и описываются, например, в патентах US 4379040; 4861669; 4898789; 4898750; 4900633; 4920006; 4933857; 5328768 и 5492750.
Внешнее покрытие 22 содержит материал, который обеспечивает механическую и/или химическую защиту расположенных ниже слоев покрытия. В одном неограничивающем варианте реализации внешнее покрытие 22 содержит полиуретан, имеющий толщину в интервале от 1 до 10 милов (от 0,0025 см до 0,025 см), а именно от 2 до 8 милов (от 0,005 см до 0,0203 см), а именно от 2 до 5 милов (от 0,005 см до 0,0127 см). В другом неограничивающем варианте реализации внешнее покрытие 22 содержит силоксан, имеющий толщину в интервале от 1 до 10 микрон, а именно от 2 до 8 микрон, а именно от 3 до 4 микрон.
Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на следующий пример. Следующий пример только поясняет общие концепции изобретения и не предназначен для ограничения. Если не указано иное, все части и проценты в следующем примере, а также во всем описании являются массовыми.
ПРИМЕР
Данный пример поясняет способ создания грунтовочной композиции изобретения.

91,5 Грамм Epan 1001F epoxy (коммерчески доступного от Hexion Speciality Chemicals, Inc., Houston, Техас) растворили в 274,5 граммах растворителя Dawanol PM (коммерчески доступного от Dow Chemical Company, Midland, Мичиган) для получения 25% раствора. Добавили 58 грамм А-1 170 аминосилана (коммерчески доступного от GE Advanced Materials, South Charleston, Западная Вирджиния), перемешали и оставили реагировать с Epon 1001F epoxy в течение 2 часов при 180°F (82°C) так, чтобы прореагировали все, или в значительной степени все, аминогруппы с эпоксигруппами. Раствор оставили стоять при комнатной температуре. Добавили 9,3 грамм воды к 738 граммам Dowanol PM и перемешали. Затем добавили раствор 25% эпокси/силан к раствору Dowanol РМ/вода и перемешивали в течение 1 часа. 337,5 грамм растворителя бутилцеллозольва (2-бутоксиэтанола; коммерчески доступного от Dow Chemical Company, Midland, Мичиган) добавили и перемешивали до получения 10% раствора твердых веществ грунтовки. Добавили 0,4 г поверхностно-активного вещества BYK 306 (коммерчески доступного от BYK Chemie) и перемешивали в течение 10 минут. Затем готовую грунтовку нанесли на подложку Lexan.
Вышеуказанный 10% раствор нанесли на подложку Lexan посредством струйного облива, покрытие сушили на воздухе в течение 45 минут или до отлипа. Затем грунтованную подложку поместили в печь и отверждали в течение 2 часов при 254°F (118°С).
Грунтованную подложку поместили в обычное устройство для MSVD, в которое нанесли оксид олова и индия с толщиной, обеспечивающей сопротивление 10 Ом/квадрат. Затем по слою оксида олова и индия нанесли внешнее полиуретановое покрытие, имеющее толщину 3 милов (0,00762 см), и затем покрытую подложку переработали в окно.
Специалист в данной области техники легко поймет, что в изобретении могут быть сделаны изменения без отступления от принципов, раскрытых в предшествующем описании. Соответственно, конкретные варианты реализации, описанные подробно в настоящем документе, являются только иллюстративными и не ограничивают объем изобретения, которому обеспечен полный объем прилагаемой формулой и любыми всеми ее эквивалентами.