由等离子体增强化学气相沉积的耐磨涂层
2019-11-22

由等离子体增强化学气相沉积的耐磨涂层

在有机聚合物基材的表面上通过大气压辉光放电沉积制备多层涂层的方法,方法的步骤包括沉积等离子体聚合的、光学透明的有机硅化合物的层(第一层)和其后在第二步骤中将聚合物硅氧烷或硅氧化物化合物的基本均匀层(第二层)沉积到该第一层的曝露表面上,其中多层涂层的厚度为至少2.0μm,和耐磨性展示在500次Tabor循环之后,根据ASTM D 1044,CS10F轮,500g重物测量的变化小于或等于20Δ雾度单位。

图5是用于大气压等离子体沉积方法的设备的组件的另一个合适布置的示意图。

将保护膜施加到片的顶部和底部以防止在处理、输送和贮存期间对片材表面的损害。膜是2密耳厚聚乙烯LDF 550,电晕处理以促进粘合。将此保护膜在等离子体涂覆之前剥离。

表2.层压PC-丙烯酸类片的仪器冲击

发明背景本发明涉及在大气压或接近大气压条件下,使用也称为辉光放电化学气相沉积的等离子体增强的化学气相沉积(plasma enhancedchemical vapor deposition,PECVD),由有机硅化合物的耐磨层涂覆基材的曝露表面。

实施例本发明进一步由如下实施例说明,该实施例应当不认为限制本发明。

图1提供采用柔性膜基材用于进行本发明的方法的一个设备的说明。在图1中,将有机硅化合物(10)从有机硅化合物的包含挥发性液体(10a)的顶部空间产生,由载气(12)从顶部空间携带和与余量气体(14)在输送到电极(16)之前合并。载气(12)和余量气体(14)驱动有机硅化合物(10)通过电极(16),更具体而言通过电极(16)的至少一个入口(18),和通过出口(20),它们的形式典型地为在多个导电元件之间的裂缝或空穴或间隙。将动力施加到电极(16)以在电极(16)和对电极(24)之间产生辉光放电(22),它任选地装配介电层(26)。理解电极(16)也可以或选择地装配介电套筒(图中未显示)。将基材(28)沿介电层(26)连续通过和采用聚合物硅氧烷或硅氧化物产物涂覆。

采用增加的氧化剂水平(单独的空气在40scfm,1,100sL/m)和降低的硅烷/N2流量(500sccm)在功率900瓦下重复以上过程5分钟以在有机硅烷涂层上沉积聚合物硅氧烷或硅氧化物涂层。通过增加或降低第二层沉积的曝露时间,采用变化厚度的聚合物硅氧烷或硅氧化物层涂覆基材。对于大于2μm的厚度,重复随后为聚合物硅氧烷或硅氧化物层的沉积有机硅层的在先两步骤工艺,因此提供具有增加均匀性和表面平滑度的多层涂层。此外,多层涂层具有更大的柔韧性,导致更大的耐久性和耐脱层性。

先前已知通过硅氧化物层的沉积,改性聚合物如具有不所需低表面能的聚烯烃的表面以改进表面润湿性或粘合或两者。已经相似地改性其它聚合物,如聚碳酸酯,以提供改进的耐化学品性,增强的气体屏蔽性、粘合性、防雾性能、耐磨性、静电放电(static discharge),或改变的折光率。

在此用于基材的至少表面层的优选聚合物是交联聚(甲基)丙烯酸酯聚合物,商标KORADTM,销售商为Spartech PEP或SOLARCOATTM,销售商为Arkema。在特别优选的实施方案中,将形式为膜的这样产物的聚合物层层压到聚碳酸酯片或膜,或层压到聚(甲基)丙烯酸酯聚合物的片或膜层,它依次可以层压到进一步的聚合物片或膜层,特别是聚碳酸酯层。获得的两层或三层构造特别所需地用作塑料上光材料,特别是其中将UV吸收材料,如有机苯并三唑如购自Ciba的TINUVIN、有机锡化合物、氧化锌、或相似材料引入表面层。其中将上述上光材料采用UV吸收层,特别是包括0.01至10%的UV吸收材料,特别是有机苯并三唑的所有(甲基)丙烯酸酯聚合物构造,曝露于UV辐射的气氛或其它来源的结构在曝露条件下具有改进的耐降解性,而本耐磨层提供改进的耐细裂纹、耐磨损、和耐擦伤的性能。形成在此使用的聚合物层压材料的合适方法包括使用粘合剂如氰尿酸酯化合物,低分子量聚丙烯酸丁酯,或任何其它合适的粘合剂以结合各自的层。也可以采用各自聚合物的熔体层压。

将本发明的耐磨涂层在采用其它聚合物材料的层压材料的形成之前或之后施加到聚合物基材的膜或片。在优选的实施方案中,将耐磨涂层作为最终步骤在流延或挤出,片或膜形成工艺中施加。可以将涂覆的产物切割到尺寸,成形为所需的形状,或层压到固体材料或物质而没有耐磨涂层的损失或降解。

将厚度为7密耳(0.18mm)的基材采用甲醇洗涤以脱除表面污染物但另外未处理,和在电极组合体以下支撑。将四甲基二硅氧烷(TMDSO)与氮气载气在20℃下混合。TMDSO/N2混合物的调节流量是1000标准cm3/min(sccm)和余量气体的流量是N2(30标准ft3/min(scfm)(850,000sccm)和空气(10scfm,280,000sccm)的混合物。将电源调节到300瓦1分钟以提供非热电弧放电,和在基材的曝露表面上均匀地沉积有机硅烷涂层。