技術(shù)領(lǐng)域
在此所述的涉及作為抗靜電涂層的可固化組合物，包括透明硬涂層及其物品，以及所述涂層的制備。
相關(guān)技術(shù)說明
與許多其他物品一樣，光學(xué)物品可由一種或多種絕緣材料構(gòu)成。該絕緣材料可能帶有靜電。存在于物品表面的電荷產(chǎn)生能夠吸引和/或固定在所述帶電表面附近移動的輕質(zhì)物體的靜電場，這些輕質(zhì)物體包括小尺寸顆粒諸如灰塵。
為了降低或抑制所述顆粒的靜電吸引，有益的是通過減少在物品的表面上存在的靜電荷的數(shù)目來降低該靜電場的強(qiáng)度。這可以通過引入誘導(dǎo)電荷的高遷移率的層或材料來進(jìn)行。這種層是抗靜電層或抗靜電材料。
術(shù)語抗靜電的通常包括不保留和/或發(fā)展可感知的靜電荷的特性。當(dāng)已經(jīng)用適當(dāng)?shù)牟寄Σ恋谋砻娌晃蛘掣?afix)灰塵或小顆粒時，許多物品被認(rèn)為具有可接受的抗靜電特性。抗靜電表面或材料通常能夠快速消散累積的靜電荷。疏散靜電荷的能力可以通過測量消散所述電荷所需要的時間(電荷衰減時間)來量化。通常，對于抗靜電光學(xué)物品，最高達(dá)約200毫秒的優(yōu)選放電時間是可接受的，而靜電光學(xué)物品將具有約幾十秒、有時高達(dá)幾分鐘的放電時間。在摩擦靜電光學(xué)物品時，灰塵顆粒將被吸引到它的表面持續(xù)一段時間，該時間至少與該表面變得排放累積的顆粒所需的時間一樣長。
已知許多材料賦予抗靜電特性，但很少呈現(xiàn)出光學(xué)應(yīng)用所要求的透明度，該透明度包括高于90％的可見光透射率。
雖然透明抗靜電涂層可以通過金屬或金屬氧化物(像氧化銦錫或氧化釩)的氣相沉積來獲得，這樣的涂層是脆的并且不耐受苛刻的機(jī)械條件像彎曲或熱應(yīng)力。
已經(jīng)研究了許多抗靜電涂層的施用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過濕路徑，即，通過施用可流動的且可固化的組合物，施用的涂層難以獲得和/或在其抗靜電性能方面不是足夠的。例如，導(dǎo)電聚合物，如聚(3,4-亞乙基二氧噻吩)可以用聚苯乙烯磺酸酯接枝以改進(jìn)其在水中的分散，并進(jìn)一步用各種添加劑(包括磺酸酯表面活性劑)改性(如在以其全文通過引用結(jié)合在此的US 2011/248223中確定和描述的)。然而，包括這些高分子量聚合物的配制品難以獲得，部分是由于聚集，該聚集對透明度具有負(fù)面影響。
已經(jīng)嘗試通過包括特定添加劑(為非常輕的電荷保持體，例如帶正電荷的鋰陽離子)，或在固化之前在水性組合物中添加離子液體(例如在以其全文通過引用結(jié)合在此的JP 2008/184556中確定和描述的)來降低水基涂層組合物的電導(dǎo)率。然而，將這樣的特定添加劑添加到水基組合物中在固化時提供了對組合物的磨損特性的不利變化。
因此，仍然需要改進(jìn)涂層組合物的抗靜電特性。還仍然需要提供還具有高機(jī)械特性的透明涂層組合物。并且，仍然需要提供用于物品諸如光學(xué)物品的良好的抗靜電涂層組合物，該抗靜電涂層組合物還提供對磨損、刮擦和擦傷的足夠的耐受性。
概述
在此描述的一個或多個實(shí)施例中是抗靜電組合物。
這些抗靜電組合物解決了上述的至少一種或多種障礙。
這些抗靜電組合物滿足一個或多個性能標(biāo)準(zhǔn)，包括提供透明度、提供合適的機(jī)械特性、并且提供合適的抗靜電行為和抗靜電特性，使得所述組合物作為涂層或在其物品表面上對該組合物的涂層表面或該物品的表面提供所述改進(jìn)的性能抗靜電特征。
在此描述的抗靜電組合物可以用于一種或多種光學(xué)應(yīng)用中。在該一種或多種光學(xué)應(yīng)用中的任一種中使用抗靜電組合物時，所述抗靜電組合物滿足一個或多個性能標(biāo)準(zhǔn)，包括如在此描述的透明度和/或改進(jìn)的機(jī)械性能，以及如在此描述的適當(dāng)?shù)目轨o電行為。
在此描述的抗靜電涂層組合物在它的配方中不需要導(dǎo)電聚合物。
在此描述的抗靜電組合物通常至少包括：(a)鹽，該鹽包含堿性陽離子或稀土離子以及為超強(qiáng)酸的共軛堿的抗衡離子；(b)粘合劑；以及(c)具有以下確定的式的添加劑化合物：
R1-O-[(CH2-CHR3)-O]n-R2 (1)，
其中R1表示H或烷基，R2表示H或烷基，并且R3是H或甲基，并且n是范圍從2至200的整數(shù)。附加組分也可以包括在所述抗靜電組合物中，如下面進(jìn)一步描述的。具有式(1)的化合物可以是乙二醇的化合物?；谠摻M合物的總重量，具有式(1)的化合物可以處于范圍為按重量計從約0.5％至約20％的量。具有式(1)的化合物可以具有最高達(dá)約1000g/mol、或低于約1000g/mol的分子量。
該至少一種粘合劑是化合物，其中通常所述粘合劑中的至少一種將具有以下確定的式：
Rn'YmSi(X)4-n'-m (2)，
或其水解產(chǎn)物，其中，這些R基團(tuán)(官能團(tuán))是相同的或不同的并且表示通過碳原子連接到硅原子上的一價有機(jī)基團(tuán)，這些Y基團(tuán)是相同的或不同的并且表示通過碳原子連接到硅原子上的并且含有至少一個環(huán)氧官能團(tuán)的一價有機(jī)基團(tuán)，這些X基團(tuán)是相同的或不同的并且表示可水解的基團(tuán)或氫原子，并且m和n’是整數(shù)而使得m等于1或2并且n'+m＝1或2。
具有式(2)的粘合劑由水解和縮合的反應(yīng)形成并包括其衍生物。具有式(2)的粘合劑可以包含環(huán)氧硅烷化合物?；诮M合物的總重量，具有式(2)的粘合劑可以處于范圍為按重量計從約40％至約70％的量。該粘合劑進(jìn)一步包含至少一種填充劑。該至少一種填充劑可以包含無機(jī)氧化物納米顆粒。
該鹽可以包含鋰陽離子。相對于組合物的干重，該鹽可以處于按重量計約或小于約5％的量。
該組合物可以進(jìn)一步包含溶劑。此外，該組合物可包含與該具有式(2)的粘合劑的官能團(tuán)(包括環(huán)氧基團(tuán))反應(yīng)的催化劑或交聯(lián)劑。當(dāng)形成時，該組合物可以是透明的。當(dāng)形成時，該組合物可以具有至少高達(dá)或高于90％的可見光透射率。
在此還描述的是一種抗靜電物品，該抗靜電物品包含：透明基底，其中該基底具有至少一個暴露表面；并且進(jìn)一步包含抗靜電涂層組合物，其中該抗靜電涂層組合物是在該透明基底的該暴露表面的至少一部分上從可固化組合物形成的硬涂層。將該抗靜電涂層組合物施用到該透明基底的至少一個暴露表面上。將該抗靜電涂層組合物在其施用之后固化。該抗靜電涂層組合物是由至少具有以下各項(xiàng)的組合物形成的：(a)鹽，該鹽包含堿性陽離子或稀土離子以及為超強(qiáng)酸的共軛堿的抗衡離子；(b)粘合劑；以及(c)具有式(1)的添加劑化合物。該抗靜電涂層組合物可以表現(xiàn)出小于400毫秒的在其表面上的衰減時間，至少或大于90％的光透射率，和約或小于約0.50％的霧度值。該抗靜電物品可具有在從約5至約5000nm，優(yōu)選從約1000至約4000nm的范圍內(nèi)的最終厚度。當(dāng)形成時，該抗靜電物品可以是透明的。透明物品的衰減時間可以是約或小于約250毫秒。
在此描述的抗靜電涂層組合物由配制品形成，該配制品包含至少一種鹽，其中該鹽包含堿性陽離子或稀土金屬離子以及為超強(qiáng)酸的共軛堿的抗衡離子，并且進(jìn)一步包含如式(1)描述的化合物
R1-O-[(CH2-CHR3)-O]n-R2 (1)，
其中R1和R2表示H、或烷基，R3是H或甲基，并且n是從2至200范圍內(nèi)的整數(shù)，并且進(jìn)一步包含粘合劑，其中該粘合劑具有如式(2)描述的式
Rn'YmSi(X)4-n'-m (2)，
或是其水解產(chǎn)物，其中，這些R基團(tuán)是相同的或不同的并且表示通過碳原子連接到硅原子上的一價有機(jī)基團(tuán)，這些Y基團(tuán)是相同的或不同的并且表示通過碳原子連接到硅原子上的并且含有至少一個環(huán)氧官能團(tuán)的一價有機(jī)基團(tuán)，這些X基團(tuán)是相同的或不同的并且表示可水解的基團(tuán)或氫原子，并且m和n'是整數(shù)而使得m等于1或2并且n'+m＝1或2，并且可以進(jìn)一步包含溶劑。該抗靜電物品還可以表示眼科鏡片
在此進(jìn)一步描述了一種用于制備抗靜電物品的方法，該方法包括提供透明基底，其中該透明基底具有至少一個暴露表面；將抗靜電涂層組合物施用到該透明基底的至少一個暴露表面上，該抗靜電涂層組合物具有如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的組成；并且在施用該抗靜電涂層組合物之后固化該抗靜電涂層組合物。
說明
在下面的說明中，盡管在下文詳細(xì)討論了制造和使用不同實(shí)施例，應(yīng)該理解的是如在此所述提供了可以在多種上下文中實(shí)施的許多發(fā)明概念。在此討論的實(shí)施例僅僅是代表性的并且不限制本發(fā)明的范圍。
通常如所述的是用于制備抗靜電涂層的可固化組合物，包括透明硬涂層，以及其物品和用途。所述涂層組合物可以表現(xiàn)出良好的抗靜電特性、良好的磨損耐受特性、良好的擦傷耐受特性和/或良好的刮擦耐受特性。由所述涂層組合物生產(chǎn)的或包括所述涂層組合物的物品可以包括用于光學(xué)和眼科用途的物品，例如用于眼鏡的鏡片，或用于其上希望抗靜電涂層的其他合適的物品。還描述了用于制備所述涂層組合物及其物品的方法，這些方法包括在涂層組合物配制品中結(jié)合鹽體系使用一種或多種添加劑以增加當(dāng)形成時該組合物的抗靜電特性而不降低或不利地影響其他特性，例如所形成的涂層的耐磨性、耐刮擦性和/或耐擦傷性。所述涂層組合物可以是或可以不是透明的。
所描述的涂層組合物是可固化組合物，該可固化組合物在其涂層配制品中包括以下項(xiàng)中每一種的至少一種：(a)包含堿性陽離子或稀土離子以及為超強(qiáng)酸的共軛堿的抗衡離子的鹽體系；(b)粘合劑；以及(c)添加劑化合物。通常，該配制品包含多種添加劑，這些添加劑除了在此描述的具體添加劑化合物之外還包括催化劑、填充劑、和潤濕劑。在此描述的抗靜電涂層組合物不要求加入導(dǎo)電聚合物。
對于該鹽體系，該體系中的堿性陽離子選自堿金屬陽離子，該堿金屬具有比其他金屬更低的密度和在其外層中松散結(jié)合的價電子。該堿金屬包括為周期表的第IA族元素的鋰(Li)、鈉(Na)，鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)和鈁(Fr)。在一個或多個實(shí)施例中，該堿金屬是Li、Na或Cs，并且該堿金屬陽離子對應(yīng)地是帶正電荷的Li+、Na+、或Cs+。由于電導(dǎo)率與本體材料中的帶電物種的遷移率相關(guān)，小的堿性陽離子、或順磁性金屬離子可產(chǎn)生更好的結(jié)果。該稀土離子可以選自稀土金屬(即鑭系元素)、或鈧(Sc)、或釔(Y)，通?？紤]具有正在被填充的4f軌道，是順磁性的，并且形成三價陽離子(M3+)的軟金屬。鑭系元素包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)和镥(Lu)。鋅(Zn)，一種過渡金屬，也可以充當(dāng)金屬陽離子的可能來源，其中該金屬陽離子是例如Zn+。在一個或多個實(shí)施例中，該金屬是La、Sm、Sc、Y或Er，并且該金屬離子對應(yīng)地是帶正電荷的La3+、Sm3+、Sc3+、Y3+、或Er3+。
該抗衡離子是超強(qiáng)酸的共軛堿。超強(qiáng)酸是強(qiáng)于100％硫酸的任何酸并且可以包括布朗斯臺德酸(acid)、路易斯酸(Lewis acid)、布朗斯臺德-路易斯酸(-Lewis acid)、和固體酸。在一個或多個實(shí)施例中該超強(qiáng)酸是強(qiáng)布朗斯臺德酸。在一些實(shí)施例中，該超強(qiáng)酸由具有式ZH的酸形成，該酸貢獻(xiàn)氫陽離子，H+，以成為攜帶負(fù)電荷的該酸的共軛堿，Z–。所述超強(qiáng)酸可以源于酸ZH的形式或鹽M+Z-的形式，其中M+是抗衡離子。該超強(qiáng)酸將經(jīng)歷完全的或幾乎完全的解離(去質(zhì)子化)。超強(qiáng)酸的實(shí)例包括但不限于HBF4(四氟硼酸)、HClO4(高氯酸)、HSbF6(氟銻酸)、CF3CO2H(三氟乙酸)、CF3SO3H(三氟甲磺酸、H2SiF6(六氟硅酸或三氟利克酸(triflicacid))、和HSO3F(氟硫酸)。所述代表性酸的陰離子或抗衡離子將對應(yīng)地是：BF4–、HClO4、SbF6–、CF3CO2–、CF3SO3–、SiF62–、和HSO3F–。
在一個或多個實(shí)施例中，該超強(qiáng)酸是氟化的超強(qiáng)酸，其中陰離子具有氟離子配體。氟化的超強(qiáng)酸從氟提供非常強(qiáng)的電負(fù)性。在一個或多個實(shí)施例中，該超強(qiáng)酸是當(dāng)去質(zhì)子化時能夠提供非常強(qiáng)的電負(fù)性的超強(qiáng)酸。氟磺酸(FSO3H)和三氟甲磺酸(CF3SO3H)及其許多衍生物是當(dāng)去質(zhì)子化時提供非常強(qiáng)的電負(fù)性的超強(qiáng)酸的良好實(shí)例。作為抗衡離子的所述共軛堿是由其形成的。實(shí)例包括氟磺酸鹽、雙(三氟甲磺酰亞胺)、三氟甲磺酸、及其衍生物。
超強(qiáng)酸的所述共軛堿因此可以與金屬離子(例如堿金屬陽離子或稀土離子)結(jié)合，如式(3)中所示的：
[金屬]+[超強(qiáng)酸]– (3)。
用于所描述的組合物的合適的鹽體系的合適的實(shí)例包括但不限于雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰鹽、三氟甲磺酸鋰鹽、三氟甲磺酸鑭鹽、三氟甲磺酸釤(III)鹽、三氟甲磺酸鈧鹽、三氟甲磺酸鋅鹽、和三氟甲磺酸鉺(III)鹽。
在一個或多個實(shí)施例中，相對于該可固化組合物的干重，該鹽是處于按重量計小于約5％的量。在一些實(shí)施例中，該鹽是處于該可固化組合物的干重的按重量計小于約3％的量。
在一些實(shí)施例中，所述鹽體系可溶于該粘合劑中。
該粘合劑通常是有機(jī)的、聚合物或低聚物。它可以由熱塑性或熱固性材料形成，并且可以是通過縮聚、加聚和/或水解可交聯(lián)的。還可以使用來自不同類別的粘合劑的混合物。當(dāng)出于光學(xué)目的選擇時，該粘合劑必須形成穩(wěn)定的溶液，而沒有引入其中的任何其他成分的在其中的沉淀或聚集，該沉淀或聚集否則將導(dǎo)致一個或多個光學(xué)缺陷。
在一些實(shí)施例中，該粘合劑可以被稱為成膜材料，因?yàn)樗兄谕繉咏M合物形成為膜。所述粘合劑有助于改進(jìn)涂層組合物在形成時和在希望粘附至下層和/或上層時的粘附性。所述粘合劑還有助于涂層組合物在形成時的整體完整性。該粘合劑可以并且在需要時將允許材料在固化時的強(qiáng)化，導(dǎo)致最終物品的耐磨性和/或耐刮擦性。
在一個或多個實(shí)施例中，可以鑒于涂層組合物配制品中使用的溶劑或溶劑體系選擇該粘合劑，因?yàn)樗稣澈蟿⒈仨毧扇苡诨蚩煞稚⒂谒鲞x擇的溶劑或溶劑體系中。合適的溶劑通常是極性溶劑。在這樣的實(shí)施例中，該組合物進(jìn)一步包含溶劑。
選擇溶劑以調(diào)節(jié)組合物配制品的粘度并提供所描述的組分的良好分散。優(yōu)選的溶劑是水或氧化的溶劑，醇，酮，醚或其混合物。代表性的溶劑包括但不限于甲醇、丁醇、丙酮、雙丙酮、甲基乙基酮、和低沸點(diǎn)二醇醚(即具有低于150℃的沸點(diǎn)的二醇醚)。例如，當(dāng)該溶劑沸點(diǎn)太高，例如高于150℃時，組合物在固化后由于固化的組合物中存在一些殘留溶劑而呈現(xiàn)出下降的性能。經(jīng)常，溶劑包括水和水混溶性醇的混合物，該醇是例如但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、異戊醇、仲戊醇、叔戊醇、1-乙基-1-丙醇、2-甲基-1-丁醇、1-甲氧基-2-丙醇正己醇、環(huán)己醇、乙基溶纖劑(單乙氧基乙二醇)、或乙二醇。在一些實(shí)施例中，溶劑可以包括被確定為聚氧化烯組合物的溶劑或被確定為(美國特拉華州陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Company，Delaware，USA)注冊的；即，快速蒸發(fā)的親水性二醇醚)的溶劑。在一些實(shí)施例中，該溶劑是甲基乙基酮。
該粘合劑是水溶性的或者可分散于水中或水性組合物(例如水醇組合物)中。在許多實(shí)施例中，僅選擇環(huán)境友好的溶劑(水醇組合物)。這些包括單獨(dú)或與溫和的醇例如C1-C8醇、或C1-C6醇、或C1-C5醇或C1-C4醇組合的水。
在一個或多個實(shí)施例中，該粘合劑通常通過一種或多種硅烷衍生物的水解和縮合的反應(yīng)形成。
在若干優(yōu)選實(shí)施例中，該粘合劑包括硅。例如，該粘合劑可以是官能化的硅烷、硅氧烷或硅酸鹽(Si-OH化合物的堿金屬鹽)、或其水解產(chǎn)物。這些通常被一個或多個官能有機(jī)基團(tuán)取代并形成二氧化硅有機(jī)溶膠。它們還似乎充當(dāng)對于有機(jī)或無機(jī)玻璃基底的粘合促進(jìn)劑和/或可以充當(dāng)交聯(lián)劑。有機(jī)官能粘合劑，在已經(jīng)經(jīng)受水解后，通過形成硅烷醇基團(tuán)產(chǎn)生互穿網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)在上層和/或下層上形成時，這些互穿網(wǎng)絡(luò)能夠與所述上層和/或下層建立鍵。
在一種或多種形式中，上述粘合劑是呈二氧化硅有機(jī)溶膠的形式。在一種或多種形式中，含硅烷的粘合劑懸浮而不是溶解在有機(jī)流體中。該分散體消除了對昂貴溶劑的需要。二氧化硅有機(jī)溶膠或“溶膠凝膠”涂層配制品的代表性實(shí)例及其成分可以在美國公開號2003/165698(將其以其全文通過引用結(jié)合在此)中找到。
所描述的含硅粘合劑可以是呈帶有胺基的硅烷或硅氧烷的形式，例如但不限于氨基烷氧基硅烷、羥基硅烷、烷氧基硅烷、甲氧基或乙氧基硅烷(例如環(huán)氧烷氧基硅烷)、脲基烷基烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷(例如二甲基二乙氧基硅烷)、乙烯基硅烷、烯丙基硅烷、(甲基)丙烯酸硅烷、羧酸硅烷、帶有硅烷基團(tuán)的聚乙烯醇、及其混合物。因此，該含硅粘合劑可以包含烷氧基硅烷，其還提供對于硅化合物的反應(yīng)性基團(tuán)，并且有助于形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和溶膠-凝膠形成。另外的實(shí)例包括三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷或其混合物，例如但不限于四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)。所述烷氧基硅烷，包括三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷，的混合物也是合適的。
在一些實(shí)施例中，粘合劑包含至少一種具有式(2)的化合物：
Rn'YmSi(X)4-n'-m (2)，
或其水解產(chǎn)物，其中存在一個或多個R基團(tuán)、Y基團(tuán)和/或X基團(tuán)，每個R基團(tuán)是相同或不同的并且表示為通過碳原子連接到硅原子的一價有機(jī)基團(tuán)，每個Y基團(tuán)是相同或不同的并且表示為通過碳原子連接到硅原子并含有至少一個環(huán)氧官能團(tuán)的一價有機(jī)基團(tuán)，每個X基團(tuán)是相同或不同的并且表示為可水解基團(tuán)或氫原子，并且其中m和n’是整數(shù)而使得m等于1或2，并且n'+m＝1或2。
這些X基團(tuán)可以獨(dú)立地且沒有限制地是以下項(xiàng)中任一種：H；烷氧基-OR1，其中R1可以表示直鏈或支鏈的烷基或烷氧基烷基或C1-C4烷基；酰氧基-O-C(O)R3，其中R3可以表示烷基、C1-C6烷基或甲基或乙基；鹵素基團(tuán)如Cl和Br；任選被一個或兩個官能團(tuán)(例如烷基或硅烷基團(tuán))取代的氨基例如NHSiMe3基團(tuán)；亞烷基氧基例如異丙烯氧基；和/或三烷基甲硅烷氧基例如三甲基甲硅烷氧基。
該X基團(tuán)有時是烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基或丁氧基，并且在一些實(shí)施例中，可以是甲氧基或乙氧基。
在式(2)中，整數(shù)n’和m定義三組化合物：具有式RYSi(X)2的化合物，具有式Y(jié)2Si(X)2的化合物和具有式Y(jié)Si(X)3的化合物。在一些實(shí)施例中，粘合劑是具有式Y(jié)Si(X)3的環(huán)氧硅烷。當(dāng)具有式(2)的粘合劑是環(huán)氧硅烷化合物時，當(dāng)包括在在此描述的組合物中時它提供高度交聯(lián)的基質(zhì)。一些環(huán)氧硅烷在Si原子與環(huán)氧官能團(tuán)之間具有有機(jī)連接，該有機(jī)連接對該組合物提供一定程度的柔性。
在許多實(shí)施例中，具有式(2)的化合物是烷氧基硅烷。
通過Si-C鍵連接到硅原子上的一個或多個R基團(tuán)是一價有機(jī)基團(tuán)。這些基團(tuán)可以是，沒有限制，飽和或不飽和的并且從C1-C10或從C1-C4的烴基，例如像烷基(例如C1-C4烷基，例如甲基或乙基)。在一些實(shí)施例中，R基團(tuán)是烷基，包括但不限于C1-C4烷基，或甲基。該R基團(tuán)還可以是氨基烷基，烯基，例如乙烯基，C6-C10芳基，例如任選取代的苯基或被一個或多個C1-C4烷基取代的苯基，芐基，(甲基)丙烯酰氧基烷基，和/或?qū)?yīng)于以上列舉的烴基的氟化的或全氟化的基團(tuán)，例如氟烷基或全氟烷基，或(多)氟或全氟烷氧基[(聚)烷氧基]烷基。
通過Si-C鍵連接到硅原子上的一個或多個Y基團(tuán)是含有至少一個環(huán)氧官能團(tuán)或環(huán)氧基團(tuán)的一價有機(jī)基團(tuán)。在一些實(shí)施例中，該Y基團(tuán)僅含有一個環(huán)氧官能團(tuán)。環(huán)氧官能團(tuán)是指具有一組原子，其中氧原子通過單鍵直接連接至包含在含碳鏈或含環(huán)碳體系中的兩個相鄰碳原子或非相鄰碳原子。代表性的環(huán)氧官能團(tuán)是環(huán)氧乙烷官能團(tuán)，其是三元環(huán)狀醚。
下面以式(4)和(5)提供代表性Y基團(tuán)：
其中R2是烷基或甲基或氫原子，并且a和c是從1至6范圍內(nèi)的整數(shù)，而b是0、1或2。該Y基團(tuán)可以是γ-縮水甘油氧基丙基[R2＝H，a＝3，b＝0；例如式(4))]或(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)烷基[例如式(5)]，例如β-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基(c＝1)。該Y基團(tuán)還可以是γ-縮水甘油氧基乙氧基丙基(R2＝H，a＝3，b＝1)。
在一些實(shí)施例中，具有式(2)的化合物是環(huán)氧烷氧基硅烷(epoxyalkoxysysilane)。在一個或多個實(shí)施例中，該環(huán)氧烷氧基硅烷具有一個Y基團(tuán)和三個烷氧基X基團(tuán)。以下作為式(6)和(7)示出了一些實(shí)例：
其中R1是具有1至6個碳原子的烷基或甲基或乙基，并且a、b和c是如上定義的。
合適的環(huán)氧硅烷粘合劑的代表性實(shí)例包括但不限于乙基三甲氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，縮水甘油氧基甲基三甲氧基硅烷，縮水甘油氧基甲基三乙氧基硅烷，縮水甘油氧基甲基三丙氧基硅烷，α-縮水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷，α-縮水甘油氧基乙基三乙氧基硅烷，β-縮水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷，β-縮水甘油氧基乙基三乙氧基硅烷，β-縮水甘油氧基乙基三丙氧基硅烷，α-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，α-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，α-縮水甘油氧基丙基三丙氧基硅烷，β-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，β-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，β-縮水甘油氧基丙基三丙氧基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基三丙氧基硅烷，2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷，2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三乙氧基硅烷。其他實(shí)例包括如在美國專利號4,294,950，美國專利號4,211,823，美國專利號5,015,523，歐洲號0614957，和國際申請?zhí)朩O 94/10230中描述的環(huán)氧三烷氧基硅烷，所有這些專利以其全文通過引用結(jié)合在此。在一些實(shí)施例中，環(huán)氧硅烷粘合劑是γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)。
具有一個Y基團(tuán)和兩個X基團(tuán)的合適的環(huán)氧硅烷粘合劑的代表性實(shí)例包括但不限于，環(huán)氧二烷氧基硅烷如γ-縮水甘油氧基丙基-甲基-二甲氧基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基雙(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基-甲基-二乙氧基硅烷，γ-縮水甘油氧基丙基-甲基-二異丙烯氧基硅烷，和γ-縮水甘油氧基乙氧基丙基-甲基-二甲氧基硅烷。當(dāng)使用環(huán)氧二烷氧基硅烷時，它可以與環(huán)氧三烷氧基硅烷(例如上述類型中的任一種)組合，并且優(yōu)選以比所述環(huán)氧三烷氧基硅烷更低的量使用。
當(dāng)存在時，具有式(2)的含硅烷粘合劑(包括含有至少一個環(huán)氧基團(tuán)的那些)可以在在此描述的可固化組合物配制品中部分或完全水解。在一些實(shí)施例中，該含硅烷粘合劑已經(jīng)完全水解。硅烷粘合劑水解產(chǎn)物可以以已知的方式(例如像在FR2702486和/或美國專利號4,211,823中披露的，這兩個專利以其全文通過引用結(jié)合在此)制備。在一些實(shí)施例中，可能優(yōu)選的是使用化學(xué)計算量的水，即與可以產(chǎn)生硅烷醇的基團(tuán)的摩爾數(shù)相對應(yīng)的摩爾量的水，用于該水解。用于所述水解的催化劑(例如鹽酸或乙酸)可用于促進(jìn)在縮合反應(yīng)期間的水解反應(yīng)。通過在酸性溶液中(諸如在鹽酸或乙酸溶液中)處理，作為實(shí)例，硅烷被水解并形成硅烷醇基團(tuán)，當(dāng)在組合物配制品中時，這些硅烷醇基團(tuán)在固化時經(jīng)歷縮合并產(chǎn)生能夠與下層建立鍵的互穿網(wǎng)絡(luò)。
由于存在至少一種交聯(lián)劑，該粘合劑可以是可交聯(lián)的可固化粘合劑。所述交聯(lián)劑優(yōu)選可溶于或可分散于水中，并且可以包括與粘合劑上的官能團(tuán)(例如羧基，羥基，環(huán)氧基)反應(yīng)的已知交聯(lián)劑。合適的交聯(lián)劑可以選自但不限于酸酐，酚，甲階酚醛樹脂，胺，多硫化物，多官能氮丙啶，胺-甲醛樹脂，甲氧基烷基化的三聚氰胺，甲氧基烷基化的三聚氰胺/甲醛，雙酚A，碳二亞胺，多異氰酸酯，三嗪和封端的多異氰酸酯。在一些實(shí)施例中，交聯(lián)劑是氮丙啶。在一些實(shí)施例中，合適的交聯(lián)劑是三官能的氮丙啶。
所描述的粘合劑可包括所述描述的粘合劑的組合，例如但不限于二烷氧基硅烷和三烷氧基硅烷的組合。對于硬度，四烷氧基硅烷可用于制備在形成時較硬的組合物。此外，水溶性或水可分散性的描述的粘合劑或描述的粘合劑混合物還可以包括以下單體的一種或多種的均聚物或共聚物：苯乙烯，偏二氯乙烯，氯乙烯，丙烯酸烷基酯，甲基丙烯酸烷基酯，(甲基)丙烯酰胺，聚酯，聚(氨基甲酸乙酯-丙烯酸酯)，聚(酯-氨基甲酸乙酯)，聚醚，聚乙酸乙烯酯，聚環(huán)氧化物(polyepoxyde)，聚丁二烯，聚丙烯腈，聚酰胺，三聚氰胺，聚氨酯，聚乙烯醇，其各種共聚物，及其混合物。
總計，基于涂層組合物配制品(溶液)的總重量，粘合劑的量通常為按重量計從約40％至約70％范圍內(nèi)的量。通常，基于組合物的干重，粘合劑的總固體含量小于65％。在一些實(shí)施例中，該粘合劑的量為使得固體粘合劑組分的總重量(粘合劑的干提取物重量)/組合物的總重量的比率在從約1％至約65％，或從約5％至約55％，或從約10％至約50％的范圍內(nèi)。具有式(2)的粘合劑可以僅包括第一粘合劑。具有式(2)的粘合劑可以包括第一粘合劑和第二粘合劑。具有式(2)的粘合劑可以包括多于一種具有式(2)的粘合劑。
除了描述的鹽體系和描述的粘合劑之外，至少一種如下描述的具有式(1)的添加劑包括在描述的涂層配制品的任一種中。所述具有式(1)的添加劑化合物部分地有助于涂層組合物或由其生產(chǎn)的膜的改進(jìn)的抗靜電特性和性能。具有式(1)的添加劑化合物表示為：
R1-O-[(CH2-CHR3)-O]n-R2 (1)，
其中R1表示H或烷基，R2表示H或烷基，R3是H或甲基，并且n是范圍從2至200的整數(shù)。R1和R2可以相同或可以不同。例如，R1可以是甲基并且R2可以是H。在另一個實(shí)例中，R1可以是甲基并且R2可以是甲基。在另外的實(shí)例中，R1可以是甲基并且R2可以是CH2CH3?；蛘逺1可以是H并且R2可以是H。在一些實(shí)施例中，對于具有式(1)的化合物，n是小于或等于110，或可以是小于或等于50，或可以是小于或等于20。在一些實(shí)施例中，n＝2、或3、或4、或5、或6、或7、或8、或9或10。
鑒于n的數(shù)值范圍，具有式(1)的化合物經(jīng)常是具有低于或等于約10,000g/mol，或者是低于或等于約5,000g/mol，或者是低于或等于約2,000g/mol，或者是低于或等于約1,000g/mol，或者是低于或等于約400g/mol的低分子量的化合物。
當(dāng)描述的涂層組合物的配制品包含具有式(1)的化合物的混合物時，所述混合物的數(shù)均分子量通常具有相同的低分子量，使得該混合物的總分子量將具有低于或等于約10,000g/mol，或者是低于或等于約5000g/mol，或者是低于或等于約2000g/mol，或者是低于或等于約1000g/mol，或者是低于或等于約400g/mol的低分子量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有式(1)的化合物的分子量太高，即高于10,000g/mol時，可能存在在固化時涂層組合物的和因此由其形成的涂層膜的耐磨性的降低。
在一個或多個實(shí)施例中，R1和R2獨(dú)立地表示C1-C20烷基，或C1-C10烷基或C1-C5烷基。在一些實(shí)施例中，R1(和/或R2)基團(tuán)是甲基、乙基、正丙基和正丁基。在一些實(shí)施例中，R1和R2表示相同的基團(tuán)。取決于式(1)的n、R1和R2，該化合物可以是液體或固體。
具有式(1)的化合物通常包括聚乙二醇醚的形式或聚氧化烯烴的形式。
在一個或多個實(shí)施例中，具有式(1)的化合物是但不限于乙二醇的聚(α,ω)-二烷基低聚物或聚合物或者乙二醇的二烷基封端的低聚物或聚合物(例如二烷基醚)。例如，具有式(1)的化合物可以是聚(乙二醇)二烷基醚(R3＝H)或聚(乙二醇)二甲醚或聚(乙二醇)二乙醚。聚乙二醇二烷基醚具有約400或2,000的分子量。
其中R1＝R2＝甲基或乙基且R3＝H的具有式(1)的化合物的一些實(shí)例包括二乙二醇二乙醚(DEGDEE；n＝2；M＝162g/mol)，二乙二醇二甲醚(DEGDME；n＝2；M＝134g/mol)，三乙二醇二甲醚(TEGDME；n＝3；M＝178g/mol)；四乙二醇二甲醚(TetraEGDME；n＝4；M＝222g/mol)；五乙二醇二甲醚(PentaDEGMA；n＝5；M＝266g/mol)。具有式(1)的化合物的附加實(shí)例包括但不限于二乙二醇(DEG)。
具有式(1)的化合物可以包含單烷基醚。其中R1＝H且R2＝甲基或乙基且R3＝H的具有式(1)的化合物的實(shí)例是二乙二醇單甲醚(DEGMME；n＝2；M＝120g/mol)和二乙二醇單乙醚(DEGMEE；n＝2；M＝134g/mol)。另外的實(shí)例包括但不限于聚乙二醇(PEG)，乙二醇單甲醚，乙二醇單乙醚，乙二醇單丙醚。
這樣的化合物可以根據(jù)已知的方法容易地合成或者作為純化合物或作為具有限定的平均分子量的化合物的混合物從已知的化學(xué)品公司(例如或Sigma-)可商購。通過舉例，聚(乙二醇)二甲基醚作為具有例如150g/mol、或250g/mol、或400g/mol、或500g/mol、或1,000g/mol、或2,000g/mol等的平均分子量的具有式CH3O(CH2CH2O)nCH3的化合物的混合物可商購。
將具有式(1)的化合物(或其混合物)以相對于涂層組合物的重量通常為按重量計從約0.5％至約20％的濃度引入所述配制品中。在一些實(shí)施例中，具有式(1)的化合物(或其混合物)的量是相對于涂層組合物的溶液重量按重量計從約0.5％至約15％。在一些實(shí)施例中，具有式(1)的化合物(或其混合物)的量是相對于涂層組合物的重量按重量計從約1％至約12％。在一些實(shí)施例中，具有式(1)的化合物(或其混合物)的量是相對于涂層組合物的重量按重量計從約1％至約10％。在一些實(shí)施例中，具有式(1)的化合物(或其混合物)的量是相對于涂層組合物的重量按重量計從約1％至約5％。
在一些實(shí)施例中，在此描述的涂層組合物可包括按重量計小于5％的多元醇，該多元醇定義為每分子具有至少兩個羥基的化合物，例如二醇或三醇。在一些實(shí)施例中，在此描述的涂層組合物包括按重量計小于2％的多元醇。在一些實(shí)施例中，在此描述的涂層組合物包括按重量計小于1％的多元醇。在其他實(shí)施例中，在此描述的涂層組合物不包括多元醇或二醇或三醇。
作為實(shí)例，除了具有式(1)的添加劑之外，在此描述的涂層組合物的另外的添加劑組分包括催化劑、填充劑和潤濕劑中的一種或多種。
合適的催化劑包括自由基催化劑。代表性的實(shí)例是金屬乙酰丙酮化物。金屬可以包括鎳，鉑，鉻，釩，鎂，鐵，鈷，鈉，鉀等。在一些實(shí)施例中，該金屬是鋁。在一些實(shí)施例中，該催化劑是乙酰丙酮化鋁。
合適的填充劑包括包含金屬氧化物和/或類金屬氧化物和/或無機(jī)氧化物的那些。在一個或多個實(shí)施例中，該填充劑包含細(xì)顆粒，或包含納米顆粒，或包含納米晶體或包含復(fù)合顆粒，例如具有核/殼結(jié)構(gòu)的那些。所述填充劑通常是增加涂層組合物當(dāng)固化時的硬度和/或影響涂層組合物當(dāng)固化時的折射率的填充劑。該填充劑可以是無機(jī)或有機(jī)的。在許多實(shí)施例中，優(yōu)選無機(jī)填充劑。在一個或多個實(shí)施例中，該填充劑是作為細(xì)顆粒、納米顆粒或納米晶體提供的金屬氧化物、類金屬氧化物、氮化物或氟化物。
代表性的填充劑可以選自作為實(shí)例的氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁、氧化錫、氧化鉭、氧化鋅、氧化銦、氧化鈰、氧化銻、Si3N4和MgF2中的一種或多種。根據(jù)需要，該填充劑還可以包括所述填充劑的混合物。在一些實(shí)施例中，該填充劑包括混合的氧化物和/或復(fù)合顆粒的共混物。使用不同類型的納米顆粒提供了制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒層的機(jī)會。
在一些實(shí)施例中，該填充劑包括二氧化硅納米顆?；蚝趸璧募{米顆粒。該填充劑可以作為納米顆粒溶膠提供。該填充劑可以以膠體形式、作為在分散介質(zhì)如水、醇、酮、酯或其混合物中的細(xì)分散的顆粒提供。該填充劑經(jīng)常具有非常適合于制備透明涂層的尺寸和折射率，從而具有很小，可忽略的或不具有霧度。在其中提供在此描述的涂層組合物用于光學(xué)物品或光學(xué)應(yīng)用的許多實(shí)施例中，該填充劑可具有高折射率，使得所得透射率為約50％或更大、或約60％或更大、或高達(dá)70％、或大于70％。在一些實(shí)施例中，該填充劑可以不是導(dǎo)電的，或者可以僅是半導(dǎo)電的。
當(dāng)存在時，該一種或多種填充劑通常以范圍為從約30％至約60％、或從約30％至約65％、或從約35％至約55％的固體(干提取物重量)/組合物的總重量的量提供。該填充劑可以僅包括第一填充劑。該填充劑可以包括多于一種填充劑。在一些實(shí)施例中，抗靜電涂層組合物在其配制品中不包含任何納米顆粒填充劑。
填充劑顆粒經(jīng)常平均具有小于約500納米(nm)的橫截面直徑。在一些實(shí)施例中，這些填充劑顆粒是小于約200納米。在一些實(shí)施例中，這些填充劑顆粒是小于約100納米。在一些實(shí)施例中，這些填充劑顆粒是小于約50納米。在一些實(shí)施例中，這些填充劑顆粒具有范圍為從約1納米至約100納米、或范圍為從約2納米至約50納米、或范圍為從約5納米至約50納米、或范圍為從約2納米至約20納米的直徑。在一些實(shí)施例中，該填充劑可以作為例如在水-醇溶劑中的顆粒分散體提供。所述溶劑將通常與粘合劑溶劑體系相容。作為實(shí)例，含二氧化硅的納米顆?；蚰z體二氧化硅可以作為在醇(例如甲醇)中的分散體提供。代表性的二氧化硅納米顆粒分散體是約30wt.％的固體分散體(例如在甲醇中)，也稱為二氧化硅溶膠，例如在美國專利號6,624,237(將其以其全文通過引用結(jié)合在此)中獲得并且描述的那種。另一種代表性的二氧化硅納米顆粒溶膠是(日本日產(chǎn)化工公司(Nissan Chemical Industries,Ltd,Japan)注冊的)，其為在甲醇中的約30wt.％固體分散體。
在配制品中使用的合適的潤濕劑是適合于有待在其上施用涂層組合物的物品的任何潤濕劑。例如，當(dāng)在此描述的涂層組合物有待用作光學(xué)基底的抗靜電涂層時，該潤濕劑將是適合與光學(xué)基底一起使用的潤濕劑，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。潤濕劑的實(shí)例包括含硅酮的試劑，含聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷的試劑(例如FC-4330)或含氟碳化合物的改性的聚硅氧烷(3034；荷蘭埃夫卡化工公司(Efka Chemicals,B.V.Corporation,The Netherlands)注冊的)或非離子有機(jī)表面活性劑(例如Wet 500系列；德國贏創(chuàng)-德固賽有限公司(Evonik Degussa GmBH,Germany)注冊的)。
常規(guī)用于可固化或可聚合組合物中的附加添加劑也可以包括在所述組合物中，例如但不限于穩(wěn)定劑(例如像抗氧化劑、UV光吸收劑、光穩(wěn)定劑)、抗黃變劑、粘合促進(jìn)劑、染料、光致變色劑、顏料、流變改性劑、潤滑劑、光引發(fā)劑、香料、除臭劑和pH調(diào)節(jié)劑。這些常規(guī)添加劑將以既不會降低上述其他組分的有效性，也不會惡化涂層組合物固化時的抗靜電特性的量被包括。
當(dāng)粘合劑分散于溶劑(例如，如前所述的水或水-醇溶劑)中時，該溶劑將是對于調(diào)節(jié)所述組合物配制品的粘度并提供較不溶的組分(包括所述附加的添加劑)的適當(dāng)分散有用的合適的溶劑。
當(dāng)配制時，涂層組合物將通常具有占該組合物的總重量的小于50％的理論干提取物重量(固體量)。該理論干提取物重量可以在從約1％至約50％的范圍內(nèi)，或者可以在從約5％至約45％的范圍內(nèi)，或者可以在從約10％至小于約50％的范圍內(nèi)。所述理論干提取物重量包括所有所述固體的重量。任何一種組分的“理論干提取物重量”是該組合物中的該組分的固體物質(zhì)的理論重量。組合物的理論干提取物重量定義為其組分的每一種的理論干提取物重量或它們的基于它們的式的計算重量的總和。
當(dāng)形成時涂層組合物提供改進(jìn)的抗靜電性能，以避免灰塵積聚在該涂層組合物在其上形成的物品的表面上?？轨o電性能部分由鹽體系結(jié)合具有式(1)的添加劑提供。在一個或多個實(shí)施例中，當(dāng)分散于水或水溶液或水-醇溶劑中時，該鹽將部分地或完全地解離成兩種帶電荷的物種；用于提供該鹽的陰離子部分的酸越強(qiáng)，該鹽的解離越完全。然而，在此描述的涂層組合物不需要另外的酸。
已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施用于物品時，所描述的涂層配制品提供改進(jìn)的抗靜電性能，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在所述組合物中使用具有式(1)的添加劑的情況下，當(dāng)經(jīng)固化處于最終形式時組合物的耐磨性和抗靜電性能二者都有增加。當(dāng)將所述涂層施用在由許多塑料材料中的任一種制成的物品上時，發(fā)現(xiàn)所述抗靜電和耐磨性能，這些塑料材料包括作為實(shí)例的碳酸酯塑料(例如，烯丙基二甘醇碳(allyl diglycol carbone)或美國特拉華州PPG工業(yè)俄亥俄州公司(PPG Industries Ohio,Inc.,Delaware,USA)注冊的)，聚碳酸酯塑料或聚甲基丙烯酸甲酯塑料。
該涂層組合物提供良好的抗靜電性能以及還有部分來自粘合劑的良好的耐磨性，例如當(dāng)該粘合劑是環(huán)氧硅烷時。因此，在使用中，該涂層組合物，當(dāng)從如在此描述的配制品(其至少包含以下各項(xiàng)：至少一種具有式(1)的添加劑，所描述的鹽體系和具有式(2)的含硅烷的粘合劑)固化時，表現(xiàn)出良好的耐磨特性和良好的抗靜電性能，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些耐磨特性和抗靜電性能優(yōu)于不含在此描述的配制品(其至少具有式(1)的添加劑、式(2)的含硅烷的粘合劑，和所述鹽體系)的其他涂層組合物。
當(dāng)固化時，在此描述的涂層組合物可以是透明的，并且可以作為抗靜電硬涂層提供。該涂層可以提供給需要這種涂層的任何物品或基底。一個實(shí)例，雖然僅是代表性的，是光學(xué)物品，例如眼科鏡片。
在一個或多個實(shí)施例中，在此描述的物品包括具有一個或多個暴露表面的物品，并且所述涂層組合物毗連所述一個或多個暴露表面，由此對所述一個或多個暴露表面的至少一些或全部提供涂層。因此，該物品的暴露表面包括所描述的涂層組合物(即，由至少一種具有式(1)的添加劑，所描述的鹽體系和具有式(2)的含硅烷的粘合劑制備的組合物)。在一些實(shí)施例中，該物品至少部分地涂覆有涂層組合物。當(dāng)固化時該涂層可以形成透明抗靜電層。在一些實(shí)施例中，該物品被認(rèn)為涂覆有形成透明抗靜電層的組合物。該物品通過將在此描述的組合物沉積到該物品的一個或多個暴露表面上，并固化該組合物，由此形成涂覆的或至少部分涂覆的物品而形成。
在一個或多個實(shí)施例中，該組合物是在透明物品或具有透明基底的物品上的涂層或膜。該透明物品或基底可以包括光學(xué)物品，例如眼科鏡片(平光或無焦鏡片，校正鏡片，例如單焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)、三焦點(diǎn)或漸進(jìn)式鏡片)，護(hù)目鏡(ocular visor)，或可以用于光學(xué)系統(tǒng)中。該透明基底可以是鏡片或鏡片毛坯。該透明物品或基底可以在其暴露表面的任何或所有上涂覆，例如前側(cè)或后側(cè)或一個或多個邊緣，或前側(cè)和后側(cè)二者，或前側(cè)和后側(cè)以及邊緣的全部。該基底可以是無機(jī)或有機(jī)的。作為光學(xué)物品可能有用的代表性有機(jī)基底包括由一種或多種熱塑性材料如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯或聚酰胺制備的那些。另外，包括光學(xué)基底的基底可以由一種或多種熱固性材料制備，例如二乙二醇雙(烯丙基碳酸酯)的聚合物或共聚物、聚氨酯、聚硫氨酯、聚環(huán)氧化物、聚環(huán)硫化物、聚(甲基)丙烯酸酯、雙酚-A(甲基)丙烯酸衍生物、聚硫代(甲基)丙烯酸酯、或其共混物。在一些實(shí)施例中，該基底是由聚碳酸酯材料制備的鏡片基底。在一些實(shí)施例中，該基底是由二乙二醇雙(烯丙基碳酸酯)聚合物制備的鏡片基底。在一些實(shí)施例中，該基底是膠片。在一些實(shí)施例中，該基底不是透明的。在一些實(shí)施例中，該基底是電子組件或電子器件或芯片。在一些實(shí)施例中，該基底是用于成像的材料。
沉積在此描述的組合物的方法，特別是當(dāng)形成薄膜時，將利用已知的用于形成涂層或薄膜的技術(shù)。代表性的方法包括旋涂、浸涂、噴涂、線涂(strand coating)、刷涂和輥涂。在一些實(shí)施例中，通過旋涂將組合物沉積在基底的至少一個暴露表面上。在一些實(shí)施例中，通過浸涂將組合物沉積在基底的至少一個暴露表面上。在一些實(shí)施例中，可以在加入在此描述的組合物之前對該表面進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理可以包括對該表面進(jìn)行化學(xué)或物理處理。預(yù)處理可以包括將初始涂層施用到該表面上(例如，底漆)。在一些實(shí)施例中，該表面可以包括多于一種預(yù)處理的方法或手段(化學(xué)或物理處理該表面)。在沉積在此描述的組合物時，將涂覆基底的全部或一部分。在沉積之后，固化該組合物。固化部分地取決于包括在組合物配制品中的粘合劑和添加劑。例如，在UV可固化粘合劑和/或添加劑的情況下，通過UV光暴露固化該組合物。在熱敏的或可固化粘合劑和/或添加劑的情況下，通過在熱量的存在下，通常在用于固化所述組合物的必需溫度下活化來固化該組合物。固化可以包括用于固化的一種或多種手段的組合，這些手段是例如溫度變化、暴露于熱量、暴露于某種類型的光、暴露于光化輻射、及其各種組合。在一些實(shí)施例中，該組合物可以固化而不需要額外的固化手段。在固化時，該組合物將涂層提供給所述基底(或至少施用了該涂層的暴露表面)，使得該涂層作為抗靜電表面起作用，這是由于由該組合物當(dāng)完全固化時提供的改進(jìn)的抗靜電特性。在一個或多個實(shí)施例中，該涂層在固化時將對基底(或至少施用了該涂層的表面)提供良好的耐磨性，并且當(dāng)施用時，該涂層將作為該基底(或至少施用了該涂層的表面)的耐磨表面起作用。
用于制備具有抗靜電特性的透明物品或基底的方法將包括提供具有至少一個暴露表面的透明物品或基底，將在此描述的組合物施用到該至少一個暴露表面的至少一部分上，使得該組合物是透明的，并且固化所述組合物以在所述透明物品或基底上形成硬化的涂層。
在此描述的涂層組合物典型地被施用于物品或表面，使得當(dāng)完全固化或硬化時該涂層組合物的最終厚度是處于或小于5000納米。在一些實(shí)施例中，該最終厚度是從約5納米至約5000納米。在一些實(shí)施例中，該最終厚度是從約1000納米至約5000納米。在一些實(shí)施例中，該最終厚度是從約1納米至約1000納米。在一些實(shí)施例中，該最終厚度是從約1000納米至約4000納米。在一些實(shí)施例中，該最終厚度是約或小于約4000納米。
在一個或多個實(shí)施例中，該組合物在固化或硬化時將是透光的。在一些實(shí)施例中，該組合物在固化或硬化時將不會阻擋該組合物施用或沉積到其上的透明物品的透光率。在一個或多個實(shí)施例中，當(dāng)通過在此描述的組合物涂覆時，該物品保持對光的高度透射，具有至少或大于90％、或至少或大于92％、或至少或大于94％、或至少或大于95％的光透射率。在一個或多個實(shí)施例中，該組合物不會提供顯著的霧度，由此被認(rèn)為具有低霧度。在一些實(shí)施例中，該低霧度是至少或小于0.3％、或是至少或小于0.25％、或是至少或小于0.24％、是至少或小于0.23％、是至少或小于0.22％、是至少或小于0.21％、是至少或小于0.20％、是至少或小于0.19％。
在一個或多個實(shí)施例中，該組合物是導(dǎo)電的。
當(dāng)將在此描述的組合物沉積或施用到透明物品(例如光學(xué)物品)上時，該透明物品的衰減時間是約或小于約500毫秒、或是約或小于約350毫秒、或是約或小于約300毫秒、或是約或小于約250毫秒、或是約小于約225毫秒、或是約小于約200毫秒。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此描述的涂層組合物，至少包含以下各項(xiàng)的涂層組合物：至少一種具有式(1)的添加劑，所描述的鹽體系和具有式(2)的含硅烷的粘合劑，當(dāng)施用到許多不同的基底上時作為抗靜電涂層或膜表現(xiàn)很好，使得該類型的基底不會顯得極大地影響所述涂層組合物的抗靜電行為。這與替代涂層組合物形成對比。在此描述的涂層組合物與以下替代組合物形成對比，這些替代組合物可包括鹽和粘合劑與不同的具有式(1)的化合物并且還需要酸(例如布朗斯臺德酸)的存在。
現(xiàn)在描述包括兩種不同添加劑作為具有式(1)的化合物的涂層組合物的代表性實(shí)例。第一種具有式(1)的化合物由DEGDME(D1)表示。第二種具有式(1)的化合物由DEGMME(D2)表示。使用不同百分比的這些添加劑的每一種制備組合物。在一些實(shí)施例中，物品或基底的兩側(cè)涂覆有所描述的涂層組合物。在所有實(shí)例中，該物品或基底是由聚碳酸酯(PC)材料或烯丙基二甘醇碳材料(例如)或用于制造1.67鏡片的材料制成的眼科品質(zhì)的鏡片。如下所述測量電荷衰減時間、耐磨性、霧度和透射率以及粘附性。
使用電荷衰減分析儀測量涂層組合物的表面的電荷衰減時間，該電荷衰減分析儀將高壓電暈放電(例如，在9000伏下)作為一片(patch)電荷沉積到待測試的涂層組合物的表面上。該分析儀是快速響應(yīng)靜電場儀，其測量由該片電荷產(chǎn)生的電壓并評估其衰減特征。在實(shí)例中，在環(huán)境溫度(約25.4℃)和約50％的相對濕度下使用JCI 155v5電荷衰減時間分析儀。該分析儀包括JCI 176電荷測量樣品支架、JCI 191控制濕度測試室和JCI 192干燥空氣供應(yīng)單元。
根據(jù)砂拜耳測試(sand Bayer Test)測量耐磨性，確定彎曲的鏡片表面的耐磨性。所使用的測試總體上是根據(jù)ASTM F735-81，使用振蕩砂方法的透明塑料和涂層的耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。簡言之，使物品(即鏡片)的涂覆的表面在振蕩磨料箱中經(jīng)受使用砂(約1000g)的磨損持續(xù)300次前進(jìn)和后退運(yùn)動的1個循環(huán)。測量磨損的量或程度并且作為拜耳值的性能結(jié)果表示為參比鏡片與涂覆的鏡片的計算比率，其中磨損度是如通過霧度計測量的霧度變化[拜耳值＝霧度(參比)/霧度(樣品)]。較高的拜耳值指示較高的耐磨性。參比鏡片是6基礎(chǔ)平光未涂覆的鏡片(法國依視路國際公司(Essilor International)(Compagnie Generale d'Optique)注冊的]。約2或約3的拜耳值對于光學(xué)表面是可接受的。3或更高的拜耳值也是可接受的。
使用霧度計(來自畢克-加特納公司(BYK-Gardner)的Haze Guard Plus)通過光透射(通過基本上單向的光束照射每個涂覆的基底)測量涂覆的基底的霧度值。根據(jù)制造商的說明書最初校準(zhǔn)該霧度計。測試和測量根據(jù)ASTM D1003-00(將其以其全文通過引用結(jié)合在此)進(jìn)行。簡言之，將每個樣品放置在預(yù)校準(zhǔn)過的霧度計中的透射光束的路徑上，并從三個不同的試樣位置記錄霧度值；然后平均這三個霧度值。霧度值的任何提及是根據(jù)在ASTM D1003-00下的標(biāo)準(zhǔn)物的應(yīng)用。使用同一個裝置測量透光率。所有測量在環(huán)境溫度(約25℃)和約50％的相對濕度下進(jìn)行。當(dāng)在光學(xué)物品的情況下提供所述組合物時，低霧度特征是優(yōu)選的。因?yàn)殪F度是從入射光的軸線散射大于2.5°的透射光的度量，所以霧度值越小，渾濁度越低。通常，對于在此描述的光學(xué)物品，處于或小于約0.8％的霧度值是可接受的。另外，處于或小于約0.45％的霧度值是可接受的。
根據(jù)ISTM 02-010在涂覆的物品上進(jìn)行粘附測試(稱為劃格粘附測試)。對于每個物品，使用具有六(6)個間隔1mm的平行刀片的工具在表面上制備約25 1mm方形的格子。該格子被切割進(jìn)該涂層中距該物品的邊緣至少5至10mm。然后，使用具有對鋼的標(biāo)稱粘附力(例如，約710cN/cm，根據(jù)D-3330)的沒有暴露于空氣的3M250帶，從該帶卷上移取一小片并使用塑料抹刀將其均勻地施用到該格子上，之后有大約15至20mm的從該物品的邊緣延伸的帶。將該帶隨后并且快速地用敏捷、迅速且連續(xù)的動作從鏡片上移除。這在同一格子上重復(fù)5次。得分為0是指在移除該帶后沒有涂層損失。得分為1是指有小于一個方形的一半的涂層損失。任何大于一個方形的一半的涂層損失被認(rèn)為不合格。根據(jù)ISTM 02-010，計算總分，該總分可以是從0到5。總分為0或1被認(rèn)為是可接受的(合格)，而得分為2到5是不可接受的(不合格)。
使用手動鋼棉測試來評價耐刮擦性。這個測試由用鋼棉經(jīng)由5個來回行程(每個具有約4至5cm的幅度，同時用食指在該鋼棉上保持恒定壓力)磨損鏡片組成。壓在該鋼棉上的力可以用通過將該物品用膠帶固定在平衡板上并且用食指在該物品上施加正常力將該物品壓下的平衡評估；該力在第一方向上是約5kg，并且在返回方向上是約2.5kg。磨損完成后，目視檢查該物品并評分如下：低耐受性5；可接受耐受性3；或良好耐受性1。分?jǐn)?shù)越高意味著物品被磨損越多。
為了制備涂層組合物，可以使用基礎(chǔ)組合物。所述基礎(chǔ)組合物可以是可溶于或可分散于所選擇的溶劑體系中。用于在此描述的涂層組合物的代表性組分通常包括表1中所描述的量。對于所述組分，其可以是基礎(chǔ)組合物，如在此描述的鹽體系和具有式(1)的添加劑化合物可以以在此描述的量被包括。還可以將附加的添加劑，例如pH平衡劑引入到該基礎(chǔ)組合物中，或者與加入其他組分(當(dāng)包括時)一起引入以提供在此描述的任何涂層組合物。
基礎(chǔ)組合物的一個實(shí)例在表2中標(biāo)識。表2的基礎(chǔ)組合物包括作為烷氧基硅烷呈γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷形式的具有式(2)的粘合劑，具有式(2)的第二粘合劑是呈二甲基二乙氧基硅烷的形式，除了呈甲基乙基酮形式的溶劑之外，呈0.1N鹽酸的形式的pH平衡劑，呈具有直徑小于20nm的納米顆粒的二氧化硅氧化物膠體分散體(在甲醇中30％)形式的高透射率填充劑，呈乙酰丙酮化鋁形式的催化劑，和潤濕劑，例如含氟碳化合物的有機(jī)改性的聚硅氧烷(即，-3034)。
向包含具有式(2)的粘合劑的上述組合物中，包括具有式(1)的化合物。在以下實(shí)例中，將兩種代表性的具有式(1)的化合物作為DEGDME(D1)或DEGMME(D2)加入，每種的量對應(yīng)地為范圍從1wt.％至5wt.％，如表3和表4中所描述的。因此，D1-1包括1wt.％的D1并且D1-2包括2wt.％的D1等，并且對于D2重復(fù)。在每種配制品中提供的鹽體系是雙(三氟-甲磺酰亞胺)鋰。附加的溶劑以聚氧化烯的形式包括在這些組合物的一些中，如具有小于150℃的沸點(diǎn)的二醇醚(即，PM)。這是為了確保代表性配制品具有相同的固體含量。
為了比較，表2的基礎(chǔ)配制品也如表5中所示進(jìn)行改性。在這些對比配制品的每一種中，組合物沒有任何具有式(1)的化合物的添加劑。在這些配制品之一中，對比配制品還沒有鹽體系(參比-1)。除了鹽之外這些配制品中僅有一種包括添加的溶劑用于保持固體含量(參比-3)。參比-3中的附加的溶劑是為了確保這些參比組合物具有相同的固體含量。
組合物D1-1至D1-5和D2-1至D2-5以及參比-1、參比-2、參比-3中的每一種在作為涂層組合物沉積在鏡片物品上之前都很好地共混。
對于D1，將如表3中所描述的具有1wt.％、2wt.％、3wt.％、4wt.％或5wt.％的D1的任一種的涂層組合物與沒有D1或D2的配制品(如表5中所描述的參比-1、參比-2和參比-3)進(jìn)行比較。為了評價，制備D1-1、D1-2、D1-3、D1-4、D1-5、參比-1、參比-2和參比-3中的每一種并將其施用到眼科品質(zhì)PC鏡片上。最初，以本領(lǐng)域已知的方式將該P(yáng)C鏡片等離子體處理約120秒。在該P(yáng)C鏡片的凸面上，以本領(lǐng)域已知的方式通過旋涂施用底漆，隨后加熱至約75攝氏度(℃)的溫度持續(xù)約15分鐘。該底漆是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的在水溶液中的聚氨酯分散體(含有約40wt.％Witcobond 234或Witcobond 240)。該底漆層具有約0.8至0.9微米的最終厚度。使該涂了底漆的鏡片冷卻至環(huán)境溫度或室溫，然后將涂層組合物(D1-1、D1-2、D1-3、D1-4、D1-5)之一通過旋涂施用到PC鏡片的該涂覆的凸面上。對于所有涂層組合物重復(fù)這一過程，并且然后用參比-1、參比-2和參比-3重復(fù)這一過程。在施用后，所述組合物(D1-1、D1-2、D1-3、D1-4、D1-5)中的每一種在兩步法中固化，該兩步法包括在約75℃的溫度下預(yù)固化約15分鐘并在約100℃的溫度下后固化約3小時，這允許每種組合物作為硬涂層在鏡片物品的表面上形成。對于參比-1、參比-2或參比-3重復(fù)這一過程。形成抗靜電硬涂層的涂層具有約3.5至3.8微米的最終厚度。類似地，參比-1、參比-2或參比-3的最終厚度是約3.5至3.8微米。當(dāng)硬化時，對于每個物品(在一個表面上具有涂層組合物的鏡片)測量如表6中所描述的衰減時間，并將數(shù)據(jù)與具有表5的參比-1、參比-2或參比-3的鏡片進(jìn)行比較。與沒有鹽和/或具有式(1)的化合物的對比配制品參比-1、參比-2、參比-3相比，所有的涂層組合物D1-1、D1-2、D1-3、D1-4和D1-5顯示出減少的衰變時間。此外，所有組合物D1-1、D1-2、D1-3、D1-4和D1-5表現(xiàn)出良好的總體涂層性能(劃格：全部0；鋼棉：全部3s)。此外，組合物D1-1、D1-2、D1-3、D1-4和D1-5僅顯示低霧度(<0.5％或<0.16％)，以及如通過砂拜耳測量的良好的耐磨性(>2.5或>2.7)。一些性能數(shù)據(jù)以下在表6中示出。
對于D2，將如表4中所描述的具有1wt.％、2wt.％、3wt.％、4wt.％或5wt.％的D2的任一種的涂層組合物與沒有D1或D2的配制品(如表5中所描述的參比-1、參比-2和參比-3)進(jìn)行比較。為了評價，制備D2-1、D2-2、D2-3、D2-4、D2-5、參比-1、參比-2或參比-3中的每一種并將其施用到眼科品質(zhì)PC鏡片上。最初，以本領(lǐng)域已知的方式將該P(yáng)C鏡片等離子體處理約120秒。在該P(yáng)C鏡片的凸面上，以本領(lǐng)域已知的方式通過旋涂施用底漆，隨后加熱至約75℃的溫度持續(xù)約15分鐘。該底漆是以上描述的相同的聚氨酯底漆。該底漆層具有約0.8至0.9微米的最終厚度。使該涂了底漆的鏡片冷卻至環(huán)境溫度或室溫，然后將涂層組合物(D2-1、D2-2、D2-3、D2-4、D2-5)之一通過旋涂施用到該P(yáng)C鏡片的該涂覆的凸面上。對于參比-1、參比-2或參比-3重復(fù)這一過程。在施用后，所述組合物(D2-1、D2-2、D2-3、D2-4、D2-5)中的每一種在兩步法中固化，該兩步法包括在約75℃的溫度下預(yù)固化約15分鐘并在約100℃的溫度下后固化約3小時，這允許每種涂層組合物作為硬涂層在鏡片物品的表面上形成。對于參比-1、參比-2或參比-3重復(fù)這一過程。形成抗靜電硬涂層的組合物具有約3.5至3.8微米的最終厚度。類似地，參比-1、參比-2或參比-3的最終厚度是約3.5至3.8微米。當(dāng)硬化時，對于每個物品(在一個表面上具有涂層組合物的鏡片)測量如表7中所描述的衰減時間，并將數(shù)據(jù)與具有表5的參比-1、參比-2或參比-3的鏡片進(jìn)行比較。與沒有具有式(1)的化合物和/或鹽體系的對比配制品參比-1、參比-2、參比-3相比，所有的組合物D2-1、D2-2、D2-3、D2-4和D2-5顯示出減少的衰變時間。此外，所有的組合物D2-1、D2-2、D2-3、D2-4和D2-5表現(xiàn)出良好的總體涂層性能，包括良好的粘附性。組合物D2-1、D2-2、D2-3、D2-4和D2-5僅顯示低霧度(<0.5％或<0.25％)并且表現(xiàn)出如通過砂拜耳測量的良好的耐磨性(>2.9)。一些性能數(shù)據(jù)在表7中示出。
以4wt.％的量包括D1作為具有式(1)的化合物的代表性組合物(D1-4)和以3wt.％的量包括D2作為具有式(1)的化合物的代表性組合物(D2-3)各自在不同的基底物品上進(jìn)行評價。將這些代表性組合物與不包括D1或D2但確實(shí)包括鹽的參比-3進(jìn)行比較。
如上所述制備D1-4、D2-3和參比-1中的每一種。使用兩種類型的鏡片物品：鏡片和1.67鏡片。每個鏡片最初等離子體處理約60秒。將每個鏡片最初用如上所述的底漆涂覆在一個表面上，使得該底漆具有約0.8至0.9微米的最終厚度。如上所述施用抗靜電硬涂層作為或者D1-4或者D2-3，并如上所述使其硬化。為了比較，施用參比-3的層來分開以相同方式制備的鏡片。當(dāng)硬化時形成所述抗靜電硬涂層的D1-4或D2-3中的每一種具有約3.5至3.8微米的最終厚度。類似地，參比-3具有約3.5至3.8微米的最終厚度。測量每個鏡片的衰減時間、霧度和耐磨性或耐刮擦性。如前所述，與參比-1相比，D1-4和D2-3中的每一種顯示出良好的抗粘附性或耐擦傷性和低霧度(數(shù)據(jù)未顯示)。如表8中所描述的，與參比-3相比，對于D1-4和D2-3二者如前所述測量的每個鏡片物品的抗靜電性能顯示出遠(yuǎn)遠(yuǎn)更好的抗靜電性能。
D1-4，D2-3中的每一種也如上所述制備并且當(dāng)直接施用到基底或鏡片物品上時作為抗靜電硬涂層進(jìn)行評價。將數(shù)據(jù)與不包括D1或D2但確實(shí)包括鹽的參比-3進(jìn)行比較。這里，將D1-4、D2-3或參比-3中的每一種施用到已經(jīng)最初等離子體處理約60秒的是鏡片的鏡片物品上。沒有施用底漆。相反，如上所述將抗靜電硬涂層作為D1-4或者D2-3施用到鏡片的凸面上，并如上所述使其硬化。為了比較，將參比-3的層施用到類似制備的鏡片(例如，預(yù)處理的并且沒有底漆)上。形成該抗靜電硬涂層的D1-4或D2-3中的每一種具有約3.5至3.8微米的最終厚度。類似地，參比-3具有約3.5至3.8微米的最終厚度。測量每個鏡片的衰減時間、霧度和耐磨性或耐刮擦性。如前所述，與參比-1相比，D1-4和D2-3中的每一種顯示出良好的抗粘附性或耐擦傷性和低霧度(數(shù)據(jù)未顯示)。與之前的數(shù)據(jù)相似，如表9中所描述的，與參比-3相比，如前所述測量的D1-4和D2-3的抗靜電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)更好。
如表6-9中所示，在此描述的組合物，至少包含以下各項(xiàng)的那些，包括所述鹽之一，所述粘合劑之一和所述具有式(1)的化合物之一，在它們的表面上和對它們施用到其上的物品提供良好的抗靜電性能(當(dāng)它們在所述物品的暴露表面上形成涂層或硬涂層或薄膜時)。
所述抗靜電涂層組合物提供良好的光學(xué)透射率，并且它們不影響它們施用到其上的透明物品的光學(xué)透射率。
所述抗靜電涂層組合物還在它們的表面上和對它們施用到其上的物品的表面提供良好的耐磨性或耐刮擦性。
因此，在此描述的所述抗靜電涂層組合物表現(xiàn)出以下的任一種且通常所有：高抗靜電性能、高透光率和優(yōu)異的耐磨性或耐刮擦性。
每當(dāng)披露具有下限和上限的程度或測量的數(shù)值范圍時，還旨在具體地披露落入該范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何范圍。例如，值的每一個范圍(呈“從a至b”、或“從約a至約b”、或“從約a至b”、“從大約a至b”以及任何類似表述的形式，其中“a”和“b”代表程度或測量的數(shù)值)應(yīng)被理解為闡明涵蓋于更廣泛的值范圍內(nèi)，包括值“a”和“b”本身的每一個數(shù)字和范圍。
術(shù)語如“第一”、“第二”、“第三”等可以被任意指定并且僅旨在以其他方式在性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、功能或作用方面類似或?qū)?yīng)的兩個或更多個部件、零件或步驟之間進(jìn)行區(qū)分。使用術(shù)語“第一”不意指存在要求的“第二”類似的或?qū)?yīng)的部件、零件或步驟。類似地，使用詞語“第二”不意指必須存在任何“第一”或“第三”類似的或?qū)?yīng)的部件、零件或步驟。此外，應(yīng)理解使用術(shù)語“第一”不意指元素或步驟是任何順序中的正好第一個，而是僅僅意指它是這些元素或步驟中的至少一個。因此，使用這類術(shù)語不排除在“第一”與“第二”元素或步驟之間的中間元素或步驟。
盡管代表性組合物、方法和物品已在本文中詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以在不脫離由所附權(quán)利要求描述和限定的范圍下進(jìn)行不同取代和修改。