液體聚合物塗料組合物和用其塗布的氣囊的製作方法

2023-04-26 09:23:26

專利名稱：：液體聚合物塗料組合物和用其塗布的氣囊的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種含有液體矽橡膠和液體有機聚合物的交聯混合物的織物塗料組合物。該塗料組合物的生產不需要有機溶劑，由此得到了更安全、更廉價和更環保的材料。該塗料組合物從相對低分子量的組分製成交聯的聚合物網絡，非常適用於氣囊織物，尤其是非常適合在用於製造側簾式氣囊的需要低透氣性的氣囊織物上使用。
背景技術：
：在過去幾十年中，氣囊已經從含有兩塊大致對稱(通常為圓形)的氣囊布料的駕駛員側氣囊發展成為具有獨特幾何形狀和構造的更複雜的乘客側和側簾式氣囊。側簾式氣囊通常從位於沿車輛側窗的車頂內的包裝容器展開。這些設計在翻車碰撞過程中通過將充氣狀態保持較長時間來保護乘客的側簾式氣囊，應該不僅能提供緩衝作用，也能防護破碎的玻璃和其他碎片。因此，必要的是在與翻車事故有關的可能的長時間內側簾式氣囊保留大量的氣體(在高氣壓下)來保持充氣狀態。已經發現有效的側簾式氣囊可以生產為一片式機織(優選機織提花)製品。由於省略了通常與生產多片布料氣囊相關的切割和縫紉步驟，一片式提花氣囊墊體的生產更經濟。這種系統的明顯缺點是在生產過程中目標氣囊必須在外側塗有塗層。傳統的駕駛員側氣囊包括氣囊部件內部的塗層，而這些一片式機織結構必須使塗層在氣囊部件的外部(即，在成品氣囊內部塗布是不可能的)。塗層一般塗布在用於汽車氣囊的織物上以阻止不希望的空氣透過織物，並在較小的程度上防護織物免受用於對氣囊充氣的熱氣體的損害。已經使用了多種材料來產生這些織物塗層，從早期以聚氯丁烯作為選擇的材料的努力，到後來優選矽酮或含矽酮材料的結果。使用矽酮聚合物混合物作為氣囊塗料的嘗試描述在例如美國專利第6,348,543號、6,468,929號和6,545,092號中。在一片式側簾式氣囊的情況下，採用高度官能化的塗料是特別重要的。與在內部具有塗層的駕駛員側氣囊不同(此時氣囊的移動往往會將塗層壓在織物表面上)，在外部具有塗層的一片式氣囊中，實際上在展開過程中塗料被推離織物表面。這種壓力可能導致兩個重要問題——塗層破裂和塗層與氣囊布料分離——這可能導致氣囊整個失靈。本發明提供了一種有效地克服這些問題的塗料組合物，其即是經濟可行的又是環保的。儘管單獨使用矽酮聚合物有許多缺點(例如，相對高的透氣性、相對高的成本、以及由於其潤滑性而有引起紗線移位的傾向)，但是己經發現可以通過形成所謂的"互穿聚合物網絡"(IPN)來改變矽酮聚合物的行為。IPN是一種特殊類型的聚合物混合物，其中聚合物存在於網絡中，該網絡是當聚合物組分熱動力學相容地達到它們相互溶解的點、或在顯微程度上基本彼此分散時形成的。一般情況下，或實際上，當混合物內的所有聚合物物種形成化學交聯時發生IPN。在以前產生IPN的嘗試中，各組分溶解在同一溶劑中，最後相互溶解(即，聚合物與矽酮溶解在溶劑中)。甲苯是這種溶劑的一個例子。當以這種方式幵發出功能性塗料時，氣囊織物的製造商已經想到用其他不太昂貴、更安全和更環保的系統來替代溶劑基製劑。本發明通過用包括液體矽橡膠和液體共聚物的聚合物混合物來替代以前嘗試的溶解於溶劑的聚合物固體，從而滿足了這些製造商的需要。
發明內容本發明公開了一種用於氣囊織物的塗料組合物，該組合物由用矽酮和非矽酮組分化學交聯而形成一系列聚合物網絡的液體矽橡膠和液體有機聚合物組成。通過向本文所述的液體矽橡膠化合物中加入液體有機聚合物，該組合物的機械性質使其與單獨使用液體矽橡膠時相比其性能改變得更適合用作氣囊塗料，而且不需要溶劑。本發明還公開了用本發明的製劑塗布的氣囊。圖1是通過向液體矽橡膠中加入液體有機聚合物而產生的互穿聚合物網絡的形成機制的圖解示意圖；並且圖2是顯示用本發明的各種塗料組合物塗布的氣囊的氣體保留率的線圖。具體實施方式這裡所定義的術語"液體矽橡膠"是指特徵均在於在常溫下是液體的多種矽酮化合物中的一種。這些化合物的例子已經在文獻中有所描述，使用的術語諸如聚矽氧烷、聚二甲基矽氧烷、帶有多烷基官能基的聚矽氧垸和帶有乙烯基官能基的聚矽氧烷。預期在這裡使用的液體矽橡膠的一個例子(許多例子之一)是得自Shin-EtsuChemicalCo.的聚二甲基矽氧垸產品。優選，液體矽橡膠是包括含"乙烯基"的聚矽氧烷、鉑催化劑和液體有機氫聚矽氧垸交聯劑的混合矽酮聚合物。術語"乙烯基"是指矽-乙烯基(Si-CH=CH2)。交聯劑含有"氫化物"，即末端為氫化矽垸(Si-H)基的聚合物鏈。產生聚合物網絡的反應在(a)乙烯基和矽酮聚合物的氫化物基團、以及(b)矽酮聚合物的氫化物基團和有機聚合物的碳-碳雙鍵之間發生。這裡所定義的術語"液體有機聚合物"是指特徵均在於至少一個不飽和碳碳雙鍵(-CO)以及在室溫下是液體的多種有機化合物之一。這些化合物可以通過參與矽酮上的不飽和位點與"氫化物"(SiH)交聯劑之間的反應而與液體矽橡膠發生反應，該反應優選被混合矽酮聚合物中存在的貴金屬如鉑所催化。液體有機聚合物化合物的分子量分布容易影響其與液體矽橡膠結合形成聚合物網絡的行為。由具有高分子量分布的聚合物組成的有機材料往往更粘稠，最終可以是固體。在沒有溶劑幫助的情況下，這就使它們越來越難以在其他材料中分散。這種高粘度的特性對於使用傳統方法如刮刀塗布法來塗布混合材料的能力有負面影響。相反，如果有機材料由低分子量分布的聚合物組成，則得到的固化塗層的機械性能(抗張強度、撕裂強度等)可能因此受到負面影響，從而使該材料不適合用於氣囊塗層的預期用途。滿足這裡所使用的所需標準的液體有機聚合物的例子包括液體形式的聚異戊二烯(包括順l-4-聚異戊二烯)、丁基橡膠和三元乙丙橡膠(EPDM)。在一個優選實施方案中，液體有機聚合物是聚異戊二烯。液體有機聚合物與液體矽橡膠的比例決定了聚合物網絡是否如希望的那樣進行工作，即為塗料提供足夠的附著力、強度和撓性以防止其破裂或剝離。己經發現液體有機聚合物在塗料中的最佳水平應該是存在量為總聚合物網絡(與包括其他組分的液體矽橡膠化合物)的2%-20%。更優選，液體有機聚合物的存在量為總聚合物網絡的5%-12%，最優選存在量為總聚合物網絡的大約5%。液體有機聚合物可以被機械地混合為液體矽酮聚合物而不需要加熱。可以使用單或雙行星混合機或本領域公知的其他混合裝置來進行有效地混合。優選，儘量減少加入至塗料分散體中的空氣是理想的。混合各組分所需的時間長度取決於要混合的各種組分的用量、以及混合裝置的類型和效率。對於KitchenAid⑧-商標的行星混合機，混合大約2,000克的投料量一般所需的時間為大約5分鐘。很顯然，較大的投料量要使用較大的混合裝置和容器來進行更有效地混合，可能需要較長的混合時間。當混合時，有機聚合物被分散至矽酮聚合物中。一旦矽酮聚合物和有機聚合物已經被有效地進行了分散，則下一步涉及交聯反應，其中矽酮聚合物與其自身和有機聚合物發生交聯。該反應在加熱條件下(即，"固化"工藝)通過催化劑如鉑引發。圖1顯示了分散體形式和固化工藝後的液體矽酮聚合物(斜線表示)和液體有機聚合物(交叉影線表示)。固化後，交聯網絡形成，其中經氫化物交聯劑，矽酮聚合物相互交聯並與有機聚合物交聯。得到的交聯的聚合物網絡顯示在圖1的下部。相信在氫化物和矽酮聚合物的乙烯基官能團之間、以及矽酮聚合物的氫化物基團和有機聚合物的碳-碳雙鍵位點之間發生了交聯作用。當交聯反應完成時，有機聚合物變成了矽酮聚合物網絡的一部分，因此將有機聚合物包含的附加特性(但不是矽酮的固有特性)賦予所生成的聚合物網絡。總之，形成交聯的聚合物網絡的方法包括以下的步驟(a)提供如這裡所述的混合矽酮聚合物，其包括含"乙烯基"的聚矽氧垸、鉑催化劑和液體有機氫聚矽氧烷交聯劑；(b)將該混合矽酮聚合物與具有至少一個不飽和碳-碳雙鍵的液體有機聚合物混合，產生聚合物分散體；(c)將聚合物分散體塗布在氣囊或氣囊織物上；和(d)在催化劑的存在下，將聚合物分散體加熱反應形成交聯的聚合物網絡。本發明的塗料組合物和氣囊進一步在實施例1中如下進行描述。實施例l將已經在工業中用作原樣尺寸氣囊模型的實驗室氣囊用於這些實施例中。每個一片式機織氣囊用選自下表中的製劑塗布。在塗布過程中，已塗布的氣囊與150°C的溫度接觸2分鐘，隨後將已塗布的氣囊在實驗室烤箱中在170°C下後固化2分鐘。實施例1A(對比例)液體矽橡膠，從Shin-Etsu公司通過商業途徑獲得，其以商品名"X-34-1766-8"銷售，通過將矽酮組合物的"A"和"B"組分合併而活化。實施例1B:50重量份"A"組分X-34-1766-8和20重量份順-1,4-聚異戊二烯(從ElementisSpecialties公司通過商業途徑獲得，商品名為"ISOLENE400")與50重量份"B"組分X-34-1766-8混合。氣囊充氣至15p.s丄並密封。隨時間變化監測內部壓力，結果以線圖顯示在圖2中。在氣囊工業中，一般氣囊剩餘壓力報告為充氣後12秒時的壓力。僅用液體矽橡膠塗布的實施例1A的氣囊顯示剩餘壓力僅為大約7.75p.s.i.，或其初始充氣壓力的大約51%。含有與液體矽橡膠混合的液體有機聚合物的實施例1B的氣囊顯示剩餘氣囊壓力為大約10.8p.s丄，或初始充氣壓力的大約72°/。。因此，用本發明的組合物塗布的實施例1B氣囊與僅用液體矽酮塗布的氣囊相比其所充入的空氣的透氣性較低，顯示了在用於側簾式氣囊時的顯著優勢，在這種情況下氣體保留率在維持保護性環境中是特別重要的(例如，在翻車碰撞的情況下)。本發明的塗料也可以含有某些矽垸偶聯劑以提高含矽酮塗料與織物的附著力(如三甲氧基有機矽烷類、三乙氧基有機矽垸類、其混合物和類似物)。已經發現這些添加劑能顯著地增加本發明的塗料在目標一片式機織氣囊墊體上的附著力以防止可能在充氣過程中某些墊體可能發生的很難看的起泡現象(象動脈瘤一樣)。在本發明的塗料組合物中也可加入各種添加劑，包括顏料或染料(以增強美感或為了識別的目的)、阻燃劑、惰性成分(如碳酸鈣或其他填充材料)、以及必須用於加工該組合物並使其適合用作氣囊塗層的加工助劑。在一個實施方案中，本發明的塗料與任意類型的基布或己組裝的氣囊一起使用。根據基布的最終用途，要合併在一起的具體的矽酮聚合物混合物和基布的具體類型可以發生變化。這些基布可由下述纖維形成天然纖維如棉花、薴麻、馬尼拉麻、羊毛和類似物；合成纖維如聚酯、聚醯胺、再生纖維素和類似物；以及無機纖維如玻璃、硼衍生物纖維和類似物。而且，目標織物可以是機織、針織、無紡和類似織物。更優選本發明的氣囊基布是提花或多臂(Dobby)機織一片式氣囊墊體。任何標準的低透氣性氣囊織物構造可用作本發明的塗料組合物的目標氣囊織物。儘管本發明的塗料組合物已經被描述用於側簾式氣囊，應該理解的是該塗料組合物同樣非常適用於其他的氣囊構造(例如，駕駛員側或乘客側氣囊)。另外，儘管本發明的塗料被描述用於預先成型的氣囊墊體，應該理解的是本發明的塗料同樣可在隨後可由其切割出氣囊布料的氣囊基布上使用。但如前所述，優選目標基布是由合成纖維如聚酯類和聚醯胺類的紗線形成的提花或多臂機織墊體。優選這種紗線的線性密度為大約210丹尼爾至大約630丹尼爾。優選這些紗線由多股絲線形成，其中該絲線的線性密度為每股絲線大約6丹尼爾或更小。此後已塗布有塗層的織物基布稱為"氣囊基布"。在本發明的另一個實施方案中，在分散本發明的塗料的各種組分過程中，優選在氣囊基布上刮塗該製劑，然後將得到的塗層氣囊基布在烤箱內在15(TC到20(TC的溫度固化，使聚合物成分交聯，最終形成薄塗層。這裡所使用的刮塗法，包括但不限於刮刀塗布(如在軋輥上刮塗、在間隙刮上刮塗(knifeovergap)、在檯面上刮塗(knifeovertable)、浮刀和在泡沫墊上刮塗(knife-over-foampad)的方法)。因為塗料組合物顯示了優異的附著性，因此通常僅需塗布一次就能在目標基布上提供有效的、穩定的、低透氣性的塗層。塗層的最終乾重可根據目的用途進行變化。對於其中所充入的空氣保留較長時間不太重要的織物(如某些用於非翻滾式側簾、駕駛員側和乘客氣囊墊體)，增加的重量可以是每平方碼一盎司。對於其中需要將所充入的空氣保留較長時間的織物，特別是要用於側簾用途的提花或多臂機織氣囊，增加的重量(優選)將在每平方碼大約1.0到大約3.0盎司，這取決於氣囊的設計。如前所述，基布優選是機織聚醯胺材料如尼龍。在最優選的實施方案中，這種基布將由尼龍6，6纖維形成。己經發現這種聚醯胺材料當與根據本發明的塗料一起使用時顯示了特別好的附著力。應用本發明的塗料組合物產生的有益效果是不需要溶劑就能形成交聯的聚合物網絡，得到了更安全、更經濟和更環保的材料。權利要求1.一種塗料製劑，其是通過合併下列組分而製成的(a)與有機氫聚矽氧烷交聯劑和鉑催化劑混合的含乙烯基液體矽酮聚合物，和(b)液體形式的有機聚合物，所述的有機聚合物含有不飽和C＝C鍵，其中所述的矽酮聚合物和所述的有機聚合物在固化過程中反應形成交聯的聚合物網絡。2.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約2%到大約20%。3.根據權利要求2所述的塗料製劑，其中所述有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約5%到大約12%。4.根據權利要求3所述的塗料製劑，其中所述有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約5%。5.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的矽酮聚合物是雙組分矽酮聚合物。6.根據權利要求5所述的塗料製劑，其中所述的矽酮聚合物是具有乙烯基官能團的聚二甲基矽氧烷。7.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的有機聚合物是聚異戊二烯。8.根據權利要求7所述的塗料製劑，其中所述的有機聚合物是順1，4-聚異戊二烯。9.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的有機聚合物是丁基橡膠。10.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的有機聚合物是EPDM。11.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的塗料製劑進一步包括矽烷。12.根據權利要求1所述的塗料製劑，其中所述的塗料製劑進一步包括顏料。13.—種基布，所述基布的至少一部分用包括下述物質的反應產物的塗料製劑塗布(a)至少一種有機聚合物和(b)混合矽酮聚合物。14.根據權利要求13所述的基布，其中所述的基布是機織的。15.根據權利要求14所述的基布，其中所述的基布是機織提花的。16.根據權利要求13所述的基布，其中所述的基布是針織的。17.根據權利要求13所述的基布，其中所述的基布是無紡的。18.根據權利要求13所述的基布，其中所述的基布包括選自天然纖維、合成纖維和無機纖維的纖維。19.根據權利要求13所述的基布，其中所述的基布用作汽車氣囊。20.—種汽車氣囊，所述氣囊包括基布，其中所述基布的至少一部分用包括下述物質的反應產物的塗料製劑塗布(a)至少一種具有不飽和C=C鍵的有機聚合物和(b)混合矽酮聚合物，所述的混合矽酮聚合物包括含乙烯基的聚矽氧垸、鉑催化劑和液體有機氫聚矽氧烷交聯劑。21.根據權利要求20所述的氣囊，其中所述的氣囊包括一片式提花機織墊體。22.根據權利要求20所述的氣囊，其中所述的氣囊包括一片式多臂機織墊體。23.根據權利要求20所述的氣囊，其中所述氣囊在充氣後大約12秒測量時所顯示的充氣保留水平為其初始充氣壓力的至少70%。24.—種在氣囊基布上形成交聯聚合物的方法，所述方法包括下述步驟(a)提供混合矽酮聚合物，所述混合矽酮聚合物包括含乙烯基的聚矽氧垸、鉑催化劑和液體有機氫聚矽氧烷交聯劑；(b)將所述混合矽酮聚合物與液體有機聚合物混合產生聚合物分散體，其中所述液體有機聚合物具有至少一個不飽和碳-碳雙鍵；(c)將聚合物分散體塗布在氣囊基布上；和(d)在催化劑的存在下，將聚合物分散體加熱反應，在所述氣囊基布上形成交聯的聚合物網絡。25.根據權利要求24所述的方法，其中所述的有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約2%到大約20%。26.根據權利要求25所述的方法，其中所述的有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約5%到大約12%。27.根據權利要求26所述的方法，其中所述的有機聚合物的存在量為所述交聯的聚合物網絡的大約5%。28.根據權利要求24所述的方法，其中所述的氣囊基布是一片式機織提花氣囊。29.根據權利要求24所述的方法，其中所述的步驟(c)通過刮塗完成。30.根據權利要求24所述的方法，其中所述的步驟(d)在大約150°C到大約200°C的溫度完成。全文摘要本發明公開了一種用於氣囊織物的塗料組合物，該組合物由與矽酮或非矽酮組分發生化學反應形成交聯的聚合物網絡的液體矽橡膠和液體有機聚合物形成。通過向本文所述的液體矽橡膠化合物中加入液體有機聚合物，發現了顯示充氣氣體保留率提高的氣囊塗層。其優勢在於，這些塗層的產生是在不使用有機溶劑的情況下完成的。本發明還公開了用本發明的製劑塗布的氣囊。文檔編號C09D183/04GK101151339SQ200680010542公開日2008年3月26日申請日期2006年3月20日優先權日2005年3月28日發明者R·H·帕克申請人:美利肯公司