环氧/氧杂环丁烷化合物、环氧官能化倍半硅氧烷和纳米颗粒基玻璃可UV固化涂料组合物

摘要

提供可UV固化的涂料组合物，其包含(以重量％计)5‑50％具有下述通式的环脂族交联剂式中R是其中X是C1‑4直链,20‑55％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,35‑45％的环氧官能化硅纳米颗粒,1‑5％的环氧硅烷粘附促进剂和0.5‑2％的光引发剂。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2014年06月27日提交的美国临时申请系列第62/018159号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

本公开涉及可紫外(UV)-固化的涂料。此外，本公开涉及包含这种涂料的制品,和用于使用这种涂料改性基材的方法。

概述

在纯净的、新鲜拉制状态的玻璃是极强的。但是如果玻璃表面变得有瑕疵，例如通过刮擦、磨损、冲击等，则玻璃强度通常下降。防止出现瑕疵的一种方式是向玻璃边缘和/或表面施加一种或多种涂料。相对于其它涂料，可UV固化的涂料提供某些优势，包括快速固化、无溶剂和较低的能量要求等。

但是，已知的可UV固化的涂料缺少某些所需的性质，特别是与例如电视、计算机和手机显示屏的显示器玻璃应用相关的性质。用于这种产品的玻璃必须通过手机工业所用的使用和环境耐久性测试。目前可用的用于玻璃的可UV固化的涂料缺乏使涂料适用于显示器玻璃应用的足够的静态压痕断裂耐受性、通过磨损4点弯曲测试测量的耐破碎性以及耐刮擦和磨损性。此外，用于显示器应用的涂料应是光学透明的，或至少对感兴趣的光波长(即，红外、可见光，UV)是基本上透射的，并具有良好的防水性。还希望用于显示器应用中玻璃的涂料基本上是隐形的/不明显的，从而涂覆的玻璃看起来犹如其完全不包括涂料。还希望这种涂料在室温下具有稳定的粘度并具有长的保质期，从而相对于不稳定的材料，增加可用于低成本高性能触摸面板装置的切割的强化玻璃产品的制造速率、增加在涂覆过程中的材料利用率并减少储存和运输成本。目前，没有可用的满足所有上述标准的可UV固化的涂料。

根据一种实施方式,提供包含硅烷偶联剂作为粘附促进剂的可UV固化的环氧官能化纳米硅酸盐涂料，其满足上述全部标准。选定的硅烷偶联剂可用作本文所述的新颖环氧制剂的添加剂，或者作为在施涂新颖环氧制剂之前使用的玻璃底漆涂料，从而增加环氧树脂和玻璃之间的粘附，以增强玻璃表面和边缘保护。获得可用的使用纳米硅酸盐的环氧制剂的显著挑战是获得室温下的粘度稳定性。令人惊讶地是，使用氧杂环丁烷(oxetane)交联剂和环氧稀释剂的混合物获得了具有室温稳定粘度的组合物。

根据一种或多种实施方式,提供可UV固化的涂料组合物，其包含(以重量％计)5-50％的具有下述通式的环脂族交联剂：

式中R是

其中X是C_1-4直链,20-55％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,35-45％的环氧官能化硅纳米颗粒,1-5％的环氧硅烷粘附促进剂和0.5-2％的光引发剂。

在一种实施方式中,可UV固化的涂料组合物可包含5.5-27.5％的环脂族交联剂,27.5-49.5％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。在另一种实施方式中可UV固化的涂料组合物由下述组成：5.5-27.5％的环脂族交联剂,27.5-49.5％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

又在其它实施方式中，可UV固化的涂料组合物可包含5.5％的环脂族交联剂,24.75％的氧杂环丁烷交联剂,24.75％的环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

又在其它实施方式中，可UV固化的涂料组合物由下述组成：5.5％的环脂族交联剂,24.75％的氧杂环丁烷交联剂,24.75％的环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

环脂族交联剂可为环氧环己基多面体低聚倍半硅氧烷。

氧杂环丁烷交联剂可为任意合适的氧杂环丁烷交联剂，例如双(1-乙基-(3-氧杂环丁烷基)甲基)醚。

环氧稀释剂可为任意合适的环氧稀释剂，例如3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷。

环氧官能化硅纳米颗粒可为约5-200nm的任意合适的环氧官能化硅纳米颗粒。

硅烷粘附促进剂可为氨基官能硅烷、脲基官能硅烷、环氧官能硅烷、硫官能硅烷及其混合物。

根据一种实施方式，提供可UV固化的涂料组合物，其中硅烷粘附促进剂是2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基-三甲氧基硅烷或其混合物。

合适的光引发剂包含光酸催化剂，例如UVI 6976阳离子光引发剂。在一种实施方式中，光引发剂包含三芳基锍六氟锑酸酯(triarylsulfonium hexafluoroantimonate)。

根据至少一些实施方式,在-20℃到40℃的范围中，本文所述的可UV固化的涂料的粘度是稳定的。

又在其它实施方式中,披露一种用于改性基材例如玻璃基材或包含玻璃表面的基材的表面的方法,所述方法包括下述步骤：向基材表面施加可UV固化的涂料，所述可UV固化的涂料包含(以重量％计)5-50％具有下述通式的环脂族交联剂

式中R是

其中X是C_1-4直链,20-55％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,35-45％的环氧官能化硅纳米颗粒,0-5％的环氧硅烷粘附促进剂和0.5-2％的光引发剂；以及使用紫外辐射固化表面。固化步骤可包含热固化。所述方法可包括当可UV固化的涂料包含0％的环氧硅烷粘附促进剂时，向基材表面施加环氧硅烷粘附促进剂。

在至少一种实施方式中，可UV固化的涂料可操作来提供具有至少30Kgf的压痕阈值断裂负载的改性表面。

本文所述的方法可包括将如本文所述的可UV固化的涂料施加到非强化玻璃表面，即没有经历如下文所述的强化的基材的玻璃表面。在其它实施方式中,可使包含非强化玻璃表面和强化玻璃表面的基材经历一种方法，所述方法可包含向至少非强化玻璃表面施加可UV固化的涂料，从而将非强化玻璃表面的压痕阈值断裂负载增加到至少30Kgf。

根据一种实施方式,提供制品，所述制品包含根据本文涂覆的玻璃，并具有改善的静态压痕断裂耐受性、通过磨损4点弯曲测试测量的耐破碎性、耐刮擦和磨损性以及水分保护。水分可进入小瑕疵，并使它们随时间变大。这种效应称作老化。可通过涂覆后形成的玻璃制品的表面和/或边缘，来形成具有上述特征的制品。本文所述的方法与玻璃片的低成本、大规模制造相兼容，其可用于低成本、高性能的触摸面板装置。

根据本文的玻璃制品可为平坦的(例如片材)，或为三维体(例如瓶子、小瓶等)。玻璃片可为整体件，或可用作多层玻璃层压件的一个或多个层。玻璃片还可具有3D形式。

在一种实施方式中，玻璃制品可包含氧化物玻璃,例如玻璃,其可从康宁有限公司(Corning Incorporated)购买。玻璃已广泛用于消费者电子装置产品。这种玻璃是用于其中常规玻璃的强度不足以获得所需性能水平的应用中。玻璃通过化学强化(离子交换)来制造，从而获得高水平的强度，同时保持所需的光学特征(例如高透射率、低反射率和合适的折射率)。通过离子交换(IX)技术强化的玻璃可在处理的玻璃中形成高水平的压缩应力,在表面处高达约400到1000MPa。可将本文所述的涂料组合物的一个或多个层施加到基材例如玻璃，以提供具有增强的水、冲击和刮擦耐受性质的装置。

在一些实施方式中，提供制品，其中包含涂料的表面具有至少30Kgf的压痕阈值断裂负载。根据其它实施方式，提供具有基材的制品，所述基材包含非强化玻璃表面和强化玻璃表面和设置在至少非强化玻璃表面上的可UV固化的涂料。

本领域技术人员在结合附图阅读本文所述之后，将清楚地了解本文的其他方面、特征、优点等。

附图说明

为说明之目的，在附图中示出一种或多种实施方式，但应理解，本文所批露和所述的实施方式不限于所示的精确配置和手段。

图1图形化显示用于根据本文所述的主题的实施方式的选定组合物的随着时间的粘度变化；

图2图形化显示根据本文所述的主题的至少一种实施方式的样品的翻滚掉落测试结果；

图3图形化显示根据本文的至少一种实施方式的带速度为0.5”/s的IR通道(IRtunnel)的温度分布；

图4是具有一层材料的玻璃基材的示意图；和

图5是通过横截面线2-2获得的图4的玻璃基材的示意性侧视图。

具体描述

下文是详细描述，用于帮助本领域普通技术人员来实施本文所述的主题。在不偏离主题的精神或范围的情况下，本领域普通技术人员可对本文所述的实施方式进行修改和变化。除非另外定义，否则，本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本文主题所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。本文所用的术语仅仅用来描述具体的实施方式，而不是用于限制。

本文所述的各种实施方式涉及可UV固化的涂料组合物。为了提供全面理解如何获得本文所述的发现，以及设想的实施方式的广义的范围，将提供某些实验和/或理论的讨论。但是，应指出本文所述的实施方式不应受限于任何这种实验和/或理论。

涂料组合物和例子

提供可UV固化的涂料组合物，其包含(以重量％计)5-50％具有下述通式的环脂族交联剂

式中R是

其中X是C_1-4直链,20-55％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,35-45％的环氧官能化硅纳米颗粒,1-5％的环氧硅烷粘附促进剂和0.5-2％的光引发剂。

在一种实施方式中,可UV固化的涂料组合物可包含5.5-27.5％的环脂族交联剂,27.5-49.5％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。在另一种实施方式中可UV固化的涂料组合物由下述组成：5.5-27.5％的环脂族交联剂,27.5-49.5％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

又在其它实施方式中，可UV固化的涂料组合物可包含5.5％的环脂族交联剂,24.75％的氧杂环丁烷交联剂,24.75％的环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

又在其它实施方式中，可UV固化的涂料组合物由下述组成：5.5％的环脂族交联剂,24.75％的氧杂环丁烷交联剂,24.75％的环氧稀释剂,39.9％的环氧官能化硅纳米颗粒,3.1％的环氧硅烷粘附促进剂和2％的光引发剂。

环脂族交联剂可为环氧环己基多面体低聚倍半硅氧烷，例如可从密西西比州哈替兹伯格(Hattiesburg)的混合塑料公司(Hybrid Plastics)获得。

氧杂环丁烷交联剂可为任意合适的氧杂环丁烷交联剂，例如双(1-乙基-(3-氧杂环丁烷基)甲基)醚，其可从新泽西州美图城(Metuchen)的Synasia公司购买。

环氧稀释剂可为任意合适的环氧稀释剂，例如3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷，其可从Synasia公司购买。

环氧官能化硅纳米颗粒可为任意合适的环氧官能化硅纳米颗粒，例如可从德克萨斯州休斯顿尼桑化学公司(Nissan Chemical)购买的那些,从德国艾森的赢创工业公司(Evonik Industries AG)购买的C460二氧化硅纳米复合材料等。环氧官能化硅纳米颗粒可为约5-200nm。

硅烷粘附促进剂可为氨基官能硅烷、脲基官能硅烷、环氧官能硅烷、硫官能硅烷及其混合物。合适的硅烷粘附促进剂从例如宾夕法尼亚州莫立斯维尔的Gelest公司购买，或从俄亥俄州哥伦布的迈图(Momentive)公司购买(Silquest)。

合适的氨基官能硅烷包含3-氨基丙基三乙氧基硅烷,3-氨基丙基三甲氧基硅烷,氨基苯基三甲氧基硅烷,3-氨基丙基三(甲氧基乙氧基乙氧基)硅烷,3-(m-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷,3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷,N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷,N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺damo硅烷(N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethlenediamine damosilane),N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷,N-(6-氨基己基)氨基甲基-三甲氧基硅烷,N-(2-氨基乙基)-11-氨基十一烷基-三甲氧基硅烷,(氨基乙基氨基甲基)苯乙基-三甲氧基硅烷,N-3-[(氨基(聚丙烯氧)]氨基丙基三甲氧基硅烷,(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二乙烯三胺,(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二乙烯-三胺硅烷,N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷,N-苯基氨基甲基三乙氧基硅烷,双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺硅烷,双[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]-乙二胺硅烷,双[3(三乙氧基甲硅烷基)丙基]脲硅烷及其混合物。

合适的脲基官能硅烷包含脲基丙基三乙氧基硅烷,脲基丙基三甲氧基硅烷及其混合物。

合适的环氧官能硅烷包含2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷,2-(3,4-环氧环己基)乙基-三甲氧基硅烷,(3-缩水甘油氧基丙基)三甲氧基硅烷((3-glycidoxypropyl)trimethoxysilane)，3-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷,(3-缩水甘油氧基丙基)三乙氧基硅烷,5,6-环氧己基三乙氧基硅烷及其混合物。

合适的硫官能硅烷包含3-巯基丙基三甲氧基硅烷,3-巯基丙基三乙氧基硅烷,双-N-N’-(三乙氧基甲硅烷基丙基)氨基羰基聚环氧乙烷,双-(3-(三乙氧基甲硅烷基丙氧基)-2-羟基丙氧基)-聚环氧乙烷,N-N’-(双(2-羟基乙基)-N,N’双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺,及其混合物。

根据一种实施方式，提供可UV固化的涂料组合物，其中硅烷粘附促进剂是2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基-三甲氧基硅烷或其混合物。

环脂族环氧硅烷(例如2-(3,4-环氧环己基)-乙基三乙氧基硅烷)是用于本文所述的制剂的理想的硅烷，因为环环氧化物可与树脂中容纳的环脂族环氧化物交联，以实现硅烷基团的更均匀的分散，这得到和玻璃的更均匀的粘合。胺官能硅烷和其它还可通过环氧环的打开来有效，这导致加速阳离子固化和增强粘合。

硅烷粘附促进剂可用作本文所述的组合物的添加剂，或用作玻璃底漆涂料粘附促进剂。

合适的光引发剂包含光酸催化剂,例如UVI 6976阳离子光引发剂,其可从密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical)购买。在一种实施方式中，光引发剂包含三芳基锍六氟锑酸酯。

实施例

现在参考表1，制备了几个实施例，其具有落在如上所述范围之内的组成。

组合物

表1-组合物和室温下的粘度稳定性

方法和实验

对表1的样品进行各种测试，以在各种条件下评估性能。

为了实验之目的，参考SIEPX-F指与表1所列的SIEPX-F相同的制剂，除非另有说明进行修改。例如,在一些情况下，实验中的SIEPX-F称作包含0％环氧硅烷粘附促进剂。在这种情况下，参考的SIEPX-F在全部方面都与表1中的SIEPX-F制剂相同,但它包含0％环氧硅烷粘附促进剂。

室温粘度稳定性。制备纳米硅酸盐填充环氧组合物时的一个主要障碍是获得室温下的粘度稳定性。现在参考图1,评估表1中一些样品的室温粘度稳定性。室温下，SIEPX-C的粘度是非常不稳定的，在30天的时间段内粘度增加大于100％。SIEPX-E的粘度是中等稳定的(在30天内增加60％)。在30天时间段(在30天中增加10％)中，SIEPX-F的粘度在室温下是稳定的。

影响室温粘度稳定性的一个因素是所用的环氧官能化纳米颗粒类型。参考表1,尼桑化学MEK-EC-2104包含比尼桑化学MEK-EC-2102更多约20％的环氧官能团。当将更反应性的环氧官能化20nm二氧化硅纳米颗粒例如尼桑化学MEK-EC-2104用于制剂(SIEPX-A到SIEPX-D2)中时,粘度在室温下迅速增加，且与制剂中所用的环氧交联剂类型、稀释剂类型以及它们的混合比例无关。当将反应性更低的环氧官能化20nm二氧化硅纳米颗粒(例如尼桑化学MEK-EC-2102)用于制剂(SIEPX-E到SIEPX-F)时，室温下的粘度更稳定。令人惊讶地发现具有反应性更低的环氧官能化20nm二氧化硅纳米颗粒(2102)的实施方式获得在室温(即,约20℃-约24℃)下具有稳定粘度的组合物。

影响室温下粘度稳定性的另一因素是包含氧杂环丁烷的环氧稀释剂的羟基官能团。具体来说，制剂中的羟基官能团数目越大，组合物越不稳定。SIEPX-E和SIEPX-F的对比表明处于3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷形式的更少环氧稀释剂得到更稳定的粘度。令人惊讶地发现具有24.75％氧杂环丁烷交联剂和24.75％环氧稀释剂的实施方式获得在室温下具有稳定粘度的组合物。

粘合测试：通过下述来制备用于干燥和湿润粘合测试的样品：用0.5,1,2和3密耳(mil)Bird涂布棒，根据下文所述的制剂用SIEPX-F组合物来手动涂覆ST2-尺寸(60mm x44mm x 0.7mm厚)的非离子交换玻璃。

使用融合UV(Fusion UV)固化系统(马里兰州盖瑟斯堡的Heraeus NoblelightFusion UV公司)(20j/cm2)UV固化涂覆的样品，并在烘箱中热固化(150℃下，25分钟)。样品材料列于表2和表3。如上所述来制备非硅烷预处理的玻璃(在表2和表3中表示为具有0％环氧硅烷的SIEPX-F)。对于在SIEPX-F制剂(含3.1％环氧硅烷添加剂)中包含环氧硅烷粘附促进剂作为添加剂的材料,在样品制备之前，在SIEPX-F中混合3.1重量％硅烷(2-(3,4-环氧环己基)-乙基三乙氧基硅烷)。对于包含环氧硅烷粘附促进剂玻璃底漆涂料的材料,首先在水/乙醇(5:95)溶液中制备2重量％硅烷(2-(3,4-环氧环己基)-乙基三乙氧基硅烷),用硅烷溶液浸涂玻璃，并在100℃下固化10分钟。然后如上述用SIEPX-F涂覆该硅烷预处理的玻璃。

表2-通过胶带粘合测试和玻璃切割方法、显微镜检查得到的干燥粘合测试结果

表3-在80℃热水中浸没6小时的湿法粘合，随后通过显微镜检查脱层

表2和表3表明具有环氧硅烷玻璃底漆涂料的样品和具有包含环氧硅烷粘附促进剂的SIEPX-F制剂的样品通过粘合测试,而使用不含环氧-硅烷粘附促进剂的SIEPX-F制剂的样品两个粘合测试都不通过。这些结果显示了使用环氧硅烷粘附促进剂的重要性。

表面压痕断裂阈值测试。通过下述来制备样品：使用0.5密耳Bird涂布棒(Birdapplicator bar)将SIEPX-F的涂料施加到厚度为0.7毫米的非离子交换ST2玻璃片的顶部表面上。涂覆的玻璃进行UV固化(28j/m2)，且随后热固化(150℃，25分钟)，以获得25微米厚的涂料。

对样品进行根据下述文献的表面压痕断裂阈值测试：D.J.Morris,S.B.Myers,R.F.Cook,“离子交换的铝硅酸盐玻璃中的压痕裂纹引发,”《材料科学学报(Journal ofMaterials Science)》,39,2399-2410,(2004),通过引用结合于此。测试方法由下述组成：将维氏金刚石压头(136°角锥体)挤压进入表面(具有涂料或没有涂料的玻璃表面)到达给定负载，然后释放负载。在增加的负载下重复这个直到达到负载，其中因压痕挤压在玻璃中引发径向裂纹。将这个负载处理为用于控制强度瑕疵的引发阈值，以及作为玻璃耐受裂纹引发的度量。压痕断裂阈值负载是玻璃的尖锐接触损坏耐受性的度量。

表4表明SIEPX-F涂料提供超过30Kgf(压痕阈值断裂负载)的玻璃保护。作为比较，对照玻璃(未涂覆的非离子交换玻璃)具有0.3Kgf的压痕阈值断裂负载。结果表明SIEPX-F涂覆的玻璃提供非常好的尖锐接触断裂耐受性。

表4–使用SIEPX-F和非离子交换玻璃的表面压痕断裂阈值测试结果

磨损的4点弯曲测试。将具有研磨边缘的酸蚀刻的ST2玻璃用于磨损的4点弯曲测试。对于边缘涂覆过程，首先使用4密耳Bird涂布棒将SIEPX-F制剂(具有3.1％环氧硅烷)涂覆到较大玻璃基材上。将非硅烷预处理的玻璃样品和硅烷预处理的玻璃样品的边缘浸涂到SIEPX-F涂覆的玻璃基材上，以在边缘上拾起(pick up)SIEPX-F。样品进行UV固化(28J/cm2)和热固化(150℃,25分钟)，从而制备约70微米的最终边缘涂料厚度。对于包含环氧硅烷粘附促进剂玻璃底漆涂料的材料,首先在水/乙醇(5:95)溶液中制备2重量％硅烷(2-(3,4-环氧环己基)-乙基三乙氧基硅烷),用硅烷溶液浸涂玻璃，并在100℃下固化10分钟。然后如上述用SIEPX-F涂覆该硅烷预处理的玻璃。

根据ASTM C158在5psi下对样品进行磨损的4点弯曲测试。表5表明用SIEPX-F(具有3.1％环氧硅烷粘附促进剂)和SIEPX-F(具有0％环氧硅烷粘附促进剂和2％环氧硅烷粘附促进剂底漆涂料)的样品得分如下：B10强度分别为662MPa和581MPa且尺度参数平均(scale parameter mean)得分分别为799MPa和782MPa，而对照非涂覆玻璃得分仅分别为72MPa和119MPa。这些结果表明SIEPX-F与作为添加剂的硅烷粘附促进剂组合时，或者制剂中不含硅烷粘附促进剂但用硅烷粘附促进剂预处理玻璃时,提供优异的玻璃边缘保护。

表5–SIEPX-F和离子交换玻璃的磨损的4点弯曲断裂测试结果

翻滚掉落测试。将具有研磨边缘的酸蚀刻的ST2玻璃用于翻滚掉落测试。对于边缘涂覆，使用4密耳的Bird涂布棒将SIEPX-F和ES28制剂涂覆到大玻璃基材上。ES28是40％可UV固化的环氧填充材料，购自新泽西州哈肯萨克的MasterBond公司。将第一玻璃样品浸涂到涂覆的玻璃基材上，以在其边缘上拾起具有3.1％硅烷粘附促进剂的SIEPX-F。以类似的方式，将第二玻璃样品浸涂来在边缘上拾起ES28。玻璃进行UV固化(28J/cm2)和热固化(150℃,25分钟)加工，然后进行翻滚掉落测试。最终边缘涂料厚度是约70微米。

翻滚掉落测试涉及在由钢制成的掉落表面上，重复地从1米的固定高度掉落玻璃样品中的每一个，直到观察到玻璃失效。为每一个样品记录玻璃存活(即，在失效之前)的这种掉落的数目。

测试设备由下述组成：由卢塞特(Lucite)制成的具有矩形横截面的1米长中空管，且端帽由钢制成。将管安装在电机上，从而管可绕着垂直于长度的通过管中央的水平轴线旋转。将玻璃样品设置在管的一端处时开始测试，然后启动电机，使管开始旋转。操作中，随着管的一端接近最高的垂直位置，样品自由下落并着陆在相对的钢端帽处的钢板上。随着管持续旋转，样品继续从一端下落到另一端。在样品失效时，停止电机，从管取出粉碎的部分。在每一失效之后，清洁钢板，并对管进行真空清扫。

参考图2，对照(未涂覆玻璃)的到达失效的平均翻滚掉落数目是2。ES28边缘涂覆玻璃的到达失效的平均翻滚掉落数目是6。SIEPX-F边缘涂覆的玻璃的到达失效的平均翻滚掉落平均数目是20。这些结果表明SIEPX-F与硅烷添加剂一起提供优异的玻璃边缘保护，优于通过ES28提供的。

后UV固化过程。作为常规加热烘箱固化的替代，可将IR通道用于后-UV固化过程来增加聚合物交联密度。

对于IR固化，在聚合物边缘涂覆和UV固化之后，例如可通过带将玻璃从聚合物涂覆工具移动到IR通道，例如可从伊利诺州格伦艾伦的M&R公司购买的Economax红外干燥器。固化温度和固化时间可变化。在一种实施方式中，固化时间取决于移动通过通道的玻璃的温度和速度。固化温度可为约150-205℃。

IR固化提供多个优势。保持玻璃片取向，最小化玻璃加工，并提供连续工艺。作为对比，在炉子中固化涂层需要从涂层取出玻璃片，并在炉子中放置，作为间歇工艺的一部分。此外，IR固化可减少固化时间，同时保持涂层性能。关于表6，对于炉子(常规烘箱)固化，150℃下最佳固化时间是约2小时，以通过80℃，6小时水浸没粘合测试。使用IR固化时，样品通过水浸没粘合测试所需的固化时间是约10分钟，并使用图3中的固化曲线(Economax设定在530，且带速度是0.5英寸/秒)。IR固化还能有效地用于制备通过压痕断裂测试的样品(表7)。

粘合和压痕断裂测试：使用非离子交换的ST2玻璃来制备用于表11和表12所示的粘合和压痕测试的样品。使用狭缝模头涂覆机来将SIEPX-F涂覆到玻璃样品上，然后进行UV(20j/cm2)和IR(10分钟)来获得25微米厚的膜，以用于粘合和压痕测试。

表6–SIEPX-F IR和热固化，80℃6小时热水浸没粘合测试，然后通过显微镜检查脱层

表7-使用IR和热固化的使用SIEPX-F和非离子交换玻璃的测试的压痕断裂测试结果

如表7所示,用于IR固化的样品的压痕阈值断裂负载大于30Kgf,这可与在150℃下在烘箱中固化2小时的样品结果相比拟，且比对照的、未涂覆的非离子交换玻璃(0.3Kgf)高得多。这表明，当用如本文所述的IR通道固化材料时，可使用较短的循环时间来提供良好的机械保护性质。

离子交换玻璃

在其中玻璃应呈现高强度的应用中,常规玻璃的强度可通过化学强化(离子交换)来增强。离子交换(IX)技术可在处理的玻璃中形成高水平的压缩应力,在表面处高达约-400到-1000MPa，且适于非常薄的玻璃。一种这种IX玻璃是康宁大猩猩玻璃(CorningGlass)，可从康宁有限公司(CorningIncorporated)购买。

通过下述来实施离子交换：将玻璃片在熔盐浴中浸没一段预定的时间，其中玻璃板之内或其表面上或者表面附近的离子与例如来自盐浴的较大金属离子发生交换。例如，熔盐浴可包括KNO₃,熔盐浴的温度可为约400-500℃之内,和预定的时间段可为约2-24小时,和更具体地为约2-10小时。较大离子结合到玻璃中，在近表面区域产生压缩应力，从而强化玻璃片。在玻璃片中心区域内产生相应的拉伸应力，以平衡所述压缩应力。玻璃板中的钠离子可以被来自熔盐浴中的钾离子替换，但是具有较大原子半径的其他碱金属离子(例如铷或铯)也可以替换玻璃中的较小的碱金属离子。根据具体实施方式中，玻璃片中的碱金属离子可被Ag+置换。类似的，其它的碱金属盐，例如但不限于硫酸盐、卤化物等，可以用于所述离子交换过程。

在玻璃网络可松弛的温度下用较大的离子置换较小的离子，穿过玻璃片的表面产生离子分布，其产生应力曲线。进入的离子的较大的体积在表面上产生压缩应力(CS)，在玻璃中心区域内产生张力(中心张力，或者CT)。压缩应力与中心张力的关系如下式所示:

其中t是玻璃片的总厚度，DOL是交换深度，也称为压缩层深度。在一些情况下，压缩层深度大于约15微米,和在一些情况下大于20微米,来提供抵抗表面损坏的最大保护。

适用于本文所述的实施方式的可离子交换玻璃包括硼硅酸盐玻璃。本文所用的“可离子交换”是指玻璃能够通过尺寸更大或更小的同价态阳离子交换位于玻璃表面处或附近的阳离子。

装置

总体结构和考虑

参考图4,结构100可包含与开发新颖的方法和结构相关的基材102，以改善基材102的刮擦和冲击耐受性、边缘强度和其它性质。例如,基材102材料可为玻璃,特别是购自康宁有限公司的大猩猩玻璃，其是离子交换玻璃,通常是碱性铝硅酸盐玻璃或碱性硼铝硅酸盐玻璃。本领域普通技术人员将理解，具体的基材材料不限于玻璃或特别是大猩猩玻璃，但是选择这种材料用于实验和示例。

如上所述，在基材102上增加可UV固化的涂层可向基材100提供增强的刮擦和冲击耐受性、边缘强度和其它性质。

在一种实施方式中，披露一种用于改性基材例如玻璃基材的表面的方法,所述方法包括下述步骤：向基材表面施加可UV固化的涂料，所述可UV固化的涂料包含(以重量％计)5-50％具有下述通式的环脂族交联剂

式中R是

其中X是C_1-4直链,20-55％总量的氧杂环丁烷交联剂和环氧稀释剂,35-45％的环氧官能化硅纳米颗粒,0-5％的环氧硅烷粘附促进剂和0.5-2％的光引发剂；以及使用紫外辐射固化表面。固化步骤可包含热固化。所述方法可包括当可UV固化的涂料包含0％的环氧硅烷粘附促进剂时，向基材表面施加环氧硅烷粘附促进剂。

参考图5,本文所述的一个或多个实施方式提供结构100,该结构100具有基材102和设置在该基材102上的刮擦和冲击耐受层104。在广义方面中,结构100包含具有第一表面(未显示)和相对的第二表面106的基材102,以及基本上覆盖基材102的如本文所述的可UV固化的涂料104形成的至少一层。应指出，短语"基本上覆盖"在本文中指上层(即,层104)直接地或通过一个或多个中间层间接地与下层(即,基材102)重叠。在一个或多个实施方式中，层104可设置在基材102的一个或两个侧面上。在图5所示的实施方式中,在例如层104和基材102之间没有显示中间层，但设想了这种中间层。

涂层104可形成为材料的单一层。根据本文所述，本领域普通技术人员将理解，提供的细节将使本领域普通技术人员易于使用用于通过采用熟知分层技术来施加层104的一种或多种方法。

基材材料和表征

在所示实施例中，基材102是基本上平坦的，但其它实施方式可使用弯曲的或其它成形的或雕刻的基材102。附加的或可选的,为了美观和/或功能原因,基材102的厚度可变化，例如与更中央区域相比，在基材102的边缘处使用更高的厚度。

基材102可由任意合适的材料形成,例如选自下述的至少一种材料：石英,玻璃,玻璃-陶瓷,氧化物玻璃,离子交换的玻璃,聚合物,或其组合或其它材料。

当基材102由玻璃或玻璃陶瓷材料形成时，则可使用任意合适的玻璃组合物例如钠钙玻璃(SiO₂,Na₂O,CaO等),金属合金玻璃,离子熔体玻璃,聚合物玻璃(丙烯酸类玻璃,聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯)等。

工艺考虑

本领域普通技术人员将理解层(例如层104)的机械性质与材料组成、加工条件和材料结构紧密相关。因此,本领域普通技术人员可使用多种技术和方法来获得所需的弹性(和/或硬度)梯度特征。本领域普通技术人员可用的技术包括控制沉积加工条件例如温度,冷却曲线等，以调节残留应力和材料结构以达到特定的模量(或硬度)梯度。

然而，本领域普通技术人员将理解，施加层104的具体机理不严格地受限于上述技术，但可由本领域普通技术人员进行选择，以解决特定产品应用或制造目标的迫切情况。

层的厚度

在大多数情况下，层104是较薄的，例如层104通常具有在一些范围的厚度。例如,设想的厚度范围包含下述中的至少一种:(i)约10–200nm；(ii)约20–100nm；和(iii)约30–90nm。这种范围可适用于特定的功能性质,例如,将层104应用于薄膜晶体管应用、传感器应用和显示器装置应用，例如显示屏和通讯装置应用。此外，设想的厚度范围包含下述中的至少一种:(i)约50–10,000nm；(ii)约500–10,000nm；和(iii)约1000–2000nm。

尽管本文已结合具体实施方式对本文进行了描述，但是应当理解，这些实施方式仅是用于说明本文的实施方式的原理和应用。因此，应当理解，在不背离本文的精神和范围的前提下，可以对列举的实施方式进行各种修改，并且可以设计其他实现形式。