保护表面免受UV辐射的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及保护表面免受UV辐射的系统和方法。保护聚合物免受UV降解的方法包括将来自人造UV光源的紫外线(“UV”)辐射照射到内部物体上，该内部物体包括：i)聚合物基底；和ii)在聚合物基底上的连续的无机膜。连续的无机膜保护聚合物基底免受紫外线辐射。

Systems and methods for protecting surfaces from UV radiation

【技术实现步骤摘要】
保护表面免受UV辐射的系统和方法
本公开内容涉及保护包括聚合物的物体免受UV降解的系统和方法。
技术介绍
众所周知，来自太阳的UV辐射会导致许多材料降解，包括由聚合物制成的物体。为了保护这些物体，通常采用UV防护剂。大多数常规UV防护剂被设计成保护在约275nm和约400nm之间的陆地UV辐射。目前的UV防护途径包括将UV防护剂并入待保护的表面，或者在表面上施加具有UV防护剂或吸收剂的聚合物涂层。人造UV辐射有时用于消毒目的。然而，用于消毒应用的UV辐射在小于或等于280nm时最有效，这对应于紫外C谱(“UVC”)。如以下所更详细讨论，常规的UV防护剂技术可能对防止UVC辐射无效。对于其中UV吸收剂并入塑料或聚合物表面的常规系统，吸收剂是：1)与受阻胺结合的有机UV吸收分子，或2)用于防晒乳液中或者用于以汽车的陶瓷窗户着色销售的聚合物膜中的氧化锌或二氧化钛纳米颗粒，或3)吸收UV辐射的无机颜料。然而，这种UV防护层不含有连续的UV防护剂层。相反，在这些系统中使用的吸收剂、纳米颗粒和颜料被设计为筛选出较低强度的基于太阳的UV辐射而不是用于消毒或杀菌的高强度UV辐射。因而，不知道这些类型的有机UV吸收剂是否在<275nm下起作用。此外，如果任何较高强度的UVC辐射穿过吸收剂或被吸收剂分子、纳米颗粒或颜料之间的聚合物/塑料吸收，那么下面的塑料或聚合物将被损坏。最后，增加聚合物或塑料中防护剂的量并不总是可行的，因为1)有机分子将相分离1-2wt％以上并且改变表面外观，2)纳米颗粒将聚集20-30wt％以上并且由于光散射而改变表面的外观，并且3)随着颜料水平增加颜料将改变所感知的聚合物颜色，这通常是不可取的。高水平的填料也会使聚合物非常易碎且破裂。在其他常规UV防护系统中，可以在表面上施加包括UV吸收分子或聚合物基质材料中的颗粒的透明UV保护膜。该膜/涂层通过使用例如与上述受阻胺或氧化锌或氧化钛纳米颗粒结合的有机UV吸收分子吸收所有UV辐射来保护表面免受UV损害。然而，这种途径只有在聚合物基质材料是UV透明的且不吸收UV辐射和光暗化(photodarken)的情况下才有效。不幸的是，许多聚合物在UVC区域吸收UV辐射，并且因而如果暴露在UVC辐射下会因曝光而光暗化。在通常与UV防护无关的领域，透明、连续的无机涂层应用于工具、家用电器(龙头、器具前端、手柄)、手术工具和移动机械部件(齿轮、气缸盖)的防腐蚀和耐磨性。例如，已知在金属龙头上物理地气相沉积氮化物层，比如TiN膜，以防止腐蚀和水斑。然而，这些涂层通常不以聚合物材料的UV防护而被了解。此外，TiN对可见光不透明。因而，在消毒中使用的保护含有聚合物的物体免受UV辐射——其具有小于或等于280nm的波长——的新型膜，将被认为是本领域的一个进步。
技术实现思路
本公开内容涉及保护聚合物免受UV降解的方法。该方法包括将来自人造UV光源的紫外线(“UV”)辐射照射到内部物体上，内部物体包括：i)聚合物基底；ii)聚合物基底上的连续无机膜。连续无机膜保护聚合物基底免受UV辐射。本公开内容还涉及UV辐射杀菌系统。UV辐射杀菌系统包括：内部物体，该内部物体包括：i)聚合物基底；ii)聚合物基底上的连续无机膜。UV辐射杀菌系统还包括人造UV光源，该人造UV光源方向为当人造UV光源通电时将紫外线(“UV”)辐射照射到内部物体上。人造UV光源设计为发出适合杀菌的UVC波长的辐射。连续无机膜具有吸收UVC波长下的UV辐射的性质。本公开内容还涉及内部物体。内部物体包括聚合物基底和聚合物基底上的连续无机膜。连续无机膜具有吸收适合杀菌的UVC波长下的UV辐射的性质。本公开内容还涉及一种方法，其包括在聚合物基底上涂布连续的无机膜。该连续的无机膜具有吸收适合杀菌的UVC波长下的UV辐射的性质。应当理解的是，前述一般性描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，并不会限制如要求保护的本教导。附图说明并入并构成本说明书的一部分的附图图解本教导的方面并且与说明书一起用于解释本教导的原理。图1图解了根据本公开内容的UV辐射杀菌系统。图2图解了根据本公开内容的方法，其包括将来自人造UV光源的紫外线(“UV”)辐射，例如用于消毒表面的UVC辐射，照射到内部物体上。图3图解了根据本公开内容的方法，其包括将连续的无机膜涂布在聚合物基底上。应当注意的是，附图的一些细节已经被简化并且被绘制以便于理解而不是保持严格的结构精确度、细节和比例。具体实施方式现在将详细参考本教导，其实例在附图中示出。在附图中，始终使用相同的附图标记来表示相同的元件。在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图解的方式显示了实践本教导的具体实例。因此，以下描述仅是示例性的。包括波长在180nm至280nm范围内的UVC辐射已被发现对于消毒存在细菌问题的表面非常有效，例如飞机上的厕所表面，或其他此类表面，其将在下文中描述。被消毒的表面通常包括聚合物。申请人已经发现，当重复用于消毒这些聚合物表面时，UVC辐射会使聚合物表面变得脱色并可能降解或破裂。本公开内容提供了这些问题的解决方案，其包括用连续的无机膜保护暴露于UVC辐射的聚合物表面。连续的无机膜吸收UVC辐射，从而减少或防止对下面的聚合物基底的降解。以下详细描述了该解决方案和其他技术效果。参考图1，本公开内容涉及UV辐射杀菌系统10。该系统包括包含聚合物基底14的内部物体12。连续无机膜16布置在聚合物基底14上。当人造UV光源18通电时，人造UV光源18被引导以将紫外线(“UV”)辐射20照射到内部物体12上。人造UV光源18被设计成发出适合于杀菌的UVC波长的辐射，例如约180nm至约280nm的波长。连续的无机膜16具有吸收人造UV光源18被设计发出的UVC波长下的UV辐射的性质，从而保护聚合物基底14免受UV辐射。内部物体12可以是包括可能暴露于UV辐射的聚合物基底14的任何物体。在本公开内容的实施中，内部物体12可以定位在结构21中。结构21可以在室内，例如，在UV辐射可以用于杀菌目的的建筑物或交通工具中，比如飞机，航天器，公共或私人建筑物，公共汽车，诸如游轮、潜水艇等的船只，轨道车或休闲交通工具中的任何一个中的厕所或食物准备区。内部物体12的实例可包括室内的任何物体，比如墙壁、柜台、水槽、手柄、水龙头、马桶、器具或地板或包括需要UV防护的聚合物表面的任何其他物体。聚合物基底14可以是内部物体12的任何部分，并且可以构成内部物体的任何重量百分比。例如，聚合物基底(包括聚合物基底中采用的任何无机或有机填料)可以占内部物体的按重量计1％至100％，其没有计算聚合物基底中的连续无机膜16或机械增强物的重量，例如金属丝网或金属棒。聚合物基底14可包括吸收UVC辐射的任何适合的聚合物。出于本申请的目的，聚合物是由许多重复单体单元组成的有机大分子，例如多于10,000个重复单体单元，例如10,000至1E+100，或更多个单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保护聚合物免受UV降解的方法，所述方法包括：/n将来自人造UV光源(18)的紫外线(“UV”)辐射照射到内部物体(12)上，所述内部物体(12)包括：i)聚合物基底(14)；和ii)在所述聚合物基底(14)上的连续的无机膜(16)，所述连续的无机膜(16)保护所述聚合物基底(14)免受所述紫外线辐射。/n

【技术特征摘要】
20180613 US 16/007,8721.一种保护聚合物免受UV降解的方法，所述方法包括：
将来自人造UV光源(18)的紫外线(“UV”)辐射照射到内部物体(12)上，所述内部物体(12)包括：i)聚合物基底(14)；和ii)在所述聚合物基底(14)上的连续的无机膜(16)，所述连续的无机膜(16)保护所述聚合物基底(14)免受所述紫外线辐射。


2.权利要求1所述的方法，其中所述人造UV光源(18)发出具有在约180nm至约280nm范围内的波长的辐射。


3.权利要求1所述的方法，其中所述人造UV光源(18)仅发出波长在约180nm至约280nm的辐射。


4.权利要求1所述的方法，其中所述人造UV光源(18)是UVCLED、Hg蒸汽灯或准分子灯。


5.权利要求1所述的方法，其中所述内部物体(12)是在室内并且是墙壁、柜台、水槽、手柄、水龙头、马桶、器具或地板。


6.权利要求1所述的方法，其中所述聚合物基底(14)包括选自环氧树脂、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、热塑性烯烃(TPO)、聚四氟乙烯、聚氟乙烯(PVF)和硅氧烷，或其任何组合的聚合物。


7.权利要求1所述的方法，其中所述连续的无机膜(16)是具有大于3.1eV且小于或等于6.9eV的带隙的半导体。


8.权利要求7所述的方法，其中所述半导体包括选自金刚石、铌酸锂、二氧化锡、氧化镍(II)、硫化锌、砷化硼、氮化镓、碳化硅、4H-SiC、氧化锌、二氧化钛、锐钛矿、氟化氧化锡、氧化铟锡及其混合物的材料。


9.权利要求1所述的方法，其中所述连续的无机膜(16)是绝缘体。


10.权利要求9所述的方法，其中所述绝缘体选自类金刚石碳、氧化铟、氮化铬、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和硼硅酸盐-石灰玻璃。


11.权利要求1所述的方法，其中所述连续的无机膜(16)具有约10nm至约2mm范围内的厚度。


12.权利要求1所述的方法，其中所述连续的无机膜(16)吸收波长范围为约200nm至约280nm的所述UV辐射的90％至100％并且透射波长范围为400nm至800nm的辐射的约80％至100％。


13.权利要求1所述的方法，其中所述连续的无机膜(16)覆盖暴露于所述UV辐射的所述内部物(12)的表面区域的至少90％。


14.权利要求1所述的方法，其中所述内部物体(12)进一步包括在所述连续的无机膜(16)上的阻挡层(22)。


15.权利要求1所述的方法，其中所述内部物体(12)进一步包括在所述聚合物基底(14)和所述连续的无机膜(16)之间的粘合层(15)。


16.权利要求1所述的方法，其中所述内部物体(12)定位在飞机、航天器、公共汽车、船只、轨道车、休闲交通工具和建筑物中的任何一个中。


17.一种UV辐射杀菌系统(10)，包括：
内部物体(12)，其包括：i)聚合物基底(14)；和ii)在所述聚合物基底(14)上的连续的无机膜(16)；和
人造UV光源(18)，其被引导以当所述人造UV光源(18)通电时将紫外线(“UV”)辐射照射到所述内部物体(12)上，所述人造UV光源(18)被设计成发出适合杀菌的UVC波长下的辐射，
其中所述连续的无机膜(16)具有吸收所述UVC波长下的UV辐射的性质。


18.权利要求17所述的系统，其中所述人造UV光源(18)发出具有约180nm至约280nm范围内波长的辐射。


19.权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·F·格罗斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US