塗層組合物及其製備方法

2023-08-03 14:59:21 2

專利名稱：塗層組合物及其製備方法
塗層組合物及其製備方法
背景技術：
本發明涉及一種塗層組合物、其製備方法及其應用。特別是，本發明涉及一種具有 疏水性、疏油性和防塵性的塗層組合物、其製備方法及其應用。在本領域的文獻中廣泛描述了可在各種材料表面上提供易於清潔的表面的組合 物。例如，美國專利公開US 2006/0185555A1公開了一種雙組分塗層系統，當其用於光滑表 面時可產生易於清理的表面。此系統的第一組分包括氟烷氧基矽烷、烷基矽烷或其混合物， 第二組分包括水、有機或無機酸以及溶劑。各組分均單獨製備，相互化合和混合2分鐘，之 後該混合物就可以使用了。此系統可用於擋風玻璃、玻璃屏牆的洗澡間、玻璃牆面、牆面瓷 磚以及衛生陶瓷。國際專利公開WO 2007/068545A2涉及一種可穩定存儲、耐磨損且抗風化的塗層 組合物，其在施用於光滑表面上時可提供易於清潔的表面。此組合物包括可水解的氟烷氧 基矽烷、作為水解和聚合的催化劑的鹽酸、水、異丙醇和溶劑。此組合物可用於金屬、玻璃、 陶瓷物質和拋光表面，例如擋風玻璃、玻璃屏牆的洗澡間、玻璃牆面、牆面瓷磚以及衛生瓷 磚。美國專利公開US 2004/0005469A1描述了一種製備具有長持久性的、易於清潔的 表面的產品的方法。該表面塗覆有塗層混合物，其包括凝膠型的金屬氧化物如SiO2,和均勻 分散於金屬氧化物網絡結構中的疏水劑。矽酮、矽烷、矽氧烷、矽油和矽脂適合用作疏水劑。 通過將疏水劑溶解於溶劑中且向此混合物中加入濃鹽酸和水來製成該塗層混合物。可使用 溶膠凝膠法在產品表面上製備金屬氧化物凝膠塗層，在施加塗層混合物過程中在表面上原 位地形成凝膠。此塗層混合物適用於金屬、塑料、無機材料、巖石，特別是玻璃和玻璃陶瓷。如所知的那樣，製備為具有中性pH值而不用酸的矽酮基組合物也可用作防塵劑。 使用矽酮處理過的表面的問題是由於矽酮的所知的表面張力降低效應，該表面難以進行後 處理。結果是，由於表面的泛抗水性和抗油性，諸如油漆幾乎不可能粘附在矽酮基表面上。前文所描述的含矽烷的組合物的一個問題是，此組合物包含強酸，當此組合物應 用於基材的表面時，需要該強酸來活化矽烷，以達到用於塗覆的所需性能。由於此強酸的存 在，組合物為強酸性的，因此該組合物的處理要求特別小心。另一方面，由於其酸性本質及 其腐蝕性，此組合物不適用於所有的表面。特別是用於金屬如鋁以及塑料時會出現問題，在 用於塑料的情況下，強酸組合物會與塑料的不同官能團起反應。另外，已經投放在市場中的組合物的一個問題是其嚴格的保藏性和在產品表面上 的不足持久性。可以認為，用酸活化的矽烷不能形成足夠長的矽烷鏈以形成能保證最終產 品具有良好耐磨表面的凝膠狀網絡結構，而且在酸活化下也會發生矽烷的部分分解。這會 導致產生短的矽烷鏈，並且將不再有由長的矽烷鏈構成的持久的網絡結構。

發明內容
因此，本發明一個的目的是提供一種塗層組合物，其在施用於表面時具有高耐磨 和抗刮擦性能，同時使得最終產品具有易於清潔和防塵的表面。本發明的另一個目的是，提供一種最終使用者可方便地處理並且可適用於所有類型表面的塗層組合物。本發明的目的 通過具有獨立權項所述特點的塗層組合物得以實現。在從屬權項中公開了本發明的優選實 施例。本發明是基於塗層組合物中的氟矽烷化合物不是通過酸而是通過鹽溶液活化的
這一想法。根據本發明的塗層組合物的一項優點是，要被使用的組合物具有中性PH值，即大 約6到7，這意味著其易於處理。而且，不具有腐蝕性的中性組合物適用於所有類型的表面， 例如玻璃、陶瓷物質、巖石、混凝土、金屬、橡膠、熱塑性和熱固性塑料，例如聚碳酸酯、ABS塑 料、聚丙烯、丙烯與乙烯的共聚物、聚氨酯和環氧樹脂，以及要塗漆的表面。此塗層組合物也具有存儲穩定性，並在用於產品時可提供持久性的塗層。發明的詳細描述根據本發明，通過在產品的表面施用包括具有易於清潔性能的製劑的組合物來提 供在塗層的整個橫向上具有均勻性的光滑的、持久的塗層。因此，根據一個方面，本發明涉 及包括一種或多種氟烷氧基矽烷化合物、揮發性物質、鹽和水的塗層組合物。在本發明中，一種或多種氟烷氧基矽烷化合物用作具有防塵性的製劑。它們可作 為商品而得到，例如Degussa AG公司以商標DYNASYLAN F擬61(十三氟代辛烷基三 乙氧基矽烷)售出的產品。可使用的氟烷氧基矽烷具有此通式F3C(CF2)m(CH2)nSiR1yX(H)其中，X為氯或R0，R為具有1到4個碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基，R1為帶有1 到8個碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基或環烷基，η為0或2，y為0、1或2，m為0到18。基於整體組合物來說，在組合物中的氟烷氧基矽烷化合物的量為0. 1到10%重 量，優選為2到3%重量，更優選為0. 5到1. 5%重量。根據本發明，採用溶劑或稀釋劑作為揮發性物質。這包括醇如甲醇、乙醇、異丙醇、 η-丁醇和石油溶劑油，酯如乙酸乙酯，醚，二醇和乙二醇醚。也可以使用所述物質的混合物。 優選使用異丙醇。在組合物中揮發性物質的量為50到80%重量，優選為70到80%重量。在本發明中，氟烷氧基矽烷化合物通過鹽、水、醇和存在的氧進行活化。例如，可採 用甲醇、乙醇、異丙醇、η-丁醇或石油溶劑油作為醇。空氣中的氧可適當地作為氧源。在本 發明中，氟烷氧基矽烷化合物的活化指矽烷化合物的水解，這意味著化合物在液體中分解 為膠狀懸浮液即溶膠，並且化合物進入活化狀態，以便在施用在基材的表面上形成凝膠時 能夠形成持久性的網絡結構。活化可適當地在儲罐中進行。重要的是在活化中，基於組合 物的總體積，儲罐中存在的氧量大約為10到40%體積，優選大約為40%體積。活化階段時 間為約38到72小時，此後組合物就可以使用了。根據本發明的塗層組合物中的鹽尤其可使用無機鹽。特別適用的鹽包括鹼金屬和 鹼土金屬的滷化物，特別是氯化物。在本發明的一個實施例中，採用NaCl作為鹽。組合物 中鹽的量為0. 25到0. 75%重量。組合物中水的量為5到45%重量，優選大約為20%重量。另外，在可以使用的、活化了的塗層組合物中可添加懸浮劑，這裡，可通過根據揮 發速率而選擇合適的懸浮劑來以所需的方式控制在基材表面上的凝膠化速率。所希望的揮 發速率取決於塗層組合物所施用於其上的基材而變化。例如在塗覆金屬中，可能希望凝膠化緩慢地發生。懸浮劑可使用醇如甲醇、異丙醇、η-丁醇和石油溶劑油，酮如丙酮，例如乙 酸乙酯，醚以及烴，例如二甲苯。作為示例可提到的是，當基材是金屬或PVC塑料時，可以使 用η-丁醇作為懸浮劑。用於聚氨酯和聚酯塑料的適當懸浮劑為二甲苯。丙酮也適用於聚 酯。乙酸乙酯和酮適用於丙烯基塑料。將5到100%重量的懸浮劑加入到以前述方式活化的塗層組合物中。因此，懸浮劑 在塗層組合物中的含量為組合物總量的4到50%重量。根據本發明的塗層組合物的PH值在中性範圍內，例如大約為6到7。本發明還涉及一種製備前述類型的塗層組合物的方法，此方法包括-混合鹽和水，以得到鹽溶液；-混合矽烷化合物和揮發性物質，以獲得混合物；-彼此混合所述鹽溶液和所述混合物，以獲得原始組合物；-使原始組合物靜置38到72小時，由此獲得活化了的塗層組合物；-如需要的話，向活化了的塗層組合物中加入懸浮劑。在形成鹽和水的鹽溶液過程中，重要的是要考慮到鹽溶液的ρΗ值為中性。通過所謂的溶膠凝膠法來將根據本發明的塗層組合物施加到基材的表面上。根據 本發明，在揮發性物質中的氟烷氧基矽烷化合物的活化過程中會發生化合物的縮聚，由此 形成長矽烷鏈並提供了溶膠狀懸浮液，即溶膠。接著將所得溶膠施加到基材上，這樣，隨著 揮發性物質的蒸發，在基材的表面上原位形成了凝膠網絡結構，其中矽烷化合物在整體凝 膠結構的橫向上均勻地分布。如前所述，如需要的話可藉助於所存在的懸浮劑來控制凝膠 的形成速率。根據本發明的塗層組合物能夠在從其使用後35到45分鐘內在室溫下為基材提供 持久性的凝膠塗層。但是，一些因素會影響凝膠化時間，例如環境溼度，並且高溼度可降低 凝膠化速度。如需要的話，可通過熱處理來加速基材表面上的凝膠形成。例如可在45到 80°C下進行熱處理15分鐘。其他物質也可加入到根據本發明的塗層組合物中，以提供所要求的性質。例如，可 基於組合物重量將1到5%重量的十六烷基三甲氧基甲矽烷的量加入到組合物中，在此情 況下，此最終產品不僅具有易於清潔的性能，還具有特別好的防潮性。這種塗層組合物適用 於金屬、塑料和混凝土，以及其他多孔性表面。可通過任意一種現有技術將根據本發明的塗層組合物施用到基材上，例如使用滾 筒噴塗、使用織物擦拭、通過插入、刷塗或拉制塗覆。在最終產品表面上的網絡結構化塗層 組合物的厚度約為1到5nm。本發明還涉及根據本發明的組合物或根據本發明方法製備的組合物在基材表面 上的使用，其中提供了持久性的、易於清潔的表面。玻璃、陶瓷、巖石、混凝土、金屬、橡膠或 多種熱塑性或熱固性塑料(例如PU、PVC、PE和PP)可用作基材。下面例子用於說明本發明。示例 1製劑1.將12. 5g的NaCl鹽混合入IOOOg的超純水中，手動或機械攪動直到鹽完 全溶解到水中，並且混合物為清澈。製劑2.將1. Og的氟烷氧基矽烷(Degussa AG公司的DYNASYLAN F 8261)混合入IOOg的異丙醇中，手動或機械攪拌直到得到清澈的溶液。將20g的製劑1和所得製劑2 (IOlg)相互混合約10分鐘。將所得混合物存儲到 用於矽烷活化的儲罐中，使得基於溶液的量在儲罐中保留有30到40%體積的空氣空間。矽 烷的活化時間為72小時。多餘的鹽從溶液中濾除，此後溶液就可使用了。示例 2將40g的η- 丁醇加入到IOOg在示例1中製備的活化了的產品中。得到塗層組合 物，其可為金屬提供非常持久的耐磨塗層。示例 3將5g的二甲苯加入到IOOg在示例1中製備的活化了的產品中。將所得組合物混 合到聚氨酯-聚酯基塗料中。可獲得高防潮性和疏水性的表面。示例 4將5g的丙酮加入到IOOg在示例1中製備的活化了的產品中。所得組合物使聚酯 樹脂具有良好的防潮性和疏水性。示例5 測定塗層的耐洗滌性一個例子說明了根據本發明塗層組合物在窗玻璃表面上的持久性。使用織物在 玻璃的表面上施用該塗層組合物，並用M小時形成凝膠，此後當可以應用時根據標準SFS 3755用刷子對塗層的耐洗滌性進行測定。對要檢測的試樣刷5000次。在每1000次後測定 試樣的接觸角，通過此方法可評估塗層的持久性。測試條件如下裝置Braive Instruments 公司生產刷子DIN53778潤滑劑水溫度23°C在表1中，試樣A代表根據本發明的、用示例1所述的方法製備的塗層組合物。試 樣B為對照組合物，在其中製劑2按照與示例1中相同的方法製備，但是製劑1通過在IOg 的超純水中加入0. 5g的33. 3-%鹽酸而製備。使製劑1和2化合，然後使所得組合物活化 10小時。類似的，試樣C為對照組合物，即Degussa AG公司的矽酮基的、用酸活化的產品
權利要求
1.一種無酸塗層組合物，包括一種或多種氟烷氧基矽烷化合物、揮發性物質、鹽和水。
2.根據權利要求1所述的塗層組合物，其特徵在於，基於整體組合物，在組合物中的矽 烷化合物的量為0. 1到10%重量，優選為2到3%重量，更優選為0. 5到1. 5%重量。
3.根據權利要求1或2所述的塗層組合物，其特徵在於，所述揮發性物質為醇、酯或其 混合物。
4.根據權利要求3所述的塗層組合物，其特徵在於，所述醇為異丙醇。
5.根據上述權利要求中任一項所述的塗層組合物，其特徵在於，基於整體組合物，揮發 性物質的量為50到80%重量，優選為70到80%重量。
6.根據上述權利要求中任一項所述的塗層組合物，其特徵在於，所述鹽為NaCl。
7.根據上述權利要求中任一項所述的塗層組合物，其特徵在於，鹽的量為0.25到 0. 75%重量。
8.根據上述權利要求中任一項所述的塗層組合物，其特徵在於，水的量為5到45%重 量，優選約為20%重量。
9.根據上述權利要求中任一項所述的塗層組合物，其特徵在於，還包括懸浮劑。
10.根據權利要求9所述的塗層組合物，其特徵在於，所述懸浮劑為醇、酮、酯或烴。
11.根據權利要求9或10所述的塗層組合物，其特徵在於，基於整體組合物，懸浮劑的 量為4到60%重量。
12.—種製備根據權利要求1到11中任一項所述的塗層組合物的方法，所述方法包括-混合鹽和水，以得到鹽溶液；-混合矽烷化合物和揮發性物質，以獲得混合物；-彼此混合所述鹽溶液和所述混合物，以獲得原料組合物；-使原料組合物靜置38到72小時，由此得到活化了的塗層組合物；-如需要的話向所述活化了的塗層組合物中加入懸浮劑。
13.根據權利要求1到11中任一項所述的塗層組合物或根據權利要求12所述的方法 製備的塗層組合物在基材的表面上的使用，其中提供了持久性的、易於清潔的和抗塵性的 表面。
14.根據權利要求13所述的應用，其特徵在於，所述基材為玻璃、陶瓷、巖石、混凝土、 金屬、橡膠、熱塑性或熱固性塑料。
全文摘要
本發明涉及一種無酸的塗層組合物，包括一種或多種氟烷氧基矽烷化合物、揮發性物質、鹽和水，還包括其製備方法和應用。該組合物在應用到基材上後可提供易於清潔的、防塵的表面。
文檔編號C09D183/08GK102076798SQ200980124711
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月17日 優先權日2008年6月27日
發明者勞裡·於利科皮 申請人:勞裡·於利科皮