專利名稱：混合式涂料及相關(guān)的施加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請(qǐng)涉及混合式耐磨涂料(hybrid abrasion resistant coatings)、用于制造混合式耐磨涂料的方法以及用于處理和彌補(bǔ)遭受磨損的表面的相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
磨損對(duì)機(jī)械構(gòu)件和暴露表面的影響普遍存在于各種應(yīng)用中。對(duì)于透明構(gòu)件和需要透明性的表面而言，磨損的影響尤其普遍。例如，飛行器的窗戶在飛行中和在地面上都容易遭受磨損。因而，科學(xué)家和工程師繼續(xù)尋找抵抗磨損影響的涂料，從而通過(guò)延長(zhǎng)在連續(xù)的更換/修復(fù)操作之間的時(shí)間間隔，減少與維護(hù)相關(guān)的時(shí)間和花費(fèi)。此外，科學(xué)家和工程師繼續(xù)尋找可用來(lái)修復(fù)刮擦的和磨損的基底(substrate)的涂料，從而通過(guò)促進(jìn)基底的修復(fù)—— 否則其將需要更換，來(lái)減少維護(hù)費(fèi)用。環(huán)境友好的涂料將是特別吸引人的。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，公開(kāi)的混合式涂料可包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分的混合物。更具體的方面，混合物可基本上不含大于大約Ilym的微粒。另一方面，公開(kāi)的混合式涂料可包括(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、仲丁醇鋁和表面活性劑組分的混合物，其中混合物基本上不含大于大約Ilym的微粒。另一方面，公開(kāi)的用于制造混合式涂料的方法可包括下述步驟使有機(jī)硅烷、金屬醇鹽和表面活性劑組合以形成混合物；加熱混合物；并在加熱步驟后過(guò)濾混合物。另一方面，公開(kāi)的用于涂覆基底的方法可包括下述步驟清潔基底表面；用氧等離子體處理表面；將粘合增進(jìn)劑施加到表面；將混合式涂料施加到表面，所述混合式涂料包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分；和固化混合式涂料
根據(jù)下面的說(shuō)明書、附圖和所附的權(quán)利要求書，公開(kāi)的混合式涂料和相關(guān)的施加方法的其它方面將變得明顯。附圖簡(jiǎn)述

圖1是圖解了施加公開(kāi)的混合式涂料的一個(gè)示例性方法的流程圖；圖2是在未處理的基底(“裸露的亞克力(裸露的丙烯酸樹脂，Bare Acrylic) ”)、 用現(xiàn)有技術(shù)涂料(“聚硅氧烷”)處理的基底和用一方面公開(kāi)的混合式涂料(“混合式涂料”)處理的基底上經(jīng)過(guò)100個(gè)周期的Taber磨損后獲得的霧度百分比的圖形說(shuō)明；圖3是裸露的亞克力基底和用公開(kāi)的混合式涂料涂覆的亞克力基底的霧度百分比對(duì)Taber磨損周期數(shù)的圖形說(shuō)明；圖4是用公開(kāi)的混合式涂料彌補(bǔ)的磨損亞克力基底的霧度百分比對(duì)Taber磨損周期數(shù)的圖形說(shuō)明；圖5是用公開(kāi)的混合式涂料涂覆、遭受磨損、用公開(kāi)的混合式涂料彌補(bǔ)、接著再遭受磨損的亞克力基底的霧度百分比對(duì)Taber磨損周期數(shù)的圖解說(shuō)明；
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圖6是用現(xiàn)有技術(shù)涂料涂覆、遭受磨損、用公開(kāi)的混合式涂料彌補(bǔ)、接著再遭受磨損的亞克力基底的霧度百分比對(duì)Taber磨損周期數(shù)的圖形說(shuō)明；圖7是開(kāi)始用雙層涂料(S卩，現(xiàn)有技術(shù)涂料的第一層和公開(kāi)的混合式涂料的面漆) 涂覆、遭受磨損、用公開(kāi)的混合式涂料彌補(bǔ)，接著再遭受磨損的亞克力基底的霧度百分比對(duì) Taber磨損周期數(shù)的圖形說(shuō)明；和圖8是圖解了用于制造公開(kāi)的混合式涂料的一種示例性方法的流程圖。發(fā)明詳述一方面，公開(kāi)的混合式涂料可包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分。例如，可以加入水以調(diào)節(jié)混合物的固體含量和/或粘度。例如，具有各種功能的附加組分，諸如染料、光清除劑、流變改性劑和抗微生物劑，可加入到公開(kāi)的混合式涂料中，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍。有機(jī)硅烷組分可以是公開(kāi)的混合式涂料的有機(jī)部分。在一個(gè)示例性方面，有機(jī)硅烷組分可以是(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷。但是，可用作有機(jī)硅烷組分的化合物的可選例子包括3-環(huán)氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、對(duì)-氨基苯基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、 n-(2-氨乙基)-3_氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、 3_環(huán)氧丙氧丙基二異丙基乙氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧丙基)甲基二乙氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、η-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和原硅酸四乙酯，及其組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白其他化合物可用作公開(kāi)的混合式涂料的有機(jī)硅烷組分，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍。金屬醇鹽組分可以是公開(kāi)的混合式涂料的無(wú)機(jī)部分。在一個(gè)示例性方面，金屬醇鹽組分可以是烷醇鋁，例如仲丁醇鋁、正丁醇鋁和叔丁醇鋁。在第二示例性方面，金屬醇鹽組分可以是烷醇鈰，例如異丙醇鈰IV，甲氧基乙醇鈰IV和2，4_乙酰丙酮鈰III。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白其他金屬醇鹽可用作公開(kāi)的混合式涂料的金屬醇鹽組分，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍。因此，公開(kāi)的混合式涂料可以是包括有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分二者的混合式材料。不限制于任何具體的理論，公開(kāi)的混合式涂料的表面活性劑組分可通過(guò)減小涂料的表面張力改進(jìn)涂料的濕粘合(wet adhesion)。在一個(gè)示例性方面，表面活性劑組分可以是液體、非離子表面活性劑，例如直鏈伯脂肪烷氧基化醇(primary aliphatic alkoxylated alcohol)。此類表面活性劑的具體例子是可以從法國(guó)的Rhodia Operations of Aubervilliers 獲得的 ANTAR0X BL-240(CAS# 68603-25-8)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白其它表面活性劑可用作公開(kāi)的混合式涂料的表面活性劑組分，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍?？蛇x擇有機(jī)硅烷、金屬醇鹽和表面活性劑組分的相對(duì)量，以優(yōu)化公開(kāi)的混合式涂料的耐磨性、透明度、表面潤(rùn)濕、可固化性或其他物理性質(zhì)。在一個(gè)示例性方面，在公開(kāi)的涂料中，金屬醇鹽和有機(jī)硅烷組分可以以大約2 1(2摩爾的金屬醇鹽組分對(duì)1摩爾的有機(jī)硅烷組分)的摩爾比存在，且表面活性劑組分可以以相對(duì)于金屬醇鹽組分75 1的摩爾比 (75摩爾的金屬醇鹽組分對(duì)1摩爾的表面活性劑組分)存在。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白
5所述的量(或摩爾比)可根據(jù)成分、被優(yōu)化的物理性質(zhì)或使用者的具體需求而改變。一方面，通過(guò)在混合容器中組合適量的有機(jī)硅烷、金屬醇鹽和表面活性劑組分以及任選的足夠量的水制備公開(kāi)的混合式涂料。加熱組合物，同時(shí)連續(xù)地?cái)嚢瑁钡饺芤鹤兊猛该?澄清)。將透明的溶液冷卻至室溫(例如，大約25°C)，然后過(guò)濾。在一個(gè)具體的方面，可進(jìn)行過(guò)濾步驟以去除大于大約ΙΟμπι的顆粒。例如，可使用具有制造商規(guī)定的Ilym 顆粒保留級(jí)別的Whatman #1定性濾紙。對(duì)此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白所得到的透明、冷卻的過(guò)濾液體可以是溶膠凝膠。實(shí)施例1 (混合式涂料)通過(guò)在耐熱容器中組合11. 7毫升的仲丁醇中的75%的仲丁醇鋁、15. 1毫升的 (3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、0. 5毫升IOwt %的ANTAROX BL-240和22. 7毫升去離子水，制備混合式涂料。加熱混合物至90°C的溫度同時(shí)攪拌。繼續(xù)攪拌額外的120分鐘或直到混合物透明。然后，將混合物從熱源移開(kāi)并使其冷卻到25°C。然后，使冷卻的混合物通過(guò)Whatman #1定性濾紙，丟棄濾渣(filtrand)。將濾液儲(chǔ)存在密閉容器中。如下論述，公開(kāi)的混合式涂料可作為初始涂料或彌補(bǔ)涂料，用于涂覆各種基底，例如亞克力(例如，拉伸的亞克力)和玻璃。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白可用公開(kāi)的混合式涂料涂覆除亞克力和玻璃外的其它基底，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍。參看圖1，通常指定為10的一種施加混合式涂料的方法可通過(guò)制備公開(kāi)的混合式涂料開(kāi)始，如方塊12中所示。公開(kāi)的混合式涂料的制備已在上文中詳細(xì)描述。如方塊14中所示，可制備粘合增進(jìn)劑。粘合增進(jìn)劑可以是可促進(jìn)公開(kāi)的混合式涂料粘合到下面的基底上的任何材料。一種示例性粘合增進(jìn)劑包括在水中按重量計(jì)2. 5%的 3_氨丙基三乙氧基硅烷。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白可以使用各種粘合增進(jìn)組合物。如方塊16中所示，可對(duì)將接受涂料的基底表面適當(dāng)清潔。用于清潔將接受涂料的表面的各種技術(shù)在本領(lǐng)域中是公知的。例如，當(dāng)基底是拉伸的亞克力時(shí)，基底的表面可用異丙醇擦拭。此外，如方塊18中所示，清潔的基底表面可用氧等離子體處理，但是其他的處理方式例如電暈處理也可使用，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍?？捎脩敉饪諝獾入x子處理系統(tǒng)產(chǎn)生氧等離子體，并且氧等離子體可具有如此前部(head)，其在距離基底表面大約0. 75英寸的距離處，每秒移動(dòng)大約0. 1英寸。舉例來(lái)說(shuō)，可使用從Structure Probe, Inc. of West Chester，Pennsylvania可獲得的SPI Plasma-Pr印""等離子體蝕刻機(jī)，產(chǎn)生氧等離子體。不限制于任何具體的理論，相信在公開(kāi)的混合式涂料中的氧等離子體和表面活性劑都利于改進(jìn)混合式涂料對(duì)基底的潤(rùn)濕性和粘合。在清潔(方塊16)和等離子體處理(方塊18)步驟后，可將粘合增進(jìn)劑可施加到基底的表面，如方塊20中所示。盡管可使用各種技術(shù)施加粘合增進(jìn)劑，但是噴霧是一個(gè)示例性技術(shù)。然后，如方塊22中所示，如果需要，可使粘合增進(jìn)劑固化。例如，當(dāng)使用按重量計(jì)2. 5%的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液作為粘合增進(jìn)劑時(shí)，粘合增進(jìn)劑可在80°C下固化 10分鐘，之后，可使基底冷卻(方塊24)。在這點(diǎn)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，根據(jù)需要，方塊14到24中所示的步驟可被省略。尤其是，當(dāng)使用公開(kāi)的混合式涂料作為彌補(bǔ)涂料時(shí)，粘合增進(jìn)劑的使用(即方塊14，20， 22和24中示出的步驟)可被任選地省略。同樣地，當(dāng)使用公開(kāi)的混合式涂料作為彌補(bǔ)涂料時(shí)，氧等離子體處理(方塊18)可被任選地省略。如方塊沈中所示，混合式涂料可被施加到清潔的且處理過(guò)的基底表面。盡管將混合式涂料噴霧到基底上是一種合適的施加技術(shù)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白可使用各種施加技術(shù)，例如繪涂(drawing)、刮涂和涂抹，而沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍。如方塊觀中所示，施加到基底上的混合式涂料可在進(jìn)入使用(service)之前被固化。盡管包括固化時(shí)間和固化溫度在內(nèi)的固化技術(shù)可根據(jù)混合式涂料的具體組成而改變， 但是如果使用在上面實(shí)施例1中描述的混合式涂料，那么通過(guò)在室溫下靜置大約16個(gè)小時(shí)，然后在80°C下固化大約2個(gè)小時(shí)，可獲得合適的固化。固化之后，可使涂覆的基底冷卻， 如方塊30中所示。按照BSS7225，Class5 (粘合7是最低要求，粘合10是完美粘合)，在拉伸亞克力上測(cè)試混合式涂料(“混合式涂料”)的濕的和干的粘合。仲丁醇鋁用作金屬醇鹽組分(“無(wú)機(jī)的”)，(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷用作有機(jī)硅烷組分(“有機(jī)的”)和ANTAR0X
BL-240用作表面活性劑組分。由指示時(shí)使用氧等離子體(“等離子體”)、電暈處理(“電暈”)和粘合增進(jìn)劑(“AP”)。結(jié)果示于表1中。表 權(quán)利要求
1.混合式涂料，其包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述混合物基本上不含大于大約11^111的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述有機(jī)硅烷組分選自(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲基氧硅烷、3-環(huán)氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、對(duì)-氨基苯基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3_氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-環(huán)氧丙氧丙基二異丙基乙氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧丙基)甲基二乙氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷、 3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、η-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、原硅酸四乙酯及其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述金屬醇鹽選自仲丁醇鋁、正丁醇鋁和叔丁醇鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述金屬醇鹽選自異丙醇鈰IV、甲氧基乙醇鈰IV和2,4-乙酰丙酮鈰III。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述表面活性劑組分包括直鏈伯脂肪烷氧基化醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述金屬醇鹽組分相對(duì)于所述有機(jī)硅烷組分以大約21的摩爾比存在于所述混合物中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式涂料，其中所述金屬醇鹽組分相對(duì)于所述表面活性劑組分以大約75 1的摩爾比存在于所述混合物中。
9.用于涂覆基底的方法(10)，其包括下述步驟 清潔所述基底的表面(16)；用氧等離子體處理所述表面(18)； 在所述處理步驟之后，施加粘合增進(jìn)劑到所述表面(20)；在所述施加粘合增進(jìn)劑的步驟(20)之后，將混合式涂料施加到所述表面(26)，所述混合式涂料包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分；和固化所述混合式涂料(28)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述基底是拉伸的亞克力。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氧等離子體的前部在距離所述表面大約 0. 75英寸的距離處，每秒移動(dòng)大約0. 1英寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述粘合增進(jìn)劑包括3-氨丙基三乙氧基硅烷的水溶液。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括固化所述粘合增進(jìn)劑的步驟(22)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在施加之前過(guò)濾所述混合式涂料的步驟 (108)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述過(guò)濾步驟(108)之前，所述混合式涂料被加熱(104)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述有機(jī)硅烷組分包括(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷并且所述金屬醇鹽組分包括仲丁醇鋁。
17.用于制造混合式涂料的方法(100)，包括下述步驟 制備包含有機(jī)硅烷、金屬醇鹽和表面活性劑的混合物(102)； 加熱所述混合物(104)；和在所述加熱步驟(104)之后，過(guò)濾所述混合物(108)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述加熱步驟(104)期間，攪拌所述混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在所述過(guò)濾步驟(108)之前和所述加熱步驟 (104)之后冷卻所述混合物的步驟(106)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述加熱步驟(104)包括加熱所述混合物直到所述混合物透明。
全文摘要
包括有機(jī)硅烷組分、金屬醇鹽組分和表面活性劑組分的混合物的混合式涂料。
文檔編號(hào)C08G77/14GK102300945SQ200980155795
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者J·E·西波爾, K·L·拉森史密斯, K·Y·布羅豪維克, M·R·賽克斯, V·S·桑達(dá)拉姆 申請(qǐng)人:波音公司