專利名稱：涂層組合物及其制備方法
涂層組合物及其制備方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種涂層組合物、其制備方法及其應(yīng)用。特別是，本發(fā)明涉及一種具有 疏水性、疏油性和防塵性的涂層組合物、其制備方法及其應(yīng)用。在本領(lǐng)域的文獻(xiàn)中廣泛描述了可在各種材料表面上提供易于清潔的表面的組合 物。例如，美國(guó)專利公開(kāi)US 2006/0185555A1公開(kāi)了一種雙組分涂層系統(tǒng)，當(dāng)其用于光滑表 面時(shí)可產(chǎn)生易于清理的表面。此系統(tǒng)的第一組分包括氟烷氧基硅烷、烷基硅烷或其混合物， 第二組分包括水、有機(jī)或無(wú)機(jī)酸以及溶劑。各組分均單獨(dú)制備，相互化合和混合2分鐘，之 后該混合物就可以使用了。此系統(tǒng)可用于擋風(fēng)玻璃、玻璃屏墻的洗澡間、玻璃墻面、墻面瓷 磚以及衛(wèi)生陶瓷。國(guó)際專利公開(kāi)WO 2007/068545A2涉及一種可穩(wěn)定存儲(chǔ)、耐磨損且抗風(fēng)化的涂層 組合物，其在施用于光滑表面上時(shí)可提供易于清潔的表面。此組合物包括可水解的氟烷氧 基硅烷、作為水解和聚合的催化劑的鹽酸、水、異丙醇和溶劑。此組合物可用于金屬、玻璃、 陶瓷物質(zhì)和拋光表面，例如擋風(fēng)玻璃、玻璃屏墻的洗澡間、玻璃墻面、墻面瓷磚以及衛(wèi)生瓷 磚。美國(guó)專利公開(kāi)US 2004/0005469A1描述了一種制備具有長(zhǎng)持久性的、易于清潔的 表面的產(chǎn)品的方法。該表面涂覆有涂層混合物，其包括凝膠型的金屬氧化物如SiO2,和均勻 分散于金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的疏水劑。硅酮、硅烷、硅氧烷、硅油和硅脂適合用作疏水劑。 通過(guò)將疏水劑溶解于溶劑中且向此混合物中加入濃鹽酸和水來(lái)制成該涂層混合物。可使用 溶膠凝膠法在產(chǎn)品表面上制備金屬氧化物凝膠涂層，在施加涂層混合物過(guò)程中在表面上原 位地形成凝膠。此涂層混合物適用于金屬、塑料、無(wú)機(jī)材料、巖石，特別是玻璃和玻璃陶瓷。如所知的那樣，制備為具有中性pH值而不用酸的硅酮基組合物也可用作防塵劑。 使用硅酮處理過(guò)的表面的問(wèn)題是由于硅酮的所知的表面張力降低效應(yīng)，該表面難以進(jìn)行后 處理。結(jié)果是，由于表面的泛抗水性和抗油性，諸如油漆幾乎不可能粘附在硅酮基表面上。前文所描述的含硅烷的組合物的一個(gè)問(wèn)題是，此組合物包含強(qiáng)酸，當(dāng)此組合物應(yīng) 用于基材的表面時(shí)，需要該強(qiáng)酸來(lái)活化硅烷，以達(dá)到用于涂覆的所需性能。由于此強(qiáng)酸的存 在，組合物為強(qiáng)酸性的，因此該組合物的處理要求特別小心。另一方面，由于其酸性本質(zhì)及 其腐蝕性，此組合物不適用于所有的表面。特別是用于金屬如鋁以及塑料時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，在 用于塑料的情況下，強(qiáng)酸組合物會(huì)與塑料的不同官能團(tuán)起反應(yīng)。另外，已經(jīng)投放在市場(chǎng)中的組合物的一個(gè)問(wèn)題是其嚴(yán)格的保藏性和在產(chǎn)品表面上 的不足持久性?？梢哉J(rèn)為，用酸活化的硅烷不能形成足夠長(zhǎng)的硅烷鏈以形成能保證最終產(chǎn) 品具有良好耐磨表面的凝膠狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且在酸活化下也會(huì)發(fā)生硅烷的部分分解。這會(huì) 導(dǎo)致產(chǎn)生短的硅烷鏈，并且將不再有由長(zhǎng)的硅烷鏈構(gòu)成的持久的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一個(gè)的目的是提供一種涂層組合物，其在施用于表面時(shí)具有高耐磨 和抗刮擦性能，同時(shí)使得最終產(chǎn)品具有易于清潔和防塵的表面。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種最終使用者可方便地處理并且可適用于所有類型表面的涂層組合物。本發(fā)明的目的 通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)項(xiàng)所述特點(diǎn)的涂層組合物得以實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)項(xiàng)中公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例。本發(fā)明是基于涂層組合物中的氟硅烷化合物不是通過(guò)酸而是通過(guò)鹽溶液活化的
這一想法。根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是，要被使用的組合物具有中性PH值，即大 約6到7，這意味著其易于處理。而且，不具有腐蝕性的中性組合物適用于所有類型的表面， 例如玻璃、陶瓷物質(zhì)、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(huán)氧樹(shù)脂，以及要涂漆的表面。此涂層組合物也具有存儲(chǔ)穩(wěn)定性，并在用于產(chǎn)品時(shí)可提供持久性的涂層。發(fā)明的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在產(chǎn)品的表面施用包括具有易于清潔性能的制劑的組合物來(lái)提 供在涂層的整個(gè)橫向上具有均勻性的光滑的、持久的涂層。因此，根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉 及包括一種或多種氟烷氧基硅烷化合物、揮發(fā)性物質(zhì)、鹽和水的涂層組合物。在本發(fā)明中，一種或多種氟烷氧基硅烷化合物用作具有防塵性的制劑。它們可作 為商品而得到，例如Degussa AG公司以商標(biāo)DYNASYLAN F擬61(十三氟代辛烷基三 乙氧基硅烷)售出的產(chǎn)品?？墒褂玫姆檠趸柰榫哂写送ㄊ紽3C(CF2)m(CH2)nSiR1yX(H)其中，X為氯或R0，R為具有1到4個(gè)碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基，R1為帶有1 到8個(gè)碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基或環(huán)烷基，η為0或2，y為0、1或2，m為0到18?；谡w組合物來(lái)說(shuō)，在組合物中的氟烷氧基硅烷化合物的量為0. 1到10%重 量，優(yōu)選為2到3%重量，更優(yōu)選為0. 5到1. 5%重量。根據(jù)本發(fā)明，采用溶劑或稀釋劑作為揮發(fā)性物質(zhì)。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(zhì)的混合物。 優(yōu)選使用異丙醇。在組合物中揮發(fā)性物質(zhì)的量為50到80%重量，優(yōu)選為70到80%重量。在本發(fā)明中，氟烷氧基硅烷化合物通過(guò)鹽、水、醇和存在的氧進(jìn)行活化。例如，可采 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(dāng)?shù)刈鳛檠踉?。在?發(fā)明中，氟烷氧基硅烷化合物的活化指硅烷化合物的水解，這意味著化合物在液體中分解 為膠狀懸浮液即溶膠，并且化合物進(jìn)入活化狀態(tài)，以便在施用在基材的表面上形成凝膠時(shí) 能夠形成持久性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；罨蛇m當(dāng)?shù)卦趦?chǔ)罐中進(jìn)行。重要的是在活化中，基于組合 物的總體積，儲(chǔ)罐中存在的氧量大約為10到40%體積，優(yōu)選大約為40%體積。活化階段時(shí) 間為約38到72小時(shí)，此后組合物就可以使用了。根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物中的鹽尤其可使用無(wú)機(jī)鹽。特別適用的鹽包括堿金屬和 堿土金屬的鹵化物，特別是氯化物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用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(yōu)選大約為20%重量。另外，在可以使用的、活化了的涂層組合物中可添加懸浮劑，這里，可通過(guò)根據(jù)揮 發(fā)速率而選擇合適的懸浮劑來(lái)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(fā)速率取決于涂層組合物所施用于其上的基材而變化。例如在涂覆金屬中，可能希望凝膠化緩慢地發(fā)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(dāng)基材是金屬或PVC塑料時(shí)，可以使 用η-丁醇作為懸浮劑。用于聚氨酯和聚酯塑料的適當(dāng)懸浮劑為二甲苯。丙酮也適用于聚 酯。乙酸乙酯和酮適用于丙烯基塑料。將5到100%重量的懸浮劑加入到以前述方式活化的涂層組合物中。因此，懸浮劑 在涂層組合物中的含量為組合物總量的4到50%重量。根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物的PH值在中性范圍內(nèi)，例如大約為6到7。本發(fā)明還涉及一種制備前述類型的涂層組合物的方法，此方法包括-混合鹽和水，以得到鹽溶液；-混合硅烷化合物和揮發(fā)性物質(zhì)，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(shí)，由此獲得活化了的涂層組合物；-如需要的話，向活化了的涂層組合物中加入懸浮劑。在形成鹽和水的鹽溶液過(guò)程中，重要的是要考慮到鹽溶液的ρΗ值為中性。通過(guò)所謂的溶膠凝膠法來(lái)將根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物施加到基材的表面上。根據(jù) 本發(fā)明，在揮發(fā)性物質(zhì)中的氟烷氧基硅烷化合物的活化過(guò)程中會(huì)發(fā)生化合物的縮聚，由此 形成長(zhǎng)硅烷鏈并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(fā)性物質(zhì)的蒸發(fā)，在基材的表面上原位形成了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中硅烷化合物在整體凝 膠結(jié)構(gòu)的橫向上均勻地分布。如前所述，如需要的話可借助于所存在的懸浮劑來(lái)控制凝膠 的形成速率。根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物能夠在從其使用后35到45分鐘內(nèi)在室溫下為基材提供 持久性的凝膠涂層。但是，一些因素會(huì)影響凝膠化時(shí)間，例如環(huán)境濕度，并且高濕度可降低 凝膠化速度。如需要的話，可通過(guò)熱處理來(lái)加速基材表面上的凝膠形成。例如可在45到 80°C下進(jìn)行熱處理15分鐘。其他物質(zhì)也可加入到根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物中，以提供所要求的性質(zhì)。例如，可 基于組合物重量將1到5%重量的十六烷基三甲氧基甲硅烷的量加入到組合物中，在此情 況下，此最終產(chǎn)品不僅具有易于清潔的性能，還具有特別好的防潮性。這種涂層組合物適用 于金屬、塑料和混凝土，以及其他多孔性表面?？赏ㄟ^(guò)任意一種現(xiàn)有技術(shù)將根據(jù)本發(fā)明的涂層組合物施用到基材上，例如使用滾 筒噴涂、使用織物擦拭、通過(guò)插入、刷涂或拉制涂覆。在最終產(chǎn)品表面上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化涂層 組合物的厚度約為1到5nm。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的組合物或根據(jù)本發(fā)明方法制備的組合物在基材表面 上的使用，其中提供了持久性的、易于清潔的表面。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。下面例子用于說(shuō)明本發(fā)明。示例 1制劑1.將12. 5g的NaCl鹽混合入IOOOg的超純水中，手動(dòng)或機(jī)械攪動(dòng)直到鹽完 全溶解到水中，并且混合物為清澈。制劑2.將1. Og的氟烷氧基硅烷(Degussa AG公司的DYNASYLAN F 8261)混合入IOOg的異丙醇中，手動(dòng)或機(jī)械攪拌直到得到清澈的溶液。將20g的制劑1和所得制劑2 (IOlg)相互混合約10分鐘。將所得混合物存儲(chǔ)到 用于硅烷活化的儲(chǔ)罐中，使得基于溶液的量在儲(chǔ)罐中保留有30到40%體積的空氣空間。硅 烷的活化時(shí)間為72小時(shí)。多余的鹽從溶液中濾除，此后溶液就可使用了。示例 2將40g的η- 丁醇加入到IOOg在示例1中制備的活化了的產(chǎn)品中。得到涂層組合 物，其可為金屬提供非常持久的耐磨涂層。示例 3將5g的二甲苯加入到IOOg在示例1中制備的活化了的產(chǎn)品中。將所得組合物混 合到聚氨酯-聚酯基涂料中?？色@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中制備的活化了的產(chǎn)品中。所得組合物使聚酯 樹(shù)脂具有良好的防潮性和疏水性。示例5 測(cè)定涂層的耐洗滌性一個(gè)例子說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明涂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涂層組合物，并用M小時(shí)形成凝膠，此后當(dāng)可以應(yīng)用時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SFS 3755用刷子對(duì)涂層的耐洗滌性進(jìn)行測(cè)定。對(duì)要檢測(cè)的試樣刷5000次。在每1000次后測(cè)定 試樣的接觸角，通過(guò)此方法可評(píng)估涂層的持久性。測(cè)試條件如下裝置Braive Instruments 公司生產(chǎn)刷子DIN53778潤(rùn)滑劑水溫度23°C在表1中，試樣A代表根據(jù)本發(fā)明的、用示例1所述的方法制備的涂層組合物。試 樣B為對(duì)照組合物，在其中制劑2按照與示例1中相同的方法制備，但是制劑1通過(guò)在IOg 的超純水中加入0. 5g的33. 3-%鹽酸而制備。使制劑1和2化合，然后使所得組合物活化 10小時(shí)。類似的，試樣C為對(duì)照組合物，即Degussa AG公司的硅酮基的、用酸活化的產(chǎn)品
權(quán)利要求
1.一種無(wú)酸涂層組合物，包括一種或多種氟烷氧基硅烷化合物、揮發(fā)性物質(zhì)、鹽和水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂層組合物，其特征在于，基于整體組合物，在組合物中的硅 烷化合物的量為0. 1到10%重量，優(yōu)選為2到3%重量，更優(yōu)選為0. 5到1. 5%重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的涂層組合物，其特征在于，所述揮發(fā)性物質(zhì)為醇、酯或其 混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的涂層組合物，其特征在于，所述醇為異丙醇。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層組合物，其特征在于，基于整體組合物，揮發(fā) 性物質(zhì)的量為50到80%重量，優(yōu)選為70到80%重量。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層組合物，其特征在于，所述鹽為NaCl。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層組合物，其特征在于，鹽的量為0.25到 0. 75%重量。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層組合物，其特征在于，水的量為5到45%重 量，優(yōu)選約為20%重量。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂層組合物，其特征在于，還包括懸浮劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的涂層組合物，其特征在于，所述懸浮劑為醇、酮、酯或烴。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的涂層組合物，其特征在于，基于整體組合物，懸浮劑的 量為4到60%重量。
12.—種制備根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的涂層組合物的方法，所述方法包括-混合鹽和水，以得到鹽溶液；-混合硅烷化合物和揮發(fā)性物質(zhì)，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(shí)，由此得到活化了的涂層組合物；-如需要的話向所述活化了的涂層組合物中加入懸浮劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的涂層組合物或根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法 制備的涂層組合物在基材的表面上的使用，其中提供了持久性的、易于清潔的和抗塵性的 表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用，其特征在于，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(fā)明涉及一種無(wú)酸的涂層組合物，包括一種或多種氟烷氧基硅烷化合物、揮發(fā)性物質(zhì)、鹽和水，還包括其制備方法和應(yīng)用。該組合物在應(yīng)用到基材上后可提供易于清潔的、防塵的表面。
文檔編號(hào)C09D183/08GK102076798SQ200980124711
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者勞里·于利科皮 申請(qǐng)人:勞里·于利科皮