硅基高性能涂料组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 夺叉参考
[0002] 本发明涉及并要求2012年7月3日提交的美国临时申请61/667, 559的优先权， 其教导和内容通过引用纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及硅基涂料组合物，其由硅单体和大分子单体（例如硅氮烷、硅氧烷、硅 烷），以及任选地，有机和无机取代基，溶剂和添加剂形成。所得组合物可用于涂敷表面以形 成具有所需特征的涂层，所述特征包括可变的摩擦系数特性、优秀的脱模性、高温和高热抗 性，以及良好的硬度。所述涂料有利于广泛应用。
[0004] 发曰月背景
[0005] 聚合物的化学结构和构象等多种因素影响具体应用中所需的涂层类型。然而，所 述应用常受限于许多有用聚合物的市售情况。例如，聚硅氮烷早已被合成并表征，已知该聚 合物可用于各种应用。但当前，由于形成基础树脂产物需要进行大量高成本的合成，几乎没 有开发出作为市售商品的产品。此外，当前的方法存在毒性问题，例如，形成毒性铵盐和盐 酸，这限制了用户友好的终产物的可利用性。
[0006] 需要一种可广泛应用的改进的_硅基涂料。该涂料湿润且可在常温条件下空气 中固化而无需添加催化剂或活化剂来快速固化，或者其可在升高温度下固化以通过增强交 联度来提高终产物的玻璃转化（Tg)特性。改进的硅基涂料的其他有利特性包括薄但耐用、 具有保护性且热稳定、显示优秀的硬度（例如具有5H或更高的硬度），即使基材变形仍保持 完整。此外，该需要可定制下述特征的涂料：涂料颜色、外观、透明度、质感和光泽。此外，为 了广泛应用，还大量需要具有下述特征的涂料：UV抗性、免微生物、易清洁维护和抗腐蚀。
[0007] 应用硅基涂料的其他常见问题涉及脱模涂料。当前，许多脱模问题与模具或模制 部分的表面有关。例如，当所述模具不允许完全脱离，模制部分的移出就困难得多，可导致 模具或部件表面损坏。虽然可使用脱模剂来辅助脱模，但脱模剂可能导致树脂累积，这会引 起装配部件的物理耐性变化和/或部件外观不良。脱模剂累积还造成模具腔表面的相关物 理粗糙和化学反应性。然后，粗糙表面的摩擦导致树脂继续与模具和模制部件表面的腔、裂 缝、坑穴或孔接触和粘结。因此，需要后续的刮擦和/或砂磨，这会导致模具表面上更多更 大的划痕、腔或锈斑，进一步增加摩擦系数。摩擦系数增加会对模制部件从模具上脱离、成 品部件的物理耐性和外观，以及脱模剂到成品部件的转移产生负面影响。此外，脱膜涂料中 的基材向模制部件的表面转移也是个严重问题，这种表面污染会影响施用底漆和成品涂料 对模制部件的粘附。
[0008] 因此，鉴于现有技术的限制，需要具有优异脱离特性的涂料组合物，从而所得涂料 具有改良的物理和化学抗性特性，产生具有诸多所需特性的可方便简单施用的涂料产物， 所述需要特性包括但不限于：1〇〇%不可转移性、广泛的覆盖度、超薄、淡味、可再涂敷、高热 高温抗性、适于较高温固化（例如1400° F或更高），构成了优于现有脱离产物的脱膜特 性。该涂料提供了超薄的屏障，能够防止脱模剂、树脂、基材或其他涂料固定在模制部件表 面、裂缝、压痕和/或微孔、并防止表面污染，所述表面污染可能干扰涂料、粘合剂等与完成 部件表面粘结。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及硅基涂料组合物，施用该组合物的方法，以及由所述组合物形成的涂 层（通常为固化涂层）。这些涂料适用于宽范围的表面，尤其是需要模制制品容易脱离而无 需转移或破坏模具上的涂层的那些模具。然而本发明的涂料组合物不限于模具，并且可施 用于需要所述固化涂层特性的任何表面。所述固化涂层的厚度为约〇. Iym-约40 μπι并 且具有最终脱离特性，其不可转移、持久、可耐受高压、高温和/或广泛的温度而不会牺牲 该最终脱离特性。因此，该固化涂层具有广泛的可用覆盖度、较低的用料量、较少的再涂敷 工作量和时间、更少的脱模工作量和时间，以及低得多的相关成本。
[0010] 所述涂料组合物是组分混合物，包括合适比例的硅氮烷、硅氧烷、硅烷，以及任选 地，有机溶剂和其他添加剂。所述组分可为单体、大分子单体、低聚物或聚合物。该混合物 能较佳地在环境条件下于室温固化而无需加热、催化剂、或其他添加剂、从而形成基本不含 未反应的Si-H键的涂料，其包括含Si-〇、Si-C、和Si-N键的交联聚合物网络。耐久性具体 归因于涂料中交联网络结构中的大量Si-C键。这些涂料组合物使得制剂中的硅氮烷树脂 浓度较低、对基材的渗透性增加，从而降低了成本，简化了混合物制备和工艺步骤，减轻了 成品涂料产物的气味，并显著改善了固化涂层的耐久性。
[0011] 具体地，本发明涉及硅基涂料组合物，其在固化后提供具有优异脱离特性的脱膜 涂层。所述固化脱模涂层可100%不可转移至完成的复合物部件、可耐受高温高压，厚度可 为约0. 1 μ m -约40 μ m，摩擦系数为约0. 03-约0. 04,且硬度为约4H-约9H。所述组合物 可由组分混合物形成，所述组分混合物包含约0% (w/w)和约76% (w/w)硅氮烷、约0. 2% (w/w)_约4% (w/w)硅氧烷，和约1% (w/w)_约9% (w/w)硅烷。这些涂料组合物可用任 何已知方法施用到基材上，特别是通过擦拭将所述涂料组合物转移到基材。然后，所述涂料 组合物固化以形成固化涂层，优选在室温环境条件下而无需加热和催化剂。
[0012] 数个实施方式捕获到涂料组合物中组分的具体比例。在一个实施方式中，所述硅 基涂料组合物在固化前包含约4% -约12% (w/w)娃氮烧、约0. 2% -约0. 6% (w/w)娃氧 烷、约4% -约7% (w/w)硅烷、和约80% -约92% (w/w)有机溶剂。在另一个实施方式中， 所述娃基涂料组合物包含约1 % -约4% (w/w)硅氧烷、约1 % -约4% (w/w)硅烷，和约 92%-约98% (w/w)有机溶剂。在另一个实施方式中，所述硅基涂料组合物包含约45%-约 55% (w/w)硅氮烷、约1% -约3% (w/w)硅烷、和约42% -约54% (w/w)有机溶剂。在其 他实施方式中，所述硅基涂料组合物包含约56% -约76% (w/w)硅氮烷、约0. 7% -约1% (w/w)硅氧烷、约1 % -约2% (w/w)硅烷、和约21 % -约43% (w/w)有机溶剂。在另一个 实施方式中，所述硅基涂料组合物包含约7% -约11% (w/w)硅氮烷、约0. 2% -约0. 6% (w/w)硅氧烷、约5% -约9% (w/w)硅烷、和约79% -约89% (w/w)有机溶剂。
[0013] 此外，本发明还提供涂敷表面的方法。所述方法包括混合组分混合物，形成硅基 涂料组合物，所述组合物包含例如约0% (w/w)_约76% (w/w)娃氮烧、约0. 2% (w/w)_约 4% (w/w)硅氧烷和约1% (w/w)_约9% (w/w)硅烷。然后，将所述混合物涂敷在表面并在 加热或不加热的条件下室温固化涂料。该方法可用于混合本文所述任何硅基涂料组合物， 且可用于任何表面。
[0014] 本发明还提供固化的硅基涂层。所述涂层由组分混合物形成，所述组分混合物包 含约 0% (w/w)_ 约 76% (w/w)娃氮烧、约 0.2% (w/w)_ 约 4% (w/w)硅氧烷，和约 1% (w/ w)-约9% (w/w)硅烷。所述涂层基本不含Si-H键。所述涂层还包含聚合物网络，该网络 包括Si-O键和Si-C键。在其他实施方式中，所述涂层可为不可转移的，厚度为约0.1 ym-约3 μ m，摩擦系数为约0. 03-约0. 04,且硬度为约4H-约9H。
[0015] 附图简要说明
[0016] 图1显示了 25°C _650°C检测的DT-6060和DT-420涂料的差热分析（DTA)结果。 DT-420的图以深灰色显示，DT-6060的图以亮灰色显示。
[0017] 图2显示了 G_Shield?(还称为"Clariant TutoProm"）涂料样品的傅里叶变换 红外（FTIR)光谱。
[0018] 图3显示了 DT-6060涂料样品的FTIR光谱。
[0019] 图4显示了 DT-420涂料样品的FTIR光谱。
[0020] 图5显示了 DT-405涂料样品的FTIR光谱。
[0021] 图6显示了 DT-201涂料样品的FTIR光谱。