用于阻碍露珠形成的纳米二氧化硅涂层的制作方法_4

文档序号:8448676阅读:来源:国知局
如,苯、甲苯、二甲苯)、醚 (例如,二乙醚、甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二异丙醚)、酯(例如,乙酸乙酯、乙酸丁酯)、 酮(例如,丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮)、醇(乙醇、甲醇、丁二醇、异丙醇),以及它们 的混合物。优选地,热活化的底漆组合物以介于1重量%和15重量%之间的浓度、优选至 多5重量%的浓度在乙醇中制备。
[0151] 本文使用的光化学活化的底涂层组合物还可包含交联剂。可用的交联剂包括例如 聚丙烯酰基单体(及其甲基丙烯酰基类似物),其选自由以下物质构成的组:
[0152] (a)含二丙烯酰基的化合物,诸如1,3_ 丁二醇二丙烯酸酯、1,4_ 丁二醇二丙烯酸 酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇单丙烯酸酯单甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、 烷氧化脂族二丙烯酸酯、烷氧化环己烷二甲醇二丙烯酸酯、烷氧化己二醇二丙烯酸酯、烷氧 化新戊二醇二丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯 酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇 二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、三环癸二甲醇二丙烯酸 酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯;
[0153] (b)含三丙烯酰基的化合物,诸如甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙 氧基化三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧基化三丙烯酸酯(例如,丙氧基化(3)甘油 基三丙烯酸酯、丙氧基化(5.5)甘油基三丙烯酸酯、丙氧基化(3)三羟甲基丙烷三丙烯酸 酯、丙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯;
[0154] (c)包含更高官能度丙烯酰基的化合物,诸如双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双季戊 四醇五丙烯酸酯、乙氧基化(4)季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、己内酯改性的 双季戊四醇六丙烯酸酯;
[0155] (d)低聚丙烯酰基化合物,诸如聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯聚氨酯丙烯 酸酯、环氧丙烯酸酯;上述的聚丙烯酰胺类似物;以及它们的组合。此类化合物可广泛地购 自供应商,诸如,例如宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(Sartomer Company, Exton, PA) (例子包括CN965和CN9009);佐治亚州士麦那的优时比化工公司(UCB Chemicals Corporation(Smyrna,GA));以及威斯康辛州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company(Milwaukee, WI))〇
[0156] 本文使用的尤其可用的交联剂包括三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基 丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯低聚物。
[0157] 烯属不饱和硅烷与交联剂之间的重量比优选地包括介于95/5和1/99之间、优选 介于90/10和1/99之间。
[0158] 本文使用的光化学活化底涂层组合物还可包含酸官能丙烯酸酯,诸如例如丙烯酸 和甲基丙烯酸。在使用时,这些酸官能丙烯酸酯优选地以基于底漆的总重量计的至多1.5 重量%、优选至多1重量%的量加入。
[0159] 为了有利于光化学活化(例如固化),光化学活化的底涂层组合物优选地包含至 少一种自由基光引发剂。通常,基于至少一种烯属不饱和硅烷和至少一种交联剂的总重量 计,此类光引发剂占小于15重量%、更通常小于12%。
[0160] 可用的自由基光引发剂包括例如已知可用于丙烯酸酯聚合物的紫外固化的那些。 此类引发剂包括二苯酮及其衍生物;苯偶姻,诸如a -甲基苯偶姻、a -苯基苯偶姻、a -烯 丙基苯偶姻、a-苄基苯偶姻;苯偶姻醚,诸如联苯酰二甲基缩酮(可以商品名"IRGA⑶RE 651"从汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals Corporation)商购获得)、苯 偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻正丁基醚;苯乙酮及其衍生物,诸如2-羟基-2-甲基-1-苯 基-1-丙酮(可以商品名"DAR0⑶R 1173"从汽巴特殊化学品公司商购获得)、1_羟基环己 基苯基酮(可以商品名"IRGA⑶RE 184"也从汽巴特殊化学品公司商购获得)和2, 2-二 甲氧基-2-苯基苯乙酮(可以商品名"KB-1"从波利塞斯公司(Polyscience Inc)商购获 得);2_甲基-1_[4_(甲硫基)苯基]_2_(4_吗琳基)_1_丙酬,其可以商品名"IRGAQJRE 907"也从汽巴特殊化学品公司商购获得;2-苄基_2_(二甲基氨基)-1-[4-(4_吗啉基)苯 基]-1-丁酮,其可以商品名"IRGACURE 369"从汽巴特殊化学品公司商购获得。可用两种 或者更多种的光引发剂的组合。
[0161] 光化学活化的底涂层组合物通常在溶剂中制备。合适溶剂的例子包括脂族和脂环 族烃(例如,己烷、庚烷、环己烷)、芳族溶剂(例如,苯、甲苯、二甲苯)、醚(例如,二乙醚、 甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二异丙醚)、酯(例如,乙酸乙酯、乙酸丁酯)、酮(例如,丙酮、 甲基乙基酮、甲基异丁基酮)、醇(甲醇、乙醇、异丙醇),以及它们的混合物。优选地,光化 学活化的底涂层组合物在甲醇中制备。在涂覆后,通常在涂层经受光化学活化诸如例如紫 外光之前,使溶剂蒸发。
[0162] 本文使用的光化学活化的底涂层组合物还可包含有机或无机酸或碱催化剂,以有 利于可水解硅烷基团的水解和缩合。有机酸催化剂包括乙酸、柠檬酸、甲酸、三氟甲磺酸和 全氟丁酸等等。无机酸的例子包括硫酸和盐酸。适用的碱催化剂的例子包括氢氧化钠、氢氧 化钾和三乙胺。还可使用有机金属化合物催化剂。例子包括二丁基二月桂酸锡和二(2-乙 基己酸)锡。催化剂的用量将优选地在总底涂层组合物的介于0. 01重量%和10重量%之 间,更优选介于〇. 05重量%和5重量%之间。
[0163] 在一个优选的方面,本文使用的底涂层组合物不含二氧化硅粒子,尤其不含二氧 化硅纳米颗粒,更尤其不含酸化二氧化硅纳米颗粒。
[0164] 有利地,本公开的方法还包括向由基材和二氧化硅纳米颗粒涂层构成的组件中结 合涂层组件领域通常已知的任意附加组件或元件的步骤。示例性组件包括但不限于保护 层、内衬、背衬层、粘合剂组合物层、镜面层(例如,铝蒸气涂层)、棱柱层、玻璃珠层以及它 们的任意组合。涂层组件领域的技术人员将容易地确定合适的其他组件及其组装的合适方 式。对于本领域技术人员还显而易见的是,将附加组件组装到由基材和二氧化硅纳米颗粒 涂层构成的组件中,应使得露珠形成阻碍效应不受到不利地影响。
[0165] 在另一个方面,本公开涉及包括基材和位于其上的二氧化硅纳米颗粒涂层的涂层 组件,其中二氧化硅纳米颗粒涂层能够通过上述任意方法获得,并且其中基材包含选自由 聚(甲基)丙烯酸酯及其任意组合或混合物构成的组的有机聚合物材料。更优选地,本文 使用的基材包含聚甲基丙烯酸甲酯,还更优选抗冲击改性的聚甲基丙烯酸甲酯。还更优选 地,本文使用的基材基本上由聚甲基丙烯酸甲酯组成。
[0166] 在本公开的上下文中,令人惊讶地发现,在本公开方法中使用的二氧化硅纳米颗 粒涂层很好地粘附于各种基材,尤其是有机聚合物基材,更尤其是选自聚(甲基)丙烯酸 酯,更优选选自聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物基材。因此,在根据本公开的方法中使用的(酸 化)二氧化硅纳米颗粒涂层为此类涂层组件或涂覆的基材提供优异耐久性、紫外稳定性和 耐干磨性和/或耐湿磨性,尤其是当涂覆于选自聚(甲基)丙烯酸酯,更优选选自聚甲基丙 烯酸甲酯的聚合物基材时。不受理论的束缚,据信,此类优异的耐久性、紫外稳定性和耐干 磨性和/或耐湿磨性是由于酸化二氧化硅纳米颗粒的低温烧结。
[0167] 在户外应用或使用的情况下,最重要的是,相应涂层组件、涂覆的基材或涂覆制品 提供出色的耐湿磨性,因为后者经受各种形式的降水,诸如露珠形成、雾、雨和雪。有利地, 还为相应涂层组件、涂覆的基材或涂覆制品提供了优异的耐干磨性,这使它们更能耐受破 坏行为。
[0168] 根据一个优选的实施,还为本公开的涂层组件提供了介于基材和二氧化硅纳米颗 粒涂层之间的底涂层组合物。在本公开的涂层组件中使用的合适底涂层组合物与上文所 述在根据本公开另一个方面的阻碍露珠形成的方法中使用的那些相同。优选地,在本公开 的涂层组件中使用的底涂层组合物包含有机官能硅烷,优选地选自由环氧硅烷、氨基硅烷、 (甲基)丙烯酰氧基硅烷、烷氧基硅烷,以及它们的任意组合或混合物构成的组。
[0169] 在一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的静态水接触角测量方法进行测 量时,本公开的涂层组件具有小于50°、优选小于30°、更优选小于20°、还更优选小于 10°、最优选小于5°的静态水接触角。
[0170] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的干磨耗试方验法进行测量时, 在100次干磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于30°、优选小于20°、更优选小于 10°、还更优选小于5°的静态水接触角。
[0171] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的干磨耗试验方法进行测量时, 在500次干磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于50°、优选小于30°、更优选小于 20°、还更优选小于15°、还更优选小于10°的静态水接触角。
[0172] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的干磨耗试验方法进行测量时, 在1000次干磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于30°、优选小于20°、更优选小于 15°的静态水接触角。
[0173] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的湿磨耗试验方法进行测量时, 在100次湿磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于30°、优选小于20°、更优选小于 15°、还更优选小于10°的静态水接触角。
[0174]在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的湿磨耗试验方法进行测量时, 在500次湿磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于50°、优选小于30°、更优选小于 20°、还更优选小于15°、还更优选小于10°的静态水接触角。
[0175] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的湿磨耗试验方法进行测量时, 在1000次湿磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于30°、优选小于25°、更优选小于 20°的静态水接触角。
[0176] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的湿磨耗试验方法进行测量时, 在5000次湿磨耗循环之后,本公开的涂层组件具有小于40°、优选小于35°、更优选小于 30°的静态水接触角。
[0177] 在另一个优选的实施中,当根据实验部分中描述的耐久性测试方法进行测量时, 本公开的涂层组件具有至少5年、优选至少8年、更优选至少10年、还更优选至少12年的 机械耐久性。
[0178] 有利地,可为本公开的涂层组件提供涂层组件或覆膜涂层领域中通常已知的任意 附加组件或元件。示例性组件包括但不限于保护层、内衬、背衬层、粘合剂组合物层、镜面 层(例如,铝蒸气涂层)、棱柱层、玻璃珠层,以及它们的任意组合。涂层组件领域的技术人 员将容易地确定合适的其他组件及其组装的合适方式。对于本领域技术人员还显而易见的 是,将附加组件结合到涂层组件中,应使得其防露性质不受到不利地影响。
[0179] 优选地,本公开的涂层组件对于可见光而言是透明的或半透明的。当涂层组件意 在作为覆膜涂层施加或涂覆至各种基材时,该具体实施可特别有用。另选地,涂层组件可以 不必是透明的并且可以完全不透明。
[0180] 在一些方面,二氧化硅纳米颗粒涂层组合物提供改善的可清洁性,并且提供坚韧 的抵抗层,所述坚韧的抵抗层保护基材和下面的涂覆制品免受诸如刮痕的损害或由磨耗和 溶剂所造成的其他损害。所谓"可清洁性"意指二氧化硅纳米颗粒涂层组合物在固化时提供 防油和防污性并有助于防止基材和涂覆制品因暴露于污染物诸如油或偶发污垢而被污染 的能力。二氧化硅纳米颗粒涂层组合物也可使任意保护层在被污染的情况下更易于清洁, 因此仅需要用水简单冲洗的步骤就可以去除污染物。当上述二氧化硅纳米颗粒涂层组合物 与旨在用于户外使用的制品结合使用时,提供改善的可清洁性是尤其有利的。
[0181] 优选使用常规技术诸如棒涂、辊涂、帘式涂覆、轮转凹版涂覆、喷涂或浸涂技术将 二氧化硅纳米颗粒涂层组合物涂覆在基材上。优选的方法包括棒涂和辊涂、或调节厚度的 气刀涂覆。为了确保膜的均一涂覆和润湿,可能有利的是在利用电晕放电或火焰处理方法 进行涂覆之前氧化基材表面。
[0182] 本公开的二氧化硅纳米颗粒涂层优选以均匀的平均厚度施加,变化小于约 200A、并且更优选小于丨ooA,以避免涂层中的可见干涉颜色的变化。最佳的平均干燥涂 层厚度取决于具体的涂层组合物,但一般来讲,涂层的平均厚度在介于500A和2500A之 间、优选750A至2000A、并且更优选1500人至2000人,这是利用诸如加尔特纳科技公 司(Gaertner Scientific Corp)L115C型号的椭率计测得的。然而应该指出的是,尽管平 均涂层厚度优选为均匀的,但实际的涂层厚度可从涂层上的一个特定点到另一个点而变化 相当大。
[0183] 在一个方面,可将本公开的二氧化硅纳米颗粒涂层涂覆在基材的两个面上。优选 地,将本公开的二氧化硅纳米颗粒涂层涂覆在基材的仅一个面上。基材的相对面上可不涂 覆或涂覆有涂层组件领域的技术人员通常
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