颜料复合粒子、包含其的耐候涂料及耐候结构的制作方法

本发明涉及一种颜料复合粒子、包含其的耐候涂料和耐候结构。

背景技术：

有机颜料一般直接添加于树脂中配成涂料使用。然而，所形成的涂膜经过紫外光照射后，涂膜中的有机颜料会产生裂化，造成涂膜的性能降低。以目前市售产品(如basf、先尼科等公司的产品)为例，以紫外光照射1000小时后的δe＞2，耐候性不佳。

因此，亟需开发具有改良的耐候性的新颖颜料。

技术实现要素：

根据一实施例，本发明提供一种颜料复合粒子，其为：具有硅氧键的一交联结构与多个有机颜料粒子的共价键结产物，且所述有机颜料分子分散于交联结构中。其中，有机颜料粒子的化学结构包括c＝o以及选自由下列基团所组成的群组的一种或多种结构：

及

其中上述基团的一个或多个碳上的氢原子为未经取代或经卤素原子、ch3、nh2或苯环取代。

根据另一实施例，本发明提供一种耐候涂料，包括：100重量份前述的颜料复合粒子、500～1500重量份的树脂以及100～600重量份的溶剂。

根据又一实施例，本发明提供一种耐候结构，包括：一基板，以及位于基板上的一耐候涂层。耐候涂层包括100重量份前述的颜料复合粒子以及500～1500重量份的树脂。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为根据本发明一实施例显示颜料复合粒子的剖面示意图；

图2为根据本发明一实施例显示耐候结构的剖面示意图；

图3为根据本发明另一实施例显示耐候结构的剖面示意图。

【附图标记说明】

10～颜料复合粒子；

12～交联结构；

14～有机颜料粒子；

20、30～耐候结构；

22、32～基板；

24、34～耐候涂层；

26、36～颜料复合粒子；

28、38～树脂；

33～反射层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下依本发明的不同特征举出数个不同的实施例。本发明中特定的组件及安排是为了简化，但本发明并不以这些实施例为限。举例而言，在第二组件上形成第一组件的描述可包括第一组件与第二组件直接接触的实施例，亦包括具有额外的组件形成在第一组件与第二组件之间、使得第一组件与第二组件并未直接接触的实施例。此外，为简明起见，本发明在不同例子中以重复的组件符号及/或字母表示，但不代表所述各实施例及/或结构间具有特定的关系。

除非内文清楚地指明，此处所使用的单数形式“一”和“该”也包括复数形式。可进一步了解的是，当说明书中使用“包括”等用语，是为了指出所述特征、步骤、操作、组件、及/或构件的存在，但不排除额外一个或多个其他特征、步骤、操作、组件、构件及/或上述组合的存在。

全文说明书中所指的“一种实施例”或“一实施例”意味着在实施例中描述到的特定特征、结构或特色至少包含在一实施例中。因此，全文说明书不同地方所出现的词组“在一种实施例中”或“在一实施例中”所指不一定为相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特色可在一个或多个的实施例中透过任何合适的方法结合。

根据一些实施例，本发明以简单的溶胶-凝胶(sol-gel)反应将有机颜料粒子进行改性，提供一种具有良好耐候性的颜料复合粒子。利用本发明所提供的颜料复合粒子形成涂料和涂层结构，也可有效提升其耐候性。

图1为根据本发明一实施例显示颜料复合粒子10的剖面示意图。如图1所示，在本发明一实施例中，提供一种颜料复合粒子10，其为具有硅氧键的一交联结构12以及多个有机颜料粒子14的共价键结产物。如图1所示，有机颜料粒子14分散于交联结构12中。

值得一提的是，在本发明所提供的颜料复合粒子10中，具有硅氧(si-o-si)键的交联结构12透过共价键稳定地结合在有机颜料粒子14表面，提供有机颜料粒子14一层保护层，借此阻隔阳光、湿气等环境因素对有机颜料粒子14的影响，有效推迟有机颜料粒子14的劣化。因此，本发明所提供的颜料复合粒子10的耐候性可获得有效的提升。

在一些实施例中，有机颜料粒子14的化学结构包括c＝o以及选自由下列基团所组成的群组的一种或多种结构：

及

其中上述基团的一个或多个碳上的氢原子为未经取代或经卤素原子、ch3、nh2或苯环取代。

在一些实施例中，本发明所使用的有机颜料粒子14可包括：

或前述的组合，

其中x为o、nr或前述的组合，r¹、r²为相同或不同且各自独立地为nr、氢原子、卤素原子、烃基、苯环或前述的组合，r³、r⁴为相同或不同且各自独立地为nr、氢原子、卤素原子、烃基、苯环或前述的组合，r⁵～r¹³为相同或不同且各自独立地为nr、氢原子、卤素原子、烃基、苯环或前述的组合，其中r为氢原子、苯环、烃基、烷基苯基或经烷氧基取代的烷基苯基。

在一些实施例中，本发明所使用的有机颜料粒子14可包括：

或前述的组合，但不限于此。

应了解的是，前述有机颜料粒子14的结构仅为示例，并非用于限制本发明。

在一些实施例中，上述具有硅氧键的交联结构12是由选自具有化学式si(or¹)4或si(or²)3r³的硅氧烷化合物经缩合而成，其中每一个r¹、r²、r³可各自独立地为h或烷基。在一些实施例中，烷基可例如为c1～c8的烷基。

在一些实施例中，所述硅氧烷化合物可包括四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane；tmos)、四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane；teos)、四丁氧基硅烷(tetrabutylorthosilicate；tbos)、甲基三乙氧基硅烷(methyltriethoxysilane；mtes)、丙基三乙氧基硅烷(n-propyltriethoxysilane)、戊基三乙氧基硅烷(triethoxypentylsilane)、异丁基三乙氧基硅烷(isobutyltriethoxysilane)、正辛基三乙氧基硅烷(n-octyltriethoxysilane)或前述的组合。前述硅氧烷化合物经水解后可具有oh基。

在一些实施例中，所述具有硅氧键的交联结构与所述有机颜料粒子14的重量比可例如为1∶1～3∶1。

在一些实施例中，本发明所使用的颜料复合粒子10的平均粒径可例如为0.1μm～50μm或1μm～20μm。若所使用的颜料复合粒子10的平均粒径过大，则所形成的涂层的表面平整度不佳。

本发明所提供的颜料复合粒子10可借由实施溶胶凝胶(sol-gel)法形成。例如，可先混合硅氧烷化合物、有机颜料粒子、酸、及溶剂进行反应，接着，对前述混合物进行一加热处理以形成本发明前述的颜料复合粒子10。为达解释的目的，以下叙述将列举特定实施例进行说明，但本发明并不以此为限。

在本发明一实施例中，混合四乙氧基硅烷(teos)、有机颜料粒子、酸、及溶剂进行反应，接着，对前述混合物进行一加热处理以形成颜料复合粒子。在反应过程中，四乙氧基硅烷(teos)先与酸进行反应，使得与si相连的四个or基水解成四个oh基。此时，oh基的其中之一将与有机颜料粒子的官能基(例如c＝o)反应产生共价键。接着，进行一加热处理，使硅氧烷化合物中其他未与有机颜料粒子产生键结的si-oh进行缩合反应，进而形成具有si-o-si键的交联结构。

通过上述方法完成制备后，如图1所示，在颜料复合粒子10中，有机颜料粒子14分散于具有硅氧(si-o-si)键的交联结构12中，且如上所述，具有si-o-si键的交联结构12透过共价键稳定地结合在有机颜料粒子14表面。其结果相当于在有机颜料粒子14的表面形成一层具有si-o-si键的保护层。由于si-o-si键不易被阳光、湿气等环境因素破坏，因此可保护被包覆在交联结构12内的有机颜料粒子14，推迟有机颜料粒子14的劣化。

应理解的是，在上述溶胶凝胶(sol-gel)反应中，所使用的硅氧烷化合物不限于四乙氧基硅烷(teos)，还可包括其他合适的硅氧烷化合物。举例而言，在一实施例中，硅氧烷化合物可为具有化学式si(or¹)4或si(or²)3r³的硅氧烷化合物，其中每一个r¹、r²、r³可各自独立地为h或烷基。在一些实施例中，烷基可例如为c1～c8的烷基。在一些实施例中，本发明所使用的硅氧烷化合物也可为四甲氧基硅烷(tmos)、四丁氧基硅烷(tbos)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、丙基三乙氧基硅烷(n-propyltriethoxysilane)、戊基三乙氧基硅烷(triethoxypentylsilane)、异丁基三乙氧基硅烷(isobutyltriethoxysilane)、正辛基三乙氧基硅烷(n-octyltriethoxysilane)或前述的组合。在一些实施例中，本发明所使用的硅氧烷化合物为四乙氧基硅烷(teos)、四甲氧基硅烷(tmos)、四丁氧基硅烷(tbos)或前述的组合。

在一些实施例中，所述硅氧烷化合物与所述有机颜料粒子14的重量比可例如为1∶1～3∶1。举例而言，在本发明一实施例中，硅氧烷化合物与有机颜料粒子14的重量比为2∶1。若硅氧烷化合物与有机颜料粒子14的重量比过大，例如硅氧烷化合物相对于有机颜料粒子14的比值大于3，则有多余的硅氧烷官能基会产生自组装现象，并无益于增加颜料复合粒子的耐候性，且可能使所制备成的涂料产生提早凝胶化的现象，导致涂料安定性不佳；若硅氧烷化合物与有机颜料粒子14的重量比过小，例如硅氧烷化合物相对于有机颜料粒子14的比值小于1，则所形成的交联结构12可能无法完整包覆有机颜料粒子14，造成耐候性仍有不足的现象。

在一些实施例中，上述溶胶凝胶(sol-gel)反应中所使用的酸可包括盐酸、硝酸、醋酸、硫酸或前述的组合。在本发明中，添加酸可使得硅氧烷化合物水解产生oh基。酸的浓度和用量可依照实际需求进行调整，只要使ph值介于1～5即可进行溶胶凝胶(sol-gel)反应。

在一些实施例中，上述溶胶凝胶(sol-gel)反应中所使用的溶剂可包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、甲乙酮、丙酮、环己酮、甲基乙基酮、甲基叔丁基酮、乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇醚、乙二醇乙醚、四氢呋喃(thf)、乙酸乙酯、乙酸丙二醇甲酯(pgmea)、乙基-2-乙氧基乙醇乙酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸正丁酯、氯仿、戊烷、正己烷、环己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯、水或前述的组合。

在本发明另一实施例中，提供一种耐候涂料，包含100重量份前述的颜料复合粒子10、500～1500重量份的树脂、以及100～600重量份的溶剂。在本发明中，可根据需要调整耐候涂料各成份的比例，以得到具有所需性质的耐候涂料。例如，在一实施例中，可利用100重量份前述的颜料复合粒子10、500～1000重量份的树脂以及100～600重量份的溶剂形成耐候涂料。或者，在另一实施例中，可利用100重量份前述的颜料复合粒子10、800～1500重量份的树脂以及100～600重量份的溶剂形成耐候涂料。

在一些实施例中，相对于100重量份前述的颜料复合粒子10，可使用例如500～1000重量份或1000～1500重量份的树脂。在一些实施例中，本发明所使用的树脂可包括丙烯酸树脂、聚酯树脂、氟碳树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂(urethaneresin)、聚苯乙烯树脂(psresin)、聚乙烯丁醛树脂(pvbresin)、硅酮类树脂(siliconeresin)、苯氧基树脂(phenoxyresin)、尿素树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(absresin)或前述的组合。

在一些实施例中，相对于100重量份前述的颜料复合粒子10，可使用例如100～400重量份或400～600重量份的溶剂。在一些实施例中，本发明所使用的溶剂可包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、甲乙酮、丙酮、环己酮、甲基乙基酮、甲基叔丁基酮、乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇醚、乙二醇乙醚、四氢呋喃(thf)、乙酸乙酯、乙酸丙二醇甲酯(pgmea)、乙基-2-乙氧基乙醇乙酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸正丁酯、氯仿、戊烷、正己烷、环己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯、水或前述的组合。

在一些实施例中，本发明提供的耐候涂料可更包括分散剂。在一些实施例中，所述分散剂可为高分子型分散剂，例如：乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚混合物、乙烯丙烯酸共聚物、聚酰胺/氧化聚乙烯共聚混合物、聚乙烯共聚物或前述的组合。

在一些实施例中，本发明提供的耐候涂料可更包括其他添加剂，例如：调色剂。在一些实施例中，调色剂可例如为：钛青素(phthalocyanine)二酮吡咯(1-methyl-2-pyrrolidone)或前述的组合。在本发明中，可借由添加调色剂将有机颜料的颜色调整为接近黑色。

图2为根据本发明一实施例显示耐候结构20的剖面示意图。如图2所示，在本发明一实施例中，提供一种耐候结构20，包括一基板22，以及位于基板22上的一耐候涂层24。

在一些实施例中，所述基板22可包括不锈钢、碳钢、镀锌钢、镀锌铝板、铝板、水泥、硅酸钙板、瓷砖、石材、织物或前述的组合。

在一些实施例中，所述耐候涂层24包括100重量份的颜料复合粒子26(相当于图1中的颜料复合粒子10)以及500～1500重量份的树脂28。颜料复合粒子26分散于树脂28中。

在一些实施例中，相对于100重量份的颜料复合粒子26，可使用例如500～1000重量份或1000～1500重量份的树脂28。在一些实施例中，所述树脂28可包括丙烯酸树脂、聚酯树脂、氟碳树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂(urethaneresin)、聚苯乙烯树脂(psresin)、聚乙烯丁醛树脂(pvbresin)、硅酮类树脂(siliconeresin)、苯氧基树脂(phenoxyresin)、尿素树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(absresin)或前述的组合。

图3为根据本发明另一实施例显示耐候结构30的剖面示意图。如图3所示，与耐候结构20类似地，耐候结构30也包括一基板32，以及位于基板32上的一耐候涂层34。

在一些实施例中，所述基板32可包括不锈钢、碳钢、镀锌钢、镀锌铝板、铝板、水泥、硅酸钙板、瓷砖、石材、织物或前述的组合。

在一些实施例中，所述耐候涂层34包括100重量份的颜料复合粒子36(相当于图1中的颜料复合粒子10)以及500～1500重量份的树脂38。颜料复合粒子36分散于树脂38中。

在一些实施例中，相对于100重量份的颜料复合粒子36，可使用例如500～1000重量份或1000～1500重量份的树脂38。在一些实施例中，所述树脂38可包括丙烯酸树脂、聚酯树脂、氟碳树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂(urethaneresin)、聚苯乙烯树脂(psresin)、聚乙烯丁醛树脂(pvbresin)、硅酮类树脂(siliconeresin)、苯氧基树脂(phenoxyresin)、尿素树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(absresin)或前述的组合。

耐候结构30与图2所示的耐候结构20的差异在于，耐候结构30更包括一反射层33，位于基板32和耐候涂层34之间。在一些实施例中，所述反射层33可例如为具有高折射率的涂层。在一实施例中，所述具有高折射率的涂层可由包含二氧化钛(tio2)的涂料形成。

本发明所提供的耐候结构20、30可借由前述的耐候涂料涂布在基板22、32或反射层33上，经干燥后形成一耐候涂层24、34。在一些实施例中，涂布工艺可例如为旋转涂布(spincoating)、刮刀涂布(bladecoating)、棒状涂布(barcoating)、线棒涂布(wirebarcoating)、刷涂(brushcoating)、滚筒涂布(rollercoating)、喷涂(spraycoating)、流动涂布(flowcoating)、其他可应用的涂布工艺或前述的组合。

在本发明实施例中，可根据不同的应用调整耐候涂层24、34的厚度，以得到具有所需性质的耐候结构20、30。举例而言，在一些实施例中，耐候涂层24、34的厚度可为20μm～60μm，例如为20μm～40μm或40μm～60μm。

本发明所提供的颜料复合粒子、及其形成的涂料及结构具有高耐候性，经过环境耐候测试，在紫外光照射后的δe小于或等于2，解决了目前有机颜料耐候性不佳的问题。例如，在一些实施例中，在紫外光照射后的δe＜1或δe＜0.5。

以下列举各比较例及实施例说明本发明提供的颜料复合粒子、其形成的耐候涂料及耐候结构及其特性如下：

比较例1

取有机颜料粒子(basfpaliogenl0086，结构如下所示)0.3g，加入3g异丙醇(isopropanol；ipa)混合均匀后，再加入0.24g、0.1n的盐酸，配制成含有有机颜料粒子的分散液。

实施例1

取四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane；teos)0.6g、有机颜料粒子(basfpaliogenl0086)0.3g，加入3g异丙醇(ipa)均匀混合后，再加入0.24g、0.1n的盐酸，然后常温进行溶胶-凝胶(sol-gel)反应约2小时后，升温至约80℃，继续反应2小时，配制成含颜料复合粒子的分散液。

实施例2

制备方法同实施例1，惟其中将四乙氧基硅烷(teos)以甲基三乙氧基硅烷(mtes)取代。配制成含颜料复合粒子的分散液。

实施例3

制备方法同实施例1，惟其中将0.24g、0.1n的盐酸以0.24g、1n的盐酸取代，且在常温进行溶胶-凝胶反应约2小时后，改为升温至约60℃，继续反应2小时，配制成含颜料复合粒子的分散液。

实施例4

制备方法同实施例1，惟其中将有机颜料粒子以basfpaliogenl0086：red224重量比约10∶4的组成及少量作为调色剂的钛青素(phthalocyanine)取代，以及将3g异丙醇(ipa)以2.4g正丁醇(1-butanol；nba)与0.6g乙酸乙酯(ethylacetate；eac)取代。red224的结构如下所示。

[涂层及结构的制备]

将各比较例及各实施例所制得的分散液3g与丙烯酸树脂(厂商：长兴；型号：7132)7g均匀混合，形成涂料。接着，以刮刀涂布(bladecoating)方式将涂料涂布于铝板上，在100℃下烘干10分钟形成涂层，完成结构的制备。其中，利用各比较例及各实施例的涂料所制成的结构都具有相同厚度的涂层。

最后，以紫外线老化试验机(quv)对结构进行环境耐候测试。

从测试结果得知，利用实施例1、3、4所制成的耐候结构在紫外光照射1000小时后的δe分别为0.72、0.96、0.20，利用实施例2所制成的耐候结构在紫外光照射750小时后的δe为0.17，显示实施例1～4所制成的耐候结构在紫外光照射前后的耐候性良好。依照astmg154测试标准可知，上述耐候结构的使用年限可长达5年。

相较之下，利用比较例1所制成的结构在紫外光照射1000小时后的δe为2.1，显示其耐候性不佳。

由上述结果可知，本发明所提供的颜料复合粒子可制成具有高耐候性的耐候涂料及耐候结构，以紫外光照射后的δe可小于或等于2(例如小于1或小于0.5)，可广泛用于建筑、外墙、屋顶、汽车或织物上。

应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。