用于基板上的光催化层的保护性涂料组合物制造技术

一种涂覆基板，所述涂覆基板包含：包含经处理的层的基板；光催化层；以及保护层，所述保护层用于阻止所述经处理的层因光催化剂而导致的降解，所述保护层设置于所述光催化层和所述经处理的层之间，所述保护层包含分布在基质中的胶体粒子，所述基质至少部分地由有机硅相组成，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成不挥发性无机相，其中所述有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于基板的保护性涂层(protective coatings)。特别而言，本专利技术涉及用于自清洁系统中的保护性涂层。
技术介绍
涂覆(coated)表面(如涂漆(painted)表面)往往随时间积聚污物和灰尘，特别是当暴露至环境时更是如此。对于例如用于屋顶和墙壁覆层(cladding)中的涂漆钢板等建筑产品而言，这是特有的问题。其结果是，必须定期对这些表面进行清洁以维持其外观。清洁过程通常是昂贵、耗时的，并且有时相当困难，尤其是当这些表面难以接近时更是如此。这种污物和灰尘大量地由有机物质组成。就此而言，有必要减少有机物质在涂覆表面上的积累，以避免定期手动清洁涂覆表面的需要。一种解决方案是使涂层中包含能降解有机物质的物质。降解有机物质的一种方法是将光催化层引入涂层表面。在光的作用下，光催化层产生活性氧物质(ROS，诸如羟基和超氧离子)，其与有机物质反应并破坏有机物质。然而，若下层基板包含有机组合物(如涂漆层)，则这些离子也可腐蚀该下层基板，并可因此对涂层的耐久性和寿命产生不利影响。因此，对于阻止这些活性氧物质扩散的手段存在需求。上述对
技术介绍
的引述并不构成对所述技术成为本领域普通技术人员的公知常识的一部分的承认。上述引述也并非旨在限制本文所公开的装置和方法的应用。
技术实现思路
在第一方面，提供了一种涂覆基板，所述涂覆基板包含：-包含经处理的层的基板；-光催化层；以及-保护层，所述保护层用于阻止所述经处理的层因光催化剂而导致的降解，所述保护层设置于所述光催化层和所述经处理的层之间，所述保护层包含分布在基质中的胶体粒子，所述基质至少部分地由有机硅相组成，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成不挥发性无机相，其中所述有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂。胶体粒子可借助于其通常相对均匀分布的尺寸和形状(从而使得其组装为大致规则的晶格排列)，来提供阻止活性氧物质扩散的有效物理屏障。因此，晶格排列内部的相邻粒子可相互接触并结合。然而，所述胶体粒子之间的间隙容积(interstitial volume)可能为活性氧物质的化学扩散提供了途径。通过以包含有机硅相的基质(所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成不挥发性无机相)至少部分地填充所述容积，增加了基质密度，并可使得活性氧物质的扩散最小化或得到抑制。胶体粒子和基质(包含有机硅相或其氧化产物)的组合可共同提供有效的屏障层。专利技术人已经认识到，在基板和光催化层之间设置单独的保护层(与组合的保护层/光催化层相对)为所述基板提供了针对活性氧物质的更多保护。除非专门针对该功能进行设计，组合的保护层/光催化层可能不会提供太多保护。已经发现，当有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂(自身包含或与游离硅烷、有机-无机聚合物杂合体(hybrid)或硅酮(silicone)微乳液组合)时，获得了最佳结果。在一个实施方式中，有机硅相自身包含表面活性剂。不希望受理论限制，相信使用表面活性剂作为有机硅相(与例如树脂相对)确保了胶体粒子充分润湿，因此使保护层中的粒子最佳地相互结合。已经发现，使涂料组合物中包含表面活性剂还促进涂料组合物的涂覆(如通过辊涂(roll coating)进行涂覆)。与基于碳的表面活性剂相对，使用基于硅的表面活性剂还提高了胶体粒子和有机硅基质之间的结合强度。在第二方面，公开了一种用于在基板上形成保护性涂层的涂料组合物，所述组合物包含处于介质中的胶体粒子，所述介质包含有机硅相，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成无机硅酸盐相，其中所述有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂。因此，能够被氧化的有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成无机硅酸盐相。该涂料组合物可进一步包含其它有机硅相，诸如游离硅烷、有机-无机聚合物杂合体、溶胶-凝胶或硅酮微乳液、涂覆至个体二氧化硅(silica)胶体粒子上的有机硅化合物，或以上物质的组合。无机硅酸盐相可以是网状硅酸盐。已经发现，使用包含掺入有机硅组分的表面活性剂的有机硅相(自身包含或与游离硅烷、有机-无机聚合物杂合体或硅酮微乳液组合)获得了更佳的结果。优选地，所述有机硅相自身包含表面活性剂。在第三方面，公开了一种用于在基板上形成保护性涂层的涂料组合物，所述组合物包含处于介质中的胶体粒子，所述介质包含掺入有机硅组分的表面活性剂，所述胶体粒子包含至少一种有机硅相的外层，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成无机硅酸盐相。在一个实施方式中，掺入有机硅组分的表面活性剂为以下表面活性剂族中的一种：乙氧基化的七甲基三硅氧烷表面活性剂或聚环氧烷改性的七甲基三硅氧烷，如2-[甲氧基(低聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷。在一个实施方式中，包含胶体粒子上的外层的有机硅相包含官能化的烷基取代的烷氧基硅烷Si(R1)x(OR2)4-x，其中：x为1-3；R1为在烷氧基硅烷中常见类型的有机官能团，包括烷基或芳基、卤素、环氧化物、异氰酸酯/盐、羟化物、季铵阳离子、胺、羧酸或羧酸衍生物、酮或醛、羟化物、醚等；R2为烷基CnH2n+1，其中n＝1-5。在一个实施方式中，所述烷基取代的烷氧基硅烷为三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、1,6-双(三甲氧基甲硅烷基)己烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、γ-二丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、九氟丁基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-苯胺基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十八烷基二甲基-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵、N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化异硫脲、氨基苯基三甲氧基硅烷、N-(三甲氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基氯化铵、N,N-二癸基-N-甲基-N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵、(2-三乙氧基甲硅烷基丙氧基)乙氧基环丁砜、N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三...

【技术保护点】
一种涂覆基板，所述涂覆基板包含：‑包含经处理的层的基板；‑光催化层；以及‑保护层，所述保护层用于阻止所述经处理的层因光催化剂而导致的降解，所述保护层设置于所述光催化层和所述经处理的层之间，所述保护层包含分布在基质中的胶体粒子，所述基质至少部分地由有机硅相组成，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成不挥发性无机相，其中所述有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.28 AU 2012900763;2012.02.28 AU 20129007641.一种涂覆基板，所述涂覆基板包含：
-包含经处理的层的基板；
-光催化层；以及
-保护层，所述保护层用于阻止所述经处理的层因光催化剂而导致的
降解，所述保护层设置于所述光催化层和所述经处理的层之间，所述保
护层包含分布在基质中的胶体粒子，所述基质至少部分地由有机硅相组
成，所述有机硅相能够被活性氧物质所氧化，形成不挥发性无机相，其
中所述有机硅相包含掺入有机硅组分的表面活性剂。
2.如权利要求1所述的涂覆基板，其中，所述有机硅相能够被所述
活性氧物质所氧化，形成网状硅酸盐。
3.如权利要求1或2所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子包含一
种或多种氧化物。
4.如权利要求2或3所述的涂覆基板，其中，所述有机硅相进一步
包含游离硅烷、有机-无机聚合物杂合体、硅酮微乳液、涂覆至二氧化硅
胶体粒子上的有机硅化合物，或以上物质的组合。
5.如权利要求2-4中任一项所述的涂覆基板，其中，所述掺入有机
硅组分的表面活性剂选自于以下表面活性剂族：乙氧基化的七甲基三硅
氧烷表面活性剂或聚环氧烷改性的七甲基三硅氧烷，如2-[甲氧基(聚乙
烯氧基)-丙基]七甲基三硅氧烷。
6.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子
选自于诸如硅、铝、硼、钛、锆和磷的金属元素和/或非金属元素的一种
或多种氧化物。
7.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述保护层中
胶体粒子的浓度范围为0.01％-99％。
8.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子
包含Ludox家族的纳米粒子二氧化硅胶体。
9.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子
的粒径范围为0.4nm-400nm。
10.如权利要求9所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子的粒径大
于10nm。
11.如权利要求10所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒子的粒径范
围为10nm-40nm。
12.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒
子具有窄的粒径分布。
13.如权利要求1-11中任一项所述的涂覆基板，其中，所述胶体粒
子由至少两种具有不同粒径分布的材料组成。
14.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述保护层
赋予不大于20ΔE单位的颜色和光泽度。
15.如权利要求4所述的涂覆基板，其中，所述涂覆基板和未涂覆
基板之间的光泽度差异不超过20％。
16.如前述权利要求中任一项所述的涂覆基板，其中，所述保护层
的厚度为25nm-1000nm。
17.如权利要求6所述的涂覆基板，其中，所述保护层的厚度为

\t50nm-600nm。
18.如权利要求7所述的涂覆基板，其中，所述保...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢恩·A·麦克拉弗林，习彬彬，埃文·J·埃文斯，爱德华·M·博格，
申请(专利权)人：蓝野钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU