具有改善的硬度和抗冲击性的溶胶‑凝胶组合物制造技术

本公开内容提供了包含基于硅氧烷的聚合物和有机聚合物的混杂涂层组合物。可以将所述组合物施加至各种基底，该基底包括金属、陶瓷材料、塑料、复合材料、矿物等。还提供了用于制造制品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年5月20日提交的美国临时专利申请序列第62/000,679号的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及溶胶-凝胶组合物，具体地，涉及具有改善的特性的混杂溶胶-凝胶组合物。在一个实施方案中，可由所述组合物形成涂层以提供具有改善的特性(例如提高的硬度、耐磨性、抗冲击性和耐化学性)的表面。2.相关技术溶胶-凝胶反应形成硅氧烷基体是公知的。溶胶-凝胶反应分两个步骤进行，如下所示。在第一个步骤(1)中，用水使烷氧基硅烷水解以形成相应的硅烷醇。该步骤可以是酸或碱催化的，然而对商业体系来说，酸催化体系是常规的。在第二个步骤(2a)中，两个硅烷醇分子之间的缩合反应形成硅氧烷(Si-O-Si)键。根据烷氧基硅烷的分子结构，水解之后，缩合步骤可以接着在形成基体的两个或更多个方向重复。凝胶化或基体形成是膜形成步骤。全部反应过程可以在室温下或者在升高的温度下进行。所形成的硅烷醇的固化或缩合比水解慢的多。固化可以在室温下非常慢地进行，但是商业上的固化通常在箱式或隧道式烘炉中进行。基于溶胶-凝胶反应的典型硅氧烷涂层形成倾向于非常脆且易碎的高度交联基体。过度的脆性导致非常低的耐刮擦性和耐磨性。典型的包含硅氧烷基体和有机聚合物的混杂组合物通常为已经形成的无机基体和有机聚合物的混合物，或者包含具有可以经受溶胶-凝胶缩合反应的烷氧基硅烷基团的有机聚合物。这些组合物涉及复杂的合成并且倾向于在商业上不可行。此外，典型的混杂组合物由于所用的有机聚合物而具有低使用温度，从而限制其应用。期望对上述内容进行改进。
技术实现思路
本公开内容提供了包含基于硅氧烷的聚合物和有机聚合物的混杂涂层组合物。已经发现，如果向溶胶-凝胶前体混合物中添加有机聚合物，则可以获得对硬度和耐磨特性的显著改善并保持到高至接近所选择的聚合物的熔点、玻璃化转变温度或热变形温度的温度。可以将所述组合物施加至各种基底包括金属、陶瓷材料、塑料、复合材料、矿物等。还提供了用于制造制品的方法。在一个示例性实施方案中，提供了混杂溶胶-凝胶涂层组合物。所述混杂溶胶-凝胶涂层组合物包含硅氧烷基体和有机聚合物。有机聚合物包括以下的至少一种：玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物；熔点为200℃或更高的结晶热塑性聚合物；和热变形温度为200℃或更高的热固性聚合物。在一个更具体的实施方案中，有机聚合物包括玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，混杂溶胶-凝胶涂层组合物包含无机填料。在另一个更具体的实施方案中，无机填料为碳化硅。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，有机聚合物作为硅氧烷基体中的独立相内含物存在。在任一上述实施方案的另一个更具体的实施方案中，硅氧烷基体限定基体中的多个空间，有机聚合物位于所述多个空间内。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，有机聚合物选自：聚苯硫醚(PPS)；聚醚砜(polyethersulones)(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯砜(PPSU)；聚醚砜(polyethersulfone)(PESU)；聚酰胺-酰亚胺(PAI)；聚醚酰亚胺(PEI)，以及上述物质的组合。在一个甚至更具体的实施方案中，有机聚合物包括聚苯硫醚(PPS)。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，以总干重计，有机聚合物占所述组合物的2wt％至50wt％。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，硅氧烷基体由下式的有机烷氧基硅烷形成：RxSi(OR’)4-x其中：R为独立地选自直链、支链或环状烷基和芳基的一个或更多个部分；R’为甲基、乙基、丙基或烷基；且x至少为0且小于4。在一个甚至更具体的实施方案中，R为C6芳基或C1-C6直链或支链烷基。在另一个更具体的实施方案中，x至少为1且小于4。在一个甚至更具体的实施方案中，x为1。在任一上述实施方案的另一个更具体的实施方案中，硅氧烷基体由选自以下的有机烷氧基硅烷形成：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、以及上述物质的组合。在一个示例性实施方案中，提供了用于形成混杂溶胶-凝胶涂层的组合物。所述组合物包含至少一种有机烷氧基硅烷，至少一种有机聚合物和至少一种溶剂。有机聚合物包括以下的至少一种：熔点为200℃或更高的结晶热塑性聚合物；玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物；和热变形温度为200℃或更高的热固性聚合物。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，所述组合物还包含无机填料，例如碳化硅。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，以总干重计，有机聚合物占所述组合物的2wt％至50wt％。在任一上述实施方案的另一个更具体的实施方案中，有机聚合物包括聚苯硫醚(PPS)。在一个示例性实施方案中，提供了一种涂覆制品。在一个示例性实施方案中，所述制品涂覆有根据上述实施方案中任一实施方案的混杂溶胶-凝胶涂层。在一个示例性实施方案中，所述制品为一种厨具制品。在一个示例性实施方案中，提供了一种形成涂层的方法，所述方法包括：提供混合物，将混合物施加至基底，以及使混合物固化以产生混杂溶胶-凝胶涂层。在一个更具体的实施方案中，所述混合物为根据任一上述实施方案的组合物，在另一个实施方案中，所述混合物包含有机硅氧烷和有机聚合物，其中有机聚合物包括以下的至少一种：熔点为200℃或更高的结晶热塑性聚合物；玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物；和热变形温度温度为200℃或更高的热固性聚合物。在任一上述实施方案的一个更具体的实施方案中，所述方法还包括在将所述混合物施加至基底之前，用催化剂使有机硅氧烷水解。通过参照以下结合附图对本专利技术实施方案的描述，本专利技术的上述和其他特征以及实现它们的方式将变得更清楚，并且将更好地理解本专利技术自身。附图简述以下参照附图更详细地说明本公开内容。在附图中：图1A涉及实施例1并示出了对常规溶胶-凝胶涂覆板进行冲击测试的结果。图1B涉及实施例1并且示出了对示例性混杂溶胶-凝胶涂覆板进行冲击测试的结果。图2A涉及实施例2并且示出了对具有不同水平的聚苯硫醚(PPS)的常规溶胶-凝胶涂覆板和示例性混杂溶胶-凝胶涂覆板进行耐化学性测试的结果。图3涉及实施例3并且示出了实施例2固化涂层的第一扫描电子显微镜(SEM)横截面图像。图4涉及实施例3并且示出了实施例2固化涂层的第二扫描电子显微镜(SEM)横截面图像。图5涉及实施例4并且为球磨24小时之后的颗粒尺寸。图6A涉及实施例5并且示出了在60°下测量的光泽度随以微米为单位的干膜厚度的变化。图6B涉及实施例5并且示出了各种有机聚合物的平均光泽度测量值随聚合物颗粒尺寸的变化。图7涉及实施例5并且示出了各种有机聚合物的耐刮擦型。图8A涉及实施例5并且示出了ISO2409标准参考。图8B涉及实施例5并且示出了各种有机聚合物的粘附图。图9涉及实施例5并且示出了正反面抗冲击性测试结果。图10涉及实施例5并且示出了耐酸化学性和耐碱化学性测试结果。图11涉及实施例5并且示出了TGA测试结果。图12涉及实施例6并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混杂溶胶‑凝胶涂层组合物，包含：硅氧烷基体；和有机聚合物，其中所述有机聚合物包括以下中的至少一种：玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物；熔点为200℃或更高的结晶热塑性聚合物；和热变形温度为200℃或更高的热固性聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.20 US 62/000,6791.一种混杂溶胶-凝胶涂层组合物，包含：硅氧烷基体；和有机聚合物，其中所述有机聚合物包括以下中的至少一种：玻璃化转变温度为200℃或更高的非晶热塑性聚合物；熔点为200℃或更高的结晶热塑性聚合物；和热变形温度为200℃或更高的热固性聚合物。2.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，还包含无机填料。3.根据权利要求2所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述无机填料为碳化硅。4.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述有机聚合物在所述硅氧烷基体中作为独立相内含物存在。5.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述硅氧烷基体限定基体中的多个空间，所述有机聚合物位于所述多个空间中。6.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述有机聚合物选自：聚苯硫醚(PPS)；聚醚砜(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯砜(PPSU)；聚醚砜(PESU)；聚酰胺-酰亚胺(PAI)；聚醚酰亚胺(PEI)，以及上述物质的组合。7.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述有机聚合物包括聚苯硫醚(PPS)。8.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中以总干重计，所述有机聚合物占所述组合物的2wt％至50wt％。9.根据权利要求1所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中所述硅氧烷基体由下式的有机烷氧基硅烷形成：RxSi(OR')4-x其中：R为独立地选自直链、支链或环状烷基和芳基的一个或更多个部分；R’为甲基、乙基、丙基或烷基；且x至少为0且小于4。10.根据权利要求9所述的混杂溶胶-凝胶涂层组合物，其中R为C6芳基或C1-C6直...

【专利技术属性】
技术研发人员：马泰奥·斯佩林迪奥，斯科特·C·莱克，里卡尔多·皮拉斯，迈克尔·J·林德斯特伦，
申请(专利权)人：华福涂料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US