环氧硅烷低聚物和包含它的涂料组合物制造技术

一种制备环氧硅烷低聚物的方法，其包括在催化剂的存在下将具有２或３个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和／或脂环族环氧硅烷和任选的不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于１．５当量的水反应，其中所述水在反应期间连续送入。

【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是2005年4月7日提交的共同未决的美国专利申请序列号11/100,840的部分继续，该申请的全部内容在此引入作为参考。
技术介绍
有大量文献描述了单体环氧官能硅烷的应用。这类硅烷单独使用或者与合适的聚合物组合使用。然而，在将单体环氧硅烷用在水中的主要困难之一是它们对水解和缩合敏感，难以控制。另外，由于环氧官能团表现出开环的趋势，因此当将单体环氧硅烷用在水中时环氧官能团的稳定性难以控制。 使用预先水解和预先缩合的硅烷是这类问题的一种解决方案。预先水解和缩合的硅烷可以是这样的低聚结构，该结构由于硅烷端部已经部分或全部缩合和较快的固化速率而因此具有特定的特征，比如受控的分子量、通常良好的成膜能力和分散性能。该低聚物的这一方面使得它们对于涂料工业有吸引力，因为其拓宽了应用的领域并且还有助于获得较快的涂覆或配制性能。然而，高分子量低聚物可能进一步缩合成较大的硅氧烷网状结构，这导致形成难以使其溶于水的结构。 例如，美国专利No.6,391,999披露了用于无溶剂体系或基于溶剂的体系中的多官能环氧硅氧烷低聚物。这些多官能环氧硅氧烷低聚物具有高的分子量和较少量的残余硅烷官能团。因此，使该低聚物溶于水非常困难。 使用单体环氧硅烷的另一个缺点是它们释放出大量挥发性有机化合物(VOC)-由被烷氧基官能团引入的醇含量表示。 工业总趋势是减少或消除VOC或者有害空气污染物(HAPS)的释放。希望减少在涂料、粘合剂和密封剂应用中可能涉及的任何结构的甲醇含量。 还希望制备耐化学物质的水基涂料，以及基于金属粉末比如铝、锌、青铜和其他金属或有机颜料的抗腐蚀剂。金属颜料对水敏感，还需要在水中具有对这类金属粉末的优良保护而使其免于公知的被称为氢放出的历程。 还希望设计这样的水基涂料，该涂料具有优良的粘合性能、机械或化学耐受性以及显著的耐候性能，并且可涂覆在各种基材例如金属或塑料基材、纤维素或天然基材、混凝土和通常用于涂料和粘合剂以及密封剂工业中的任何其他材料上。 因此，需要制备可用于水性体系中的水溶性环氧硅烷低聚物。还需要具有环氧官能团的环氧硅烷低聚物结构可用于防腐水性体系、富含锌的底漆、预涂底漆(shop primer)、金属颜料分散体或其他涂料应用。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种制备环氧硅烷低聚物的方法，其包括在催化剂的存在下将具有2或3个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和/或脂环族环氧硅烷和任选的不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于1.5当量的水反应，其中所述水在反应期间连续送入。 进一步根据本专利技术，提供了一种包含通过上述方法制备的环氧硅烷低聚物的涂料组合物。 甚至进一步根据本专利技术，提供一种水性组合物，该组合物包含至少一种环氧硅烷低聚物，其中该环氧硅烷低聚物通过在催化剂的存在下将具有2或3个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和/或脂环族环氧硅烷和任选的不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于1.5当量的水反应而制备，其中在反应期间将所述水连续送入；和一种或多种任选的选自以下的组分表面活性剂、pH调节剂、助溶剂、单体硅烷、粘合剂、交联剂和颜料糊剂分散体。 根据本专利技术，还提供一种制备水性涂料组合物的方法，其包括在酸性条件下将至少一种环氧硅烷低聚物与一种或多种任选的选自pH调节剂、助溶剂、表面活性剂和单体硅烷的组分预先溶解在水溶液中，其中该环氧硅烷低聚物通过在催化剂的存在下将具有2或3个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和/或脂环族环氧硅烷和任选的不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于1.5当量的水反应而制备，其中在反应期间将所述水连续送入；和将粒状金属分散在该水溶液中。 与描述于美国专利No.6,391,999中的不容易水溶的环氧硅烷低聚物不同，通过本专利技术的方法制备的环氧硅烷低聚物表现出好的水溶性，这使得它们特别可用作水基和水性涂料的组分。 参照以下描述和所附权利要求，本专利技术的各个其他特征、方面和优点将变得更加明显。 附图说明 图1是描述根据现有技术形成涂料的方法的流程图。 图2是描述根据本专利技术的一种实施方案形成涂料的方法的流程图。 图3是描述根据本专利技术的另一实施方案形成涂料的方法的流程图。 图4是描述根据本专利技术的另一实施方案形成涂料的方法的流程图。 图5是描述根据本专利技术的另一实施方案形成涂料的方法的流程图。 图6是描述根据本专利技术的另一实施方案形成金属糊剂的方法的流程图。 图7是描述根据本专利技术的另一实施方案形成保护性涂料的方法的流程图。 具体实施例方式 环氧硅烷低聚物在催化剂的存在下用具有2或3个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和/或脂环族环氧硅烷、任选地不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于1.5当量的水而合成，其中所述水在反应期间连续送入。 根据本专利技术的一种实施方案，在连续引入水和使用强阳离子交换树脂作为催化剂的条件下，采用受控的环氧硅烷单体的水解和缩合而合成环氧硅烷低聚物。该环氧硅烷低聚物可以是具有2或3个官能烷氧基的缩水甘油氧基硅烷或脂环族环氧硅烷。 根据本专利技术的另一实施方案，环氧硅烷单体可以基于缩水甘油氧基环氧硅烷或脂环族环氧硅烷与可以提供特定有机官能特征比如乙烯基、甲基丙烯酰基、烷基、聚氧化烯等的其他单体硅烷的组合，条件是这些官能特征不与环氧官能团相互作用。 根据本专利技术的另一实施方案，将环氧硅烷单体与聚氧化烯官能硅烷组合，后者提高了这两种硅烷的低聚物的水溶性和稳定性。可以加入在本文中引入作为参考的美国专利3,337,496、3,341,469和5,073,195中提及的其他单体硅烷以提高环氧硅烷低聚物的溶解性和稳定性。 根据本专利技术的另一实施方案，缩水甘油氧基硅烷可以是以下的一种或多种γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等。 根据本专利技术的另一实施方案，脂环族环氧硅烷可以是以下的一种或多种β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基甲基二甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基甲基二乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷等。 催化剂可以是离子交换树脂，例如可从Plurolite获得的 CT-175或CT275，可从Rohm & Haas获得的 IRA 400、402、904、910或966，可从Bayer获得的 M-500、M-504、M-600、M-500-A、M-500或K-2641，可从Dow获得的 SBR、SBR-P、SAR、MSA-l或MSA2，或者可从Mitsubishi获得的 SA10、SA12、SA 20A、PA-302、PA-312、PA-412或PA-308。催化剂也可以是单独的烷基铵盐例如十六烷基三甲基氯化铵、四正丁基氯化铵或者苄基三甲基氯化铵或者这些烷基铵盐的溴化物或氢氧化物，或者与卤化物盐的组合。还可用作催化剂的是季铵有机官能硅烷和载体例如陶瓷(包括玻璃)、硅胶、沉淀或热解法二氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐等的反应产物。 根据本专利技术的另一实施方案，水与硅烷单体的摩尔比为约0.1-约1.5。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备水性涂料组合物的方法，其包括：　（ｉ）在酸性条件下将至少一种环氧硅烷低聚物与一种或多种任选的选自ｐＨ调节剂、助溶剂、表面活性剂和单体硅烷的组分预先溶解在水溶液中，其中该环氧硅烷低聚物通过在催化剂的存在下将具有２或３个烷氧基的缩水甘油氧基硅烷和／或脂环族环氧硅烷和任选的不同于缩水甘油氧基硅烷和脂环族环氧硅烷的可共聚硅烷与少于１．５当量的水反应而制备，其中在反应期间将所述水连续送入；和　（ｉｉ）将粒状金属分散在该水溶液中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰勒琼，伊薇斯金蒂尔，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]