具有无机金属氧化物的耐磨涂层组合物制造技术

本技术提供了一种涂层体系，其包括可固化有机硅聚合物和催化剂，其中所述催化剂选自超强碱、超强碱的盐或其两种或更多种的组合。

Composition of Wear Resistant Coatings with Inorganic Metal Oxides

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无机金属氧化物的耐磨涂层组合物相关申请的交叉引用本申请要求于2017年6月27日提交的美国专利申请号15/634,102的优先权和权益，后者要求于2016年11月30日提交的美国临时申请号62/427,848的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开主题涉及用于涂覆各种基体的涂层组合物或体系。特别地，本主题涉及提供耐磨涂层的涂层组合物，例如硬涂层制剂。
技术介绍
聚合材料，特别是热塑性塑料如聚碳酸酯，对于用作其中增加设计自由度、减轻重量和改进的安全特征具有高需求的包括汽车、运输和建筑玻璃窗应用在内的各种应用中的结构材料，是有希望的玻璃替代品。然而，简单的聚碳酸酯基体由于其缺乏耐磨、耐化学、抗紫外线(UV)和耐候性而受到限制，因此需要用光学透明涂层保护，所述光学透明涂层减轻聚合物材料用于上述应用的限制。传统上已经使用有机硅硬涂层提高包括聚碳酸酯和丙烯酸类的各种聚合物的耐磨性和抗UV性。这使得能够在包括建筑玻璃窗和汽车部件(如前大灯和挡风玻璃)的广泛的应用中使用聚碳酸酯。添加可热固化的有机硅硬涂层通常赋予聚合物基体耐磨性。在有机硅硬涂层中加入有机或无机UV吸收材料可以改善下面的聚合物基体的耐候性。催化剂改善了这些涂层在热条件下的固化。固化催化剂在决定硬涂层的性能中可以起到重要作用。制剂中催化剂负载不足可导致涂层的不完全固化，这将致使涂层的较低耐磨性。然而，掺入较大浓度的催化剂通常对在热条件下涂层的长期风化是有害的。高催化剂负载可能导致固化涂层的脆化，这是由于基质中高水平的残留材料，其不是交联网络的一部分。然后这会导致涂层的过早粘附失效或破裂，因为这种材料在风化过程中损失。难以找到具有高活性(并因此需要最小的负载)并表现出与常规离子催化剂相比改进的稳定性的催化剂。
技术实现思路
本专利技术技术提供了一种涂层体系，其包含可固化的硬涂层组合物和催化剂，其中所述催化剂选自超强碱、超强碱的盐或其两种或更多种的组合。已经发现，使用这些材料提供了具有最佳的耐磨性、粘附性和机械性能(如最终固化状态下的硬度和模量)的涂层组合物，特别是在有机硅基硬涂层组合物中。与常规催化剂相比，所述催化剂可以以较低的负载量使用，而不在长期性能上妥协，这可以通过加速风化研究来测量。与常规催化剂相比，固化也可以在较低温度和/或较短时间下进行。本专利技术的催化剂也可与无机UV吸收材料一起使用，并且仍提供具有最佳固化性能(例如硬度(H)和降低的模量(Er))和保护涂层性能(例如耐磨性和耐候性)的涂层。耐候性可以定义为涂覆制品在保持初始涂层性能如透射率、雾度、粘附性和耐磨性同时的户外使用寿命。它可以通过使用风化仪在加速气候条件下的风化研究来测量，所述气候条件涉及辐射、温度和湿度变化。在一个方面，提供了一种可固化的有机硅硬涂层体系，其包含：(a)可固化的有机硅基组合物，所述可固化的有机硅基组合物包含至少一种硅氧烷醇树脂和至少一种胶态金属氧化物的分散体；和(b)至少一种催化剂，其中所述催化剂选自超强碱、超强碱的盐或其两种或更多种的组合。在一种实施方案中，所述超强碱或超强碱的盐选自具有约11或更大的pKa的化合物。在一种实施方案中，所述超强碱或超强碱的盐的pKa为约11至约45。在一种实施方案中，所述催化剂选自吡啶鎓、咪唑鎓、二烷基咪唑鎓、三烷基咪唑鎓、二烷基吡咯烷鎓、单或二烷基吡啶鎓、三烷基锍、噁唑鎓、噻唑鎓、噁二唑鎓、三唑鎓、哌啶鎓、吡唑鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、三嗪鎓、鏻、锍、咔唑鎓、吲哚鎓及其衍生物、季胺和季鏻、杂环化合物(其包含至少一个带正电荷的杂原子)、有机硅/硅烷化合物(其包含一个或多个带正电荷的杂原子)，或其两种或更多种的组合。在一种实施方案中，所述催化剂选自下式的化合物：或其两种或更多种的组合，其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12独立地选自：氢、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、碳环、杂环、芳基或杂芳基；有机硅化合物，其具有选自吡啶鎓、咪唑鎓、二烷基咪唑鎓、三烷基咪唑鎓、二烷基吡咯烷鎓、单或二烷基吡啶鎓、三烷基锍、噁唑鎓、噻唑鎓、噁二唑鎓、三唑鎓、哌啶鎓、吡唑鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、三嗪鎓、鏻、锍、咔唑鎓、吲哚鎓及其衍生物、季胺和季鏻的组的侧挂或接枝阳离子基团；杂环化合物，其包含至少一个带正电荷的杂原子；有机硅/硅烷化合物，其包含一个或多个带正电荷的杂原子；或其两种或更多种的组合；X和Y选自杂原子如氮、氧、硫和磷，并且D选自有机官能团的硅化合物、有机硅/硅烷化合物或其两种或更多种的组合，所述有机官能团的硅化合物具有选自卤化物、硫酸盐、烷基硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、氰酸盐、铝酸盐、硼酸盐、甲苯磺酸盐、羧酸盐、磷卤化物、硼卤化物的侧挂或接枝阴离子基团，所述有机硅/硅烷化合物包含一个或多个带负电荷的杂原子。在一种实施方案中，所述超强碱选自下式的咪唑：其中R1、R2、R3、R4和R5独立地选自：氢、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、碳环、杂环、芳基或杂芳基；有机硅化合物，其具有选自吡啶鎓、咪唑鎓、二烷基咪唑鎓、三烷基咪唑鎓、二烷基吡咯烷鎓、单或二烷基吡啶鎓、三烷基锍、噁唑鎓、噻唑鎓、噁二唑鎓、三唑鎓、哌啶鎓、吡唑鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、三嗪鎓、鏻、锍、咔唑鎓、吲哚鎓及其衍生物、季胺和季鏻的组的侧挂或接枝阳离子基；杂环化合物，其包含至少一个带正电荷的杂原子；有机硅/硅烷化合物，其包含一个或多个带正电荷的杂原子；或其两种或更多种的组合。在一种实施方案中，所述催化剂选自下式的咪唑化合物：其中Rx可以是C1-C20亚烷基、包含一个或多个杂原子的亚芳烷基、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、碳环、杂环、芳基或杂芳基；并且R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8如上关于R1-R12所述。在一种实施方案中，所述催化剂选自超强碱的盐或两种或更多种催化剂的组合，所述超强碱的盐包括选自以下的酸：丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、戊酸(缬草酸)、己酸(己酸)、2-乙基己酸、庚酸(庚酸)、己酸、辛酸(辛酸)、油酸、亚油酸、亚麻酸、环己烷羧酸、环己基乙酸、环己烯羧酸、苯甲酸、苯乙酸、丙烷二酸(丙二酸)、丁二酸(琥珀酸)、己二酸(肥酸)、2-丁烯二酸(马来酸)、月桂酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、异壬酸(isoanoicacid)、Versatic酸、月桂酸、醋酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、异壬酸、氨基酸。在一种实施方案中，所述有机超强碱选自脒、胍、多环多胺、磷腈或其两种或更多种的组合。在一种实施方案中，所述催化剂选自每分子包含一个咪唑环的化合物，其包括咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-异丙基咪唑、2-苯基-4-苄基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-异丙基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、2,4-二氨基-6-[2'-甲基咪唑基-(1)']-乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-[2'-乙基-4-甲基咪唑基-(1)']-乙基-s-三嗪，2,4-二氨基-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可固化的有机硅硬涂层体系，其包含(a)可固化的有机硅基组合物，所述可固化的有机硅基组合物包含至少一种硅氧烷醇树脂和至少一种胶态金属氧化物的分散体；和(b)至少一种催化剂，其中所述催化剂选自超强碱、超强碱的盐或其两种或更多种的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 US 62/427,848;2017.06.27 US 15/634,1021.一种可固化的有机硅硬涂层体系，其包含(a)可固化的有机硅基组合物，所述可固化的有机硅基组合物包含至少一种硅氧烷醇树脂和至少一种胶态金属氧化物的分散体；和(b)至少一种催化剂，其中所述催化剂选自超强碱、超强碱的盐或其两种或更多种的组合。2.如权利要求1所述的有机硅硬涂层体系，其中所述超强碱或超强碱的盐的pKa大于约11。3.如权利要求1所述的有机硅硬涂层体系，其中所述超强碱或超强碱的盐的pKa为约11至约45。4.如权利要求1所述的有机硅硬涂层体系，其中所述超强碱或超强碱的盐的pKa为约20至约30。5.如权利要求1-4中任一项所述的有机硅硬涂层体系，其中所述超强碱选自咪唑、脒、胍、多环多胺、磷腈、氮杂磷杂双环十一烷或其两种或更多种的组合。6.如权利要求5所述的有机硅硬涂层体系，其中所述超强碱包含下式的咪唑化合物：或其两种或更多种的组合，其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8独立地选自：氢、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、碳环、杂环、芳基或杂芳基；有机硅化合物，其具有选自吡啶鎓、咪唑鎓、二烷基咪唑鎓、三烷基咪唑鎓、二烷基吡咯烷鎓、单或二烷基吡啶鎓、三烷基锍、噁唑鎓、噻唑鎓、噁二唑鎓、三唑鎓、哌啶鎓、吡唑鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、三嗪鎓、鏻、锍、咔唑鎓、吲哚鎓及其衍生物、季胺和季鏻的组的侧挂或接枝阳离子基团；杂环化合物，其包含至少一个带正电荷的杂原子；有机硅/硅烷化合物，其包含一个或多个带正电荷的杂原子；或其两种或更多种的组合。7.如权利要求6所述的有机硅硬涂层体系，其中所述咪唑化合物为包含羧酸或卤素抗衡离子的盐。8.如权利要求7所述的有机硅硬涂层体系，其中所述抗衡离子选自丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、戊酸(缬草酸)、己酸(己酸)、2-乙基己酸、庚酸(庚酸)、己酸、辛酸(辛酸)、油酸、亚油酸、亚麻酸、环己烷羧酸、环己基乙酸、环己烯羧酸、苯甲酸、苯乙酸、丙烷二酸(丙二酸)、丁二酸(琥珀酸)、己二酸(肥酸)、2-丁烯二酸(马来酸)、月桂酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、异壬酸、Versatic酸、月桂酸、醋酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、异壬酸、氯化物或碘化物。9.如权利要求5所述的有机硅硬涂层体系，其中所述催化剂包含下式的氮杂磷杂双环十一烷：其中R28、R29和R30独立地选自氢、包含1至10个碳原子的线性或支化的烷基、包含6至12个碳原子的芳基、和具有或不具有氮的取代的磷基；A为空或选自氢、R31或(R32R33P-N＝)t，其中R31、R32和R33独立地选自氢、包含1至10个碳原子的线性或支化的烷基、和包含6至12个碳原子的芳基；并且t为1至10。10.如权利要求1-9中任一项所述的有机硅硬涂层体系，其中所述催化剂选自咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-异丙基咪唑、2-苯基-4-苄基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-异丙基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、2,4-二氨基-6-[2'-甲基咪唑基-(1)'...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡蒂凯杨·穆鲁格山，卡蒂凯杨·希瓦苏布拉马尼亚姆，因杜马蒂·罗摩克里希南，苏米·丁卡尔，维韦卡·卡雷，罗伯特·海耶斯，
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：美国,US