高度耐磨的可染色涂料制造技术

一种基于硅氧烷／二氧化硅杂化物涂料树脂的可染色耐磨涂料组合物，其中还含有３－２０％可增进着色性的化合物，所述化合物选自多羟基化合物和丁基化脲甲醛化合物。这种涂料组合物可同时提供耐磨性和高度可染色性，还可任选地提供紫外线吸收性能。其中所含的四羟基二苯酮是优选的增进着色性的化合物，同时也是紫外线吸收剂。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于固体基材的可染色耐磨涂料。所述基材通常至少对某些波长的可见光是透明的，而且或者对紫外辐射至少部分透明，或者紫外辐射对其有不利影响。本专利技术的固化涂层同时具备耐磨性和优异的着色性。在优选的实施例中，所述固化涂层还可以基本上阻止所有入射的紫外线到达或通过基材，从而保护基材和基材后面的物品免受紫外辐射。许多固体基质，尤其是澄清透明的塑料材料，已在众多应用领域中用作玻璃的替代物。之所以用作玻璃的代用品，是因为塑料材料具有独特的性能，如重量轻，易于运输，易于成型。然而，塑料材料并非有缺点。大多数塑料材料都比较软，相当容易被划损，且可能被紫外线降解。为了使塑料材料可以在某些领域应用，通常的作法是用有机涂料或硅氧烷涂料涂覆该塑料材料。这些涂料一般是透明而未着色的，热固化聚氨酯树脂是这类有机涂料的一个例子。因为聚氨酯涂料不太昂贵，因而用它们涂覆塑料材料一般认为是可以接受的，它们可以提高塑料材料的耐磨性，尽管聚氨酯涂层的耐磨性不如某些硅氧烷基涂层的好。为了向塑料产品制造厂商提供高度耐磨的涂料，已经开发了新的基于硅氧烷的可固化树脂体系。这种树脂体系的一个具体实例可参见US 3986997。这些硅氧烷树脂作为塑料透镜、塑料板和其它塑料制品的涂层，取得了极大的成功。然而这种涂料有两个主要的缺点。即它们在固化之后不能染色，并且对紫外辐射是透明的。就塑料材料的最终用途而言，经常希望其上所涂的耐磨涂层是可着色的。例如，这种用途包括太阳镜镜片。因而，非常需要找到一种对已知树脂进行染色的方法，或开发一种新的树脂体系，这种树脂的固化涂层是可着色的同时具有类似于硅氧烷涂层的优异的耐磨性。已经有些人尝试制备可着色的耐磨涂料，但都不太成功。例如，US 4355135是有关用于透镜的可着色耐磨涂料组合物。将经该涂料组合物涂覆的透镜在染料浴中浸泡5、15和30分钟后，测定通过其透射的光。尽管这些组合物是可着色的，但它们并不能提供在许多应用领域中所需要的染色程度和染色速度。此外，虽然该专利提到了这样的可能性，即原则上可以向耐磨涂料添加紫外线吸收剂，但该专利并没有提到或暗示本专利技术这类涂料组合物可以获得如此出人预料的改进的着色性，也没有提到或暗示本专利技术这类涂料组合物可以获得优异的紫外线吸收性。长期以来已经知道紫外线(UV)对某些透明塑料材料有不利的影响，会使家俱、窗帘、室内装饰品、织锦、图画、其它艺术品以及汽车内部褪色老化。例如，通过窗口射进的阳光中的紫外辐射通常会损害窗帘、室内装饰品和其它室内或汽车内的物品。因为门窗的功用之一就是透光，阻止或削弱所有入射光(包括可见光)的作法通常是不可取的。为了保护一些精细的艺术品免受紫外线的不利影响，经常将其存放在黑暗或光线较暗的环境中，并且用玻璃或塑料盖片加以保护。这些盖片可以涂有能吸收紫外线的化合物，或将可吸收紫外线的化合物结合在这种盖片中。不幸的是，这些加盖片保护的艺术品的美学价值却受到盖片表面划痕和黑暗环境的影响。在眼镜工业中，还担心“UV-A”太阳辐射(即从340至400nm)效应，这种效应可引起白内障。已经采取了各种措施使眼镜(包括玻璃和塑料镜片)可以滤除UV-A范围的光线。墨镜使得瞳孔扩张以适应较暗的光线。这使眼睛对所有波长的辐射更加敏感。在眼镜涂层中非常需要存在对UV-A波段的有效UV屏蔽同时具有高度的耐磨性的着色性，因为这可以对眼睛提供保护，以及提供其它需要的性质。对于如何同时获得高度紫外线吸收性和耐磨性这一问题的一个可能的解决方法，是将大量紫外线吸收剂掺到耐磨涂料组合物中。不幸的是，由于紫外线吸收化合物与耐磨涂料组合物的相容性不好，会导致丧失粘合性，透明性或耐磨性，这就使得难以在合理的成本下开发出一种即具有高耐磨性又具有优异的紫外吸收性的组合物。因此，目前仍需要这样一种涂料组合物，当固化以后，它具有高度的可染性，同时具有优异的耐磨性，而且还任选具有吸收紫外线辐射的能力。本专利技术的目的是提供一种涂料组合物，它在固化之后具有耐磨性和改进的着色性，在优选的实施例中，它还具有吸收紫外线的能力。本专利技术的另一个目的是提供一种制备上述涂料组合物的方法，用本专利技术的涂料组合物涂覆固体表面的方法，以及提供涂有本专利技术涂料组合物的基材。本专利技术的目的也包括提供一种通过将涂有本专利技术涂料组合物的基材放置在紫外辐射源和某一物体之间而对该物体进行保护的方法，以及通过在基材的至少一面涂上本专利技术的涂料组合物并将该组合物固化从而保护该基材的方法。本专利技术的上述以及其它目的是通过采用一种涂料组合物达到的。该组合物中的树脂基质包括水分散、水-醇分散或醇分散的胶体二氧化硅，或胶体二氧化硅与一种或多种胶体金属氧化物的混合物，以及带有环氧官能团的硅烷醇的部分缩合物(它最好与另一种硅烷醇的部分缩合物相混合)，还包含占涂料固体含量3-20%(重量)的可增进着色性的化合物。向其中添加固化催化剂和交联剂，形成本专利技术高度耐磨的可着色涂料组合物。所述可增进着色性的化合物选自多羟基化合物和丁基化的脲甲醛化合物。多羟基化合物包括四羟基二苯酮、二羟基二苯酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚醚多醇和聚酯多醇。一种优选的丁基化脲甲醛化合物是BEETLE 80(American Cyanamide Company in Wayne，New Jersey，出售)。同时也可作为紫外线吸收剂的可增进着色剂的化合物，如四羟基二苯酮，在本专利技术的涂料组合物中优先采用。令人意外的是，本专利技术的涂料组合物中可以掺混多达20%(以涂料固体含量为基准)的可增进着色性的化合物，而不至显著地损害固化涂层的物理性能。该可增进着色性的化合物的优选用量为5-15%(以涂料固体含量为基准)。当使用如四羟二苯酮之类的紫外线吸收剂时，可单独获得优异的耐磨性和极高的紫外吸收性，或同时获得高度的着色性。制备本专利技术涂料组合物的方法包括，将胶体二氧化硅或其与一种或多种胶体金属氧化物的混合物的水、水-醇或醇分散液，与带有环氧官能基的硅烷醇的部分缩合物(它最好与另一种硅烷醇的部分缩合物相混合)相混合，向其中添加交联剂和固化催化剂，以及3-20%(重量)可增进着色性的化合物，如四羟基二苯酮。将上述配好的涂料组合物涂到基材(如玻璃或塑料)的至少一个表面上，通过暴露于热、光或电子束将其固化，或用其它固化剂对其进行固化。然后可将涂层的基材暴露于常规染色环境对固化涂层进行染色。本专利技术包括一种可着色、可固化的耐磨涂料组合物，该组合物也可以提供紫外线保护作用。该组合物包括(A)树脂基体，由下列组分的水-醇分散液组成(1)5-75%(重量)(以(A)的固体总含量为基准)胶体二氧化硅或胶体二氧化硅与胶体金属氧化物的混合物;(2)0-50%(重量)(以(A)的固体总含量为基准)一种或多种硅烷醇的部分缩合物，所述硅烷醇选自(a)R1Si(OH)3，其中R1是甲基，和(b)R2Si(OH)3，其中R1选自乙烯基、烯丙基、苯基、乙基、丙基、3，3，3-三氟丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基、γ-巯基丙基和γ-氯丙基，当选用(b)时，以(A)的固体总重量计，(b)在(A)中的量不得超过10%(重量);(3)10-55%(重量)(以(A)的固体总含量为基准)式R3Si(OH)3所示硅烷醇的部分缩合物，其中R3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂料组合物，固化后它可以形成透明的可染色耐磨涂层，所述涂料组合物包括：（ｉ）一种耐磨有效量的胶体二氧化硅分散液；（ｉｉ）硅烷醇或硅烷醇混合物的部分缩合物，当只采用一种硅烷醇时，不能采用甲基硅烷醇；（ｉｉｉ）３－２０％（重量）（以总固体含量为基准）可增进着色性的化合物，选自多羟基化合物，丁基化脲甲醛化合物，以及它们的混合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦M格斯特，马丁W普罗伊斯，威廉路易斯，
申请(专利权)人：斯韦德罗有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]