可涂布型組合物、耐磨組合物、耐磨制品以及它們的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種制備可涂布型組合物的方法，所述方法包括：a)提供包含分散于水性液體介質中的二氧化硅納米粒子的初始組合物，其中所述二氧化硅納米粒子具有平均粒度小于或等于20納米的粒度分布，并且其中所述二氧化硅溶膠具有大于6的pH；b)利用無機酸將所述初始組合物酸化至小于或等于4的pH以提供酸化組合物；以及c)將至少一種金屬化合物溶解于所述酸化組合物中以提供可涂布型組合物。還公開了可通過所述方法制備的可涂布型組合物、耐磨組合物。還公開了包括所述耐磨組合物的耐磨制品。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開廣義地涉及具有耐磨特性的制品、形成耐磨涂層的組合物及其制備方法。
技術介紹
耐磨涂層廣泛地用于工業中。該涂層增強制品的耐久性，所述制品受磨蝕損壞是 問題所在。由于磨蝕的損壞可減損此類制品的美學價值，諸如包括建筑表面和廣告媒體。一 些耐磨涂層容易發生脫色。在一些情況下，過度磨損還可影響重要的功能視覺特效，諸如例 如，逆向反射路面標記情況下的可視性或前燈蓋情況下的強度。
技術實現思路
在一個方面，本公開提供了一種制備可涂布型組合物的方法，該方法包括： 提供包括分散于水性液體介質中的二氧化硅納米粒子的第一組合物，其中二氧化 硅納米粒子具有小于或等于20納米的平均粒度，其中第一組合物具有大于6的pH; 將至少一種金屬化合物溶解于可涂布型組合物中，其中金屬化合物包含具有n+ 電荷的金屬陽離子，其中n表示多2的整數；以及 利用無機酸將第一組合物酸化至小于或等于4的pH以提供可涂布型組合物，其中 可涂布型組合物包括凝聚的二氧化硅納米粒子。 在另一方面，本公開提供了一種根據前述方法制備的可涂布型組合物。 根據本公開的可涂布型組合物可用于例如制備耐磨制品。 因此，在另一方面，本公開提供了制備耐磨制品的方法，該方法包括以下步驟： a)提供包括分散于水性液體介質中的二氧化硅納米粒子的第一組合物，其中二氧 化硅納米粒子具有小于或等于20納米的平均粒度，其中第一組合物具有大于6的pH; b)利用無機酸將組合物酸化至小于或等于4的pH以提供第二組合物；以及 c)將至少一種金屬化合物溶解于第二組合物中以提供可涂布型組合物，其中金屬 化合物包含具有n+電荷的金屬陽離子，其中n表示多2的整數；以及 d)將可涂布型組合物的層涂布至基材的表面上；以及 e)至少部分地干燥可涂布型組合物以提供耐磨層。 在另一方面，本公開提供了一種根據本專利技術的前述方法制備的耐磨制品。 在另一方面，本公開提供了一種包含含金屬陽離子的無定形二氧化硅基質的耐磨 組合物，其中無定形二氧化硅基質包含具有平均粒度小于或等于20納米的粒度分布的互 連的二氧化硅納米粒子，其中金屬陽離子具有n+的電荷，其中n表示多2的整數，其中大多 數的金屬陽離子各自設置在無定形二氧化硅基質中，并且其中金屬陽離子占組合物的0.5 至20摩爾％。 在另一方面，本公開提供了一種包含設置在基材的表面上的無定形耐磨組合物的 層的耐磨制品，其中無定形耐磨組合物包含含金屬陽離子的二氧化硅基質，其中二氧化硅 基質包含具有平均粒度小于或等于20納米的粒度分布的互連的二氧化硅納米粒子，其中 金屬陽離子具有n+的電荷，其中n表示多2的整數，其中大多數的金屬陽離子各自設置在 二氧化硅基質中，并且其中金屬陽離子占無定形耐磨組合物的0. 5至20摩爾％。 如本文所用： 術語"二氧化硅納米粒子的分散體"是指其中分散各個二氧化硅納米粒子的分 散體，并且不指熱解法二氧化硅的分散體，該分散體具有凝聚成鏈的燒結原生二氧化硅粒 子； 術語"基本上不含"是指包含小于1重量％，通常小于0. 1重量％，并且更通常小 于〇. 01重量％ ; 術語"基本上不含非揮發性有機化合物"是指包含小于1重量％的有機化合物，該 有機化合物在1大氣壓（l〇〇kPa)下具有高于150°C的沸點； 提及金屬陽離子的術語"各自設置在無定形二氧化硅基質中"是指金屬陽離子通 過氧鍵合至硅，并且不作為離散的金屬氧化物相存在； 術語"納米粒子"是指具有1至200納米的粒度的粒子； 術語"有機化合物"是指包含至少一個碳-碳鍵和/或碳-氫鍵的任何化合物； 提及二氧化硅納米粒子和二氧化硅溶膠所使用的術語"二氧化硅"是指由式 Si02 ?nH20表示的化合物，其中n為大于或等于零的數。 根據本公開，有利地，耐磨層和包括其的制品可表現出良好的機械耐久性和/或 耐磨特性。 在考慮【具體實施方式】以及所附權利要求書之后，將進一步理解本公開的特征和優 點。【附圖說明】 圖1為根據本公開的示例性耐磨制品100的示意性側視圖。 應當理解，本領域的技術人員可以設計出大量其它修改形式和實施例，這些修改 形式和實施例也在本專利技術的原理的范圍和實質內。附圖可能未按比例繪制。【具體實施方式】 初始組合物包含分散于水性液體介質中的二氧化硅納米粒子，其中二氧化硅納米 粒子具有平均粒度小于或等于20納米的粒度分布，并且其中二氧化硅溶膠具有大于6的 pH〇 二氧化硅納米粒子具有小于或等于20納米（nm)的平均粒度。在一些實施例中， 二氧化娃納米粒子具有小于或等于20nm、小于或等于15nm、小于或等于10nm、小于或等于 8nm或甚至小于或等于4的平均粒度。通常，二氧化硅納米粒子具有至少4nm的平均粒度， 但這不是必需的。平均原生粒度可例如使用透射電子顯微鏡來測定。如本文所用，術語"粒 度"是指粒子的最長尺度，其對于球形粒子為直徑。 當然，也可以包括大于200nm的粒度（例如，最多2微米的粒度）的二氧化硅粒子， 但通常為微量。 二氧化硅納米粒子理想地具有窄粒度分布；例如，2. 0或更小或甚至1. 5或更小 的多分散性。在一些實施例中，二氧化硅納米粒子具有大于150平方米/克（m2/g)、大于 200m2/g或甚至大于400m2/g的表面積。 在一些實施例中，基于初始組合物的總重量計，初始組合物中二氧化硅納米粒子 的總重量為至少0. 1重量％，通常至少1重量％，并且更通常至少2重量％。在一些實施例 中，組合物中二氧化硅納米粒子的總重量不大于40重量％，優選地不大于10重量％，并且 更通常不大于7重量％。 二氧化硅納米粒子可具有多峰粒度分布。 初始組合物中所包括的納米粒子（例如，二氧化硅納米粒子）可為具有任何所需 縱橫比的球形或非球形。縱橫比是指納米粒子平均最長尺度與其平均最短尺度的比率。非 球形二氧化硅納米粒子的縱橫比通常為至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1。非球形 納米粒子可例如具有棒、橢圓體和/或針的形狀。納米粒子的形狀可以是規則或不規則的。 涂層的孔隙度通常可通過改變可涂布型組合物中規則和不規則形狀的納米粒子的量和/ 或通過改變可涂布型組合物中球形和非球形納米粒子的量而變化。在一些實施例中，初始組合物中二氧化硅納米粒子的總重量為至少0. 1重量％， 通常至少1重量％，并且更通常至少2重量％。在一些實施例中，組合物中二氧化硅納米粒 子的總重量不大于40重量％，理想地不大于10重量％，并且更通常不大于7重量％。 二氧化硅溶膠（其為水性液體介質中二氧化硅納米粒子的穩定分散體）在本領域 中是已知的并且為可商購獲得的。也可使用非水性二氧化硅溶膠（也稱為二氧化硅有機 溶膠），并且為二氧化硅溶膠分散體，其中液相為有機溶劑，或包含有機溶劑的水性混合物。 在本公開的實踐中，選擇二氧化硅溶膠使得其液相與分散體相容，并且通常為水性溶劑，任 選地包括有機溶劑。通常，初始組合物不包括或基本上不含熱解法二氧化硅，但這不是必需 的。 水或水-醇溶液中的二氧化硅納米粒子分散體（例如，二氧化硅溶膠）為例 如以商品名LUDOX(由美國特拉華州威明頓的杜邦公司（E.I.duPontdeNemoursand Co.，Wilmington,Delaware)出售）、NYACOL(由美國馬薩諸塞州本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備可涂布型組合物的方法，所述方法包括：提供包括分散于水性液體介質中的二氧化硅納米粒子的第一組合物，其中所述二氧化硅納米粒子具有小于或等于20納米的平均粒度，其中所述第一組合物具有大于6的pH；將至少一種金屬化合物溶解于所述可涂布型組合物中，其中所述金屬化合物包含具有n+電荷的金屬陽離子，其中n表示≥2的整數；以及利用無機酸將所述第一組合物酸化至小于或等于4的pH以提供所述可涂布型組合物，其中所述可涂布型組合物包括凝聚的二氧化硅納米粒子。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：景乃勇，蔣軒，J·A·里德爾，孫福俠，C·施特雷拉特，陳雪花，
申請(專利權)人：三M創新有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US