[发明专利]涂覆材料

说明书

本发明的领域

本发明涉及一种在基材上提供保护涂层从而赋予该基材以对机械和化学损害的耐性，同时保持优异光学性能的方法。

本发明的背景

聚合物基材料常在许多场合中用作玻璃替代品，因为玻璃的重量、破碎倾向、或昂贵阻碍了其应用。同样，聚合物材料如丙烯酸系材料和聚碳酸酯本身存在缺陷，尤其是耐磨性差，而且耐UV光降解性差，并在暴露于有机溶剂时耐腐蚀性差。

为了解决这些问题，已经将保护涂层施用到聚合物材料上。硅石基材料已广泛用于该目的，通常由胶态溶胶-凝胶技术制成，其中硅石颗粒聚结并最终胶凝形成延展的硅石网状结构。但这些材料仅提供有限保护。另外，由于这些材料惰性，尤其是它们的交联水平低，进一步提高其性能或其多用性的空间较小。

利用聚合物溶胶-凝胶技术提供的涂层具有较高的交联水平，因此机械和化学耐性明显好于常规的微粒基材料。通常在聚合物溶胶-凝胶技术中，前体分子如烷氧基化物在水和溶剂的混合物中水解并开始通过缩聚由溶胶转变成凝胶。但遗憾的是，在胶凝之后通过强制干燥或通过自然蒸发进行的溶剂去除在凝胶结构内引入应力，这在涂层厚度大于约1.5μm时往往导致开裂和性能损失。对付这种限制的一种途径是施用多个薄涂层，通常实际限度为20-30个涂层。但这太烦琐并增加生产成本，而且导致涂层刚性较高。

如果需要厚度超过1.5μm的涂层，已经采用复合无机/有机材料。这些材料通常通过向胶态溶胶-凝胶体系中引入可聚合有机组分而制成，并统称为ORMOCER(有机改性陶瓷)。ORMOCER可认为包括硅石(或其它金属氧化物)颗粒在有机聚合物网状结构内的一种网状结构。这两种网状结构之间较少互穿。

尽管这种材料在获得最佳硬度的约25％重量或更高的氧化物加入量下形成较硬的耐磨性涂层，但遇到透明性问题。另外，直到新近，大多数这些材料往往在约200℃或更高的温度下固化，使得它们不适合施用到具有低软化点的基材，如软化点为150℃或更低的热塑性基材上。

因此，非常需要开发不存在迄今所用硅石基材料的缺陷的低温涂料。

本发明的综述

按照本发明的第一方面，一种用于在基材上提供保护涂层的方法包括：

(1)将一种包括匀质混合物的涂料组合物施用到基材上，所述混合物包含无机溶胶和可聚合的有机物质，所述无机溶胶可通过将可水解的无机单体前体水解形成无机单体而得到；

(2)聚合所述可聚合有机物质；和

(3)聚合所述无机单体，其中所述有机单体的聚合反应在无机单体的聚合反应完成之前开始，

这样在基材上形成固体涂层。

按照本发明的第二方面，一种新的涂覆基材可通过上述方法而得到。

按照本发明的第三方面，涂料组合物包括一种包含无机溶胶和可聚合有机物质的匀质混合物，所述无机溶胶可通过将可水解无机单体前体水解形成无机单体而得到。

本发明的其它方面在权利要求书中确定并更详细描述如下。

本发明的涂料由复合材料形成，具体为无机和有机组分的一种比已有技术更为均质的混合物。可获得的高透明性在纳米尺度上证实了无机和有机聚合物网状结构的互穿作用。据信，无机和有机组分的这种混合均质性水平可对本发明涂料的优异使用性能产生贡献。

更具体地说，本发明的涂料可配制成具有优异的耐磨性、硬度和柔韧性，且不易开裂，即，它们形成连续涂层。它们也可配制成耐化学品侵蚀。另外，该涂料配制成在较低温度下固化，使得它们特别适用于具有较低熔点或软化温度的涂覆聚合物材料。

本发明的描述

本发明方法是一种改性聚合物溶胶-凝胶方法。尤其为了获得无机和有机聚合物网状结构的所需互穿作用，该方法的一个重要方面是在基本上完成无机缩聚反应以形成无机聚合物或凝胶之前形成无机单体和可聚合有机物质的一种匀质液体混合物。在本申请的上下文中，匀质混合物是一种在用人眼观察时基本上均匀且不分隔成分离相的混合物。因此，尽管无机和有机相在纳米级上存在，但它们在较大尺度上不明显。

本发明优选采用至少两种不同种类的无机单体。每种无机单体都对整个无机网状结构有贡献。理论上，无机单体之一主要用于形成无机网状结构本体，而另一无机单体则在贡献于该网状结构的同时还用于促进无机和有机网状结构之间的相容性，或以某种方式咬合(engage)这些网状结构。