[发明专利]多层涂层和相关方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了2004年5月28日申请的美国临时专利申请序列号No.60/575,436的权益。

发明领域

本发明涉及包括第一层和第二层的多层涂层。这些涂层是亲水性的和耐久的，并且可以显示出有利的易清洁性、自清洁性、防污性、抗结雾性、抗静电性和/或抗细菌性能。涂层可通过光催化材料的光致激发来赋予超亲水性。本发明还涉及改进涂敷基材的清洁性能的方法。

发明背景

亲水性涂层对于某些涂覆应用是有利的，例如需要显示出防污性，易清洁性，自清洁性，和/或抗结雾性能的涂覆表面时。此类涂层能够特别可用于，例如，施涂于暴露于户外环境的表面。建筑结构和其它暴露于户外环境的制品很可能接触到各种污染物，如污物，油，灰尘，粘土等。例如，降雨可能携带此类污染物。当雨水沿着涂覆表面流下时，上面沉积了亲水性涂层的表面可通过防止在雨水中的污染物附着于表面上来表现出防污性能。另外，在晴天，空气携带的污染物与这些表面接触并附着于该表面。沉积有亲水性涂层的表面可以是自清洁性的，因为当该表面接触水(如在降雨中)时该涂层有洗掉污染物的能力。

具有自清洁性和/或防污性能的涂层也可有利地施涂于暴露于室内污染物例如厨房污染物(如油和/或脂肪)的表面。沉积了亲水性涂层的制品能够在水中浸泡、用水润湿或用水漂洗来从涂层上释放污染物并且无需使用洗涤剂就可从制品的表面上除去污染物。

具有抗结雾性能的涂层同样可特别用于许多应用中。例如，具有其中可见度显得重要的表面的制品，如挡风玻璃，窗玻璃，眼镜透镜，反光镜，和其它类似制品能够受益于具有抗结雾性能的涂层，因为它们具有常常被蒸汽或水分冷凝物所结雾或被附着于其表面上的水滴模糊的表面。众所周知的是，制品表面的结雾在当该表面保持在比周围环境的露点更低的温度下时发生，因此引起在周围空气中的水分发生冷凝并在制品的表面上形成水分冷凝物。如果该冷凝物颗粒足够小以致它们的直径是可见光波长的大约一半时，该颗粒能够引起光的散射，由此表面明显变得不透明，引起可见度的损失。

沉积了亲水性涂层的表面可以是抗结雾的，这是因为此类涂层能够将冷凝物颗粒转化成相对均匀的水膜，而不会形成离散的水滴。类似地，沉积了亲水性涂层的表面能够防止降雨或溅水在表面上形成离散的水滴，由此改进了穿过窗户、反光镜、和/或眼镜的可见度。

考虑到这些和其它优点，业已建议了各种亲水性涂料组合物。这些涂料中的一些通过分散在含硅的基料中的光催化材料的作用来实现它们的亲水性。例如，美国专利No.5,755,867(“‘867专利”)公开了分散在涂层形成用成分中的颗粒状光催化剂。光催化剂优选由具有0.1微米或更低的平均粒径的二氧化钛颗粒组成，其中二氧化钛可以锐钛矿型或金红石型的形式使用。涂层形成用成分能够在固化时形成硅树脂的涂层并且由可水解硅烷的部分水解、随后缩聚反应所形成的有机基聚硅氧烷组成。在‘867专利中，聚硅氧烷涂层形成用成分本身具有相当大的疏水性，但是通过分散的光催化剂的激发，能够赋予该涂层高度的水亲和性即亲水性。

日本专利申请JP-8-164334A公开了涂膜形成用组合物，它包括具有1-500纳米的平均粒径的二氧化钛、可水解的硅化合物的水解产物、和溶剂。可水解的硅化合物是由通式Si_nO_n-1(OR)_2n+2表示的烷基硅酸酯缩合物(其中n是2-6，和R是C₁-C₄烷基)。该水解产物以50-1500％的水解百分率水解烷基硅酸酯缩合物而得到。然而该水解产物本身不被认为是亲水性的。

美国专利No 6,013,372和6,090,489公开了光催化的涂料组合物，其中光催化剂的颗粒被分散在未固化或部分固化的聚硅氧烷(有机基聚硅氧烷)的或它的前体的成膜成分中。光催化剂可以包括金属氧化物的颗粒，如二氧化钛的锐钛矿和金红石形式。根据这些专利，涂料组合物被施涂在基材的表面上且成膜用的成分然后进行固化。然后，通过光催化剂的光致激发，键接于成膜用成分的聚硅氧烷分子的硅原子上的有机基团在光催化剂的光催化作用下被羟基取代。光催化涂层的表面因此“超亲水化”，即表面被赋予高度亲水性，使得与水的接触角变成低于约10°。然而在这些专利中，成膜用成分本身是显著疏水性的，即，与水的初始接触角大于50°。结果，涂层最初是疏水性的，且仅仅通过分散的光催化剂的激发才使涂层具有亲水性。