[发明专利]改性纳米颗粒

说明书

发明领域

本发明涉及基于热解二氧化硅的改性纳米颗粒、生产该改性纳米颗粒的方法以及含有该改性纳米颗粒的具有改进耐刮擦性的涂料组合物。

相关技术描述

长期来，改进涂层，尤其汽车表面涂层的机械稳定性，如耐刮擦性、硬度和耐磨性，一直是中心任务。通过在透明涂层或表面涂层中掺入纳米颗粒来改进上述性能是已知的。这里的技术关键是在涂层中掺入必要量纳米颗粒的方法要使涂层的一般性能范围保持不受影响。例如，应该确保光学质量(透明涂层的透明性和着色涂层的色泽)、流变性、流动和粘结性之类的性能不因使用纳米颗粒而受到负面影响。

例如，EP 1 216 278、EP 1 195 416和DE 10239424描述了诸如结构和功能不同的纳米颗粒以及在涂层中用它们来提高刮擦性。

WO 03102089还描述了化学改性的纳米颗粒，它们作为分散体存在于成膜基料中。在这里，纳米颗粒用通式为Si(OR)₃-(CH₂)_n-Z的化合物改性，其中Z代表长链烷基、氟碳基或含至少2个甲基的硅烷基。Z基旨在确保改性纳米颗粒与基料的相容性低于未改性颗粒，并因此优选聚集在含其的涂料表面上。

DE 102 41 510描述了从附聚的纳米颗粒粉末和有机基料制成的组合物。在这里，纳米颗粒要用通式为Si(OR’)_nR_4-n、SiCl_nR_n-4、(R’_mR”_m-3Si₂)NH、Ti(OR’)_nR_4-n和Zr(OR’)_nR_4-n的化合物进行处理，其中R是通过碳原子直接连接到硅、钛或锆上的官能基。官能团尤其是含不饱和双键的那些，一旦纳米颗粒已掺进形成基料的不饱和单体，这些官能团就与单体聚合并生成交联纳米复合材料。

EP 1 166 283描述了用于金属导体，尤其导线，的涂料组合物，它具有改进的局部放电电阻并在导线上形成柔性涂层。这类组合物含有基于表面上具有反应性和，任选地，非反应性官能团的元素-氧网络的颗粒，其中非反应性官能团是通过网络中的氧连接上的。

但尚未表明迄今可能提供能满意地解决上述技术问题的纳米颗粒或把纳米颗粒掺入涂层的方法。

因此目前仍需要能以足够量掺入涂料以实现更好的耐刮擦性和硬度而不必较大牺牲其它基本涂料性能的纳米颗粒。

发明概述

本发明涉及基于热解二氧化硅的改性纳米颗粒，其生产方法：用通式I Me(OR¹)₄和/或通式II Me(OCOR¹)₄的化合物处理热解二氧化硅。这里R¹是指烷基、芳基和/或芳烷基残基。Me是指锆和/或钛。式I和II中的Me和R¹可各自独立地选择。

本发明的优选实施方案从基于疏水硅烷化热解二氧化硅的纳米颗粒开始。

因此本发明还涉及基于硅烷化热解二氧化硅的改性纳米颗粒，其生产方法：用通式I Me(OR¹)₄和/或通式II Me(OCOR¹)₄的化合物处理硅烷化热解二氧化硅。R¹和Me具有前述意义。

已经意外地发现，使用按照本发明的纳米颗粒，可以在涂料内掺入更多的活性纳米颗粒。已经证明有可能在纳米颗粒的分散性和解附聚性方面获得明显提高。这导致应用这类组合物的涂层具有改进的机械稳定性，尤其改进的耐刮擦性。未用纳米颗粒改性的涂料的现有优点仍被保留下来了。按照本发明的纳米颗粒在涂料中实际上呈中性行为。它们对涂料流变行为的影响甚小，所得透明涂层的透明性非常好，着色涂层的颜色不变以及涂层的表面结构不受损害。对硬度的改进也无可察觉的负面影响。

实施方案详述

下面将更详细地解释本发明。

这里，热解二氧化硅是指已用火焰水解法或辅以电弧法生产的高度分散的合成二氧化硅(关于定义，也可参阅RMPP Lexikon，Lackeund Druck-farben[Coatings and Printing Inks]，1998，p.323)。热解二氧化硅的生产是本领域技术人员已知的。热解二氧化硅有商品可购。