[发明专利]含介孔二氧化硅纳米材料的多功能环保涂料组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月6日提交的美国临时专利申请61/633,140号的优先权，其公开的内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种新一代的环保水基涂料组合物，其具有例如用于功能化修饰的高度化学可调性、缩短的干燥时间、高粘附强度和耐划性能的吸引人的特性。本发明还涉及制备该环保水基涂料组合物的方法以及由该涂料组合物涂覆的物品。

背景技术

各种的货物和产品，例如家具、汽车、建筑材料都容易被氧、光、水等所损坏。这些各种的货物和产品通常涂覆了涂料组合物用于保护和功能化。溶剂型涂料由于其良好的涂层特性而长久以来被用于表面精加工。但是，这些溶剂型涂料组合物与有害的挥发性有机化学物质、重金属和引发严重的健康和环境关注的其他环境不利的物质密切相关。因此，涂料组合物工业现将其关注点转向发展水基涂料组合物涂层。

目前水性的环保涂料组合物主要基于高分子量树脂、改性聚氨酯和丙烯酸类物质以减少有机溶剂的含量。关西涂料有限公司(Kansai Paint Co.Ltd)开发了一种基于水分散性丙烯酸聚合物颗粒(美国专利号5,322,865和美国专利申请公开号2009/0099298)和聚氨酯(美国专利号6,787,190)的产品。美国专利号5,747,558和5,972,425公开了用于涂层的水分散性树脂。不过，传统的水基涂料组合物具有差的涂膜性能，长干燥时间，以及有限的功能和化学可调性。已开展了针对具有更好涂膜性能，如机械性能和耐水性的水基组合物的研究。Iribarren等(材料与腐蚀(Materials and Corrosion)，第57卷，第9期，第683-688页，2006)教导了以导电聚合物改性聚氨酯树脂基的涂料组合物提高了耐腐蚀性。Sun等(涂层技术与研究杂志(Journal of Coatings Technology and Research)2012)教导了一种以丙烯酸类为基础的快干耐水的涂料组合物，其由与丙烯酸酯聚合的可交联的单体、掺有纳米二氧化硅的乳胶，多官能团胺，颜料和填料组成。最近，应用二氧化硅和其他无机纳米溶胶被发现在木头表面的功能化中有益的(Mahltig等，应用纳米溶胶以功能化木头(Fuctionalising Wood by nanosol application)，材料化学杂志(Journal of Material Chemistry)，2008，第18卷，第3180-3192页)。尽管如此，现有的水基涂料组合物与溶剂型涂料组合物相比仅具有令人满意的涂层性能。因此，需要一种新的具有改进涂膜性能的水基涂料组合物。

本发明描述了一种新一代的基于有机硅的环保水基涂料组合物，其具有优于现有的水基组合物的性能。本发明的涂料组合物显示出改进的机械强度，用于功能化修饰的高度化学可调性，高度表面疏水性和缩短的干燥时间。本发明的高度化学可调性意味着一些吸引人的性能可通过加入所需功能性添加剂而被施加给该涂料组合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种新一代的环保型水基涂料组合物，其展示出优异的涂膜性能，包括但不限于强机械强度、强疏水性、强粘附力、耐水性、耐划性，和高化学可调性，其中通过适当加入添加剂而容易将额外的功能加入到涂料组合物中。

本发明的第一个方面是一种环保水基涂料组合物，其包含有机硅中的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)和水。为向该组合物中加入额外的功能，该水基涂料组合物包含一种或多种适宜的功能性添加剂。在必要时，少量有机溶剂可被加入到该组合物中。本组合物也能与现有技术的一种或多种其他商业涂料组合物组合使用。本组合物可以是透明无色的，透明有色的，或不透明有色的。当本组合物是透明无色时，这意味着光线可透过由本组合物产生的表面传播，在涂覆本组合物之后，表面的原始颜色不改变。当本组合物是透明有色时，这意味着光线可透过本组合物产生的表面传播，但是表面被所涂覆的本发明的组合物的颜色所改变或染色。