[发明专利]无机颗粒的有机分散液和包含它们的涂料组合物

说明书

发明领域

本发明涉及制备无机颗粒的有机溶胶的方法和由其制备的组合物。本发明还涉及工业和汽车涂料组合物，特别地涉及顶涂层和透明涂层涂料和组合物。

发明背景

透明涂层-底涂层复合涂料被广泛用于涂料领域并且显著在于所希望的光泽度、色浓度、图像清晰度和/或特殊金属效果。复合体系特别被汽车工业使用以获得有利的视觉效果，尤其是高的透明度。然而，透明涂层高的透明度使得更容易观察到缺陷。

粘土和二氧化硅被包含在涂料组合物中以充当流变控制剂。在该方面中，粘土和二氧化硅在喷涂之后缔合形成或重新形成凝聚体，该凝聚体使涂覆的涂料增厚以防止下垂。

含水二氧化硅溶胶转化成有机溶胶。然而，转化方法制得了较少令人满意的用于涂料的有机溶胶，因为溶胶中的有机溶剂相对高、通常包括将不会被选择用于特殊涂料的溶剂，并且如果以较高数量使用则迄今为止的有机二氧化硅溶胶会在有机涂料中絮凝而产生无光泽或减小了光泽的涂料。Campbell等人在US5,853,809中描述了将与涂料组合物的成膜剂反应的基团加合到有机溶胶的无机颗粒上。在该情形中，可以包含较高含量的无机溶胶颗粒而不会絮凝，但保留有昂贵的颗粒从含水溶胶到有机溶胶的转移问题，以及改性步骤的额外成本。

因此，将希望提高透明涂层涂料层的耐刮擦和划痕性而不会导致特别是在有机介质中与目前可获得的二氧化硅有机溶胶相关的高成本，因为大多数透明涂层组合物是有机溶剂组合物。

发明概述

本发明提供一种制备无机颗粒的有机溶胶的方法，其包括：将无机颗粒和水的混合物例如无机颗粒的含水分散液或溶胶与有机溶剂和具有吸附到无机颗粒上的官能团的聚合物或低聚物混合；并且使混合物分离成水层和有机层，该有机层是无机颗粒的有机溶胶。在某些实施方案中，吸附到无机颗粒上的聚合物的官能团包括季铵基团。在这些实施方案中，无机颗粒可以包含与季铵基团的抗衡阴离子形成水溶性盐的阳离子，在该情形中可以在没有水敏感的盐的情况下形成有机溶胶，该盐将在分离的水层中。

本发明还提供一种将无机颗粒引入聚合物组合物的方法，其包括：将无机颗粒的含水分散液或溶胶与有机溶剂和具有吸附到无机颗粒上的官能团的聚合物或低聚物混合；使混合物分离成水层和有机层；并且将有机层引入包含不同于具有吸附到无机颗粒上的官能团的聚合物的至少一种聚合物的组合物。该方法可用于引入无机颗粒以充当进入可模塑聚合物材料中的增强剂，并且可以包括将聚合物材料模塑成制品、任选地一道将可模塑的聚合物组合物固化(在热固性组合物的情形中)的另外步骤。

本发明进一步提供一种制备涂料组合物的方法，其包括：将无机颗粒的含水分散液或溶胶与有机溶剂和具有吸附到无机颗粒上的官能团的聚合物混合；使混合物分离成水层和有机层；并且将有机层引入涂料组合物。在某些实施方案中，该涂料组合物是顶涂层或透明涂层涂料组合物。在一些实施方案中，可以在将有机层引入涂料组合物之前将有机层处理以除去残余的水。

在某些实施方案中，本发明提供一种制备涂料组合物的方法，其包括：将无机颗粒的含水溶胶与有机溶剂和包含季铵基团的聚合物混合；使混合物分离成水层和有机层；并且将有机层引入涂料组合物例如顶涂层或透明涂层涂料组合物。

在其实施方案当中，本发明提供一种制备透明涂层涂料组合物和基材上的透明涂层的方法。该透明涂层涂料组合物通过包括以下步骤的方法制备：将二氧化硅颗粒的含水溶胶与有机溶剂和包含季铵官能团的聚合物混合；使混合物分离成水层和有机层；并且将有机层引入透明涂层涂料组合物。基材上的透明涂层通过包括以下步骤的方法提供：将透明涂层涂料组合物涂覆在基材上，该基材可以已经具有一个底涂层涂料组合物的层。

在描述本发明中使用的术语“聚合物”包括低聚物以及聚合物；因此，尽管低聚物在一些场所被清楚地说明，但“聚合物”应该被理解为同样包括低聚物。如果其以较高的量，例如以超过约2wt％的量与无机颗粒一起被加入到涂料组合物中，则具有吸附到无机颗粒上的官能团的聚合物防止了所不需要的无机颗粒的絮凝。

本发明的透明涂层和顶涂层组合物具有优良的耐刮擦和划痕性，以及在没有使用特殊的制剂或底涂层的情况下对高温烘焙修补涂料层的粘合性。此外，本发明避免了以前用于由含水二氧化硅分散液或者其他无机颗粒的含水溶胶形成有机溶胶的麻烦并且昂贵的步骤。