[发明专利]包含有机功能的聚硅氧烷聚合物的涂料组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含有机功能聚硅氧烷聚合物作为粘结树脂的涂料组合物或其混合物，该粘结树脂获得聚合物结构作为固化机理的一部分。 

本发明的主要优点在于可促成一种柔韧的无机聚合结构的形成，其比包含高比例有机碳基聚合材料的涂料组合物更抗紫外光、耐热和抗氧化。 

背景技术

通常，聚硅氧烷聚合物被认为具有很强的抗热、抗光和抗氧化性能，但当作为一种定量的三维交联网应用时，其趋向于发脆。根据已有的技术，此问题是通过在聚硅氧烷中混合更柔韧的有机聚合物而解决。另一方面，有机聚合物通常具有较差的抗热、抗紫外光和抗氧化能力，从而所得薄膜将具有介于上述两种类型之间的性能。 

令人惊奇的是，通过合成柔韧的硅氧烷交联网，可减小有机基团的改性量，得到的薄膜被认为具有较好的抗热、抗紫外光和抗氧化能力。 

以此技术为基础的聚硅氧烷树脂和涂料材料已出现在市场中。此技术最初应用在涂料保护中，主要用于环氧优钢基底上。此技术的优势是涂料具有很强的抗热、抗紫外光和抗氧化能力。 

聚硅氧烷涂料的固化机理是两步过程。首先，与硅原子相连的可水解的基团在与水的反应中分解形成硅醇。而后，此硅醇在缩合反应中与另一硅醇反应形成硅氧烷涂料的特征化学键Si-O-Si。可水解的基团为卤素，酮肟，乙酰氧基，最通常用烷氧基。 

本发明的描述将揭示使用三、四烷氧基功能的硅烷的结果，即当其被用于树脂或是涂料组合物时，涂料会在一定时间后发脆或变脆。现有技术经验指出，聚硅氧烷涂料必须由相对硅氧烷含量重量百分数约30％的有机粘结剂改性，以保持一种柔韧的固化聚硅氧烷涂料。 

US 4 308 371描述了一种利用有机烷氧基硅烷和/或有机烷氧基硅氧烷作 为起始材料制备有机聚硅氧烷的方法。所使用的烷氧基功能的硅烷是由二、三或四烷氧硅烷所组成的混合物，其化学式：R¹_aSi(OR²)_4-a，其中a为0，1或2。上式代表了用于涂料和其它材料科学中标准的聚硅氧烷的聚合结构。得到的聚合物是一种可与具有典型氨基功能的三烷氧基硅烷在室温固化的烷氧基功能的聚硅氧烷。其缺点在于当使用三或四烷氧基功能的硅烷时，涂料就会随时间的增加在聚合物结构中产生内部应力而发脆。为了克服这一缺陷，至少需要30％有机聚合物吸收聚合物基质中的张力。 

EP 691 362描述了一种以有机烷氧基硅烷和/或有机烷氧基硅氧烷作为原料合成有机聚硅氧烷的方法。有机烷氧基硅烷可以是甲基三甲氧基硅烷或四甲氧基硅烷，该发明不同于US 4 308 371，主要在于与同样硅原子相连的烷氧基团有不同的反应活性。其相对于US 4 308 371的优势在于其聚合的结构可通过此发明的技术更好地被控制。然而，其缺点与US 4 308 371相似，均使用了三和四烷氧基功能的硅烷，因此随时间的增加其聚合结构中会产生内部应力。 

US 2004/0077757描述了一种使用两种四、三和二烷氧基功能有机硅烷和一种有机嵌段共聚物作起始原料的涂料组合物。由于与US 4 308 371使用相似的起始原料和固化过程，则当有机改性维持在一较低水平时，涂料也会发脆。如果有机改性的程度增加，涂料的抗紫外光、耐热和抗氧化性就会减弱。 

在本发明之前的分子模拟研究揭示了在固化三烷氧基功能的硅氧烷的结构中，内部应力会很快地产生，原因是Si-O键键长太小，以至于扩展的Si-O网格不能得到低张力结构。 

另一公开是当Si-O网格扩展，烷氧基团随网格的扩展不反应的可能性增加。分子敞开的空间很小以至于乙氧基和可能的甲氧基基团将受制于此结构。 

然而，网格不会紧密到阻止水作为空隙分子在Si-O网络中移动。烷氧基固化机理由水引发，当其与未反应的烷氧基基团在固化的涂料中出现时，其引发固化反应而引起醇基团分裂。这一反应将显著地增加固化涂料中Si-O网格的内部张力。 

由于内部的应力产生的张力量级超过了漆膜的凝聚力，小的断裂故障就会出现。这又为新的未反应的烷氧基基团分裂而进一步增加涂料张力开辟了 道路。 

由现有技术经验，重量百分数为30％的有机粘结剂改性将吸收一些形成的内部应力，一段时间内它会阻止小的断裂以使其不能为新的未反应的烷氧基基团分裂开辟道路，但随着时间的增加，有机粘结剂将变脆，而且不再吸收固化过程的应力。