[发明专利]超亲水性涂料组合物及其制备方法

说明书

本发明提供一种在基材如玻璃或陶瓷表面上制备含至少一种金属氧化物的超亲水层的方法。该方法包括在升高的温度下煅烧交联的前体膜，其中金属氧化物均匀地分布且固定在该膜中。前体膜为如下制备的单层膜：首先向基材表面上施涂多胺或其它阳离子聚合物，其后施涂金属氧化物的悬浮液，然后用适合的试剂如醛交联剂交联。

煅烧前体膜产生纳米尺度的具有光滑表面的金属氧化物单层，根据通过原子力显微镜观察到。可将超亲水涂层施涂在各种基材如金属、玻璃和陶瓷上，并提供极好的防污性、抗划伤性和防雾性。多层体系也可使用本发明方法得到。

背景技术

可通过各种方法改变基材的表面特征，通过施涂涂层可能最容易。例如根据材料的所需用途，可通过适当处理它们的表面而改变材料的摩擦性能或附着性能。也开发了大量用于改变聚合生物材料如隐形眼镜的表面性能的方法和用于涂覆电子装置的方法。防水、防油、耐污染、抗微生物、抗静电、防雾、抗划伤和吸水性表面处理和涂层为熟知的化学产品。

美国专利7,122,599(在此将其全部内容引入作为参考)公开了具有防粘附和防污性能的涂料组合物和聚合物模塑配混物。组合物含包含聚合物基础分子和借助Si-C键共价键接到基础分子的聚二有机硅氧烷侧链的支化聚合物作为添加剂。

美国专利6,641,870(在此将其全部内容引入作为参考)公开了一种在基材上制备涂层，即防油墨或油漆或污染物、防生物有机体、防油、防水和/或防尘的涂层的方法，所述方法包括首先向基材施涂包含一种或多种有机硅组分的组合物以得到经处理的基材，随后将至少一种带有至少一个选择三氨基的有机硅氧烷(i)或包含至少一种有机硅氧烷(i)的组合物施涂在经处理的基材上。所述涂层提供保护以防水载污染物并提供给基材防涂鸦性能。

美国专利6,811,884(在此将其全部内容引入作为参考)公开了一种在基材表面上施涂防水涂层的方法，其中使表面与至少一种包含至少一种全氟烷基烷基硅烷、至少一种可水解底漆如硅烷和/或硅氧烷，和至少一种非卤化(如非氟化)烷基硅烷的涂料组合物接触。

在许多情况下，就经济和性能原因而言，重要的是生产薄的、无缺陷的单-或多层涂层。还需要所述层在经涂覆的基材的使用条件下为耐用的。

存在几种已知的制备超薄单-和多层膜的方法，包括溶液铸膜、Langmuir-Blodgett技术和各种化学吸附技术。虽然各个方法具有优点，然而，当具体方法用于某些应用中时也存在缺点。例如，预成形的双层聚集体的溶液铸膜和旋涂的共聚物膜退火得到分层结构，但层的排列和分子相对彼此的位置受限。化学吸附方法通常需要严格的条件且通常为多个化学反应。

美国专利5,208,111(在此将其全部内容引入作为参考)公开了一种借助聚阳离子和聚阴离子交替淀积而将成单层或成多层的层元素施涂在载体上的方法。例如，首先通过适合的硅烷化学产生带阳电荷的玻璃基材，然后浸入聚阴离子的稀溶液中，然后将其浸入聚阳离子的稀溶液中。重复此循环产生由聚阳离子和聚阴离子的交替层组成的多层薄膜，其中各个聚合物层的厚度和构造通过化学和淀积溶液的浓度确定。

美国专利5518767(在此将其全部内容引入作为参考)公开了分子自组装方法，所述方法基于类似于美国专利5,208,111的p型掺杂的导电聚阳离子聚合物和共轭或非共轭聚阴离子的交替淀积。在此方法中，多层薄膜通过导电聚合物单层淀积与来自稀溶液的聚阴离子层淀积交替而制备。多层薄膜通过重复该方法而得到。与涉及聚阳离子和聚阴离子交替自组装的沉积方法相反，此方法通过p型掺杂的导电聚合物与聚阴离子之间发展的静电吸引驱动。

这些涂覆方法中许多方法，特别是用于涂覆玻璃和陶瓷的方法，需要基材的复杂且耗时的预处理以产生具有高度带电的、亲水性或疏水性表面，以将聚阳离子或聚阴离子材料结合在玻璃基材上。

在制备包含无机粒子如金属氧化物纳米粒子的涂层中，需要粒子均匀分散在表面上而无粒子结块。有机材料如在以上引用的现有技术中发现的聚合物也可用于使用其中所述技术，包括来自不同溶液和悬浮液的材料的顺序施涂和自组装，制备包含均匀分散的无机粒子的涂层。在施涂主要或仅由无机材料组成的涂层，例如金属和/或金属氧化物纳米粒子的层时，通常遇见无机粒子的直接蒸气淀积。

为了在基材如玻璃或陶瓷上制备高质量，耐用的金属氧化物层，仍需要改进的方法。已发现可便利地不使用专用设备而在各种基材，包括玻璃和陶瓷上制备均匀分散的金属氧化物涂层。