[发明专利]在聚合物表面上的具有催化加速硬化的耐划痕和耐磨损涂层

说明书

本发明涉及一种涂料体系，其通过溶胶-凝胶技术在各式各样的聚合物上形成了加速干燥的，耐划痕的硬表面涂层，还涉及产生这样的表面涂层的方法。

在钢材或者聚合物上产生玻璃状涂层是长久以来已知的，并且被多次描述到。

在此处和下文中，划痕硬度表示材料的表面涂层耐受所施加的划痕的性能，其是使用硬度测试棒来测量的。这个棒由其中插入有螺旋弹簧的套筒组成，其能够依靠滑块来产生不同程度的张力。以此方式产生的弹簧力作用于刻度针上，该针的尖部从套筒中露出来。滑块是用紧固螺钉固定的，来保持弹簧张力恒定。在这种方式中，刻度针会受到不同程度的负荷，并因此所述的尖部会以规定的力压到表面涂层上。

本发明上下文中所用到是来自ERICHSEN GmbH & Co KG，Am Iserbach 14，D-58675 Hemer的318型硬度测试棒。该刻度针的尖部是用硬金属制成的，并且圆化成0.75mm的直径。使用所述的滑块，将估计的或者已知的弹簧力设定到沿着该硬度测试棒的刻度上，并且将紧固螺钉拉紧。然后将该硬度测试棒的尖部垂直放在材料的表面涂层上，然后以大约10mm/s的速度在5-10mm长度的路径上拖动。在这种程序过程中，将压力以这样的方式施加到硬度测试棒上，即，使得刻度针尖部被压入套筒中的凸缘。滑块的位置(在该位置处，在硬度测试棒已经拖过表面涂层之后，在所述的涂层上形成了可见的划痕轨迹)在刻度上指示了表征硬度的测量值的度量。这种测量值是Weinmann划痕硬度，其在本发明上下文中是以N为单位报告的。

在此处和下文中，耐磨性表示了材料表面涂层在规定条件下，作为经受磨损的结果，而产生的以重量%为单位测量的重量损失。这种磨损是由两个摩擦轮产生的，它的端面具有规定的粗糙度，并且用规定的旋转次数进行摩擦，和通过该摩擦轮的质量来在表面涂层上施加规定的力。用于这种测试的装置描述和获自TABER INDUSTRIES公司(455 Bryant Street，North Tonawanda，纽约14120，USA，http：//www.taberindustries.com)。

DE3828098A1描述了耐划痕材料的生产，基于有机官能的硅烷和至少一种铝醇盐。将通过至少一种铝化合物和至少一种有机官能硅烷的水解缩聚所获得的组合物施加到基材上，并且加热固化。该组合物生产中的一个特别的步骤是在该组合物施加到基材之前，通过加入亚化学计量比例的水来进行组合物的预缩合是必需的。水必须在多个阶段中加入，目的是避免不想要的沉淀。

DE3917535A1还描述了基于可水解硅化合物来生产用于耐划痕涂层的组合物。除了有机官能的硅烷之外，还使用了铝，钛和/或锆的醇盐。为了实现耐划痕性，蒸发掉该水解化合物的挥发性部分。在这种方法中，同样，加入亚化学计量比例的水导致了可水解硅化合物的混合物的预缩合，并且这使得单独的加工步骤成为必要。这种预缩合可以通过使用缩合催化剂来加速。在预缩合和蒸发除去挥发性水解化合物之后，才将所述组合物施加到基材上，然后加热几分钟到2小时来固化。

Al，Ti和/或 Zr的醇盐与至少一种有机官能的硅烷的组合描述在US4746366中。这种组合是通过逐步加水来预缩合的。该水解产物是在减压下从组合中除去的。将所形成的产物施加到基材上，并且加热几分钟到2小时的时间来固化。

DE19952040A1，DE10245725A1，DE10245726A1和DE10245729A1中描述了这样的涂料，其用于在塑料制成的基材上产生耐磨保护涂层。但是，这些文献中所公开的漆料必须以至少两个层来施加，即，所谓的耐划痕层或者底漆层，和面漆层，并且必须预缩合，然后至少部分固化。预缩合的时间可以通过加入缩合加速剂来缩短。但是，为了固化由这些层所形成的涂层，在110-130℃的温度仍然花费了30-200分钟的时间，其虽然对于单个零件或者板材的涂覆来说是合适的，但是对于连续涂膜来说仍然是过于长的。

DE4011045A1描述了耐划痕漆料的生产，向该漆料中加入市售可得的光引发剂。在施加到塑料基材上之后，该漆料可以热固化或者用UV光照射120s以内来固化。

全部这些公开文献的共同之处是产生涂层或者漆所需的耗时的预缩合步骤。现有技术的另外一个缺点是必须多次施加涂层，直到涂层厚度大于15μm，来获得期望的耐划痕或者磨损性。两个缺点致使现有的涂覆方法和涂料体系对于在辊对辊方法中涂覆薄膜是不经济的或者甚至不能使用。