[发明专利]保护性涂层以及制备和使用该保护性涂层的方法

说明书

相关专利申请的交叉参考

本申请要求2009年11月18日提交的美国临时专利申请No.61/262,423、2010年4月1日提交的美国临时专利申请No.61/320,091和2010年10月7日提交的美国临时专利申请No.61/390,905的优先权，所述专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文。

技术领域

本发明涉及含有含二氧化硅的纳米粒子的保护性涂层、具有此类保护性涂层的经涂覆制品以及制备和使用此类保护性涂层、特别是在反射表面上制备和使用此类保护性涂层的方法。

背景技术

出于能源节约目的，从建筑物的屋顶及其他外表面反射太阳能近来已变得更为可取。被吸收的太阳能增加了建筑物内的冷却能源成本。另外，在人口密集地区，例如大都市地区，太阳能的吸收升高了环境空气温度。太阳能的主要吸收者是建筑物屋顶。大都市地区的环境空气温度比周围乡村地区的环境空气温度高10°F（约5.5℃）或10°F以上并不罕见。这个现象常常被称作城市热岛效应。反射太阳能而非吸收太阳能可以降低建筑物内的冷却成本并且从而降低建筑物内的能源成本。另外，减少太阳能吸收可通过帮助降低环境空气温度来提高人口密集地区的生活质量。

太阳能反射可通过利用金属的或金属涂覆的盖顶材料来实现。然而，由于金属的或金属涂覆的盖顶材料的热发射率低，故而此类材料在节约能源和降低成本方面并不产生显著收益，因为此类材料限制辐射热流动。也可通过采用白色或浅色屋顶来实现太阳能的反射。然而，出于美观原因，此类白色或白色屋顶并不受市场欢迎。相反，颜色较深的屋顶更受青睐。然而，颜色较深的屋顶由于其本身性质能吸收更高程度的太阳能，而反射更少的太阳能。

另外，尽管建筑材料并且特别是盖顶材料可能在其安装时具有足够高的太阳能反射率，但多种环境因素往往会使该性能退化。在许多地区尤其是那些暴露表面经常潮湿的地区，屋顶上微小生物群（诸如藻类、地衣和苔藓）的生长是常见问题。在其他区域，空气传播物质（例如烟尘）的沉积是降低太阳能反射率的主要促成者。此外，在一些应用中，可将光伏元件或电池（即太阳能面板或阵列）安装在屋顶上或建筑物的其他部位上，而同样的环境因素可能引起太阳能电池、面板或阵列的电能产生能力的降低。

近来，已作出诸多努力来开发可被涂敷到基底（如玻璃、金属、水泥、砖石、木材和聚合物）的表面以提供具有所需性质的有益保护层的组合物，所需性质诸如易于清洁、防污渍、持久性能、肥皂残渣沉积抑制等等中的一种或多种性质。然而，针对此类应用所开发的许多组合物依赖于有机材料（如，挥发性有机溶剂），所述有机材料可能存在环境问题和/或涉及复杂的应用工艺。此外，与不足的储存期限相关的问题持续困扰着这些组合物的产品开发人员。因此，对于许多产品，通常在各种属性之间进行平衡，这些属性包括所需性能属性、材料的环境友好性、令人满意的储存期限和供不熟练的使用者使用时的简易性。

发明内容

在一个方面，本发明描述一种向基底提供涂层的方法，该方法包括：使基底的光反射表面与水性涂料组合物接触，该水性涂料组合物包含水、分散于水中的具有40纳米或更小平均粒径的二氧化硅纳米粒子、以及pKa<3.5的酸、该酸的量能有效产生小于5的pH；以及去除至少一部分水，从而在基底的光反射表面上得到干燥的二氧化硅纳米粒子涂层。

在另一方面，本发明描述一种向基底提供涂层的方法，该方法包括：使基底的光反射表面与水性涂料组合物接触，该水性涂料组合物包含0.5重量%至99重量%的水、0.1重量%至20重量%的具有20nm或更小平均粒径的二氧化硅纳米粒子、0.1重量%至60重量%的具有20nm至200nm平均粒径的二氧化硅纳米粒子、pKa<3.5的酸、以及任选包含的相对于二氧化硅纳米粒子总量为0重量%至20重量%的四烷氧基硅烷，其中二氧化硅纳米粒子的浓度为组合物总量的0.2重量%至80重量%，所述酸的量能有效产生小于5的pH；以及去除至少一部分水，从而在基底的光反射表面上得到干燥的二氧化硅纳米粒子涂层。