КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ АЛКОКСИСИЛАН, ПОЛИСИЛОКСАН И МНОЖЕСТВО ЧАСТИЦ
COATING COMPOSITION, CONTAINING ALKOXYSILANE, POLYSILOXANE AND MULTITUDE OF PARTICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем случае относится к композициям покрытий, содержащим алкоксисилан, полисилоксан и множество частиц.
Уровень техники
Для автомобилей, изготовленных в промышленности изготовления комплектного автомобильного оборудования, в качестве оригинальных чистовых отделок обычно используют системы покрытий «окрашенный слой плюс прозрачный слой», которые включают нанесение на подложку окрашенного или пигментированного покрытия основы с последующим нанесением светопроницаемого или прозрачного покровного покрытия (прозрачного покрытия) поверх покрытия основы. Данные системы «окрашенный слой плюс прозрачный слой» в значительной степени благодаря прозрачному покрытию демонстрируют выдающиеся характеристики внешнего вида, такие как блеск и индивидуальность имиджа.
Поскольку в такой системе покрытия прозрачное покрытие представляет собой самый внешний слой покрытия, оно подвержено повреждению от многочисленных факторов окружающей среды. Данные факторы включают кислотные осадки, воздействие ультрафиолетового излучения от солнечного света, высокие относительную влажность и температуры, а также дефекты, обусловленные соударением с небольшими твердыми предметами, что в результате приводит к выкрашиванию и царапанию поверхности покрытия.
Обычно прозрачное покрытие, включающее более твердую более высокосшитую пленку, может характеризоваться улучшенной стойкостью к царапанию, но оно в намного большей степени подвержено выкрашиванию и/или термическому растрескиванию вследствие охрупчивания пленки, представляющего собой результат наличия высокой плотности сшивок. Более мягкая и менее сшитая пленка, будучи невосприимчивой к выкрашиванию или термическому растрескиванию, подвержена царапанию, образованию пятен после контакта с водой и кислотному травлению вследствие низкой плотности сшивок у отвержденной пленки. В соответствии с этим, существует потребность в улучшенном прозрачном покрытии.
Раскрытие изобретения
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции покрытия, содержащей:
(a) соединение, имеющее реакционно-способную группу, обладающую структурой (I)
,
где Х представляет собой углеводородную цепь; где х=0-2, и z=0-2; где каждые R' и R'' независимо включают водород, галоген, амид, углеводородную цепь, карбокси, алкокси, углеводородную цепь, содержащую гетероатом, и/или углеводородную цепь, включающую карбонильную группу; и где в случае когда х=2 каждый R'' может быть идентичным другим или отличным от них; и где в случае когда z=0 или 1 каждый R' может быть идентичным другим или отличным от них;
(b) полисилоксан, имеющий реакционно-способную функциональную группу, которая содержит, по меньшей мере, одно из следующих далее структурных звеньев (II):
,
1
2
1
2
где R представляет собой водород, гидроксил, углеводородную группу или силоксановую цепь; R включает функциональную группу; и где m и n удовлетворяют требованиям 0<n<4, 0<m<4 и 2<(m+n)<4; и где в случае когда n>1 каждый Rможет быть идентичным другим или отличным от них; и где в случае когда m>1 каждый R может быть идентичным другим или отличным от них;
(c) реагент, имеющий функциональную группу, которая является реакционно-способной по отношению к компоненту (b); и
(d) множество частиц, выбранных из неорганических частиц, композитных частиц и их смесей.
Осуществление изобретения
Если только не будет указано другого, то в соответствии с использованием в настоящем описании все числа, такие как те, которые выражают значения, диапазоны, количества или процентные соотношения, могут быть прочитаны, как если бы им предшествовало слово «приблизительно», даже и при отсутствии однозначного приведения данного термина. В случае приведения любого численного диапазона значений такие диапазоны понимаются как включающие все без исключения числа и/или дроби в промежутке между указанными минимумом и максимумом диапазона. Например, диапазон «от 1 до 10» предполагает включение всех поддиапазонов от (и с включением) указанного минимального значения 1 до (и с включением) указанного максимального значения 10, то есть, при наличии минимального значения, равного или большего 1, и максимального значения, равного или меньшего 10. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «число» обозначает единицу или целое число, большее, чем единица.
В соответствии с использованием в настоящем описании фразы или термины во множественном числе включают их соответствия в единственном числе и наоборот, если только конкретно не будет указано другого. В порядке иллюстрации, а не ограничения несмотря на делающуюся в настоящем описании ссылку на «один» полисилоксан, «один» алкоксисилан, «один» реагент, имеющий функциональную группу; в настоящем изобретении может быть использовано и множество данных материалов. В соответствии с использованием в настоящем описании «множество» обозначает два и более.
В соответствии с использованием в настоящем описании «включает» и тому подобные термины обозначают «включающий без ограничения».
В соответствии с использованием в настоящем описании использование «или» обозначает «и/или», если только конкретно не будет указано другого, даже несмотря на возможность недвусмысленного использования «и/или» в определенных случаях.
В соответствии с использованием в настоящем описании «молекулярная масса» обозначает среднемассовую молекулярную массу (Mw) согласно определению по методу гельпроникающей хроматографии.
Если только не будет указано другого, то в соответствии с использованием в настоящем описании термина «по существу свободный» обозначает содержание в композиции ≤1 массового процента, например ≤0,8 массового процента или ≤0,5 массового процента или ≤0,05 массового процента или ≤0,005 массового процента, конкретного материала (например, органического растворителя, наполнителя и тому подобного) в расчете на совокупную массу композиции.
Если только не будет указано другого, то в соответствии с использованием в настоящем описании терминов «совершенно свободный» или «свободный от» обозначают то, что композиция не содержит конкретный материал (например, органический растворитель, наполнитель и тому подобное). То есть композиция содержит 0 массовых процентов такого материала.
В соответствии с использованием в настоящем описании термин «отверждение» относится к процессу, в котором сшиваемые компоненты покрытия, по меньшей мере, частично сшиваются. В определенных вариантах осуществления плотность сшивок у сшиваемых компонентов (то есть степень сшивания) находится в диапазоне от 5% до 100%, например от 35% до 85% или в некоторых случаях от 50% до 85%, от полного сшивания. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что наличие и степень сшивания, то есть, плотность сшивок, могут быть определены по самым разнообразным методам, таким как динамический механический термический анализ (ДМТА) с использованием анализатора Polymer Laboratories MK III DMTA при проведении определения в атмосфере азота.
Упоминание любого мономера (мономеров) в настоящем описании в общем случае относится к мономеру, который может быть заполимеризован совместно с другим полимеризуемым компонентом, таким как другой мономер или полимер. Если только не будет указано другого, то необходимо понимать то, что, как только мономерные компоненты вступят в реакцию друг с другом с образованием соединения, данное соединение будет содержать остатки таких мономерных компонентов.
Композиция покрытия
Настоящее изобретение относится к композиции покрытия, которая может быть использована индивидуально или в виде части системы покрытия, такой как те, которые описываются ниже. В определенных вариантах осуществления композицию покрытия, описанную в настоящем документе, используют в системе покрытия «окрашенный слой плюс прозрачный слой». В некоторых вариантах осуществления композицию покрытия настоящего изобретения используют в такой системе в качестве композиции покрытия для прозрачного покрытия. Как будет описано более подробно ниже, композиция покрытия может демонстрировать наличие одного или нескольких улучшенных физических свойств, например стойкость к царапанию, в сопоставлении с подобными композициями покрытий, которые не содержат компоненты, описанные в настоящем документе.
Компонент (а):
Композиция покрытия настоящего изобретения содержит соединение, имеющее реакционно-способную группу, обладающую структурой (I)
,
где Х включает углеводородную цепь; где х=0-2, и z=0-2; где R' и R'' включают водород, галоген, амид, углеводородную цепь, карбокси (например, ацетокси), алкокси (например, этокси, метокси), углеводородную цепь, содержащую гетероатом, и/или углеводородную цепь, включающую карбонильную группу; и где в случае когда х=2 каждый R'' может быть идентичным другим (одним и тем же) или отличным от них; и где в случае когда z=0 или 1 каждый R' может быть идентичным другим или отличным от них.
В соответствии с использованием в настоящем описании «углеводородная цепь» (углеводородная группа) обозначает цепь, содержащую повторяющееся звено основной цепи на основе углерода и водорода. Углеводородная цепь может быть разветвленной или неразветвленной, ациклической или циклической, насыщенной или ненасыщенной или ароматической и может содержать от 1 до 24 атомов углерода или в случае ароматической группы от 3 до 24 атомов углерода. Неограничивающие примеры таких углеводородных цепей включают алкил, алкокси, арил, алкарил, алкоксиарил, аралкил или их комбинации. Неограничивающие примеры низших алкильных цепей включают, например, метальные, этильные, пропильные и бутильные цепи. В соответствии с использованием в настоящем описании «низший алкил» обозначает алкильные цепи, содержащие от 1 до 6 атомов углерода. Один или несколько атомов водорода и/или атомов углерода углеводородной цепи могут быть замещены гетероатомами. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «гетероатом» обозначает элементы, отличные от углерода, например, атомы кислорода, азота, серы, галогенов или их комбинации.
2
2
2
2
3
В некоторых вариантах осуществления углеводородная цепь содержит гетероатом, такой как те, которые описывали выше. В соответствии с этим, в определенных вариантах осуществления R' из структуры (I) может представлять собой -СН-СН-СН-O-СН-СН.
2
2
2
3
Как это утверждалось выше, углеводородная цепь также может включать карбонильную группу. В соответствии с этим, в определенных вариантах осуществления R' из структуры (I) может представлять собой -С(O)-СН-СН-O-СН-СН.
1
6
В определенных вариантах осуществления R' и R'', из структуры (I), которые могут быть идентичными или различными, включают алкил, соответствующий диапазону от С до С атомов углерода.
2
6
В некоторых вариантах осуществления X, из структуры (I), включает алкил, соответствующий диапазону от С до С.
В некоторых вариантах осуществления соединением является алкоксисилановое соединение, которое включает сложный (поли)эфир, (поли)уретан, изоцианурат, (поли)мочевину, (поли)эпоксид, ангидрид, акриловый полимер, простой (поли)эфир, (поли)сульфид, (поли)амин или их комбинации. В определенных вариантах осуществления изоцианурат включает структуру (Ia), (Ib), (Ic) или их комбинации:
где Х включает углеводородную цепь; где х=0-2, и z=0-2; где R' и R'' включают водород, галоген, амид, углеводородную цепь, карбокси (например, ацетокси), алкокси (например, этокси, метокси), углеводородную цепь, содержащую гетероатом, и/или углеводородную цепь, включающую карбонильную группу; и где в случае когда х=2 каждый R'' может быть идентичным другим или отличным от них; и где в случае когда z=0 или 1 каждый R' может быть идентичным другим или отличным от них.
x
3-z
где R включает водород, углеводородную цепь, углеводородную цепь, содержащую гетероатом, и/или углеводородную цепь, включающую карбонильную группу; где, по меньшей мере, один из R''' и R'''' представляет собой -X-SiR''(OR') (согласно приведенному выше определению), и где R''' и R'''', которые могут быть идентичными или различными, также могут включать водород, углеводородную цепь, углеводородную цепь, содержащую гетероатом, углеводородную цепь, включающую карбонильную группу, сложный (поли)эфир, (поли)уретан, изоцианурат, (поли)мочевину, (поли)эпоксид, ангидрид, акриловый полимер, простой (поли)эфир, (поли)сульфид, (поли)амин или их комбинации; где X'' представляет собой углеводородную цепь, сложный (поли)эфир, (поли)уретан, изоцианурат, (поли)мочевину, (поли)эпоксид, ангидрид, акриловый полимер, простой (поли)эфир, (поли)сульфид и/или (поли)амин; и где n≥1, например ≥2,
x
3-z
где, по меньшей мере, один из R''' и R'''' представляет собой -X-SiR''(OR') (согласно приведенному выше определению), и где R''' и R'''', которые могут быть идентичными или различными, также могут включать водород, углеводородную цепь, углеводородную цепь, содержащую гетероатом, углеводородную цепь, включающую карбонильную группу, сложный (поли)эфир, (поли)уретан, изоцианурат, (поли)мочевину, (поли)эпоксид, ангидрид, акриловый полимер, простой (поли)эфир, (поли)сульфид, (поли)амин или их комбинации; где X'' представляет собой углеводородную цепь, сложный (поли)эфир, (поли)уретан, изоцианурат, (поли)мочевину, (поли)эпоксид, ангидрид, акриловый полимер, простой (поли)эфир, (поли)сульфид и/или (поли)амин; и где n≥1, например ≥2.
Структуры (Ia), (Ib) и (Ic) могут быть получены при использовании методик, которые известны на современном уровне техники. Однако в определенных вариантах осуществления структура (Ia) может представлять собой продукт реакции изоцианатфункционального силана, такого как 3-изоцианатопропилтриметоксисилан, который тримеризовали при использовании способов, которые на современном уровне техники известны. В других вариантах осуществления структура (Ia) может представлять собой продукт реакции между фосгеном и аминосилановым соединением, таким как гамма-аминопропилтриметоксисилан. В определенных вариантах осуществления структура (Ib) может представлять собой продукт реакции между изоцианатфункциональным соединением, таким как гексаметилендиизоцианат, и аминосилановым соединением, таким как те, которые описывались выше. В определенных вариантах осуществления структура (Ic) может представлять собой продукт реакции между гидроксилфункциональным соединением, таким как гександиол, и изоцианатфункциональным силаном, таким как те, которые описывались выше. Для получения структур (Ia), (Ib) и (Ic) при использовании различных реагентов, описанных в данном параграфе, используют параметры реакции, такие как количество реагентов и температуры.
В определенных вариантах осуществления совокупное количество компонента (а) в композиции покрытия находится в диапазоне от 1 массового процента до 50 массовых процентов в расчете на совокупное количество твердого вещества смолы композиции покрытия. В некоторых вариантах осуществления совокупное количество компонента (а) в композиции покрытия находится в диапазоне от 10 массовых процентов до 45 массовых процентов в расчете на совокупное количество твердого вещества смолы композиции покрытия. В других вариантах осуществления совокупное количество компонента (а) в композиции покрытия находится в диапазоне от 15 массовых процентов до 25 массовых процентов в расчете на совокупное количество твердого вещества смолы композиции покрытия.
Компонент (b):
Как это утверждалось выше, композиция покрытия настоящего изобретения содержит полисилоксан (b), который содержит, по меньшей мере, одно из следующих далее структурных звеньев (II):
,
1
2
1
2
2
где R включает водород, гидроксил, углеводородную цепь или силоксановую цепь; где R включает функциональную группу; и где m и n удовлетворяют требованиям 0<n<4, 0<m<4 и 2<(m+n)<4; и где в случае когда n>1 каждый R может быть идентичным другим или отличным от них; и где в случае когда m>1 каждый R может быть идентичным другим или отличным от них. В определенных вариантах осуществления функциональная группа R включает гидроксил, карбоксил, изоцианат, блокированный (поли)изоцианат, первичный амин, вторичный амин, амид, карбамат, мочевину, уретан, винил, ненасыщенный сложный эфир, малеимид, фумарат, ангидрид, гидроксилалкиламид, эпоксид или их комбинации.
1
2
В соответствии с использованием в настоящем описании «силоксановая цепь» обозначает цепь, содержащую основную цепь, включающую две и более группы -SiO-. Например, силоксановые группы, представленные для R, могут быть разветвленными или неразветвленными и линейными или циклическими. Силоксановые группы могут быть замещены боковыми цепями органических заместителей, например, алкильными, арильными и алкарильными цепями. Группы органических заместителей могут быть замещены гетероатомами, например, атомом кислорода, азота и галогена, функциональными группами (в соответствии с описанием в связи с R, обладающим приведенной выше структурой (II)) или их комбинациями.
В некоторых вариантах осуществления полисилоксан включает структуру (III) или (IV):
или
a
где m≥1; m' находится в диапазоне от 0 до 75; n находится в диапазоне от 0 до 75; n' находится в диапазоне от 0 до 75; каждый R, который может быть идентичным другим или отличным от них, выбирают из водорода, гидроксила, углеводородной цепи, силоксановой цепи и любых их смесей; a -R включает следующую далее структуру (V):
,
3
где -R выбирают из алкиленовой группы, оксиалкиленовой группы и алкиленарильной группы; а Х представляет собой группу, которая включает, по меньшей мере, одну реакционно-способную функциональную группу, выбираемую из гидроксильной группы, карбоксильной группы, изоцианатной группы; блокированной полиизоцианатной группы, первичной аминовой группы, вторичной аминовой группы, амидной группы, карбаматной группы, мочевиновой группы, уретановой группы, винильной группы, ненасыщенной сложноэфирной группы, такой как акрилатная группа и метакрилатная группа, малеимидной группы, фумаратной группы, группы ониевой соли, такой как сульфониевая группа и аммониевая группа, ангидридной группы, гидроксилалкиламидной группы и эпоксидной группы.
2
25
В соответствии с использованием в настоящем описании «алкилен» обозначает ациклическую или циклическую насыщенную углеводородную группу, имеющую длину углеродной цепи, соответствующую диапазону от С до С. Неограничивающие примеры подходящих для использования алкиленовых групп включают те, которые описываются в патенте США №6657001, в колонке 11, строках от 35 до 40, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
2
25
В соответствии с использованием в настоящем описании «оксиалкилен» обозначает алкиленовую группу, содержащую, по меньшей мере, один атом кислорода, связанный с двумя атомами углерода и внедренный между ними, и имеющую длину алкиленовой углеродной цепи, соответствующую диапазону от С до C. Неограничивающие примеры подходящих для использования оксиалкиленовых групп включают те, которые описываются в патенте США №6657001, в колонке 11, строках от 44 до 49, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
2
25
В соответствии с использованием в настоящем описании «алкиленарил» обозначает ациклическую алкиленовую группу, замещенную, по меньшей мере, одной арильной группой, например, фенилом, и имеющую длину алкиленовой углеродной цепи, соответствующую диапазону от С до C. Арильная группа при необходимости может быть дополнительно замещена. Неограничивающие примеры подходящих для использования групп заместителей для арильной группы включают те, которые описываются в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 11, строки 52 до колонки 12, строки 2, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
Структуры (III) и (IV) являются схематическими и не предполагают понимания того, что части в скобках обязательно представляют собой блоки, хотя при необходимости могут быть использованы и блоки, В некоторых случаях полисилоксан может содержать самые разнообразные силоксановые звенья.
3
3
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к ранее описанной композиции, где группа заместителя R представляет собой оксиалкиленовую группу. В еще одном варианте осуществления R представляет собой оксиалкиленовую группу, а Х представляет собой группу, которая включает, по меньшей мере, две реакционно-способные функциональные группы.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к любой ранее описанной композиции, содержащей, по меньшей мере, один полисилоксан, обладающий описанными выше структурами (III) или (IV), где значение (n+m) находится в диапазоне от 2 до 9. В еще одном другом варианте осуществления в композициях, содержащих, по меньшей мере, один полисилоксан, обладающий описанными выше структурами (III) или (IV), значение (n+m) находится в диапазоне от 2 до 3. В еще одном варианте осуществления в композициях, содержащих, по меньшей мере, один полисилоксан, обладающий описанными выше структурами (III) или (IV), значение (n'+m') находится в диапазоне от 2 до 9. В еще одном варианте осуществления в композициях, содержащих, по меньшей мере, один полисилоксан, обладающий описанными выше структурами (III) или (IV), значение (n'+m') находится в диапазоне от 2 до 3.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции, где X, в структуре (IV), представляет собой группу, включающую, по меньшей мере, одну реакционно-способную функциональную группу, выбираемую из гидроксильной группы и карбаматной группы. В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции, где Х представляет собой группу, которая включает, по меньшей мере, две гидроксильные группы. В определенных вариантах осуществления Х может включать полимерный уретан- или мочевиносодержащий материал, который имеет концевые изоцианатные, гидроксильные, первичные или вторичные аминовые функциональные группы, или любые их смеси. В случае включения в группу заместителя Х таких функциональных групп полисилоксан может представлять собой продукт реакции полисилоксанполиола, одного или нескольких полиизоцианатов и необязательно одного или нескольких соединений, содержащих, по меньшей мере, два активных атома водорода на одну молекулу, выбираемых из гидроксильных групп, первичных аминовых групп и вторичных аминовых групп. Подходящие для использования полиизоцианаты, а также подходящие для использования соединения, содержащие, по меньшей мере, два активных атома водорода на одну молекулу, описываются в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 16, строки 59 до колонки 17, строки 7; в колонке 7, строках от 19 до 32; и в колонке 17, строках от 37 до 48, процитированные части которого посредством ссылки включаются в настоящий документ. В некоторых вариантах осуществления Х может включать полимерную группу, содержащую сложный эфир, которая имеет концевые гидроксильные или карбокислотные функциональные группы. Когда Х представляет собой такую группу полисилоксан может представлять собой продукт реакции полисилоксанполиола, одного или нескольких материалов, имеющих, по меньшей мере, одну карбокислотную функциональную группу, и одного или нескольких органических полиолов. Неограничивающие подходящие для использования примеры материалов, имеющих, по меньшей мере, одну карбокислотную функциональную группу, включают имеющие карбокислотную группу полимеры, хорошо известные на современном уровне техники, например, имеющие карбокислотную группу акриловые полимеры, полимерные сложные полиэфиры и полиуретановые полимеры, такие как те, которые описываются в патенте США №4681811. Неограничивающие примеры подходящих органических полиолов включают те, которые описываются в патенте США №6657001, строках от 23 до 32; в патенте США №4046729, во фрагменте от колонки 7, строки 52 до колонки 8, строки 9; во фрагменте от колонки 8, строки 29 до колонки 9, строки 66; и в патенте США №3919315, во фрагменте от колонки 2, строки 64 до колонки 3, строки 33, процитированные части которых посредством ссылки включаются в настоящий документ.
В определенных вариантах осуществления полисилоксан (b) в композиции покрытия присутствует при уровнях содержания в диапазоне от 0,01 массового процента до 90 массовых процентов в расчете на совокупную массу твердого вещества смолы компонентов, использующихся для получения композиции покрытия. В других вариантах осуществления полисилоксан (а) в композиции покрытия присутствует при уровнях содержания, описанных в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 13, строки 28 до колонки 14, строки 7, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «в расчете на совокупную массу твердого вещества смолы» компонентов, которые образуют композицию, обозначает то, что количество компонента, добавленного во время получения композиции, получают в расчете на совокупную массу твердого вещества (нелетучего вещества) полисилоксана, любого пленкообразующего компонента и любого отвердителя, присутствующих во время получения композиции покрытия, но без включения частиц, любого растворителя или любого твердого вещества добавки, такой как пространственно-затрудненные аминовые стабилизаторы, катализаторы, фотоинициаторы, пигменты, в том числе пигментированные наполнители, и наполнители, добавки, повышающие текучесть, и/или поглотители УФ-излучения.
Для получения полисилоксана, имеющего эпоксидные группы, полисилоксан, имеющий гидроксилфункциональные группы, может быть дополнительно введен в реакцию с полиэпоксидом. Полиэпоксидом могут быть алифатический или циклоалифатический полиэпоксид или их смеси. Неограничивающие примеры полиэпоксидов, подходящих для использования, включают эпоксифункциональные акриловые сополимеры, полученные из, по меньшей мере, одного этиленненасыщенного мономера, имеющего, по меньшей мере, одну эпоксидную группу, например, глицидил(мет)акрилата и аллилглицидилового эфира, и одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, которые не содержат какой-либо эпоксидной функциональности. Получение таких эпоксифункциональных акриловых сополимеров подробно описывается в патенте США №4681811, во фрагменте от колонки 4, строки 52 до колонки 5, строки 50, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
Компонент (с):
Как утверждалось выше, композиция покрытия настоящего изобретения содержит реагент, имеющий функциональную группу, которая является реакционно-способной по отношению к компоненту (b). Например, компонент (с) может иметь функциональную группу, которая является реакционно-способной по отношению к функциональной группе компонента (b). В некоторых вариантах осуществления реагент имеет (функциональную группу, которая является реакционно-способной по отношению к функциональной группе (b), а также функциональную группу, которая может вступать в реакцию с другими реагентами, которые также могут рассматриваться в качестве компонента (с).
В определенных вариантах осуществления компонент (с) может содержать отвердитель (сшиватель). Подходящие отвердители включают без ограничения аминопластовую смолу, полиизоцианат, блокированный полиизоцианат, полиэпоксид, многоосновную кислоту, полиол (многоатомный спирт) или их комбинации. Подходящие аминопластовые соединения, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают те, которые описываются в патенте США №6657001, в колонке 26, строках от 3 до 27, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ. Примеры таких аминопластовых соединений включают продукты CYMEL (коммерчески доступен в компании Cytec Industries, Inc.) и RESIMENE (доступен в компании Solutia, Inc.).
Другие отвердители, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: полиизоцианатные отвердители, В соответствии с использованием в настоящем описании термин «полиизоцианат» подразумевает включение блокированных (или имеющих блокирующие концевые группы) полиизоцианатов, а также неблокированных полиизоцианатов. Полиизоцинатом могут быть алифатический или ароматический полиизоцианат или их смесь. Могут быть использованы диизоцианаты, хотя зачастую используют и высшие полиизоцианаты, такие как изоцианураты диизоцинатов. Высшие полиизоцинанаты также могут быть использованы и в комбинации с диизоцианатами. Также могут быть использованы и изоцианатные форполимеры, например, продукты реакции между полиизоцианатами и полиолами.
Дополнительные отвердители, которые могут быть использованы в настоящем изобретения, включают те, которые описываются в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 26, строки 62 до колонки 27, строки 20; в колонке 26, строках от 25 до 32; в колонке 27, строках от 36 до 44; в колонке 26, строках от 48 до 60; и во фрагменте от колонки 26, строки 66 до колонки 27, строки 12, процитированные части которого посредством ссылки включаются в настоящий документ.
В определенных вариантах осуществления количество отвердителя в композиции покрытия в общем случае соответствует количеству в диапазоне от 1 массового процента до 65 массовых процентов, так как от 5 массовых процентов до 65 массовых процентов или от 10 массовых процентов до 45 массовых процентов или от 15 массовых процентов до 40 массовых процентов, в расчете па совокупную массу твердого вещества смолы компонентов, которые образуют композицию.
Компонент (d):
Как утверждалось выше, композиция покрытия настоящего изобретения содержит множество частиц. В определенных вариантах осуществления частицы до включения в композицию характеризуются средним размером частиц, меньшим, чем 50 микронов. В некоторых вариантах осуществления частицы до включения в композицию характеризуются средним размером частиц в диапазоне от 1 нанометра (нм) до менее, чем 1000 нм. В других вариантах осуществления частицы до включения в композицию покрытия характеризуются средним размером частиц в диапазоне от 1 нм до 100 нм, например от 5 нм до 50 нм или от 5 нм до 25 нм или от 10 нм до 20 нм. В определенных вариантах осуществления в настоящем изобретении могут быть использованы частицы различных размеров.
Форма (или морфология) частиц может варьироваться в зависимости от конкретного варианта осуществления настоящего изобретения и предполагаемой области его применения. Например, в общем случае могут быть использованы сферические морфологии (такие как твердые гранулы, микрогранулы или пустотелые сферы), а также частицы, которые являются кубическими, пластинчатыми или иглообразными (удлиненными или волокнистыми). В дополнение к этому, частицы могут обладать внутренней структурой, которая является пустотелой, пористой или беспустотной или представляет собой их любую комбинацию, например, пустотелый центр с пористыми или сплошными стенками. Для получения дополнительной информации по подходящим характеристикам частиц смотрите публикацию Н.Katz et al. (Ed.), Handbook of Fillers and Plastics (1987), стр.9-10, которая посредством ссылки включается в настоящий документ.
Частицы могут быть получены из материалов, выбираемых из полимерных и неполимерных неорганических материалов, полимерных и неполимерных органических материалов, композитных материалов и любых их смесей. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «полимерный неорганический материал» обозначает полимерный материал, содержащий повторяющееся звено основной цепи на основе элемента или элементов, отличных от углерода. Для получения дополнительной информации смотрите публикацию James Mark et al., Inorganic Polymers, Prentice Hall Polymer Science and Engineering Series, (1992) стр.5, которая посредством ссылки включается в настоящий документ. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «полимерные органические материалы» обозначает синтетические полимерные материалы, полусинтетические полимерные материалы и природные полимерные материалы, все из которых содержат повторяющееся звено основной цепи на основе углерода.
«Органический материал» в соответствии с использованием в настоящем описании обозначает углеродсодержащие соединения, где углерод обычно связан с углеродом и с водородом, а зачастую также и с другими элементами, и исключает бинарные соединения, такие как оксиды углерода, карбиды, сероуглерод и тому подобное; такие тройные соединения, как цианиды металлов, карбонилы металлов и тому подобное; и углеродсодержащие ионные соединения, такие как карбонаты металлов, например, карбонат кальция и карбонат натрия. Смотрите публикации R.Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, (12th Ed. 1993) стр.761-762 и М.Silberberg, Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change (1996) стр.586, которые посредством ссылки включаются в настоящий документ.
В соответствии с использованием в настоящем описании термин «неорганический материал» обозначает любой материал, который не является органическим материалом.
В соответствии с использованием в настоящем описании термин «композитный материал» обозначает комбинацию из двух и более различных материалов. Частицы, образованные из композитных материалов, в общем случае характеризуются твердостью на своей поверхности, которая отличается от твердости внутренних частей частицы ниже ее поверхности. Говоря более конкретно, поверхность частицы может быть модифицирована по любому способу, хорошо известному на современном уровне техники, включающему нижеследующее, но не ограничивающемуся только этим: химическое или физическое изменение ее поверхностных характеристик при использовании методик, известных на современном уровне техники.
Например, частица может быть получена из первичного материала, на который наносят покрытие, который плакируют, или который инкапсулируют при использовании одного или нескольких вторичных материалов для получения композитной частицы, которая имеет более мягкую поверхность. В еще одном другом альтернативном варианте осуществления частицы, полученные из композитного материала, могут быть получены из первичного материала, на который наносят покрытие, который плакируют, или который инкапсулируют при использовании другой формы первичного материала. Для получения дополнительной информации по частицам, подходящим для использования в настоящем изобретении, смотрите публикацию G.Wypych, Handbook of Fillers, 2nd Ed. (1999) стр.15-202, которая посредством ссылки включается в настоящий документ.
Частицы, подходящие для использования в композициях изобретения, могут содержать неорганические элементы или соединения, известные на современном уровне техники. Подходящие частицы могут быть получены из керамических материалов, металлических материалов и любых их смесей. Подходящие керамические материалы содержат оксиды металлов, нитриды металлов, карбиды металлов, сульфиды металлов, силикаты металлов, бориды металлов, карбонаты металлов и любые их смеси. Конкретным неограничивающим примером нитридов металлов является, например, нитрид бора; конкретным неограничивающим примером оксидов металлов является, например, оксид цинка; неограничивающими примерами подходящих сульфидов металлов являются, например, дисульфид молибдена, дисульфид тантала, дисульфид вольфрама и сульфид цинка; неограничивающими подходящими примерами силикатов металлов являются, например, силикаты алюминия и силикаты магния, такие как вермикулит.
Частицы могут включать, например, ядро по существу из одного неорганического оксида, такого как диоксид кремния в коллоидальной, пирогенной или аморфной форме, оксид алюминия или коллоидальный оксид алюминия, диоксид титана, оксид цезия, оксид иттрия, коллоидальный оксид иттрия, диоксид циркония, например, коллоидальный или аморфный диоксид циркония, и их любые смеси; или неорганического оксида одного типа, поверх которого осажден органический оксид другого типа. Необходимо понимать то, что в случае использования композиции изобретения в качестве светопроницаемого покровного покрытия, например, в качестве прозрачного покрытия в композиции многокомпонентного композитного покрытия, частицы не должны создавать серьезных помех для реализации оптических свойств композиции. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «светопроницаемый» обозначает наличие у отвержденного покрытия индекса мутности BYK, меньшего, чем 50, согласно измерению при использовании прибора BYK/Haze Gloss.
Неполимерные неорганические материалы, подходящие для использования при получении частиц настоящего изобретения, включают неорганические материалы, выбираемые из графита, металлов, оксидов, карбидов, нитридов, боридов, сульфидов, силикатов, карбонатов, сульфатов и гидроксидов. Одним неограничивающим примером подходящего для использования неорганического оксида является оксид цинка. Неограничивающие примеры подходящих для использования неорганических сульфидов включают дисульфид молибдена, дисульфид тантала, дисульфид вольфрама и сульфид цинка. Неограничивающие примеры подходящих для использования неорганических силикатов включают силикаты алюминия и силикаты магния, такие как вермикулит. Неограничивающие примеры подходящих для использования металлов включают молибден, платину, палладий, никель, алюминий, медь, золото, железо, серебро, и любые их сплавы и смеси.
В одном вваривайте осуществления настоящее изобретение относится к выше описанным композициям, в которых частицы выбирают из пирогенного диоксида кремния, аморфного диоксида кремния, коллоидального диоксида кремния, оксида алюминия, коллоидального оксида алюминия, диоксида титана, оксида цезия, оксида иттрия, коллоидального оксида иттрия, диоксида циркония, коллоидального диоксида циркония и любых их смесей. В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к выше описанным композициям, в которых частицы включают коллоидальный диоксид кремния. В некоторых вариантах осуществления вышеупомянутые материалы могут быть, а могут быть и не подвергнуты поверхностной обработке. Другие подходящие для использования материалы, из которых могут быть получены частицы, а также другие морфологии частиц описываются в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 22, строки 11 до колонки 23, строки 52, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
В определенных вариантах осуществления частицы характеризуются значением твердости, что описывается в патенте США №6657001, во фрагменте от колонки 20, строки 64 до колонки 22, строки 4, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
В определенных вариантах осуществления совокупное количество частиц, присутствующих в композиции покрытия, описанной в настоящем документе, может находиться в диапазоне от 0,01 массового процента до 75 массовых процентов, например, составляя более, чем 0,1 массового процента, более, чем 0,5 массового процента, или более, чем 5 массовых процентов, в расчете на совокупную массу твердого вещества смолы компонентов композиции покрытия.
Компонент (е):
В некоторых вариантах осуществления композиция покрытия настоящего изобретения дополнительно содержит пленкообразующий материал. Подходящие пленкообразующие материалы, которые могут быть использованы в качестве компонента (е), включают без ограничения акриловые полимеры, полимерные сложные полиэфиры, полиуретановые полимеры, полиамидные полимеры, полимерные простые полиэфиры, эпоксидные полимеры на основе бисфенола А, полисилоксановые полимеры, а также их сополимеры или их смеси. В определенных вариантах осуществления пленкообразующий материал отличается от (b).
В определенных вариантах осуществления пленкообразующий материал имеет реакционно-способную функциональную группу, такую как гидроксильная группа, карбокислотная группа, изоцианатная группа, блокированная изоцианатная группа, карбоксилатная группа, первичная аминовая группа, вторичная аминовая группа, амидная группа, карбаматная группа, ангидридная группа, гидроксилалкиламидная группа, эпоксидная группа или их комбинации. Необходимо отметить то, что в некоторых вариантах осуществления реакционно-способная функциональная группа пленкообразующего материала, которая может быть идентичной реакционно-способной функциональной группе (b) или отличной от нее, также может быть реакционно-способной и по отношению к компоненту (с). Однако в других вариантах осуществления к композиции покрытия настоящего изобретения может быть добавлен дополнительный отвердитель, который является реакционно-способным по отношению только к реакционно-способной функциональной группе пленкообразующего полимера. Подходящие отвердители, которые могут быть использованы, включают те, которые описывались выше в связи с компонентом (с). В определенных вариантах осуществления отвердитель, описанный в данном абзаце, может быть идентичным описанному выше отвердителю или отличным от него.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительный полимер, имеющий, по меньшей мере, одну реакционно-способную функциональную группу, в случае использования такового, при добавлении к другим компонентам в композиции в общем случае присутствует в количестве в диапазоне от 1 массового процента до 90 массовых процентов, например от 2 массовых процентов до 80 массовых процентов, от 5 массовых процентов до 60 массовых процентов или от 10 массовых процентов до 50 массовых процентов, в расчете на совокупную массу твердого вещества смолы композиции покрытия.
Другие компоненты:
Композиция покрытия, описанная в настоящем документе, может дополнительно содержать дополнительные ингредиенты, такие как окрашивающие вещества. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «окрашивающее вещество» обозначает любое вещество, которое придает композиции окраску и/или другую непрозрачность и/или другой визуальный эффект. Окрашивающее вещество может быть добавлено в покрытие в любой подходящей форме, такой как в виде дискретных частиц, дисперсий, растворов и/или чешуек (например, алюминиевых чешуек). В композиции покрытия, описанной в настоящем документе, могут быть использованы одно окрашивающее вещество или смесь двух и более окрашивающих веществ.
Примеры окрашивающих веществ включают пигменты, краски и тонирующие вещества, такие как те материалы, которые используются в лакокрасочной промышленности и/или перечисляются Ассоциацией производителей сухих красок (АПСК), а также композиции, создающие специальный эффект. Окрашивающее вещество может включать, например, тонко измельченный твердый порошок, который является нерастворимым, но смачиваемым в условиях использования. Окрашивающее вещество может быть органическим или неорганическим и может быть агломерированным или неагломерированным. Окрашивающие вещества могут быть введены в покрытия при использовании размолотого связующего, такого как акриловое размолотое связующее, использование которого должно быть знакомо специалистам в соответствующей области техники.
Примеры пигментов и/или композиций пигментов включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: карбазолдиоксазиновый неочищенный пигмент, азо-, моноазо-, дисазо-пигменты, пигмент нафтол AS, пигменты солевого типа (краплаки), бензимидазолоновые, конденсационные, металлокомплексные, изоиндолиноновые, изоиндолиновые и полициклические фталоцианиновые, хинакридоновые, периленовые, периноновые, дикетопирролопирроловые, тиоиндиговые, антрахиноновые, индантроновые, антрапиримидиновые, флавантроновые, пирантроновые, антантроновые, диоксазиновые, триарилкарбониевые, хинофталоновые пигменты, дикетопирролопирроловый красный («DPPBO red»), диоксид титана, технический углерод или их смеси. Термины «пигмент» и «окрашенный наполнитель» могут быть использованы взаимозаменяющим образом.
Примеры красок включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: те материалы, которые содержат растворитель и/или имеют водную основу, такие как фталоцианиновый зеленый или синий, оксид железа, ванадат висмута, антрахинон, перилен, алюминий и хинакридон.
Примеры тонирующих веществ включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: пигменты, диспергированные в носителях на водной основе или носителях, смешиваемых с водой, такие как продукт AQUA-CHEM 896, коммерчески доступный в компании Degussa, Inc., продукты CHARISMA COLORANTS и MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS, коммерчески доступные в подразделении Accurate Dispersions division компании Eastman Chemical, Inc..
Как отмечалось ранее, окрашивающее вещество может иметь форму дисперсии, включающую нижеследующее, но неограничивающуюся только этим: дисперсия наночастиц. Дисперсии наночастиц могут включать один или несколько типов высокодиспергированных наночастиц окрашивающих веществ и/или частиц окрашивающих веществ, которые создают желательные видимую окраску и/или непрозрачность и/или визуальный эффект. Дисперсии наночастиц могут включать окрашивающие вещества, такие как пигменты или красители, имеющие размер частиц, меньший, чем 150 нм, такой как меньший, чем 70 им, или меньший, чем 30 нм. Наночастицы могут быть получены в результате перемалывания исходных органических или неорганических пигментов при помощи мелющих тел, имеющих размер частиц, меньший, чем 0,5 мм. Примеры дисперсий наночастиц и способов их получения приведены в патенте США №6875800. Дисперсии наночастиц также могут быть получены и в результате кристаллизации, осаждения, газофазной конденсации и химического истирания (то есть, неполного растворения). Для сведения к минимуму повторного агломерирования наночастиц в покрытии может быть использована дисперсия наночастиц, имеющих покрытие из смолы. В соответствии с использованием в настоящем описании «дисперсия наночастиц, имеющих покрытие из смолы» обозначает непрерывную фазу, в которой диспергированы дискретные «композитные микрочастицы», которые включают наночастицу и покрытие из смолы на наночастице. Примеры дисперсий наночастиц, имеющих покрытие из смолы, и способов их получения приведены в публикации патентной заявки Соединенных Штатов 2005/0287348, предварительной заявке США №60/482167 и патентной заявке Соединенных Штатов с регистрационным номером 11/337062.
Примеры композиций, создающих специальный эффект, которые могут быть использованы, включают пигменты и/или композиции, которые создают один или несколько зрительных эффектов, таких как отражение, перламутровый эффект, металлический блеск, фосфоресценция, флуоресценция, фотохромизм, фоточувствительность, термохромизм, гониохромизм и/или изменение окраски. Дополнительные композиции, создающие специальный эффект, могут придавать и другие воспринимаемые свойства, такие как непрозрачность или текстура. В одном неограничивающем варианте осуществления композиции, создающие специальный эффект, могут создавать цветовой сдвиг, такой что окраска покрытия будет изменяться при рассматривании покрытия под различными углами. Примеры композиций, создающих цветовой эффект, приведены в патенте США №6894086. Дополнительные композиции, создающие цветовой эффект, могут включать светопроницаемую слюду с нанесенным покрытием и/или синтетическую слюду, диоксид кремния с нанесенным покрытием, оксид алюминия с нанесенным покрытием, светопроницаемый жидкокристаллический пигмент, жидкокристаллическое покрытие и/или любую композицию, где интерференция представляет собой результат наличия разницы показателей преломления внутри материала, а не вследствие разницы показателей преломления между поверхностью материала и воздухом.
В определенных неограничивающих вариантах осуществления в композиции покрытии, описанной в настоящем документе, могут быть использованы фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция, которые обратимо изменяют свою окраску при воздействии на них одного или нескольких источников света. Фотохромная и/или фоточувствительная композиции могут быть активированы в результате воздействия на них излучения определенной длины волны. Тогда, когда композиция становится возбужденной, молекулярная структура изменяется, и измененная структура демонстрирует новую окраску, которая отличается от первоначальной окраски композиции. При устранении воздействия излучения фотохромная и/или фоточувствительная композиция может возвратиться в состояние покоя, в котором возвращается первоначальная окраска композиции. В одном неограничивающем варианте осуществления фотохромная и/или фоточувствительная композиция может быть бесцветной в невозбужденном состоянии и демонстрировать окраску в возбужденном состоянии. Полное изменение окраски может происходить в течение промежутка времени продолжительностью от миллисекунд до нескольких минут, например от 20 секунд до 60 секунд. Примеры фотохромной и/или фоточувствительной композиций включают фотохромные краски.
В одном неограничивающем варианте осуществления фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция могут ассоциироваться и/или, по меньшей мере, частично связываться, таким образом, как в результате ковалентного связывания, с полимером и/или полимерными материалами полимеризуемого компонента. В противоположность некоторым покрытиям, в которых фоточувствительная композиция может мигрировать из покрытия и кристаллизоваться в подложке, фоточувствительная композиция и/или фотохромная композиция, ассоциированные и/или, по меньшей мере, частично связанные с полимером и/или полимеризуемым компонентом в соответствии с одним неограничивающим вариантом осуществления настоящего изобретения, демонстрируют минимальную миграцию из покрытия. Примеры фоточувствительных композиций и/или фотохромных композиций и способов их получения приведены в заявке США с регистрационным номером 10/892919.
В общем случае окрашивающее вещество может присутствовать в любом количестве, достаточном для придания желательного визуального и/или цветового эффекта. Окрашивающее вещество может составлять от 1,0 до 65 массовых процентов настоящих композиций, например от 3 до 40 массовых процентов или от 5 до 35 массовых процентов, при этом массовый процент получают в расчете на совокупную массу композиций.
Композиции покрытия могут содержать и другие необязательные материалы, хорошо известные на современном уровне техники составленных рецептур поверхностных покрытий, такие как пластификаторы, антиоксиданты, пространственно затрудненные аминовые светостабилизаторы, поглотители и стабилизаторы действия УФ-излучения, поверхностно-активные вещества, регуляторы текучести, тиксотропные добавки, такие как бентонитовая глина, пигменты, наполнители, органические совместные растворители, катализаторы, в том числе фосфоновые кислоты, и другие обычно используемые вспомогательные вещества.
Подходящие катализаторы, которые могут быть использованы, включают кислотный и основный катализаторы, известные специалистам в соответствующей области техники. В настоящем изобретении могут быть использованы катализаторы на основе кислоты и основания Льюиса, а также органические кислотные и основные катализаторы. Например, нафтенат олова, бензоат олова, октаноат олова, бутират олова, дилауринат дибутилолова, диацетат дибутилолова, оксид дибутилолова, октаноат свинца, этилацетоацетат алюминия, этилацетоацетат циркония и неблокированные и блокированные версии динонилнафталиндисульфоновой кислоты, додецилбензолсульфоновой кислоты, п-толуолсульфоновой кислоты, алкилфосфорной кислоты, фенилфосфорной кислоты, 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан (ДАБЦО), триэтиламин, гуанин, пиридин, тетраметилгуанидин, сложные диэфиры фосфоновой и дифосфоновой кислот и различные блокированные версии вышеупомянутых катализаторов.
В дополнение к описанным выше материалам композиция покрытия также может содержать органический растворитель. Подходящие органические растворители, которые могут быть использованы в композиции покрытия, включают любые из тех, которые перечислены в предшествующих абзацах, а также бутилацетат, ксилол, метилэтилкетон или их комбинации.
Физические свойства:
В определенных вариантах осуществления композиция покрытия настоящего изобретения после нанесения на подложку и после отверждения демонстрирует устойчивость 20°-ного блеска, равную, по меньшей мере, 80%, например большую, чем 90%, (например, находящуюся в диапазоне от 90% до 95%), при реализации МЕТОДА ИСПЫТАНИЯ НА ИСТИРАНИЕ 1. Испытание начинают в результате измерения 20°-ного блеска у отвержденного покрытия («первоначальный блеск»), которое нанесли на подложку, до проведения для подложки с нанесенным покрытием испытания Amtec-Kistler Car Wash Test DIN 55668. Для каждого из описанных в настоящем описании МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ НА ИСТИРАНИЕ измерение блеска проводят при использовании блескомера, такого как блескомер NOVO GLOSS-GARDCO (доступный в компании Paul N.Gardner Co. из Помпано-Бич, Флорида). После получения результата измерения блеска подложку с нанесенным покрытием затем подвергают воздействию 10 циклов испытания Amtec-Kistler Car Wash Test. По завершении 10 циклов еще раз измеряют 20°-ный блеск покрытия («блеск после царапания»). Устойчивость 20°-ного блеска у покрытия определяют при использовании приведенной ниже формулы (I):
В определенных вариантах осуществления композиция покрытия настоящего изобретения после нанесения на подложку и после отверждения может демонстрировать устойчивость 20°-ного блеска, равную, по меньшей мере, 70%, (например, находящуюся в диапазоне от 75% до 80%), например большую чем 80%, или большую чем 90%, при реализации МЕТОДА ИСПЫТАНИЯ НА ИСТИРАНИЕ 2. МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА ИСТИРАНИЕ 2 реализуют тем же самым образом, что и МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА ИСТИРАНИЕ 1, но при проведении для подложки с нанесенным покрытием 40 циклов испытания Amtec-Kistler Car Wash Test вместо 10 циклов.
В определенных вариантах осуществления композиция покрытия настоящего изобретения после нанесения на подложку в виде покрытия и после отверждения может демонстрировать устойчивость 20°-ного блеска, равную, по меньшей мере, 80%, например большую чем 90%, (например, находящуюся в диапазоне от 90% до 95%), при реализации МЕТОДА ИСПЫТАНИЯ НА СУХОЕ ИСТИРАНИЕ 1. В МЕТОДЕ ИСПЫТАНИЯ НА СУХОЕ ИСТИРАНИЕ 1 отвержденное покрытие на подложке подвергают испытанию, проводя сначала для покрытия измерение 20°-ного блеска («первоначальный блеск»). После этого покрытие подвергают линейному царапанию взвешенной наждачной бумагой, делая десять двойных истираний при использовании прибора Atlas AATCC CROCKMETER, Model CM-5 (доступного в компании Atlas Electric Devices Company из Чикаго, Иллинойс). Использующаяся наждачная бумага представляет собой листы 9-микронной полировальной бумаги 3М 281Q WETORDRY™ PRODUCTION™, которые коммерчески доступны в компании 3М Company из Сент-Пола, Миннесота. После царапания подложку с нанесенным покрытием нагревают до температуры подложки в диапазоне от 35 до 60°С в течение периода времени продолжительностью от 10 десяти секунд вплоть до ночи при использовании любого подходящего источника тепла, такого как термическая или конвекционная печь, жидкость (то есть, теплая вода), термовоздуходувка, инфракрасная лампа, солнечный свет, другие источники ИК-излучения, горячая камера и тому подобное, а после этого еще раз измеряют 20°-ный блеск («блеск после царапания»). Покрытие будет успешно проходить МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА СУХОЕ ИСТИРАНИЕ 1 в случае сохранения у него, по меньшей мере, 60% от его первоначального 20°-ного блеска. Устойчивость блеска измеряют так, как это описывалось в приведенной выше формуле (I).
Система покрытия
Описанная выше композиция покрытия может быть осаждена индивидуально или в виде части системы покрытия, которая может быть осаждена на множество различных подложек. Система покрытия обычно включает несколько слоев покрытия. Слой покрытия обычно получают при по существу отверждении композиции покрытия, которую осаждают на подложку, по способам, известным на современном уровне техники, (например, в результате термического нагревания). Необходимо отметить то, что описанная выше композиция покрытия может быть использована в одном или нескольких слоях покрытий, описанных в следующих далее абзацах.
Подходящие для использования подложки, на которые может быть нанесено покрытие из композиции покрытия, содержащей полимер, включают без ограничения металлические подложки, подложки из металлических сплавов, подложки, которые были металлизированы, такие как никелированный пластик, и/или подложки из пластиков. В некоторых вариантах осуществления металл или металлический сплав могут представлять собой алюминий и/или сталь. Например, стальная подложка могла бы представлять собой холоднокатаную сталь, электролитически оцинкованную сталь и/или сталь горячего цинкования. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления подложка может включать часть транспортного средства, такую как кузов транспортного средства (например, без ограничения дверь, панель кузова, крышка багажника, панель крыши, капот и/или крыша) и/или рама транспортного средства. В соответствии с использованием в настоящем описании «транспортное средство» или его вариации включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: наземные транспортные средства гражданского, коммерческого и военного назначения, такие как легковые автомобили, мотоциклы и грузовые автомобили. Также необходимо понимать то, что в некоторых вариантах осуществления подложка может быть подвергнута предварительной обработке при использовании раствора для предварительной обработки, такого как раствор фосфата цинка, как это описывается в патентах США №№4793867 и 5588989, или не подвергнута предварительной обработке при использовании раствора для предварительной обработки.
В обычной системе покрытия, использующейся в автомобильной промышленности, композицию электроосаждаемого покрытия наносят в виде покрытия на подложку, которая была подвергнута предварительной обработке. Подходящие электроосаждаемые композиции покрытий, которые могут быть использованы, включают те, которые описываются в публикации патента США №2009/0042060. После отверждения композиции электроосаждаемого покрытия, по меньшей мере, на часть композиции электроосаждаемого покрытия наносят композицию покрытия грунт-шпаклевки. Композицию покрытия грунт-шпаклевки обычно наносят на слой электроосаждаемого покрытия и отверждают до нанесения поверх композиции покрытия грунт-шпаклевки композиции последующего покрытия. Однако, необходимо отметить то, что в некоторых вариантах осуществления на подложку покрытия из композиции электроосаждаемого покрытия не наносят. В соответствии с этим, в данных вариантах осуществления композицию покрытия грунт-шпаклевки наносят непосредственно на подложку.
Слой грунт-шпаклевки, который представляет собой результат применения композиции покрытия грунт-шпаклевки, используется для улучшения стойкости к расщеплению у наносимых впоследствии слоев покрытия (например, композиции покрытия, придающего окраску, и/или композиции по существу прозрачного покрытия), а также для содействия получению надлежащего внешнего вида у слоев, наносимых впоследствии. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «грунт-шпаклевка» обозначает композицию грунтовки, предназначенную для использования под наносимой впоследствии композицией покрытия, и включает такие материалы, как термопластичные и/или сшивающиеся (например, термоотверждающиеся) пленкообразующие смолы, в общем случае известные на современном уровне техники композиций органических покрытий. Подходящие для использования грунтовки и композиции покрытия грунт-шпаклевки включают наносимые распылением грунтовки, известные специалистам в соответствующей области техники. Примеры подходящих грунтовок включают несколько доступных представителей от компании PPG Industries, Inc., Питтсбург, Пенсильвания с обозначениями DPX-1791, DPX-1804, DSPX-1537, GPXH-5379, ОРР-2645, PCV-70118 и 1177-225А. Еще одна подходящая композиция покрытия грунт-шпаклевки, которая может быть использована в настоящем изобретении, представляет собой грунт-шпаклевку, описанную в патентной заявке США №11/773482.
Необходимо отметить то, что в некоторых вариантах осуществления композицию покрытия грунт-шпаклевки в системе покрытия не используют. Поэтому композиция покрытия в виде покрытия основы, придающего окраску, может быть нанесена непосредственно на отвержденную композицию электроосаждаемого покрытия.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, на часть слоя покрытия грунт-шпаклевки (в случае наличия такового) осаждают композицию покрытия, придающего окраску, (здесь и далее в настоящем описании «покрытие основы»). В настоящем изобретении может быть использована любая композиция покрытия в виде покрытия основы, известная на современном уровне техники. Необходимо отметить то, что данные композиции покрытия в виде покрытия основы обычно содержат окрашивающее вещество.
В определенных вариантах осуществления настоящее изобретение может быть использовано в композиции по существу прозрачного покрытия (здесь и далее в настоящем описании «прозрачное покрытие»), которую осаждают, по меньшей мере, на часть слоя покрытия в виде покрытия основы. В соответствии с использованием в настоящем описании слой «по существу прозрачного» покрытия является по существу светопроницаемым и не непрозрачным. В определенных вариантах осуществления композиция по существу прозрачного покрытия может содержать окрашивающее вещество, но не в таком количестве, чтобы делать композицию прозрачного покрытия непрозрачной (по существу светонепроницаемой) после ее отверждения.
В некоторых вариантах осуществления первая часть частиц (например, компонент (d)), такая как частицы диоксида кремния, присутствует в поверхностной области отвержденной композиции с концентрацией, которая является большей, чем концентрация второй части частиц, которая находится в объемной области отвержденной композиции прозрачного покрытия (то есть, слое прозрачного покрытия). В определенных случаях значение мутности BYK у отвержденной композиции является меньшим, чем 50, может быть меньшим, чем 35, а зачастую является меньшим, чем 20, согласно измерению при использовании прибора BYK Haze Gloss meter, доступного в компании BYK Chemie USA. Необходимо также понимать то, что в определенных вариантах осуществления слой прозрачного покрытия также может включать и полимерную сетку, которая содержит остаток алкоксисиланового соединения (например, компонента (а)). В некоторых вариантах осуществления полимерную сетку получают в результате прохождения реакции гидролиза алкоксисиланового соединения с самим собой. В соответствии с этим, в определенных вариантах осуществления слой прозрачного покрытия включает высокую концентрацию частиц диоксида кремния в поверхностной области слоя прозрачного покрытия при одновременном дополнительном содержании не только полимерной сетки, описанной в предшествующем предложении, но также и сшитой сетки, полученной в результате прохождения реакции между изоцианатным отвердителем (например, компонентом (с)) и гидроксильными группами полисилоксанов (например, компонента (b)). Как можно себе представить без желания связывать себя какой-либо конкретной теорией, в некоторых вариантах осуществления полимерная сетка, полученная из компонента (а), может быть взаимопроникающей с полимерной сеткой, полученной в результате прохождения реакции между компонентами (с) и (b), что, тем самым, улучшает физические свойства получающегося в результате слоя прозрачного покрытия. В альтернативном варианте, как представляется, в тех вариантах осуществления, в которых композиция покрытия дополнительно содержит пленкообразующий материал (например, компонент (е)), такой как акриловый полиол, полимерная сетка может быть взаимопроникающей и со сшитой сеткой, полученной в результате прохождения реакции между компонентами (с) и (b), в дополнение к сшитой сетке, полученной в результате похождения реакции между компонентами (с) и (е).
В соответствии с использованием в настоящем описании «поверхностная область» отвержденной композиции обозначает ту область, которая в общем случае параллельна соприкасающейся с воздухом обнаженной поверхности подложки с нанесенным покрытием, и которая имеет толщину, в общем случае простирающуюся перпендикулярно от поверхности отвержденного покрытия до глубины в диапазоне от, по меньшей мере, 20 нанометров до 150 нанометров ниже обнаженной поверхности. В определенных вариантах осуществления данная толщина поверхностной области находится в диапазоне от, по меньшей мере, 20 нанометров до 100 нанометров и может находиться в диапазоне от, по меньшей мере, 20 нанометров до 50 нанометров. В соответствии с использованием в настоящем описании «объемная область» отвержденной композиции обозначает область, которая простирается под поверхностной областью, и которая в общем случае параллельна поверхности подложки с нанесенным покрытием. Объемная область имеет толщину, простирающуюся от ее межфазной поверхности с поверхностной областью сквозь отвержденное покрытие до подложки или слоя покрытия ниже отвержденной композиции.
В вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых частицы характеризуются средним размером частиц, большим, чем 50 нанометров, толщина поверхностной области в общем случае простирается перпендикулярно от поверхности отвержденного покрытия до глубины, равной троекратному среднему размеру частиц, и данная поверхность может простираться до глубины, равной двукратному среднему размеру частиц.
Концентрация частиц в отвержденном покрытии может быть охарактеризована самыми разнообразными методами, такими как те, которые описываются в патенте США №6657001, в колонке 47, строках 12-60, процитированная часть которого посредством ссылки включается в настоящий документ.
Необходимо понимать то, что в некоторых вариантах осуществления частицы могут присутствовать в поверхностной области таким образом, что часть частиц, по меньшей мере, частично будет выступать над слоем прозрачного покрытия, будучи по существу незащищенной слоем органического покрытия. В альтернативном варианте, частицы могут присутствовать в поверхностной области таким образом, что слой органического покрытия будет находиться между частицами и соприкасающейся с воздухом обнаженной межфазной поверхностью поверхностной области.
Одна или несколько композиций покрытия, описанных в предшествующих абзацах, могут содержать окрашивающие вещества и другие описанные выше необязательные материалы (которые известны на современном уровне техники составленных рецептур поверхностных покрытий).
Кроме того, необходимо понимать то, что одна или несколько композиций покрытий, которые образуют различные слои покрытия, описанные в настоящем документе, могут представлять собой либо «однокомпонентную» («1К»), либо «двухкомпонентную» («2К»), либо даже многокомпонентную композиции. Композиция 1К будет пониматься как обозначение композиции, где все компоненты покрытия выдерживают в одном и том же контейнере после изготовления, во время хранения и так далее. Композиция 2К или многокомпонентная композиция будут пониматься как обозначение композиции, где различные компоненты выдерживаются раздельно вплоть до момента, непосредственно предшествующего нанесению. Композиция покрытия 1К или 2К может быть нанесена на подложку и отверждена по любому обычному способу, такому как при использовании нагревания, продувания воздуха и тому подобного.
В определенных вариантах осуществления настоящее изобретение может быть использовано в системе однослойного покрытия. В системе однослойного покрытия один слой покрытия наносят поверх подложки (которая может быть подвергнута или не подвергнута предварительной обработке), которая может включать один или несколько следующих далее слоев (описанных выше): слой электроосаждаемого покрытия или слой покрытия грунт-шпаклевки.
Композиции покрытий, которые образуют различные слои покрытия, описанные в настоящем документе, могут быть осаждены или нанесены на подложку при использовании любой методики, которая известна на современном уровне техники. Например, композиции покрытий могут быть нанесены на подложку по любому из самых разнообразных способов, в числе других способов включающих без ограничения распыление, нанесение покрытия кистью, окунание и/или нанесение покрытия валиком. В случае нанесения на подложку множества композиций покрытий необходимо отметить то, что одна композиция покрытия может быть нанесена, по меньшей мере, на часть композиции нижележащего покрытия либо после отверждения композиции нижележащего покрытия, либо до отверждения композиции нижележащего покрытия. В случае нанесения композиции покрытия на композицию нижележащего покрытия, которая не была отверждена, одна или несколько неотвержденных композиций покрытия могут быть отверждены одновременно.
Композиции покрытия могут быть отверждены при использовании любой известной на современном уровне техники методики, такой как без ограничения с применением тепловой энергии, инфракрасного, ионизирующего или актиничного излучения или любой их комбинации. В определенных вариантах осуществления операция отверждения может быть проведена при температурах ≥10°С. В других вариантах осуществления операция отверждения может быть проведена при температуре ≤246°С. В определенных вариантах осуществления операция отверждения может быть проведена при температурах в диапазоне, определяемом любой комбинацией значений, которые приводились в предшествующих предложениях, включая приведенные значения. Например, операция отверждения может быть проведена при температурах в диапазоне 120°С-150°С. Однако необходимо отметить то, что для активирования механизмов отверждения по мере надобности могут быть использованы и меньшие или большие температуры.
В определенных вариантах осуществления композиции покрытия, описанные в настоящем документе, представляют собой композиции покрытия, отверждаемые при низкой температуре за счет химической реакции с влагой воздуха. В соответствии с использованием в настоящем описании термин «отверждаемая при низкой температуре за счет химической реакции с влагой воздуха» относится к композициям покрытия, которые после нанесения на подложку способны отверждаться в присутствии воздуха окружающей среды, при этом воздух характеризуется относительной влажностью в диапазоне от 10% до 100%, например от 25% до 80%, и температурой в диапазоне от -10°С до 120°С, например от 5°С до 80°С, в некоторых случаях от 10°С до 60°С, а в других еще случаях от 15°С до 40°С.
Толщина сухой пленки слоев покрытия, описанных в настоящем документе, может находиться в диапазоне от 0,1 микрона до 500 микронов. В других вариантах осуществления толщина сухой пленки может составлять ≤125 микронов, например ≤80 микронов. Например, толщина сухой пленки может находиться в диапазоне от 15 микронов до 60 микронов.
Несмотря на подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения специалисты в соответствующей области техники должны понимать то, что в свете совокупных положений описания изобретения могли бы быть разработаны и различные модификации и альтернативы данных деталей. В соответствии с этим, конкретные описанные компоновки предполагают выполнение только роли иллюстрации, а не ограничения объема изобретения, который должен получить полный охват в прилагаемой формуле изобретения и всех без исключения ее эквивалентах.
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1
В данном примере описывается получение алкоксисилановой смолы. Смолу получали следующим далее образом:
в подходящую для использования реакционную емкость, снабженную дефлегматором и продуваемую при использовании азотной атмосферы, добавляли 792,1 г 3-аминопропилтриметоксисилана. При комнатной температуре медленно вводили 442,4 г этилакрилата с расходом, обеспечивающим выдерживание температуры ниже 60°С. По завершении добавления реакционную смесь выдерживали при 60°С вплоть до завершения реакции (то есть, процент этилакрилата составляет <1%). После этого реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и затем к реакционной смеси добавляли 61,7 г н-бутилацетата. После этого в реакционную смесь медленно вводили 710,8 г продукта DESMODUR N3300A (доступного в компании Bayer MaterialScience) отвердитель на основе гексаметилендиизоцианата. Температуре реакционной смеси не позволяли превышать 65°С, выдерживая ее на уровне температуры 65°С, и проводили мониторинг по методу инфракрасной спектроскопии для выявления исчезновения полосы поглощения изоцианата.
Композиции покрытий
В следующих далее примерах описывается получение композиции покрытия настоящего изобретения, а также сравнительной композиции покрытия. Обе композиции исследовали на предмет получения светопроницаемого покровного покрытия (например, слоя прозрачного покрытия) в системе многокомпонентного композитного покрытия.
Композиции покрытий из примера А (сравнительный пример) и примера В получали по способу, описанному в примере 20 из патента США №6657001. Однако алкоксисилановую смолу из примера 1 добавляли только к примеру В в количестве 20 граммов массы, тогда как к примеру А алкоксисилановую смолу не добавляли.
Каждую из вышеупомянутых композиций покрытий из примеров А и В получали в виде двухупаковочной композиции покрытия.
Получение панели для испытания
Черное водное покрытие основы Obsidian Schwartz (коммерчески доступное в компании PPG Industries - Germany, Inc.) по способу распыления наносили до уровня 12,5 мкм на стальные панели (10 мм × 30 мм) с нанесенным покрытием катионной электроосаждаемой грунтовки ED6060C, коммерчески доступной в компании PPG Industries, Inc. Панели с нанесенным покрытием основы в течение 5 минут подвергали гидролизу при 82°С. Каждую из композиций покрытий из приведенных выше примеров А и В наносили до уровня 40 мкм в виде светопроницаемого покровного покрытия поверх панелей с нанесенным покрытием основы. Панели с нанесенным покровным покрытием в течение 10 минут подвергали отгонке летучих компонентов при температуре окружающей среды, а после этого в течение 30 минут подвергали термическому отверждению при 140°С. Многокомпонентные композитные покрытия подвергали испытаниям на различные физические свойства, в том числе блеск и стойкостью к царапанию (согласно представлению в приведенной ниже таблице 1).
Результаты испытаний
Таблица 1
Устойчивость блеска (%) после истирания
Пример
20°-ный блеск (первоначальный)
Метод испытания на сухое истирание 1
Метод испытания на истирание 1
Метод испытания на истирание 2
А (сравнитель-ный пример)
86
83%
87%
63%
В
87
94%
94%
82%
Как можно видеть исходя из таблицы 1, пример В (вариант осуществления настоящего изобретения) демонстрировал улучшенные физические свойства в сопоставлении с композицией покрытия, которая не содержала компонентов, описанных в настоящем документе.