CN105646879B - 水可稀释的溶胶-凝胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用任意比例的水可稀释的溶胶‑凝胶组合物，其基于至少下列组分的反应：(i)缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷；(ii)固体含量＞1重量％的含水硅溶胶，(iii)有机酸作为水解催化剂，和(iv)正丙基锆酸盐、丁基钛酸盐或乙酰丙酮酸钛作为交联剂，其中从组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比≤0.75起始，涉及其制备方法及其应用，特别是作为用于腐蚀保护涂层、相应的腐蚀保护层或底漆层的溶胶‑凝胶组合物，和带有该涂层的物品。
Description
技术领域
本发明涉及基于硅烷和硅酸溶胶通过溶胶-凝胶方法的特定含水组合物、其制备及其应用。
背景技术
人们对在利用溶胶-凝胶方法的生产纳米复合材料中用硅烷类作为起始原料越来越感兴趣，包括EP 1 288 245A、EP 0 982 348A、DE 198 16 136A、WO 99/036359。此类纳米复合材料常常作为涂料用于广泛多样的用途中。
已知基于溶胶-凝胶配方的涂料体系的一个常见和主要缺点在于存在氯化物和高比例的有机物，大部分是挥发物以及有毒溶剂，它们是硅烷水解的副产物或加入到其中作为稀释剂。使用不足以达到硅烷的完全水解的水的用量，并且酸性水解催化剂的使用导致所生成的搁置数月稳定的含有溶剂的溶胶-凝胶体系。另外已知水量的增加导致烷氧基的完全水解，因此致使体系的储存稳定性急剧降低，或在水解过程的末期迅速生成凝胶，特别是当该体系具有尽可能高的固体含量时。
尚未公开的德国专利申请10 2004 037 045.1主要涉及高固体含量含水硅烷纳米复合材料。然而不幸地，该溶胶-凝胶体系的水可稀释性仅仅是有限的。用水高度稀释的体系在储存过程中会出现沉淀和沉降的情形，特别是在较高的储存温度下。特别是，当为了涂覆薄涂层时，需要利用特定的施涂方法，例如喷雾或浸渍，使所述溶胶-凝胶体系成为较稀的待施涂的溶液。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种进一步反应的、基本上(im Wesentlichen)含水的溶胶-凝胶体系，其特别是可用水良好稀释的并储存稳定的。
权利要求书中限定的本发明实现了本发明的目的。
具体地当组分(ii)与(i)比例高时，例如r＝0.96，则所述溶胶-凝胶涂料的水可稀释性一般受到限制，并且在这种情形下稀释溶胶在储存下的稳定性降低。为了获得＜10μm的低干燥涂层厚度，需要某些涂覆的形式，例如浸渍或喷雾，从而通过溶剂的方式使干燥残余物大大减少。如果是这种情况，使用水而不是有机溶剂，由此令人惊讶地发现，如果从溶胶-凝胶体系起始可以制备得到高度水可稀释同时储存稳定的溶胶-凝胶涂层组合物，所述溶胶-凝胶体系与DE申请10 2004 037 045.1的可相比，组分(ii)与组分(i)的质量比设定得较低：r＝组分(ii)的固体质量/组分(i)的质量。采用比例r≤0.75，可以有利地制备水可稀释的和在稀释时储存稳定的溶胶-凝胶涂料。
因此，以令人惊奇的方式发现，一种基本上含水的、对于在涂层时特别具反应性的、且事实上可用水无限稀释并在稀释状态下超过4个月的储存期下仍保持稳定的水解产物可以通过下列简单且经济的方式获得：将至少(i)缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷，(ii)固体含量＞1重量％、优选＞20重量％的胶态分散的、含水硅溶胶，(iii)有机酸作为水解催化剂，尤其是乙酸、丙酸或马来酸，和(iv)四丙醇锆[也称作正丙基锆酸盐：Zr(O-C3H7)4]，丁基钛酸盐，尤其是正丁基钛酸盐[Ti(O-C4H9)4]或乙酰丙酮酸钛作为交联剂混合，其中组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比≤0.75，即r＝固体质量(ii)/质量(i)并且r≤0.75。此外，有利的方式是，特别是在有毒甲醇的情况下，可以基本上除去水解产物中的水解醇，即＜5重量％，直至低至残余量在检测限度范围内，并且在必要时，可以用定量的水替代。
本发明的水解产物和用水进一步稀释的水解产物(下面称作溶胶-凝胶体系或溶胶-凝胶组合物，或者简称为组合物，涂料或物料)的特征在于具有相对优异的储存稳定性，即超过4个月。
此外，本发明组合物环保，基本上不含有氯化物，即以该组合物为基准计优选含有小于0.8重量％，特别是小于0.5重量％的氯化物，并且只含有相对低比例的挥发性有机组分(VOC分数)、易燃物质或毒性物质。所以本发明的组合物一般也具有相对高的闪点，优选约≥90℃。
特别是，用本发明涂料获得的在金属上的涂层具有优异的腐蚀保护性质。
此外，基于本发明涂料的涂层被证实是可以作为优良的屏蔽层，特别是对水和氧。
本发明涂料还具有突出的底漆性质；也就是说，它们还有利地用作粘结助剂，特别是非常薄的层的形式。
此外，施涂本发明组合物后得到的涂层耐水性极好，并且具有良好的硬度和耐刮性。
所以，本发明提供了一种水可稀释的溶胶-凝胶组合物，其基于至少下列组分的反应：
(i)缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷；
(ii)固体含量＞1重量％的含水硅溶胶，
(iii)有机酸作为水解催化剂，和
(iv)正丙基锆酸盐、丁基钛酸盐或乙酰丙酮酸钛作为交联剂，
其中从组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比≤0.75开始。优选组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比是0.1-0.7，更优选0.2-0.6，特别是0.3-0.5，以及介于其中的所有数。
组分(i)优选选自3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二乙氧基硅烷或上述硅烷的至少两种的混合物。
作为组分(ii)优选具有＞1重量％至≤50重量％的固体含量的常用阳离子型、胶态分散硅溶胶，并且非常优选30重量％至＜50重量％，特别是40至＜50重量％，即约45重量％，其中该固体含量一般按照DINEN ISO 3251测定。特别是优选的含水硅溶胶具有的pH值为3-5，特别是3.5-4。然而，还可以使用碱性或中性稳定化硅溶胶。粒度分布可以以本身已知的方式通过激光衍射的方式测定(Coulter LS粒度测量仪)。此外，本发明使用的硅溶胶可以除无定形、含水SiO2颗粒外，还含有其他形成溶胶-凝胶的含水元素氧化物，例如氧化铝或氧化硅/氧化铝或氧化钛或氧化锆或氧化锌或至少两种上述氧化物的混合物。此外，优选硅溶胶一般含有无定形、含水氧化物颗粒并且平均粒度为40-400nm，例如但不限于-200S/30％和100S/45％。
pH值可以以本身已知的方式、例如通过pH试纸或pH棒和pH电极的方式测定。
另外，有机酸优选选自乙酸、丙酸和马来酸作为组分(iii)。由此本发明的组合物以该组合物为基准计优选含有0.01重量％-3重量％，更优选0.5重量％-2重量％，特别是1重量％-2重量％的组分(iii)。
组分(iv)的交联剂可以作为粉末、液体或者醇溶液用于制备本发明的组合物。本发明的组合物优选基于组分(iv)的含量为0.5重量％-8重量％。
对于本发明的组合物，还可以使用另一组分(v)，一种四烷氧基硅烷，尤其是四乙氧基硅烷，至少一种烷基硅烷，适宜是烷基烷氧基硅烷，特别是二甲基二乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷，和/或至少一种苯基三烷氧基硅烷，尤其适宜是苯基三乙氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷。
本发明的组合物可以含有以该组合物为基准计用量为1重量％-10重量％的组分(v)。适合地是，在这种情况中一部分组分(ii)相应地被组分(v)代替。
此外，可以通过选择其他特定添加剂或组分(vi)来进一步改进所述溶胶-凝胶涂层的性能。具体地，涂料中适当的其他添加剂或组分(vi)特别包括磷酸，磷酸盐，例如碱金属磷酸盐，如NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4，或相应的阳离子盐，多元酸和/或杂多元酸及其盐，例如铬酸、钼酸、铬酸盐，例如碱金属和碱土金属铬酸盐和一重铬酸盐，钼酸钙，磷钼酸，有机粘合剂的含水分散体，尤其是丙烯酸酯含水分散体，例如甲基丙烯酸甲酯/正丁酯分散体，例如D510，纳米颗粒，优选无机纳米颗粒，更优选高温生产的纳米颗粒，尤其是发烟二氧化硅，即高温制备的硅酸和氨基硅烷类和氨基烷基硅氧烷类，以及下列详述的那些。
因此作为所述组合物的其他组分(们)(vi)，可以使用改进流动性和腐蚀保护性质的添加剂。适当的添加剂(vi)是例如在颜料和漆料工业中常用的流动控制助剂和湿润添加剂，并且磷酸或其盐的浓度为0.001重量％-1重量％，优选0.01重量％-0.1重量％，更优选0.03重量％-0.06重量％，或者含水树脂分散体，尤其是丙烯酸酯分散体，更优选含水甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸正丁酯分散体，浓度优选是0.1重量％-50重量％，特别优选1重量％-40重量％，非常优选10重量％-30重量％，或者纳米颗粒，优选高温生产的，尤其是高温硅酸，浓度为0.01重量％-20重量％，优选1重量％-10重量％，在各种情况中基于涂层材料计。
此外，还可以进一步调整pH值至6-9，优选7-8提高本发明可以任选高度稀释的涂层材料的稳定性。所以，例如，但不限于-可以通过充分计量添加水溶性碱性物质的方式调整pH值。其适当地包括例如氨、有机胺，以及选自(vi)系列的添加剂，特别有利的是氨基硅烷类，例如
或各个上述氨基烷基硅烷的水溶液，例如1122或1124，或所谓的氨基硅氧烷类，尤其是氨基硅氧烷水溶液，例如1151，或基于至少一种上述氨基烷基硅烷、下文详述类型的氢化硅(Hydrosil)，即特别是调至碱性的水、氨基烷氧基硅烷类与其他有机官能化的烷氧基硅烷类的共缩聚物的水溶液。
本发明的组合物，即包括相应的水稀释的溶胶-凝胶体系是一般略微浑浊至乳白色液体并且意外的区别在于溶胶颗粒的平均直径为40-200nm，优选50-100nm。溶胶颗粒的直径可以以本身已知的方式利用例如激光衍射的装置进行测定。在此特别意外地是本发明的组合物还优选在约4个月或更长时间的储存期间，实际上未改变的粒度分布，即是储存稳定的。
此外，本明的组合物非常适宜的固体含量是＞0.5重量％至＜60重量％，优选5重量％至55重量％，更优选10重量％至50重量％，非常优选20重量％至40重量％，特别是25重量％至＜35重量％，基于整个组合物计。本发明组合物的固体含量适宜按照DIN ISO 3251测定。
此外可以通过加入水设定本发明组合物的固体含量和粘度。本文中适宜地，加水量如此确定，使固体含量为0.5重量％-60重量％。本发明的组合物一般并且优选能够稳定储存数月。
而且，本发明的组合物的突出之处在于比较低的水解醇含量＜5重量％，优选＜3重量％，更优选＜1重量％，基于总组合物计。本发明组合物的醇含量可以以本身已知的方式例如通过气相色谱法进行测定。
除了加入水之外，还可以特别加入适当的有机溶剂以进一步延长储存稳定性，例如≤10重量％的1-甲氧基丙-2-醇。
所以本发明的组合物可以适当地具有≤10重量％的1-甲氧基丙-2-醇，优选5重量％-10重量％，基于总组合物计。此类的体系一般还具有高闪点。
作为数学参数，本发明的含水组合物的含水量优选为约99.5重量％-30重量％，更优选90重量％-40重量％，非常优选80重量％-50重量％，和特别＞70重量％，基于总组合物计。
在约＞50％水的分数作为溶剂的情况中一般可以测定该涂层组合物中“非挥发性组分”的含量。这种测定一般按照DIN EN ISO 3251-“非挥发性组分的含量的测定”通过蒸发水和醇来完成。鉴于此目的，该物质一般在一次性铝盘中在125℃下调理1小时，并通过差示称重测定非挥发性组分的含量。测定方法主要采用涂料、涂料的粘合剂、聚合物分散体、缩合树脂、聚合物分散体和填充剂、颜料等。这种方法相当有价值。
所以本发明的组合物特别优选非挥发性物含量为0.5重量％-50重量％。特别优选该体系的非挥发性组分含量为5重量％至＜30重量％。
本发明的组合物可以进一步含有至少一种表面活性剂，特别是可以以这种方式，加入硅氧烷表面活性剂，例如BYK-348(聚醚改性的聚二甲基硅氧烷)产生有利影响，从而在底物湿润方面获得附加的改进，可以避免涂层生产中的流动问题，尤其是在金属底物上。一般优选表面活性剂含量为＜0.5重量％，特别是0.1重量％-0.3重量％，以该组合物为基准计。
还可以向本发明的组合物加入所谓的Hydrosil体系。
Hydrosil体系这里是指基本上水基的、无氯化物、大多数为弱酸性但也可以是中性和碱性水体系，该体系含有水溶性、几乎完全水解的(氟)烷基-/氨基烷基-/羟基-(或烷氧基-)硅氧烷的混合物，例如可以选自EP 0 716 127 A，EP 0 716 128A，EP 0 846 717A和EP 1 101 787A。实例包括HS 2909，HS 2775，HS2776和HS 2627。特别优选向本发明组合物加入F 8815并且重量比为1∶0.01至0.01∶1，更优选约1∶0.1至0.1∶1，其中在此使用的含水F8815具有的活性物质含量基于组合物计并且按照上述DIN EN ISO 3251测定优选是＜80重量％，更优选＜40重量％，非常优选0.1重量％-20重量％，特别是约13重量％-15重量％。所得的本发明组合物由于其高疏水性和疏油性(也称作“易于清洗”)适合应用于涂层。
本发明的溶胶-凝胶组合物，尤其是水稀释的体系，具有的pH值优选6-9，特别是7-8。
本发明还提供一种制备本发明溶胶-凝胶组合物的方法，该方法通过首先通过引入组分(i)，随后在有效混合的条件下计量加入组分(iii)，随后加入组分(iv)，此后加入组分(ii)，并且使该反应进行，其中该反应任选加入至少一种稀释剂，并且从组分(ii)：组分(i)的固体质量的质量比≤0.75起始。
本发明方法中可以使用的稀释剂包括水、甲醇、乙醇和/或1-甲氧基-丙-2-醇和其他醇，例如丙醇或异丙醇。
当使用一种或多种组分(v)时，它或它们优选首先与组分(i)一起引入到本发明的方法中。
在本发明的方法中，该反应优选在0-35℃，更优选5-25℃的温度下进行1-60分钟，更优选约5-20分钟，并且所得产物混合物随后适宜在约35-85℃，优选在50-60或60-70℃的温度下，即优选略低于水解醇的沸点，后反应10分钟至4小时，更优选30分钟-3小时。反应和后反应一般在有效混合下进行，例如在搅拌下。
随后可以从所得产物混合物中除去反应中形成的水解醇，特别是甲醇、乙醇和/或正丙醇，通过减压下蒸馏从体系中除去，并且任选，醇的除去量被相应量的水代替。
另一种可能是将表面活性剂加入到反应混合物中或者产物混合物中，例如但不限于-BYK 348。
另一种选择是制得一般略微浑浊至乳白色的产物混合物，用水和/或1-甲氧基丙-2-醇或其他醇稀释，或，以及可能时，调至所需固体含量。
在本发明的方法中优选向产物混合物中加入组分(们)(vi)。
本发明产物混合物或本发明组合物另外可以与Hydrosil混合，优选含有氟官能化的活性物质。特别是在有效搅拌下加入含量为13重量％-15重量％的Hydrosil浓缩物，其中Hydrosil浓缩物作为活性物质并基于后面所得的组合物计算。以这种方式得到的组合物非常适宜下列用途：硬的耐刮性涂层，并且另外，此类的涂层在水湿润试验中的接触角为＞105°。
所以本发明提供利用本发明的方法获得的溶胶-凝胶组合物。
一般地说，本发明的组合物可以按照下列方法制备：
通常，预先引入组分(i)，将组分(iii)首先计量引入其中，随后计量引入(iv)，并且随后加入(ii)；预先确定组分(ii)与(i)的比例，并且作为其他组分，任选加入组分(们)(v)，任选组分(们)(vi)和使用稀释剂。此外，应当保证有效混合。
作为硅溶胶的分数的结果，可以将大大超过水解硅烷(i)和任选(v)所需的水加入到混合物中。由于发生水解，反应混合物的温度一般略微增高。在这种情况中可以进行附加冷却，或者如果必要，轻轻加热。适宜地，令反应混合物或产物混合物在搅拌下在略高的温度下继续后反应一段时间。反应后，产物是水解产物和通常还含有大量的水和其他水解醇，例如甲醇、乙醇或正丙醇。
另一种可能性是通过蒸馏除去所得产物混合物中的水解醇，尤其是有毒的甲醇，并且用相应量的水替代。
所述水解产物具有良好的储存稳定性并且还可以适宜用另外加入实际上无限的水稀释。水解还伴随着硅烷分子彼此之间以及与SiO2颗粒表面上的OH基团之间的缓慢缩合的开始，这导致无机/有机网络的初步形成，但一般还伴随着反应产物的较小沉降。尽管如此，本发明的溶胶-凝胶组合物也意外地具有储存稳定性，甚至在水稀释状态下。
另外可以有利地将本发明组合物与其他组分混合，例如表面活性剂，附加量的水、1-甲氧基丙-2-醇，和Hydrosil混合物，这只是举出少数实例。
以这种方式，有利得到可稀释的、储存稳定的、略混浊的、乳白色的、高度流动的流体。此外，基于其流变学性质，本发明的组合物一般特别适合使用者并且实际上可以用任意比例的水稀释，其中这样的水稀释溶胶-凝胶体系具有优异的储存稳定性。
本发明的组合物的应用通常通过例如刷涂、喷射、喷雾、刮涂或浸渍涂覆在底物上，这里举出仅仅使少数可能性。在涂覆之前，可以通过漆工业常用的方法首先清洁，特别是除去被保护表面上的油污，尤其是金属表面。清洁可以是例如-但不限于-通过化学、机械或热方法。典型地，在涂覆溶胶-凝胶涂料后，涂层进行短暂的初始干燥并且随后可以进行热的后处理，即熟化。由此，涂覆操作之后，优选在＞150℃的温度下进行热处理。本文中本发明的组合物还具有优异的应用性能。
由此溶胶-凝胶涂层可以利用本发明的组合物以有利的方式制成，特别是用水可稀释的组合物作为腐蚀保护层或底漆层，尤其是在金属底物上。本文中的一般适当的是所有在漆部分中适合液体涂层材料的方法，例如喷雾、刷涂、轧制、浸渍和刮涂。优选干燥层厚度为0.1-10μm，特别优选干燥层厚度为等于和小于1μm。溶胶-凝胶层一般在空气中干燥生成紧固的涂层。在高温下可以进行后交联。优选首先在室温下干燥涂覆在金属表面上的溶胶-凝胶层数分钟，优选0.5-100分钟，更优选1-20分钟，特别是5-10分钟，适宜之后进行完全固化，优选在100-400℃，更优选在150-250℃，非常优选180-220℃。完全固化的时间可以在数秒、数天和数周内变化，这取决于温度，并且优选0.5-60分钟，更优选0.5-20分钟。在强制空气条件下固化被证实特别适合，例如，但不限于，在强制空气干燥箱中，在200-220℃的温度下固化5-20分钟。
通过加入正丙基锆酸盐、正丁基钛酸盐或乙酰丙酮酸钛作为交联剂可以有利地影响涂层的机械性质和涂层的耐水性。
此外，通过适当加入二甲基二乙氧基硅烷，可以改进涂层的疏水效果和弹性。当制备本发明的涂料时通过加入苯基烷氧基硅烷，可以对该相应涂层的热稳定性和弹性产生有利影响。甲基三乙氧基硅烷的加入对改进涂层的疏水性质具有有益影响。此外，耐刮性和耐磨性特别可以进一步通过在制备涂料时加入四乙氧基硅烷加以改进。
如果将pH值设定在7或略高于7，可以大大防止酸敏感性底物，例如不锈钢上锈斑的形成。鉴于此目的，可以向溶胶-凝胶体系中加入碱性物质作为添加剂。原则上适合使用所有的水溶性碱，但特别适合的是碱性胺类，特别优选使用碱性氨基硅烷类和碱性氨基硅烷水解产物，例如1151(Degussa)。
本发明另外提供了本发明溶胶-凝胶组合物在涂覆底物表面中的应用，其中该组合物涂覆在底物上并且高温固化。
例如，将本发明的组合物涂覆在底物上之后，涂层可以适宜地闪蒸发或者干燥0.5-100分钟，并且可以随后所述涂层可以适当在60-400℃的温度下固化。
例如，但不限于，所述的固化可以在下列条件下进行：预热干燥单位，随后在150℃下30-60分钟或者在180℃下10-30分钟或者在200℃下约20分钟或者在220℃下约10-20分钟。
在此情况中可以得到的涂层厚度是＜1至15μm，优选0.1至10μm，更优选0.2至5μm。特别适宜的，本发明的层在金属表面或底漆层上作为腐蚀保护层并且涂层厚度为0.1至约1μm。
本发明进一步提供在本发明中使用本发明组合物获得的涂层。
本发明的涂层和由此涂层的底物或物品另外特别优选的具有优异的耐磨性和耐刮性、良好的耐气候性，特别是对于UV辐射和雨水。
所以本发明的溶胶-凝胶体系还特别适合于制备机械上稳定的、耐刮和耐磨的、高疏水性、促粘合性和耐化学涂层并且对金属表面具有良好的腐蚀保护作用。
例如，本发明的涂层优选但不限于在纸张上制成，例如用于制备胶合板；在纸板、木材(例如固体木材)、粗纸板上；在塑料上，例如三聚氰胺；在漆上，在石头、陶瓷上，而且特别是在金属或金属合金上，例如铝、铝合金、钢、镀锌钢、不锈钢，例如在金属钢或锋利部位，特别是在汽车工业中作为中间涂层或者作为顶层或者作为金属表面上唯一的腐蚀保护层或作为底漆层，仅仅是举出少数实例。本发明的涂层尤其适合直接应用在金属表面上。
因此另外本发明提供具有本发明涂层的物品。
本发明通过下列实施例详细说明，本发明的主题不受此限制。
具体实施方式
实施例：
固体含量的测定：
按照DIN ISO 3251，液体物质或涂料的固体含量理解为是指非挥发性组分的含量，其中在充分定义的条件下进行测定。
本发明涂层组合物或液体组分的固体含量按照基于DIN ISO 3251的方法进行如下测定：
(QM-AAAS-FA-SL7001)：
在分析天平(精度1mg)上将一次性铝盘(d＝约65mm，h＝约17mm)中加入约1g的样品。将该盘子短暂旋转以使产品均匀分布在其中。将该圆盘储存在约125℃的干燥箱中1小时。干燥处理之后，在干燥器中使圆盘冷却至室温20分钟达20分钟并且在此在分析天平(精度1mg)中在此称重。在各个试验中必须进行至少两次测试并且报告平均值。
通过基于DIN 50021的方法评估腐蚀性质(CASS-试验)：
将涂层的金属底物置于50℃的试验溶液中达24小时。该金属底物完全被腐蚀液覆盖。此后从试验溶液中取出试验底物并且目测评估腐蚀作用：
评估标准：
+：没有或只有孤立的可见的腐蚀痕迹
0：出现清楚的腐蚀(锈斑)
-：出现非常严重的腐蚀(锈斑)
按照DIN 50021制备所述的试验溶液(参考DIN 50021，第5.3部分，第3页，TestSolution for DIN 50021-CASS试验)。
干燥层厚度的测定：
试验装置：
-Fishcher公司的Dualscope MP4C
-Fishcher公司的Dualscope MP4O
试验：
为了测量固化涂层，将探针置于漆膜上并读取测量值，以μm计。根据涂层面积的大小，应当测量多个测量值(3-10)。作为散射的一个量度可以利用最大和最小值之差，或者标准偏差。可以读取测量的数据。
校准：
在各个系列的测量之前，在未涂层物品上对仪器进行测量的标准化(0点测定)，随后测定试验片材。如果测定的涂层厚度中的偏差＞1μm，用已检验试验小片进行校准。
实施例1
溶胶-凝胶体系1的制备
装置：
搅拌反应器带有蒸馏装置、真空泵
计量装置、液相(sumpf-)和顶部温度计。
方法：
引入415.6g的GLYMO作为初始物料并在搅拌下加入20.6g乙酸。此后立刻计量加入41.1gNPZ。5分钟后温度升高约2-5℃。然后在1分钟内搅拌417.0g的100S/45％(含水硅溶胶并且固体含量为45重量％)。保证良好的搅拌作用。此后立刻滴加477.3g的DI水，再次加快。当达到最高温度(约42℃)时在75-80℃(回流)下进一步搅拌该不透明分散体2小时。将该分散体冷却至约50℃的液相温度后，后计量加入356.4g的DI水。随后在约50-60℃的液相温度和约270mbar的绝对压力下蒸馏除去甲醇。在蒸馏结束时使液相温度升高到60-65℃而压力不变。顶部温度也升高至＞62℃。此时只蒸馏出水，此后结束蒸馏。该分散体冷却至≤50℃后，后计量加入由于蒸馏失去的DI水的量，它＞59.4g。将分散体进一步搅拌至少2小时。在RT下排出。产物具有乳色不透明外观。比例r＝组分(ii)的固体质量/组分(i)的质量是0.45。
最终质量：
收率几乎100％：1498g
产物的物理化学性质如下：
比较实施例1a
溶胶-凝胶体系1a的制备
装置：
搅拌反应器带有蒸馏装置
计量装置
内部温度计
方法：
引入363.6g的GLYMO作为初始物料并在搅拌下加入18.0g乙酸。然后立刻计量加入36.0gNPZ。5分钟后温度升高约2-5℃。然后在1分钟内搅拌782.4g的100S/45％。保证良好的搅拌作用。当达到最高温度(加入硅溶胶后10分钟)时在75-80℃(回流)下进一步搅拌该不透明分散体2小时。将该分散体冷却至约50℃的液相温度后，后计量加入312.0g的DI水。随后在约50-60℃的液相温度和约270mbar的绝对压力下蒸馏除去甲醇。在蒸馏结束时液相温度升高到63-65℃而压力不变。顶部温度也升高至＞62℃。此时只蒸馏出水，此后结束蒸馏。使该分散体冷却至≤50℃后，后计量加入由于蒸馏失去的水量。将分散体进一步搅拌约2小时。产物具有乳色不透明外观。
比例r＝组分(ii)的固体质量/组分(i)的质量是0.96。
最终质量：
收率几乎100％：1364g
分析：
| 测定 | 结果 | 方法 |
| 粘度 | ＜100mPas | DIN 53015 |
| 密度 | 1.24-1.25g/ml | DIN 51757 |
| 固体 | 46％-49％ | 基于DINI8O3251 |
| PH | 4.7-5.0 | |
| SiO<sub>2</sub> | 27％-30％ | AN-SAA 1653 |
| 水解后的甲醇 | ＜3％ | AN-SAA0272 |
实施例2
实施例1和对比实施例1a的溶胶-凝胶体系的水稀释性
实施例1和对比实施例1a的产物以1∶1比例用DI水稀释并且储存在50℃。储存数天后在对比实施例1a的产品中出现明显的沉淀，但实施例1的产物未发生此情况。
总之：只有实施例1的产物在用水稀释时在储存下稳定。
如果要达到1μm和更低的低的干燥层厚度，储存稳定的水稀释的产物对于喷雾和浸渍的实际应用来说非常重要。
实施例3
中和溶胶-凝胶体系的制备
将实施例1的产物加入到搅拌的容器中，并在彻底搅拌条件下用1151(Degussa的含水氨基硅烷水解产物)连续监测pH值。计量加入1151直至组合物达到7的pH值。所得产物在室温储存下稳定超过4个月。在储存期内pH值改变。储存期结束时pH为6。
实施例4
储存稳定性
将实施例1和对比实施例1a的产物在50℃下储存在干燥箱内的密封瓶中一段长的时间。对比实施例1a的产物在不到100天的储存期后发生胶凝，而实施例1的产物在50℃下储存180天后仍然为液体。这表明本发明的产物的储存稳定性即使在未稀释状态下也比对比实施例1a的溶胶-凝胶体系显著更好。
Claims (34)
1.一种使得以下水可稀释的溶胶-凝胶组合物获得稳定性的方法，所述组合物基于至少下列组分的反应生成：
(i)缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷；
选自3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二乙氧基硅烷或上述硅烷的至少两种的混合物；
(ii)具有＞20重量％至50重量％固体含量的含水硅溶胶
(iii)有机酸作为水解催化剂，其中有机酸选自乙酸、丙酸和马来酸；和
(iv)锆酸正丙酯作为交联剂，
其中：
以总组合物为基准计，水解醇含量＜5重量％；以及
以总组合物为基准计，组合物含水量为80重量％-50重量％；
且pH值为4-5或6-9；
所述方法的特征在于：
组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比为0.30-0.50。
2.权利要求1的方法，其特征在于以所述组合物为基准计，组分(iv)含量为0.5重量％至8重量％。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于至少一种四烷氧基硅烷、至少一种烷基硅烷和/或至少一种苯基三烷氧基硅烷作为附加组分(v)。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于pH值为6-9。
5.权利要求1或2的方法，其特征在于至少一种附加组分(vi)，其选自多元酸或杂多元酸、多元酸的盐或杂多元酸的盐、流动控制助剂、湿润剂、表面活性剂、有机粘合剂的含水分散体、纳米颗粒、氨基烷基硅烷、氨基烷基硅氧烷以及所述氨基烷基硅烷和氨基烷基硅氧烷的含水溶液。
6.权利要求1或2的方法，其特征在于至少一种附加组分(vi)，其选自磷酸、磷酸盐、流动控制助剂、湿润剂、表面活性剂、有机粘合剂的含水分散体、纳米颗粒、氨基烷基硅烷、氨基烷基硅氧烷以及所述氨基烷基硅烷和氨基烷基硅氧烷的含水溶液。
7.权利要求1或2的方法，其特征在于溶胶颗粒具有40-200nm的平均直径。
8.权利要求1或2的方法，其特征在于以总组合物为基准计，固体含量为＞0.5重量％至＜60重量％。
9.权利要求1或2的方法，其特征在于以总组合物为基准计，水解醇含量＜3重量％。
10.权利要求1或2的方法，其特征在于以总组合物为基准计，1-甲氧基丙-2-醇含量为≤10重量％。
11.权利要求1或2的方法，其特征在于以总组合物为基准计，含水量为＞70重量％。
12.权利要求1或2的方法，其特征在于存在至少一种表面活性剂。
13.权利要求1或2的方法，其特征在于向所述组合物中加入疏水性和/或疏油性氢化硅体系，其所加入的重量比例为1∶0.01-0.01∶1，其中此处使用的氢化硅体系含有＜80重量％的硅氧烷化合物作为活性物质。
14.一种制备权利要求1-13任一项中所述的溶胶-凝胶组合物的方法，
该方法是通过：
首先引入组分(i)，随后在有效搅拌下计量加入组分(iii)，
然后加入组分(iv)，
此后加入组分(ii)，
而引发反应，
其中任选向该反应加入至少一种稀释剂，
且从体系中除去在反应中生成的水解醇，并且任选这种操作除去的醇量用相应量的水补足；
特征在于：
组分(ii)与组分(i)的固体质量的质量比为0.30-0.50。
15.权利要求14的方法，其特征在于，所述水解醇选自甲醇、乙醇和/或正丙醇。
16.权利要求14的方法，其特征在于用水、甲醇、乙醇和/或1-甲氧基-丙-2-醇作为稀释剂。
17.权利要求14或15的方法，其特征在于当使用一种或多种组分(v)时，将其与组分(i)首先一起引入，其中使用至少一种四烷氧基硅烷、至少一种烷基硅烷和/或至少一种苯基三烷氧基硅烷作为组分(v)。
18.权利要求14或15的方法，其特征在于该反应在0-35℃的温度下进行1-60分钟的时间并且产物混合物在35-85℃温度下后反应10分钟至4小时。
19.权利要求17的方法，其特征在于该反应在0-35℃的温度下进行1-60分钟的时间并且产物混合物在35-85℃温度下后反应10分钟至4小时。
20.权利要求14或15的方法，其特征在于将组分(vi)加入到产物混合物中，其中组分(vi)选自多元酸或杂多元酸、多元酸的盐或杂多元酸的盐、流动控制助剂、湿润剂、表面活性剂、有机粘合剂的含水分散体、纳米颗粒、氨基烷基硅烷、氨基烷基硅氧烷以及所述氨基烷基硅烷和氨基烷基硅氧烷的含水溶液。
21.权利要求14或15的方法，其特征在于反应混合物或产物混合物的pH值调整至6-9的值。
22.权利要求14或15的方法，其特征在于用水稀释该产物混合物。
23.一种溶胶-凝胶组合物，其用权利要求14-22任一项的方法得到。
24.用权利要求1-13任一项中所述的溶胶-凝胶组合物用于涂覆底物表面的应用，
其中所述权利要求1-13任一项中所述的溶胶-凝胶组合物是权利要求14-21任一项的方法所制备的。
25.权利要求24的应用，所述应用的实施是通过将所述溶胶-凝胶组合物涂覆在底物上并且进行热固化。
26.权利要求24或25的应用，其用于涂覆纸张、纸板、木材、塑料、涂层膜、石材、陶瓷或金属。
27.权利要求24或25的应用，其用于涂覆金属合金。
28.权利要求24或25的应用，其用于涂覆粗纸板。
29.权利要求24或25的应用，其用于金属上产生腐蚀保护层。
30.权利要求24或25的应用，其用于金属合金上产生腐蚀保护层。
31.权利要求24或25的应用，其作为促粘涂层。
32.一种涂层或层，其为实施权利要求24-31任一项的应用而得到。
33.权利要求32的涂层或层，其为腐蚀保护层或底漆层，其特征在于层厚为0.1-10μm。
34.一种物品，其具有权利要求32或33的涂层。
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