CN106987205A - 具隔热抗污的涂料组成物、其制备方法及具有隔热抗污涂料组成物的薄膜与透光板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具隔热抗污的涂料组成物、其制备方法及具有隔热抗污涂料组成物的薄膜与透光板。具体提供一种具隔热抗污的涂料组成物，其包含聚硅氮烷、金属氧化钨及溶剂，其中金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为0.01％至50％。本发明另提供一种制备隔热抗污薄膜的方法及其薄膜或透光板，以达成抗污、隔热且高透光性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料组成物，特别是指以聚硅氮烷(polysilazane)与金属氧化钨(tungsten oxide)所组成的具隔热抗污的涂料组成物。本发明另涉及一种制备方法，特别是指制备前述涂料组成物的方法。本发明又涉及一种薄膜，特别是指具有隔热抗污涂料组成物的薄膜。本发明又涉及一种透光板，特别是指具有隔热抗污涂料组成物的透光板。
背景技术
聚硅氮烷树脂涂层的表面硬度高达铅笔硬度为9H，具有可保护底材、易于清洁、抗污抗涂鸦(如奇异笔)、耐候性佳、提高被涂层化学溶剂耐受性、耐高温到750℃不裂解等特性，且聚硅氮烷树脂涂层不含氟素，可常温或是加温硬化等特性，经由适当接枝改质后更可以吸收紫外线(UV)光能量进行硬化，堪称为一多功能保护涂层。
聚硅氮烷树脂涂层铅笔硬度为9H与一般具有单一硬化功能的传统丙烯酸热硬化或紫外光硬化树脂(硬度约3H)比较，其优异之处可见一斑。因此，论抗污与保护功能的材料选用上，聚硅氮烷为最佳选择之一。然而，关于是否具有隔绝太阳热量功能而言，单纯聚硅氮烷涂层就类似一个透明清玻璃，虽然保有高透光性，但却不具任何隔热的功效。
有鉴于此，如何发展出具有抗污效果，同时也具有隔热且高透光性的涂料组成物，现有技术实有待改善的必要。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涂料组成物，以达成具有抗污、隔热且高透光性的效果。
为达到上述的发明目的，本发明所采用的技术手段为提供一种具隔热抗污的涂料组成物，其包含聚硅氮烷、金属氧化钨及溶剂，其中金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为0.01％至50％。本发明只要有添加金属氧化钨即具有隔热效果，因此本发明不应过于限制金属氧化钨与聚硅氮烷的比例。此外，溶剂的添加是用来调整涂料组成物的黏度，因此本领域技术人员可依据所需适当调整。
优选的，所述的金属氧化钨与溶剂比例介于1：0.01至1：100。
优选的，所述的金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为10％至60％。
更优选的，所述的金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为15％至55％。
更优选的，所述的金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为16.7％至50％。
优选的，所述的金属氧化钨为下述通式AaWO3，其中W为钨，O为氧，0.3≦a≦0.5，A选自由锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、钛、钒、钼、铌、锑、锡、铟及其组合的群组。以上各族的金属氧化钨也可达成与实施例中所选用的金属有相类似的功效，因此所选用的金属氧化钨不限于实施例所揭示的范围。
本发明所述的“溶剂”是指在溶液中占多数且可以溶解溶质的物质。
优选的，所述的溶剂包括酯类、苯类、烷类、醚类、烃类、黏合剂(binder)或其组合。
更优选的，所述的酯类为丙二醇甲醚乙酸酯、正丁酯、3-甲氧基乙酸丁酯、乙二醇丁醚乙酸酯或其组合；该苯类为二甲苯；该烷类为辛烷；醚类为正丁醚、二乙醚、石油醚或其组合；该烃类为石脑油；该黏合剂为异氰酸酯(2-(acryloyloxy)ethyl isocyanate,AOI)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate,TMPTA)、甲基丙烯酸羟乙酯(hydroxyethyl methacrylate,HEMA)、己二醇二丙烯酸酯(hexanediol diacrylate,HDDA)、丙二醇甲醚乙酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate,PGMEA)或其组合。
本发明所述的“甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)”由于其黏度较低，一般在UV硬化系统中可被当作反应型稀释用溶剂；因甲基丙烯酸羟乙酯具有可被聚合的官能基，可在硬化过程中一起参与反应。
优选的，所述的金属氧化钨的粒径大小介于1纳米(nm)至400nm。
更优选的，所述的金属氧化钨的粒径大小介于50nm至100nm。
优选的，所述的聚硅氮烷进一步与物质经紫外光硬化改质，其中物质包含：异氰酸酯(AOI)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)或其组合。
本发明另提供一种制备隔热抗污薄膜的方法，其包含将前述的具隔热抗污的涂料组成物经过涂布后，再利用湿气、紫外光源或加热使具隔热抗污的涂料组成物硬化成膜。
优选的，所述的涂布包括浸涂、喷涂、淋涂、滚涂、刮涂或刷涂。
本发明另提供一种具有隔热抗污涂料组成物的薄膜，其由前述的方法所制成。
本发明另提供一种具有隔热抗污涂料组成物的透光板，其中透光板包含如前述的具有隔热抗污组成物的薄膜以及一透明基材，且该具有隔热抗污组成物的薄膜设于该透明基材上。
优选的，所述的透明基材包括玻璃、压克力、聚碳酸酯或其组合。
本发明所述的“可视光透射率”是利用CNS 12381检测波长范围介于为380nm至780nm的间。
本发明所述的“日光透射率”是利用CNS 12381检测波长范围介于为300nm至2500nm的间。
本发明的优点在于本发明的具隔热抗污的涂料组成物通过聚硅氮烷与金属氧化钨的组合，达成了日光透射率下降至20％至60％即具有隔热的效果、仍保持高可视光透射率50％至85％即高透光性的效果、且具有抗污、耐磨及防水的效果。本发明的制备隔热抗污薄膜的方法与其制成的薄膜或透光板可经由简易涂布方法，例如浸涂、喷涂、淋涂、滚涂、刮涂或刷涂等方式，涂于任何透明基材表面并可随施工需要选择室温湿气硬化、加热硬化或紫外线硬化方式，也达成抗污、耐磨、防水、隔热且高透光性的效果。
具体实施方式
以下通过本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成目的所采取的技术手段。
比较例1
取聚硅氮烷树脂5克加入溶剂丙二醇甲醚乙酸酯20克，搅拌均匀后，以喷涂方式涂布于3毫米(mm)透明玻璃基材上，涂布干膜厚度为5微米(μm)，室温放置7天以待其湿气硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法(有关涂膜的物理、化学抗性的试验法)测试涂膜面铅笔硬度为8H至9H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为102.1度；以CNS C12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为91.6％，日光透射率为80.3％。
比较例2
取丙烯酸树脂5克加入溶剂正丁醚20克，再加入隔热填充料(filler)粒径为60纳米(nm)的铯钨氧化物(Cs0.3WO3)1克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为16.7％)搅拌均匀后，以刷涂方式涂布在3毫米透明聚碳酸酯板基材上，涂布干膜厚度为5微米，以110℃加热30分钟硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率小于1％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为1H至2H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为80度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为82.3％，日光透射率为59.6％。
比较例3
取UV光固化型的环氧基改质丙烯酸树脂5克加入溶剂辛烷20克，再加入隔热填充料粒径为60纳米的Cs0.3WO32克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为28.6％)搅拌均匀后，以刮涂方式涂布在3毫米透明压克力板基材上，涂布干膜厚度为5微米，以1800mj/cm2能量UV光源硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率小于1％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为1H至2H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为86度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为68.5％，日光透射率为35.3％。
实施例1
取聚硅氮烷5克加入溶剂丙二醇甲醚乙酸酯20克，再加入隔热填充料粒径为60纳米的Cs0.3WO31.5克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为23.1％)搅拌均匀后，以喷涂方式涂布在3毫米透明玻璃基材上，涂布干膜厚度为5微米，室温放置7天以待其湿气硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为4H至5H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为99.1度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为74.3％，日光透射率为41.4％。
实施例2
取聚硅氮烷5克加入溶剂己烷20克，再加入隔热填充料粒径为80纳米的铷钨氧化物(Rb0.3WO3)4克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为44.4％)搅拌均匀后，以滚涂方式涂布在3毫米透明压克力板基材上，涂布干膜厚度为5微米，室温放置7天以待其湿气硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为4H至5H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为97.3度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为62.9％，日光透射率为30.8％。
实施例3
取以异氰酸酯(AOI)改质的聚硅氮烷树脂5克加入溶剂二甲苯20克，再加入隔热填充料粒径为60纳米的Cs0.3WO32克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为28.6％)搅拌均匀后，以淋涂方式涂布在3毫米透明玻璃基材上，涂布干膜厚度为5微米，以1800mj/cm2能量UV光源硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为3H至4H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为96.2度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为71.3％，日光透射率为37.4％。
实施例4
取以异氰酸酯(AOI)改质的聚硅氮烷树脂5克加入单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)20克，再加入隔热填充料粒径为50纳米的钠钨氧化物(Na0.3WO3)3克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为37.5％)搅拌均匀后，以刮涂方式涂布在3毫米透明聚碳酸酯板基材上，涂布干膜厚度为8微米，以1800mj/cm2能量UV光源硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为3H至4H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为97.1度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为64.7％，日光透射率为48.5％。
实施例5
取聚硅氮烷5克加入溶剂3-甲氧基乙酸丁酯20克，再加入隔热填充料粒径为60纳米的Cs0.3WO31克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为16.7％)搅拌均匀后，以浸涂方式涂布在3毫米透明玻璃基材上，涂布干膜厚度为5微米，以130℃加热30分钟硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为5H至6H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为98.6度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为82.2％，日光透射率为55.2％。
实施例6
取聚硅氮烷5克加入溶剂二甲苯20克，再加入隔热填充料粒径为100纳米的钾钨氧化物K0.5WO35克(树脂与填充料总重中，填充料的重量百分比为50％)搅拌均匀后，以刷涂方式涂布在3毫米透明玻璃基材上，涂布干膜厚度为10微米，以130℃加热30分钟硬化。
以油性奇异笔划于涂布面，测试干棉布擦除效果，其擦除率大于99％；以CNS 10757涂料一般检验法测试涂膜面铅笔硬度为5H至6H；以CNS 15378-1水接触角量测法量测涂膜面接触角为97.7度；以CNSC12381平板玻璃透射率、反射率、放射率及日光辐射热取得系数试验法，检测涂膜面光学性能，可视光透射率为50.1％，日光透射率为21.4％。
请参阅表1所示，实施例1与比较例1相比，皆以相同聚硅氮烷为涂层主体，添加Cs0.3WO3后，可视光透射率由91.6％降至74.3％仅降了17.3％，但日光透射率却由90.3％大幅降至41.4％，共减少了48.9％太阳能量。此外，更维持了聚硅氮烷涂层原本的奇异笔抗污、硬度4H至5H以及接触角仅些微下降到99.1度，由此可证明此实施例1具有隔热抗污双重功效。
实施例2与比较例1相比，皆以相同聚硅氮烷为涂层主体，添加Rb0.3WO3后，可视光透射率由比较例1的91.6％降至实施例2的62.9％仅降了28.7％，但日光透射率却由比较例1的90.3％大幅降至实施例2的30.8％，共减少了59.5％太阳能量。此外，更维持了聚硅氮烷涂层原本的奇异笔抗污效果，硬度4H至5H与接触角仅些微下降到97.3度，由此可证明此实施例2具有隔热抗污双重功效。
实施例3与比较例3相比，皆加入相同填充料重量百分比为28.6％的Cs0.3WO3，且相同UV光硬化至一样干膜厚度，可视光透射率由比较例3的68.5％升至实施例3的71.3％，增加2.8％，且日光透射率由比较例3的35.3％增至实施例3的37.4％，共增加了2.1％太阳能量。由此可见将比较例3中的丙烯酸树脂换成聚硅氮烷，几乎不影响其隔热的透明度与隔热性，反而还略为增加0.7％的总性能(太阳光线辐射将光与热一并输送，一般来说透光度越低，日光辐射热能也会跟着降低，要做到可视光透射率越高、日光透射率越低，为同业公认最佳质量隔热涂料。可视光透射率中，目标性能增益可由实施例3减去比较例3(71.3％－68.5％)所得为2.8％。日光透射率中，目标性能减损可由实施例3减去比较例3(37.4％－35.3％)所得为2.1％；总性能可由目标性能增益减去目标性能减损(2.8％－2.1％)所得为0.7％；且添加隔热填充料后聚硅氮烷涂层还具有原本的奇异笔抗污效果；比较例3中的丙烯酸树脂则无法抗污；实施例3的硬度3H至4H大于比较例3的1H至2H，实施例3的接触角96.2度也大于比较例3的86度，由此可证明此实施例3具有隔热抗污双重功效并优于仅有隔热效果的比较例3。
实施例4与比较例3比较，实施例4与实施例3的差别在于实施例4改以刮涂方式涂布较厚，且隔热填充料添加量由实施例3重量百分比为28.6％的Cs0.3Wo3加量至实施例4重量百分比为37.5％的Na0.3Wo3。因此实施例4同样具有隔热抗污双重功效，且维持了聚硅氮烷涂层原本的奇异笔抗污效果，硬度3H至4H与接触角维持97.1度。
实施例5与比较例2相比，皆加入相同重量百分比为16.7％的Cs0.3WO3，且同为热硬化至一样干膜厚度，可视光透射率从比较例2的82.3％略减少至实施例5的82.2％仅差0.1％，日光透射率由比较例2的59.6％降至实施例5的55.2％，共减少了4.4％太阳能量。由此可见将比较例2中的丙烯酸树脂换成聚硅氮烷，几乎不影响其隔热的透明度且还略为增加4.3％的总性能{可视光透射率中，目标性能增益可由实施例5减去比较例2(82.2％－82.3％)所得为-0.1％。日光透射率中，目标性能减损可由实施例5减去比较例2(55.2％－59.6％)所得为-4.4％；总性能可由目标性能增益减去目标性能减损[-0.1％－(-4.4％)]所得为4.3％}，且添加隔热填充料后聚硅氮烷涂层还具有原本的奇异笔抗污，比较例2中的丙烯酸树脂无法抗污，实施例5的硬度5H至6H大于比较例2的1H至2H，实施例5的接触角98.5度也大于比较例2的80度，由此可证明此实施例5具有隔热抗污双重功效优于仅有隔热效果的比较例2。
实施例6也是与比较例2比较，实施例6与实施例5差别是改以刷涂方式涂布较厚，且隔热填充料添加量由实施例5的重量百分比为16.7％的Cs0.3Wo3加量至实施例6的重量百分比为50％的K0.5Wo3，因此实施例6同样具有隔热抗污双重功效，且维持了聚硅氮烷涂层原本的奇异笔抗污效果，硬度5H至6H与接触角维持97.7度。
虽然丙烯酸与金属氧化钨的结合，隔热与的透明度皆有不错的表现，然而对于抗污能力与硬度方面则不如聚硅氮烷与金属氧化钨的结合来得优异。
根据本发明可作的不同修正及变化对于本领域技术人员而言均显然不会偏离本发明的范围与精神。虽然本发明已叙述特定的优选具体事实，必须了解的是本发明不应被不当地限制在这些特定具体事实上。事实上，在实施本发明的已述模式方面，对于本领域技术人员而言显而易见的不同修正亦被涵盖在下列专利保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具隔热抗污的涂料组成物，其包含聚硅氮烷、金属氧化钨及溶剂，其中金属氧化钨含量占聚硅氮烷与金属氧化钨总和的重量百分比为0.01％至50％。
2.如权利要求1所述的具隔热抗污的涂料组成物，其中该金属氧化钨为下述通式AaWO3，其中W为钨，O为氧，0.3≦a≦0.5，A选自由锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、钛、钒、钼、铌、锑、锡、铟及其组合的群组。
3.如权利要求1所述的具隔热抗污的涂料组成物，其中该溶剂包括酯类、苯类、烷类、醚类、烃类、黏合剂(binder)或其组合。
4.如权利要求3所述的具隔热抗污的涂料组成物，其中该酯类为丙二醇甲醚乙酸酯、正丁酯、3-甲氧基乙酸丁酯、乙二醇丁醚乙酸酯或其组合；该苯类为二甲苯；该烷类为辛烷；醚类为正丁醚、二乙醚、石油醚或其组合；该烃类为石脑油；该黏合剂为异氰酸酯(AOI)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)或其组合。
5.如权利要求1所述的具隔热抗污的涂料组成物，其中该金属氧化钨的粒径大小介于1纳米至400纳米。
6.如权利要求1至5中任一项所述的具隔热抗污的涂料组成物，其中该聚硅氮烷进一步与物质经紫外光硬化改质，其中物质包含：异氰酸酯(AOI)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)或其组合。
7.一种制备隔热抗污薄膜的方法，其包含将如权利要求1至6中任一项所述的具隔热抗污的涂料组成物经过涂布后，再利用湿气、紫外光源或加热使具隔热抗污的涂料组成物硬化成膜。
8.如权利要求7所述的制备隔热抗污薄膜的方法，其中该涂布包括浸涂、喷涂、淋涂、滚涂、刮涂或刷涂。
9.一种具有隔热抗污涂料组成物的薄膜，其由如权利要求7或8所述的方法所制成。
10.一种具有隔热抗污涂料组成物的透光板，其中透光板包含如权利要求9所述的具有隔热抗污组成物的薄膜以及一透明基材，且该具有隔热抗污组成物的薄膜设于该透明基材上。
11.如权利要求10所述的具有隔热抗污涂料组成物的透光板，其中该透明基材包括玻璃、压克力、聚碳酸酯或其组合。
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