CN109642116B - 涂料组合物及用于调整摩擦的涂料 - Google Patents

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Abstract

烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可由包括以下的反应物的混合物制备：a)具有两个或更多个反应性官能团的聚硅氧烷聚合物；及b)至少一种具有与该聚硅氧烷聚合物上的该反应性官能团有反应性的官能团的烷氧基硅烷。该烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可与额外的组分组合以形成涂料组合物。

Description

涂料组合物及用于调整摩擦的涂料
发明领域
本发明涉及烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物、含有这样的聚合物的涂料组合物及由其形成的涂层以及制备涂料组合物及涂层的方法。
发明背景
诸如蜂窝式电话、笔记本监视器、电视屏幕等消费性电子器件通常经设计具有触控屏幕显示器。触控屏幕显示器容许个人通过触控显示器输入数据且完成各种活动。与这样的器件相关的一个缺点是触控屏幕表面与用户指尖之间或沉积在触控屏幕表面上的涂料层与使用者指尖之间的摩擦。沉积在触控屏幕表面上的涂料层通常施加为耐化学性和/或耐机械性涂料层。
已付出巨大努力来减少与触控屏幕相关的摩擦而不损害其功能。例如，已研发出不同的表面预处理及涂料以帮助减少与触控屏幕相关的摩擦。尽管这些方法已减少与触控屏幕相关的摩擦，但期望提供更有效地减少触控屏幕表面与用户指尖之间的摩擦的经改进的涂料。
发明概述
本发明涉及烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其由包含以下的反应物的混合物制备：a)聚硅氧烷聚合物，其由化学结构(I)表示：
Figure BDA0001980596800000011
及
b)至少一种烷氧基硅烷，其包含与(a)的聚硅氧烷聚合物上的R2的反应性官能团有反应性的官能团B。关于式I，m是10或更大的值， n是2或更大的值且w、x、y及z各自独立地选自0至3的值，条件是x+z＝3且w+y＝3。各个R1独立地是氢或C1-C6烷基。各个 R2独立地是氢、C1-C6烷基、-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH或
Figure BDA0001980596800000021
其中A是C1-C6亚烷基或R3-NH-R3且各个R3独立地是C1-C6亚烷基。另外，各个R2、z及y经选择以提供聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个选自以下的反应性官能团：-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、 -A-COOH、
Figure BDA0001980596800000022
或其组合。
本发明还涉及涂料组合物。涂料组合物可包括先前所述的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。
本发明进一步涉及制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的方法，其包括使先前所述的反应物的混合物反应。本发明还涉及将涂料施加至基材的方法，其包括(a)在非水性介质中混合烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物与质子酸，及(b)在条件下将(a)的混合物至少部分施加在基材上以在基材上形成涂层。
具体实施方式
出于以下详细描述的目的，应理解，本发明可采取各种替代性变化形式及步骤序列，其中明显与所规定相反的情况除外。另外，除在任何操作实例或其中另有指示的情况，在说明书及权利要求中表述例如所用成分的量的所有数值在所有情况下均应理解为经术语“约”修饰。因此，除非指示与此相反，否则以下说明书及所附权利要求中所阐述的数值参数为近似值，其可取决于待通过本发明获得的期望性质而变化。最低限度地且并非试图限制对于权利要求范围的等同原则的应用，各个数值参数应至少根据所报告有效数字的数值且通过应用普通舍入技术来解释。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围及参数是近似值，但尽可能精确地报告具体实例中所阐述的数值。然而，任一数值固有地含有必然由其各个测试测量中发现的标准偏差引起的某些误差。
还应理解，本文所列举的任一数值范围意欲包括归入其中的所有子范围。举例而言，“1至10”的范围意欲包括介于(且包括)所列举最小值1与所列举最大值10之间的所有子范围，即，最小值等于或大于1，且最大值等于或小于10。
在本申请中，除非另有明确说明，否则单数的使用包括复数且复数涵盖单数。另外，除非另有明确说明，否则在本申请中使用“或”意指“和/或”，即使在某些情况下可能明确使用“和/或”。另外，除非另有明确说明，否则在本申请中，使用“一(a或an)”意指“至少一种”。举例而言，“一种”烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物、“一种”烷氧基硅烷、“一种”质子酸等是指该条目中任意者中的一或多者。
如本文所用术语“非水性”是指液体介质基于液体介质的总重量包含小于50重量％水。根据本发明，基于液体介质的总重量，这样的非水性液体介质可包含小于40重量％水、或小于30重量％水、或小于 20重量％水、或小于10重量％水、或小于5重量％水。构成至少或大于 50重量％及任选高达100重量％的液体介质的溶剂包括有机溶剂。适宜的有机溶剂的非限制性实例包括极性有机溶剂，例如质子有机溶剂，例如二醇、二醇醚醇、醇；及非质子有机溶剂，例如酮、二醇二醚、酯及二酯。有机溶剂的其他非限制性实例包括非极性溶剂，例如芳香族及脂肪族烃。
术语“硅烷”是指通过用有机基团取代一个或多个氢原子由SiH4衍生而来的化合物，且术语“烷氧基”是指-O-烷基。另外，“烷氧基硅烷”是指具有至少一个键结至硅原子的烷氧基的硅烷化合物。
如本文所用术语“聚硅氧烷”是指具有含一个或多个Si-O-Si连接基的骨架或主链的聚合物。“有机聚硅氧烷”是指包含一个或多个有机基团的聚硅氧烷聚合物。“有机基团”是指含碳基团。有机基团可包括直链、支链或环状烷基和/或亚烷基。
术语“聚合物”是指低聚物及均聚物(例如，由单一单体物质制备)、共聚物(例如，由至少两种单体物质制备)、利用多于两种(例如三种或更多种)单体物质制备的聚合物及接枝聚合物。术语“树脂”可与“聚合物”互换使用。
另外，如本文所用“烯属不饱和”是指具有至少一个碳-碳双键的基团。术语“(甲基)丙烯酸酯”及类似术语是指丙烯酸酯及相应甲基丙烯酸酯二者。
如本文所用术语“烷基”是指直链、支链和/或环状单价饱和烃基。烷基可包括但不限于直链或支链C1-C30单价烃基、或直链或支链C1-C20单价烃基、或直链或支链C1-C10单价烃基。烷基也可包括但不限于环状C3-C19单价烃基、或环状C3-C12单价烃基、或环状C5-C7单价烃基。
术语“亚烷基”是指直链、支链和/或环状二价饱和烃基。亚烷基可包括但不限于直链或支链C1-C30二价烃基、或直链或支链C1-C20二价烃基、或直链或支链C1-C10二价烃基。亚烷基也可包括但不限于环状 C3-C19二价烃基、或环状C3-C12二价烃基、或环状C5-C7二价烃基。
“直链、支链或环状”基团(例如直链、支链或环状烷基或亚烷基) 的列举在本文中应理解为包括：二价亚甲基或单价甲基；直链基团，例如直链C2-C30烷基或亚烷基；适当支链的基团，例如支链C3-C30烷基或亚烷基；及环状基团，例如环状C3-C19烷基或亚烷基。环状基团还涵盖桥接环多环烷基(或桥接环多环环基团)及稠合环多环烷基(或稠合环多环基团)。
如指示，本发明包括烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其可由包括以下的反应物的混合物制备：每个聚合物链包含两个或更多个反应性官能团的聚硅氧烷聚合物，及至少一种包含与聚硅氧烷聚合物的官能团有反应性的官能团的烷氧基硅烷。
每个聚合物链包含两个或更多个反应性官能团的聚硅氧烷聚合物可包含有机聚硅氧烷。反应性官能团可直接或间接附接至硅原子作为侧基和/或端基。“侧基”也称为“侧链”，其是聚合物主链的分枝且不为主链的一部分，且“端基”是指位于聚合物主链末端的官能团。举例而言，聚硅氧烷聚合物可包括包含两个或更多个反应性侧基官能团的聚二甲基硅氧烷聚合物。
如指示，聚硅氧烷聚合物的两个或更多个反应性官能团可直接附接至硅原子。或者，反应性官能团可间接附接至硅原子。例如，反应性官能团可附接至附接至硅原子的有机基团。有机基团可包括亚烷基，例如C1-C6或C1-C3亚烷基。反应性官能团也可经由R-NH-R表示的链附接，其中各个R独立地是亚烷基，例如C1-C6或C1-C3亚烷基。应了解， R-NH-R的氨基也可用作反应性官能团。
聚硅氧烷聚合物的各个反应性官能团可独立地包含氨基、羟基、酸基、环氧基、异氰酸酯基或其组合。另外，氨基可包括伯氨基或二级氨基。“伯氨基”是指由结构式-NH2表示的官能团，且“仲氨基”是指由结构式-NRH表示的官能团，其中R是烷基，例如C1-C6或C1-C3烷基。
适宜的聚硅氧烷聚合物由化学结构I表示：
Figure BDA0001980596800000051
关于化学式I，m是10或更大的值，例如15或更大、或20或更大。另外，n是2或更大的值，且w、x、y及z各自独立地选自0至3 的值，条件是x+z＝3且w+y＝3。各个R1独立地是氢或C1-C6烷基，例如C1-C3烷基。各个R2独立地是氢、C1-C6烷基(例如C1-C3烷基)、-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH或
Figure BDA0001980596800000052
其中A是C1-C6亚烷基(例如C1-C3亚烷基)或R3-NH-R3，其中各个R3独立地是C1-C6亚烷基，例如C1-C3亚烷基。
如先前所述，聚硅氧烷聚合物包含至少两个反应性官能团。因此，各个R2以及z及y选自上文所述的取代基及值以提供聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个选自以下的反应性官能团：-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、 -A-COOH、
Figure BDA0001980596800000053
或其组合。因此，R2、z及y选自上文所述的取代基以提供具有两个或更多个反应性官能团的聚硅氧烷聚合物，该反应性官能团包含氨基、羟基、酸基、环氧基、异氰酸酯基或其组合。
基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，聚硅氧烷聚合物(例如由化学式I表示的聚硅氧烷聚合物)可占至少50重量％、至少70重量％、至少80重量％或至少85重量％。基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，聚硅氧烷聚合物可占至多95重量％、至多98重量％或至多99重量％。基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，聚硅氧烷聚合物也可占50至99重量％、70至99重量％、80至98 重量％或85至95重量％范围内的重量％。
如先前所述，用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的混合物还包含至少一种包含与聚硅氧烷聚合物的官能团有反应性的官能团的烷氧基硅烷。例如，用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的混合物可包含两种或更多种、或三种或更多种烷氧基硅烷。烷氧基硅烷也可包含键结至硅原子的多个烷氧基。举例而言，烷氧基硅烷可包含键结至硅原子的两个烷氧基或三个烷氧基。因此，烷氧基硅烷可具有一个、两个或三个烷氧基及与聚硅氧烷聚合物的官能团有反应性的官能团。可键结至硅原子的烷氧基包括但不限于具有 C1至C20碳链、C1至C10碳链、C1至C6碳链或C1至C4碳链的烷氧基。适宜烷氧基的非限制性实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、异戊氧基及其组合。
另外，烷氧基硅烷的反应性官能团可为与聚硅氧烷聚合物的官能团有反应性的任意官能团。举例而言，当聚硅氧烷聚合物由化学式I 表示时，烷氧基硅烷包括与R2的反应性官能团有反应性的官能团B。烷氧基硅烷上的反应性官能团B的非限制性实例包括烯属不饱和基团、环氧基、氨基、羟基、异氰酸酯基及其组合。适宜烯属不饱和基团包括但不限于乙烯基、(甲基)丙烯酸酯基及其组合。
应了解，聚硅氧烷聚合物与烷氧基硅烷的反应性官能团之间的反应将形成连接烷氧基硅烷及聚硅氧烷聚合物的连接基。由此反应形成的连接基可包含例如氮原子、氧原子、羰基或其组合。例如，聚硅氧烷聚合物及烷氧基硅烷的反应性官能团可反应形成包含例如来自形成氨基甲酸酯连接基或脲连接基的氮原子的连接基。聚硅氧烷聚合物及烷氧基硅烷的反应性官能团也可在反应后提供最终聚合物中的不同类型的原子，例如来自用于迈克尔加成反应中的氨基的氮原子。
包含反应性官能团的烷氧基硅烷的非限制性实例包括由化学式 II表示的那些：
Figure BDA0001980596800000071
关于化学式II，R5、R6及R7各自是烷氧基，例如C1-C6烷氧基或 C1-C3烷氧基。R8是C1-C20亚烷基，例如C1至C10亚烷基、C1至C6亚烷基或C1至C4亚烷基。R9是与聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个反应性官能团有反应性的烯属不饱和基团、环氧基、氨基、羟基或异氰酸酯基。
在一些实例中，当聚硅氧烷聚合物由化学式I表示且包含反应性氨基官能团时，烷氧基硅烷可由化学式II表示，且R9是烯属不饱和基团，例如(甲基)丙烯酸酯基，以经由迈克尔加成反应与聚硅氧烷聚合物的氨基官能团反应。这样的烷氧基硅烷的非限制性实例包括γ -(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三丁氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三丙氧基硅烷及其组合。
基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，烷氧基硅烷可占至少1重量％或至少2重量％。基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，烷氧基硅烷可占至多20重量％、至多30重量％、至多40重量％或至多50重量％。基于用于制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的反应物的总固体重量，烷氧基硅烷也可占例如1至50重量％、1至30重量％或2至20重量％范围内的重量％。
每个聚合物链包含两个或更多个反应性官能团的聚硅氧烷聚合物及至少一种包含与聚硅氧烷聚合物的官能团有反应性的官能团的烷氧基硅烷可以特定比率组合以形成烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。举例而言，聚硅氧烷聚合物可与烷氧基硅烷组合，使得聚硅氧烷聚合物的反应性官能团的总量与所有烷氧基硅烷上的与聚硅氧烷聚合物反应的官能团的总量的摩尔比为1:1至1:0.01、或1:1至1:0.05、或 1:1至1:0.1、或1:1至1:0.5。
如本文所用“聚硅氧烷聚合物的反应性基团的总量”的列举意指聚硅氧烷聚合物上的反应性官能团当量的总和，且“所有烷氧基硅烷上的与聚硅氧烷聚合物反应的官能团的总量”的列举意指所有烷氧基硅烷的与聚硅氧烷聚合物的反应性基团有反应性的反应性官能团当量的总和。
烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可包含特定聚合物架构 (polymerarchitecture)。举例而言，先前所述的组分可反应形成包含侧接和/或末端烷氧基硅烷基团的直链聚硅氧烷聚合物。在一些实例中，先前所述的组分可经选择并反应形成包含侧接烷氧基硅烷基团的直链聚二甲基硅氧烷聚合物。
由反应物的混合物制备的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可包含大于2,500g/mol、或大于5,000g/mol、或大于10,000g/mol、或大于15,000g/mol的重均分子量。重均分子量通过凝胶渗透层析法针对聚苯乙烯标准品使用四氢呋喃作为移动相来测定。
烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物也可具有25℃或更低、0℃或更低、-25℃或更低、或-50℃或更低、或-75℃或更低的玻璃化转变温度(Tg)。玻璃化转变温度(Tg)通过差示扫描量热法使用20℃/min的加热速率来测定，且其中Tg是在第一个拐点获得。
本发明的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可通过例如以先前所述的比率混合聚硅氧烷聚合物与至少一种烷氧基硅烷来制备。任选地，将组分混合在非水性介质(例如先前所述的任意溶剂)中。非水性液体介质可帮助防止硅烷上的烷氧基水解及形成硅醇。此进而防止硅醇缩合及硅醇基团与其他官能团(例如羟基)之间的反应。
可在加热下混合反应物的混合物，使得聚硅氧烷聚合物及烷氧基硅烷反应形成烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。举例而言，反应物的混合物可一起在40℃至100℃的温度下反应以形成烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。
本发明还涉及涂料组合物，其包括至少一种先前所述的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。基于涂料组合物的总重量，涂料组合物所用的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可占至少0.01重量％、至少 0.05重量％、至少0.1重量％或至少1重量％。基于涂料组合物的总重量，烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可占至多10重量％、至多8重量％或至多5重量％。基于涂料组合物的总重量，烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物也可占0.01至10重量％、0.05至10重量％、1至10重量％或1至8重量％范围内的重量％。
应了解，本发明的涂料组合物可包括两种或更多种、例如三种或更多种烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。当涂料组合物包括多种烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物时，烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物可具有相同或不同的平均重量分子量。
涂料组合物也可包括质子酸。如本文所用“质子酸”是指在水溶液中形成正氢离子的酸。质子酸可包括但不限于羧酸、卤化氢、硫酸、硝酸或其组合。适宜羧酸的非限制性实例包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、癸酸、苯甲酸及其组合。另外，卤化氢的非限制性实例包括但不限于氟化氢、氯化氢、溴化氢及其组合。
可在水溶液中稀释本发明涂料组合物所用的质子酸以形成期望酸浓度。举例而言，可于水中混合质子酸以形成10％(v/v)、或5％(v/v)、或1％(v/v)、或0.5％(v/v)质子酸水溶液。涂料组合物可包含0.01 至5重量份数的质子酸/100重量份数的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。
涂料组合物可进一步包括非水性液体介质，例如先前所述的任意有机溶剂。基于涂料组合物的总重量，涂料组合物可包括至少50重量％、或至少70重量％、或至少80重量％、或至少90重量％、或至少95重量％的非水性液体介质。
本发明的涂料组合物也可包括其他任选的材料。举例而言，涂料组合物也可包含着色剂。如本文所用“着色剂”是指将色彩和/或其他不透明性和/或其他视觉效果赋予组合物的任何物质。着色剂可以任意适宜形式添加至涂料中，例如离散粒子、分散体、溶液和/或薄片。在本发明涂料中可使用单一着色剂或两种或更多种着色剂的混合物。
着色剂的实例包括颜料(有机或无机)、染料及调色剂(tint)(例如用于油漆工业中和/或列示于干粉颜料制造商协会(Dry Color Manufacturers Association)(DCMA)中的那些)以及特殊效果组合物。着色剂可包括例如在使用条件下不溶但可润湿的微细固体粉末。着色剂可为有机物或无机物且可聚结或非聚结。着色剂可通过使用研磨载体(例如丙烯酸类研磨载体)纳入涂料中，该载体的使用为本领域技术人员所熟知。
颜料和/或颜料组合物的实例包括但不限于咔唑二噁嗪粗制颜料、偶氮、单偶氮、重氮、萘酚AS、盐型(薄片)、苯并咪唑酮、异吲哚啉酮、异吲哚啉及多环酞菁、喹吖啶酮、二萘嵌苯、紫环酮(perinone)、二酮吡咯并吡咯，硫靛，蒽醌，阴丹士林，蒽嘧啶，黄烷士酮，皮蒽酮，蒽嵌蒽醌，二噁嗪，三芳基碳鎓，喹酞酮颜料，二酮吡咯并吡咯红(“DPPBO红”)、二氧化钛、碳黑及其混合物。术语“颜料”及“着色填料”可互换使用。
染料的实例包括但不限于为基于溶剂和/或基于水的染料的那些，例如酞菁绿或酞菁蓝、氧化铁、钒酸铋、蒽醌及二萘嵌苯及喹吖啶酮。
调色剂的实例包括但不限于分散于基于水或水不可混溶载体中的颜料，例如可由Degussa,Inc.购得的AQUA-CHEM 896、可由Accurate Dispersions Division of EastmanChemical,Inc.购得的CHARISMA COLORANTS及MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS。
可与本发明涂料组合物一起使用的材料的其他非限制性实例包括塑化剂、耐磨粒子、填料(包括但不限于云母、滑石、粘土及无机矿物质)、抗氧化剂、表面活性剂、流动及表面控制剂、触变剂、反应性稀释剂、催化剂、反应抑制剂及其他通常的助剂。
应了解，本发明的涂料组合物可不含除先前所述那些外的额外的树脂和/或交联剂。或者，本发明的涂料组合物可包括额外的树脂和/ 或交联剂。额外的树脂可包括本领域已知的任意的多种热塑性和/或热固性树脂中。如本文所用术语“热固性”是指在固化或交联时不可逆地“凝固(set)”的树脂，其中聚合物链通过共价键连接在一起。此性质通常与通常由例如热或辐射诱发的交联反应相关。固化或交联反应也可在环境条件下实施。一旦固化，热固性树脂在施加热时将不会熔化且不溶于溶剂中。如所述，额外的树脂也可包括热塑性树脂。如本文所用术语“热塑性”是指包括不通过共价键连接且由此在加热时可经历液体流动并可溶解于溶剂中的聚合组分的树脂。
额外的树脂可选自例如聚氨基甲酸酯、丙烯酸类聚合物、聚酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、不同于先前所述那些的聚硅氧烷聚合物、环氧树脂、乙烯基树脂、其共聚物及其混合物。热固性树脂通常包含反应性官能团。反应性官能团可包括但不限于羧酸基、胺基、环氧基、羟基、硫醇基、氨基甲酸酯基、酰氨基、脲基、异氰酸酯基(包括封闭的异氰酸酯基)及其组合。
含有热固性树脂的涂料组合物通常包含本领域已知与热固性树脂上的官能团反应的交联剂。如本文所用术语“交联剂”是指包含两个或更多个与其他官能团有反应性的官能团且能够经由化学键连接两个或更多个单体或聚合物分子的分子。热固性树脂也可具有与自身有反应性的官能团；以此方式，这样的树脂是自交联的。
本发明的涂料组合物可通过以下方式制备：由先前所述的反应物的混合物形成烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，及然后在非水性介质中混合烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物与质子酸及任选的任意其他先前所述组分。然后可将涂料组合物至少部分施加在基材上。可将本发明的涂料组合物施加至宽范围的涂料工业已知的基材。
适宜基材的非限制性实例包括汽车基材、工业基材、封装基材、木地板及家具、衣服、电子件(包括外壳及电路板)、玻璃及透明物、运动设备(包括高尔夫球)等。该基材可为例如金属或非金属。非金属基材包括聚合、塑料、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯酸类、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、EVOH、聚乳酸、其他“绿色”聚合基材、聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚碳酸酯、聚碳酸酯及丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(PC/ABS)的共混物、聚酰胺、木材、胶合板、木质复合材料、颗粒板、中密度纤维板、水泥、石块、蓝宝石、玻璃、纸张、纸板、织物、合成及天然皮革二者等。玻璃基材的非限制性实例包括常规的未经染色的钠钙硅玻璃 (soda-lime-silica glass)(即“透明玻璃”)或经染色或以其他方式着色的玻璃、硼硅酸盐玻璃、
Figure BDA0001980596800000121
玻璃(可由Corning,Inc.购得)、含铅玻璃、回火玻璃、未回火玻璃、退火玻璃或热增强玻璃。玻璃可具有任何类型(例如常规的浮法玻璃或平板玻璃)，且可具有具任何光学性质(例如任何值的可见辐射透射率、紫外辐射透射率、红外辐射透射率和/或总太阳能透射率)的任何组成。金属基材包括但不限于锡、钢(尤其包括电镀锌钢、冷轧钢、热浸型镀锌钢)、铝、铝合金、锌- 铝合金、涂覆有锌-铝合金的钢及镀铝钢。
当施加至于消费性电子产品上发现的玻璃基材、塑料基材及其组合时，本发明的涂料组合物是尤其有用的。举例而言，可将本发明的涂料组合物施加至于笔记本电脑、平板电脑、蜂窝式电话、其他手持式电子器件、TV等上发现的玻璃和/或塑料基材。这样的器件的玻璃和/或塑料可包含触控屏幕或显示器。
本发明的涂料组合物可通过本领域已知的多种方式施加，包括但不限于喷雾、旋涂、浸涂或其组合。将涂料组合物施加至基材后，可在环境条件下利用热或利用其他方式(例如光化辐射)将组合物干燥或固化以形成涂层。在一些实例中，在150℃至250℃或175℃至225℃或150℃至200℃范围内的温度下加热本发明的涂料组合物，以在基材表面上形成涂层。可在这样的温度下将本发明的涂料组合物加热选自 5分钟至80分钟或5分钟至60分钟范围内的时间段，以在基材表面上形成涂层。
如本文所用“环境条件”是指周围环境的条件(例如，基材所位于的房间或室外环境的温度、湿度及压力)。术语“光化辐射”是指可引发化学反应的电磁辐射。光化辐射包括但不限于可见光、紫外(UV)光、 X射线及γ辐射。
本发明的涂料可施加并固化至小于1微米、小于0.8微米、小于 0.5微米或小于0.1微米的干膜厚度。
应了解，可将本发明的涂料组合物直接施加至基材表面上以直接在基材表面上形成涂料层。或者，可将本发明的涂料组合物施加在第一涂料层(例如在包含触控屏幕或显示器的电子器件的表面上形成的第一涂料层)上。因此，可将本发明的涂料组合物施加在第一涂料层上且固化以形成第二顶部涂料层。
第一涂料层可由不同类型的组合物形成。第一涂料层可由包含本领域已知的任意多种热塑性和/或热固性树脂中的涂料组合物形成。热塑性和/或热固性树脂可包括但不限于先前所述的任意的额外的树脂。涂料组合物也可包括但不限于先前所述的任意交联剂。在一些实例中，第一涂层包含具有可与烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的烷氧基反应的含活性氢基的树脂。如本文所用“含活性氢基”是指羟基、伯氨基、仲氨基、硫醇基及其组合。
由本发明的涂料组合物沉积的涂层可提供涂层表面与个体指尖之间的低摩擦系数。因此，由本发明的涂料组合物沉积的涂层可改进用户操作电子器件的触控屏幕或显示器的能力。举例而言，由本发明的涂料组合物沉积的涂层可提供小于0.04的摩擦系数。本文所述涂层的摩擦系数通过Dynisco 1055摩擦系数测试仪、Chatillion DGGS测力计及标准钢板测量。在测试摩擦系数期间，将不锈钢板置于涂层表面上且以6英寸/分钟之恒定速度跨越表面拖拉。然后确定维持钢板在涂层表面上移动的力与钢板重量的比率。因此，如本文所用“摩擦系数”是指维持钢板在涂层表面上移动的力与钢板重量的比率。
由本发明的涂料组合物沉积的涂层也可提供良好的光透射率，这防止涂层不利地影响触控屏幕或显示器的功能及使用。例如，可将涂层制备为容许至少80％光透射率、至少85％光透射率或至少90％光透射率的透明涂层。透射率测量通过Perkin Elmer Lambda950UV/Vis/NIR分光亮度计利用400-800nm的波长范围来测定。如本文所用术语“透明”是指涂层，其中当透过涂层观察时，肉眼可越过涂
层看到表面。另外，术语“透射率”是指穿过涂层或膜的光的量除以入射于样品上的光的总量。
呈现以下实施例以证实本发明的一般原则。本发明不应视为限于所呈现的具体实施例。除非另有指示，否则实施例中的所有份数及百分比均以重量计。
实施例1
烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的制备
根据本发明的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物通过以下方式制备：将200克KF-868(具有官能团当量重量为8,800的侧接氨基的聚硅氧烷聚合物，可由ShinEtsu购得)及9.3克
Figure BDA0001980596800000141
A-174(γ- 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可由Momentive购得)添加至配备有热电偶、机械搅拌器及冷凝器的四颈圆底烧瓶中，且然后在N2气层下加热至最高80℃。一旦温度达到80℃，使混合物在80℃下保持5 小时且然后冷却至室温。
所得烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物具有0.126毫当量/g (meq/g)的胺值。如本文所用“毫当量(meq)”是指溶液中的如根据其给定体积中的浓度所测定的氨基数。通过将烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物溶解于乙酸中并用乙酸的(acetous)过氯酸电位滴定来测定胺含量。聚合物的胺含量等于中和1克测试材料中的胺含量所需的过氯酸的毫当量数，如通过电位滴定所测量。
烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物还具有在25±1℃下A(对应于0.50沲)的Gardner-Holdt粘度。管粘度通过将聚合物倾倒至内径为10.65±0.025mm且外长为114±1mm的管中来测定。添加聚合物直至达到管的100mm线。插入软木塞后，将管置于倒置架中且浸于温度为25±1℃的水浴中。使聚合物填充的管在水浴中静置最短 20分钟。然后从水浴移除倒置架且快速旋转180°。记录气泡通过管的27mm与100mm线之间的聚合物的行进速率且与相应 Gardner-Holdt粘度关联。
实施例2
烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的制备
根据本发明的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物通过以下方式制备：将250克KF-865(具有官能团当量重量为5,000的侧基氨基的聚硅氧烷聚合物，可由ShinEtsu购得)及13.0克
Figure BDA0001980596800000151
A-174(γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可由Momentive购得)添加至配备有热电偶、机械搅拌器及冷凝器的四颈圆底烧瓶中，且然后在N2气层下加热至80℃。一旦温度达到80℃，使混合物在80℃下保持5小时且然后冷却至室温。使用先前所述的测试方法，所得烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物具有0.175的胺毫当量(meq)及在25±1℃下A (对应于0.50沲)的Gardner-Holdt粘度。
比较实施例3
具有烷氧基硅烷及聚硅氧烷侧链的聚丙烯酸类聚合物的制备
具有烷氧基硅烷及聚硅氧烷侧链的聚丙烯酸类聚合物通过以下方式制备：将150克DOWANOLTMPM乙酸酯(丙二醇甲醚乙酸酯，可由Dow 购得)添加至配备有热电偶、机械搅拌器及冷凝器的四颈圆底烧瓶中，且然后在N2气层下加热至120℃。然后，将90克X-22-2426(具有官能团当量重量为12,000的末端甲基丙烯酸酯基的聚硅氧烷聚合物，可由ShinEtsu购得)及10.0克
Figure BDA0001980596800000152
A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可由Momentive购得)经3小时装填至烧瓶中。同时，将40克DOWANOLTMPM乙酸酯及8克
Figure BDA0001980596800000153
26(聚合物引发剂，可由Arkema购得)的混合物装填至烧瓶。保持30分钟后，经30分钟装填20克DOWANOLTMPM乙酸酯及2克
Figure BDA0001980596800000154
26的混合物。使反应再保持1小时，然后冷却且排出。所得聚合物溶液具有37.4％的固体含量。
实施例4
涂料组合物的制备
分别由实施例1-3的聚合物制备三种(3)涂料组合物(涂料组合物 A、B及C)。各种涂料组合物通过混合实施例1(涂料组合物A)、实施例2(涂料组合物B)或比较实施例3(涂料组合物C)的聚合物与乙酸正丁酯(可由Univar购得，工业级)独立制备。将聚合物添加至涂料组合物中，使得组合物含有基于包括溶剂的组合物的总重量1.0重量百分数(％)的聚合物。
然后，用去离子水将5％(v/v)硝酸水溶液稀释至0.5％(v/v)。然后混合约0.4克0.5％(v/v)硝酸溶液与100克包含聚合物及乙酸正丁酯的涂料组合物。
实施例5
固化涂层的施加及评估
将实施例4中制备的涂料组合物(涂料组合物A、涂料组合物B及涂料组合物C)各自独立地施加至未经涂覆的
Figure BDA0001980596800000161
玻璃基材。然后使各个经涂覆基材经受200℃下单次烘烤10分钟。用Dynisco 1055 摩擦系数测试仪、Chatillion DGGS测力计及199.2克标准钢板测试各个涂层的摩擦系数。在测试摩擦系数期间，将不锈钢板置于涂层表面上且以6英寸/分钟的恒定速度且在72℉(22℃)的温度及33％相对湿度下跨越表面拖拉。对各个涂层运行三次测试且获得各个涂层的平均摩擦系数。结果显示于表1中。
表1
涂层 平均摩擦系数
由组合物A制备的涂层<sup>1</sup> 0.024
由组合物B制备的涂层<sup>2</sup> 0.016
由组合物C制备的涂层<sup>3</sup> 0.077
1组合物A是用实施例1的聚合物制备。
2组合物B是用实施例2的聚合物制备。
3组合物C是用比较实施例3的聚合物制备。
如表1中所显示，由根据本发明的涂料组合物A及B制备的涂层提供玻璃基材上与比较实施例3的组合物C相比较低的摩擦系数。
本发明还涉及以下条款。
条款1：一种烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其由包含以下的反应物的混合物制备：(a)聚硅氧烷聚合物，其由化学结构(I)表示：
Figure BDA0001980596800000171
其中
m是10或更大的值，
n是2或更大的值，
w、x、y及z各自独立地选自0至3的值，条件是x+z＝3且w +y＝3，
各个R1独立地是氢或C1-C6烷基，
各个R2独立地是氢、C1-C6烷基、-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH 或
Figure BDA0001980596800000172
A是C1-C6亚烷基或R3-NH-R3，且
各个R3独立地是C1-C6亚烷基，
其中各个R2、z及y经选择以提供聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个选自以下的反应性官能团：-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH、
Figure BDA0001980596800000173
或其组合；及
(b)至少一种烷氧基硅烷，其包含与(a)的聚硅氧烷聚合物上的 R2的反应性官能团有反应性的官能团B。
条款2：如条款1的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中聚硅氧烷聚合物的反应性官能团的总量与所有烷氧基硅烷的官能团B的总量的摩尔比为1:1至1:0.01，例如1:1至1:0.05、或1:1至1:0.1、或1:1至1:0.5。
条款3：如条款1或2的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物具有大于2,500g/mol、例如大于5,000g/mol、或大于10,000g/mol、或大于15,000g/mol的重均分子量。
条款4：如条款1至3中任一项的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中烷氧基硅烷的官能团B是烯属不饱和基团，例如(甲基)丙烯酸酯基；环氧基；氨基；羟基；或异氰酸酯基。
条款5：如条款1至4中任一项的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中(b)的烷氧基硅烷由化学结构(II)表示：
Figure BDA0001980596800000181
其中
R5、R6及R7各自是烷氧基，例如C1-C6烷氧基，
R8是C1-C20亚烷基，且
R9是与聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个反应性官能团有反应性的烯属不饱和基团，例如(甲基)丙烯酸酯基；环氧基；氨基；羟基；或异氰酸酯基。
条款6：如条款5的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中聚硅氧烷聚合物的R2是-A-NH2且烷氧基硅烷的R9是烯属不饱和基团。
条款7：如条款6的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中聚硅氧烷聚合物的z及y均为0。
条款8：一种涂料组合物，其包含如条款1至7中任一项的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。
条款9：如条款7的涂料组合物，其中基于涂料组合物的总重量，烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物占涂料组合物的0.01至10重量％，例如0.05至10重量％、1至10重量％或1至8重量％。
条款10：如条款8或9的涂料组合物，其进一步包含质子酸。
条款11：如条款10的涂料组合物，其中质子酸包含羧酸、卤化氢、硫酸、硝酸或其组合。
条款12：如条款10或11的涂料组合物，其中质子酸是以0.01 至5重量份数/100重量份数的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的量存在于涂料组合物中。
条款13：如条款8至12中任一项的涂料组合物，其进一步包含非水性溶剂。
条款14：一种基材，其至少部分地经如条款8至13中任一项的涂料组合物或经源自干燥或固化如条款8至13中任一项的涂料组合物的涂层涂覆。
条款15：如条款14的基材，其中基材包括玻璃。
条款16：如条款14或15的基材，其中基材形成电子器件的至少一部分。
条款17：如条款14至16中任一项的基材，其中将涂料组合物在选自150℃至250℃范围内的温度下加热选自5分钟至80分钟范围内的时间段，以形成固化涂层。
条款18：如条款14至17中任一项的基材，其中固化涂层具有小于1微米、小于0.8微米、小于0.5微米或小于0.1微米的干膜厚度。
条款19：一种将涂料施加至基材的方法，其包括：
a)在非水性介质中混合如条款1至7中任一项的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物与质子酸；及
b)在条件下将(a)的混合物至少部分施加在基材上以在基材上形成涂层。
条款20：如条款19的方法，其中涂层通过将所施加混合物加热至选自150℃至250℃范围内的温度持续选自5分钟至80分钟范围内的时间段来形成。
条款21：如条款20的方法，其中涂层具有小于1微米、小于0.8 微米、小于0.5微米或小于0.1微米的干膜厚度。
条款22：如条款19至21中任一项的方法，其中基材是电子器件。
条款23：一种经涂覆基材，其通过如条款19至22中任一项的方法获得。
条款24：一种制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的方法，其包括使包含以下的反应物的混合物反应：
a)聚硅氧烷聚合物，其由化学结构(I)表示：
Figure BDA0001980596800000191
其中
m是10或更大的值，
n是2或更大的值，
w、x、y及z各自独立地选自0至3的值，条件是x+z＝3且w +y＝3，
各个R1独立地是氢或C1-C6烷基，
各个R2独立地是氢、C1-C6烷基、-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH 或
Figure BDA0001980596800000201
A是C1-C6亚烷基或R3-NH-R3，且
各个R3独立地是C1-C6亚烷基，
其中各个R2、z及y经选择以提供聚硅氧烷聚合物上的两个或更多个选自以下的反应性官能团：-A-NH2、-A-OH、-A-N＝C＝O、-A-COOH、
Figure BDA0001980596800000202
或其组合；及
b)至少一种烷氧基硅烷，其包含与(a)的聚硅氧烷聚合物上的R2的反应性官能团有反应性的官能团B。
条款25：如条款24的方法，其中使(a)聚硅氧烷聚合物及(b)烷氧基硅烷一起在选自40℃至100℃范围内的温度下反应。
条款26：如条款24或25的方法，其中使(a)聚硅氧烷聚合物及 (b)烷氧基硅烷一起在非水性介质中反应。
条款27：如条款19至22或26中任一项的方法或如条款13的涂料组合物，其中非水性溶剂是有机溶剂或有机溶剂与基于溶剂混合物的总重量小于50重量％的水、例如小于40重量％的水、或小于30重量％的水、或小于20重量％的水、或小于10重量％的水、或小于5％的水的混合物。
鉴于上文已出于说明的目的阐述本发明的具体实施方式，但本领域技术人员将明了，可在不背离如所附权利要求中所定义的本发明下对本发明细节作出多种改变。

Claims (19)

1.一种烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其由包含以下的反应物的混合物制备：
a)聚硅氧烷聚合物，其由化学结构(I)表示：
Figure FDA0002764234610000011
其中
m是10或更大的值，
n是2或更大的值，
w及x各自独立地为3的值，且z及y均为0，
各个R1独立地是氢或C1-C6烷基，
各个R2是-A-NH2；
A是C1-C6亚烷基或R3-NH-R3，且
各个R3独立地是C1-C6亚烷基；及
b)至少一种烷氧基硅烷，其包含与(a)的聚硅氧烷聚合物上的R2的反应性官能团有反应性的官能团B，其中该至少一种烷氧基硅烷由化学结构(II)表示：
Figure FDA0002764234610000012
其中
R5、R6及R7各自是烷氧基，
R8是C1-C20亚烷基，且
R9是烯属不饱和基团。
2.根据权利要求1的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中该聚硅氧烷聚合物的反应性官能团的总量与所有烷氧基硅烷的官能团B的总量的摩尔比为1:1至1:0.01。
3.根据权利要求1的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物，其中该烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物具有大于2,500g/mol的重均分子量。
4.一种涂料组合物，其包含根据权利要求1的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物。
5.根据权利要求4的涂料组合物，其中该烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物基于该涂料组合物的总重量占该涂料组合物的0.01至10重量％。
6.根据权利要求4的涂料组合物，其进一步包含质子酸。
7.根据权利要求6的涂料组合物，其中该质子酸包含羧酸、卤化氢、硫酸、硝酸或其组合。
8.根据权利要求6的涂料组合物，其中该质子酸是以0.01至5重量份数/100重量份数的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的量存在于该涂料组合物中。
9.根据权利要求4的涂料组合物，其进一步包含非水性溶剂。
10.一种基材，其至少部分地经权利要求4的涂料组合物涂覆。
11.根据权利要求10的基材，其中该基材包括玻璃。
12.根据权利要求11的基材，其中该基材形成电子器件的至少一部分。
13.根据权利要求10的基材，其中将该涂料组合物在选自150℃至250℃范围内的温度下加热以形成干膜厚度小于1微米的固化涂层。
14.一种将涂料施加至基材的方法，其包括：
a)在非水性介质中混合根据权利要求1的烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物与质子酸；及
b)在条件下将(a)的混合物至少部分施加在基材上以在该基材上形成涂层。
15.根据权利要求14的方法，其中该聚硅氧烷聚合物的反应性官能团的总量与所有烷氧基硅烷的官能团B的总量的摩尔比为1:1至1:0.01。
16.根据权利要求14的方法，其中该涂层通过在选自150℃至250℃范围内的温度下加热所施加混合物来形成。
17.根据权利要求14的方法，其中该基材形成电子器件的至少一部分。
18.一种制备烷氧基硅烷官能化聚硅氧烷聚合物的方法，其包括使包含以下的反应物的混合物反应：
a)聚硅氧烷聚合物，其由化学结构(I)表示：
Figure FDA0002764234610000031
其中
m是10或更大的值，
n是2或更大的值，
w及x各自独立地为3的值，且z及y均为0，
各个R1独立地是氢或C1-C6烷基，
各个R2是-A-NH2；
A是C1-C6亚烷基或R3-NH-R3，且
各个R3独立地是C1-C6亚烷基；及
b)至少一种烷氧基硅烷，其包含与(a)的聚硅氧烷聚合物上的R2的反应性官能团有反应性的官能团B，其中该至少一种烷氧基硅烷由化学结构(II)表示：
Figure FDA0002764234610000041
其中
R5、R6及R7各自是烷氧基，
R8是C1-C20亚烷基，且
R9是烯属不饱和基团。
19.根据权利要求18的方法，其中(i)该聚硅氧烷聚合物及(ii)该烷氧基硅烷一起在选自40℃至100℃范围内的温度下反应。
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