CZ27610U1 - Nátěrový systém na bázi polymerní matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 27610 Ul

Nátěrový systém na bázi polymemí matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi

Oblast techniky

Technické řešení se týká nátěrového systému na bázi polymemí matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi, zahrnující alespoň jednu filmotvomou polymemí matrici a alespoň jeden typ funkčních anorganických nanočástic.

Dosavadní stav techniky

Požadovaných užitných a aplikačních vlastností nátěrových hmot lze obecně dosáhnout různými způsoby. Mechanicko-fyzikální vlastnosti lze ovlivňovat např. složením základního filmotvorného polymeru, nebo lze použít i směsi polymerů výrazně odlišných parametrů. Aditivací lze upravit odolnost proti mikrobiálnímu napadení nátěrového filmu i jím ošetřeného substrátu, dále odolnost proti negativním účinkům UV radiace, odolnost proti korozi a podobně.

Moderní nátěrové hmoty s výhodou využívají vícefunkčních nanokompozitních materiálů, které umožňují uvedené vlastnosti v některých selektivních případech synergicky skloubit. Usančně se jedná o částice s průměrnou velikostí pod 100 nm. Na čelném místě v uvedené oblasti stojí nanočástice ZnO a TiO₂. Nanočástice ZnO jsou pro tuto aplikační oblast velice zajímavým materiálem, jelikož můžou výrazným způsobem pozitivně ovlivnit funkčnost daného nátěrového systému - např. antimikrobiální, samočisticí, antikorozní či fotoprotektivní. Obrovskou výhodou nanočásticového ZnO, v porovnání s mikronovými částicemi ZnO, je jeho transparentnost v daném systému, čehož lze využít pro přípravu funkčních transparentních laků. Částice TiO₂ v nanoformě lze s výhodou využít jako UV filtr, ale i pro formulaci samočisticích nátěrů. Důležitým parametrem nanočástic anorganické povahy je vedle vlastní velikosti částic zejména hodnota jejich specifického povrchu uváděná v jednotkách m²/g. Mezi jednotlivými částicemi se vyskytují Van der Waalsovy disperzní síly, mezí dipóly takto vzniká i elektrostatický náboj, který následně způsobuje jejich shlukování do různých aglomerátů. Každý typ nanočástic se navíc rovněž vyznačuje odlišným charakterem svého nepolárního povrchu, což se projevuje různým stupněm smáčivosti v různých polárních či nepolárních prostředích. Na těchto parametrech pak závisí úspěšná dispergace nanočástic do pojivového systému a následně i vlastnosti finálního nátěru. Za tímto účelem je nutné povrch nanočástic stabilizovat pomocí vhodných modifikujících komponent.

S ohledem na hydrofobicitu většiny pigmentů a plniv, a to i v nanoformě se při smáčení a dispergaci (mletí) užívají dispergační aditiva. Jsou to povrchově aktivní látky navržené tak, aby jedna jejich část dokázala pigment stabilizovat v daném prostředí a druhá obsahovala skupiny s afinitou k pigmentům. Úkolem aditiva je smočení částice a odstranění vzduchu z jejího povrchu a následná stabilizace, tj. ochrana před tendencí ke shlukování, tzv. flokulaci. Stabilizace je zajištěna různými mechanismy - elektrostatický, sterický a elektrostérický. Chemické struktury těchto materiálů jsou různé - akrylátové kopolymery, polyuretany, styren-maleinové kopolymery, polyaminy modifikované polyestery a polyethery, vinyl-polyether-maleinové kopolymery, alkoxylované mastné alkoholy, modifikované polyminy, polyethetfosfáty a mnoho dalších. Chemická struktura určuje, jakým způsobem se bude aditivum kotvit na anorganickou částici. V každém z těchto případů se jedná o fyzikální modifikace, které v daném prostředí nemusí být vždy zcela stabilní. I když dnes je známa celá řada dispergačních procesů a existuje celá řada klasických dispergační ch technik např. disolvery, perlové mlýny, tak až po sofistikovanější mlýny pro nanomletí, dispergátory s využívající ultrazvuk nebo vysokotlaké homogenizátory přesto lze v nátěrových systémech nalézt větší či menší množství aglomerátů částic, které následně výrazně negativně ovlivňují požadované vlastnosti (kvalitu) a tím omezují i aplikační uplatnění.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje nátěrový systém na bázi polymemí matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi obsahující podle předloženého technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že na povrchu funkčních anorganických nanočástic je zakotvena

- 1 CZ 27610 Ul alespoň jedna stabilizační modifikující komponenta ze skupiny trialkoxysilanových sloučenin. Tím dochází ke stabilizaci nanočástic pomocí chemické modifikace, kdy modifikující komponenta je chemickou vazbou navázána na anorganickou nanočástici. Princip technického řešení spočívá v nasycení povrchu nanočástic zakotvením modifikujících komponent ze skupiny trialkoxysilanových sloučenin, s výhodou s obsahem trimethoxy nebo triethoxysilanových skupin v jejich struktuře.

Trimethoxy nebo triethoxysilanové sloučeniny jsou s výhodou ze skupiny: tetramethyl nebo tetraethylorthosilikát, ethoxy a methoxy trimethylsilan, dimethoxy nebo diethoxydimethylsilan, trimethoxy nebo triethoxymethylsilan.

Obecný postup spočívá ve smíchání nanočástic s přebytkem modifikující trialkoxysilanové komponenty a jejím zakotvení na povrchu nanočástic temperací směsi pod bodem jejího varu. Obecně platí, že trimethoxysiloxanová skupina se vyznačuje vyšší reaktivitou ve srovnání se skupinou triethoxysiloxanovou při stejném organickém zbytku molekuly.

Trialkoxysiloxanové sloučeniny ve své struktuře obsahují další reaktivní funkční skupinu jako reaktivní typ. Vícefunkční reaktivní typy pro účely předloženého řešení jsou: vinyltrimethoxy nebo triethoxysilan, aminopropyltrimethoxy nebo triethoxysilan, glycidyloxypropyltrimethoxy a triethoxysilan, hexadecyltrimethoxysilan, trimethoxysilylpropylmethakrylát.

V některých případech se ukazuje jako nanejvýš vhodné použít modifikující trialkoxysilanovou komponentu s obsahem další reaktivní funkční skupiny v její struktuře (reaktivní typ), umožňující následně ve druhém kroku změnit charakter vhodnou chemickou reakcí s další komponentou organického původu.

Funkční anorganické nanočástice tvoří ZnO a/nebo TiO₂. Jejich obsah v nátěrovém systému je 0,5 až 6 % hmotnostních, vztaženo na polymemí podíl.

Výhody technického řešení spočívají v chemické stabilizaci funkčních nanočástic v nátěrovém systému, čímž se významně zvyšuje kvalita nátěrového systému a škále jeho využití.

Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou, nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

S ohledem na měrný povrch nanočástic lze za nej vhodnější koncentrační rozpětí považovat dávkování v rozsahu 0,5 až 6 % hmotnostních, vztaženo na pevný polymemí podíl.

Příklad 1

Nátěrový systém na bázi směsi nanočástic ZnO a TiO₂, modifikovaných glycidyloxypropyltrimethoxysilanem a olejovým aminem a dispergovaných do alkydové pryskyřice olejové délky 55 a s obsahem 5 % nitrocelulózového polymeru v množství 1,5% hmotn. nano ZnO a 2,5 % hmotn. nano TiO₂, vztaženo na pevný polymemí podíl. Nátěr je vhodný k nanášení štětcem nebo válečkem a je určen k současné UV a antimikrobiální ochraně dřevěných substrátů pro venkovní aplikace.

Příklad 2

Nátěrový systém na bázi nanočástic ZnO, modifikovaných aminopropyltrimethoxysilanem a hydroxyethylakrylátem a dispergovaných do polyuretanového pojivá v množství 3 % hmotn., vztaženo na pevný polymemí podíl. Nátěr je vhodný k nanášení štětcem nebo válečkem a je určen k současné UV a antimikrobiální ochraně neporézních substrátů pro venkovní aplikace.

-2CZ 27610 Ul

Příklad 3

Nátěrový systém na bázi nanočástic TiO₂, modifikovaných tetraethylorthosilikátem, dimethoxydimethylsilanem a dispergovaných do silikonového laku v množství 1 % hmotn., vztaženo na pevný polymemí podíl. Nátěr je vhodný k nanášení štětcem nebo válečkem nebo stříkáním jako antimikrobiální penetrace minerálních substrátů.

Příklad 4

Nátěrový systém na bázi nanočástic ZnO, modifikovaných polyvinyltrimethoxysilanem a dispergovaných do epoxidového laku v množství 3 % hmotn., vztaženo na pevný polymemí podíl. Nátěr je vhodný jako hygienická licí podlahovina k úpravě betonových substrátů.

Průmyslová využitelnost

Nátěrové systémy na bázi polymemí matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi podle technického řešení nacházejí uplatnění především jako UV protektivní laky, antimikrobiální laky, samočisticí nebo antikorozní nátěrové hmoty.

Claims (7)

1. Nátěrový systém na bázi polymemí matrice s funkčními anorganickými nanočásticemi, vyznačující se tím, že na povrchu funkčních anorganických nanočástic je zakotvena alespoň jedna stabilizační modifikující komponenta ze skupiny trialkoxysilanových sloučenin.

2. Nátěrový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že trialkoxysiloxanové sloučeniny ve své struktuře obsahují trimethoxy nebo triethoxysilanové sloučeniny.

3. Nátěrový systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že trimethoxy nebo triethoxysilanové sloučeniny jsou ze skupiny: tetramethyl nebo tetraethylorthosilikát, ethoxy a methoxy trimethylsilan, dimethoxy nebo diethoxydimethylsilan, trimethoxy nebo triethoxymethylsilan.

4. Nátěrový systém podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že trialkoxysiloxanové sloučeniny ve své struktuře obsahují další reaktivní funkční skupinu.

5. Nátěrový systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že další reaktivní funkční skupina je ze skupiny: vinyltrimethoxy nebo triethoxysilan, aminopropyltrimethoxy nebo triethoxysilan, glycidyloxypropyltrimethoxy a triethoxysilan, hexadecyltrimethoxysilan, trimethoxysilylpropylmethakrylát.

6. Nátěrový systém podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že funkční anorganické nanočástice tvoří ZnO a/nebo TiO₂.

7. Nátěrový systém podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že obsah funkčních anorganických nanočástic v nátěrovém systému je 0,5 až 6 % hmotnostních.