Способ получения оксидных покрытий

 

Использование: в автомобильной промышленности, в сельском хозяйстве и других областях хозяйства. Сущность изобретения: оксидные матовые покрытия получают нанесением пленкообразующего состава, моль: алкоксисилан: борная кислота: органический растворитель: вода 1:(0,09 - 0,43): (2 - 8) : (2 - 5) (соотношение в пересчете на оксиды SiO₂ - 95 - 85%, B₂O₃ - 5 - 15 мас.%) в атмосфере с влажностью 30 - 80% со скоростью нанесения 5 - 60 см/мин, затем термообрабатывают при 100 - 500^oС. В качестве борсодержащих соединений используют орто- и метаборные кислоты, тетрабораты щелочных металлов, эфираты бора, а в качестве органических растворителей C₂-C₅ - алканолы, алкилцеллозольвы, ацетон, ацетилацетон и алкиленгликоли, в качестве кремнесодержащего соединения - C₁-C₄ алкоксисилан. Состав наносят на стеклянную поверхность, бумагу, пластмассу. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам получения матовых оксидных пленок на различных поверхностях. Эти пленки находят применение в автомобильной промышленности, сельском хозяйстве.

Известен способ получения матовых оксидных покрытий, который состоит в добавлении к водной суспензии пигментной двуокиси титана водорастворимых соединений ванадия, в количестве достаточном для образования на поверхности ТiO₂ осадка гидроокиси ванадия. Полученную массу фильтруют, промывают, высушивают, размалывают. К суспензии ТiO₂добавляют также соединения алюминия. Такое покрытие отличается малой прочностью и малой абразивной устойчивостью, кроме того процесс многостадийный и трудоемкий [1] Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения оксидного покрытия из насыщенного водного раствора оксида кремния в кремнефтористоводородной кислоте с добавкой борной кислоты [2] Однако указанный способ не позволяет получать матовые покрытия.

Цель изобретения получение матового покрытия, обеспечение экологически чистой технологии.

Изобретение представляет собой способ получения оксидных матовых пленочных покрытий, которые наносятся на поверхность стекла методом окунания подложки со скоростью 5-60 см/мин в пленкообразующий раствор состава: алкоксисилан: борная кислота: органический растворитель: вода, взятые в молярном отношении, 1: (0,09-0,43): (2-8):(2-5) (или в пересчете на оксиды: SiO₂ 95-85 мас. B₂О₃ 5-15 мас.) в атмосфере с влажностью 30-80% с последующей термообработкой при температуре 100-500^оС в течение 15-30 мин.

В качестве исходных продуктов предпочтительно используются тетраэтоксисилан (ТЭОС), тетраизопропоксисилан, тетрабутоксисилан. В качестве органических растворителей предпочтительно применение низших алканолов, алкилцеллозольвов ацетона, ацетилацетона и алкилгликолей. В качестве борсодержащих соединений применяют борные кислоты, тетрабораты щелочных металлов, эфираты бора.

Пленку наносят методом окунания, который является наиболее простым из используемых методов нанесения покрытий и экологически более чистым, чем любой другой метод, и поэтому более применимым для промышленного освоения. Для достижения наибольшего матового эффекта и получения пленки, равномерной по толщине и с прочным сцеплением с поверхностью подложки, проводится ее термообработка при температуре 100-500^оС.

Извлечение образцов из пленкообразующего раствора ведется со скоростью 5-60 см/мин. В случае уменьшения скорости вытягивания менее 5 см/мин толщина пленки слишком мала и матовый эффект слабо выражен, а в случае превышения скорости вытягивания выше 60 cм/мин имеет место шелушение пленки, обусловленное большой толщиной покрытия.

Существенное влияние на качество наносимой пленки оказывает режим термической обработки. При снижении температуры ниже 100^оС ухудшается механическая прочность пленки, а в случае превышения 500^оС происходят растрескивание подложки и ее деформация.

Оказывает влияние на свойства получаемых пленок и время термообработки. При сокращении времени термообработки менее 15 мин снижается прочность пленок, при увеличении времени термообработки более 30 мин возможна деформация подложки вследствие перегрева. Важным фактором для получения матовых пленок является влажность. При проведении процесса вытягивания при атмосферной влажности менее 30% невозможно получить матовое покрытие, при увеличении влажности выше 80% процесс образования пленки затруднен.

На качество пленки существенно влияет состав исходного раствора. Молярное отношение исходного алкоксилана к органическому растворителю, борной кислоте и воде определяется содержанием в конечной пленке оксида кремния, т.е. 95-85 мас. При введении меньшего или большего количества ТЭОС нарушается состав оксидного покрытия, который определяется содержанием оксида бора в конечной пленке. В качестве гидролизующей среды применяется водно-органическая, предпочтительно водно-алканольная среда, например водно-этанольная. Введение в состав покрытия воды обусловливается оптимизацией скорости формирования покрытий. Уменьшение концентрации воды и алканола мене 2 молей замедляет процесс формирования пленки (до нескольких часов вместо 5 мин при выбранном количестве), а введение воды в большем, чем 5 ммоль на 1 моль ТЭОС, и алканола более 8 моль на 1 моль ТЭОС, количестве приводит к образованию трещин в покрытиях. Ортоборная кислота, вводимая в пленкообразующий раствор в количестве 0,09-0,43 моль на 1 моль ТЭОС выполняет роль носителя оксида бора, входящего в состав конечной пленки и придающего пленке матовость. При концентрации ортоборной кислоты, превышающей 0,43 моль на 1 моль ТЭОС, затрудняется получение гомогенного пленкообразующего раствора из-за малой растворимости борной кислоты в водно-алканольном растворе. При увеличении указанной концентрации получается пленкообразующий раствор повышенной вязкости, из-за чего покрытие не растекается по поверхности. При уменьшении концентрации ортоборной кислоты получаются пленки с недостаточной интенсивностью матового покрытия.

П р и м е р 1. В пленкообразующий раствор, содержащий 223 мл ТЭОС, 26,55 г борной кислоты и 458 мл водно-этанольного раствора опускается подложка из силикатного стекла и извлекается из него со скоростью 5 см/мин при влажности 30% Полученная пленка на подложке термообрабатывается при температуре 500^оС в течение 15 мин. Полученная пленка имеет матовость, равномерна по толщине, имеет высокую механическую прочность. Коэффициент пропускания в видимой области 30-50% Толщина пленки 0,24 мкм.

П р и м е р 2. В пленкообразующий раствор, содержащий 223 мл ТЭОC, 5,56 г Н₃BО₄ и 128 мл водно-этанольного раствора, опускается подложка из силикатного стекла и извлекается со скоростью 6 см/мин при влажности 45% Полученная пленка термообрабатывается при 400^оС в течение 20 мин. Полученная пленка имеет матовость, равномерна по толщине, имеет высокую механическую прочность. Коэффициент пропускания 80-87% Толщина пленки 0,31 мкм.

В табл.1 и 2 приведены конкретные примеры молярных соотношений компонентов.

Формула изобретения

1. Способ получения оксидных покрытий путем нанесения на подложку пленкообразующего водного раствора, включающего кремне- и борсодержащее соединение, и термообработку, отличающийся тем, что пленкообразующий раствор дополнительно содержит органический растворитель, в качестве кремнесодержащего соединения С₁ С₄-алкоксисилан при молярном соотношении алкоксисилана, борсодержащего соединения, органического растворителя и воды, равном 1 0,09 0,43 2 8 2 5, процесс ведут в атмосфере с влажностью 30 80% при скорости нанесения 5 60 см/мин, а термообработку осуществляют при 100 500^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве борсодержащих соединений используют орто- и мета-борную кислоту, тетрабораты щелочных металлов, эфираты бора, а в качестве органических растворителей С₂ - С₅-алканолы, алкилцеллозольвы, ацетон, ацетилацетон, алкиленгликоль.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытие наносят на стекло, бумагу, пластмассу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3