本发明涉及无机纤维及其应用。具体地，本发明涉及无机纤维的水性分散体。本发明还涉及由这种无机纤维的水性分散体配制水性涂料组合物的方法以及由该水性涂料组合物形成的涂层。
背景技术：
1、随着社会的发展，人们对具有各种不同性能的涂层的需求日益增加，尤其需要具有高硬度、优异的耐刮擦性和耐磨性等机械性能的涂层，诸如木用涂层。已知，由木用涂层形成的漆膜具有相对较弱的硬度、耐刮擦性以及耐磨性，因而容易被刮伤或磨旧。添加各种无机纤维包括玻璃纤维是常用来改善涂层的机械性能的方案之一。然而，无机纤维与树脂基质的相容性不良，难以均匀分散在涂料组合物中并且容易发生沉降，因而诸如漆膜硬度、耐刮擦性和耐磨性的涂层的机械性能难以获得改善。业已提出了，采用偶联剂对无机纤维进行表面改性，来改善无机纤维与树脂基质的相容性。然而，包含这种无机纤维的涂料组合物仅表现出有限的机械性能改善，而且具有明显的无机纤维沉降，无法满足人们的需求。
2、涂料工业中仍然需要改进的无机纤维体系，其能够显著改进涂层的硬度、耐刮擦性和耐磨性。
技术实现思路
1、一方面，本发明提供了无机纤维的水性分散体，其包含：水；无机纤维；分散剂；防沉剂和任选的附加添加剂，其中所述无机纤维具有1微米至100微米的平均纤维直径和1.1:1至10:1的数均长径比；并且其中所述水性分散体不含成膜量的聚合物树脂。
2、在本发明的一些实施方式中，所述无机纤维是用偶联剂进行表面改性的，优选用氨基进行表面改性的。
3、另一方面，本发明提供了用于配制水性涂料组合物的方法，所述方法包括：i)配制本发明的无机纤维的水性分散体；然后ii)将步骤i)的水性分散体与水、水性聚合物胶乳和任选的附加添加剂混合，来配制水性涂料组合物。
4、还要另一方面，本发明进一步提供了由采用本发明的水性分散体配制的水性涂料组合物形成的涂层。在本发明的一个实施方式中，所述涂层在经受一次或多次的弯曲或折叠后未展现出显著发白。在本发明的一个实施方式中，当根据astm d3363测量时，所述涂层具有至少h的铅笔硬度。在本发明的一个实施方式中，当根据astm d2197测量时，所述涂层能够抵挡180g或更高的耐刮擦荷载。在本发明的一个实施方式中，当经受用包含颗粒尺寸300-400目的砂粒的水性介质的湿磨耗试验机磨刷500个循环时，所述涂层具有75％或更高的膜厚度保留率。在本发明的一个优选实施方式中，所述涂层具有上述性质中的两个或更多个，优选三个，更优选四个。
5、本发明的发明人开创性地配制了无机纤维的水性分散体，其中不含成膜量的聚合物树脂，并且发现如此配制的水性分散体当作为填充剂被添加到水性涂料组合物中时可以形成具有显著改善的硬度、耐刮擦性和耐磨性的涂层。而且，本发明的发明人还额外地发现，如此形成的涂层具有显著改善的抗发白性。
6、本发明的一个或多个实施方案的细节在以下的说明书中阐明。根据说明书和权利要求，本发明其它特征、目的和优点将变得清楚。
7、定义
8、在本文中使用时，除非另有说明，“一种”、“这种”、“至少一种”和“一种或多种”以及不使用数量词的情形可互换使用。因此，例如包含“一种”添加剂的涂料组合物可以被解释为表示该涂料组合物中包含“一种或多种”添加剂。除本文中另有说明外，本文中单数形式的使用还意在包括复数形式。
9、在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下，预计该组合物中并不排除本发明未涉及的可选组分，并且预计该组合物可由所涉及的组分构成或组成，或者在方法被描述为包括或包含特定工艺步骤的情况下，预计该方法中并不排除本发明未涉及的可选工艺步骤，并且预计该方法可由所涉及的工艺步骤构成或组成。
10、为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
11、当与无机纤维一起使用时，术语“平均纤维直径”是用于衡量无机纤维的几何尺寸的参数之一，是通过如下确定的：将待测无机纤维的直径求和，然后再求平均。在本发明的一些实施方式中，平均纤维直径在1微米-100微米的范围内、优选地在1-50微米的范围内、更优选地在2-25微米的范围内、最优选地在5-15微米的范围内。
12、当与无机纤维一起使用时，术语“数均长径比”是用于衡量无机纤维的几何尺寸的参数之一，是通过如下计算的：将待测无机纤维的长径比求和，然后除以待测无机纤维的个数。在本发明的一些实施方式中，数均纤维长径比在1.1:1到10:1的范围内，优选在1.2:1到5:1的范围内，更优选在1.6:1到1.7:1的范围内。
13、在本发明中，短语“所述无机纤维中至少50数量％的纤维具有大于或等于1.2:1的长径比”表示无机纤维的几何尺寸分布，其是通过对具有特定长径比的无机纤维进行计数确定的。在本发明的一个实施方式中，所述无机纤维中至少60数量％、至少70数量％、或甚至至少80数量％的纤维具有大于或等于1.2:1的长径比。
14、在本发明中，术语“成膜量的聚合物树脂”是指该用量的聚合物材料当被添加到涂料组合物中并且在将该涂料组合物涂覆到基材上并除去任何可选载体(例如溶剂或水)后可以形成连续的涂层膜。在本发明的上下文中，所述聚合物树脂包括但不限于，有机硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂或本领域技术人员已知可用于制备涂料组合物的任何其他聚合物树脂。在涂料组合物中，聚合物树脂的成膜量通常为5-80重量％，优选为10-80重量％，更优选为20-80重量％，所述用量相对于涂料组合物的总量计。
15、在本发明中，短语“水性分散体不含成膜量的聚合物树脂”是指，水性分散体所包含的聚合物树脂的量很低，以至于不能形成连续的涂层膜。例如，在水性分散体中，聚合物树脂以相对于所述水性分散体的总重小于5重量％的量存在，优选小于4重量％的量存在，更优选小于3重量％的量存在，还要更优选小于2重量％的量存在，甚至更优选小于1重量％的量存在，最优选根本不存在。
16、当与涂层一起使用时，术语“没有显著的发白”是指所述涂层，当经受一次或多次的弯曲或折叠时，没有显示出用肉眼观察到的任何可见的颜色变化。在本发明的一个实施方式中，所述涂层当经受两次或多次的弯曲或折叠后，没有显示出用肉眼观察到的任何可见的颜色变化。
17、在本发明中，通过端点限定的数值范围包括该范围内的所有任何数值，例如1到5的范围涵盖了数值1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等。而且，公开的数值范围包括在该较宽范围内的所有子集范围，例如1到5的范围包括了子范围1到4、1.5到4.5、1到2等。
18、术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本发明实施方案。然而，在相同或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施方案的叙述不意味着其他实施方案是不可用的，并且不旨在将其他实施方案排除在本发明范围外。
1.一种无机纤维的水性分散体，其包含：水；无机纤维；分散剂；防沉剂和任选的附加添加剂，
2.根据权利要求1所述的水性分散体，其中所述无机纤维具有1微米至50微米的平均纤维直径。
3.根据权利要求1所述的水性分散体，其中所述无机纤维具有1.1:1至5:1的数均长径比。
4.根据权利要求1所述的水性分散体，其中所述无机纤维中至少50数量％的纤维具有1.2:1或更大的长径比。
5.根据权利要求1所述的水性分散体，其中所述无机纤维包括玻璃纤维、石英纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维或其组合。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的水性分散体，其中，所述分散剂包括阴离子型分散剂、高分子型分散剂、非离子型分散剂或其组合。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的水性分散体，其中，所述防沉剂包括膨润土。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的水性分散体，其中，所述无机纤维是经偶联剂表面改性的。
9.如权利要求8所述的水性分散体，其中所述偶联剂包含硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或其组合。
10.如权利要求9所述的水性分散体，其中所述偶联剂包括具有下式的硅烷化合物：
11.如权利要求9所述的水性分散体，其中所述偶联剂包括如下硅烷化合物，所述硅烷化合物包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物。
12.如权利要求9所述的水性分散体，其中所述偶联剂包括具有下式的低聚硅烷：
13.如权利要求9所述的水性分散体，其中所述偶联剂包括如下钛酸酯，所述钛酸酯具有如下结构：
14.如权利要求9所述的水性分散体，其中所述偶联剂包括如下铝酸酯，所述铝酸酯包括二硬脂酰基异丙氧基铝酸酯、铝酸三甲酯、铝酸三异丙酯、铝酸三苄酯或其混合物。
15.根据权利要求1-5中任意一项所述的水性分散体，其包含：相对于所述水性分散体的总重，
16.根据权利要求1-5中任意一项所述的水性分散体，其包含：相对于所述水性分散体的总重，
17.一种用于配制水性涂料组合物的方法，其包括：
18.由根据权利要求17的方法配制的水性涂料组合物得到的涂层，其在经受一次或多次的弯曲或折叠时没有显著发白。
19.由根据权利要求17的方法配制的水性涂料组合物得到的涂层，其中，当根据astmd3363来测量时，所述涂层具有至少h的铅笔硬度。
20.由根据权利要求17的方法配制的水性涂料组合物得到的涂层，其中，当根据astmd2197测量时，所述涂层能够抵抗180g或更高的刮擦荷载。
21.由根据权利要求17的方法配制的水性涂料组合物得到的涂层，其中，当经受用包含颗粒尺寸300-400目的砂粒的水性介质由可从英国sheen获得的湿磨耗试验机ref 903磨刷500个循环时，所述涂层具有75％或更高的膜厚度保留率。
