DE10335636A1

DE10335636A1 - Farbzusammensetzung, Verfahren zur Herstellung einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht unter Verwendung derselben und dünne verschleißfeste Überzugsschicht, die diese umfasst

Info

Publication number: DE10335636A1
Application number: DE2003135636
Authority: DE
Inventors: Masaaki Tani; Yoshiaki Fukushima; Toshihisa Kariya Shimo; Hitotoshi Kariya Murase
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2023-08-05
Also published as: US20040022706A1; JP2004067827A; DE10335636B4; JP3938528B2; US7009021B2

Abstract

Eine Farbzusammensetzung schließt einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen ein. Der organisch-anorganische Schichtverbund besteht aus einer laminierten Substanz. Die laminierte Substanz schließt eine Schicht mit tetraedrischer Struktur und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur ein. Die Schicht mit tetraedrischer Struktur besteht aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche Gruppe aufweist. Die Schicht mit oktaedrischer Struktur besteht aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Farbzusammensetzung, deren Lagerungsstabilität hoch ist. Darüber hinaus bezieht sie sich auf eine dünne verschleißfeste Überzugsschicht, die die Farbzusammensetzung verwendet und hinsichtlich der Anhaftung gut ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung der dünnen verschleißfesten Überzugsschicht.
Kunststoffmaterialien haben ein geringes Gewicht, können leicht geformt werden und haben eine gute Schockbeständigkeit und Transparenz. Demgemäß ermöglichen sie einen weiten Bereich der Anwendung. Da sie durch Verschleiß leicht beschädigt. werden können, verlieren sie allerdings bei der Benutzung den Glanz und die Transparenz. Daher sind als ein Verfahren zum Umbilden der Oberfläche von Kunststoffmaterialien dünne Überzugsschichten auf der Oberfläche von Kunststoffmaterialien gebildet worden, indem sie mit Mitteln für harte Überzüge behandelt wurden. Unter diesen Mitteln für harte Überzüge sind Siliconfarben für harte Überzüge, die eine Vielfalt von Siliconverbindungen enthalten, gut bekannt gewesen.

Bisher sind viele Siliconfarben für harte Überzüge entwickelt worden. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 8-238,683 ein Mittel für harte Überzüge, in dem eine Silanverbindung und/oder die Hydrolyseprodukte als ein Bindemittel dienen und das feine Teilchen aus Titanoxid und Aluminiumperchlorat mit beschichteter Oberfläche enthält. Darüber hinaus offenbart die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 62-195,061 eine Grundierung, die durch Copolymerisieren von Titanalkoxid und einer Silanverbindung hergestellt wird.

Wenn allerdings Siliconfarben für harte Überzüge hergestellt werden, indem Silanverbindungen oder Metallalkoxide teilweise hydrolysiert und durch Wasserentzug kondensiert werden, um Oligomere mit geeigneten Größen zu synthetisieren, ist es schwer zu verhindern, dass die resultierenden Oligomere weiter anwachsen. Demgemäß wachsen die Oligomere mit der Zeit auf solch eine Größe an, dass sie für Farben nicht verwendbar sind. Daher zeigen herkömmliche Siliconfarben für harte Überzüge im Allgemeinen eine schlechte Lagerungsstabilität. Wenn darüber hinaus Metallalkoxide hydrolysiert und durch Wasserentzug kondensiert werden, werden die Hydrolyse und die Kondensation durch Wasserentzug von einem Alkoholentzug begleitet Da allerdings die resultierenden Alkohole hinsichtlich der Moleküle, die die Farben bilden, ein nicht vernachlässigbares Volumen haben, verursachen sie ein Schrumpfung beim Härten, die das Volumen der Farben nach dem Härten stark verringert, und demgemäß sind sie die Gründe für abgelöste oder gerissene dünne Farbschichten. Die Schrumpfung beim Härten tritt in beträchtlicher Weise auf, wenn die Dicke der dünnen Farbschichten größer ist. Wenn im Gegensatz dazu die Dicke der dünnen Farbschichten geringer ist, haben die dünnen Farbschichten ein Problem mit der Festigkeit.

Darüber hinaus offenbaren die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 6-200,034, die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 7-126,396 und die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 9-241,380 organisch-anorganische Schichtverbünde. Die organisch-anorganischen Schichtverbünde können als Überzugsmaterialien verwendet werden und haben gleichzeitig die Charakteristiken anorganischer Materialien und organischer Materialien. Da allerdings organische Siliconschichtpolymere gehärtet werden, indem funktionelle organische Gruppen umgesetzt und gebunden werden, sind die Überzugsmaterialien im Hinblick auf die Härte beschränkt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Farbzusammensetzung, deren Lagerungsstabilität hoch ist, eine dünne verschleißfeste Überzugsschicht, die die Farbzusammensetzung verwendet, und ein Verfahren zur Herstellung der dünnen verschleißfesten Überzugsschicht bereitzustellen.

Es ist natürlich möglich, eine Farbzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung für dünne Überzugsschichten auf Kunststoffmaterialien anzuwenden. Wenn darüber hinaus die vorliegende Farbzusammensetzung auf technische Kunststoffe aufgebracht wird, um dünne verschleißfeste Überzugsschichten zu bilden, zeigen die resultierenden dünnen verschleißfesten Überzugsschichten eine hohe Festigkeit, sind leicht und haben eine gute Verschleißfestigkeit. Demgemäß ist es möglich, die mit den dünnen verschleißfesten Überzugsschichten überzogenen technischen Kunststoffe für Sonnendächer von Kraftfahrzeugen und Materialien zum Hausbau als Ersatz für anorganisches Glas zu verwenden.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber nachgedacht, die gegenseitigen Bindungen zwischen organischanorganischen Schichtverbünden zu verstärken, indem die organisch-anorganischen Schichtverbünde nicht nur organisch mit funktionellen organischen Gruppen der organischanorganischen Schichtverbünde verbunden werden, sondern auch dadurch, dass des Weiteren anorganische Bindungen in die organisch-anorganischen Schichtverbünde eingeführt werden. Auf diese Weise gelangten sie zu der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Farbzusammensetzung umfasst:
einer organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen,
wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfasst:
eine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigsten ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche aufweist, und
eine Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und
wobei_ der organisch-anorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O_(4–n)/2}_x(MO_z/2) (H₂O)_w, ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 0 bis 2 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist.

Demgemäß reagiert der organisch-anorganische Schichtverbund der vorliegenden Farbzusammensetzung nicht von sich selber aus, selbst wenn er neben hochreaktiven Metallalkoxiden vorliegt. Infolgedessen ist die vorliegende Farbzusammensetzung äußerst stabil und zeigt eine hohe Lagerungsstabilität.

In der vorliegenden Farbzusammensetzung kann das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, bevorzugt wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti sein. Darüber hinaus kann das Zentralatom M bevorzugt wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti sein.

Die vorliegende Farbzusammensetzung kann des Weiteren bevorzugt wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfassen. Darüber hinaus kann die vorliegende Farbzusammensetzung des Weiteren bevorzugt eine Alkoxysilanverbindung umfassen. Zusätzlich kann die vorliegende Farbzusammensetzung bevorzugt ein organisches Lösungsmittel in einer Menge vom Doppelten bis Zehnfachen des Gewichts des organisch-anorganischen Schichtverbunds umfassen.

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht umfasst die Schritte:
Herstellen einer Farbzusammensetzung umfassend: einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfasst: eine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche aufweist, und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und wobei der organischanorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O_(4–n)/2}_x(MO_z/2) (H₂O)_w ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist.

Aufbringen der Farbzusammensetzung auf eine Oberfläche eines harnartigen Substrats, und
Bilden einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht, indem die Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert wird, um ein Reagieren und Aushärten der Farbzusammensetzung zu verursachen.

In dem vorliegenden Herstellungsverfahren kann das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, wünschenswerter Weise wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti sein. Darüber hinaus kann das Zentralatom M wünschenswerter Weise wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti sein.

In dem vorliegenden Herstellungsverfahren kann die Farbzusammensetzung des Weiteren wünschenswerter Weise wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfassen. Darüber hinaus kann die Farbzusammensetzung des Weiteren wünschenswerter Weise eine Alkoxysilanverbindung umfassen.

In dem vorliegenden Herstellungsverfahren kann das harzartige Substrat wünschenswerter Weise aus einem Polycarbonat bestehen.

In dem vorliegenden Herstellungsverfahren kann die physikalische Stimulation wünschenswerter Weise wenigstens eine Stimulation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erhitzen und Emittieren ultravioletter Strahlen sein. Es ist zu beachten, dass die physikalische Stimulation ein Reagieren und Aushärten der Farbzusammensetzung verursacht.

Die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht umfasst:
eine auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats aufgebrachte Farbzusammensetzung, die umfasst:
einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird,
Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfasst:
eine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche aufweist, und
einer Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und
wobei der organisch-anorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O₍₄__n/2}_x(MO_z/2)(H₂O)_w ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist, und
die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht des Weiteren umfasst:
organische Querverknüpfungen, die durch Polymerisation der polymerisierbaren funktionellen Gruppen des organischanorganischen Schichtverbunds und der polymerisierbaren funktionellen Gruppen anderer organisch-anorganischer Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organischanorganischen Schichtverbunds gebildet sind, wobei die Polymerisation durch physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird, und
anorganische Querverknüpfungen, die durch eine Reaktion zwischen dem Titanalkoxid, das mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und oktaedrischen Strukturen des organisch-anorganischen Schichtverbunds umgesetzt und mit diesen verbunden ist, und anderen Titanalkoxiden, die mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und oktaedrischen Strukturen der anderen organisch-anorganischen Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organischanorganisc:hen Schichtverbundes umgesetzt und mit diesem verbunden sind, gebildet sind, wobei die Reaktion durch physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird. Da der organisch-anorganische Schichtverbund eine Anisotropie in der Konfiguration zeigt, neigt er dazu, parallel zu dem harzartigen Substrat zu laminieren. Demgemäß tritt bei der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht die Schrumpfung beim Härten vertikal zu dem harzartigen Substrat auf. Demgemäß ist die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht gegenüber einem Ablösen von dem harzartigen Substrat ebenso wie gegenüber Reißen sehr beständig und zeigt starke Anhaftung an das harzartige Substrat. Darüber hinaus treten die aus den polymerisierbaren funktionellen Gruppen resultierenden organischen Querverknüpfungen und die aus den Titanalkoxiden resultierenden anorganischen Querverknüpfungen gleichzeitig auf, wenn physikalisch stimuliert wird, so dass die organisch-anorganischen Schichtverbünde fest miteinander verbunden sind. Im Ergebnis hat die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht eine gute Verschleißfestigkeit.

In der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht kann das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, bevorzugt wenigstens 1 Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti sein. Darüber hinaus kann das Zentralatom M bevorzugt wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Na, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti sein.

In der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht kann die Farbzusammensetzung des Weiteren bevorzugt wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfassen. Darüber hinaus kann die Farbzusammensetzung des Weiteren bevorzugt eine Alkoxysilanverbindung umfassen.

In der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht kann das harzartige Substrat bevorzugt aus Polycarbonat bestehen.

Bei der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht kann die physikalische Stimulation bevorzugt wenigstens eine Stimulation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erhitzen und Emittieren ultravioletter Strahlen sein. Es ist zu beachten, dass die physikalische Stimulation ein Reagieren und Aushärten der Farbzusammensetzung verursacht.

Eine vollständigere Einsicht in die vorliegende Erfindung und viele ihrer Vorteile wird leicht erhalten, da diese durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden wird, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung betrachtet: wird, die alle einen Teil der Offenbarung bilden:

Die 1 ist ein schematisches Diagramm, um eine Struktur eines organisch-anorganischen Schichtverbunds gemäß einem Beispiel der vorliegenden Farbzusammensetzung teilweise zu veranschaulichen, und

die 2 ist ein schematisches Diagramm, um eine Struktur gemäß einem Beispiel der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht teilweise zu veranschaulichen.

Nachdem die vorliegende Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weitergehendes Verständnis durch Bezug auf spezielle bevorzugte Ausführungsformen erhalten werden, die hier nur zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt und für die es nicht beabsichtigt ist, den Umfang der angefügten Ansprüche zu beschränken.

Ausführungsformen der vorliegenden Farbzusammensetzung, des vorliegenden Herstellungsverfahrens einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht und der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht, die die vorliegende Farbzusammensetzung umfasst, werden hiernach detaillierter mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Die vorliegende Farbzusammensetzung umfasst einen organischanorganischen Schichtverbund und Titanalkoxid. Der organischanorganische Schichtverbund wird durch die allgemeine Formel {R_nM'O₍₄__n/2}_x(MO_z/2)(H₂O)_w ausgedrückt, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0 und eine beliebige Zahl ohne Beschränkung auf eine ganze Zahl, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist.

Der organisch-anorganische Schichtverbund besteht aus einer 1aminierten Substanz und einer organischen Gruppe R. Die 1aminierten Substanz umfasst eine Schicht mit tetraedrischer Struktur und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur. Die Schicht mit tetraedrischer Struktur besteht aus tetraedrischen Strukturen. Die Schicht mit oktaedrischer Struktur besteht aus oktaedrischen Strukturen.

Die Schicht mit tetraedrischer Struktur besteht aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt. Das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt, kann bevorzugt wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti sein. Es war gut bekannt, das Al, Fe, P und Ti das Si leicht ersetzen, um ein Zentralatom zu bilden. Die Schicht mit oktaedrischer Struktur besteht aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist. Das Zentralatom M kann bevorzugt wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti sein.

Der organisch-anorganische Schichtverbund hat eine Struktur, die hochgradig als ein kristallines Schichtpolymer entwickelt ist, das die aus der Schicht mit tetraedrischer Struktur und der Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehende laminierte Substanz umfasst. Demgemäß kann der organisch-anorganische Schichtverbund vorteilhaft die Charakteristiken eines anorganischen Materials wie etwa große Härte und hohe Hitzebeständigkeit zeigen. Darüber hinaus ist die organische Gruppe R, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche aufweist, an wenigstens einen Teil des Zentralatoms M' gebunden. Infolgedessen ist es möglich, die organische Gruppe R in den organischanorganischen Schichtverbund in einer ausreichenden Menge von 1 bis 3 organischen Gruppen R hinsichtlich eines Zentralatoms M' einzubringen. Daher ist es möglich, die Charakteristiken eines organischen Materials wie etwa Flexibilität und schnelle Formbarkeit einer dünnen Schicht bei gewöhnlicher oder Raumtemperatur sicherzustellen, wenn der organisch-anorganische Schichtverbund zum Beispiel als Farben verwendet wird. Da die organische Gruppe R an das Zentralatom M' durch eine kovalente Bindung gebunden ist, ist zusätzlich die Bindung zwischen ihnen fest. Im Ergebnis wird die Bindung zwischen ihnen kaum beeinträchtigt, wenn der organisch-anorganische Schichtverbund für tatsächliche Anwendungen einer Vielzahl von Vorgängen wie etwa einem Vermischen mit anderen Komponenten und physikalischer Stimulation unterzogen wird.

Der organisch-anorganische Schichtverbund ist als eine so genannte 2:1-Struktur und als eine so genannte 1:1-Struktur erhältlich. In der 2:1-Struktur sind Schichten mit tetraedrischer Struktur auf den gegenüberliegenden Seiten einer Schicht mit oktaedrischer Struktur gebildet. In der 1:1-Struktur ist eine Schicht mit tetraedrischer Struktur auf einer der gegenüberliegenden Seiten einer Schicht mit oktaedrischer Struktur gebildet. Wenn es erwünscht ist, die organische Gruppe R in einer großen Menge einzuschließen, damit sich die Charakteristiken eines organischen Materials zeigen, oder wenn es gewünscht ist, die Festigkeit des vorliegenden Farbverbunds zu verbessern, indem die organischen Gruppen R von benachbarten organischanorganischen Schichtverbünden umgesetzt werden, um sie durch Querverknüpfen zu verbinden, ist es des Weiteren bevorzugt, organisch-anorganische Schichtverbünde mit der 2:1-Struktur zu verwenden.

Solange die organische Gruppe R in die organischanorganischen Schichtverbünde eingebracht werden kann und solange sie den organisch-anorganischen Schichtverbünden die Charakteristiken eines organischen Materials verleihen kann, können jegliche organische Gruppen als die organische Gruppe R verwendet werden. Ein repräsentatives Beispiel sind Alkylgruppen. Allerdings kann die organische Gruppe R des Weiteren eine polymerisierbare funktionelle Gruppe wie etwa Acrylgruppen, Methacrylgruppen, Epoxidgruppen, Aminogruppen und Mercaptogruppen als die Endgruppe einschließen. Umso mehr die organische Gruppe R die polymerisierbaren funktionellen Gruppen einschließt, umso mehr ist es möglich, die benachbarten organisch-anorganischen Verbünde fest zu verbinden, wenn die organischen Gruppen R der organischanorganischen Schichtverbünde umgesetzt werden, um sie durch Querverknüpfen zu verbinden. Es ist allerdings zu beachten, dass die organische Gruppe R in der vorliegenden Beschreibung keine Alkoxygruppen einschließt.

Die 1 veranschaulicht teilweise eine Struktur eines organisch-anorganischen Schichtverbunds 10 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Farbzusammensetzung. Wie in 1 veranschaulicht, ist der organisch-anorganische Schichtverbund 10 ein organisch-anorganischer Schichtverbund mit einer 2 : 1-Struktur. Und zwar sind Schichten 2 mit tetraedrischer Struktur auf den gegenüberliegenden Seiten einer Schicht 1 mit oktaedrischer Struktur gebildet. Die Schicht 1 mit oktaedrischer Struktur besteht aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ist. Die Schichten 2 mit tetraedrischer Struktur bestehen aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' ist. Darüber hinaus sind organische Gruppen R, die mit 3 bezeichnet sind und eine funktionale Endgruppe R' haben, durch eine kovalente Bindung an die Zentralatome M' gebunden.

Der Mechanismus, wie sich der organisch-anorganische Schichtverbund bildet, ist bisher nicht aufgeklärt worden. Allerdings wird er wie hiernach beschrieben angenommen. Wenn eine Lösung oder Dispersion, in der ein Organoalkoxysilan mit wenigstens einer Alkoxygruppe und wenigstens einer organischen Gruppe und ein anorganisches Salz, ein organisches Salz oder ein Alkoxid eines Metalls (oder des Zentralatoms M) in einem polaren Lösungsmittel gelöst oder dispergiert sind, schwach alkalisch eingestellt wird, wächst eine kristalline Struktur aus der Schicht mit oktaedrischer Struktur, in der das Metall das Zentralatom M bildet, vorausgehend an, und auf das Wachstum der kristallinen Struktur folgt das Verbinden zwischen den Siliciumatomen des Organoalkoxysilans und der wachsenden Schicht mit oktaedrischer Struktur durch Kondensation unter Wasserentzug, nachdem die Alkoxygruppen des Organoalkoxysilans hydrolisiert wurden. Dann wächst die kristalline Struktur der Schicht mit tetraedrischer Struktur ebenfalls um die Siliconatome herum an. Daher wird angenommen, dass wenn die organische Gruppe direkt an einen Teil der tetraedrischen Strukturen gebunden ist, die Bildung der Schicht mit tetraedrischer Struktur auf die Bildung der Schicht mit oktaedrischer Struktur folgt, so dass schließlich der organisch-anorganische Schichtverbund gebildet wird.

Das Organoalkoxysilan liefert das Zentralatom M' und die organische Gruppe R der Schicht mit tetraedrischer Struktur des organisch-anorganischen Schichtverbunds und hat wenigstens eine Alkoxygruppe und wenigstens eine organische Gruppe. Es ist zu beachten, dass die Alkoxygruppe benötigt wird, um das Silicium, das Zentralatom der Schicht mit tetraedrischer Struktur, an die Schicht mit oktaedrischer Struktur zu binden. Daher ist es möglich, nicht nur ein Organoalkoxysilan zu verwenden, das drei Alkoxygruppen und eine organische Gruppe hat, sondern zudem ein Organoalkoxysilan, das eine Alkoxygruppe und drei organische Gruppen hat. Und zwar kann das Verhältnis der Alkoxygruppe zu der organischen Gruppe zahlenmäßig von 3:1 bis 1:3 betragen.

Es ist zu beachten, dass, wenn erwünscht, Siliciumalkoxide in den organisch-anorganischen Schichtverbund auf die gleiche Weise wie das Organoalkoxysilan eingebracht werden können. Es ist zu beachten, dass Siliciumalkoxide keine organische Gruppe aufweisen. Wenn Siliciumalkoxide zusammen mit dem Organoalkoxysilan in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem Organoalkoxysilan verwendet werden, ist es demgemäß möglich, den Anteil der organischen Gruppe R in dem organischanorganischen Schichtverbund zu steuern. Siliciumalkoxide bezeichnen hier Siliciumalkoxide, die wenigstens eine Alkoxygruppe und keine organischen Gruppen aufweisen. Zum Beispiel ist es möglich, Siliciumalkoxide zu verwenden, die eine Alkoxygruppe in einer Anzahl von 1 bis 4 aufweisen.

Darüber hinaus werden keine Ionenaustauschreaktionen verwendet, um die organische Gruppe R in den organisch anorganischen Schichtverbund einzuführen. Demgemäß ist es möglich, organische Substanzen, die schwierig zu ionisieren sind, wie etwa zum Beispiel organische Substanzen einschließlich Epoxidgruppen und organische Substanzen mit Aminogruppen als einer Endgruppe, als die organische Gruppe R in den organisch-anorganischen Schichtverbund einzubringen. Wenn zusätzlich ein Verfahren ähnlich zu dem Herstellungsverfahren von Phyllosilicat, das in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 3-199,118 dargelegt wird, verwendet wird, wird die einzubringende organische Gruppe R durch hohe Temperaturen oder extreme pH-Werte kaum beeinträchtigt. Es ist zu beachten, dass das in der Veröffentlichung offenbarte Herstellungsverfahren für Phyllosilicat dadurch charakterisiert ist, dass eine Schicht aus einem Tonmaterial leicht und unter milden Bedingungen synthetisiert wird.

Das anorganische Metallsalz, das organische Metallsalz oder das Metallalkoxid liefert das Zentralatom M der Schicht mit oktagonaler Struktur in dem organisch-anorganischen Schichtverbund. Hinsichtlich der Art der anorganischen und organischen Säuren, die das anorganische und das organische Salz mit dem Metall bilden, das das Zentralatom M bildet, ist diese nicht speziell beschränkt. Hinsichtlich der Art der Alkoxygruppen des Metallalkoxids ist diese ebenfalls nicht speziell beschränkt. Ein Teil des Zentralatoms M kann Si, das das Zentralatom M' der Schicht mit tetragonaler Struktur ist, ersetzen. Wenn darüber hinaus anorganische Salze, organische Salze oder Alkoxide von Phosphor (P) verwendet werden, ersetzt P das Silicium. Die Substitution wird auch in natürlichen Tonmineralien beobachtet.

Ein polares Lösungsmittel dient dazu, das Organoalkoxysilan und das anorganische Salz, das organische Salz oder das Alkoxid eines Metalls (oder des Zentralatoms M) darin zu lösen oder zu dispergieren. Das polare Lösungsmittel kann wenigsten: ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus polaren anorganischen Lösungsmitteln, polaren organischen Lösungsmitteln, organischen Säuren und anorganischen Säuren oder gemischten Lösungsmitteln bestehend aus zwei oder mehr von diesen sein. Eines der polaren anorganischen Lösungsmittel ist Wasser. Die polaren organischen Lösungsmittel können Alkohole und Acetone sein. Das polare Lösungsmittel kann des Weiteren bevorzugt wasserlösliche organischen Lösungsmittel wie etwa niedere Alkohole und Acetone sein.

Wenn das Verhältnis der verwendeten Menge an Organoalkoxysilan hinsichtlich der verwendeten Menge des anorganischen Salzes, des organischen Salzes oder des Alkoxids eines Metalls (oder des Zentralatoms M) gesteuert wird, ist es möglich, selektiv organisch-anorganische Schichtverbünde mit einer 2 : 1- oder einer 1 : 1-Struktur herzustellen. Kurz gesagt ist es die Frage des äquivalenten Verhältnisses des Metallatoms, das das Zentralatom M der Schicht mit oktaedrischer Struktur bildet, zu dem Siliciumatom, das das Zentralatom M' der Schicht mit tetragonaler Struktur bildet. Wenn zum Beispiel das Verhältnis des Zentralatoms M zu dem Zentralatom M', das heisst Zentralatom M : Zentralatom M', von 1 : 0,5 bis 1 : 1 reicht, werden organisch-anorganische Schichtverbünde mit der 1 : 1-Struktur erzeugt. Wenn andererseits das Verhältnis Zentralatem M : Zentralatom M' von 1 : 2 bis 3 : 4 reicht, werden organisch-anorganische Schichtverbünde mit der 2 : 1-Struktur erzeugt.

Es ist zu beachten, dass es für tetraedrische Strukturen bekannt war, dass ein Teil von Si-OH darin immer unkondensiert verbleibt, wenn die Alkoxygruppen des Organoalkoxysilans hydrolisiert und durch Wasserentzug vollständig kondensiert werden. Andererseits binden in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Siliciumatome zu dem Zentralatom M der oktaedrischen Strukturen in den oktaedrischen Strukturen nicht notwendigerweise alle Sauerstoffatome an die Siliciumatome. Demgemäß wird ein Teil der Sauerstoffatome überschüssig, so dass sie in der Form von M-OH als Hydroxidgruppe vorliegen. Die Gegenwart solch einer Hydroxidgruppe resultiert aus der Unvermeidbarkeit, dass physikalische Strukturen stabil vorliegen. Darüber hinaus ist bestätigt worden, dass die Hydroxidgruppe ebenfalls in natürlichen Phyllosilicatmineralien vorliegt.

Wie vorstehend beschrieben, kann der organisch-anorganische Schichtverbund hergestellt werden, indem die Rohmaterialien vollständig hydrolisiert und die folgende Kondensation durch Wasserentzug vervollständigt wird. Der organisch-anorganische Schichtverbund weist im wesentlichen keine Wassermoleküle auf, die in seiner eigenen Struktur isolieren können. Selbst wenn der organisch-anorganische Schichtverbund in Farbzusammensetzungen neben hochreaktiven Metallalkoxiden vorliegt, reagiert er demgemäß nicht von selbst und ist äußerst stabil. Infolgedessen zeigt die Farbzusammensetzung eine hohe Lagerungsstabilität.

Für das Organoalkoxysilan ist es möglich, die folgenden zu nennen, zum Beispiel β-Acryloxyethyltrimethoxysilan, β-Acryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Acryloxyethyltrimethoxysilan, γ-Acryloxypropyltrimethoxysilan, β-Acryloxyethyltriethoxysilan, β-Acryloxypropyltriethoxysilan, γ-Acryloxyethyltriethoxysilan, γ-Acryloxypropyltriethoxysilan, β-Methacryloxyethyltrimethoxysilan, β-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxyethyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, β-Methacryloxyethyltriethoxysilan, β-Methacryloxypropyltriethoxysilan, γ-Methacryloxyethyltriethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan und Vinyltriethoxysilan. Für das Metallsalz oder -alkoxid ist es möglich, die folgenden zu nennen, zum Beispiel Magnesiumchlorid, Magnesiumchloridhexahydrat, Magnesiumacetat, Aluminiumchlorid, Aluminiumchloridhexahydrat, Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratnonahydrat, Titantetraethoxid, Titantetraisopropoxid, Titantetra-n-propoxid und Titantetrabutoxid. Daher können den organisch-anorganische Schichtverbund bevorzugt acrylische Mg-Schichtpolymere, methacrylische Mg-Schichtpolymere, Vinyl-Mg-Schichtpolymere, acrylische Al-Schichtpolymere, methacrylische Al-Schichtpolymere, Vinyl-Al-Schichtpolymere, acrylische Titanosilicate, methacrylische Titanosilicate und Vinyl-Titanosilicate bilden, die unter Verwendung der vorstehend dargelegten Organoalkoxysilane und Metallsalze oder -alkoxide synthetisiert werden. Wenn organische Titanoschichtsilicate, deren Zentralatom M Ti ist, als der organisch-anorganische Schichtverbund verwendet werden, können die resultierenden Farbzusammensetzungen insbesondere in dünne Überzugsschichten überführt werden, die zusätzlich zu guter Verschleißfestigkeit eine Fähigkeit zeigen, ultraviolette Strahlen abzuschotten.

Das Titanalkoxid, das die vorliegende Farbzusammensetzung bildet, ist hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, in einem Anteil von 1 bis 50 Gewichtsteilen hineingemischt. Es ist zu beachten, dass der Anteil von der Größe der Alkoxidgruppe in dem Titanalkoxid abhängt. Der Anteil des Titanalkoxids kann hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, bevorzugt 5 bis 25 Gewichtsteile betragen. Wenn der Anteil des Titanalkoxids weniger als 5 Gewichtsteile beträgt, induziert das Titanalkoxid die anorganischen Querverknüpfungen in geringerem Maß. Demgemäß ergibt sich das Problem, dass die resultierenden organisch-anorganischen Schichtverbünde nicht fest miteinander verbunden werden können. Wenn der Anteil des Titanalkoxids 1 Gewichtsteil oder weniger beträgt, tritt darüber hinaus das Problem in beträchtlicherer Weise auf. Wenn andererseits der Anteil des Titanalkoxids 25 Gewichtsteile übersteigt, liegt zu viel Titanalkoxid vor, um das volumetrische Dekrement durch Entzug von Alkohol zu vernachlässigen, da die Bindungsreaktion des Titanalkoxids von einem Entzug von Alkohol begleitet wird. Im Ergebnis nimmt die Schrumpfung der resultierenden dünnen Farbschicht so zu, dass sich die resultierenden Produkte verziehen können, und die resultierenden dünnen Farbschichten können reißen oder sich von den Substraten ablösen. Wenn darüber hinaus der Anteil des Titanalkoxids 50 Gewichtsteile übersteigt, tritt das Problem der Schrumpfung in beträchtlicherer Weise auf. Das Titanalkoxid ist nicht speziell beschränkt, solange es eine Alkoxygruppe hat, die an eine Hydroxidgruppe binden kann, die dem organischanorganischen Schichtverbund gehört, um durch Kondensation eine Querverknüpfung zu bilden. Zum Beispiel kann das Titanalkoxid Titantetramethoxid, Titantetraethoxid, Titantetraisopropoxid, Titantetra-n-propoxid, Titantetra-nbutoxid, Titantetraisobutoxid und Titantetra-t-butoxid sein. Das Titanalkoxid kann bevorzugt Titantetraisopropoxid oder Titantetra-n-butoxid sein.

Zusätzlich kann die vorliegende Farbzusammensetzung des Weiteren bevorzugt ein organisches Lösungsmittel und/oder einen Härtungskatalysator umfassen.

Wenn das Titanalkoxid, das die vorliegende Farbzusammensetzung bildet, mit dem organisch-anorganischen Schichtverbund vermischt ist, kann die vorliegende Farbzusammensetzung in Pastenform gebracht werden, da das Titanalkoxid flüssig ist. Um glattere dünne Überzugsschichten herzustellen, ist es allerdings bevorzugt, dass des Weiteren ein organisches Lösungsmittel zu der vorliegenden Farbzusammensetzung zugegeben werden kann. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die vorliegende Farbzusammensetzung ein organisches Lösungsmittel in einer Menge vom Doppelten bis Zehnfachen, mehr bevorzugt vom 3 bis 8-fachen des Gewichts des organisch-anorganischen Schichtverbunds umfassen kann. Wenn der Anteil des organischen Lösungsmittels nicht in den Bereich fällt, ist es schwierig, den organisch-anorganischen Schichtverbund in dem organischen Lösungsmittel zu dispergieren, oder es ist schwierig, auf glatte Weise dünne Farbschichten zu bilden, nachdem die resultierenden Farbzusammensetzungen aufgebracht wurden. Das organische Lösungsmittel ist nicht speziell beschränkt, solange der organisch-anorganische Schichtverbund darin dispergiert werden kann. Das organische Lösungsmittel können bevorzugt jene sein, deren Wassergehalt 0,5 Gewichtsprozent oder weniger beträgt, und können mehr bevorzugt jene sein, die kein Wasser enthalten. Zum Beispiel können das organische Lösungsmittel Alkohole, Alkoholderivate, Ketone, Monomere und allgemeine organische Lösungsmittel sein. Die Alkohole können 1-Propanol, 2-Propanol und n-Butanol sein. Die Alkoholderivate können 2-Ethoxyethanol, 2-Butoxyethanol, 1-Methoxy-2-propanol und 1-Butoxy-2-propanol sein. Die Ketone können Methylethylketon, Methylisobutylketon, Diacetonalkohol und 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon sein. Die Monomere können Styrol, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat und Tetrahydrcxyfurfurylacrylat sein. Die allgemeinen organischen Lösungsmittel können Toluol und Xylol sein. In der vorliegencen Farbzusammensetzung ist es insbesondere bevorzugt, die Alkoholderivate wie etwa 1-Methoxy-2-propanol und 1-Butoxy-2-propanol als das organische Lösungsmittel zu verwenden.

Wenn notwendig kann der Härtungskatalysator aus Härtungskatalysatoren ausgewählt werden, die für die speziellen Härtungsbedingungen der vorliegenden Farbzusammensetzung zweckmäßig sind. Den Härtungskatalysator können bevorzugt Radikalstarter bilden. Die Radikalstarter können zum Beispiel Benzophenon, Benzoinmethylether, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether, Benzoinisobutylether, 2-Hydroxy-2-methyl-l-phenyl-l-propanon, 2,2-Diethoxyacetophenon, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon, 2-Chlorthxoxhanton, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Methyl-1-phenyl-2-propanol (α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol), Methylphenylglyoxylat und Ethylphenylglyoxylat sein.

Darüber hinaus kann die vorliegende Farbzusammensetzung des Weiteren bevorzugt eine Alkoxysilanverbindung enthalten. Die Alkoxysilanverbindung wird zugegeben, um die anorganische Querverknüpfungsreaktion zu kontrollieren, die durch das Titanalkoxid induziert wird, und um die Flexibilität von dünnen Überzugsschichten einzustellen, die aus der vorliegenden Farbzusammensetzung resultieren. Die Alkoxysilanverbindung kann bevorzugt in einer Menge gleich zu oder weniger als der des Titanalkoxids zugegeben werden. Das Härten von dünnen Farbschichten wird vervollständigt, wenn die dünnen Farbschichten mit ultravioletten Strahlen bestrahlt werden. Um das Titanalkoxid mit dem organischanorganischen Schichtverbund umzusetzen und an diesen zu binden, ist es allerdings nicht notwendiger Weise erforderlich, die Farbzusammensetzung mit ultravioletten Strahlen zu bestrahlen. Wenn Produkte, auf die die vorliegende Farbzusammensetzung aufgebracht ist, mit ultravioletten Strahlen bestrahlt werden, werden sie auf sekundäre Weise erhitzt. Es wird angenommen, dass das sekundäre Erhitzen die Reaktion des Titanalkoxids mit dem organisch-anorganischen Schichtverbund und seine Bindung an diesen erleichtert. Idealerweise wird am meisten bevorzugt angenommen, dass das Titanalkoxid die Querverknüpfung mit dem organisch-anorganischen Schichtverbund gleichzeitig mit der Reaktion und dem Binden der organischen Gruppen R, die dem organisch-anorganischen Schichtverbund gehören, entwickeln kann, wenn die vorliegende Farbzusammensetzung mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird. Allerdings zeigt das Titanalkoxid eine relativ hohe Reaktivität und kann leicht bei Raumtemperatur durch in der Luft enthaltenes Wasser hydrolisiert und des Weiteren durch Wasserentzug kondensiert werden. Demgemäß können Farbzusammensetzungen, die den organisch-anorganischen Schichtverbund und das Titanalkoxid umfassen, in tatsächlichen Herstellungsverfahren durch Feuchtigkeit nicht in idealer Weise, wie vorstehend beschrieben, bei Raumtemperatur reagieren, um die Querverknüpfungen zu bilden. Wenn dies der Fall ist, können tetrafunktionelle oder trifunktionelle Alkoxysilanverbindungen, die eine niedrigere Hydrolysegeschwindigkeit als die des Titanalkoxids zeigen, zu der vorliegenden Farbzusammensetzung als ein Verzögerer zugegeben werden, und dadurch ist es möglich, die Reaktion zu steuern.

Die tetrafunktionellen Alkoxysilanverbindungen können bevorzugt tetrafunktionelle Silane wie etwa Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan sein. Die trifunktionellen Alkoxysilanverbindungen können trifunktionelle Silane sein, die Vinylgruppen, Acrylgruppen oder Methacrylgruppen aufweisen. Zum Beispiel können die trifunktionellen Silane β-Acryloxyethyltrimethoxysilan, β-Acryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Acryloxyethyltrimethoxysilan, γ-Acryloxypropyltrimethoxysilan, β-Acryloxyethyltriethoxysilan, β-Acryloxypropyltriethoxysilan, γ-Acryloxyethyltriethoxysilan, γ-Acryloxypropyltriethoxysilan, β-Methacryloxyethyltrimethoxysilan, β-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxyethyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, β-Methacryloxyethyltriethoxysilan, β-Methacryloxypropyltriethoxysilan, γ-Methacryloxyethyltriethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan und Vinyltriethoxysilan sein. Um den dünnen Überzugsschichten, die aus der vorliegenden Farbzusammensetzung resultieren, eine Flexibilität zu verleihen, ist es effektiv, ein Alkyltrialkoxysilan C_nH_2n+1Si (OC_mH_2m+1)₃ zuzugeben. Allerdings kann die Zugabe des Alkyltrialkoxysilans hinsichtlich des Titanalkoxids, das als 100 Gewichtsteile genommen wird, bevorzugt auf 20 Gewichtsteile oder weniger gedrückt werden.

Das vorliegende Herstellungsverfahren für eine dünne verschleißfeste Farbschicht umfasst die Schritte:
Herstellen einer Farbzusammensetzung, umfassend:
einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen;
Aufbringen der Farbzusammensetzung auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats und
Bilden einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht, indem die Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert wird, damit die Farbzusammensetzung reagiert und aushärtet.

Die in den Herstellungsschritt hergestellte Farbzusamensetzung ist identisch mit der vorliegenden Farbzusammensetzung.

In dem Überzugsschritt wird die in dem Herstellungsschritt erhaltene Farbzusammensetzung auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats aufgebracht. Das harzartige Substrat kann wünschenswerter Weise technische Kunststoffe umfassen, die gute mechanische Charakteristiken ebenso wie Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit zeigen. Speziell können die technischen Kunststoffe Polycarbonat, Polyacetal, Polyamid, Polymethylmethacrylat und Polymethylacrylat sein. Verschiedene Überzugsverfahren sind zugänglich, um die Farbzusamensetzung auf eine Oberfläche des harzartigen Substrats aufzubringen; allerdings ist es wünschenswert, ein Fließüberzugsverfahren zu verwenden. Zusätzlich ist es möglich, ein Aufbringungsverfahren, ein Schleuderüberzugsverfahren, ein Sprühverfahren und ein Eintauchüberzugsverfahren zu verwenden.

In dem Härtungsschritt wird die Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert, damit die Farbzusammensetzung reagiert und aushärtet, wodurch eine dünne verschleißfeste Überzugsschicht gebildet wird. Wenn des Weiteren ein organisches Lösungsmittel in die Farbzusammensetzung eingeschlossen ist, wird zuerst das organische Lösungsmittel entfernt, indem das harzartige Substrat mit der darauf aufgebrachten Farbzusammensetzung einfach bei Raumtemperatur gehalten wird, oder indem es erhitzt wird. Danach wird die Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert, damit die Farbzusammensetzung reagiert und aushärtet. Die physikalische Stimulation kann wünschenswerter Weise ein Erhitzen oder Emittieren ultravioletter Strahlen sein.

Die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht umfasst: eine Farbzusammensetzung, die auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats aufgebracht ist und umfasst:
einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird,
Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, und die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht umfasst des Weiteren:
organische Querverknüpfungen, die durch Polymerisation der polymerisierbaren funktionellen Gruppen des organischanorganischen Schichtverbunds und der polymerisierbaren funktionellen Gruppen anderer organisch-anorganischer Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organischanorganischen Schichtverbunds gebildet werden, wobei die Polymerisation durch physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird, und anorganische Querverknüpfungen, die durch eine Reaktion zwischen dem Titanalkoxid, das mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und oktaedrischen Strukturen des organisch-anorganischen Schichtverbunds umgesetzt und mit diesen verbunden ist, und anderen Titanalkoxiden, die mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und oktaedrischen Strukturen der anderen organisch-anorganischen Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organischanorganischen Schichtverbunds umgesetzt und mit diesen verbunden sind, wobei die Reaktion durch physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird.

Die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht wird durch das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht hergestellt. Wenn die vorliegende Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert wird, reagieren die polymerisierbaren funktionellen Gruppen, die dem organisch-anorganischen Schichtverbund gehören, mit den polymerisierbaren funktionellen Gruppen, die den anderen organisch-anorganischen Schichtverbünden gehören, so dass die benachbarten organisch-anorganischen Schichtverbünde organisch querverknüpft werden. Gleichzeitig induziert eine Hitze, die die physikalische Stimulation begleitet, die folgenden Reaktionen. Das Titanalkoxid bindet an die Hydroxidgruppen, die in der Form von M'-OH und M-OH an den Enden der tetragonalen Strukturen und der oktagonalen Strukturen in den organisch-anorganischen Schichtverbünden vorliegen. Darüber hinaus reagieren die benachbarten Titanalkoxide, die an die organisch-anorganischen Schichtverbünde gebunden sind, miteinander und binden sich aneinander. Demgemäß sind die organisch-anorganischen Schichtverbünde anorganisch querverknüpft. Somit treten die organische Querverknüpfung durch die polymerisierbaren funktionellen Gruppen und die anorganische Querverknüpfung durch die Titanalkoxide durch die physikalische Stimulation gleichzeitig auf, so dass die organisch-anorganischen Schichtverbünde fest miteinander verbunden sind. Infolgedessen wird die Farbzusammensetzung in eine dünne Überzugsschicht mit guter Verschleißfestigkeit umgewandelt.

Die 2 veranschaulicht teilweise eine Struktur gemäß einem Beispiel der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht. Wenn die vorliegende Farbzusammensetzung physikalisch stimuliert wird, werden gleichzeitig Querverknüpfungen 6 durch die polymerisierbaren Funktionsgruppen R' und Querverknüpfungen 7 durch die Titanalkoxide gebildet. Im Ergebnis sind die organischanorganischen Schichtverbünde 10 fest miteinander verbunden. Es ist zu beachten, dass die funktionellen Gruppen R' nach der Reaktion in die funktionellen Gruppen R" umgewandelt werden.

Wenn organische. und anorganische Querverknüpfungen in organisch-anorganischen Schichtverbundmaterialien auftreten, werden die atomaren Gruppen getrennt und danach wieder vereinigt. Demgemäß verringern organisch-anorganische Schichtverbundmaterialien das Volumen beträchtlich, was zu der Schrumpfung beim Härten führt, nachdem sie gehärtet wurden. Allerdings umfasst die vorliegende Farbzusammensetzung den organisch-anorganischen Schichtverbund, der eine Anisotropie in der Konfiguration zeigt. Infolgedessen neigen die organisch-anorganischen Schichtverbünde dazu, parallel zu dem harzartigen Substrat zu laminieren, wenn die Farbzusammensetzung, die des Weiteren ein organisches Lösungsmittel umfasst, durch Entfernen des organischen Lösungsmittels in der Form von Lagen ausgebildet wird. Im Ergebnis tritt bei der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht die Schrumpfung beim Härten vornehmlich vertikal zu dem Substrat auf. Somit ist die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht gegenüber Reißen und Ablösen sehr beständig, was aus der Schrumpfung beim Härten resultiert. Daher haftet die vorliegende dünne verschleißfeste Überzugsschicht fest an das harzartige Material an.

Die Dicke der vorliegenden dünnen verschleißfesten Überzugsschicht hängt von den Arten des harzartigen Substrats ab, kann aber bevorzugt von 1 bis 20 μm betragen. Wenn die Dicke zu groß ist, können die resultierenden dünnen verschleißfesten Überzugsschichten reißen oder sich von dem harzartigen Substrat ablösen, da sie durch die Härtungsschrumpfung leicht stark nachteilig beeinflusst werden. Wenn die Dicke zu gering ist, können die resultierenden verschleißfesten Überzugsschichten in Abhängigkeit von den Arten des harzartigen Trägers keine ausreichende Härte zeigen.

Beispiele der vorliegenden Erfindung ebenso wie Vergleichsbeispiele werden hiernach mit Bezug auf die begleitenden Tabellen 1 und 2 beschrieben.

Ein in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeter organisch-anorganischer Schichtverbund wurde auf die folgende Weise synthetisiert.
Synthese von methacrylischem Titanosilicat
49,6 g (0,2 mol) 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan wurden zu 500 ml Tetrahydrofuran zugegeben, und die resultierende Mischung wurde gerührt. Darüber hinaus wurden 28,4 ml Titanisopropoxid zu der Mischung zugegeben, und die Mischung wurde weiter gerührt. Zusätzlich wurden 18 g destilliertes Wasser zu der Mischung zugegeben. Es ist zu beachten, dass das destillierte Wasser mit 500 ml Methanol verdünnt worden war. Die resultierende Mischung wurde zu 4000 ml destilliertem Wasser zugetropft, wodurch eine Suspension hergestellt wurde. Die organischen Lösungsmittel wurden aus der Suspension mit einem Rotationsverdampfer entfernt. Die Suspension wurde kondensiert, bis das Gesamtvolumen 2000 ml betrug. Danach wurde die Suspension gefriergetrocknet, wodurch methacrylisches Titanosilicat mit einer 2 : 1-Struktur gesammelt wurde.
Es ist zu beachten, dass das verwendete 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan durch TORAY SILICONE Co., Ltd. hergestellt wurde, und das verwendete Titanisopropoxid wurde durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. hergestellt. Darüber hinaus war das verwendete Methanol super-hochgradiges Methanol, das durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. hergestellt wurde, und das verwendete Tetrahydrofuran war ein entwässertes Produkt für organische Synthesen. Zusätzlich wurden die jeweiligen Reagenzien ohne spezielle Aufreinigung verwendet.
Synthese von methacrylischem Mg-Schichtpolymer
20,4 g (0,1 mol) Magnesiumchloridhexahydrat wurden in 1000 ml Methanol gelöst. Danach wurden 49,6 g (0,2 mol) 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan zu der resultierenden Lösung zugegeben. Darüber hinaus wurde eine wässrige Lösung durch Mischen von 200 ml einer wässrigen 1 mol/L Natriumhydroxidlösung mit 4000 ml destilliertem Wasser hergestellt und des Weiteren spontan zu der Lösung zugegeben. Die Lösung wurde für 30 Minuten gerührt. Nachdem man die Lösung wie sie war für einen Tag belies, wurde die Lösung durch Absaugen filtriert. Der resultierende Kuchen wurde mit 2000 ml Wasser gewaschen und durch Absaugen filtriert. Der Kuchen wurde bei Raumtemperatur für 4 Tage im Vakuum getrocknet, wodurch methacrylisches Mg-Schichtpolymer mit einer 2:1-Struktur in einer Menge von 42,8 g synthetisiert wurde.
Es ist zu beachten, dass das verwendete Magnesiumchloridhexahydrat und Methanol super-hochgradiges Magnesiumchloridhexahydrat und Methanol waren, die durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. hergestellt wurden. Darüber hinaus wurde die verwendete wässrige 1 mol/L Natriumhydroxidlösung durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. für Präzisionsanalysen hergestellt, und das verwendete 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan wurde durch TORAY SILICONE Co., Ltd. hergestellt. Zusätzlich wurden die jeweiligen Reagenzien ohne besondere Aufreinigung verwendet.
(Synthese von acrylischem Al-Schichtpolymer)
12,1 g (0,05 mol) Aluminiumchloridhexahydrat wurden in 100 ml Methanol gelöst. Danach wurden 23,4 g (0,01 mol) 3-Acryloxypropyltrimethoxysilan zu der resultierenden Lösung zugegeben. Darüber hinaus wurde eine wässrige Lösung hergestellt, indem 13,6 g einer wässrigen 25-gewichtsprozentigen Ammoniaklösung mit 1000 ml destilliertem Wasser vermischt wurden, und wurde des Weiteren spontan zu der Lösung zugegeben. Die Lösung wurde für 3 Stunden gerührt. Die Lösung wurde durch Absaugen filtriert. Danach wurde der resultierende Kuchen mit 2000 ml Wasser gewaschen und durch Absaugen filtriert. Der Kuchen wurde bei Raumtemperatur für 4 Tage im Vakuum getrocknet, wodurch acrylisches Al-Schichtpolymer mit einer 2:1-Struktur in einer Menge von 17,8 g synthetisiert wurde.
Es ist zu beachten, dass das verwendete Aluminiumchloridhexahydrat und Methanol super-hochgradiges Magnesiumchloridhexahydrat und Methanol waren, die durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. hergestellt wurden. Darüber hinaus wurde die verwendete wässrige 25-gewichtsprozentige Ammoniaklösung durch WAKO JUNYAKU Co., Ltd. für Präzisionsanalysen hergestellt, und das verwendete 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan wurde durch CHISSO Co., Ltd. hergestellt. Zusätzlich wurden die jeweiligen Reagenzien ohne spezielle Aufreinigung verwendet.
Vergleichsbeispiel Nr. 1
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 1 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 1 wurde durch ein Fließüberzugsverfahren auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht. Die transparente Polycarbonatplatte hatte eine Größe von 100 mm x 100 mm x 5 mm. Die Farbe Nr. 1 wurde bei Raumtemperatur für 30 Minuten getrocknet. Danach wurde die Farbe Nr. 1 durch eine Ultraviolett-Hochdrucklampe zwei Mal mit ultravioletter Strahlung von 1635 mJ/mm² bestrahlt. Die Farbe Nr. 1 wurde so gehärtet. Die resultierende dünne Farbschicht wurde als dünne Überzugsschicht Nr. 1 bezeichnet und hatte eine Dicke von 10 μm.
(Vergleichsbeispiel Nr. 2)
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Tetramethoxysilan und α,α'-Dimethyl-βphenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 2 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 2 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 2 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte .
Beispiel Nr. 1
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Titantetraisopropoxid und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 3 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 3 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 3 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Vergleichsbeispiel Nr. 3
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 4 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 4 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 4 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Beispiel Nr. 2
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Tetramethoxysilan, Titantetraisopropoxid und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 5 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 5 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarboratplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 5 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Beispiel Nr. 3
Das synthetisierte methacrylische Titanosilicat wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Titantetraisopropoxid, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 6 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 6 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 6 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Vergleichsbeispiel Nr. 4
Das synthetisierte acrylische Al-Schichtpolymer wurde mit 1-Methoxy-2-propanol und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 7 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 7 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 7 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Beispiel Nr. 4
Das synthetisierte acrylische Al-Schichtpolymer wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Tetramethoxysilan, Titantetraisopropoxid und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 8 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 8 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 8 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
Vergleichsbeispiel Nr. 5
Das synthetisierte methacrylische Mg-Schichtpolymer wurde mit 1-Methoxy-2-propanol und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 9 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 9 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 9 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte.
(Beispiel Nr. 5) Das synthetisierte methacrylische Mg-Schichtpolymer wurde mit 1-Methoxy-2-propanol, Tetramethoxysilan, Titantetraisopropoxid und α,α'-Dimethyl-β-phenylethylalkohol vermischt, um eine in Tabelle 1 dargelegte Zusammensetzung herzustellen, wodurch die Farbe Nr. 10 hergestellt wurde. Die Farbe Nr. 10 wurde auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel Nr. 1 auf eine transparente Polycarbonatplatte aufgebracht und gehärtet. Somit wurde eine dünne Überzugsschicht Nr. 10 hergestellt, die eine Dicke von 10 μm hatte .
Beurteilung
Die dünnen Überzugsschichten Nr. 1 bis Nr. 10 wurden basierend auf dem Verschleißfestigkeitstest, der in Paragraph 7.7 des Standards Nr. JASO M 330, „Rigid Plastic Glazing Materials for Automobile", von den Japanischen Organisationen für Automobilstandards dargelegt ist, hinsichtlich der Oberflächenharte untersucht. In Paragraph (4), dem Verfahren des Verschleißfestigkeitstest, beschreibt Unterparagraph (4.6) dass „eine Probe auf einem Drehteller eines Verschleißtestgeräts so platziert werden soll, dass eine Oberfläche der Probe, die außerhalb des Trägers frei liegen soll, durch die Verschleißwalzen des Verschleißtestgeräts abgerieben werden. Die Verschleißwalzen sollen mit einer Last von 4,90 N (500 gf) beaufschlagt werden. Dann soll die Probe mit 100 Umdrehungen gedreht werden, um abgerieben zu werden." Beim Beurteilen der dünnen Überzugsschicht Nr. 1 bis Nr. 10 wurden die Proben allerdings 200 Mal gedreht. Es ist zu beachten, dass das verwendete Taber-Verschleißtestgerät und der Trübungsmesser durch SUGA TESTING MACHINE Co., Ltd. hergestellt wurden. Die nachstehende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Verschleißfestigkeitstest.
In den Beispielen Nr. 1, 2 und 3 wurden die dünnen Überzugsschichten Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6 hergestellt, indem die Farben. Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6 gehärtet wurden, in denen Titantetraisopropoxid (das heisst Titanalkoxid) zu dem synthetisierten methacrylischen Titanosilicat zugegeben war. Im Vergleichsbeispiel Nr. 1 wurde die dünne Überzugsschicht Nr. 1 hergestellt, indem die Farbe Nr. 1 gehärtet wurde, in der kein Titantetraisopropoxid zu dem synthetisierten methacrylischen Titanosilicat zugegeben war. In den Vergleichsbeispielen Nr. 2 und 3 wurden die dünnen Überzugsschichten Nr. 2 und Nr. 4 hergestellt, indem die Farben Nr 2 und Nr. 4 gehärtet wurden, in denen Tetramethoxysilan oder 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan anstelle von Titantetraisopropoxid zu dem synthetisierten methacrylischen Titanosilicat zugegeben war. Demgemäß kann aus Tabelle 2 verstanden werden, dass die dünnen Überzugsschichten Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6 gemäß der Beispiele Nr. 1, 2 und 3 ein geringeres Inkrement ΔH des Trübungswerts nach dem Verschleißfestigkeitstest als die dünnen Überzugsschichten Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4 gemäß der Vergleichsbeispiele Nr. 1, 2 und 3 zeigten. Somit wurde bestätigt, dass die dünnen Überzugsschichten Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6 gemäß der Beispiel Nr. 1, 2 und 3 eine größere Härte als die dünnen Überzugsschichten Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4 gemäß der Vergleichsbeispiele Nr. 1, 2 und 3 hatten. Darüber hinaus zeigte von den dünnen Überzugsschichten Nr. 1 bis Nr. 6 die dünne Überzugsschicht Nr. 5 gemäß Beispiel Nr. 2 das kleinste Inkrement ΔH des Trübungswerts. Es ist zu beachten, dass die dünne Überzugsschicht Nr. 5 hergestellt wurde, indem die Farbe Nr. 5 gehärtet wurde, in der nicht nur Titantetraisopropoxid, sondern auch Tetramethoxysilan (das heisst eine Alkoxysilanverbindung) zu dem synthetisierten methacrylischen Titanosilicat zugegeben war.
Darüber hinaus wurden die dünnen Überzugsschichten Nr. 7, Nr. 8, Nr. 9 und Nr. 10 hinsichtlich der Oberflächenhärte untersucht. Bei den dünnen Überzugsschichten Nr. 7, Nr. 8, Nr. 9 und Nr. 10 ist zu beachten, dass das synthetisierte acrylische Al-Schichtpolymer oder das methacrylische Mg-Schichtpolymer anstelle des synthetisierten methacrylischen Titanosilicats als der organisch-anorganische Schichtverbund verwendet wurde und dass Titantetraisopropoxid und Tetramethoxysilan zugegeben waren oder nicht zugegeben waren. Speziell wurden in den Beispielen Nr. 4 und 5 die dünnen Überzugsschichten Nr. 8 und Nr. 10 hergestellt, indem die Farben Nr. 8 und Nr. 10 gehärtet wurden, in denen Titantetraisopropoxid und Tetramethoxysilan zu dem synthetisierten acrylischen Al-Schichtpolymer oder dem methacrylischen Mg-Schichtpolymer zugegeben waren. In den Vergleichsbeispielen Nr. 4 und 5 wurden die dünnen Überzugsschichten Nr. 7 und Nr. 9 hergestellt, indem die Farben Nr. 7 und 9 gehärtet wurden, in denen Titantetraisopropoxid und Tetramethoxysilan nicht zu dem synthetisierten acrylischen Al-Schichtpolymer oder dem methacrylischen Mg-Schichtpolymer zugegeben waren. Wie aus Tabelle 2 verstanden werden kann, zeigten demgemäß die dünnen Überzugsschichten Nr. 8 und Nr. 10 gemäß der Beispiele Nr. 4 und 5 ein kleineres Inkrement ΔH des Trübungswerts nach dem Verschleiffestigkeitstest als die dünnen Überzugsschichten Nr. 7 und Nr. 9 gemäß der Vergleichsbeispiele Nr. 4 und 5. Somit wurde bestätigt, dass die dünnen Überzugsschichten Nr. 8 und Nr. 10 gemäß der Beispiele Nr. 4 und 5 eine größere Härte als die dünnen Überzugsschichten Nr. 7 und Nr. 9 gemäß der Vergleichsbeispiele Nr. 4 und 5 hatten.
Darüber hinaus wurde nicht beobachtet, dass die Teilchenkomponenten aus den Lösungsmitteln ausfielen, selbst nachdem 3 Monate und 6 Monate vergangen waren, nachdem das synthetisierte methacrylische Titanosilicat und das methacrylische Mg-Schichtpolymer zu den jeweiligen Farbzusammensetzungen verarbeitet worden waren. Zusätzlich wurde bestätigt, dass es möglich ist, flache dünne Überzugsschichten zu bilden, indem nicht nur die 3 Monate alten Farbzusammensetzungen, sondern auch die 6 Monate alten Farbzusammensetzungen verwendet wurden.
Nachdem die vorliegende Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, wird es für den gewöhnlichen Fachmann offensichtlich sein, dass viele Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er hier einschließlich der angefügten Ansprüche dargelegt ist.
Eine Farbzusammensetzung schließt einen organischanorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organischanorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen ein. Der organisch-anorganische Schichtverbund besteht aus einer laminierten Substanz. Die laminierte Substanz schließt eine Schicht mit tetraedrischer Struktur und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur ein. Die Schicht mit tetraedrischer Struktur besteht aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche Gruppe aufweist. Die Schicht mit oktaedrischer Struktur besteht aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist.

Claims

Farbzusammensetzung mit: einem organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfassteine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche Gruppe aufweist, und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und wobei der organisch-anorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O₍₄__n/2}_x(MO_z/2)(H₂O)_w ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist.
Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti ist.
Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Zentralatom M wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti ist.
Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, die des Weiteren wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfasst.
Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Alkoxysilanverbindung umfasst.
Farbzusammensetzung nach Anspruch 4, die ein organisches Lösungsmittel in einer Menge vom Doppelten bis Zehnfachen des Gewichts des organisch-anorganischen Schichtverbunds umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht, umfassend die Schritte: Herstellen einer Farbzusammensetzung umfassend einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfasst: eine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche Gruppe aufweist, und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und wobei der organisch-anorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O₍₄__n/2}_x(MO_z/2)(H₂O)_w ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist, Aufbringen der Farbzusammensetzung auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats und Bilden einer dünnen verschleißfesten Überzugsschicht durch physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung, damit die Farbzusammensetzung reagiert und aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zentralatom M wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Farbzusammensetzung des Weiteren wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Farbzusammensetzung des Weiteren eine Alkoxysilanverbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das harzartige Substrat aus Polycarbonat besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die physikalische Stimulation eine Stimulation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erhitzen und Emittieren ultravioletter Strahlen ist.
Dünne verschleißfeste Überzugsschicht mit einer Farbzusammensetzung, die auf eine Oberfläche eines harzartigen Substrats aufgebracht ist und umfasst: einen organisch-anorganischen Schichtverbund und hinsichtlich des organisch-anorganischen Schichtverbunds, der als 100 Gewichtsteile genommen wird, Titanalkoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, wobei der organisch-anorganische Schichtverbund aus einer laminierten Substanz besteht, die umfasst: eine Schicht mit tetraedrischer Struktur bestehend aus tetraedrischen Strukturen, deren Zentralatom M' Si oder ein erstes Metallatom ist, das einen Teil des Si ersetzt, wobei wenigstens ein Teil des Zentralatoms M' kovalent an eine organische Gruppe R gebunden ist, die eine polymerisierbare funktionelle Gruppe einschließt oder keine solche Gruppe aufweist, und eine Schicht mit oktaedrischer Struktur bestehend aus oktaedrischen Strukturen, deren Zentralatom M ein zweites Metallatom ist, und wobei der organisch-anorganische Schichtverbund durch die allgemeine Formel {R_nM'O₍₄__n/2}_x(MO_z/2)(H₂O)_w ausgedrückt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 3, x von 0,5 bis 2,0, z die Valenzzahl des Zentralatoms M und eine ganze Zahl von 2 bis 4 und w die Anzahl an Kristallwassermolekülen und eine ganze Zahl, die in einen Bereich von {(z/2)-1} bis (z+1)/2 fällt, ist, und wobei die dünne verschleißfeste Überzugsschicht des Weiteren umfasst: organische Querverknüpfungen, die durch Polymerisation von polymerisierbaren funktionellen Gruppen des organisch-anorganischen Schichtverbunds und von polymerisierbaren funktionellen Gruppen anderer organisch-anorganischer Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organischanorganischen Schichtverbunds gebildet sind, wobei die Polymerisation durch ein physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird, und anorganische Querverknüpfungen, die durch eine Reaktion zwischen dem Titanalkoxid, das mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und der oktaedrischen Strukturen des organischanorganischen Schichtverbunds umgesetzt und mit diesen verbunden ist, und anderen Titanalkoxiden, die mit Hydroxidendgruppen von wenigstens einer der tetraedrischen Strukturen und oktaedrischen Strukturen der anderen organisch-anorganischen Schichtverbünde in der Nachbarschaft des organisch-anorganischen Schichtverbunds umgesetzt und mit diesen verbunden sind, gebildet sind, wobei die Reaktion durch die physikalische Stimulation der Farbzusammensetzung induziert wird.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei das erste Metallatom, das einen Teil des Si ersetzt und das Zentralatom M' bildet, wenigstens ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Fe, P und Ti ist.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei das Zentralatom M wenigstens ein Atom M ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Al, Ni, Co, Cu, Mn, Fe, Li, V, Zr und Ti ist.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei die Farbzusammensetzung des Weiteren wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln und Härtungskatalysatoren umfasst.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei die Farbzusammensetzung des Weiteren eine Alkoxysilanverbindung umfasst.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei das harzartige Substrat aus Polycarbonat besteht.
Dünne verschleißfeste Farbschicht nach Anspruch 14, wobei die physikalische Stimulation wenigstens eine Stimulation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Erhitzen und Emittieren ultravioletter Strahlen ist.