DE69229794T2 - Process for the production of coated molded articles - Google Patents

Process for the production of coated molded articles

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DE69229794T2 DE1992629794 DE69229794T DE69229794T2 DE 69229794 T2 DE69229794 T2 DE 69229794T2 DE 1992629794 DE1992629794 DE 1992629794 DE 69229794 T DE69229794 T DE 69229794T DE 69229794 T2 DE69229794 T2 DE 69229794T2
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Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention a. Gebiet der Erfindunga. Field of the invention

Diese Erfindung bezieht sich auf Formkörper mit großer Oberflächenhärte und ein Verfahren zur Herstellung solcher Formkörper. Die Formkörper der Erfindung können auf verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, einschließlich von, zum Beispiel, dem Gebiet der Architektur, der Automobilindustrie und der Optik.This invention relates to molded bodies with high surface hardness and a method for producing such molded bodies. The molded bodies of the invention can be used in various fields of application, including, for example, the field of architecture, the automotive industry and optics.

b. Beschreibung des Stands der Technikb. Description of the state of the art

Synthetische Harzformkörper, die aus Polymethylmethacrylatharz, Polycarbonatharzen, Diethylenglykolbisallylcarbonatharz und ähnlichem gefertigt sind, weisen ein geringeres Gewicht als Glasprodukte auf und sind billiger als diese. Wegen dieser Vorteile werden sie für eine Vielzahl von Anwendungszwecken eingesetzt.Synthetic resin moldings made of polymethyl methacrylate resin, polycarbonate resin, diethylene glycol bisallyl carbonate resin and the like are lighter in weight than glass products and cheaper than them. Because of these advantages, they are used for a wide range of applications.

Da solche synthetischen Harzformkörper jedoch eine unzureichende Oberflächenhärte aufweisen, werden ihre Oberflächen leicht durch Kontakt mit anderen Gegenständen, Stößen, Kratzern und ähnlichem beschädigt, was zu einer verringerten Produktausbeute und zu einem unschönen Aussehen führt. Insbesondere dort, wo diese Formkörper als optische Linsen, Modebrillen, Sonnenbrillen, Brillengläser (wie Korrekturlinsen), Fensterscheiben und ähnliches verwendet werden, verringert jede den Oberflächen zugefügte Beschädigung ihren Handelswert und/oder macht sie innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar. Dementsprechend besteht ein großes Bedürfnis nach der Verbesserung der Oberflächenhärte solcher synthetischer Harzformkörper. Bislang wurden verschiedene Versuche unternommen, diesen Erfordernissen nachzukommen.However, since such synthetic resin molded articles have insufficient surface hardness, their surfaces are easily damaged by contact with other objects, impact, scratches and the like, resulting in reduced product yield and unsightly appearance. Particularly, where these molded articles are used as optical lenses, fashion glasses, sunglasses, spectacle lenses (such as corrective lenses), window panes and the like, any damage caused to the surfaces reduces their commercial value and/or renders them unusable within a short period of time. Accordingly, there is a great demand for improving the surface hardness of such synthetic resin molded articles. To date, various attempts have been made to meet these needs.

In den japanischen Patentschriften Nr. 39691/'77, 5554/'87, 157865/'83, 35675/'88, 36349/'88 und 45094/'91 wird die Abriebbeständigkeit von Formkörpern durch die Beschichtung mit einer Beschichtungszusammensetzung, die eine Mischung aus kolloidalem Siliciumdioxid und einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung enthält, verbessert.In Japanese Patent Publications Nos. 39691/'77, 5554/'87, 157865/'83, 35675/'88, 36349/'88 and 45094/'91, the abrasion resistance of molded articles is improved by coating them with a coating composition containing a mixture of colloidal silicon dioxide and a hydrolyzable silicon compound.

In der japanischen Patentschrift Nr. 53701/'85 wird die Abriebbeständigkeit und die Wetterfestigkeit von Polycarbonatsubstraten durch die Bildung einer wärmehärtbaren Acrylpolymerschicht (Grundierschicht), die ein Mittel zur Absorption von ultraviolettem Licht enthält, auf den Polycarbonatsubstraten und die anschließende Bildung einer Überzugsschicht, die eine Mischung aus kolloidalem Siliciumdioxid und einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung umfaßt, verbessert.In Japanese Patent Publication No. 53701/'85, the abrasion resistance and weather resistance of polycarbonate substrates are improved by forming a thermosetting acrylic polymer layer (primer layer) containing an ultraviolet light absorbing agent on the polycarbonate substrates and then forming a coating layer comprising a mixture of colloidal silicon dioxide and a hydrolyzable silicon compound.

Die in den japanischen Patentschriften Nr. 39691/'77, 5554/'87, 157865/'83, 35675/'88, 36349/'88 und 45094/'91 offenbarten Überzugsschichten weisen jedoch die nachstehenden Nachteile auf. (1) Wenn sie einer Taber-Abriebprüfung gemäß ASTM D-1044 unterzogen werden, in dem ein CS-17 Lastkraftwagenrad unter einer Last von 250 g verwendet wird und 5000 Umdrehungen vollführt, zeigen alle von ihnen eine Trübung, die so hohe Werte wie 10 bis 50% annimmt. Somit ist ihre Abriebbeständigkeit viel geringer als diejenige von Glasplatten, die eine Trübung von ungefähr 3% zeigen. (2) Da die Haftung der Überzugsschicht an das Substrat durch Lösen des Substrats mittels eines spezifischen Lösungsmittels erreicht wird, erfolgt eine Einschränkung der verwendbaren Substrate durch den Typ des verwendeten Lösungsmittels. (3) Die Haftung der Überzugsschicht an das Substrat ist unzureichend. Genauer gesagt wird die Haftung der Überzugsschicht an das Substrat verringert, wenn die Überzugsschicht einer Haltbarkeitsprüfung über einen langen Zeitraum unterzogen wird. Darüber hinaus weist die in der japanischen Patentschrift Nr. 53701/'85 offenbarte Struktur den Nachteil auf, daß die Haftung der Grundierschicht an das Substrat verringert wird, wenn die Grundierschicht eine große Menge an Mitteln zur Absorption von ultravioletten Strahlen enthält.However, the coating layers disclosed in Japanese Patent Publication Nos. 39691/'77, 5554/'87, 157865/'83, 35675/'88, 36349/'88 and 45094/'91 have the following disadvantages. (1) When subjected to a Taber abrasion test according to ASTM D-1044 in which a CS-17 truck wheel is used under a load of 250 g and made 5000 revolutions, all of them show haze as high as 10 to 50%. Thus, their abrasion resistance is much lower than that of glass plates which show haze of about 3%. (2) Since the adhesion of the coating layer to the substrate is achieved by dissolving the substrate using a specific solvent, the substrates that can be used are limited by the type of solvent used. (3) The adhesion of the coating layer to the substrate is insufficient. More specifically, the adhesion of the coating layer to the substrate is reduced when the coating layer is subjected to a durability test for a long period of time. In addition, the structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 53701/'85 has a disadvantage that the adhesion of the primer layer to the substrate is reduced. if the primer layer contains a large amount of agents for absorbing ultraviolet rays.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Formkörpers zur Verfügung zu stellen, der in seiner Oberfläche eine vernetzte Siloxan- Netzwerkstruktur aufweist, die durch (-Si-O-Si-) wiedergegeben wird, eine ausgezeichnete Oberflächenhärte und Abriebbeständigkeit zeigt, und eine Verbesserung der Haftung der Überzugsschicht an verschiedene, Substrate zeigt.A first object of the invention is to provide a method for producing a coated molded article having a cross-linked siloxane network structure represented by (-Si-O-Si-) in its surface, exhibiting excellent surface hardness and abrasion resistance, and exhibiting improvement in the adhesion of the coating layer to various substrates.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines abriebbeständigen Formkörpers mit einer Überzugsschicht, die auf dem Oberflächenbereich gebildet ist, gelöst, wobei der Oberflächenbereich aus einem Polymer mit Struktureinheiten, die sich von einem multifunktionellen Monomer ableiten, das zwei oder mehrere (Meth)acryloyloxy-Gruppen im Molekül, wie nachstehend definiert, enthält, und durch die Härtung einer Beschichtungszusammensetzung gebildet wird, die im wesentlichen aus einem Siliciumdioxid-Polykondensat besteht, das durch Mischen (I) von kolloidalem Siliciumdioxid und (II) von mindestens einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung mit einer der nachstehenden allgemeinen Formeln (A) bis (F) in solch einem Molverhältnis, daß die durchschnittliche bzw. mittlere Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen, die aus der nachstehenden Gleichung (I) berechnet wird, in einem Bereich von 2,30 bis 3,85 liegt, und einem Unterziehen einer Cohydrolyse und einer Polykondensation, erhalten wird.The above-described object of the invention is achieved by a method for producing an abrasion-resistant molded article having a coating layer formed on the surface region, wherein the surface region is formed from a polymer having structural units derived from a multifunctional monomer containing two or more (meth)acryloyloxy groups in the molecule as defined below, and by curing a coating composition consisting essentially of a silicon dioxide polycondensate obtained by mixing (I) colloidal silicon dioxide and (II) at least one hydrolyzable silicon compound having one of the following general formulas (A) to (F) in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups calculated from the following equation (I) is in a range of 2.30 to 3.85, and subjecting a cohydrolysis and a polycondensation.

SiR¹aR²b(OR³)c (A)SiR¹aR²b(OR³)c (A)

SiR&sup4;dR&sup5;e(OR&sup6;)f (B)SiR4dR5e(OR6)f (B)

SiR&sup7;gR&sup8;h(OR&sup9;)i (C)SiR7gR8h(OR9)i (C)

SiR¹&sup0;jR¹¹k(OR¹²)l (D)SiR¹⁰jR¹¹k(OR¹²)l (D)

SiR¹³mR¹&sup4;n(OR¹&sup5;)o (E)SiR¹³mR¹⁴n(OR¹⁵)o (E)

SiR¹&sup6;pR¹&sup7;q(OR¹&sup8;)r (F)SiR¹⁶pR¹⁷q(OR¹⁸)r (F)

worin R¹, R², R³, R&sup5;, R&sup6;, R&sup8;, R&sup9;, R¹¹, R¹², R¹&sup4;, R¹&sup5;, R¹&sup7; und R¹&sup8; in den Formeln (A) bis (F) Kohlenwasserstoffreste aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen sind, die eine Etherverknüpfung oder einer Esterverknüpfung aufweisen können; R&sup4; in Formel (B) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 2 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Epoxygruppe, R&sup7; in Formel (C) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Aminogruppe, R¹&sup0; in Formel (D) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Mercaptogruppe, R¹³ in Formel (E) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 2 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Vinylgruppe, R¹&sup6; in Formel (F) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 3 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer (Meth)acryloyloxygruppe, a, b, d, e, g, h, j, k, m, n, p und q ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, c gleich (4-a-b), f gleich (4-d-e), i gleich (4-g-h), 1 gleich (4-j-k), o gleich (4-m-n) und r gleich (4-p-q) ist.wherein R¹, R², R³, R⁵, R⁶, R⁻, R⁴, R⁹⁹, R¹², R¹⁴, R¹⁵, R¹⁵, R¹⁷ and R¹⁴ in formulas (A) to (F) are hydrocarbon radicals of 1 to 15 carbon atoms which may have an ether linkage or an ester linkage; R⁴ in formula (B) is a hydrocarbon radical of 2 to 15 carbon atoms having an epoxy group, R⁵ in formula (C) is a hydrocarbon radical of 1 to 15 carbon atoms having an amino group, R¹⁴ in formula (D) is a hydrocarbon residue of 1 to 15 carbon atoms having a mercapto group, R¹³ in formula (E) is a hydrocarbon residue of 2 to 15 carbon atoms having a vinyl group, R¹⁶ in formula (F) is a hydrocarbon residue of 3 to 15 carbon atoms having a (meth)acryloyloxy group, a, b, d, e, g, h, j, k, m, n, p and q are integers from 0 to 3, c is (4-a-b), f is (4-d-e), i is (4-g-h), 1 is (4-j-k), o is (4-m-n) and r is (4-p-q).

Durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen Average number of hydrolysable groups

worin [A] bis [F] jeweils die Anzahl der Mole der hydrolysierbaren Siliciumverbindungen mit den allgemeinen Formeln (A) bis (F) sind, die in der Reaktionsmischung auftreten, [I] die Anzahl der Mole des in der Reaktionsmischung auftretenden kolloidalen Siliciumdioxids ist, und c, f, i, l, o und r die gleichen ganzen Zahlen sind, wie sie vorstehend für die allgemeinen Formeln (A) bis (F) definiert sind.wherein [A] to [F] are each the number of moles of the hydrolyzable silicon compounds having the general formulae (A) to (F) occurring in the reaction mixture, [I] is the number of moles of the colloidal silicon dioxide occurring in the reaction mixture, and c, f, i, l, o and r are the same integers as defined above for the general formulae (A) to (F).

Das Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper umfaßt die Schritte (a) der Bereitstellung eines Formkörpers mit einer aus einem Polymer gebildeten Oberfläche, wobei das Polymer Struktureinheiten aufweist, die sich von einem multifunktionellen Monomer ableiten, das zwei oder mehrere (Meth)acryloyloxygruppen in seinem Molekül enthält, (b) des Bestrahlens der Oberfläche des Polymers mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger, (c) des Unterziehens der bestrahlten Oberfläche einer Alkalibehand lung, (d) des Beschichtens der bestrahlten und alkali-behandelten Oberfläche mit einer Beschichtungszusammensetzung, die im wesentlichen aus einem Siliciumdioxid-Polykondensat besteht, das durch Mischen von (I) kolloidalem Siliciumdioxid und (II) mindestens einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung mit einer der vorstehenden allgemeinen Formeln (A) bis (F) in solch einem Molverhältnis, daß die aus der vorstehenden Gleichung (1) berechnete durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen innerhalb eines Bereichs von 2,30 bis 3,85 liegt, und einem anschließenden Unterziehen einer Cohydrolyse und Polykondensation erhalten wird, und (e) des Härtens der Beschichtungszusammensetzung.The method for producing abrasion-resistant molded articles comprises the steps of (a) providing a molded article having a surface formed from a polymer, the polymer having structural units derived from a multifunctional monomer containing two or more (meth)acryloyloxy groups in its molecule, (b) irradiating the surface of the polymer with ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, (c) subjecting the irradiated surface to an alkali treatment (d) coating the irradiated and alkali-treated surface with a coating composition consisting essentially of a silica polycondensate obtained by mixing (I) colloidal silica and (II) at least one hydrolyzable silicon compound having any of the above general formulas (A) to (F) in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups calculated from the above equation (1) is within a range of 2.30 to 3.85, and then subjecting the coating composition to cohydrolysis and polycondensation, and (e) curing the coating composition.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Short description of the drawings:

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein Substrat 1 mit einer darauf gebildeten Polymerschicht 2 für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper zeigt;Fig. 1 is a sectional view showing a substrate 1 having a polymer layer 2 formed thereon for use in the method for producing abrasion-resistant molded articles according to the present invention;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen abriebbeständigen Formkörpers zeigt, der durch die Bildung eines Oberflächenbereichs 3 mit einer bestimmten Menge an sauren Gruppen in der Oberfläche der Polymerschicht 2 und eine anschließende Bildung einer Überzugsschicht 4 darauf hergestellt wurde;Fig. 2 is a sectional view showing the structure of an abrasion-resistant molded article according to the present invention, which was prepared by forming a surface region 3 having a certain amount of acidic groups in the surface of the polymer layer 2 and then forming a coating layer 4 thereon;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Zustand der Polymerstruktur während der Schritte der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und der Alkalibehandlung in dem Verfahren der Erfindung zeigt;Fig. 3 is a diagram showing the state of the polymer structure during the steps of ultraviolet light irradiation and alkali treatment in the process of the invention;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für den Schritt der Belichtung mit ultraviolettem Licht zeigt, in dem die auf beiden Seiten eines Substrats gebildeten Polymerschichten durch eine Glasplatte mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden.Fig. 4 is a sectional view showing an example of the ultraviolet light exposure step in which the polymer layers formed on both sides of a substrate are irradiated with ultraviolet light through a glass plate.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

In der Praxis der Erfindung wird zunächst durch Polymerisieren einer Monomerzusammensetzung, die ein multifunktionelles Monomer mit zwei oder mehreren (Meth)acryloyloxy-Gruppen im Molekül enthält, eine Polymerschicht 2 (Fig. 1) gebildet. Beispiele für das multifunktionelle Monomer schließen die nachstehenden Verbindungen ein: 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Neopentylglykoldi(meth)acrylat, Ethylenglykoldi(meth)acrylat, Triethylenglykoldi(meth)acrylat, Tripropylenglykoldi(meth)acrylat, Dipropylenglykoldi(meth)acrylat, 3-Methylpentandioldi(meth)acrylat, Diethylenglykolbis(β-(meth)acryloyloxypropionat), Trimethylolethandi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltri(meth)acrylat, Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat, Tri(2-hydroxyethyl)isocyanatdi(meth)acrylat, Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, 2,3-Bis(meth)acryloyloxyethyloxymethylbicyclo[2.2.1]heptan, Poly-l, 2-butadiendi(meth)acrylat, 1,2-Bis(meth)acryloyloxymethylhexan, Nonaethylenglykoldi(meth)acrylat, Tetradecaethylenglykoldi(meth)acrylat, 10-Decandioldi(meth)acrylat, 3,8-Bis(meth)acryloyloxymethyltricyclo[5.2.10]decan, hydrogeniertes Bisphenol-A-di(meth)acrylat, 2,2-Bis(4-(meth)acryloyloxydiethoxyphenyl)propan, 1,4-Bis((meth)acryloyloxymethyl)cyclohexan, Bisphenol-A-diglycidyletherdi(meth)acrylat und epoxidiertes Bisphenol-A-di- (meth)acrylat. Diese multifunktionellen Monomere können alleine oder als Mischung aus zwei oder mehreren verwendet werden.In the practice of the invention, a polymer layer 2 (Fig. 1) is first formed by polymerizing a monomer composition containing a multifunctional monomer having two or more (meth)acryloyloxy groups in the molecule. Examples of the multifunctional monomer include the following compounds: 1,4-butanediol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tripropylene glycol di(meth)acrylate, dipropylene glycol di(meth)acrylate, 3-methylpentanediol di(meth)acrylate, diethylene glycol bis(β-(meth)acryloyloxypropionate), trimethylolethane di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, Tri(2-hydroxyethyl)isocyanatdi(meth)acrylat, Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, 2,3-Bis(meth)acryloyloxyethyloxymethylbicyclo[2.2.1]heptan, Poly-l, 2-butadiendi(meth)acrylat, 1,2-Bis(meth)acryloyloxymethylhexan, Nonaethylenglykoldi(meth)acrylat, Tetradecaethylenglykoldi(meth)acrylat, 10-Decandioldi(meth)acrylat, 3,8-Bis(meth)acryloyloxymethyltricyclo[5.2.10]decan, hydrogeniertes Bisphenol-A-di(meth)acrylat, 2,2-Bis(4-(meth)acryloyloxydiethoxyphenyl)propan, 1,4-Bis((meth)acryloyloxymethyl)cyclohexan, Bisphenol-A-diglycidyletherdi(meth)acrylat und epoxidized bisphenol A di- (meth)acrylate. These multifunctional monomers can be used alone or as a mixture of two or more.

Wenn es erforderlich ist, können sie mit monofunktionellen Monomeren copolymerisiert werden. Es ist wünschenswert, daß die Monomerzusammensetzung solch ein multifunktionelles Monomer in einer Menge von nicht kleiner als 30 Gew.-% enthält. Mit dem Begriff "(Meth)acryloyloxy-Gruppe" ist, so wie er hier verwendet wird, eine Acryloyloxy-Gruppe oder eine Methacryloyloxy-Gruppe gemeint. Wenn ein monofunktionelles Monomer alleine verwendet wird, um eine Polymerschicht zu bilden, gelingt es mittels einer anschließenden Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und mittels einer Alkalibehandlung nicht, eine ausreichende Menge (d. h. innerhalb eines Bereichs von 0,02 bis 0,2 umol/cm²) an sauren Gruppen zu erzeugen. Somit ist die Verwendung eines multifunktionellen Monomers ein wesentliches Merkmal der Erfindung.If necessary, they may be copolymerized with monofunctional monomers. It is desirable that the monomer composition contains such a multifunctional monomer in an amount of not less than 30% by weight. The term "(meth)acryloyloxy group" as used herein means an acryloyloxy group or a methacryloyloxy group. When a monofunctional monomer is used alone to form a polymer layer, subsequent irradiation with ultraviolet light and alkali treatment fail to obtain a sufficient amount (i.e., within a range from 0.02 to 0.2 umol/cm²) of acidic groups. Thus, the use of a multifunctional monomer is an essential feature of the invention.

Anschließend wird die Polymerschicht 2 (Fig. 1) mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger bestrahlt, um einen Teil der vernetzten Molekülketten zu lösen bzw. auseinanderzubrechen. Da die Bindungsenergie der vernetzten Molekülketten der Polymerschicht mit der Zusammensetzung des Polymers variiert, ist es unmöglich, die Wellenlänge des ultravioletten Lichte, die erforderlich ist, um die vernetzten Molekülketten auseinanderzubrechen, allgemein anzugeben. Es ist jedoch wünschenswert, ultraviolettes Licht mit einer Photonenenergie von ungefähr 4 eV oder größer zu verwenden. Somit ist es erforderlich, ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger zu verwenden, das der vorstehend angegebenen Photonenenergie entspricht. Es versteht sich, daß eine ausreichende Menge an sauren Gruppen durch die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht alleine nicht erzeugt wird.Then, the polymer layer 2 (Fig. 1) is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less to dissolve or break apart a part of the crosslinked molecular chains. Since the bonding energy of the crosslinked molecular chains of the polymer layer varies with the composition of the polymer, it is impossible to generally specify the wavelength of ultraviolet light required to break apart the crosslinked molecular chains. However, it is desirable to use ultraviolet light having a photon energy of about 4 eV or greater. Thus, it is necessary to use ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, which corresponds to the photon energy specified above. It is understood that a sufficient amount of acidic groups is not generated by the irradiation with ultraviolet light alone.

Anschließend wird die mit ultraviolettem Licht bestrahlte Polymerschicht einer Alkalibehandlung unterzogen. Es wird im allgemeinen behauptet, daß die Hydrolyse der vernetzten Polymere langsam voranschreitet. Die Erfinder fanden jedoch, daß die Polymerschicht, nachdem sie mittels Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger zu Fragmenten mit geringem Molekulargewicht abgebaut wurde, leicht zu hydrolysieren ist. Die Reaktionsmechanismen, von denen angenommen wird, daß sie stattfinden, sind schematisch in Fig. 3 erläutert. Die wäßrigen alkalischen Lösungen, die für diese Alkalibehandlung verwendet werden können, schließen zum Beispiel wäßrige Lösungen von Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und ähnlichem ein, und solche Lösungen enthalten zusätzlich geeignete Lösungsmittel, wie Alkohole. Die optimalen Bedingungen für die Alkalibehandlung können nicht allgemein angegeben werden, da sie entsprechend der Belichtungsmenge des ultravioletten Lichts, der Zusammensetzung und der Geometrie des Bereichs des Formkörpers, der mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, variieren können. Natriumhydroxid wird jedoch, beispielsweise, bevorzugt in Form einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von 0,1 bis 50 Gew.-% und bevorzugter von 1 bis 30 Gew.-% verwendet. Die Temperatur für die Alkalibehandlung liegt im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 0 bis 100ºC und bevorzugt von 20 bis 80ºC. Die Zeitdauer der Alkalibehandlung liegt im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 100 Stunden und bevorzugt von 0,1 bis 10 Stunden.Subsequently, the polymer layer irradiated with ultraviolet light is subjected to an alkali treatment. It is generally said that the hydrolysis of the crosslinked polymers proceeds slowly. However, the inventors found that the polymer layer, after being degraded into low molecular weight fragments by irradiation with a wavelength of 300 nm or less, is easy to hydrolyze. The reaction mechanisms believed to take place are schematically illustrated in Fig. 3. The aqueous alkaline solutions that can be used for this alkali treatment include, for example, aqueous solutions of sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like, and such solutions additionally contain suitable solvents such as alcohols. The optimum conditions for the alkali treatment cannot be generally specified since they vary according to the amount of exposure to ultraviolet light, the composition and geometry of the region of the molded article irradiated with ultraviolet light. may vary. However, sodium hydroxide, for example, is preferably used in the form of an aqueous solution having a concentration of 0.1 to 50% by weight, and more preferably 1 to 30% by weight. The temperature for the alkali treatment is generally within a range of 0 to 100°C, and preferably 20 to 80°C. The time period for the alkali treatment is generally within a range of 0.01 to 100 hours, and preferably 0.1 to 10 hours.

In der Erfindung wird auf den Teil der Polymerschicht 2, in dem saure Gruppen durch die vorstehend beschriebene Belichtung mit ultraviolettem Licht und die Alkalibehandlung erzeugt wurden, als Oberflächenbereich 3 (Fig. 2) Bezug genommen. Dieser Oberflächenbereich bezeichnet entweder (1) den Oberflächenteil 3 der Polymerschicht 2, die auf einem Substrat 1 aus einem multifunktionellen Monomer (wie in Fig. 2 gezeigt) gebildet ist oder (2) den Oberflächenteil eines Formkörpers, der vollständig aus einem Polymer besteht, das aus einem multifunktionellen Monomer (nicht gezeigt) gebildet ist.In the invention, the part of the polymer layer 2 in which acidic groups have been generated by the above-described ultraviolet light exposure and alkali treatment is referred to as surface region 3 (Fig. 2). This surface region means either (1) the surface portion 3 of the polymer layer 2 formed on a substrate 1 made of a multifunctional monomer (as shown in Fig. 2) or (2) the surface portion of a molded article consisting entirely of a polymer formed of a multifunctional monomer (not shown).

Im ersten Fall (1) gibt es für den Typ von Material, das das Substrat 1 bildet, keine besondere Einschränkung, wobei aber organische Polymermaterialien bevorzugt sind. Es können jedoch auch Verbundstoffe, die aus anorganischen und organischen Materialien bestehen, für das Substrat 1 verwendet werden. Nützliche organische Materialien schließen Acrylharze, Vinylchloridharz, Polycarbonatharze, Polyesterharze und ähnliches ein. Wo die Polymerschicht 2 (Fig. 1) durch das Aufbringen eines wie vorstehend beschriebenen, multifunktionellen Monomers auf die Oberfläche des Substrat 1 gebildet wird, beträgt die Dicke der Polymerschicht 2 bevorzugt nicht weniger als 1 um und bevorzugter nicht weniger als 3 um.In the first case (1), there is no particular limitation on the type of material constituting the substrate 1, but organic polymer materials are preferred. However, composites consisting of inorganic and organic materials can also be used for the substrate 1. Useful organic materials include acrylic resins, vinyl chloride resins, polycarbonate resins, polyester resins, and the like. Where the polymer layer 2 (Fig. 1) is formed by applying a multifunctional monomer as described above to the surface of the substrate 1, the thickness of the polymer layer 2 is preferably not less than 1 µm, and more preferably not less than 3 µm.

Mit dem Begriff "saure Gruppen", so wie er hier verwendet wird, sind Carboxyl- und Hydroxylgruppen gemeint. In der Erfindung wird die Menge der sauren Gruppen als die Anzahl an Mikromolen eines basischen Farbstoffs ausgedrückt, die auf einer Flächeneinheit des Oberflächenbereichs adsorbiert werden kann (d. h. in umol/cm²). Dies kann gemäß dem nachstehenden Verfahren erreicht werden.The term "acidic groups" as used herein means carboxyl and hydroxyl groups. In the invention, the amount of acidic groups is expressed as the number of micromoles of a basic dye present on a unit area of surface area (ie in umol/cm2). This can be achieved according to the following procedure.

(1) Eine 0,1 N Natriumacetat-Pufferlösung (pH-Wert 4,5) wird hergestellt.(1) A 0.1 N sodium acetate buffer solution (pH 4.5) is prepared.

(2) Unter Verwendung dieser Pufferlösung wird eine 1,0 g/l Methylviolett-Lösung hergestellt.(2) Using this buffer solution, prepare a 1.0 g/L methyl violet solution.

(3) Ein Formkörper mit Abmessungen von 50 mm · 50 mm² wird in die vorstehende Lösung (bei 25ºC) 72 Stunden lang eingetaucht.(3) A molded body with dimensions of 50 mm x 50 mm² is immersed in the above solution (at 25ºC) for 72 hours.

(4) Der Formkörper wird aus der Lösung entnommen und mit Wasser gewaschen.(4) The molded body is removed from the solution and washed with water.

(5) Nach dem Waschen wird der Formkörper trocken gerieben.(5) After washing, the molded body is rubbed dry.

(6) Der Farbstoff wird durch Tränken des Formkörpers in N,N-Dimethylformamid 24 Stunden lang extrahiert.(6) The dye is extracted by soaking the molded article in N,N-dimethylformamide for 24 hours.

(7) Die Absorbanz des Farbstoffextrakts wird bei einer Wellenlänge von 587 nm gemessen.(7) The absorbance of the dye extract is measured at a wavelength of 587 nm.

(8) Getrennt davon wird eine Kalibrierungskurve mittels einer Reihe von Farbstofflösungen in N,N-Dimethylformamid erstellt. Unter Verwendung dieser Kalibrierungskurve wird die Konzentration des basischen Farbstoffs pro Flächeneinheit des Oberflächenbereichs des Formkörpers ermittelt.(8) Separately, a calibration curve is constructed using a series of dye solutions in N,N-dimethylformamide. Using this calibration curve, the concentration of the basic dye per unit area of the surface area of the molded article is determined.

In der Erfindung dienen die sauren Gruppen dazu, die Bindungsfestigkeit zwischen dem Oberflächenbereich 3 und der Überzugsschicht 4 (Fig. 2) zu erhöhen. Um eine ausreichende Bindungsfestigkeit zu erreichen, sind 0,02 bis 0,2 umol/cm² an sauren Gruppen erforderlich. In der Erfindung treten die sauren Gruppen in dem Oberflächenbereich 3 (Fig. 2) auf und der Innenbereich der Polymerschicht 2 enthält wenig saure Gruppen.In the invention, the acidic groups serve to increase the bonding strength between the surface region 3 and the coating layer 4 (Fig. 2). In order to achieve sufficient bonding strength, 0.02 to 0.2 µmol/cm² of acidic groups are required. In the invention, the acidic groups appear in the surface region 3 (Fig. 2) and the inner region of the polymer layer 2 contains few acidic groups.

Wenn die Polymerschicht 2 (Fig. 1) anderen herkömmlichen Verfahren zur Einführung von sauren Gruppen (wie einer Plasmabehandlung, einer photoinitiierten Pfropfpolymerisation und einer Chrombehandlung) anstelle des Verfahrens der Erfindung unterzogen wird, das eine Kombination aus einer Bestrahlung mit ultravioletten Licht und einer Alkalibehandlung umfaßt, können in bezug auf die Anzahl der sauren Gruppen und die Leichtigkeit des Vorgangs keine guten Ergebnisse erhalten werden. Nach der Alkalibehandlung wird der Formkörper üblicherweise mit Wasser gewaschen. Wenn es erforderlich sein sollte, kann der Formkörper durch Waschen mit einer anorganischen oder organischen Säure neutralisiert werden. Die so hergestellten sauren Gruppen zeigen weder eine Veränderung ihrer Anzahl, selbst wenn sie 100 Stunden lang bei 80ºC erwärmt werden, noch verbergen (bury) sie sich.When the polymer layer 2 (Fig. 1) is subjected to other conventional methods for introducing acidic groups (such as plasma treatment, photoinitiated graft polymerization and chromium treatment) instead of the method of the invention comprising a combination of ultraviolet light irradiation and alkali treatment, significant differences can be achieved with respect to the number of acidic groups and the ease of the operation, good results cannot be obtained. After the alkali treatment, the molded article is usually washed with water. If necessary, the molded article can be neutralized by washing with an inorganic or organic acid. The acid groups thus produced neither show any change in number even when heated at 80ºC for 100 hours, nor do they bury themselves.

Anschließend wird der Oberflächenbereich 3 (Fig. 2) mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichtet, die im wesentlichen aus einem Siliciumdioxid-Polykondensat besteht, das durch Mischen von kolloidalem Siliciumdioxid und mindestens einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung mit einer der nachstehenden allgemeinen Formeln (A) bis (F) in solch einem Molverhältnis, das die aus der nachstehenden Gleichung (1) berechnete mittlere Anzahl an hydrolysierbaren Gruppen in einem Bereich von 2,30 bis 3,85 liegt, und dadurch, daß diese anschließend in Gegenwart von Wasser und einem organischen Lösungsmittel (und einem Hydrolysekatalysator und einem Kondensationskatalysator, wenn dies erforderlich sein sollte) einer Cohydrolyse und Polykondensation unterzogen werden, erhalten wird. Anschließend wird die Beschichtungszusammensetzung wärmebehandelt, um den Grad der Polymerisation des Siliciumdioxid-Polykondensats weiter zu erhöhen und dadurch eine Überzugsschicht 4 (Fig. 2) zu erhalten.Subsequently, the surface region 3 (Fig. 2) is coated with a coating composition consisting essentially of a silicon dioxide polycondensate obtained by mixing colloidal silicon dioxide and at least one hydrolyzable silicon compound having one of the following general formulas (A) to (F) in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups calculated from equation (1) below is in a range of 2.30 to 3.85, and by subsequently subjecting them to cohydrolysis and polycondensation in the presence of water and an organic solvent (and a hydrolysis catalyst and a condensation catalyst if this should be necessary). Subsequently, the coating composition is heat treated to further increase the degree of polymerization of the silicon dioxide polycondensate and thereby obtain a coating layer 4 (Fig. 2).

SiR¹aR²b(OR³)c (A)SiR¹aR²b(OR³)c (A)

SiR&sup4;dR&sup5;e(OR&sup6;)f (B)SiR4dR5e(OR6)f (B)

SiR&sup7;gR&sup8;h(OR&sup9;)i (C)SiR7gR8h(OR9)i (C)

SiR¹&sup0;jR¹¹k(OR¹²)l (D)SiR¹⁰jR¹¹k(OR¹²)l (D)

SiR¹³mR¹&sup4;n(OR¹&sup5;)o (E)SiR¹³mR¹⁴n(OR¹⁵)o (E)

SiR¹&sup6;pR¹&sup7;g(OR¹&sup8;)r (F)SiR¹⁶pR¹⁷g(OR¹⁸)r (F)

worin R¹ bis R¹&sup8; und a bis r wie vorstehend definiert sind.wherein R¹ to R¹⁸ and a to r are as defined above.

Die mittlere Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen The average number of hydrolysable groups

worin [I], [A] bis [F] und c bis r wie vorstehend definiert sind. Während dieses Verfahrens reagieren die Hydroxyl-, Epoxy-, Amino- und/oder Mercaptogruppen, die in den Bestandteilen der Überzugsschicht 4 (Fig. 2) auftreten, chemisch mit den in dem Oberflächenbereich 3 (Fig. 2) anwesenden, sauren Gruppen, um chemische Bindungen einzugehen und die Eigenschaften, wie die Haftung, werden weiter verbessert.wherein [I], [A] to [F] and c to r are as defined above. During this process, the hydroxyl, epoxy, amino and/or mercapto groups present in the constituents of the coating layer 4 (Fig. 2) chemically react with the acidic groups present in the surface region 3 (Fig. 2) to form chemical bonds and the properties such as adhesion are further improved.

Andererseits wird die Vernetzungsdichte der Polymerschicht 2 (Fig. 2) auf dem gleichen Niveau gehalten, wie es während der Polymerisation erreicht wurde. Die Eigenschaften der Polymerschicht 2 und der Überzugsschicht 3 spielen zusammen, um einen Formkörper zu erzeugen, der als Ganzes eine sehr gute Abriebbeständigkeit und Haltbarkeit aufweist. Es ist erwünscht, daß die Dicke des Oberflächenbereichs 3, die sich von der Außenfläche zur Innenseite erstreckt, innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 1 um liegt. Wenn die Dicke des Oberflächenbereichs 3, der saure Gruppen aufweist, größer als 1 um ist, kann die erwünschte Härte nicht erreicht werden, und wenn sie kleiner als 0,01 um ist, zeigt die Überzugsschicht aufgrund der Abnahme der sauren Gruppen eine schlechte Haftung.On the other hand, the crosslinking density of the polymer layer 2 (Fig. 2) is maintained at the same level as that achieved during polymerization. The properties of the polymer layer 2 and the coating layer 3 cooperate to produce a molded article which as a whole has very good abrasion resistance and durability. It is desirable that the thickness of the surface region 3 extending from the outer surface to the inner surface is within a range of 0.01 to 1 µm. If the thickness of the surface region 3 having acidic groups is greater than 1 µm, the desired hardness cannot be achieved, and if it is less than 0.01 µm, the coating layer shows poor adhesion due to the decrease of the acidic groups.

Wo Siliciumverbindungen innerhalb des Geltungsbereichs der vorstehenden allgemeinen Formeln (A) bis (D) verwendet werden, kann eine Heizeinrichtung eingesetzt werden, um die auf dem Oberflächenbereich aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung zu härten und dadurch eine Überzugsschicht zu bilden, wie später genauer beschrieben werden wird.Where silicon compounds within the scope of the above general formulas (A) to (D) are used, a heating device may be used to cure the coating composition applied to the surface region and thereby form a coating layer, as will be described in more detail later.

Die durch die allgemeine Formel (A) repräsentierten Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel die nachstehenden Verbindungen ein: Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysilan, Tetrabutoxysilan, Methyltriethoxysilan, Ethyl trimethoxysilan, Ethyltriethoxysilan und Phenyltrimethoxysilan.The silicon compounds represented by the general formula (A) include, for example, the following compounds: tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyl trimethoxysilane, ethyltriethoxysilane and phenyltrimethoxysilane.

Die durch die allgemeine Formel (B) wiedergegebenen Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel Glycidoxymethyltrimethoxysilan, Glycidoxymethyltriethoxysilan, β-Glycidoxyethyltriethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und γ-Glycidoxypropyltriethoxysilan ein.The silicon compounds represented by the general formula (B) include, for example, glycidoxymethyltrimethoxysilane, glycidoxymethyltriethoxysilane, β-glycidoxyethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and γ-glycidoxypropyltriethoxysilane.

Die durch die allgemeine Formel (C) wiedergegebenen Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel Aminomethyltrimethoxysilan, Aminomethyltriethoxysilan, Aminomethyltripropoxysilan, Aminomethyltributoxysilan, Aminoethyltrimethoxysilan, Aminoethyltriethoxysilan, Aminoethyltripropoxysilan, Aminoethyltributoxysilan, Aminopropyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminopropyltripropoxysilan, Aminopropyltributoxysilan, N-Aminomethyl-aminomethyltrimethoxysilan, N-Aminomethyl-aminomethyltriethoxysilan, N-Aminomethyl-aminomethyltripropoxysilan, N-Aminomethyl-aminomethyltributoxysilan, N-β-Aminoethyl-β-aminoethyltrimethoxysilan, N-β-Aminoethyl-β-aminoethyltriethoxysilan, N-β-Aminoethyl-β-aminoethyltripropoxysilan und N-β-Aminoethyl-β-aminoethyltributoxysilan ein.The silicon compounds represented by the general formula (C) include, for example, aminomethyltrimethoxysilane, aminomethyltriethoxysilane, aminomethyltripropoxysilane, aminomethyltributoxysilane, aminoethyltrimethoxysilane, aminoethyltriethoxysilane, aminoethyltripropoxysilane, aminoethyltributoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminopropyltripropoxysilane, aminopropyltributoxysilane, N-aminomethylaminomethyltrimethoxysilane, N-aminomethylaminomethyltriethoxysilane, N-aminomethylaminomethyltripropoxysilane, N-aminomethylaminomethyltributoxysilane, N-β-aminoethyl-β-aminoethyltrimethoxysilane, N-β-aminoethyl-β-aminoethyltriethoxysilane, N-β-aminoethyl-β-aminoethyltripropoxysilane and N-β-aminoethyl-β-aminoethyltributoxysilane.

Die durch die allgemeine Formel (D) wiedergegebenen Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltripropoxysilan, γ-Mercaptopropyltributoxysilan, Mercaptomethyltrimethoxysilan, Mercaptomethyltriethoxysilan, Mercaptomethyltripropoxysilan, Mercaptomethyltributoxysilan, Mercaptoethyltrimethoxysilan und Mercaptoethyltriethoxysilan ein.The silicon compounds represented by the general formula (D) include, for example, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltripropoxysilane, γ-mercaptopropyltributoxysilane, mercaptomethyltrimethoxysilane, mercaptomethyltriethoxysilane, mercaptomethyltripropoxysilane, mercaptomethyltributoxysilane, mercaptoethyltrimethoxysilane and mercaptoethyltriethoxysilane.

Wo Siliciumverbindungen innerhalb des Geltungsbereichs der vorstehenden allgemeinen Formeln (E) und (F) verwendet werden, kann nicht nur eine Heizeinrichtung, sondern auch eine Einrichtung zum Belichten mit aktinischer Strahlung verwendet werden, um die Beschichtungszusammensetzung zu härten und dadurch eine Überzugsschicht zu bilden.Where silicon compounds are used within the scope of the above general formulas (E) and (F), not only a heating means but also a means for exposing to actinic radiation may be used to cure the coating composition and thereby form a coating layer.

Die durch die allgemeine Formel (E) wiedergegebenen Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltripropoxysilan und Vinyltributoxysilan ein.The silicon compounds represented by the general formula (E) include, for example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltripropoxysilane and vinyltributoxysilane.

Die durch die allgemeine Formel (F) wiedergegebenen Siliciumverbindungen schließen zum Beispiel Methacryloyloxymethyltrimethoxysilan, Methacryloyloxymethyltriethoxysilan, Methacryloyloxymethyltripropoxysilan, Methacryloyloxymethyltributoxysilan, Methacryloyloxyethyltrimethoxysilan, Methacryloyloxyethyltriethoxysilan, Methacryloyloxyethyltripropoxysilan, Methacryloyloxyethyltributoxysilan, Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan, Methacryloyloxypropyltriethoxysilan, Methacryloyloxypropyltripropoxysilan, Methacryloyloxypropyltributoxysilan, Acryloyloxymethyltrimethoxysilan, Acryloyloxymethyltriethoxysilan, Acryloyloxymethyltripropoxysilan, Acryloyloxymethyltributoxysilan, Acryloyloxyethyltrimethoxysilan, Acryloyloxyethyltriethoxysilan, Acryloyloxyethyltripropoxysilan, Acryloyloxyethyltributoxysilan, Acryloyloxypropyltrimethoxysilan, Acryloyloxypropyltriethoxysilan, Acryloyloxypropyltripropoxysilan und Acryloyloxypropyltributoxysilan ein.The silicon compounds represented by the general formula (F) include, for example, methacryloyloxymethyltrimethoxysilane, methacryloyloxymethyltriethoxysilane, methacryloyloxymethyltripropoxysilane, methacryloyloxymethyltributoxysilane, methacryloyloxyethyltrimethoxysilane, methacryloyloxyethyltriethoxysilane, methacryloyloxyethyltripropoxysilane, methacryloyloxyethyltributoxysilane, methacryloyloxypropyltrimeth oxysilane, Methacryloyloxypropyltriethoxysilane, Methacryloyloxypropyltripropoxysilane, Methacryloyloxypropyltributoxysilane, Acryloyloxymethyltrimethoxysilane, Acryloyloxymethyltriethoxysilane, Acryloyloxymethyltripropoxysilane, Acryloyloxymethyltributoxysilane, Acryloyloxyethyltrimethoxysilane, Acryloyloxyethyltriethoxysilane, Acryloyloxyethyltripropoxysilane, Acryloyloxyethyltributoxysilane, acryloyloxypropyltrimethoxysilane, Acryloyloxypropyltriethoxysilane, acryloyloxypropyltripropoxysilane and Acryloyloxypropyltributoxysilane.

Ebenfalls nützlich sind Siliciumverbindungen, die durch den Ersatz der Trialkoxysilangruppen in den vorstehenden Verbindungen durch Dimethoxymethylsilan, Dimethoxyethylsilan, Dimethoxypropylsilan, Diethoxymethylsilan, Diethoxyethylsilan, Diethoxypropylsilan, Dimethoxybutylsilan, Diethoxybutylsilan, Dibutoxymethylsilan, Dipropoxyethylsilan, Dipropoxypropylsilan, Dipropoxybutylsilan, Dibutoxymethylsilan, Dibutoxyethylsilan, Dibutoxypropylsilan, Dibutoxybutylsilan und ähnliche Gruppen erhalten werden.Also useful are silicon compounds obtained by replacing the trialkoxysilane groups in the above compounds with dimethoxymethylsilane, dimethoxyethylsilane, dimethoxypropylsilane, diethoxymethylsilane, diethoxyethylsilane, diethoxypropylsilane, dimethoxybutylsilane, diethoxybutylsilane, dibutoxymethylsilane, dipropoxyethylsilane, dipropoxypropylsilane, dipropoxybutylsilane, dibutoxymethylsilane, dibutoxyethylsilane, dibutoxypropylsilane, dibutoxybutylsilane, and like groups.

Kolloidales Siliciumdioxid (d. h. Siliciumdioxidteilchen) ist im Handel als "kolloidale Siliciumdioxidlösung" erhältlich, die in Wasser oder einer Alkohol/Wasser-Mischung dispergierte Siliciumdioxidteilchen umfaßt. Um die Dispersionsstabilität der Siliciumdioxidteilchen zu verbessern, wird die Lösung auf einen sauren oder alkalischen pH-Wert eingestellt. In der Erfindung kann der optimale Teilchendurchmesser des kolloidalen Siliciumdioxids (oder der Siliciumdioxidteilchen), der Gehalt an den Siliciumdioxidteilchen in der kolloidalen Siliciumdioxidlösung (d. h. ihr Feststoffgehalt) und der pH-Wert der kolloidalen Siliciumdioxidlösung wie gewünscht gewählt werden. Insbesondere kann die optimale, kolloidale Siliciumdioxidlösung entsprechend dem Typ der verwendeten, hydrolysierbaren Siliciumverbindung variieren. Verwendbare, im Handel erhältliche Produkte schließen Cataloid S (Feststoffgehalt: 20 bis 30 Gew.-%; pH-Wert: 8 bis 10; von Catalysts and Chemicals Industries Co., Ltd. hergestellt), OSCAL-1432 (Feststoffgehalt: 30 Gew.-%; pH-Wert: 2 bis 3; von Shokubai Kasei Kogyo K. K. hergestellt), Snowtex C (Feststoffgehalt: 30 Gew.-%; pH-Wert: 8 bis 10; von Nissan Chemical Industries, Ltd. hergestellt), IPA-ST (Feststoffgehalt: 30 Gew.-%; pH-Wert: 2 bis 3; von Nissan Chemical Industries, Ltd. hergestellt) und ähnliches ein. All diese im Handel erhältlichen kolloidalen Siliciumdioxide weisen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 20 um auf.Colloidal silica (i.e. silica particles) is commercially available as a "colloidal silica solution" which comprises silica particles dispersed in water or an alcohol/water mixture. To improve the dispersion stability of the silica particles, the solution is an acidic or alkaline pH. In the invention, the optimum particle diameter of the colloidal silica (or silica particles), the content of the silica particles in the colloidal silica solution (ie, its solid content) and the pH of the colloidal silica solution can be selected as desired. In particular, the optimum colloidal silica solution can vary according to the type of hydrolyzable silicon compound used. Usable commercially available products include Cataloid S (solid content: 20 to 30 wt%; pH: 8 to 10; manufactured by Catalysts and Chemicals Industries Co., Ltd.), OSCAL-1432 (solid content: 30 wt%; pH: 2 to 3; manufactured by Shokubai Kasei Kogyo KK), Snowtex C (solid content: 30 wt%; pH: 8 to 10; manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), IPA-ST (solid content: 30 wt%; pH: 2 to 3; manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), and the like. All of these commercially available colloidal silicas have an average particle diameter of 10 to 20 µm.

Kolloidales Siliciumdioxid (d. h. Siliciumdioxidteilchen) wird in solch einer Menge verwendet, das die durchschnittliche Anzahl an hydrolysierbaren Gruppen (wie nachstehend beschrieben werden wird) in einem Bereich von 2,30 bis 3,85 liegt. Darüberhinaus ist in der Zusammensetzung zur Bildung des Siliciumdioxid-Polykondensats, die kolloidales Siliciumdioxid (I) und mindestens eine hydrolysierbare Siliciumverbindung (II) enthält, das kolloidale Siliciumdioxid (I) wünschenswerterweise in einer Menge von 10 bis 40 Gew.-% vorhanden. Wenn die Menge an dem kolloidalen Siliciumdioxid (I) weniger als 10 Gew.-% beträgt, tritt die Tendenz auf, daß die Oberflächenhärte der Überzugsschicht unzureichend ist. Wenn die Menge an dem kolloidalen Siliciumdioxid (I) größer als 40 Gew.-% ist, tritt die Neigung auf, daß in der Überzugsschicht unter strengen Umweltbedingungen Risse erzeugt werden.Colloidal silica (i.e., silica particles) is used in such an amount that the average number of hydrolyzable groups (as will be described below) is in a range of 2.30 to 3.85. Moreover, in the composition for forming the silica polycondensate containing colloidal silica (I) and at least one hydrolyzable silicon compound (II), the colloidal silica (I) is desirably present in an amount of 10 to 40% by weight. If the amount of the colloidal silica (I) is less than 10% by weight, the surface hardness of the coating layer tends to be insufficient. When the amount of the colloidal silica (I) is greater than 40 wt%, cracks tend to be generated in the coating layer under severe environmental conditions.

Die hydrolysierbaren Siliciumverbindungen, die als Bestandteil (II) verwendet werden können, werden gemäß der Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen in dem Molekül in vier Klassen eingeteilt. Sie reichen von monofunktionellen Siliciumverbindungen mit einer hydrolysierbaren Gruppe bis zu tetrafunktionellen Siliciumverbindungen mit vier hydrolysierbaren Gruppen. In der Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von kolloidalem Siliciumdioxid (I) zu der hydrolysierbaren Siliciumverbindung (II) auf der Basis experimenteller Ergebnisse eingeschränkt, unter der Annahme, daß (I) die hydrolysierbaren Siliciumverbindungen in Lösung vollständig hydrolysiert sind und ihre hydrolysierbaren Gruppen alle in -OH-Gruppen umgewandelt wurden, und (2) das kolloidale Siliciumdioxid als eine tetrafunktionelle Siliciumverbindung angesehen wird. Die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen ist ein Wert, der aus der vorstehenden Gleichung (I) berechnet wird und entspricht der mittleren Vernetzungsdichte des Siliciumdioxid-Polykondensats (der Überzugsschicht), das durch eine Wärmebehandlung gehärtet wurde. In der Erfindung werden, wie vorstehend beschrieben, das kolloidale Siliciumdioxid (I) und die hydrolysierbare Siliciumverbindung (II) in solch einem molaren Verhältnis gemischt, daß die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen in einem Bereich von 2,30 bis 3,85 liegt. Wenn die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen größer als 3,85 ist, kommt es in der wärmebehandelten Überzugsschicht zu einer Rißbildung, und wenn die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen kleiner als 2,30 ist, weist die wärmebehandelte Überzugsschicht keine ausreichende Abriebbeständigkeit auf. Bevorzugt wird eine durchschnittliche Anzahl an hydrolysierbaren Gruppen innerhalb eines Bereichs von 3,30 bis 3,60 verwendet, um eine Überzugsschicht mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit und Haltbarkeit zu bekommen.The hydrolyzable silicon compounds that can be used as the component (II) are classified into four classes according to the number of hydrolyzable groups in the molecule. They range from monofunctional silicon compounds having one hydrolyzable group to tetrafunctional silicon compounds having four hydrolyzable groups. In the invention, the weight ratio of colloidal silicon dioxide (I) to the hydrolyzable silicon compound (II) is limited based on experimental results, assuming that (I) the hydrolyzable silicon compounds are completely hydrolyzed in solution and their hydrolyzable groups are all converted to -OH groups, and (2) the colloidal silicon dioxide is regarded as a tetrafunctional silicon compound. The average number of hydrolyzable groups is a value calculated from the above equation (I) and corresponds to the average cross-linking density of the silica polycondensate (the coating layer) cured by heat treatment. In the invention, as described above, the colloidal silica (I) and the hydrolyzable silicon compound (II) are mixed in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups is in a range of 2.30 to 3.85. If the average number of hydrolyzable groups is greater than 3.85, cracking occurs in the heat-treated coating layer, and if the average number of hydrolyzable groups is less than 2.30, the heat-treated coating layer does not have sufficient abrasion resistance. Preferably, an average number of hydrolyzable groups within a range of 3.30 to 3.60 is used to obtain a coating layer having excellent abrasion resistance and durability.

Anschließend wird dadurch ein Siliciumdioxid-Polykondensat erhalten, daß die vorstehend beschriebene Mischung einer Cohydrolyse und einer Polykondensation unterzogen wird. Diese Cohydrolyse und Polykondensation kann durch Rühren der Mischung in Gegenwart von Wasser und einem organischen Lösungsmittel (und einem Hydrolysekatalysator und einem Kondensationskatalysator, falls dies erforderlich sein sollte) bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis Rückflußtemperatur über einen Zeitraum von ungefähr 1 bis 10 Stunden durchgeführt werden. Wo eine Verbindung mit der allgemeinen Formel (A), (B), (D), (E) oder (F) als die hydrolysierbare Siliciumverbindung (II) verwendet wird, ist es erwünscht, den pH-Wert der Mischung auf 4 bis 5 einzustellen, damit die Mischung schnell hydrolysiert wird und über einen langen Zeitraum aufbewahrt werden kann. Diese pH-Wert Einstellung kann dadurch erfolgen, daß eine Säure als Hydrolysekatalysator zugegeben wird. Spezielle Beispiele nützlicher Säuren schließen Zitronensäure, Benzoesäure, Essigsäure, Salzsäure und Salpetersäure ein. Wo eine Verbindung mit der allgemeinen Formel (C) verwendet wird, muß solch eine Säure nicht verwendet werden.A silicon dioxide polycondensate is then obtained by subjecting the mixture described above to cohydrolysis and polycondensation. This cohydrolysis and polycondensation can be carried out by stirring the The hydrolysis reaction may be carried out in the presence of water and an organic solvent (and a hydrolysis catalyst and a condensation catalyst, if necessary) at a temperature ranging from room temperature to reflux temperature for a period of about 1 to 10 hours. Where a compound having the general formula (A), (B), (D), (E) or (F) is used as the hydrolyzable silicon compound (II), it is desirable to adjust the pH of the mixture to 4 to 5 in order that the mixture is rapidly hydrolyzed and can be stored for a long period of time. This pH adjustment may be accomplished by adding an acid as a hydrolysis catalyst. Specific examples of useful acids include citric acid, benzoic acid, acetic acid, hydrochloric acid and nitric acid. Where a compound having the general formula (C) is used, such an acid need not be used.

Der Kondensationskatalysator, der wie erforderlich verwendet wird, ist ein latenter Katalysator, der inaktiv ist, zum Beispiel in Form einer Lösung, und zeigt seine Wirkung beim Erwärmen, und kann aus Aminsalzen von Carbonsäuren und quartären Ammoniumsalzen von Carbonsäuren ausgewählt sein. Spezielle Beispiele dafür schließen Dimethylaminacetat, Ethanolaminacetat, Dimethylanilinformiat, Tetraethylammoniumbenzoat, Natriumacetat und Natriumpropionat ein. Der Kondensationskatalysator wird bevorzugt in einer Menge von ungefähr 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, verwendet.The condensation catalyst used as required is a latent catalyst which is inactive, for example in the form of a solution, and exhibits its effect upon heating, and may be selected from amine salts of carboxylic acids and quaternary ammonium salts of carboxylic acids. Specific examples thereof include dimethylamine acetate, ethanolamine acetate, dimethylaniline formate, tetraethylammonium benzoate, sodium acetate and sodium propionate. The condensation catalyst is preferably used in an amount of about 0.05 to 1% by weight based on the total weight of the mixture.

Die für die Hydrolyse zugegebene Wassermenge kann jede geeignete Menge einschließen, die für die Hydrolyse ausreicht.The amount of water added for hydrolysis may include any suitable amount sufficient for hydrolysis.

Die organischen Lösungsmittel, die zum Zwecke der Cohydrolyse und Polykondensation verwendet werden können, schließen Alkohole, wie Methylalkohol, Ethylalkohol und Isopropylalkohol; Ketone, wie Aceton und Methylethylketon; und Ether, wie Tetrahydrofuran, ein.The organic solvents that can be used for the purpose of cohydrolysis and polycondensation include alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and isopropyl alcohol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; and ethers such as tetrahydrofuran.

Die in der Erfindung verwendete Beschichtungszusammensetzung besteht im wesentlichen aus den Siliciumdioxid-Polykondensat, das durch die vorstehend beschriebene Cohydrolyse und Polykondensation erhalten wird. Wenn es gewünscht wird, kann ein Katalysator, der die Umsetzung zwischen den sauren Gruppen, die in dem Oberflächenbereich auftreten, und den funktionellen Gruppen (d. h. Epoxy-, Amino- und/oder Mercaptogruppen), die in den hydrolysierbaren Siliciumverbindungen auftreten, fördert, zu der Beschichtungszusammensetzung gegeben werden. Um die Umsetzung mit den Epoxygruppen zu fördern, kann beispielsweise eine Perchlorsäureverbindung, die als ein Katalysator für die Ringöffnung der Epoxygruppen bekannt ist, verwendet werden. Spezielle Beispiele für solche Perchlorsäureverbindungen schließen Ammoniumperchlorat, Perchlorsäure, Magnesiumperchlorat, Kaliumperchlorat, Natriumperchlorat, Zinkperchlorat und Aluminiumperchlorat ein.The coating composition used in the invention consists essentially of the silica polycondensate obtained by the cohydrolysis and polycondensation described above. If desired, a catalyst that promotes the reaction between the acidic groups appearing in the surface region and the functional groups (i.e., epoxy, amino and/or mercapto groups) appearing in the hydrolyzable silicon compounds may be added to the coating composition. To promote the reaction with the epoxy groups, for example, a perchloric acid compound known as a catalyst for ring opening of the epoxy groups may be used. Specific examples of such perchloric acid compounds include ammonium perchlorate, perchloric acid, magnesium perchlorate, potassium perchlorate, sodium perchlorate, zinc perchlorate and aluminum perchlorate.

Ferner kann auch, wie in der japanischen Patentschrift Nr. 28094/'88 beschrieben, ein Alkyl(meth)acrylatpolymer zu der Beschichtungszusammensetzung gegeben werden, um die Haftung der Überzugsschicht weiter zu verbessern, ohne ihr Aussehen (zum Beispiel Transparenz und Glätte) zu beeinträchtigen. Das Alkyl(meth)acrylatpolymer weist bevorzugt ein Molekulargewicht auf, das durch eine Grenzviskosität [η] innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 0,30 g/l gekennzeichnet ist, und kann ein Homopolymer eines Monomers, das aus Alkyl- (meth)acrylaten mit einer Alkylgruppe aus 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist oder ein Copolymer aus solchen Monomeren sein. Spezielle Beispiele für das Alkyl(meth)- acrylatpolymer schließen Homopolymere und Copolymere aus den nachstehenden Verbindungen ein: Methyl(meth)acrylat; Ethyl- (meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat, Amylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Octylmethacrylat, 2-Ethyl-1-hexyl(meth)acrylat, 3-Pentylacrylat, 3-Methyl-1-hexyl(meth)acrylat und 3-Methyl-1-butyl(meth)acrylat. Diese Polymere können alleine oder als Mischung aus zwei oder mehreren verwendet werden.Furthermore, as described in Japanese Patent Publication No. 28094/'88, an alkyl (meth)acrylate polymer may also be added to the coating composition to further improve the adhesion of the coating layer without impairing its appearance (for example, transparency and smoothness). The alkyl (meth)acrylate polymer preferably has a molecular weight characterized by an intrinsic viscosity [η] within a range of 0.01 to 0.30 g/L, and may be a homopolymer of a monomer selected from alkyl (meth)acrylates having an alkyl group of 1 to 8 carbon atoms or a copolymer of such monomers. Specific examples of the alkyl (meth)acrylate polymer include homopolymers and copolymers of the following compounds: methyl (meth)acrylate; Ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, amyl methacrylate, hexyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethyl-1-hexyl (meth)acrylate, 3-pentyl acrylate, 3-methyl-1-hexyl (meth)acrylate and 3-methyl-1-butyl (meth)acrylate. These polymers can be used alone or as a mixture of two or more.

Um die vorstehend beschriebene Beschichtungszusammensetzung auf den Oberflächenbereich aufzubringen, kann eine von verschiedenen Techniken angewandt werden, wie Sprühbeschichten, Schleuderbeschichten und Tauchbeschichten. Für Formkörper mit einer einfachen Struktur ist jedoch das Tauchbeschichten bevorzugt und für Formkörper mit einer komplexen Struktur ist das Sprühbeschichten bevorzugt.To apply the above-described coating composition to the surface portion, any of various techniques such as spray coating, spin coating and dip coating may be used. However, for molded articles having a simple structure, dip coating is preferred, and for molded articles having a complex structure, spray coating is preferred.

Anschließend wird die auf dem Oberflächenbereich aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren gehärtet, um eine Überzugsschicht zu bilden. Während dieses Verfahrens reagieren die reaktiven funktionellen Gruppen, die in dem Siliciumdioxid-Polykondensat anwesend sind (zum Beispiel die Epoxy-, Amino- und/oder Mercaptogruppen, die in den Verbindungen mit den allgemeinen Formeln (A) bis (F) auftreten), chemisch mit den sauren Gruppen (Carboxyl- und Hydroxylgruppen), die in dem Oberflächenbereich vorhanden sind, was zu einer verstärkten Haftung führt. Nützliche herkömmliche Verfahren schließen den Einsatz bzw. die Zufuhr von Wärme und die Belichtung mit aktinischer Strahlung, wie ultraviolettem Licht und γ-Strahlen, ein.Subsequently, the coating composition applied to the surface region is cured in accordance with a conventional method to form a coating layer. During this process, the reactive functional groups present in the silica polycondensate (for example, the epoxy, amino and/or mercapto groups occurring in the compounds having the general formulas (A) to (F)) chemically react with the acidic groups (carboxyl and hydroxyl groups) present in the surface region, resulting in enhanced adhesion. Useful conventional methods include the application of heat and exposure to actinic radiation such as ultraviolet light and γ rays.

Wo eine der hydrolysierbaren Siliciumverbindungen, die durch die allgemeinen Formeln (A) bis (F) repräsentiert werden, verwendet wird, kann die Überzugsschicht durch Härtung mittels der Zufuhr von Wärme gebildet werden. Dies kann zum Beispiel mittels eines Erwärmens des beschichteten Formkörpers in einem Ofen bei 100 bis 130ºC über einen Zeitraum in einem Bereich von ungefähr 10 Minuten bis ungefähr 10 Stunden erfolgen.Where one of the hydrolyzable silicon compounds represented by the general formulae (A) to (F) is used, the coating layer can be formed by curing by means of the application of heat. This can be done, for example, by heating the coated molded article in an oven at 100 to 130°C for a period of time ranging from about 10 minutes to about 10 hours.

Wo vinyl- oder (meth)acryloyloxy-haltige Siliciumverbindungen mit der allgemeinen Formel (E) oder (F) verwendet werden, kann die Überzugsschicht auf vorteilhafte Weise durch eine Härtung mittels einer Belichtung mit aktinischer Strahlung hergestellt werden. Diese Belichtung mit aktinischer Strahlung kann unter geeigneten Bedingungen erfolgen, die in der Technik gut bekannt sind.Where vinyl- or (meth)acryloyloxy-containing silicon compounds with the general formula (E) or (F) are used, the coating layer can advantageously be prepared by curing by means of exposure to actinic radiation. This exposure to actinic radiation can be carried out under suitable conditions which are well known in the art.

Nachdem die Überzugsschicht durch den Einsatz von Wärme oder die Belichtung mit aktinischer Strahlung gehärtet worden ist, kann sie eine Dicke von 1 bis 30 um und bevorzugt von 1 bis 10 um aufweisen. Wenn die Dicke der Überzugsschicht weniger als 1 um beträgt, weist der resultierende Formkörper keine ausreichende Oberflächenhärte und Abriebbeständigkeit auf. Wenn die Dicke der Überzugsschicht mehr als 30 um beträgt, zeigt die Überzugsschicht eine Abnahme der Haftung und neigt dazu, Risse zu bekommen.After the coating layer is cured by the application of heat or exposure to actinic radiation, it may have a thickness of 1 to 30 µm, and preferably 1 to 10 µm. If the thickness of the coating layer is less than 1 µm, the resulting molded article does not have sufficient surface hardness and abrasion resistance. If the thickness of the coating layer is more than 30 µm, the coating layer shows a decrease in adhesion and is prone to cracking.

Die Erfindung wird genauer unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele erklärt. In diesen Beispielen wurden die beschichteten Formkörper gemäß dem nachstehenden Verfahren beurteilt.The invention will be explained in more detail with reference to the following examples. In these examples, the coated molded articles were evaluated according to the following method.

1. Abriebbeständigkeit1. Abrasion resistance

Unter Verwendung einer Taber-Abriebprüfvorrichtung (hergestellt von Toyo Seiki Seisakusho K. K.) wurde ein CS-17-Lastkraftwagenrad mit einer Belastung von 250 g gegen eine Probe gepreßt und mit 1000, 3000 und 5000 Umdrehungen gedreht. Danach wurde die Probe mit einem neutralen Detergens gewaschen und ihre gesamte Lichtdurchlässigkeit (Tt) und Trübung (H) wurde mit einem Transmissometer Model HR-100 (von Murakami Color Technology Laboratory hergestellt) gemessen.Using a Taber abrasion tester (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho K.K.), a CS-17 truck wheel was pressed against a sample with a load of 250 g and rotated at 1000, 3000 and 5000 revolutions. Then, the sample was washed with a neutral detergent and its total light transmittance (Tt) and haze (H) were measured with a transmissometer Model HR-100 (manufactured by Murakami Color Technology Laboratory).

2. Haftung2. Liability

Die Haftung der Überzugsschicht einer Probe wurde mittels einer Klebeband-Abschälprüfung beurteilt. Genauer gesagt wurden mit einem Schneidmesser in der Oberfläche der Probe 11 parallele Einschnitte mit Abständen von 1,5 mm erzeugt, in jeweils zwei zueinander orthogonalen Richtungen, um eine Gesamtheit von 100 Quadraten in der Überzugsschicht zu bilden. Ein Streifen eines Cellophan-Klebebandes (von Nichiban Co. Ltd. hergestellt) wurde unter Druck auf die Quadrate aufgebracht und schnell nach oben abgezogen. Die Anzahl der unentfernten Quadrate unter den 100 Quadraten wurde gezählt und wurde als Index für die Haftung der Überzugsschicht verwendet.The adhesion of the coating layer of a sample was evaluated by means of an adhesive tape peeling test. Specifically, 11 parallel cuts were made in the surface of the sample with a cutting knife at intervals of 1.5 mm, in two mutually orthogonal directions each, to form a total of 100 squares in the coating layer. A strip of cellophane adhesive tape (manufactured by Nichiban Co. Ltd.) was applied to the squares under pressure and quickly peeled upward. The number of unremoved squares among the 100 squares was counted and was used as an index of the adhesion of the coating layer.

3. Haltbarkeit3. Durability (a) Hitzeschockprobe(a) Heat shock test

Unter Verwendung einer Hitzeschock-Prüfvorrichtung wurde eine Probe Wärmezyklen unterzogen, in denen die Probe jeweils an der Atmosphäre 2 Stunden lang einer Temperatur von -30ºC und anschließend 3 Stunden lang einer Temperatur von 80ºC ausgesetzt wurde. Nachdem die Probe fünf thermischen Zyklen unterzogen worden war, wurde ihr Aussehen untersucht und ihre Gesamtlichtdurchlässigkeit (Tt) und Trübung (H) wurde gemessen.Using a heat shock tester, a sample was subjected to thermal cycles in which the sample was exposed to a temperature of -30ºC for 2 hours in the atmosphere and then to a temperature of 80ºC for 3 hours. After the sample had been subjected to five thermal cycles, its appearance was examined and its total light transmittance (Tt) and haze (H) were measured.

(b) Kurzbewitterungsprüfung(b) Accelerated weathering test

Unter Verwendung eines Bewitterungsapperats (sunshine weatherometer, von Suga Testing Machines Co., Ltd. hergestellt) mit einer Plattentemperatur (black panel temperature) von 63ºC wurde eine Probe 500 Stunden lang einer Kurzbewitterungsprüfung unterzogen, in der die Probe zyklisch einem 12-minütigen Besprühen mit Wasser und einer 48-minütigen Trocknung ausgesetzt wurde. Danach wurde ihre Haftung beurteilt und ihr Äußeres wurde visuell in bezug auf Veränderungen untersucht.Using a sunshine weatherometer (manufactured by Suga Testing Machines Co., Ltd.) with a black panel temperature of 63ºC, a sample was subjected to an accelerated weathering test for 500 hours in which the sample was cyclically exposed to 12 minutes of water spraying and 48 minutes of drying. Thereafter, its adhesion was evaluated and its appearance was visually observed for changes.

(c) Wassereintauchprüfung(c) Water immersion test

Ein Probe wurde 100 Stunden lang in warmes Wasser mit einer Temperatur von 60ºC eingetaucht. Danach wurde die Haftung und die Abriebbeständigkeit der Probe beurteilt.A sample was immersed in warm water at a temperature of 60ºC for 100 hours. The adhesion and abrasion resistance of the sample were then assessed.

Herstellung von Substraten mit sauren Gruppen in ihren OberflächenbereichenProduction of substrates with acidic groups in their surface areas

1) Monomerlösungen wurden durch die Zugabe von 35 Gewichtsteilen Isopropylalkohol und 20 Gewichtsteilen Toluol zu 45 Gewichtsteilen einer jeden Monomerzusammensetzung Nr. 1 bis 5, die in Tabelle 1 gezeigt sind, hergestellt. Substrate wurden in jede der Monomerlösungen eingetaucht und dann mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min entnommen, um auf ihren Oberflächen einen Monomerlösungsfilm zu bilden. Die Substrate umfaßten Polymethylmethacrylatplatten (PMMA-Platten) (im Handel von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. unter der Handels bezeichnung Acrylite L erhältlich) und Polycarbonat-Platten (PC-Platten) (im Handel von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung Dialite erhältlich).1) Monomer solutions were prepared by adding 35 parts by weight of isopropyl alcohol and 20 parts by weight of toluene to 45 parts by weight of each of monomer composition Nos. 1 to 5 shown in Table 1. Substrates were immersed in each of the monomer solutions and then taken out at a speed of 1 m/min to form a monomer solution film on their surfaces. The substrates comprised polymethyl methacrylate (PMMA) sheets (sold by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. under the trade name name Acrylite L) and polycarbonate (PC) sheets (sold commercially by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. under the trade name Dialite).

Dann wurde, wie in Fig. 4 gezeigt, jedes Substrat mit dem Monomerlösungsfilm darauf in Form eines Sandwiches zwischen zwei Glasplatten, die eine Dicke von 1,5 mm aufwiesen (im Handel unter der Handelsbezeichnung BK 7 erhältlich), angeordnet, und von außerhalb der Glasplatten mit ultraviolettem Licht aus einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe bestrahlt, um eine Photopolymerisation der Monomere zu bewirken. Der Grund dafür, warum das Substrat mit den Glasplatten bedeckt wurde, besteht darin, daß der Monomerlösungsfilm nur in Abwesenheit von Luft gehärtet werden kann. Unter diesen Bedingungen wurde ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von kleiner 300 nm mittels der Glasplatten absorbiert. Die integrierte Energie des ultravioletten Lichtes betrug bei 365 nm 2,508 mJ/cm² und die Dicke der photogehärteten Polymerschicht 2 (Fig. 1) betrug 20 um. Zum Zwecke der Bestrahlung wurde eine Vorrichtung zum Bestrahlen mit ultraviolettem Licht, Modell UV5003 (von Mitsubishi Rayon Engineering Co., Ltd. hergestellt) verwendet. Diese Lichtquelle sendet ultraviolettes Licht mit einer Hauptwellenlänge von 365 nm und auch Wellenlängen von 300 nm oder weniger aus. Die integrierte Energie des ultravioletten Lichts wurde mittels eines Ultraviolett-Aktinometers Model UV-350 (von Oak Seisakusho K. K. hergestellt) gemessen. Dieses Aktinometer (Model UV-350) weist eine Wellenlänge maximaler Empfindlichkeit (peak sensitivity wavelength) von 360 nm und einen meßbaren Wellenlängenbereich von 320 bis 390 nm auf.Then, as shown in Fig. 4, each substrate having the monomer solution film thereon was sandwiched between two glass plates having a thickness of 1.5 mm (commercially available under the trade name BK 7), and irradiated with ultraviolet light from a high pressure mercury vapor lamp from outside the glass plates to cause photopolymerization of the monomers. The reason why the substrate was covered with the glass plates is that the monomer solution film can be cured only in the absence of air. Under these conditions, ultraviolet light having wavelengths of less than 300 nm was absorbed by the glass plates. The integrated energy of the ultraviolet light at 365 nm was 2.508 mJ/cm2 and the thickness of the photocured polymer layer 2 (Fig. 1) was 20 µm. For the purpose of irradiation, an ultraviolet light irradiator Model UV5003 (manufactured by Mitsubishi Rayon Engineering Co., Ltd.) was used. This light source emits ultraviolet light with a main wavelength of 365 nm and also wavelengths of 300 nm or less. The integrated energy of the ultraviolet light was measured using an ultraviolet actinometer Model UV-350 (manufactured by Oak Seisakusho K. K.). This actinometer (Model UV-350) has a peak sensitivity wavelength of 360 nm and a measurable wavelength range of 320 to 390 nm.

(2) Unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe wurde die wie in Abschnitt (1) beschrieben gebildete Polymerschicht mit ultraviolettem Licht bestrahlt, das kurzwelliges Licht von 300 nm oder weniger enthielt, um die vernetzten Molekülketten teilweise auseinanderzubrechen. Zu diesem Zweck wurde die Oberfläche der Polymerschicht direkt mit ultraviolettem Licht aus der Hochdruck-Quecksilberdampflampe bestrahlt. Die integrierten Energien des auf die Polymerschicht eingestrahlten ultravioletten Lichts sind in Tabelle 1 gezeigt. Zum Zwecke der Bestrahlung wurde die gleiche Vorrichtung zum Bestrahlen mit ultraviolettem Licht (Model UV5003) wie vorstehend beschrieben verwendet. Die integrierten Energien des ultravioletten Lichtes wurden mittels eines Ultraviolett-Aktinometers Model UV-350 und eines Models UV- 350-25 (von Oak Seisakusho K. K. hergestellt) gemessen. Das letztere Aktinometer (Model UV-350-25) wies eine Wellenlänge maximaler Empfindlichkeit von 254 nm und einen meßbaren Wellenlängenbereich von 241 bis 271 nm auf.(2) Using a high-pressure mercury lamp, the polymer layer formed as described in section (1) was irradiated with ultraviolet light containing short-wavelength light of 300 nm or less to partially break apart the cross-linked molecular chains. For this purpose, the surface of the polymer layer was directly irradiated with ultraviolet light from the high-pressure mercury lamp. The integrated energies of the light applied to the polymer layer irradiated ultraviolet light are shown in Table 1. For the purpose of irradiation, the same ultraviolet light irradiation apparatus (Model UV5003) as described above was used. The integrated energies of ultraviolet light were measured by means of an ultraviolet actinometer Model UV-350 and a Model UV-350-25 (manufactured by Oak Seisakusho KK). The latter actinometer (Model UV-350-25) had a maximum sensitivity wavelength of 254 nm and a measurable wavelength range of 241 to 271 nm.

Anschließend wurde die Polymerschicht, die mit ultraviolettem Licht bestrahlt worden war, durch Tränken in einer 10 bis 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid (mit einer Temperatur von 25 bis 50ºC) hydrolysiert. Die Bedingungen der Hydrolyse und die gemessenen Mengen der so hergestellten sauren Gruppen sind in Tabelle 1 gezeigt.Then, the polymer layer irradiated with ultraviolet light was hydrolyzed by soaking it in a 10 to 20 wt% aqueous solution of sodium hydroxide (at a temperature of 25 to 50°C). The conditions of the hydrolysis and the measured amounts of the acidic groups thus produced are shown in Table 1.

Wie aus den mit (A), (E), (I), (M) und (R) gekennzeichneten Daten hervorgeht war die Menge an sauren Gruppen ungenügend, wenn keine Alkalibehandlung der Polymerschicht durchgeführt wurde.As can be seen from the data marked (A), (E), (I), (M) and (R), the amount of acidic groups was insufficient when no alkali treatment of the polymer layer was carried out.

Herstellung der Beschichtungszusammensetzungslösungen:Preparation of coating composition solutions: < Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. I bis III> < Coating composition solution No. I to III>

Eine kolloidale Siliciumdioxidlösung, die 30 Gew. -% kolloidales Siliciumdioxid enthielt, das in Isopropylalkohol dispergiert worden war (im Handel von Nissan Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung IPA-ST erhältlich), &gamma;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (im Handel von Toshiba Silicone Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung TSL- 8350 erhältlich), Tetraethoxysilan erster Qualität (im Handel von Katayama Chemical Industries Co., Ltd. erhältlich), &gamma;-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan (im Handel von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung KBE-402 erhältlich), Isopropylalkohol und 1/1000 N Salzsäure wurden entsprechend jeder der Formulierungen, die in Tabelle 2 gezeigt sind, gemischt. Diese Mischung wurde auf 70ºC erwärmt und 7 Stunden lang bei dieser Temperatur gerührt. Nachdem die resultierende Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurde dazu Magnesiumperchlorat als Katalysator für die Ringöffnung der Epoxygruppen gegeben und darin gelöst, um eine Beschichtungszusammensetzungslösung herzustellen. Die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen der Beschichtungszusammensetzungslösungen Nr. I bis III sind in Tabelle 2 gezeigt, so wie sie aus der vorstehenden Gleichung (1) berechnet wurden. Diese Beschichtungszusammensetzungslösungen Nr. I bis III wurden alle auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt.A colloidal silica solution containing 30 wt% of colloidal silica dispersed in isopropyl alcohol (commercially available from Nissan Chemical Industries, Ltd. under the trade name IPA-ST), γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (commercially available from Toshiba Silicone Co., Ltd. under the trade name TSL-8350), first-grade tetraethoxysilane (commercially available from Katayama Chemical Industries Co., Ltd.), γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane (commercially available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. under the trade name KBE-402), isopropyl alcohol and 1/1000 N hydrochloric acid were mixed according to each of the formulations shown in Table 2. This mixture was heated to 70°C and stirred at this temperature for 7 hours. After the After the resulting solution was cooled to room temperature, magnesium perchlorate as a catalyst for ring opening of epoxy groups was added thereto and dissolved therein to prepare a coating composition solution. The average number of hydrolyzable groups of the coating composition solutions Nos. I to III are shown in Table 2 as calculated from the above equation (1). These coating composition solutions Nos. I to III were all adjusted to a pH of 4.5.

< Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. IV> < Coating composition solution No. IV>

15,7 g N-(&beta;-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilan (im Handel von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung KBM-603 erhältlich), 50,0 g &gamma;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (TSL-8350), 56,0 g einer isopropylalkohol-dispergierten kolloidalen Siliciumdioxidlösung (IPA-ST), 547,4 g Isopropylalkohol und 4,3 g gereinigtes Wasser wurden gemischt und diese Mischung wurde 7 Stunden lang bei Raumtemperatur (25ºC) gerührt. Um die Hydrolyse und Polykondensation zu fördern, wurde es der resultierenden Lösung gestattet, 5 Tage bei Raumtemperatur zu stehen, und sie wurde als Beschichtungszusammensetzungslösung verwendet. Die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen dieser Lösung betrug 3,5. Die Silanverbindung TSL-8350 wurde in einer Menge verwendet, die derjenigen ihres Epoxy-Äquivalents entsprach. Der Feststoffgehalt der Lösung zur Zeit des Mischens betrug 13,0 Gew.-%, bezogen auf ihr Gesamtgewicht. Der Grund, warum die vorstehend beschriebene Formulierung verwendet wurde, besteht darin, daß die Verarbeitbarkeitsdauer äußerst kurz wird, wenn der Feststoffgehalt zur Zeit des Mischend größer als 20 Gew.-% und die zugegebene Wassermenge größer als 30 Gew.-% der für die Hydrolyse erforderlichen stöchiometrischen Menge ist. Wenn die Lösung nach ihrer Herstellung bei Raumtemperatur aufbewahrt wird, bleibt sie 10 Tage lang farblos und klar, wird danach aber zunehmend trübe. < 15.7 g of N-(β-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane (commercially available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. under the trade name KBM-603), 50.0 g of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (TSL-8350), 56.0 g of an isopropyl alcohol-dispersed colloidal silica solution (IPA-ST), 547.4 g of isopropyl alcohol and 4.3 g of purified water were mixed and this mixture was stirred at room temperature (25°C) for 7 hours. In order to promote hydrolysis and polycondensation, the resulting solution was allowed to stand at room temperature for 5 days and was used as a coating composition solution. The average number of hydrolyzable groups of this solution was 3.5. The silane compound TSL-8350 was used in an amount equal to that of its epoxy equivalent. The solid content of the solution at the time of mixing was 13.0 wt% based on its total weight. The reason why the formulation described above was used is that the workability period becomes extremely short when the solid content at the time of mixing is greater than 20 wt% and the amount of water added is greater than 30 wt% of the stoichiometric amount required for hydrolysis. When the solution is kept at room temperature after it is prepared, it remains colorless and clear for 10 days, but becomes increasingly cloudy thereafter. <

Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. V> Coating Composition Solution No. V>

270,0 g &gamma;-Mercaptopropyltrimethoxysilan (KBM-803), 162,0 g &gamma;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (TSL-8350), 412,0 g einer isopropylalkohol-dispergierten, kolloidalen Siliciumdioxidlösung (IPA-ST) und 222,5 g 1/1000 N Salzsäure wurden gemischt und diese Mischung wurde bei Raumtemperatur (25ºC) eine Stunde lang gerührt. Anschließend wurde die resultierende Lösung 3 Stunden lang bei 70ºC gerührt, um die Hydrolyse zu fördern. Nachdem die Lösung erneut auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurden darin 3,0 g Magnesiumperchlorat gelöst, um eine Beschichtungszusammensetzungslösung herzustellen. Die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen dieser Lösung betrug 3,50 und ihr Feststoffgehalt zur Zeit des Mischens betrug 30 Gewichts-%, bezogen auf ihr Gesamtgewicht.270.0 g of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane (KBM-803), 162.0 g of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (TSL-8350), 412.0 g of an isopropyl alcohol-dispersed colloidal silica solution (IPA-ST) and 222.5 g of 1/1000 N hydrochloric acid were mixed, and this mixture was stirred at room temperature (25°C) for 1 hour. Then, the resulting solution was stirred at 70°C for 3 hours to promote hydrolysis. After the solution was cooled to room temperature again, 3.0 g of magnesium perchlorate was dissolved therein to prepare a coating composition solution. The average number of hydrolyzable groups of this solution was 3.50 and its solid content at the time of mixing was 30% by weight based on its total weight.

< Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. VI> < Coating composition solution No. VI>

70,0 g &gamma;-Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan (im Handel von Nippon Unicar Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung A-174 erhältlich), 100,0 g einer isopropylalkohol-dispergierten, kolloidalen Siliciumdioxidlösung (IPA-ST) und 30,2 g 1/1000 N Salzsäure wurden gemischt. Diese Mischung wurde drei Stunden lang bei 70ºC gerührt, um die Hydrolyse zu fördern. Nachdem die resultierende Lösung erneut auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurden 0,5 g Benzoinisopropylether und 0,5 g Methylphenylglyoxylat als Photoinitiatoren zugegeben, um eine Beschichtungszusammensetzungslösung herzustellen. Die durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen dieser Lösung betrug 3,641.70.0 g of γ-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane (commercially available from Nippon Unicar Co., Ltd. under the trade name A-174), 100.0 g of an isopropyl alcohol-dispersed colloidal silica solution (IPA-ST) and 30.2 g of 1/1000 N hydrochloric acid were mixed. This mixture was stirred at 70°C for three hours to promote hydrolysis. After the resulting solution was cooled to room temperature again, 0.5 g of benzoin isopropyl ether and 0.5 g of methyl phenyl glyoxylate were added as photoinitiators to prepare a coating composition solution. The average number of hydrolyzable groups of this solution was 3.641.

Beispiele 1 bis 18Examples 1 to 18

In den Beispielen 1 bis 5, 7 bis 15, 17 und 18 wurde eine Harzplatte mit sauren Gruppen (eine von (A) bis (U) in Tabelle 1) in eine der Beschichtungszusammensetzungslösungen Nr. I bis V eingetaucht und mit einer Geschwindigkeit von 50 cm/min entnommen. Anschließend wurde die beschichtete Harzplatte in einem Ofen 3 Stunden lang bei 105ºC gehärtet, um einen beschichteten Formkörper zu erhalten. In den Beispielen 6 und 16 wurde eine Harzplatte mit sauren Gruppen ((D) oder (Q) in Tabelle 1) in die Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. VI eingetaucht und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min entnommen. Um das Lösungsmittel von dem Beschichtungsfilm zu verdampfen, wurde es der beschichteten Harzplatte gestattet, 5 Minuten lang in einem Ofen bei 80ºC zu stehen. Anschließend wurde die beschichtete Harzplatte unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV-5003) mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm mit einer Energie von 3000 mJ/cm² bestrahlt, um einen beschichteten Formkörper zu erhalten. Die Ergebnisse der Beurteilung der so erhaltenen beschichteten Formkörper sind in Tabelle 3 gezeigt.In Examples 1 to 5, 7 to 15, 17 and 18, a resin plate having acidic groups (one of (A) to (U) in Table 1) was immersed in one of the coating composition solutions Nos. I to V and taken out at a speed of 50 cm/min. Then, the coated resin plate was cured in an oven at 105°C for 3 hours to obtain a coated molded article. In Examples 6 and 16, a resin plate having acidic groups ((D) or (Q) in Table 1) was immersed in the coating composition solution No. VI and taken out at a speed of 1 m/min. To evaporate the solvent from the coating film, the coated resin plate was allowed to stand in an oven at 80°C for 5 minutes. Then, the coated resin plate was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm with an energy of 3000 mJ/cm2 using an ultraviolet light irradiation device (UV-5003) to obtain a coated molded article. The results of evaluation of the coated molded articles thus obtained are shown in Table 3.

Vergleichsbeispiel 1Comparison example 1

Entsprechend der Formulierung für die Beschichtungszusammensetzungslösung VII, die in Tabelle 4 gezeigt ist, wurden verschiedene Bestandteile (d. h. IPA-ST, GPTMSi, TEOSi, IPA und 1/1000 N HCl) gemischt. Diese Mischung wurde auf 70ºC erwärmt und 7 Stunden lang bei dieser Temperatur gerührt. Nachdem die resultierende Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurde dazu Magnesiumperchlorat (in der in Tabelle 4 gezeigten Menge) als Katalysator für eine Ringöffnung der Epoxygruppen gegeben und darin gelöst, um eine Beschichtungszusammensetzungslösung herzustellen. Eine Harzplatte ((C) in Tabelle 1) wurde in diese Beschichtungszusammensetzungslösung eingetaucht und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min entnommen. Die beschichtete Harzplatte wurde thermisch in einem Ofen bei einer Temperatur von 105ºC 3 Stunden lang gehärtet. Nach der Wärmebehandlung wurde jedoch festgestellt, daß die Überzugsschicht Risse aufwies.According to the formulation for the coating composition solution VII shown in Table 4, various components (i.e., IPA-ST, GPTMSi, TEOSi, IPA, and 1/1000 N HCl) were mixed. This mixture was heated to 70°C and stirred at this temperature for 7 hours. After the resulting solution was cooled to room temperature, magnesium perchlorate (in the amount shown in Table 4) as a catalyst for ring opening of epoxy groups was added thereto and dissolved therein to prepare a coating composition solution. A resin plate ((C) in Table 1) was immersed in this coating composition solution and taken out at a speed of 1 m/min. The coated resin plate was thermally cured in an oven at a temperature of 105°C for 3 hours. However, after the heat treatment, it was found that the coating layer had cracks.

Vergleichsbeispiel 2Comparison example 2

Entsprechend der Formulierung für die Beschichtungszusammensetzungslösung VIII, die in Tabelle 4 gezeigt ist, wurden verschiedene Bestandteile (d. h. IPA-ST, GPDMSi, IPA und 1/1000 N HCl) gemischt. Diese Mischung wurde auf 70ºC erwärmt und 7 Stunden lang bei dieser Temperatur gerührt. Nachdem die resultierende Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurde dazu Magnesiumperchlorat (in der in Ta belle 4 gezeigten Menge) als Katalysator für eine Ringöffnung der Epoxygruppen gegeben und darin gelöst, um eine Beschichtungszusammensetzungslösung herzustellen. Eine Harzplatte ((C) in Tabelle 1) wurde in diese Beschichtungszusammensetzungslösung eingetaucht und mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min entnommen. Die beschichtete Harzplatte wurde thermisch in einem Ofen bei einer Temperatur von 105ºC 3 Stunden lang gehärtet. Die resultierende Überzugsschicht war aufgrund schlechter Verlaufs- bzw. Egalisierungseigenschaften nicht eben und es wurde festgestellt, daß es ihr an Abriebbeständigkeit mangelte, insofern, als daß die Überzugsschicht durch Pressen mit einer #0000-Stahlwolle leicht beschädigt wurde.According to the formulation for the coating composition solution VIII shown in Table 4, various ingredients (i.e., IPA-ST, GPDMSi, IPA and 1/1000 N HCl) were mixed. This mixture was heated to 70°C and stirred at this temperature for 7 hours. After the resulting solution was cooled to room temperature, magnesium perchlorate (in the form given in Table 4) was added thereto. A resin plate ((C) in Table 1) was immersed in this coating composition solution and taken out at a speed of 1 m/min. The coated resin plate was thermally cured in an oven at a temperature of 105°C for 3 hours. The resulting coating layer was not even due to poor leveling properties and was found to lack abrasion resistance in that the coating layer was easily damaged by pressing with a #0000 steel wool.

Vergleichsbeispiele 3 bis 7Comparative examples 3 to 7

Die Ergebnisse der Beurteilung verschiedener Formkörper außerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung sind in Tabelle 5 gezeigt. In Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Harzplatte ((A) in Tabelle 1) mit einer unzureichenden Anzahl an sauren Gruppen mit der Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. III beschichtet. In Vergleichsbeispiel 4 wurde eine Polymethylmethacrylat-Platte (PMMA-Platte) (im Handel von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung Acrylate L erhältlich) direkt mit der Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. III beschichtet. In den Vergleichsbeispielen 5 bis 7 sind die Ergebnisse von Abriebprüfungen mit im Handel erhältlichen, oberflächengehärteten Platten und einer Glasplatte angegeben. Acrylite MR ist eine oberflächengehärtete Acrylharz-Platte, die von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. hergestellt wird und Dialite SH ist eine oberflächengehärtete Polycarbonat-Platte, die von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. hergestellt wird. Die Glasplatte ist ein Handelsprodukt (sie wird unter der Handelsbezeichnung BK-7 verkauft) mit einer Dicke von 2 mm. Tabelle 1 (Substrate (A) bis (U) mit sauren Gruppen darauf) Tabelle 2 (Beschichtungszusammensetzungslösung Nr. I-III) The results of evaluation of various molded articles outside the scope of the invention are shown in Table 5. In Comparative Example 3, a resin plate ((A) in Table 1) having an insufficient number of acidic groups was coated with the coating composition solution No. III. In Comparative Example 4, a polymethyl methacrylate (PMMA) plate (commercially available from Mitsubishi Rayon Co., Ltd. under the trade name Acrylate L) was directly coated with the coating composition solution No. III. In Comparative Examples 5 to 7, the results of abrasion tests on commercially available surface-cured plates and a glass plate are given. Acrylite MR is a surface-cured acrylic resin plate manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. and Dialite SH is a surface-cured polycarbonate plate manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. The glass plate is a commercial product (sold under the trade name BK-7) with a thickness of 2 mm. Table 1 (Substrates (A) to (U) with acidic groups on them) Table 2 (Coating composition solution No. I-III)

GPTMSi: &gamma;-GlycidoxypropyltrimethoxysilanGPTMSi: γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane

TEOSi: TetraethoxysilanTEOSi: Tetraethoxysilane

GPDMSi: &gamma;-GlycidoxypropylmethyldimethoxysilanGPDMSi: γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane

IPA: IsopropylalkoholIPA: Isopropyl alcohol

Alterungsbedingungen Durchschnittl. Azahl hydrolysierbarer guppenAgeing conditions Average number of hydrolysable groups

70ºC, 7 h 3.64370ºC, 7 hours 3.643

70ºC, 7 h 3.61070ºC, 7 hours 3,610

70ºC, 7 h 3.602 Tabelle 3 (Beurteilung der Eigenschaften der beschichteten Formkörper) 70ºC, 7 hours 3,602 Table 3 (Assessment of the properties of the coated molded bodies)

Tt: GesamtlichtdurchlässigkeitTt: total light transmittance

H: TrübungH: Turbidity

*: Diese Bezeichnungen entsprechen denjenigen, die in der Spalte "Menge der sauren Gruppen" in Tabelle 1 angegeben sind. Tabelle 4 (Beschichtungszusammensetzungslösung No. VII und VIII) Tabelle 5 (Beurteilung der Eigenschaften in den Vergleichsbeispielen 3 bis 7) *: These designations correspond to those given in the column "Amount of acidic groups" in Table 1. Table 4 (Coating composition solution No. VII and VIII) Table 5 (Assessment of properties in comparative examples 3 to 7)

Offenbart werden Formkörper mit einer auf dem Oberflächenbereich gebildeten Überzugsschicht, die durch Härten einer Beschichtungszusammensetzung, die im wesentlichen aus einem speziellen Siliciumdioxid-Polykondensat besteht, gebildet wird, wobei der Oberflächenbereich aus einem Polymer gebildet ist, das sich von einem multifunktionellen Acrylmonomer ableitet und darin 0,02 bis 0,2 um/cm² an sauren Gruppen aufweist. Das Siliciumdioxid-Polykondensat wird durch Mischen von (I) kolloidalem Siliciumdioxid und (II) einer speziellen Siliciumverbindung in solch einem Molverhältnis, daß die mittlere Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen in einem Bereich von 2,30 bis 3,85 liegt, und einer anschließenden Unterwerfung einer Cohydrolyse und einer Polykondensation erhalten. In diesen Formkörpern weist die Überzugsschicht ausgezeichne te Eigenschaften, wie Härte und Abriebbeständigkeit, als auch eine gute Haftung auf.Disclosed are molded articles having a coating layer formed on the surface portion by curing a coating composition consisting essentially of a specific silica polycondensate, the surface portion being formed of a polymer derived from a multifunctional acrylic monomer and having 0.02 to 0.2 µm/cm² of acidic groups therein. The silica polycondensate is obtained by mixing (I) colloidal silica and (II) a specific silicon compound in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups is in a range of 2.30 to 3.85, and then subjecting them to cohydrolysis and polycondensation. In these molded articles, the coating layer has excellent properties such as hardness and abrasion resistance, as well as good adhesion.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper, das die nachstehenden Schritte umfaßt:1. Process for producing abrasion-resistant molded articles, which comprises the following steps: a) Bereitstellung eines Formkörpers mit einer aus einem Polymer gebildeten Oberfläche, wobei das Polymer Struktureinheiten aufweist, die sich von einem multifunktionellen Monomer ableiten, das zwei oder mehrere (Meth)acryloyloxygruppen in seinem Molekül enthält,a) providing a shaped body with a surface formed from a polymer, the polymer having structural units derived from a multifunctional monomer containing two or more (meth)acryloyloxy groups in its molecule, b) Bestrahlen der Oberfläche des Polymers mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger,b) irradiating the surface of the polymer with ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, c) Unterziehen der bestrahlten Oberfläche einer Alkalibehandlung,c) subjecting the irradiated surface to an alkali treatment, d) Beschichten der bestrahlten und alkali-behandelten Oberfläche mit einer Beschichtungszusammensetzung, die im wesentlichen aus einem Siliciumdioxid-Polykondensat besteht, erhalten durch Mischen von (I) kolloidalem Siliciumdioxid und (II) mindestens einer hydrolysierbaren Siliciumverbindung, die aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen mit den nachstehenden Formeln (A) bis (F) ausgewählt ist,d) coating the irradiated and alkali-treated surface with a coating composition consisting essentially of a silicon dioxide polycondensate obtained by mixing (I) colloidal silicon dioxide and (II) at least one hydrolyzable silicon compound selected from the group consisting of compounds having the following formulas (A) to (F), SiR¹aR²b(OR³)c (A)SiR¹aR²b(OR³)c (A) SiR&sup4;dR&sup5;e(OR&sup6;)f (B)SiR4dR5e(OR6)f (B) SiR&sup7;gR&sup8;h(OR&sup9;)i (C)SiR7gR8h(OR9)i (C) SiR¹&sup0;jR¹¹k(OR¹²)l (D)SiR¹⁰jR¹¹k(OR¹²)l (D) SiR¹³mR¹&sup4;n(OR¹&sup5;)o (E) undSiR¹³mR¹⁴n(OR¹⁵)o (E) and SiR¹&sup6;pR¹&sup7;q(OR¹&sup8;)r (F)SiR¹⁶pR¹⁷q(OR¹⁸)r (F) worin R¹, R², R³, R&sup5;, R&sup6;, R&sup8;, R&sup9;, R¹¹, R¹², R¹&sup4;, R¹&sup5;, R¹&sup7; und R¹&sup8; in den Formeln (A) bis (F) Kohlenwasserstoffreste aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen oder Kohlenwasserstoffreste aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Etherverknüpfung oder einer Esterverknüpfung sind; R&sup4; in Formel (B) ist ein Kohlen wasserstoffrest aus 2 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Epoxygruppe; R&sup7; in Formel (C) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Aminogruppe, R¹&sup0; in Formel (D) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Mercaptogruppe; R¹³ in Formel (E) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 2 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer Vinylgruppe; R¹&sup6; in Formel (F) ist ein Kohlenwasserstoffrest aus 3 bis 15 Kohlenstoffatomen mit einer (Meth)acryloyloxygruppe; wobei a, b, d, e, g, h, j, k, m, n, p und q ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, c gleich (4-a-b), f gleich (4-d-e), i gleich (4-g-h), l gleich (4-j-k), o gleich (4-m-n) und r gleich (4-p-q) ist;wherein R¹, R², R³, R⁵, R⁶, R⁻, R⁴, R⁹⁹, R¹², R¹⁴, R¹⁵, R¹⁵, R¹⁷ and R¹⁴ in formulas (A) to (F) are hydrocarbon radicals of 1 to 15 carbon atoms or hydrocarbon radicals of 1 to 15 carbon atoms having an ether linkage or an ester linkage; R⁵ in formula (B) is a carbon hydrogen radical of 2 to 15 carbon atoms having an epoxy group; R⁷ in formula (C) is a hydrocarbon radical of 1 to 15 carbon atoms having an amino group, R¹⁰ in formula (D) is a hydrocarbon radical of 1 to 15 carbon atoms having a mercapto group; R¹³ in formula (E) is a hydrocarbon radical of 2 to 15 carbon atoms having a vinyl group; R¹⁶ in formula (F) is a hydrocarbon radical of 3 to 15 carbon atoms having a (meth)acryloyloxy group; where a, b, d, e, g, h, j, k, m, n, p and q are integers from 0 to 3, c is (4-ab), f is (4-de), i is (4-gh), l is (4-jk), o is (4-mn) and r is (4-pq); in solch einem Molverhältnis, daß die aus der nachstehenden Gleichung (1) berechnete durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen innerhalb eines Bereichs von 2,30 bis 3,85 liegt,in such a molar ratio that the average number of hydrolyzable groups calculated from the following equation (1) is within a range of 2.30 to 3.85, durchschnittliche Anzahl der hydrolysierbaren Gruppen average number of hydrolysable groups worin [A] bis [F] jeweils die Anzahl der Mole der hydrolysierbaren Siliciumverbindungen der Formeln (A) bis (F) sind, die in der Reaktionsmischung auftreten, [I] die Anzahl der Mole des in der Reaktionsmischung auftretenden kolloidalen Siliciumdioxids ist, und c, f, i, l, o und r die gleichen ganzen Zahlen sind, wie sie vorstehend für die Formeln (A) bis (F) definiert sind;wherein [A] to [F] are each the number of moles of the hydrolyzable silicon compounds of the formulas (A) to (F) occurring in the reaction mixture, [I] is the number of moles of the colloidal silicon dioxide occurring in the reaction mixture, and c, f, i, l, o and r are the same integers as defined above for the formulas (A) to (F); und einem anschließenden Unterziehen einer Cohydrolyse und Polykondensation, undand then subjecting it to cohydrolysis and polycondensation, and e) Härten der Beschichtungszusammensetzunge) Curing the coating composition 2. Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper nach Anspruch 1, in dem das Polymer, das Struktureinheiten aufweist, die sich von einem multifunktionellen Monomer ab leiten, durch Polymerisierung einer Monomerzusammensetzung, die 30 Gewichts-% oder mehr des multifunktionellen Monomers enthält, erhalten wird.2. A process for producing abrasion-resistant molded articles according to claim 1, in which the polymer having structural units derived from a multifunctional monomer obtained by polymerizing a monomer composition containing 30% by weight or more of the multifunctional monomer. 3. Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper nach Anspruch 1, in dem die Beschichtungszusammensetzung zusätzlich ein Alkyl(meth)acrylatpolymer enthält.3. Process for producing abrasion-resistant molded articles according to claim 1, in which the coating composition additionally contains an alkyl (meth)acrylate polymer. 4. Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper nach Anspruch 1, in dem die Beschichtungszusammensetzung durch die Zufuhr von Wärme gehärtet wird.4. A process for producing abrasion-resistant molded articles according to claim 1, in which the coating composition is cured by the application of heat. 5. Verfahren zur Herstellung abriebbeständiger Formkörper nach Anspruch 1, in dem die hydrolysierbare Siliciumverbindung (II) mindestens eine Verbindung mit der allgemeinen Formel (E) oder (F) umfaßt und die Beschichtungszusammensetzung durch Belichtung mit aktinischer Strahlung gehärtet wird.5. Process for producing abrasion-resistant molded articles according to claim 1, in which the hydrolyzable silicon compound (II) comprises at least one compound having the general formula (E) or (F) and the coating composition is cured by exposure to actinic radiation.
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