JP4824546B2 - 高耐磨耗性の水性コーティング - Google Patents

Description

本発明は、ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパーブレードおよび類似の用途における優れた耐磨耗性と耐候性を提供する高耐磨耗性の水性コーティングに関するものである。

溶剤系ウェザーストリップ材料は、長年のあいだシリコーン樹脂で構成されてきている。窒化硼素を含む種々の配合剤がそれらの材料に添加されて、長期に亘る、静寂な耐磨耗性コーティングに関する所望の結果を生んできた。それらのコーティングの多くは、高いパーセントの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する溶剤を使用して製造されていた。コーティングのＶＯＣ含有量は、米国においては環境保護庁によって厳しく監視および制限されており、他の多くの国においても問題である。健康障害も、解放された吹き付け室におけるコーティングでしばしば使用される、簡単に労働者を汚染し得る溶剤を含有するコーティングの製造者および使用者の問題である。従って、製造者は時々イソシアネート系の２成分型コーティングの使用を制限してきた。但し、そのような制限は、窒化硼素を含む安定な水性塗料を製造する方法の無い産業界に多大な困難性をもたらしている。

既存の溶剤系のコーティングと同様に機能するであろう、ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパー等における使用のための水性コーティングの開発は、有益なことである。そのようなコーティングは、高い耐磨耗性、高い耐候性、良好な離氷性（ice release characteristics）および低騒音を提供しなければならない。そのコーティングは、噴霧、はけ塗りまたは浸漬およびドラッグ（drag）プロセスによって、熱可塑性オレフィン化合物（ＴＰＯ）、熱可塑性バルカネート（vulcanate）化合物（ＴＰＶ）およびエチレン‐プロピレン‐ジエン‐ターポリマー（ＥＰＤＭ）上へ適用可能でなければならない。そのような水性塗料を製造する方法の開発もまた有益である。

本発明は、ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパー、ドアーシール、トランクシール、サンルーフシール、ウインドシールドシール等のためのコーティングに関する。そのコーティングは、高い耐磨耗性を提供し、そして任意に優れた耐候性も提供する水性の配合物を含む。耐磨耗性は、窒化硼素と高分子量のシリコーン樹脂を組み合わせることによって達成される。可撓性および耐候性は、アクリル、ポリウレタンおよびフルオロポリマーの、三種の異なるタイプの樹脂のブレンドによって達成される。本発明はまた、窒化硼素を水に予備分散する工程、および次いでその予備分散された窒化硼素をシリコーン樹脂および他の配合剤と組み合わせる工程を含む、そのようなコーティングの製造方法をも提供するものである。

好ましい態様の詳細な説明
本発明は、ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパー、外部ベルトおよびその類似物における使用のための、高い耐磨耗性と耐候性の両方を有する水性コーティングを開示する。高い耐磨耗性を提供する本発明のもののようなコーティングは、ガラスランチャンネル（glass channel run）に関するフロック（flock）を削除するためにも機能し得る。本発明のコーティングは、窒化硼素の予備分散体および、樹脂のブレンドと他の任意の追加成分を組み合わされたシリコーン樹脂との組み合わせによって達成される。

高い耐磨耗性を有するコーティングは、窒化硼素とシリコーン樹脂との組み合わせによって得られる。その窒化硼素は、１．５〜２．５の比重、および約３０００Ｆの範囲にある融点を有する白色粉末の形である。窒化硼素は、好ましくは、立方体または６角形の構造の形である。最も好ましくは、窒化硼素は６角形の構造の形である。窒化硼素の粒子サイズは、好ましくは、０．１ミクロン〜５０ミクロンである。最も好ましくは、窒化硼素の粒子サイズは１ミクロン〜２０ミクロンの範囲内にある。多数のグレードの窒化硼素が、Ａｄｖａｎｃｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社およびＳａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ Ａｄｖａｎｃｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社を含めた会社から商業的に入手可能である。

コーティングのシリコーン樹脂成分は、好ましくは、約１５，０００ｃｐｓ〜約７００，０００ｃｐｓの範囲内の粘度と共に、約１，０００〜約８００，０００の範囲内の高い分子量を有する。異なる分子量を有するシリコーン樹脂のブレンドも利用され得る。そのようなブレンドの一つが、約１，０００〜約２，５００、約５，０００〜約２０，０００、および約４００，０００〜約８００，０００の範囲内の分子量を有する三種のシリコーン樹脂を有するものである。この目的のために利用可能な高分子量のシリコーン樹脂類には、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社、信越化学工業株式会社、ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社、Ｗａｃｋｅｒ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社およびＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から商業的に入手可能なポリジメトキシシロキサンが含まれる。

ウェザーストリップの第２の重要な所望の特性は、高い耐候性である。この性質は、ウェザーストリップの耐候性を強化する樹脂バインダーの添加によって得られる。上記に挙げられた樹脂バインダー無しでの窒化硼素／シリコーン樹脂組成物は、良好な磨耗特性および低騒音特性を提供するが、外観／耐候性に乏しい。その樹脂バインダーは、好ましくは、アクリル、ポリウレタンおよびフルオロポリマーの三種の成分のブレンドであって、紫外線安定性を有する。好ましい樹脂は、スチレンアクリル、脂肪族ポリエステルポリウレタン並びにフッ素化された（フルオロエチレン‐アルキルビニルエーテル）別のコポリマーまたはフッ素化アクリルコポリマーである。それら三種の樹脂の種々の比率は耐候性の利点を提供するが、約１：１：１〜１：５：１０の範囲内にあるアクリル：ポリウレタン：フルオロポリマーの比が好ましい。

本発明のコーティングにとって好適なアクリル樹脂は、ＥＰＳとしてＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社から、ＡｒｏｌｏｎおよびＥＭとしＲｅｉｃｈｈｏｌｄ社から、ＮｅｏＣｒｙｌとしてＡｖｅｃｉａ社から、そしてＣＡＲＢＯＳＥＴおよびＨＹＣＡＲの商品名でＮｏｖｅｏｎ社から商業的に入手可能である。ポリウレタンは、ＡｌｂｅｒｄｉｎｇｋとしてＡｌｂｅｒｄｉｎｇｋ Ｂｏｌｅｙ社から、ＳｐｅｎｓｏｌおよびＳｐｅｎｌｉｔｅとしてＲｅｉｃｈｈｏｌｄ社から、ＮｅｏＲｅｚとしてＡｖｅｃｉａ社から、そしてＳａｎｃｕｒｅとしてＮｏｖｅｏｎ社から商業的に入手可能である。高ＵＶ安定剤および吸収剤が耐候性も提供する。樹脂バインダーに含まれ得る高ＵＶ安定剤類および吸収剤類としては、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社から商業的に入手可能なＴＩＮＵＶＩＮ、およびＣｈｉｔｅｃ社から商業的に入手可能なＣＨＩＳＯＲＢがある。

追加の添加剤は、良好な離氷性および低騒音に関する所望の利点を提供する。離氷性の利点は、フルオロポリマーと組み合わせたシリコーン樹脂によって提供される。ウェザーストリップの低減された騒音に対する性能も、好ましくはフルオロポリマーと組み合わせた、そして最も好ましくはポリアミドと組み合わせたシリコーン樹脂によって提供される。更なる添加剤、例えば硬化剤、湿潤剤、触媒、アミン、補助溶剤、および架橋剤も、所望により添加されても良い。有用な硬化剤類および架橋剤類には、非限定的に、カルボジイミド、エポキシシラン、エポキシ、メラミン、オキサゾリン、ポリイソシアネート、ポリアジリジン、イソシアネート、ブロックドイソシアネート、アジリジン、メラミン‐ホルムアルデヒドおよびユリアホルムアルデヒドまたはそれらの混合物が含まれる。利用される場合には、その追加の添加剤が、そのコーティングの約１重量％〜約４０重量％の範囲内で、好ましくはそのコーティングの約１重量％〜約２５重量％の範囲内で含まれる。

最終的な液体コーティングは、約０．１重量％〜約２０重量％の範囲内で、好ましくは約０．５重量％〜約５重量％の範囲内で窒化硼素を含有する。その最終的な液体コーティングは、約１重量％〜約４０重量％の範囲内で、最も好ましくは約８重量％〜約２０重量％の範囲内でシリコーン樹脂を含有する。その最終的な液体コーティングは、約４重量％〜約３０重量％の範囲内で、最も好ましくは約４重量％〜約２０重量％の範囲内で樹脂バインダーを含有する。

そのコーティングは、好ましくは、噴霧、はけ塗りまたは浸漬およびドラッグ適用によって簡単にそして均一に適用され得るように、凝固の少ないサスペンションとして製造される。安定な窒化硼素含有コーティングサスペンションを形成するために、最初に窒化硼素を含有する予備分散体を作製する必要がある。窒化硼素と他のコーティング配合剤の一段混合は、満足できる水性コーティングを形成しない。好ましくは、予備分散体が水、好ましくは脱イオン水と共に窒化硼素を含有する。いくつかの添加剤、例えば分散助剤、レオロジー改質剤およびアミンが、その予備分散体に添加されても良い。そのコーティングを完成するために、残りの所望の配合剤がその予備分散体に添加される。シリコーン樹脂、樹脂バインダーおよび他の所望の配合剤の添加の後、適用前にそのコーティングが架橋される。

本発明は、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。
実施例
二つの水性窒化硼素コーティングを形成した。配合物Ａを以下の方法で形成した。脱イオン水および窒化硼素を、分散助剤、レオロジー改質剤アミンおよび防腐剤と共に、表１に示される比率で混合した。

約５％の脱イオン水を除いて、表１に挙げられている全ての配合剤を、白色の生成物に好適なぺブルミル中に投入した。その微粉砕機を１６時間運転して、それらの固体を、予備分散体を形成するために必要な残りの脱イオン水と共に調製した。次いで、その予備分散体を別の容器中に入れて、有機溶剤およびＵＶ物質をその予備分散体に添加した。その混合物を５分間ゆっくりと混合した後、アクリルバインダー、ポリウレタンバインダーおよびフルオロポリマー、高分子量のシリコーン樹脂、水、湿潤剤、ＵＶパッケージ、ポリアミド、カーボンブラック、アミン、補助溶剤並びに塩素化ポリオール、架橋剤および触媒を含む追加の配合剤を、２時間に亘って添加した。その組成物を徹底的に混合し、そしてアンモニアを添加することによってそのｐＨを約９〜１０に高めた。最終的な組成物を容器中で２００メッシュのスクリーンに通して濾過した。窒化硼素、架橋剤、触媒または高分子量のシリコーン樹脂の予備分散体を使用しないこと、そしてレオロジー改質剤、フルオロ界面活性剤および低分子量のシリコーン樹脂を使用すること以外は、同様な工程によって配合物Ｂを作製した。配合物Ｂは、その樹脂ブレンドによってもたらされる、良好な耐候性以外の性能特性を必要としない見掛けのコーティングとして使用することが出来るものである。

それらの配合物を種々の特性について試験した。その試験結果を表２に示す。

表２に示されるように、窒化硼素予備分散体と高分子量のシリコーン樹脂を含有するコーティングが、窒化硼素を含まずそして低分子量のシリコーン樹脂を含む配合物よりも良好な耐磨耗性を生じた。

当業者にとって明らかなように、本発明の精神および範囲から離れることなく、本発明についての多くの変更および修正がなされ得る。ここに開示した特定の態様は例としてのみ提供されるものであって、本発明は、付随する請求の範囲が付与される十分な均等の範囲と共に、請求の範囲の語句によってのみ限定されるべきである。

Claims (42)

1. 窒化硼素、高分子量のシリコーン樹脂、少なくとも１種の樹脂バインダーおよび少なくとも１種の架橋剤を含み、前記少なくとも１種の樹脂バインダーが、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびフルオロポリマーのブレンドを含むものである、高い耐磨耗性および耐候性の水性コーティング。
2. 少なくとも１種の高ＵＶ安定剤、高ＵＶ吸収剤またはそれらの混合物を更に含む、請求項１に記載の水性コーティング。
3. 前記少なくとも１種の樹脂バインダーが、スチレンアクリル、脂肪族ポリエステルポリウレタン、フッ素化アクリルコポリマー、フルオロエチレン‐アルキルビニルエーテル、フッ素化された別のコポリマーまたはそれらの混合物のブレンドを含むものである、請求項１に記載の水性コーティング。
4. アクリル樹脂のポリウレタン樹脂およびフルオロポリマーに対する比が１：１：１〜１：５：１０の範囲内にある、請求項１に記載の水性コーティング。
5. 分散助剤、レオロジー改質剤、アミン、防腐剤、湿潤剤、補助溶剤、カーボンブラック、ポリアミド、塩素化ポリオール、触媒、およびそれらの混合物を含む群の１種以上を含むものである、請求項１に記載の水性コーティング。
6. エポキシ、エポキシシラン、カルボジイミド、メラミン、オキサゾリン、ポリイソシアネート、イソシアネート、ブロックドイソシアネート、アジリジン、メラミン‐ホルムアルデヒド、ポリアジリジン、ユリアホルムアルデヒドまたはそれらの混合物を含む群の１種以上を含むものである、請求項５に記載の水性コーティング。
7. 前記高分子量のシリコーン樹脂が、１，０００〜８００，０００の範囲内の分子量を有するものである、請求項１に記載の水性コーティング。
8. 前記高分子量のシリコーン樹脂が、異なる分子量を有するシリコーン樹脂のブレンドを含むものである、請求項７に記載の水性コーティング。
9. 前記シリコーン樹脂のブレンドが、１，０００〜２，５００、５，０００〜２０，０００、および４００，０００〜８００，０００の範囲内の分子量を有するシリコーン樹脂のブレンドを含むものである、請求項８に記載の水性コーティング。
10. 前記高分子量のシリコーン樹脂がポリジメトキシシロキサンである、請求項７に記載の水性コーティング。
11. ０．１重量％〜２０重量％の範囲内で窒化硼素を含む、請求項１に記載の水性コーティング。
12. ０．５重量％〜５重量％の範囲内で窒化硼素を含む、請求項１１に記載の水性コーティング。
13. １重量％〜４０重量％の範囲内でシリコーン樹脂を含む、請求項１に記載の水性コーティング。
14. ８重量％〜２０重量％の範囲内でシリコーン樹脂を含む、請求項１３に記載の水性コーティング。
15. ４重量％〜３０重量％の範囲内で前記少なくとも１種の樹脂バインダーを含む、請求項１に記載の水性コーティング。
16. ４重量％〜２０重量％の範囲内で前記少なくとも１種の樹脂バインダーを含む、請求項１５に記載の水性コーティング。
17. 前記窒化硼素が立方体または６角形の構造の形である、請求項１に記載の水性コーティング。
18. 請求項１に記載の水性コーティングでコートされた物品。
19. ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパーまたは自動車用シールを含む、請求項１８に記載の物品。
20. 請求項１に記載の水性コーティングを含む、ガラスランのためのフロック交換コーティング。
21. 請求項１に記載の水性コーティングを含む、外部ベルトのための外観コーティング。
22. （ａ）窒化硼素および水を含有する予備分散体を形成する工程、および
    （ｂ）シリコーン樹脂と少なくとも１種の樹脂バインダーと少なくとも１種の架橋剤を該予備分散体に添加する工程
    を含み、前記少なくとも１種の樹脂バインダーが、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびフルオロポリマーのブレンドを含むものである、高い耐磨耗性および耐候性の水性コーティングを製作する方法。
23. 少なくとも１種の高ＵＶ安定剤、高ＵＶ吸収剤またはそれらの混合物を更に含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記少なくとも１種の樹脂バインダーが、スチレンアクリル、脂肪族ポリエステルポリウレタン、フッ素化アクリルコポリマー、フルオロエチレン‐アルキルビニルエーテル、フッ素化された別のコポリマーまたはそれらの混合物のブレンドを含むものである、請求項２２に記載の方法。
25. アクリル樹脂のポリウレタン樹脂およびフルオロポリマーに対する比が１：１：１〜１：５：１０の範囲内にある、請求項２２に記載の方法。
26. 分散助剤、レオロジー改質剤、アミン、防腐剤、湿潤剤、補助溶剤、カーボンブラック、ポリアミド、塩素化ポリオール、触媒、およびそれらの混合物を含む群の１種以上を添加する工程を更に含む、請求項２２に記載の方法。
27. エポキシ、エポキシシラン、カルボジイミド、メラミン、オキサゾリン、ポリイソシアネート、イソシアネート、ブロックドイソシアネート、アジリジン、メラミン‐ホルムアルデヒド、ポリアジリジン、ユリアホルムアルデヒドまたはそれらの混合物を含む群の１種以上を添加する工程を更に含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記高分子量のシリコーン樹脂が１，０００〜８００，０００の範囲内の分子量を有するものである、請求項２２に記載の方法。
29. 前記高分子量のシリコーン樹脂が、異なる分子量を有するシリコーン樹脂のブレンドを含むものである、請求項２８に記載の方法。
30. 前記シリコーン樹脂のブレンドが、１，０００〜２，５００、５，０００〜２０，０００、および４００，０００〜８００，０００の範囲内の分子量を有するシリコーン樹脂のブレンドを含むものである、請求項２９に記載の方法。
31. 前記高分子量のシリコーン樹脂がポリジメトキシシロキサンである、請求項２８に記載の方法。
32. 前記水性コーティングが０．１重量％〜２０重量％の範囲内で窒化硼素を含むものである、請求項２２に記載の方法。
33. 前記水性コーティングが０．５重量％〜５重量％の範囲内で窒化硼素を含むものである、請求項３２に記載の方法。
34. 前記水性コーティングが１重量％〜４０重量％の範囲内でシリコーン樹脂を含むものである、請求項２４に記載の方法。
35. 前記水性コーティングが８重量％〜２０重量％の範囲内でシリコーン樹脂を含むものである、請求項３４に記載の方法。
36. 前記水性コーティングが４重量％〜３０重量％の範囲内で前記少なくとも１種の樹脂バインダーを含むものである、請求項２２に記載の方法。
37. 前記水性コーティングが４重量％〜２０重量％の範囲内で前記少なくとも１種の樹脂バインダーを含むものである、請求項３６に記載の方法。
38. 前記窒化硼素が立方体または６角形の構造の形である、請求項２２に記載の方法。
39. 請求項２３に記載の方法によってコートされた物品。
40. 前記コートされた物品が、ウェザーストリップ、ウインドシールドワイパーまたは自動車用シールを含むものである、請求項３９に記載の物品。
41. 請求項２２に記載の方法によってコートされたガラスランのためのフロック交換コーティング。
42. 請求項２２に記載の方法によってコートされた外部ベルトのための外観コーティング。