JPH02245327A - 改善された水拡散特性を有する熱可塑性基体およびその製造方法 - Google Patents

改善された水拡散特性を有する熱可塑性基体およびその製造方法

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JPH02245327A
JPH02245327A JP2006523A JP652390A JPH02245327A JP H02245327 A JPH02245327 A JP H02245327A JP 2006523 A JP2006523 A JP 2006523A JP 652390 A JP652390 A JP 652390A JP H02245327 A JPH02245327 A JP H02245327A
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transparent thermoplastic
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Gautam A Patel
ガウタム・アンバラル・パテル
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General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、改善された水拡散特性を有するポリカーボネ
ートおよびポリメチルメタクリレートなどのようなある
種の熱可塑性基体、ならびにガラス材料に係る。さらに
特定的にいうと、本発明は、熱可塑性基体の表面に、コ
ロイド状の無機酸化物を含浸するか、またはアクリル樹
脂とコロイド状無機酸化物とのブレンドの形態の有機溶
剤コーティング(塗料)組成物を用いることによって、
こうして処理した基体表面に改善された水濡れ特性と水
拡散特性を付与することに関する。
クララター(Krautter)らの米国特許箱4,5
76.864号に示されているように、水拡散特性を改
善するためにガラス材料などのようなプラスチック材料
を処理する方法が本発明以前に提供されている。その方
法では、まず、極性の基を少なくとも1個含冑する非水
溶性で本質的に非膨潤性のポリマーからなる接着剤層で
プラスチック基体を処理している。たとえば、メタクリ
ル酸ブチルはメタクリル酸メチル、メタクリル酸グリシ
ジルおよびメタクリル酸と混合することができる。
接着剤層を乾燥した後、酸化アルミニウムで変性したア
ニオン性水性ケイ酸ゾルなどのようなコロイド状無機酸
化物を塗布し、処理した基体を次に約80℃までの温度
で5分間乾燥している。このクララター(Krautt
er)らの方法によると、処理されたプラスチック基体
の濡れ特性と水拡散特性は改善されるが、多数の段階の
工程が必要となり、そのため、工業的運転の間高い生産
率を保たなければならないような場合には不都合である
ことが多い。
透明な合成樹脂物品用の曇り防止コーティング(塗膜)
が特願昭51−6193号に示されている。そこでは、
透明な合成樹脂フィルムの表面を処理するのに、コロイ
ドシリカとアルミナの混合物を疎水性アクリル樹脂の分
散液またはエマルジョンと組合せて使用している。しか
し、このコーティングは、特に湿ったときに全く密着性
に乏しいことが報告されている。
したがって、多数の段階の工程を必要とせずに密着度の
良好なコーティングを熱可塑性基体上に設けられる方法
によって、改善された濡れ特性と水拡散特性を有する熱
可塑性基体を提供することが望ましいであろう。
本発明の基礎となった発見は、ポリカーボネート基板や
ポリメチルメタクリレート基板などのような熱可塑性の
基体を、以下で定義するようなアクリル樹脂とコロイド
状無機酸化物(たとえばコロイドシリカなど)の有機溶
剤コーティング組成物で処理すると、改善された水拡散
特性と濡れ特性を熱可塑性基体に付与することができる
ということである。こうして処理された基体は乾燥する
まで加熱する必要はあるが、接着剤層をあらかじめ設け
る必要はまったくない。熱可塑性基体に塗布されて得ら
れるコーティングの密着性も良好であることが判明した
。また、ポリカーボネートやポリメチルメタクリレート
などのような熱可塑性基体の表面に直接含浸させるのに
、ジアセトンアルコールなどのような強い溶剤とコロイ
ドシリカなどのようなコロイド状無機酸化物との混合物
を使用することができることも発見された。処理された
熱可塑性基体の表面はその後高温で乾燥させる。こうし
て処理した熱可塑性の基体は水濡れ特性と水拡散特性が
高まっていることが判明しているが、このプラスチック
基板にはさまざまな金属酸化物コロイドを使用すること
によって新規な性質を付与することもできる。たとえば
、コロイド状の酸化スズでは導電性すなわち帯電防止特
性を、コロイド状の二酸化チタンではUV吸収特性を、
コロイド状の酸化アンチモンでは難燃性を、また、コロ
イド状のシリカおよびアルミナでは反射防止特性を付与
することができる。
発明の説明 本発明によって、改良された水濡れ特性および水拡散特
性を示す実質的に透明な熱可辺性の基体が提供される。
これは、以下の(A)および(B)より成る群の中から
選択された有機溶剤コーティング組成物で熱可塑性の基
体を処理した結果得られるものである。
(A)4〜=60ナノメーターの平均粒子サイズを有す
るコロイド状無機酸化物100重量部当たり3〜50重
量部のアクリル樹脂から本質的に成る混合物の固形分1
〜10%と有機溶剤とのコーティング組成物。
(B)有機溶剤100重量部当たり0. 1〜2重量部
のコロイド状無機酸化物を有するコーティング組成物。
本発明の説明において使用する「熱可塑性基体」という
用語は、1/16’から1/2′までの厚みを有するシ
ート、30ミル以下の厚みを有するフィルム、および第
2図に示されているような構造をもった(構造化)シー
トを意味する。
本発明を実施する際に使用することができる実質的に透
明な熱可塑性基体をいくつか挙げると、たとえば、レキ
サン(LEXAN)ポリカーボネート、ウルテム(LI
LTEM)ポリエーテルイミド、バロックスfvALO
X)ポリエステル[以上はゼネラル・エレクトリック社
(General Electric Company
)製の熱可塑性プラスチックである]、マイラー(My
lar)ポリエステルがあり、特定の例としてはポリエ
チレンとポリプロピレンのシートがある。
本発明の実施の際に使用することができるポリアクリル
ポリマーをいくつか例示すると、ポリメチルメタクリレ
ートおよびそのコポリマー、ポリエチルメタクリレート
およびそのコポリマー、ならびにポリブチルメタクリレ
ートおよびそのコポリマーがある。これらの材料は、デ
ュポン・ド・ヌムール社(the DuPont do
 Ncmours Company)がらエルバサイト
(ElvaciteR)アクリル樹脂として入手できる
。これらのバインダーは熱可塑性で有機溶剤に可溶であ
る。さらに、コポリマーは、ヒドロキシル、カルボン酸
またはグリシジルなどのような官能基を1個以上含んで
いてもよく、これはメラミンホルムアルデヒド樹脂など
のような適切な架橋剤を用いてさらに架橋することもで
きる。このバインダー系はアクリル系のみに限られるわ
けではない。ポリウレタンおよびポリ塩化ビニルおよび
そのコポリマーなども使用することができる。
アクリル樹脂の別の一群は水溶性で水を主材とする系に
分散できる。この群の材料は、熱可塑性でも熱硬化性で
もあり、ビー・エフ・グツドリッチ社(B、P、 Go
odrlch Company)からカーボセット(C
arbosctR)樹脂として入手できる。
本発明の実施の際に使用する有機溶剤コーティング組成
物のもうひとつの必須成分はコロイド状無機酸化物であ
り、これにはコロイド状の金属酸化物、たとえばアルミ
ナ、酸化アンチモン、酸化スズ、二酸化チタン、酸化セ
リウム、シリカおよびこれらの混合物などを使用するこ
とができる。
平均直径が約4〜約60nmのコロイドシリカが好まし
い。コロイドシリカは、サブミクロンサイズのシリカ(
S i02 )粒子が水性またはその他の有機溶剤媒体
中に分散したものである。コロイドシリカの分散液は、
たとえばデュポンやド拳ヌムール社(DuPont d
e Nemours Company)およびナルコ・
ケミカル社(Nalco Chemical Comp
any)などの化学品製造会社から入手可能である。コ
ロイドシリカは酸形態または塩基形態のいずれかで入手
できる。アルカリ性のコロイドシリカは激しい攪拌下で
HCIやH2SO4などのような酸によって酸形に変換
できる。
これらのコーティング組成物中に使用するのに適当なコ
ロイドシリカの例は、米国イリノイ州シカゴのナルコ・
ケミカル社(Nalco Chemical Comp
any)から人手できるナルコーグ(Nalcoag)
 1034Aである。ナルコーグ(Nalcoag) 
1034 Aは、高純度で酸性pHの水性コロイドシリ
カ分散液であり、N a 20含量が低く、pHが約3
,1、S i 02含量が水中約34ffi量%である
。別のタイプのコロイドシリカは、デュポン・ド・ヌム
ール社(DuPont da Namours Com
pany)から入手可能なルドックス(Ludox) 
AMであり、この場合のコロイドシリカの表面は酸化ア
ルミニウムで変性されている。
コロイドシリカの別の好ましい源は、ナルコ・ケミカル
社(Nalco Chea+1cal Company
)からエチレングリコールモノプロビルエーテル溶媒中
30重量%の平均直径2QnmのS t 02として入
手可能なオルガノゾルである。この製品は84SS25
8と称されている。また、オルガノゾルは他のアルコー
ルもしくはグリコールエーテルタイプまたはジメチルホ
ルムアミド溶媒中でも調製することができる。オルガノ
ゾルとアクアゾルはいずれもこの系でコロイドシリカの
源として使用することができる。
本発明の溶剤または有機コーティング組成物中に使用す
ることができる有機溶剤としては、たとえば、イソアミ
ルアルコール、シクロヘキサノール、2−エチルヘキサ
ノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、
エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコー
ルブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテ
ル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレ
ングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールメ
チルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル
、およびトリプロピレングリコールメチルエーテルがあ
る。
以上挙げた通常の溶剤の外に、強力なポリマー溶剤また
はそれと上記のアルコール類またはグリコールエーテル
類との混合物を使用することができる。強い溶剤はたく
さんの群の物質の中から選択することができ、たとえば
、ケトン類、芳香族炭化水素類、クロロ炭化水素類、エ
ステル類、エーテル類、アミド類などがある。たとえば
、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチ
ルアミルケトン、イソホロン、ジアセトンアルコール、
シクロヘキサノン、トルエン、メチレンクロライド、グ
リコールエーテルアセテート、テトラヒドロフラン、エ
チレングリコールメチルエーテル、カルピトール(ca
rbitol)  [ユニオン・カーバイド社(Uni
on Carbide Corp、)製]、プロピレン
グリコールメチルエーテルおよびジメチルホルムアミド
がある。
溶剤ブレンドは、ポリマー溶解性、揮発性および加工特
性の適切な組合せが得られるようにするべきである。溶
剤ブレンドは、通常の溶剤と、5〜50重量%の強い溶
剤とで構成することができる。強い溶剤の量を調節して
、ポリマー溶解性と揮発特性は最適にしながら、熱可塑
性基体のクレージングまたは曇りを最小にすることがで
きる。
さらに、本発明のコーティング組成物は、場合によって
、シランカップリング剤またはジルコニア−アルミニウ
ム金属有機錯体および非イオン性界面活性剤または湿潤
剤を少量含存していてもよい。
当業者がさらに容易に本発明を実施できるように、以下
に図面を参照しながら本発明を説明する。
第1図は、1 (a) 、1 (b)および1(C)で
、表面にいろいろな接触角の水滴が付いている熱成形可
能すなわち熱可を性の基体の側面図を示す。
第2図には、典型的な構造をもったプラスチックシート
の等角図と側面図が示されている。
さらに詳しく見てみると、第1(a)図には、未処理の
プラスチックシート11上に水滴10が示されている。
この水滴は大きい接触角を示している。第1(b)図に
は、本発明を実施して得られる厚さが約0.01〜1ミ
クロンの硬化した無機酸化物−ポリアクリレートコーテ
ィング21でコートされたプラスチック基体20と、小
さい接触角の水滴22が示されている。第1(C)図に
は、処理されたプラスチック基体上で完全に拡散した水
滴30が示されている。第2(b)図は、UV吸収層4
0、無機酸化物−アクリレートコーティング41、およ
び水層32を示している。
本発明の方法を実施する際、熱可塑性シートは、コロイ
ド状無機酸化物の溶剤含浸によるか、または、コロイド
状無機酸化物とポリアクリレートのブレンド(これは有
機溶剤コーティング組成物の形態で熱可塑性シートの表
面に塗布することができる)を使用することによって、
コロイド状無機酸化物で処理することができる。無機酸
化物コーティングを施した後、処理した熱可塑性シート
を室温で風乾し、次いで空気循環式オーブン中で5〜2
0分間90〜130℃の範囲の温度に加熱乾燥する。
熱可製性シート(これはすでに定義したようにフィルム
と構造化されたシートを含む)は、また、コロイド状無
機酸化物で処理しその後処理した基体を乾燥することも
できる。
熱可塑性のシートを処理するには、熱可塑性シート表面
にコロイド状無機酸化物を直接溶剤含浸させることもで
きるし、あるいはコロイド状無機酸化物をコロイド状無
機酸化物−アクリレートコーティング(塗料)として塗
布することもできる。
コロイド状無機酸化物コーティング(塗膜)の厚みは約
0.01〜1ミクロンであり、0.05〜0.5ミクロ
ンが好ましい。
熱可塑性シートまたは基体の処理は、流し塗り、吹付け
、ローラコーティング、浸漬、またはカーテン塗装など
のような通常の手段によって行なうことができる。
ジアセトンアルコール単独かまたはこれとグリコールエ
ーテル溶剤との混合物などのような強い有機溶剤を使用
すると、熱可辺性の基体に直接含浸させることができる
。約0.1〜2重量%のコロイド状無機固形分を含む溶
成を使用すると盲動な結果を得ることができる。含浸後
、処理した基体は、空気循環式オーブンまたはIRラン
プ列などのような加熱手段を使用して90〜130℃に
加熱することができる。
無機酸化物−アクリレート混合物の有機溶剤コーティン
グ組成物を使用する場合、コロイド状無機酸化物100
重量部当たり3〜50重量部のポリアクリレート樹脂を
有し、固形分濃度が1〜10%のものを使用することが
できる。すでに記載したような装置を使用して90〜1
30℃の範囲のベーキング温度を使用することができる
本発明を実施することによって処理された熱可塑性シー
トは温室、天窓およびアーケードの屋根材として使用す
ることができる。フィルムを使用する場合、改良された
サングラスやスキー用ゴーグルも作成できる。
すでに定義したようなコロイドシリカとポリアクリレー
トの硬化したコーティングは固形分基準で65〜95重
量%のシリカを含をできることが判明した。接触角を2
0″以下とするには80重量%より多いシリカが必要で
あることが判明している。
当業者が本発明をより容易に実施できるように、限定で
はなく例示のために以下の実施例を挙げる。
部とあるのはすべて重量部である。
実施例1 ジアセトンアルコール中にコロイドシリカを0゜3ph
s (溶剤100部当たりの部)または0゜6phs含
存する有機溶剤コーティング組成物(以下、それぞれ、
組成物AまたはBという)をレキサン(Lexan)ポ
リカーボネートシート(6′X12’ Xi/8’ )
の表面に含浸した。次に、処理したポリカーボネートシ
ートを室温で2〜3分風乾した後、126℃の空気循環
式オーブン中で20分間加熱乾燥した。コロイドシリカ
ゾル84SS258は、エチレングリコールモノプロピ
ルエーテル中に平均直径20nmのS i92を30重
量%含んでなり、ナルコ・ケミカル社(Nalco C
hea+1cal Company)から入手したもの
である。
コーティング組成物CとDも使用した。これらは、ポリ
メチルメタクリレートであるエルバサイト(Elvac
lte) 2041 [イー・アイ・デュポン・ド・ヌ
ムール社(E、1. DuPont de Nemou
rs Company)製]またはそのコポリマーであ
るエルバサイh (Elvaclte) 2014を同
じ溶剤系でコロイドシリカと混合して得られたものであ
る。また、これらのコートされたレキサン(Lexan
)ポリカーボネートシートを流し塗りでも処理し、同じ
手順に従って乾燥させた。以下の結果が得られた。
上の結果が示しているように、本発明を実施して処理さ
れたレキサン(Lexan)ポリカーボネートシートで
は、接触角が75″である未処理のレキサン(Lexa
n)ポリカーボネートシートと比べて、水の接触角が改
善された。また、コーティング組成物Cで処理されたレ
キサン(Lexan)ポリカーボネートシートは、65
℃の湯に31日間連続して浸漬した後も接触角12°の
ままであることも判明したが、これは接着および水に対
する耐性が良好であることを示している。
実施例2 実施例1の手順に従って別のコーティング組成物(E%
F、GSH)を調製した。これらのコーティング組成物
は、重量部(pbw)で75/25.50150および
25/75のジアセトンアルコールとドワノール(Do
vanol) PM [ダウ・ケミカル社(Dov C
hemical Coalpany)製コとで構成され
ていた。これらのコーティング組成物を使用してレキサ
ン(Ley+an)ポリカーボネート構造化シート(第
2図参照)を処理した。以下の結果が得られた。
の効果と接触角をDI定するために実施例1と2の手順
に従って研究を行なった。以下の結果が得られた。
表  3 上の結果は、未処理の構造化レキサン(Lexan)ポ
リカーボネートシートの場合の接触角75°と比べて大
きく低下した接触角が本発明のコーティング組成物を使
用して得られたことを示している。
また、ジアセトンアルコール/ビワノール(Dovan
ol)PMを使用したコーティング組成物の組成は接触
角にあまり影響を及ぼさずに大きく変化させることがで
きることも示されている。さらに、コーティング組成物
EとFは、65℃の湯に19日間連続して浸漬した後1
2@と14°の接触角を示していることも分かった。コ
ロイドシリカ濃度上記の結果は、水の接触角を20°以
下とするのに最適なSiO2のレベルが固形分基準で約
85重量%であることを示している。さらに、酸化スズ
などのような他の金属酸化物も水の接触角を低下させる
ために使用することができることも判明した。たとえば
、固形分として90重量%の酸化スズおよび10%のハ
イカー(Ilycar)  [ビー・エフ・グツドリッ
チ社(B、P、 Goodrich Company)
製]すなわち熱硬化性アクリルポリマーエマルジョンを
含有するひとつのコーティング組成物はレキサン(Le
xan)シート上で27°の接触角を示した。
実施例4 基体に対するコロイドシリカコーティングの接着力の度
合を測定する目的で、実施例1の手順に従って別のコー
ティング組成物を調製してレキサン(Lexan)ポリ
カーボネート構造化シート上で使用した。スコッチ(S
cotch)テープ接着試験を使用し、コーティングの
乾燥後処理したレキサン(Lexan)ポリカーボネー
トに幅1インチの3M−610テープを貼り付けた。そ
の後、テープを引き剥がし、基体をイソプロパツールと
水で洗浄し、乾燥した後接触角を測定した。接触角が最
初の値の約1.5〜2倍に増大したものをこの接着試験
に不合格と考えた。以下の結果が得られた。ここで、「
+」の記号は試験を中断したときに不合格ではなかった
ことを示す。
上記の結果は、エルバサイト(Elvacite)アク
リル樹脂と組合せてコロイドシリカを含有するコーティ
ング組成物の場合に改良された結果が得られたことを示
している。
実施例5 5ナノメーターサイズのコロイドシリカ14゜5%を水
中に含むナルコーグ(Nalcoag) 2326[ナ
ルコ・ケミカル社(Nalco Chemical C
oa+pany)製]を使用してコーティング組成物を
調製した。
このコロイドシリカゾルをドワノール(Dowanol
)PMとジアセトンアルコールとの混合物と混合した。
次の表にコーティング組成物と得られた結果を示す。
表   5 上記の結果は、エチレングリコールモノプロビルエーテ
ルなどの溶剤を含まないコロイドシリカを使用して表面
に含浸したコロイドシリカの場合も改良された接着を達
成することができるということを示している。得られた
接着力は65°Cの湯に浸漬して20日よりも大きかっ
た。
上記実施例は本発明の方法およびそれによって得られる
処理された熱可塑性基体の実施の際に使用することがで
きる非常に多くの変形のうちのほんの二、三の例に指向
されているが、本発明は、これらの実施例の前に記載し
たようにずっと広範囲の各種熱可塑性基体ならびにコー
ティング組成物にも関するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第1a、lbおよびIC図はそれぞれ、いろいろな接触
角の水滴が表面に付いている熱成形可能すなわち熱可塑
性の基体の側面図である。 第2aおよび2b図はそれぞれ、典型的な構造をもたせ
たプラスチックシートの等角図と側面図である。 10.22・・・水滴、11・・・未処理のプラスチッ
クシート、20・・・コートされたプラスチックシート
、21.41・・・無機酸化物−ポリアクリレートコー
ティング、30・・・完全に拡散した水滴、32・・・
水層。 40・・・UV吸収層。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(A)4〜60ナノメーターの平均粒子サイズを
    有するコロイド状無機酸化物100重量部当たり3〜5
    0重量部のアクリル樹脂から本質的に成る混合物の固形
    分1〜10%と有機溶剤とのコーティング組成物、およ
    び (B)有機溶剤100重量部当たり0. 1〜2重量部のコロイド状無機酸化物を有するコーティ
    ング組成物 より成る群の中から選択された溶剤ブレンドで熱可塑性
    基体を処理して得られる、改良された水濡れ特性および
    水拡散特性を示す実質的に透明な熱可塑性基体。
  2. (2)請求項1記載の実質的に透明な熱可塑性の構造化
    されたシート。
  3. (3)請求項1記載の実質的に透明なポリカーボネート
    シート。
  4. (4)請求項1記載の実質的に透明なポリメチルメタク
    リレートシート。
  5. (5)厚みが約0.01〜約1ミクロンの無機酸化物−
    ポリアクリレートコーティングを有する、請求項1記載
    の実質的に透明な熱可塑性シート。
  6. (6)ジアセトンアルコールとコロイドシリカとの溶剤
    ブレンドで溶剤含浸されたものである、請求項1記載の
    実質的に透明な熱可塑性シート。
  7. (7)請求項1記載の実質的に透明な熱可塑性フィルム
  8. (8)アクリル樹脂とコロイドシリカとの溶剤ブレンド
    で処理されている、請求項1記載の実質的に透明な熱可
    塑性シート。
  9. (9)コロイド状無機酸化物がコロイドシリカである、
    請求項1記載の実質的に透明な熱可塑性シート。
  10. (10)有機溶剤がグリコールとグリコールエーテルと
    の混合物である、請求項1記載の実質的に透明な熱可塑
    性シート。
  11. (11)有機溶剤がジアセトンアルコールとグリコール
    エーテルとの混合物である、請求項1記載の実質的に透
    明な熱可塑性シート。
JP2006523A 1989-01-17 1990-01-17 改善された水拡散特性を有する熱可塑性基体およびその製造方法 Pending JPH02245327A (ja)

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