JPH05507512A - 重合体基体へのポリシロキサンコーティングの接着性を改善する方法及びそれにより製造された生成物 - Google Patents
重合体基体へのポリシロキサンコーティングの接着性を改善する方法及びそれにより製造された生成物Info
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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】
発明の名称
重合体基体へのポリシロキサンコーティングの接着性を改善する方法及びそれに
より製造された生成物関連出願への交叉参照
本明細書は1990年4月3日に出願された出願番号0715i、6.420号
の部分継続出願である。
発明の背景及び技術分野
本発明は、重合体基体へのポリシロキサンコーティングの接着性を改善する方法
に関する。市販の入手可能なンtツカ及び有機シラノールは摩耗強さく摩擦に対
する耐久力)を得るには有効であるが、このようなコーティングは、高湿度及び
/または太陽光に露光されるという条件下ではふくれや接着性の損失を増長する
傾向にある。
光学的な透明性が望まれる用途では、コーティングと基体の間の接着性が失われ
ることによって望ましくない曇りや斑点が発生しうる。本発明は前記条件に暴露
された時にポリシロキサンコーティングの重合体基体への接着性を改善する方法
及びこのような改善された特性を有する生成物に関するものである。
先行技術:
米国特許第4.177、315号及び欧州特許第0157030号には、本発明
の方法において使用するのに適したポリシロキサン溶液処方物が記載されている
。
米国特許第3.986.997号、同第4.027.073号及び同第4、46
9.743号には摩耗抵抗性のシラノールコーティングを有するポリエチレンテ
レフタレートのポリビニルブチラールラミネートとそれらの製造が開示されてい
る。
発明の要約
本発明は、重合体基体へのポリシロキサンコーティングの接着性を改善する方法
及びこの方法を用いて製造した生成物を提供するものである。
シリカのヒドロシル及び三官能性シランの混合物から製造されるポリシロキサン
コーティングは、透明性と良好な摩耗抵抗性を提供するものである。これらのコ
ーティングは初期には優れた性質を有するが、時間と共にこれらは特に高湿度及
び/または太陽に露光されるという条件下でふくれを生じ基体への接着性を失う
。
ここで本発明者らはこの性質の劣化がこのようなコーティング中に存在するIA
族金属からのアルカリ金属陽イオン、通常ナトリウムの存在により生じるという
ことを見い出した。このアルカリ金属陽イオンはシリカヒドロシルに由来してお
り、このシリカヒドロシルはこのような陽イオンにより安定化されているのであ
る。
本発明は、ポリシロキサンコーティング溶液からアルカリ金属陽イオンを除去し
て著しく改善された長期間にわたる耐久性すなわち(1)ふくれがないこと、(
2)著しく改善された基体への接着性、(3)光学的透明性の損失かないこと、
及び(4)以下に述べるような与えられた−定の程度の摩損抵抗性の損失がない
こと:を有する、ポリシロキサンコーティングを提供することを含むもので本発
明によるとアルカリ金属陽イオンは、(1)溶液を調製する前にシリカヒドロシ
ルについて、(2)溶液が調製され縮合を促進のためのエージングをした後で、
または(3)ヒドロシル/塩水混合物を加水分解し、希釈し次いで後に縮合を促
進のためのエージングをした後でイオン交換して除去される。これらのうち方法
(2)が好ましい。(1)により製造された溶液は方法(2)により製造された
溶液と同じくらい高い摩損抵抗性は示さない。方法(2)により製造された溶液
はイオン交換が行われた後すぐに溶液をコートした場合により良好な摩損抵抗性
を示す。
本発明により処理されるポリシロキサンコーティング組成物は上記の特許及び欧
州特許(これらの開示は参照により本明細書に組み込まれるものとする)中に述
べられている方法により製造されうる。このコーティング溶液は好ましくは、(
a)シリカ約10〜70重量%及び一般式R31(OH)s (式中、Rはメチ
ル及び約40%までのビニル、フェニル、3−グリンドキンブロビル及び3−メ
タクリロキシプロピル、アミノ官能性シランからなる群より選ばれる基から選ば
れるものとする)の部分的に重合した有機シラノール約90〜30重量%からな
る固体約5〜50重量%、及び(b)水約10〜90重量%及び低級脂肪族アル
コール約90〜10重量%からなる溶媒約95〜50重合%:を含むものである
。
アルカリ金属陽イオンはイオン交換技術により最もよく除去される。一つの方法
はヒドロシルまたは出来上がったポリシロキサン溶液を■“型の陽イオン交換樹
脂の中を通過させアルカリ金属イオンをふくれまたは接着性の損失を生じないイ
オンと置きかえることである。陽イオン交換樹脂をH+型で、そして陰イオン交
換樹脂をO11〜型で順々にかまたは混合11”10H−イオン交換床として使
用して、ヒドロシルまたはコーティング溶液を脱イオン化することが有利である
ことが見い出された。このような脱イオン化によりアルカリ金属陽イオン、例え
ばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウム:並びに隘イオン
、例えばクロライドイオン及びサルフェートイオンは除去されそしてこれらは水
と置きかえられる。脱イオン化されたヒドロシル及びコーティング溶液はシリカ
粒子上に残されたシラノール(珪酸)基のため酸性である。混合床樹脂は良好に
機能する。このような混合床は一般的に■゛及び011−樹脂を50150の比
率で含むが、本発明の目的のためには、他の比率を用いることもできる。例えば
ヒドロシル中のカチオン/アニオンの比率は非常に高いので、H1樹脂の容量が
50%よりも高い混合床樹脂は非常に有用でありかつ樹脂の寿命を伸ばす。
イオン交換によるアルカリ金属陽イオン除去の効果はヒドロシルまたはポリシロ
キサン溶液のp■を測定することによりモニターすることができる。効果的に脱
イオン化されたヒドロシルはp[+が2.5〜2.8そして最終的なコーティン
グ溶液はplTが300〜3.55と測定される。特定の商業的な用途では、一
般的にアルカリ金属を含まなl、N塩基または塩基性塩を用いてplTを上方に
、すなわち6.0以上に調節するのが好ましい。
本発明で使用されうるイオン交換樹脂の中には、強酸、強塩基タイプのものが含
まれる。l0NACONi1−60とNi[−75の品番のものは組成が同一で
あるが、Nドア5のは保有有機物をより高い程度に精製しである。これらの品番
のものは強酸陽イオン樹脂及び強塩基陰イオン樹脂の1/1混合物である。この
2つの樹脂はそれぞれを分離することもできそして単独で順次用いてコロイド状
のシリカまたはポリシロキサン溶液を脱イオン化することができる。
使用されつる他の市販されていて入手可能な樹脂の中には強酸性樹脂型の例えば
ダウケミカル社で製造されたDOWEX @504g (20〜50 メツ’/
ユ、■゛型’ 、DOIEII−X8(20〜50メツシユ、強塩基性陰イオ
ン樹脂(スチレンーンビニルベンゼンアルキル四級アミン型)、及び同様のDO
WE12−X8樹脂及びローム アントノ\−ス社で製造された^MBEliL
fTE■IR−120plns及びIR−122強酸強酸陽イオン樹脂チレンー
ンビニルベンゼンスルホン酸型)及び^MBERLITE@ If?^−400
及びIRA−402強塩基陰イオン樹脂(スチレン−ジビニルベンゼン四級アミ
ン型)及び混合床樹脂の^MBERLITE@ JIB−1が含まれる。
態、すなわちH″″の形態のスルホン酸基を有するスチレン−ジビニルベンゼン
共重合体から製造された強酸ゲル形態のものである。他のビーズ粒径のものも使
用できるが一般的に使用されるビーズの粒径は標準の16/ 50のものである
。l0NAC@H−60及びNドア5樹脂中に用いられるカチオン性樹脂は、l
0NACOC−267の品番のものであって16150メツシユサイズのスチレ
ン−ジビニルベンゼンスルホン酸型の共重合体活性形態を有する強酸ゲルタイプ
のものである。この樹脂は高純度水への適用に好ましいばかりでなく標準的な混
合床及び二重床系への適用にも好ましいものである。DOWEX@ 501は同
じタイプ及び組成の陽イオン樹脂である。
好ましい陰イオン樹脂はスチレンージビニルベンゼ・ン四級アンモニウム共重合
体構造を有する強塩基タイプのものである。L、5150メツシユのビーズ粒径
が好ましいが他のビーズ粒径も使用することができる。樹脂は塩基、(Ofl→
の形態で使用されなければならない。l0NAC■Nトロ0及びNドア5の品番
で使用される陰イオン樹脂はl0NAC’ 5ASB−IP樹脂であり、これは
有機物の汚染に対して良好な抵抗性を有する水の脱塩用の標準的な多孔性陰イオ
ン交換樹脂として記載されている。DO’fEX■2−8xは同様の陰イオン交
換樹脂である(IONACは5ybron社のl0NACChe−mica1部
門により製造されたイオン交換樹脂用の商品名である)。
l0NAC@NM−60及びNM−75引脂は半導体産業用の超高純度樹脂であ
るため゛好ましい。これらは望ましくない有機物(例えばアミン)を摩損抵抗性
のコーティング溶液に導入することはない。
陽イオン及び陰イオン樹脂は混合して一緒に使用することもできるし、また別々
に順に使用もすることができる。脱イオン化は混合樹脂を用いて行うのが好まし
い。
陰イオン樹脂を用いることは必ずしも必要ではないが、しかし両方の樹脂で脱イ
オン化された溶液またはコロイド状シリカは一般的により安定で酸性が少ない。
本発明の好ましい実施態様では■4型の陽イオン樹脂及び0■−型の唸イオン樹
脂を含む混合床がポリシロキサンコーティング組成物を処理に用いられる。
乾燥されたコーティング中の非吸蔵アルカリ金属の濃度は良好なコーティング接
着性を保持し使用中のふくれの形成を最小にするには23X 10−’モル/g
より低く、好ましくは13X10−’モル/gより低くなければならない〔コー
ティング溶液のpp■濃度は式Cx10,000xMxP(ここでCは乾燥した
コーティング中のアルカリ金属のモル/gの濃度でありMはアルカリ金属の原子
量でありそしてPはコーティング溶液中の固体%である)により測定することが
できる〕。酢酸ナトリウムについては乾燥コーティング中1.560ppmまた
は20.0%固体含有浴中で310ppmの量である。
ナトリウムを除去するとコーティングの耐久性は改善されるがコーティング硬化
の挙動に可なりの変化を生じる。ナトリウムはポリシロキサンコーティングの硬
化触媒として作用する。特に塩基性カルボン酸塩、例えば酢酸ナトリウム、プロ
ピオン酸ナトリウムまたはギ酸ナトリウムの場合がそうである。しかしながら塩
化物のような中性の形態でもそれは効果的な触媒である。MgやCa同様すべて
のアルカリ金属はコーティングを硬化する時にこの触媒硬化を示す。ヒドロシル
の脱イオン化または■゛もしくはNH4”でナトリウムを置換することにより、
最終的なポリシロキサン溶液は、コートされて室温で乾燥された時に軟かく、そ
して時には粘着性のコーティングが得られる。100℃で乾燥またはさらに10
0°〜150℃で硬化させた後でさえコーティングはナトリウムイオンを含むコ
ーティングよりも軟かかった。
脱イオン化ポリシロキサン溶液中のアルカリ金属塩硬化触媒の欠乏を克服するた
めに2つの試みが開発された。
第1の試みは、ナトリウム含有ヒドロシルを用いてポリシロキサン溶液を製造し
これを通常時間エージングしてシランを十分に縮合させ、次いでこの溶液をコー
ティングのすぐ前に脱イオン化する。エージングは溶液を約5℃〜80℃の温度
に300〜5時間維持して行われる。この試みではナトリウムがないにもかかわ
らずコーティングは適切に硬化される。
第2の試みでは脱イオン化に次いで、ふくれ及び/または接着性の損失を回避す
るのに十分に低い濃度で、硬化触媒を添加する。アルカリ金属塩、例えば酢酸ナ
トリウム、塩化カリウムはふくれを生じたり、接着性を損失することなしに硬化
を触媒化させるような低濃度では許容することができる。これらの触媒は乾燥さ
れたコーティング19あたりI X 10−’〜23X 10−’モル/gそし
て好ましくは、乾燥されたコーティング中13X 10−’モル/9の濃度で脱
イオン化されたポリシロキサン溶液に加えることができる。
アルカリ金属はど塩基性ではないある種の非アルカリ金属カチオンを脱イオン化
ポリシロキサン溶液に加えることによって硬化を触媒化し、強乾燥され長期間に
わたって著るしい耐久性が維持されるコーティングが得られる。コーティング組
成物に使用されつる硬化触媒は広く変化させることができる。代表的な触媒には
適度な濃度で使用された場合にコーティングにふくれまたは接着性の損失を生じ
ない触媒として作用する四級アンモニウム塩、例えばテトラメチルアンモニウム
酢酸、テトラブチルアンモニウム酢酸及びベンジルトリメチルアンモニウム酢酸
、及びテトラメチルアンモニウムクロリド並びに他の触媒が含まれる。これらの
触媒は乾燥されたコーティング1gあたり1×10−8〜48.5X10−’モ
ル/gの濃度で、そして最も好ましくは乾燥コーティング1gあたり20X 1
0−’モル/9の濃度で、脱イオン化されたポリシロキサン溶液に加えることが
できる。溶液中のアルカリ金属塩濃度に関して与えられた上記式は、四級塩及び
他の触媒についても同様に適用される。これらの触媒は、開始時またはエージン
グ工程の後に脱イオン化され希釈されたポリシロキサン溶液へ加えることができ
る。触媒は硬化された(乾燥された)コーティングの総重量に基づいて約0.0
004〜5重量%そして特には約0.001〜1.6重量%供給するのに十分な
濃度で存在するのが好ましい。最適な量はテトラメチルアンモニウム酢酸よりも
多量に使用されるテトラブチルアンモニウム及びベンジルエチルアンモニウム酢
酸と共に用いられる特定の触媒の量の如何によって変化する。
本発明は、例えば自動車用の風防ガラス及びサイドライト(sidelite)
、あらゆる種類の窓及びドア、プラスチックの眼鏡並びに例えば器具、びん等
におけるような摩損抵抗性が必要とされる非光学的領域における適用において利
用性が見い出された。
本発明は、さらに以下の特定の実施例により例証されるが、この中で部及び%は
別記しない限り重量によるものとする。
実施例 1
本実施例は酸性ポリシロキサンコーティング浴とpH6,2を有する標準的な浴
を比較したもので、これらはいずれもアルカリ金属カチオンを除去するために処
理されてはいない。
2つのコーティング溶液を調製した。溶液“A“は6N塩酸でpH3,28に酸
性化されたLUDOX@ LSコロイド状シリカを用いて調製された。一方溶液
“B”は氷酢酸でpH4,9に酸性化されたLUDOX[F]LSを用いて製造
された。各々のLUDOX[F]溶液は次いで添加直前にプレミックスされた2
種類のシランと混合された。LUDOX@/シラン混合物はシランが加水分解さ
れるまで20℃で撹拌された。次いでこの2つの混合物をイソプロパツール(I
PA)/水 2:1の溶液で1:1に希釈してコーティング溶液を形成させた。
処方は表1に示す。
コロイド状シリカ (pH=3.28、HCl) (pH=4.90、FIC,
H30□)Z−607080,8g80.89
メチルトリメトキシシラン
(Dog Corning)
A−1878,4q 8.49
3−グリシドキシプロピル
トリメトキンンラン
(L!n1on carbide)
2:1イソプロパツール/ 199.4 y 1.99.4 g水溶液
調製し終わった各溶液を4−ミル厚の火炎処理されたポリエチレンテレフタレー
ト(PET)フィルム上にコートし室温で乾燥し次いで150℃のエアーオーブ
ン中で30分間硬化させた。火炎処理は酸素の比率に対して高い燃料を有する還
元炎を用いて実施された。次いで各コートされたフィルムの試料を2時間沸騰水
に浸した。沸騰させた試料を示差干渉対照顕微鏡(a differentia
linterface contrast ll1icroscope)を用い
てふくれの検査をした。どちらの試料も重度のふ(れを生じていた。そのデータ
を表2に示す。
A 3.760 0.075
B 4.550 0.066
溶液のpHも使用した酸の種類もふくれの生成には影響しなかった。
実施例 2
この実施例は、コロイドシリカを酸性化するための異なるカルボン酸の使用が得
られるポリシロキサンコーティングのふ(れ生成の挙動を消去するものではない
ことを示している。
3つのポリシロキサン溶液をLUDOX@ LSコロイド状シリカを用いて製造
したが各溶液ではポリシロキサン溶液製造の前に異なるカルボン酸を用いてコロ
イド状シリカを酸性化させた。各々の場合、LtlDOXOLSをpH,9に酸
性化した後に塩混合物を添加した。いずれの溶液もアルカリ金属イオンを除く処
理をしなかった。処方を表3に示す。
表 3
plIを調節するのに用いた酸 酢 酸 プロピオン酸 ギ 酸コロイド状シリ
カ 110.29 1.10.29 110.29Z−6070シラン 80.
8 g80.8 q 80.89A−187シラン 8.4 q 8.49 8
.4 q2:1イソプロパツール/水 1909 1.909 1.909火炎
処理したポリエステルフィルムを各々の溶液でコートし空気乾燥し、次いでエア
ーオーブン中1.50℃で30分間硬化させた。次いで各コートされたフィルム
の試料を60分間沸騰水に浸漬した。総てについてふくれを検査した。結果を表
4に示す。
表 4
ふくれの分布及びサイズ
2 A 1.690 0.084
2 B 2.810 0.063
2 C4,3060,078
異なるアニオンによってはいずれもふ(れは除かれなかった。
実施例 3
これはイオン交換を用いてポリシロキサンコーティングからイオンのナトリウム
を除去する・ことを例証するものである。
LUDOX■AS−40は平均直径22niのシリカ粒子40重量%含むコロイ
ド状ソリ力アクアゾルである。これはアンモニウムイオンにより安定化されるが
、かなりの量のナトリウムも含んでいる。二つのポリシロキサン溶液を製造しそ
して試験した。LUDOX@AS−40を用いた溶液3Aを脱イオン水で固体3
0%まで希釈した。この希釈したゾルを氷酢酸でptl=4.9に調節した後塩
水を加えた。LUDOX[F]AS−40を用いた第2の溶液3Bもまた脱イオ
ン水で固体30%まで希釈するが次いで、■+型のDovex@50W陽イオン
交換樹脂を充填したイオン交換カラムを通過させた。これはLUDOX@からア
ンモニウム及びナトリウムイオンを水素イオンと交換して取り除くために行なわ
れた。Dowex[F]501を2回通過させるとLtlDOXOのpHは9,
2から2.42へ下降した。イオン交換されたLUDOX[F]は固体含有量2
3.3%を有し、そして用いられたシランの量は、適切に調節された。処方は以
下の表5に示す。
Z−6070ノラン go、 8 q 51.、259A−187シラン 8.
4 q 5.33 g希釈されたポリシロキサン溶液を、4ミル厚の厚いポリエ
チレンテレフタレートフィルム上にコートしそしてこのフィルムを室温で空気乾
燥し次いで150℃で30分間硬化させた。硬化したフィルムを沸騰水に60分
及び120分間浸し、次いでふくれ及びコーティング接着性をチェックした。結
果を以下に示す。コーティング接着性はスコッチ#600テープを試験接着性に
用いるASTII D3359−83法を用いて試験された。
3 A 100 92 2.173 0.0333B 100 100 0 一
対照例は接着性において8%損失しており、沸騰水に2時間浸すとぶ(れの分布
を太き(増加させる。Dovex50Vを通過させて、すべてのNa”及びNH
,+イオンを除去した溶液は沸騰水につけてもふくれを増加させることな(また
コーティング接着性も損われなかった。ナトリウムイオンを除去しそれらを水素
イオンで置きかえるとふくれが除去され基体へのコーティング接着性が改善され
た。
実施例 4
LUDOX[F]LSコロイド状シリカヒドロシル(氷酢酸でpH490に調節
されている)322.6 yをメチルトリメトキシンラン(Dot Corni
ng Z−6070) 242.49及び3−グリシドキシプロビルトリメトキ
シシラン(Union Carbide A−187)24、69の7ラン混合
物と混合してポリシロキサン溶液を製造した。この混合物をZ−6070シラン
の94%が加水分解されるまで20℃で数時間反応させた。次いでこの溶液をイ
ソプロピルアルコール及び水の2=1溶液で1:1に希釈した。この溶液を使用
前に20℃で64時間二一ジングした。この溶液はpHが6.44であった。
火炎処理され接着性の改善されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィル
ムをポリシロキサンコーティングでコートし、2〜4マイクロメーターの最終的
なコーティング厚さを得た(試料4A)。溶液中のすべてのカチオン、特にナト
リウムイオンを■“イオンと交換するためにポリシロキサン溶液の一部を■1型
のDowex@5QW陽イオン交換樹脂床を通過させた。ポリシロキサン溶液の
p[Iは6.44から2.82に下降し、これは意図したイオン交換が起こった
ことを示している。PETフィルムはこの酸性溶液でコートされた(試料4B)
。
残りの酸性溶液は次いでOH−型のDo*ex@ 2−8Xを充填したイオン交
換カラムを通過させた。ポリシロキサン溶液のp[Iは2,8から4.25に変
化した。ポリシロキサン溶液を■“樹脂及び次いでOH−樹脂の中を通過させて
脱イオン化させた。残留酸性はコロイド状シリカ粒子の上に存在する珪酸の作用
により生じるものである。この溶液をまたPETフィルム上ヘコートした(試料
4C)。
はじめの溶液、酸性のイオン交換された溶液および脱イオン化させた溶液は火炎
処理されたPETフィルム上にコートした。試料を室温で乾燥させ、そしてすべ
て厚さが2〜4マイクロメーターの透明なコーティングにした。
空気乾燥した後これらを硬化のため150℃で30分間加熱した。コーティング
は透明のままで硬かった。
硬化した試料を沸騰水に1及び2時間浸漬し顕微鏡及び眼で検査しそして^ST
M D3359−83テープ試験を用いて硬化したコーティングとPET基体の
間の接着性の試験を行った。また、試料についてTaber摩損試験を用いて摩
損抵抗性の試験を行った(^NSI Z26.1−1983 Te5t 34)
。
結果を表7及び8に示す。
コートしたフィルム試料は、すべて等しい摩損抵抗性を示す。沸騰水中で2時間
後、最初の対照コーティングは大規模な接着性の損失を示す一方、ナトリウムを
含有していない(イオン交換された)コーティングは接着性保持100%であっ
た。対照4(A)試料もまた沸騰水に暴露させた場合、大規模なふくれを形成す
るがナトリウムの入っていないコーティングはふくれを形成しなかった。
ふ(れを生じた試料4A上のコーティングを除去し、次いでPE7表面上のふく
れの位置に残っている沈殿物をX線マイクロプローブ分析した結果尋常ではない
高濃度のナトリウムが存在することがわかった。
4A(対照)なし 1.5
4B H”イオン交換されている 2.3実施例 5
この実施例は混合床Fl’10H−イオン交換樹脂系を用いてポリシロキサンコ
ーティング溶液を脱イオン化させることを例示するものである。
メチルトリメトキシシラン484.8 g及び3−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン50.4 qを氷酢酸でpl=4.9ニ調節すれりLUDOX@
LS 661.29と一緒に混合して、ポリシロキサン溶液を製造した。4.4
時間混合した後、シランを100%加水分解し、次いで溶液を2/1 イソプロ
パツール(IP^)/水溶液1.2009で希釈した。希釈された溶液を使用前
に20℃で24時間保った。
ポリシロキサン溶液を用いて使用するために2つのイオン交換カラムを用意した
。一つは[型のDovexO5Qf陽イオン樹脂で充填されていた。第2のカラ
ムはJ、T。
Baker Chemical Co、より販売されているM−614“混合床
樹脂”で充填されていた。この樹脂は“強酸−強塩基“タイプのr(”10I!
−イオン型のスチレン−ジビニルベンゼンマトリックス、ビーズ形態の1615
0メツシユのものである。
各カラムは脱イオン水でフラッシュされ、次いでポリシロキサン溶液を製造した
2/I IP^/r(,0でフラッシュされた。
ポリシロキサン溶液を3つの部分即ち: PETフィルム上にコートされる対照
部分(5A)、DovexO5QW H+樹脂でイオン交換され次いでPETフ
ィルム上ヘコートされる部分(5B)及びトロ14混合床樹脂を通過させ次いで
PETフィルム上にコートされる部分(5C)に分割した。
最初の(対照)ポリシロキサン溶液は6.31のpi(を有した。Dowex
50W樹脂を通過させること(部分5B)によってpHは2.95に低下した。
部分5CはM−614混合床樹脂を通過させることによってp[f= 6.31
からp[l= 3.46へ低下した。
各部分は、火炎処理されて湿潤性及び接着性が改善された4−ミルのポリエチレ
ンテレフタレートフィルム上にコートされた。コーティングは調節可能なステン
レス鋼コーティングバー(Gardner Lab、 Bethesda、 M
Dにより作製、Baker Ca5tor Oil Co、)を用いて乾燥後に
2〜4ミクロンの厚さとなるように手で行った。コートしたフィルムを室温でフ
ードの中にかけた。−晩乾燥した後5A及び5Bのコーティングは硬く透明に乾
燥されそして50のコーティングは非常に透明であるが幾分軟かめである(後の
実験によるとイオン交換前に溶液を20℃で48時間またはそれ以上エージング
させると脱イオン化溶液は透明で硬(乾燥されることがわかった)。
次いで空気乾燥されたコートフィルムはエアーオーブン中、150℃で硬化され
た。すべて透明のままでとどまりそしてコーティングは非常に硬かった。次いで
これらの硬化されたフィルムを沸騰水中に1及び2時間浸漬し続いてふくれの検
査をした。接着性はスコッチ600テープを用いるテープ剥離試験(^STM
D3359−83)で試験をした。結果を表9に示す。
A 24 6.31 重い 重い
8 24 2.95 なし なし
C243,46なし なし
ポリシロキサン溶液Aすなわち対照溶液だけが沸騰水中に浸漬してふくれを生じ
たコーティングであった。
混合床H“10H−イオン交換樹脂の使用は溶液からナトリウムイオンを除去し
非常に透明でふくれのない有用なコーティングを得るのに効果的であった。
実施例 6−
Na2Oとして滴定可能なナトリウム0.10%を含有するLUDOX @ L
Sシリカヒドロシルをl’l”10H−型のJ、T、 BackerChemi
ca’l Campany M−614i合床樹脂を通過させた。ヒドロシルの
pHはイオン交換の前の8.01からイオン交換後の2.67へ低下した。この
脱イオン化したLUDOX[F]LSヒドロシルを直接使用してこれの110.
29をメチルトリメトキンシラン(Dot Corning Z−6070シラ
ン)80.8 g及び3−グリシドキンプロピルトリメトキシンラン(Unio
n CarbideA−187シラン)8.49と混合してポリシロキサン溶液
を製造した。この混合物をシランがすべて加水分解されるまで20℃で撹拌し、
次いでこれを2:IIP^/水溶液2009で希釈した。次いでこの希釈された
ポリシロキサン溶液を20℃で48時間二一ジングし、加水分解されたシラン及
びコロイド状シリカが相互に作用し縮合するにまかせた。
次いでエージングした溶液を火炎処理されたPETフィルム上にコートし2ミク
ロンの厚さの乾燥されたコーティングを得た。このコーティングは室温で空気乾
燥した後も粘着性のままであり、このことは何等かの触媒的効果の欠如を示すも
のである。150℃で30分間硬化すると硬い透明なコーティングが得られた。
まだなおそのナトリウム含有量を含むLUDOX[F]LSで製造されたポリシ
ロキサン溶液では室温で硬く透明に乾燥される。
コートされたフィルムを沸騰水に1及び2時間浸漬し、続いてコーティング接着
性及びふ(れの試験をした。コーティング接着性(^STM 03359−83
テープ試験−スコツチロ00テープ)は100%保持され、ふくれは形成されな
かった。
ポリシロキサン溶液製造前のシリカヒドロシルの脱イオン化はナトリウムイオン
を適切に除去し硬化されたコーティング上のふくれの生成及び接着性の損失を回
避するがしかし溶液から形成されたフィルムは室温で適切に硬化されない。
実施例 7
この実施例は脱イオン化されたLUDOX@LSから製造されたポリシロキサン
溶液から形成されたフィルムは良好な摩損抵抗性を有しないがしかし溶液に酢酸
ナトリウムまたはテトラメチルアンモニウムアセテートを添加することにより摩
損抵抗は劇的に改善される。
LUDOX@ I、Sハl0NAC@ Nm1−60混合床H”10Fi−イオ
ン交換m脂を通過させて脱イオン化された。piは8.39から2.66へ低下
した。ポリシロキサン溶液はDot Corning Z−6070メチルトリ
メトキンシラン80.89及び1Jnion Carbide^−1873−グ
リシドキシプロビルトリメトキシシラン8.4gのソラン混合物を脱イオン化し
たLUDOX@LS 110.2 qに添加して製造された。シランを加水分解
するためにこの混合物を20℃で4時間撹拌した。4時間後2:1 イソプロパ
ツール/水溶液200gをLUDOX@ LS/Sラン混合物に添加した。また
5ilvetOL−720(Union CarbideCorp、の登録商標
)シリコン共重合体湿潤剤4滴を加えた。シラン及びL[ID0X@ LSヒド
ロシル粒子の縮合を確実にするためにこの希釈された溶液を20℃で48時間二
一ジングした。
この溶液は、固体22.6%を含んでいた。
このエージングした溶液を100gずつの3つの部分に分けた。部分7Aは対照
目的用として用いられた。部分7Bは2/I IP^/水中の0.1M酢酸ナト
リウム溶液2、63纜/を加えて触媒化されそして部分7Cは、2/IIP^/
水中の0.1Mテトラメチルアンモニウムアセテート2、63++/を添加して
触媒化された。各部分のpHを測定したところ7A=3.52.7B=6.03
.7C=6.14であった。
各部分を8インチ幅のコーティングバーセットを用いて火炎処理された4ミル厚
のポリエチレンテレフタレートフィルムの上にコートした。コートし):フイル
ムをフード中、室温で1時間空気乾燥させた。
空気乾燥したコーティングの検査から以下のことがわかった。試料7Aは、透明
であるがコーティングは触れて軟かかった。試料7Bは硬く透明であり、試料7
Cもまた硬く透明であった。試料A中の陽イオン性触媒が存在しないので空気乾
燥中に不完全な硬化で起こり軟かいコーティングとなった。酢酸ナトリウム21
0ppfflまたはテトラメチルアンモニウムアセテート341ppm (両触
媒について2.56X 10−’モル/ 9 )を添加することにより室温ても
硬化が触媒化された。
次いで各試料の部分をホットエアーオーブン中121℃及び150℃で30分間
加熱した。次いでこれらの試料をTaber摩損試験を用いて摩損抵抗性を測定
した。結果を表10に示した。
7B 1,21 2.1
7C1212,3
7A 150 6.5
7B 150 1.9
7C1501,,9
未コートのPET −43,1
脱イオン化されたLUDOx@LSから製造された試料7Aは摩損抵抗性に乏し
く、これは硬化温度により影響されている。触媒化された試料7B及び7Cは優
れた摩損抵抗性を示し、これは硬化温度にかかわりなく有効な触媒作用を示す。
脱イオン化された(ナトリウムの入っていない)シリカヒドロシル(例えば、L
UDOX■)から製造され、触媒化されていないポリシロキサンコーティングは
高い温度にさらした後でさえ十分に摩損抵抗性を増加させることはない。
また150℃で30分間硬化させた試料について沸騰水に浸す前及び浸して6時
間後にコーティング接着性及びふくれ生成の試験を行った。結果を表11に示す
。
7A 0 0 100 100
7B 0 210 100 95
7C00100100
ナトリウムの入っていない対照(7A)ではふくれが全く増加せず、コーティン
グ接着性が100%保持されている。添加されたナトリウムを含む試料7Bでは
ふ(れが増加し6時間の沸騰にさらされた後にい(らか接着性の損失を受けた。
テトラメチルアンモニウムアセテート触媒を含む試料7Cではふ(れが全(増加
せず、接着性の損失を全く受けなかった。この触媒は良好に作用しナトリウム触
媒に見られる問題、すなわちふくれ及び接着性の損失を生じなかった。
実施例 8
LUDOX[F]LS (氷酢酸でpH=4.9に酸性化されている)661、
29をメチルトリメトキシシラン484.8 q及び3−グリシドキシプロビル
トリメトキシシラン50.4 gの混合物と混合してポリシロキサン溶液を製造
した。20℃で5時間撹拌してシランを加水分解した後、混合物をイソプロピル
アルコール及び水2/I混合物1.1409で希釈し続いて5ILWET6DL
−720(Onion Carbide Corp、の商標)シリコン共重合体
湿潤剤を18滴添加した。この希釈されたコーティング浴を使用前に20℃で4
8時間エージングした。
浴のpHは6.32であり固体含有量は21.55%であった。
このポリシロキサン溶液には約2101)p−のNa”(これは乾燥コーティン
グ中で約975ppm Na”である)を含み、これらはすべてLUDOX@L
Sシリカヒドロシルからくるものであって、これには滴定可能なナトリウム0.
074%が含まれる。乾燥したポリシロキサンコーティングにはコーティング1
9あたり約42.4X10−’モルのNa+が含まれる。
エージングしたポリシロキサンコーティング浴の部分をl0NAC[F]Nトロ
0混合(H’1011−)イオン交換樹脂床を通過させることによって脱イオン
化した。これによりpHは6.32から3.40へ低下し、このことは遊離ナト
リウムイオンが完全に除去されたことを示している。
脱イオン化されたコーティング浴を509及び100gの部分分け、モして2/
1 イソプロピルアルコール/水溶媒を用いた正確な既知量の0.1M NaC
,H3O2溶液を各部分にはげしく撹拌しながら加えた。適切に混合した後、ス
テンレス鋼の調節可能なコーティングバーを用いて各溶液を火炎処理されたポリ
エチレンテレフタレートフィルム上にコートした。2〜4ミクロンの乾燥コーテ
ィング厚を得た。同様にして、0.1Mテトラメチルアンモニウムアセテート溶
液を脱イオン化したコーティング浴に添加した。
コートしたフィルムを室温で空気乾燥させ、次いで150℃で30分間硬化させ
た。次いで各フィルムの試料を沸騰水に6時間浸漬しその後でふくれ及びコーテ
ィング接着性の検査を行った。顕微鏡を用いてふくれを数えそして剥離用のスコ
ッチNo、 670テープを利用するA37M03359−83法によりコーテ
ィング接着性を試験した。結果を表12に示す。
最初の脱イオン化された浴から得たコーティングでは広くふくれが生じテープ剥
離試験後は40%のコーティングしか残っていなかった。脱イオン化された浴か
らは、ふくれが生じず、接着性が全く損われていないコーティングが得られた。
2.45X 10=モル/gより少ない酢酸ナトリウムを含む脱イオン化された
浴ではふくれを生じず、また接着性も損われなかった。ふ(れの発生は2.92
XlO−6モル/gで始まり3.87X 10−’モル/gでい(らか増加し、
そして4.8X 10−’モル/gで非常に悪くなった。コーティング接着性は
4.8X10−’モル/gまでは100%保持されたがそこで保持率40%に低
下した。酢酸ナトリウム濃度が全く高い場合はふ(れは広がりそしてコーティン
グ保持は悪かった。
この実施例はナトリウムイオンについて上限が乾燥コーティングにおいて約23
X IO−’モル/9そして好ましくは13X 10−’モル/gであることを
確認するものである。
これらの限定はすべてのアルカリ金属に関して真実である。NaCl!を用いた
同様の研究ではふくれ及び接着性の結果に対して同じ濃度が示された。テトラメ
チルアンモニウムアセテートを用いた同様の研究では、これは脱イオン化された
コーティング浴中の硬化触媒として、アルカリ金属塩について可能であったより
もより高いモル濃度で使用することができることがわかりな。例えば、溶液中9
.2X 10−’モtLi/ y (乾燥コーチインク上テ48.5X 10−
’モル/gで、ふくれの発生が少し起こりそして沸騰水に6時間浸漬した後では
コーティング接着性は100%保持された。
表 12
ポリシロキサンコーティング中のふくれ発生及び接着性における酢酸ナトリウム
濃度の影響溶液中の 乾燥コーティング
8A 0 0 100 0
gB O,502,321,000
8CO,994,641000
8D 1..48 6.96 100 08E 1..97 9.28 100
08F 2.45 11.60 100 08G 2.92 13.92 1
00 1808r(3,87+、8.56 100 5378I 4.79 2
3.20 40 1.5848J 5.70 27.84 84 1.9358
K 9.20 46.40 64 2.0988L 17.0 92.81 4
0 1.7008M* ca9.1 ca42.2 40 2.531本この試
料は脱イオン化されていない最初の浴である。
実施例 9
この実施例は塩添加前に脱イオン化されたポリシロキサンコーティング上の種々
の塩の効果を例証している。
この実験で使用されるポリシロキサン溶液は実施例8中で述べられたように調製
された。これを20℃で48時間二一ジングし次いで必要とするまで冷凍庫中、
−15°Fで貯蔵した。
塩はすべて1.0モル水溶液とされ、これを2/1 イソプロピルアルコール/
水溶液で希釈して0.1Mとされた。
各0.1M溶液をポリシロキサン溶液509に対して5.0mlで脱イオン化さ
れたポリシロキサンに添加し、溶液1gあたり9. IX 10−’モル/gの
塩濃度とした。乾燥したポリシロキサンコーティングに基づいて濃度は硬化され
たコーティングの42.3X 10−’モル/gになり、ポリシロキサン溶液中
では固体21,5%であることが推定された。この濃度は最初のポリシロキサン
母液溶液(すなわち脱イオン化前)における酢酸ナトリウムの濃度に等しいので
この濃度が選ばれた。
各0.IM塩溶液を脱イオン化されたポリシロキサン溶液50. Oqあたり5
.hlで室温で激しく撹拌しながら加えた。
塩を添加する前及び後のpflを測定し記録した。ポリシロキサン母液はpHa
、 20であり脱イオン化にともないp■は3.38〜3.43へ低下した。ポ
リシロキサン溶液をl0NAC@Nトロ0混合床H”/ OH−イオン交換樹脂
で脱イオン化した。
塩含有ポリシロキサン溶液を調節されたステンレス鋼コーティングバーを用いて
火炎処理されたポリエチレンテレフタレートフィルムの上にコートして2ミクロ
ン厚の乾燥されたコーティングを得た。コーティングを室温で乾燥させ、次いで
一方を121℃で30分間硬化させ、もう一方を150℃で30分間硬化させた
。硬化したコーティングをTaber Abrader試験(詳述に関しては実
施例7を参照)を用いて摩損抵抗性について試験した。またコートしたフィルム
を2.4及び6時間線とう水中に浸漬した。
た後にふくれとコーティング接着性の試験をした。コーティング接着性はスコッ
チNo、 670テープを使用する^STM1)3359−83テープ剥離試験
を用いて試験した。ふくれは示差干渉対照顕微鏡を用いて測定した。
この試験結果を表13に示す。塩の触媒活性を121℃で硬化させた試料におけ
るTaber摩損の結果(Δ%H:制御された摩損によりもたらされる曇りの変
化)により最も良く示される。1.50℃で硬化すると触媒の有無にかかわらず
熱的により浮動する。121℃で硬化した試料の3%及びそれ以下のΔ(デルタ
)曇り値では触媒活性が示された。
コーティング接着性を沸とう水中に0.2.4及び6時間浸漬した後の硬化され
た試料において測定した。テープ(スコッチNo、 670)剥離試験(^Sn
4 D3359−83)を削られていないコーティングを用いて行った。示した
接着性の結果はO12,4及び6時間の沸とうさせた結果、平均された基体に残
っているコーティングの%である。
ふくれの発生は2.4及び6時間線とう水に浸漬した後の121℃及び150℃
硬化試料で分析された。分布密度及び平均ふくれ径を測定した。
すべてのアルカリ金属塩、NaCJ、0.、NaC1,KC2U、02、KCI
、 LiC2H502、LiCCCsBr及びNa、([l0CsLCOO]は
硬化を触媒化したが、それらはKC2H30,の1つの場合を除いてコーティン
グの接着性を損失させそしてすべての場合においてふくれが生じた。
硬化を触媒化するアルカリ土類塩はCa(Czl130z)z及びBaC1!で
あったが、どちらもかなりコーティング接着性の損失を示した。どちらもふくれ
が生じた。硬化を触媒化しないのはBa(Nf)s)z及びMg(CJsOz)
2であるが両者は良好なコーティング接着性を示した。両者はふくれが生じた
。
試した2つの酸、HCl及びITC21!30□は硬化を触媒化しなかったが接
着性は完全でふくれは全く形成されなかった。
アンモニウムイオン(Nfl、“Cd5(h−)もまた硬化を触媒化しなかった
が接着性の損失及びふ(れの発生は回避された。
四級のアンモニウムイオンはすべて硬化を極めて良好に触媒化し、そして接着性
の損失またはふくれの生成に寄与しない。試験されたのはテトラメチルアンモニ
ウムアセテート(TMA^)、ベンジルトリメチルアンモニウムアセテート(B
TMAA)及びテトラブチルアンモニウムアセテート(TBIIIA)である。
これらの塩ではアルカリ及びい(つかのアルカリ土類金属塩で見られる不都合な
副作用が見られなかった。
硬化を触媒化しなかった他の塩はN i CI 2及びZn(NO3)zである
。どちらも接着性の損失またはふくれの発生を生じなかった。
わずかな触媒効果を示す他の塩はCLI(NO3)2及びZn5O<である。銅
塩だけが性質の良好なバランスを示した。
脱イオン化されたコーティングは121℃では十分に硬化されなかったが150
℃では十分に硬化された。これについては接着性は全く損われずふくれも生成し
なかった。
より高い硬化温度ではより優れたコーティングが得られる。
最初のポリシロキサン溶液(脱イオン前)は、すべての温度で良好に硬化したが
、沸とう水にさらされると接着性の損失及び重度のふくれの生成を受けた。
この実験は以下のことを確証する。
1 すべてのアルカリ金属塩は硬化を触媒化するが接着性の損失及びふくれの発
生を生じる。
2、 アルカリ土類金属塩は触媒として効果的に使用するには性質の適切なバラ
ンスを示さない。
3、 四級アンモニウム塩はアルカリ金属とほぼ同程度硬化を触媒化し、かつ接
着性の損失またはふくれの発生を生じない。
4、 銅塩はわずかな触媒能力及びコーティング接着性における最小の効果を示
しそしてふくれを生成しない。
5、 水素イオン及びアンモニウムイオンは触媒効果を示さない。
6、 脱イオン化したポリシロキサン溶液は脱イオン化して数時間内にコートし
た場合そして135℃またはそれ以上で硬化した場合に優れている。
7 ナトリウム含有/り力ヒドロゾルがら製造されたポリシロキサン溶液は迅速
に硬化するがそれらのコーティングのふくれ及び接着性の損失は暖かで湿気のあ
る条件では速くなる。
/′
/′
実施例 10
本実施例は大規模な本発明の応用を例証するものである。
LUDOX[F]LSコロイド状シリカゾル(氷酢酸でp[I4.90に酸性化
されている) 51.51bsをメチルトリメトキシシラン37、7!Mbs及
び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン4.1/bsと混合してポリシ
ロキサン溶液を製造した。
この混合物をステンレス鋼反応容器中、20℃で5時間撹拌してシランを加水分
解した。次いでこの混合物にイソプロピルアルコール78.01bs及び水39
.01bsを含む溶液を添加して希釈した。また、この時にL−720Si1.
wet[F]シリコン共重合体湿潤剤0.0471bsも加えた。希釈した溶液
を20℃で96時間撹拌して反応するにまかせた。96時間後、貯蔵のため溶液
を0℃に冷蔵した。この溶液には固体17.6%が含まれていた。
次に溶液をダイコーターを用いて火炎処理された4ミル厚のポリエチレンテレフ
タレートフィルムの上にコートした。コートしたウェッブをホットエアー乾燥オ
ーブン中185°〜200°F(85’〜93℃)で乾燥し次いでロール中に巻
とった。
3つのコーティング状態を実施した=(10^)冷却貯蔵から取り出された溶液
(pH=6.20〜6.30);(JOB)同じ溶液であるが染料コーティング
の前にJ、T、 Baker ChemicalCo、 M614混合床H”1
0[I−イオン交換御脂を含むイオン交換カラムを通過させて脱イオン化されて
いる: (IOC)最初の溶液を(IOB)のように処理しであるがイオン交換
カラム中で酸(H゛)型のDowex[F]50W陽イオン交換樹脂を用いた。
コートされたフィルムCl0A)は2−ミクロン厚のポリシロキサンコーティン
グ中Na”182ppmを含む対照例であり、フィルム(IOB)は遊離Na’
″またはアニオンを含まない新しく脱イオン化したコーティングでコートされて
おりそしてフィルム(1,0c)はコーティング中の最初のNa″″イオンのか
わりに■“イオンを含む溶液でコートされているものである。
最初の溶液のpFIは6.32であるが脱イオン床を通過させた後には3.23
、そして「イオン交換床を通過させた後には3,18であった。
イオン交換された溶液は最初の溶液と同じ位の性能を示し、透明で均一な厚さの
コーティングである。それらが乾燥オーブン中で透明に硬く乾燥され、コーター
で巻き上げられた状態でロールに形成された時に、ブロックされないコートフィ
ルムが得られた。これらのフィルムは一カ月貯蔵した後でも隣接したフィルム層
に粘着することなくまたはコーティングに割れを受けることなくロールから容易
に巻きもどすことができる。
この実験から、脱イオン化または酸イオン交換の起ったすぐ後にコーティング及
び乾燥をするならば迅速な硬化のためにナトリウムイオン硬化剤は必要ではない
ということを示している。それ故、エージングしたポリシロキサン溶液上のイオ
ン交換は大規模実施では実用的であコートしたフィルムを摩損抵抗性、コーティ
ング接着性及びふくれ生成の傾向について分析した。コートしたフィルムをさら
にエアーオーブン中150℃で30分間加熱して硬化させた。すべての試験をこ
れらの硬化したフィルム上で行った。
摩損抵抗性は硬化したフィルム上でTaber摩損試験器を用いて測定した。ふ
くれの生成はフィルムを60及び120分間沸とう水に浸漬した後、フィルム上
で測定した。
コーティング接着性は沸とう水に浸す前及び沸とう水に浸した2、4及び6時間
後に硬化させた試料上で測定した。
保持%−削られていないコーティング
沸とう 1時間 2時間 4時間 6時間胚」叶 試料の種類 ヶ−p 鼻至ユ
鼻至ユ 声点ユ 声点ユ10^ 対照コーティング: too 1oo io
o io 。
(182ppm Na”)
1、OB 脱イオン化コーティ 100 100 100 100 100ング
10C酸イオン交換されテ100 100 100 100 100いる
実施例 11
10^ 2.98010.043 2,98010.049 0.710B O
/ −0/ −3,5
10CO/−0/−2,8
実施例 11
本実施例は加速された戸外曝露における脱イオン化された及び酸イオン交換され
たポリシロキサンコーティングの優秀性を例証している。
大規模コーティングライン(実施例10参照)で製造されたポリシロキサンコー
トされたフィルム10^、IOB及び10Cをガラスにラミネートし次いでDS
ET Laboratories(Inc、 at Phoenix、^riz
ona)でEMilAO加速された耐候テストに曝露した。EMMA@試験は一
日を通じて太陽放射が最大となるように動かされる放射状の鏡によって集められ
た太陽光を試料に照射する加速された太陽光曝露試験である。EMIIA@はA
STM 04141 :Cの要求に合うDSET試験用の登録商標である。
コートしたフィルムをBUTACITEO(ポリビニルブチルアルデヒド(pv
B)シート、15ミル(0,038cm)厚に関するE、 1. du Pon
t de Nemours and Companyの商標)を用いてガラスに
ラミネートした。PVBシートを1/8’ (0,3175cm)厚のフロート
ガラスの12’ X 12’ (30,48X 30.48c鷹)のシートの上
に置き次いでポリシロキサンコートされたポリエチレンテレフタレートフィルム
をコートされた側を上に向けてPVBの上に置いた。次に別のフロートガラスの
12’ X 12″(30,48X 30.48c菖)のシートをフィルムのト
ップに置き、カバープレートとして作用させ、コートされたフィルム上を確実に
平らでしわのない表面にした。
次いでこのサンドイッチ構造をポリエステルバッグ中に置き、脱気し、次いでさ
らに真空下で熱シールした。この袋に入れられたラミネートを次いでオートクレ
ーブ中に圧力下で30分間装いてから150℃に加熱した。次いでバッグを除去
し、開きそしてカバープレートを取り除き、極めて良好な透明性、低い曇り及び
良好な平坦さを有するガラス/ PVB/フィルムラミネートを得た。
これらのラミネートをガラス側が太陽に面し、フィルム側が冷却するために空気
が通っている中空の装置の内側に面するようにEMM^装置中に置いた。
240.000.4g0.000.720.000及び888.000ランダレ
−(Lys)の曝露をした後試料を戻した。1ラングレー=0、041.84
MJ/ 菖2である。曝露された試料を(1)テープ剥離試験(ASTM D3
359−83、スコッチ状600テープ)を使用するコーティング接着性(2)
ふくれ(3)Taber摩損試験(ASTM 01044−82)による摩損抵
抗性:について試験した。
結果を表17.18及び19に示した。
対照例(11^)は脱イオン化されたラミネート(IIB)のように720.0
001ysの曝露を通じて良好な摩損抵抗性が維持された。酸イオン交換された
試料(IIC)では480.0001ys曝露で摩損抵抗性を失った。
脱イオン化コーティング(11B)に関しては?20.0001ysを通じてコ
ーティング接着性保持は100%であったが、対照例(11^)及びH′″イオ
ン交換された(IIC)試料では240、000〜480.000fys間の曝
露で接着性が大きな損失を受けた。
試料(11^)及び(IIC)ではふくれの生成があり、(11人)ではすべて
の曝露条件で重度のふくれ分布を示した。
脱イオン化された試料(1,1B)はいずれの曝露条件でもふ(れを生成しなか
った。
これらの結果はポリシロキサン溶液の脱イオン化により摩損抵抗性及びふくれ生
成に対する抵抗性が維持されるコーティングが得られることを示しており、そし
てこれが加速エージング試験においてコーティング接着性の性能を大きく改善す
るということは非常に重要である。
ポリシロキサン溶液からカチオン(ナトリウム)及びアニオンを除去するとコー
ティングの長期間の耐久性が大きく改善される。
表 16
11^ 対照−2101)pm Na” 1.7 +、、3 1..2 1.8
11B 脱イオン化−Na’なし 1.7 1.3 +、、1 1,711、C
B+イオン交換された 1.6 1.5 4.5 7.511^ 100 98
35 0
11B 100 100 100 10011C100100,2020
11、A 109/、063 165/、057 205/、 1151、]、
B O/−0/−0/−
11CO/−3,5/、058 8/、064実施例 12
本実施例ではポリシロキサンの摩損抵抗性のコーティング(PA[?C)溶液を
脱イオン化し続いてテトラメチルアンモニウムアセテ−1−(TMAA)を添加
し最終溶液中TMA^濃度を400+3pH+にする。最終溶液のpnは6.2
9である。これは大規模で行いそして触媒化された溶液を大規模のコーターでコ
ートした。
本実験では実施例10で用いた処方により製造されたポリシロキサン溶液の76
0−1bバツチを使用した。この溶液はナトリウムイオンを210pI)−の濃
度で含み、かつ6.24のpnを有する。溶液を20℃で96時間ゆっくり撹拌
しなからエージングした。96時間のエージングの後にこの溶液をポンプでl0
NACONB−60混合床1f’10IT−イオン交換樹脂中の2つのイオン交
換カラムに順次通して脱イオン化した。
脱イオン化によりpnは6.24から3.43へ低下した。脱イオン化した溶液
760A’bsを静かに撹拌しモして2/1°イソプロパツ一ル/水溶媒混合物
中5.41%のテトラメチルアンモニウムアセテート溶液をゆっくり加えた。T
MAA溶液ヲjya ;t タ後、PARC溶液ノpIIは6.29Tあった。
TMAAa度は溶液中で400ppmであり、固体中では2.270ppHであ
った。
この溶液を1時間撹拌し次いで濾過し32°Fに冷却してエージング工程を急停
止する。冷却した溶液を32°Fで数日貯蔵した後コートした。
スロットダイコーターを用いて溶液をフレーム処理したPETフィルム上にコー
トした。コートしたフィルムウェッブをホットエアーオーブン中90℃で乾燥し
透明で硬いコーティングを得た。また同様にしてNa’ 210ppm (乾燥
コーティング中Na31.1931)I)11)を含む最初のポリシロキサン溶
液及びナトリウムを含まないかまたはTMAA触媒を含む脱イオン溶液をコート
した。すべて硬いコーティングが得られた。
これらのコートしたフィルムを接着剤としてBUTACITE@PVB 15ミ
ル(0,038cm) シートを用いてオートクシープ中で30分間ガラスにラ
ミネートした(方法の詳述については実施例11を参照)。これらのガラスラミ
ネートを摩損抵抗性(Taber試験)について試験をしそしてまた沸とう水に
2.4及び6時間浸漬した後にコーティング接着性(テープ試験)及びふくれの
生成の試験をした。結果を表19及び20に示す。
脱イオン化されかつ口^A触媒化されたコーティングは、Na” 1.193p
pLI(最初の溶液中にはNa” 210ppm)を含有する対照例コーティン
グよりも極めて良好な接着性を示しそして最初の溶液のコーティングがすべての
沸とう時間で約200個/Cm2のふくれを生じたにもかかわらずこのコーティ
ングではふくれは生じなかった。
Taber摩損抵抗性の結果を表20に示す。対照例コーティング(Na“)及
びTMAA触媒化されたコーティングはどちらも両方の温度で良好な摩損抵抗性
を示すが、脱イオン化されたコーティングの摩損抵抗性はいくらか硬化温度の依
存性を示し150℃の硬化からより良い値が得られた。
T)IA^はPARCの硬化を触媒化し、より高い硬化温度の必要性をとりのぞ
きナトリウムとは異なりふ(れの生成を生じなかった。
/′
、/
表 20
硬化温度 摩損抵抗性
試料 (’C) ΔH(%)
最初の溶液 121 1.7
210ppm Na” 150 2.1脱イオン化溶液 121 3.4
150 2、4
脱イオン化溶液 121 1.7
+ 400ppi TMAA 150 2.1実施例 13
LUDOX @ LSコロイド状シリカゾル(酢酸で酸性化されている) 1g
6.0/bs、メチルトリメトキシシラン(Dow−Corning Z−60
70シラン) 137.01bs及び3−グリシドキシプロビルトリメトキシシ
ラン(Union Carbide A−187シラン) 14.8j!bsを
混合してポリシロキサン溶液を製造した。
この混合物をシランが95%加水分解されるまで20℃で5時間ゆっくり撹拌し
た。次いでイソプロピルアルコール及び水の2/1混合物4221bsで希釈し
1時間撹拌した。
次いでこの希釈されたポリシロキサン溶液を混合床イオン交換樹脂l0NAC[
F]Nトロ0に通過させてこの溶液を脱イオン化した。溶液の一部を脱イオン化
せずに(部分A)これを対照として使用した。脱イオン化した溶液を2つの部分
に分け、一方には2/1 イソプロパツール/水中5%の溶液としてテトラメチ
ルアンモニウムアセテートを加えそしてもう一方にはIP^/ fi、0溶媒中
希釈された溶液として酢酸ナトリウムを加えた。2つの触媒の十分量を加えて一
方の溶液(部分B)中ではテトラメチルアンモニウムアセテート360ppmと
しもう一方の溶液(部分C)では酢酸ナトリウム110ppmとした。3つの溶
液すべてを20℃で96時間ゆっくり撹拌した。次いでこれらを、ポリシロキサ
ン溶液に対してより粘着性で湿潤性となるようフレーム処理されたポリエチレン
テレフタレー1− (PET)フィルム上にコートした。このコートされたウェ
ッブを105℃で乾燥した。
別のポリシロキサン溶液を対照目的用に上記と同じ1方であるが方法の中で一つ
異なる処方を用いて製造し。
この溶液を混合し加水分解し希釈し次いで20℃で96時Iエージングした。こ
のエージングの後でこれに最終的。
溶液中360ppmとなるようにテトラメチルアンモニウムセテートを添加し部
分りとした。これも部分A、B及(Cについて述べたようにコートした。
コートしたフィルムとガラスの間に15舅A’ 0UTACITE’ポリビニル
ブチラルシートを用いてコートしたフィルを板ガラスの上にラミネートした。ラ
ミネートをポリスチルバッグ中、圧力下で三つの温度121.135及び15℃
で1時間半オートクレーブ処理した。フィルムはラネートの外側及びBUTAC
ITE[F]レシート接触している未−トの鋼上にポリシロキサンコーティング
でラミネーされた。すべてのラミネートは透明でありひずみはな。
つた0
Taber摩損試験を用いて各ラミネートを摩損抵抗性fついて試験した。また
沸とう水に浸漬する前及び沸とう水に6時間浸漬した後ラミネートのコーティン
グ接着性について試験をした。沸とうさせた試料をふくれの形成について顕微鏡
を用いて検査した。結果を表21に示す。
;l
すべてのコーティングはPETフィルムに対して良好な摩損抵抗性を有している
。未コートのPETフィルムは曇りにおいて20〜40%のTaber摩損変化
を有する。すべての試料は沸とう水に曝露する前は100%の接着性保持を示し
ている。試料Aの脱イオン化されていない対照例は極めて接着性が悪く、沸とう
水に6時間曝露させるとかなりの数の小さなふくれを発生した。脱イオン化され
次いで360ppmのテトラメチルアンモニウムアセテートで触媒化された試料
B及びDの両者は完全な接着性保持を示し、沸とう水中に6時間浸した後もふく
れの生成を示さなかった。脱イオン化及び触媒の添加を行った時点では性質、す
なわち溶液のエージングの前または96時間の溶液エージングの後の脱イオン化
/触媒化において影響はなかった。
ナトリウムイオン110ppmを含む試料Cは良好な性質を示すが接着性におけ
るいくらかの劣化及びふくれの抵抗性の劣化が起こっている。約750pp+*
の酢酸ナトリウムを含有する試料Aと比較して試料Cは非常に良好な性質を示し
ている。
ポリシロキサン溶液を脱イオン化してすべてのナトリウムイオン、他のカチオン
及びアニオンを除去し、次いで望ましい硬化触媒を適切な濃度で添加することに
より良好な摩損抵抗性が提供され、接着性の損失及びふくれの形成が回避される
。この脱イオン化/触媒化は続いて硬化されるコーティングの耐久性を低下させ
ることな(ポリシロキサン溶液二−ジング工程中任意の時に行うことができる。
ポリビニルブチラールに加えて他の添加剤例えばポリウレタンはここで述べられ
たように製造されたコート基体を用いてラミネートを製造するのに用いつる。ラ
ミネートされる物質の表面はプライマーでコートされてもよいしまたはコートさ
れていな(てもよい。本発明のコートされたフィルムをガラスにラミネートする
にあたってポリウレタン接着剤を用いる場合、ガラス表面をアミノンランプライ
マー例えばDog Corning’s Z−6020、N−(2−アミノエチ
ル)−3−アミノプロピルトリメトキン/ランで下塗りすると有効であることが
わかった。
実施例 14
実施例10に述べたようにして製造されたポリシロキサン溶液を20℃で96時
間二一ジングし次いで脱イオン化しモしてテトラメチルアンモニウムアセテート
4ooppa+で触媒化した。この溶液を、火炎処理されコーティング接着性が
強められ、約100℃で乾燥された7ミルPETフイルム上にコートした。
ポリシロキサンコートPETフィルムを、実施例11に述べた方法を用いてガラ
スにラミネートしたが、溶融活性化された接着剤としてポリビニルブチラール樹
脂を使用するかわりに脂肪族ポリウレタン樹脂を用いた。ラミネート化をオート
クレーブ中、ピーク温度135℃の30分サイクルで実施した。
使用した脂肪族ポリウレタン樹脂は0.025インチ厚のに−PUI?[F]3
01熱可塑性脂肪族ポリエーテルウレタンフィルム(St、 Louis、 M
issouriのに−5−IT@ Inc、製)であった。
フィルムに供給されたのは2つのに−PUR@プライマー溶液で、一方はガラス
用のプライマーであってもう一方はアクリルシート用のプライマーとして推奨さ
れるものである。
3つのガラスラミネートを製造した。ラミネート1はプライマーを用いず、ラミ
ネート2はガラスシート及びPETフィルムの表面にガラス用のプライマーを適
用しそしてラミネート3はPETフィルムの表面にアクリルシート用のプライマ
ーをそしてガラスシートにガラス用のプライマーを適用した。プライマーはガラ
ス及びPETフィルムの表面に適用され、ここでラミネートはラミネートされる
時に無リント布を用いてポリウレタン(PU)フィルムに隣接され次いで別の乾
燥した無リント布で過剰のプライマーを除去した。
出来」二がったガラス/PU/PETラミネートは透明で無色そして互いに強(
供給していた。ポリウレタンフィルムは手でガラスから剥がすことができず、ま
たガラスまたはアクリル用のどちらかのプライマーで下塗りされているPETフ
ィルムもポリウレタンフィルムから剥がすことができなかった。PET/ P[
j結合に関する剥離強度(lbs/インチ)を各3つのラミネートについて測定
し表22に示した。
ラミ不−1・についても(1)Taber Abraderを用いた摩損抵抗性
(^NSI Z26.1−1983. Te5t 34) (2)6時間線とう
水に浸す前及び後の両方のポリシロキサンコーティング接着性(^STM D3
359−83.テープ剥離試験)及び(3)沸とう水に6時間浸漬した後のふく
れ生成:について評価した。
テープ剥離試験にはスコッチブランドNo、 670テープを使用した。試験結
果を表22に示す。
表 22
コーティング接着性
保持されたコーティ
1、 1.1 100 100 0 5.12 1.3 100 1.00 0
12.93 1.6 100 100 0 11.4ポリシロキサンコートさ
れたPETフィルムとガラス間の結合樹脂としてポリビニルブチラール樹脂より
もむしろポリウレタンを用いたガラスラミネートの方が、結合樹脂としてポリビ
ニルブチラール樹脂を用いて製造されたものと同様の機能を果たすものである。
要 約 書
コーティング方法及びコーティング組成物が開示されており、ここではコーティ
ングはンリカゾル及び重合可能なシランであり、アルカリ金属カチオン含有量を
減少させてふくれの生成及び接着性の損失を回避している。
国際調査報告
Claims (18)
- 1.シリカ及び有機シラノールからなるコーティング溶液を陽イオン交換樹脂で 処理してアルカリ金属陽イオンを除去し、重合体基体の少なくとも一つの面を前 記処理されたコーティング溶液でコーティングし、そしてその後に前記コーティ ングを高められた温度で硬化させることからなる重合体基体に対するポリシロキ サンコーティングの接着性を改善する方法。
- 2.コーティング溶液が順々に陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で処理さ れる請求項1に記載の方法。
- 3.コーティング溶液が混合されたH+/OH−イオン交換樹脂で処理される請 求項1に記載の方法。
- 4.前記処理されたコーティング溶液がコーティングの前に約5℃〜80℃の温 度で約5〜300時間の間エージングされる請求項3に記載の方法。
- 5.エージングの後に、アルカリ金属の入っていない硬化触媒を硬化したコーテ ィングの総重量に基づいて約0.0004〜5重量%となるのに十分量で、処理 されたコーティング溶液に加える請求項4に記載の方法。
- 6.前記処理されたコーティング溶液は、(a)シリカ約10〜70重量%及び 一般式RSi(0H)3(式中、Rはメチル及び約40%までのビニル、フェニ ル、3−グリシドキシプロピル及び3−メタクリロキシプロピルから選ばれる基 から選ばれる)の部分的に重合した再機シラノール約90〜36重量%からなる 、固体約〜50重量%、並びに (b)水約95〜50重量%及び低級脂肪族アルコール約90〜10重量%から なる溶媒約95〜50重量%からなるものである請求項3に記載の方法。
- 7.前記重合体基体がポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項6に記 載の方法。
- 8.コートされた重合体基体が高められた熱及び圧力で可塑化されたポリビニル ブチラールフィルムのシートに結合されているものである請求項7に記載の方法 。
- 9.前記処理されたコーティング溶液には0.23×M×Pppmより少ないア ルカリ金属カチオン(ここでMはアルカリ金属の原子量でPはコーティング溶液 中の固体%である)が含まれる請求項3に記載の方法。
- 10.前記コーティング溶液はコーティング前に陽イオン交換樹脂で処理される 請求項1に記載の方法。
- 11.(a)ポリエチレンテレフタレートフィルムの少なくとも一方の側を (i)シリカ約10〜70重量%、部分的に重合したエポキシ官能性シラノール 約20重量%まで、及び一段式RSi(OH)3(式中、Rはメチル及び約40 %までのビニル、フェニル、3−グリシドキシプロピル及び3−メタクリルオキ シプロピルから選ばれる基から選ばれる)の部分的に重合化された有機シラノー ル約30〜90重量からなる固体約5〜50重量%(ここでこのコーティング組 成物の固体成分には0.23×M×Ppmより少ないアルカリ金属カチオン(こ こでMはアルカリ金属の原子量でPはコーティング溶液中の固体%である)が含 まれる)、並びに (ii)水約10〜90重量%及び低級脂肪族アルコール約90〜10重量%か らなる溶媒約95〜50重量%;からなる有機シラノールコーティング組成物で 約1〜20ミクロンの厚さにコーティングし、そして (b)高められた温度で加熱してコーティングを硬化させる ことからなるラミネートを製造する方法。
- 12.コーティング組成物には、アルカリ金属の入っていない硬化触媒が硬化さ れたコーティングの総重量に基づき物0.0004〜5%となるのに十分量で含 まれる請求項11に記載の方法。
- 13.コーティングが、シリカ10〜70重量%、重合したエポキシ官能性シラ ン20重量%及び一般式RSi:(OH)3(式中、Rはメチル及び約40%ま でのビニル、フェニル、3−グリシドキシプロピル及び3−メタクリロキシプロ ピルからなる群より選ばれる基から選ばれる)の重合したシラノール約30〜9 0重量%からなる厚さ約1〜20ミクロンの層からなり、前記コーティングには 23×10−6モル/gより少ないアルカリ金属カチオンが含まれるものである コートされた可塑物の基体。
- 14.基体がポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項13に記載のコ ートされた可塑物の基体。
- 15.コーティングが13×10−6モル/gよりも少ないアルカリ金属カチオ ンを含む請求項14に記載のコートされたフィルム。
- 16.基体の未コートの側がポリビニルブチラールシートと結合されている請求 項13に記載のコートされた可塑物の基体からなるラミネート。
- 17.前記ポリビニルブチラルシートがガラスのシートに結合されている請求項 16に記載のラミネート。
- 18.請求項13に記載のコートされた可塑物の基体及びガラスのシートからな り、前記コートされた可塑物の基体の未コートの面及び前記ガラスのシートが共 に接着剤で結合されているラミネート。
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