KR100213848B1 - 유리 기재의 강도를 향상시키는 방법 및 강화 유리제품 - Google Patents

유리 기재의 강도를 향상시키는 방법 및 강화 유리제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부서지기 쉬운 기재의 표면에 실란을 함유하는 수용액을 도포함으로써, 유리와 같은 부서지기 쉬운 기재의 기능적 특성들을 향상시키는 것에 관한 것이다. 상기한 수용액은 실란올을 함유하는 단량체성 물질을 함유하며, 강도, 색상 및 조사 특성과 같은 기능들중 적어도 1가지 기능을 향상 시킨다. 주된 흥미를 끄는 물질은 규소에 결합된 적어도 한 개의 알콕시 그룹, 바람직하게는 3개의 알콕시 그룹을 갖는 실란이다. 알콕시 실란은 1 내지 100중량％의 농도로 수용액에 용해된다. 도포후, 피복물질을 경화시킨다. 피복된 제품에는 유용한 특성들이 제공된다.

Description

[발명의 명칭]
유리 기재의 강도를 향상시키는 방법 및 강화 유리 제품
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 하나 또는 다수의 기능성을 나타내는, 유리 또는 기타의 취성 물질을 포함하는 피복된 제품의 제조 분야에 속한다. 보다 특히, 본 발명은 규소, 산소 및 탄소를 함유하는 표면 피막을 갖는 제품을 제조하기 위해, 제품의 표면에 실란 함유 용액을 도포함으로써, 예를 들어 강도, 색상 및 내충격성이 개선되고 적외선 및 자외선 투과성이 감소된 제품을 제조하는 기술분야에 속한다.
취성 물질은 일반적으로, 몇몇 특성이 바람직한 정도보다 낮다. 예를 들어 신장 강도, 내충격성 및 유해 광선으로부터 내용물을 차폐시키는 능력과 같은 몇몇 특성이 바람직한 정보보다 낮다. 이러한 현상은 위의 물질로부터 제조된 제품의 본체 또는 표면에서의 결함 또는 소량의 불순물과 같은 요인, 또는 물질 자체의 고유한 특성의 결과로서 발생한다. 이러한 현상을 보완하기 위한 방법에는 제품에 압축 응력하의 평면을 제공하기 위한 다층구조물의 제조 및 표면에 흠집이 생기지 않도록 하고, 또한 소량의 추가의 지지체를 제공하기 위한 중합체 보호피막과 같은 표면 처리제가 포함된다.
동시에 계류중인 미합중국 특허원 제07/575,052호에 기재되어 있는 바와 같이, 유리는 본질적으로 우리가 알고 있는 가장 강한 물질 중의 하나이다. 이론적으로, 표준 규산염 유리는 14 내지 20 기가파스칼(GPa) (2 내지 3백만 ℓb/in2[psi]) 정도의 응력을 견딜 수 있어야 한다. 그러나, 일반적으로 실제로 수득되는 강도는 70메가파스칼(MPa), 즉, 약 10,000psi 정도이다. 기대치와 실측치 간의 불일치는 표면 흠집 또는 균열의 존재로 설명된다. 이러한 흠집은 본질적으로 유리의 주쇄인 실록산 망상구조(Si-O-Si)를 파괴한다. 유리에 대한 이러한 손상은 가해진 힘을 통상적으로 기대한 것보다 훨씬 낮은 응력에서 유리 제품을 돌발 파괴시킬 정도로 집중시키는 작용을 한다. 본원에서는 유리에 대해 기술하지만, 파괴되기 전에 상당한 정도로 가소성 변형을 나타내지 않는 각종의 취성 물질에도 이와 동일한 이론이 적용될 수 있다.
유리 용기의 경우에, 표면 흠집 또는 결함은 용융되지 않은 배취 물질내지는 기타의 유리 제품을 포함한 경질 표면을 가로질러 미끄러짐으로써 형성된 긁힘과 같은 많은 요인에 기인할 수 있다. 통상의 용기 제조 시설에서 , 예를 들어 유리 제품은 이들이 형성되는 순간부터 취급에 의해 심하게 손상될 수 있다. 공기 중의 미립자 및 수분, 기타의 병, 안내 레일 및 기타의 취급 장비 및 이 유리 제품을 수송하는 콘베이어와 접촉하며, 형성된 흠집으로 인해 용기의 강도가 상당히 저하될 수 있다.
연구자들은 실제의 유리강도면에서의 문제를 완화시키기 위한 방법을 장기간에 걸쳐 조사해왔다. 형성 및 취급 공정을 많이 변화시켜 강도를 증가시켰으나, 이러한 진보된 취급 공정에서 조차도 표면에 흠집이 남는다. 이러한 이유로, 흠집이 불가피하게 물체에 형성된 경우 이 흠집의 영향을 감소시키는데 상당한 연구 노력이 집중되었다. 이 과정은 일반적으로 3개의 주요 범주로, 즉 표면 처리, 열 처리 및 표면 도포로 구분지을 수 있다. 본 발명은 표면 도포의 예이며, 강도가 이미 손상된 후에 제품의 표면에 피막을 도포하는 것이다.
본 분야의 숙련가는 유리와 같은 취성 제품의 강도를 증가시킴으로써, 사실상 동등한 강도 및 일반적인 기계적 성능을 지닌 제품을 형성시키는데 필요한 물질의 양을 줄일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 예를들어 유리병과 같은 특수한 경우에, 병은 미처리된 병에 비해 중량면에서 보다 가볍거나, 동일한 질량일 경우 충격 파괴 또는 응력 파손에 대한 내성이 보다 높다.
유리의 강도를 개선시키기 위한 약간의 시도가 아라타니(Aratani) 등의 미합중국 특허 제4,859,636호에 나타나며, 여기서는 유리 표면의 금속이온을 보다 큰 반경의 이온으로 교환하여 표면 압축 응력을 향상시킨다. 풀(Poole) 등의 미합중국 특허 제3,743,491호에는 추가의 마멸로부터 표면을 보호하기 위해 중합체 보호피막을 제공하여 표면 압축 응력을 향상시키는 방법이 기술되어 있다.
해쉬모토(Hashimoto) 등의 미합중국 특허 제4,891,241호에는 유리의 표면을 실란 커플링제로 처리한 후, 아크릴로일 및/또는 메타크릴로일 그룹을 함유하는 중합체 도포로 처리하고, 이어서 조사 또는 열처리하여 전술한 그룹을 함유하는 분자를 중합시키는 방법이 기술되어 있다.
전술한 특허들은 각각 위에서와 같이 처리된 유리의 강도를 개선시키나, 결점이 없는 것은 아니다. 이들 처리중 일부는 제조공정시에, 이용가능한 시간보다 더 긴 시간을 필요로 하여 오프라인 가공이 필요하다. 또한 작업자의 안전 및 건강에 대해서도 염려가 된다. 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 화합물 뿐만 아니라, 용매의 사용 및 취급은, 건강 및 안정성 측면 및 사용된 물질의 처리 또는 처분의 관점에서 제조자가 고려해야 한다.
또한, 지금까지 강도를 제외한, 또는 강도외의 파라미터에 대해 제품을 적합하게 처리하는 문제는 거의 비경제적이라고 할 수 있는 단계를 요구한다. 예를들면, 강화제 이외에 도료와 같은 착색 매질을 포함시키기 위해서는, 일반적으로 예를 들어 병 제조 라인상에 부수적인 기계를 설치해야 하며, 동시에 자본 및 노동력이 소비된다. 본 명세서에서 사용된 용어 색은 가시 스펙트럼의 투명한 착색된 부분, 또는 흑색, 백색 또는 기타의 색상과 같은 가시 스펙트럼의 불투명한 부분을 의미한다.
취성 제품, 특히 유리에서 인지되는 유용성을 지닌 기타 특성에는 예를 들어 자외선(UV)투과 조절 물질, 닳거나 연마된 제품의 외관을 개선시키기 위한 물질, 감마제, 목적한 특성을 부여하기 위해 고안된 단독으로 사용되거나 2개 이상의 첨가제의 혼합물로 사용되는 기타 물질 또는 기능성이 포함된다.
본 발명은 취성 물질 표면에 실란 용액을 도포함으로써, 1가지 또는 다수의 기능을 나타내는 피막을 갖는 제품 및 단일 목적용 또는 다수 목적용의 피막을 포함하며, 여기에서 실란 용액은 특성이 선택된 물질을 함유한다. 실란용액은 규소와 연결된 1개 이상의 가수분해 가능한 잔기를 갖는 실란으로부터 유도된, 실라올 그룹(SiOH)을 갖는, 바람직하게는 이러한 그룹 3개를 포함하는 올리고머 및 단량체를 함유한다.
본 발명의 바람직한 양태는 제품 표면에 실란용액을 도포함으로써 수득하는, 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 피막을 갖는 유리제품이고: 이 제품은 전기전도성을 개선하기 위하여 도판트와 같은 기타 성분이 존재하거나 부재하는, 예를 들면, 주석, 티탄, 규소, 또는 기타 금속 산화물층 또는 기타 금속 질화물층과 같은 물질 또는 이들 물질들의 혼합물로 이루어지거나 이들을 포함하는 이미 부착된 1개의 층을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 양태는 실란 수용액을 제품 표면에 도포시킨후 제품 위의 피막을 경화시킴으로써, 1가지 이상의 향상된 특성을 갖는 취성의 피복 유리 제품의 제조함을 포함하며, 여기서 실란은 규소에 결합된 다수의 알콕시그룹 및 규소와 결합된 1개 이상의 하이드로카빌 잔기를 가지며, 실란 용액은 1개 이상의 선택된 기능을 제공하는 1개 이상의 그룹을 포함할 수 있다. 본원에서 사용한 바와 같이 용어 기능 또는 기능성은 기재 또는 제품 용도에 유용하거나 필요한 장식적인 기재 또는 제품의 특징을 의미하는데 사용된다. 기능 또는 기능성에 관한 비제한적인 예는 색, 향상된 강도, 전자기 스펙트럼의 다양한 부분에서의 조사선을 차단 또는 변화(반사 및 굴절 포함)시킬 수 있는 능력, 내스크래치성, 및 가시적 표면 손상을 차폐시킬 수 있는 능력이다.
본원에 기술한 실란용액을 도포하기 전이나 후의 기타 기능성의 존재에 관계없이, 실란용액은, 본원에서 제한됨이 없이, 향상된 기계적 강도, 가시적 착색제, 위장용(camouflage)도료, UV선 변화제, 표면감마제, 적외선(IR)흡광제, 또는 자외선 내지 적외선에 이르는 전자기 스펙트럼중 어떠한 부분에라도 사용하기 위한 스크린, 반사 또는 반사방지용 도료를 포함하는 선택된 기능 또는 목적하는 조합된 특성들을 기재에 제공하는데 유용하다. 본원에서 사용한 바와 같은 위장용도료는 제품의 시각적 외관에 나쁜 영향을 끼치는 취급 또는 기타 마멸에 노출된 기재의 외관을 개선시키는 도포물인 도료를 의미한다. 변화된 UV선 또는 IR선 특성은 피복제품의 UV선 또는 IR선에 대한 투과도를 향상 또는 저하시키거나 피복된 기재의 순 굴절지수를 변화시킨다.
본 발명의 가장 바람직한 양태는, 실란 수용액을 제품 표면에 도포함으로써 1가지 이상의 기능 또는 특성이 향상된 피복된 규산염 유리제품의 제조법이다. 예로는 , 예를 들면, 표면의 감마성, 유리병 또는 세라믹 시트의 강도, 및 투명한 용기로의 감소된 UV 투과성을 포함한다. 1가지 이상의 향상된 특성은 이러한 특성을 유발하는 분자 구조를 실란 분자 또는 분자들내로 혼입시키거나 기타 유효한 성분을 갖는 용액을 실란 용액과 혼합함으로써 조합될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 유효 성분은 조성이 일반적으로 처리된 표면에 목적하는 기능을 제공하며 특정 분자 구조로 제한된 것은 아닌, 다수 또는 단일의 화합물 또는 혼합물을 의미한다. 유효 성분의 예는 유리 용기의 표면에 도포시킨 고분자량 지방족 탄화수소 유제를 들 수 있는데 이는 이런 방법으로 처리하지 않는 표면보다 더 큰 슬립(slip)을 표면에 제공한다. 본 발명과 연관하여, 다수의 기능성은 기재내 또는 기재위에 2가지 이상의 조합된 특성을 제공하며 이의 예를 들어 보면 유리 용기의 경우 향상된 강도 및 감마성: 병의 경우 향상된 감마성, 시각적 색 및 UV 변화성: 또는 절흠 취성(notch-sensitive) 플라스틱의 경우 향상된 강도 및 위장능을 제공한다. 본 명세서의 목적을 위해, 절흠 취성 플라스틱은 취성 물질로 분류한다.
본 발명의 도료는 제품 예비 처리되지 않은 표면위에 직접 도포되거나 바깥층에 도포될 수 있으며 이의 조성은 기재 물질과 동일하거나 상이할 수 있다. 취성 제품의 단일 또는 다수의 기능성은 물 및 실란의 조성물을 제품의 표면에 도포시킴으로써, 향상되며, 이때 실란을 규소에 결합된 다수의 가수분해가능한 그룹을 가지며, 또한 규소에 결합된 1개 이상의 유기 잔기를 가질수도 있다. 후속적으로 물이 적어도 부분적으로 제거되어 Si, O 및 C를 포함하는 피막이 제공된다. 기재는 용액의 빙점 이상이면 어떠한 온도라도 가능하나, 바람직하게는 약 20 내지 약 200℃, 가장 바람직하게는 약 25 내지 약 130℃ 이다.
실란 용액은 SiOH 그룹을 포함하는 단량체 또는 올리고머를 함유한다. 당해 기술 분야의 숙련가들에게 용어 실란올 또는 SiOH 그룹은 기술적으로 부정확하게 이해될 수 있는데, 본 발명의 목적을 위해서는 이들 용어들은, 비록 하이드록실 그룹이 반응하지 않은 화학종 또는 후속 반응 생성물과 평형 상태로만 존재할지라도 하이드록실 그룹 1개 이상이 규소에 결합된, 규소를 포함하는 잔기의 가수분해 생성물을 나타낸다. 본원에서 사용한 바와 같이, 용어 하이드로카빌은 탄소에 결합된 수소 및 임으로는 치환 그룹을 함유한 탄소 함유 화합물을 의미한다.
실란 용액은 목적하는 기능을 하나 이상 제공하도록 선택된 물질을 단독 물질로서 또는 실란 잔기와 결합된 적절한 그룹으로서 포함한다. 위에서 지적한 바와 같이, 실란 잔기 자체는 SiOH 그룹을 포함하는 단량체 또는 올리고머를 함유한다: 목적하는 기능성을 제공하는 물질(예를 들면 감마제와 같은)을 실란 용액에 가할수 있다. 대안적으로 또는 추가로 착색제를 실란분자 구조 자체내로 혼입시킬 수 있다.
본 발명에 바람직한 물질은 규소에 결합된 가수분해가능한 그룹을 1개이상, 바람직하게는 다수 함유하는 실란이며, 목적하는 기능성을 제공하도록 선택된 그룹 또는 물질을 용액에 가하거나 이러한 것은 실란 분자에 결합된 것이다.
본 발명의 바람직한 양태는 규소에 결합된 가수분해 가능한 그룹 2개 이상을 갖는 실란 용액을 사용하여 도포한 제품을 제조하는 것이다. 가장 바람직한 양태에 있어서, 실란은 물과 혼합되어 실란올 및 기타 작용성 그룹을 갖는 화학종 수용액을 형성하는 하나 또는 다수의 알콕시실란이다: 가장 바람직한 알콕시실란은 약 1내지 약 100중량％(wt.％), 바람직하게는 약 5내지 약 40중량％, 가장 바람직하게는 7 내지 약 25중량％의 농도로 사용된다. 실란을 희석하지 않고 사용하는 것도 본 발명의 범위 및 취지에 포함된다.
본 발명의 실란은 일반식이 [R](CH2)m]nSi(XR')4-n(여기서, n은 0 내지 3이며, m은 0 내지 6, 바람직하게는 0 내지 3이다)이다. m 이 0인 경우, 바람직한 R 탄화수소는 길이가 1 내지 3인 직쇄형이며, m 이 2 내지 6인 경우 포화 또는 불포화된 탄화수소(예 : 메틸, 에틸, 비닐, 프로필, 알릴, 부타디메틸 등)일 수 있다. 포화 또는 불포화에 상관없이 직쇄, 측쇄 및 환형 탄화수소와 같은, 그러나 이들로만 제한되는 것은 아닌 수소: 할로겐: 규소 및 치환된 규소 그룹: 하이드록시: 카복시: 카복실레이트: 에폭시: 시아노: 알콕시: 아미노알킬: 아미도: 카바일: 및 이들 그룹의 혼합물을 포함하는 그룹에 의해 치환될 수 있다. 바람직한 그룹은 하이드록시, 에폭시 및 아크릴옥시 또는 메타크릴옥시 작용기를 포함하는 그룹이다.
XR' 그룹은 처리되고 있는 제품 표면과 반응할 수 있는 화학종으로 존재하거나 또는 이들로 가수분해가능한 그룹이다. 표면은 XR'와 축합할 수 있는 금속-OH 잔기를 포함할 수 있고: 처리용으로 바림직한 표면은 주석-산소 또는 규소-산소 결합을 포함하는 유리이다.
X 원자는 할로겐, 산소, 질소, 또는 황일 수 있으며, 단 X 가 할로겐인 경우 이의 원자가가 1가인 것은 규소 원자에 대한 이의 결합에 의한 것이어야 하며 R'는 존재할 수 없다. X는 산소인 것이 바람직하다. R' 그룹은 수소 또는 탄소수가 1 내지 약 10인 포화 또는 불포화 탄화수소 그룹일 수 있으며 쇄중에서 에테르, 아미노 및 티오에테르 구조 등을 제공하는 산소, 질소 및 황 원자를 포함할 수 있고: R'는 [R(CH2)m]nSi(XR')4-n구조가 올리고머성이 되도록, 즉, R' 그룹이 반복단위가 되도록 규소 및 치환된 규소 그룹을 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 탄소쇄의 길이는 1 내지 약 3이며: 가장 바람직한 R' 그룹은 메틸이다.
전술한 일반식을 갖는 본 발명의 실란에 있어서, R'는 지적한 바와 같이 반복 단위일 수 있다. 반복단위는 실란올 그룹의 축합에 의해 형성된 단위 [R(CH2)m]pSi(XR')3-p(여기서, R는 하이드록실, 에폭시, 메타크릴옥시, 아크릴옥시, 4-하이드록시부티르아미도, 2-하이드록시아미노 및 디알킬 아세탈로 이루어진 그룹으로부터 선택된 치환체 그룹을 가지며, p는 1 내지 2이고, 기타 파라미터는 위에서 정의한 바와 같다)인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 양태에 있어서, R' 및 R 중의 하나 또는 둘다는 기재에 강도, UV-개질성 IR-스크린성 또는 기타 기능성을 부여하는 1개의 그룹 또는 조합된 그룹을 포함하거나 혼입할 수있다. R' 그룹이 작용기를 포함하는 경우, 이 그룹은 모실란 물질로부터 가수분해될 수 있으나 여전히 기재 처리에 사용된 생성 용액의 일부로서 존재할 수 있다.
본 발명의 유용성에 있어서, 실란 용액은 제조되어 약 10분 이상 동안 방치될 수 있다. 이론에 얽매이려 함은 아니지만, 이러한 시효 경화시간은 실란 분자가 적어도 부분적으로 가수분해되어 일시적으로 존재하거나 용액속에서 다른 분자 화학종과 평형 상태로 존재할 수 있는 SiOH 그룹을 제공하는 것으로 추측된다. 이어서, 이 SiOH 그룹은 서로 또는 처리된 기재 표면상의 그룹과 상호 반응할 수 있다.
시효경화시킨 용액은 분무, 브러싱, 침지, 함침 또는 단일 또는 다수의 유효 피막을 제공하는 특정 방법(예 : 다중 침지 또는 분무)을 사용하여 기재 표면에 도포된다. 이러한 도포는 특정 방법에 편리한 특정 온도에서 수행될 수 있으며 : 예를 들어 유리 기구인 경우에 있어서, 실란 용액의 도포는 바람직하게는 어닐링 리어(anneling lehr)의 출구 또는 냉각 말단부에서 수행한다. 이어서 생성된 피막을 주위 온도에서 방치하거나 IR 또는 UV와 같은 에너지를 사용하는 방법을 별도로 수행하거나 이들을 병행함으로써 경화시킨다. 바람직한 경화 방법은 약 50 내지 250℃ 정도에서 피복 제품을 가열시키는 방법이다.
도포시킬 물질 표면상에서 기재 물질 또는 이의 가수분해물을 도포시킴에 있어서, 생성된 외부 표면은 기재 및 피막의 복합 구조를 통해 선택된 하나 또는 몇몇 향상된 특성을 제공하는 물질로서 작용한다. 이 그룹이 R'와 결합 하거나 R'내로 혼입되는 경우, 이 그룹은 모실란 분자로부터 가수분해되어 제거될 수 있으나, 기재에 도포시킨 피막에 존재할 수도 있다.
본 발명에 따라 도포된 취성 제품에 감마성을 부여하기 위해서는 R;와 R는 둘다 탄소수가 6개 이상이며, -(CH2)8CH3,-(CH2)18CH3, -CH2CH2(CF2)5CF3,및 기재에 매끄럽거나 감마성의 표면을 제공하는 유사한 구조물을 포함한다.
유사하게는, R' 및 R는 UV 특성을 변화시키는 물질에 대하여 표 1에 나타낸 바와 같은 구조물을 함유할 수도 있다. 이들 구조물에서, R 은 C1-10알킬 또는 아릴이다.
파라-니트로소나프톨 및 유사한 전자가 풍부한 구조물과 같은 그룹들은 본 발명에서 발색성을 제공한다. 이들 그룹은 표 2에 나타낸 물질을 포함한다:
본원에서 사용한 바와 같은 용어 용액에는 화학적 용액, 현탁액, 유탁액 및 완전하게 또는 불완전하게 상호혼합될 수 있는 용액이 포함된다.
실란 수용액은 분무, 적하, 침지, 페인팅 또는 액체, 증기 또는 에어로졸 도포에 적합한 기타의 기술로 제품표면위에 부착시킨다. 표면위에 부착시킨 후, 실록산(Si-O-Si)결합 형성을 유도하는 축합 반응인 것처럼 보이는 반응을, 예를 들면, 극초단파, IR 또는 UV 조사에 의해 유도시키거나, 대기압, 대기압 이상 또는 대기압 이하에서 주위온도 또는 이보다 높은 온도에 노출시켜 유도시킨다.
본 발명의 용도에 꼭 필요하지는 않지만, 규산염 물질, 특히 유리에서 폴리실록산 결합이 피막내에서 및 피막과 표면 사이에서 발생한다. 실란 피막은 표면에 결합된 후 특히, 흠집이 있는 표면을 가로질러 Si-O-Si 망상조직을 형성함으로써 표면내의 균열을 회복시킬 수 있다. 흠집부위에서 실록산 결합이 형성되는 경우 이는 제품, 예를 들면, 맥주병 등의 파괴 응력을 명백하게 증가시킨다. 본 발명의 실란 용액 도포에 의해 나타나는 강도 증가율은 350％를 초과했다.
예를 들면 UV에 대하여 상당한 불투명도를 갖는 분자 부분의 제품위에 존재하는 피막에 본 발명의 실란 용액을 도입함으로써 병의 내용물 분해가 보호된다.
기재의 온도는 용액의 빙점을 초과하는 어떠한 온도라도 가능하며, 바람직하게는 약 20 내지 약 200℃, 가장 바람직하게는 약 25 내지 약 130℃이다.
당해 분야의 숙련가들은 계면활성제를 사용할 때 습윤성을 증진시킬 목적으로 실란 용액에 기타 성분을 첨가할 수 있음을 인지할 것이다. 이점에 관해서는 비이온성 계면활성제가 특히 유용하다.
본원에서 기재한 바와 같이, 화합물을 실란 용액에 첨가할 수 있으며, 이 화합물은 실란올 그룹과 상호작용하여, 실란과 함께 사용할 수 있는 내부 침투형 구조를 형성하거나 공중합체 구조를 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 불포화도 및 기타의 분자 작용기를 단량체성 실란 구조내로 혼입시키거나, 실란이 존재하는 용액에 첨가할 수 있다. 예를 들면, 아미노-포름알데하이드, 에폭시, 및 폴리아크릴레이트와 같은 중합체성 구조를 형성하는 단량체가 특히 유용할 수 있다.
이후에 주어진 실시예에서, 샘플을 제조 및 시험하는 방법은 당해 분야의 숙련가들에게는 널리 공지되어 있으며, 이는 본 발명의 일부를 형성하지 않기 때문에 자세히 설명하지 않은 것이다.
[강화]
[실시예 Ⅰ]
본 실시예에서, 소다-석회 유리 로드를 비커스(Vickers) 다이아몬드로 압입(indentation)시켜 표면에 약 50마이크로미터(㎛)의 흠집을 낸다. 이 로드 샘플을 굴곡 시험하면 평균 강도가 56MPa 이다. 압입된 흠집을 지닌 샘플에 수중 비닐 트리메톡시실란(VTMO) 10중량 퍼센트(중량％)의 용액을 분무 도포시킨다. 이 용액은 pH를 3.0 내지 3.4로 조정하기에 충분한 양의 황산을 포함한다. 이 샘플을 200℃에서 15분 동안 열처리한 후, 굴곡 시험을 행한다. 이 샘플의 평균 강도가 56MPa에서 90MPa로 증가되는 것으로 밝혀졌다.
[실시예 Ⅱ]
실시예 Ⅱ는 실시예 Ⅰ의 변형방법이다. 이 실시예에서도, 샘플은 압입된 로드이고, 용액은 실시예 Ⅰ에서 상술된 바와 같이 산성화된 10중량％의 VTMO 용액이다. 이 용액은 또한 비이온성 계면활성제 0.75중량％를 함유한다. 경화후에 압입된 샘플의 강도는 56MPa에서 93MPa로 증가된다.
[실시예 Ⅲ]
실란으로서 메틸트리메톡시실란(MTMO)을 사용하는 점을 제외하고는 실시예 Ⅲ의 과정은 실시예 Ⅰ에서와 동일하다. 대조 샘플의 평균 강도는 62MPa이다. 도포 및 경화시에, 굴곡 강도는 96MPa 로 증가된다.
[실시예 Ⅳ]
실시예 Ⅳ는 MTMO를 사용하여 실시예 Ⅱ에서와 동일하게 수행한다.
대조 샘플의 평균 강도는 또한 62MPa이나, 강화된 샘플의 평균 강도는 103MPa 이다.
[실시예 Ⅴ 및 Ⅵ]
실시예Ⅴ 및 Ⅵ은 실란으로 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MPTMO)을 사용하는 점을 제외하고는, 각각 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ에서와 동일하다. 이들 실시예에서, 평균 대조물 강도는 60MPa 이다.
이들 도포된 샘플을 전술한 바와 같이 열적으로 경화시키나, 경화를 촉진시키기 위해 추가의 UV선을 조사시킨다. 실시예 Ⅴ의 경우에, 강화된 샘플의 평균 강도는 126MPa이고, 실시예 Ⅵ의 경우에, 강도는 124MPa에 달한다.
[실시예 Ⅶ]
Al2O3의 편평한 디스크로부터 직사격형 바를 절단한다. 절단된 샘플의 절반은 50㎜/분의 크로스헤드(crosshead) 속도의 인스트론(Instron) 시험기를 사용하여 굴곡시킴으로써 파단시킨다. 이 샘플의 평균 강도는 23,340psi (=163MPa)이다.
나머지 샘플은 비이온성 계면활성제 0.025중량％ 및 폴리에틸렌 유제 0.025중량％를 함유하는 CETMO의 10％ 용액으로 분무 도포한다. 이 용액을 바의 표면에 도포하기 전에 실온에서 2시간 동안 시효경화시킨다.
분무 도포된 후 샘플을 열적으로 경화시킨다. 경화는 125℃에서 15분, 이어서 225℃에서 10분 동안 수행한다. 처리된 샘플의 평균 강도는 28,230psi (=198MPa)이고: 미처리된 샘플에 대한 처리된 물질의 강도면에서의 증가분은 21％이다.
[위장]
[실시예 Ⅷ]
충분한 수의 일반적인 세정 및 재충전 사이클을 통해 처리되어 일반적으로 닳고 손상된 외관을 지닌 병을 3가지 실란으로 이루어진 실란 용액(수중 총 10％의 실란 용액)으로 도포시킨다. 이 용액은 1 : 1 : 1의 글리시독시프로필-트리메톡시실란 (GPTMO), 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란(CETMO), 및 메틸트리메톡시실란(MTMO)으로 구성된다. 각 실란의 양은 약 3.33중량％이다. 이 용액은 pH를 3.0 내지 3.4로 하기에 충분한 양의 황산을 함유한다. 습윤성을 향상시키기 위해 비이온성 계면활성제를 0.75중량％의 양으로 가한다. 이렇게 도포된 병은 최소한의 세정 및 재충전 사이클만을 거친 시각적 외관을 지닌다.
[UV 투과율의 변화]
[실시예 Ⅸ]
UV선을 차폐할 수 있는 분자인 2-하이드록시 벤조페논을 GPTMO분자로 도입시킨다. 이 화합물 1.85g을 용액중의 VTMO 10g에 가하고, 이 용액을 실온에서 24시간 동안 방치한다. 시효경화시킨 물질을 실시예 1에서 기술된 바와 같이 침지시킴으로써 유리 시트에 도포시킨다. 경화시킨 후 , 샘플의 UV 투과율은 감소된다.
[실시예 Ⅹ]
알콜 용액중의 2-하이드록시 벤조페논을 실시예 Ⅰ에서 기술한 용액에 가하고, 생성된 물질을 실시예 Ⅱ에서 기술된 바와 같이 유리 시트에 도포한다. 경화된 샘플은 실시예 Ⅸ에서와 거의 동일하게 UV선의 투과율이 감소된다.
[감마성]
[실시예 ⅩI]
실란 용액으로서, 혼합된 폴리에틸렌 유제를 추가로 함유하는 CETMO를 사용하고, 병을 충전 및 세정의 반복 사이클에 적용시키지 않는 점을 제외하고는. 실시예 ⅩI은 실시예 Ⅷ와 동일하게 수행한다. 대조 샘플의 슬립각은 약 30°이고 처리된 병의 슬립각은 약 10°이다.
[실시예]
폴리(메틸메타클리레이트) 시트의 샘플을 혼합된 폴리에틸렌 유제를 함유하는 수중 CETMO 10중량％의 용액으로 분무도포시킨다. 이 용액은 pH를 3.0 내지 3.4로 조정하기에 충분한 양의 황산을 함유한다. 샘플을 125℃에서 15분 동안 열처리시킨 후 , 실온으로 냉각시킨다. 처리된 샘플은 시트들 간의 마찰이 미처리된 시트들 간의 마찰보다 작다.
[색]
[실시예 XIII]
FD C 적색 #40 및 FD C 적색 #3을 포함하는 착색제를 실시예 Ⅱ의 실란을 함유하는 도료 용액에 가하고, 생성된 물질을 분무시킴으로써 세정된 병을 도포한다. 가열 경화시키면 병은 균일한 적색으로 착색된다. 이 병은 대조샘플에 비해 개선된 파열 강도를 나타낸다.
본 분야의 숙련가는 본 발명의 방법에서, 예를 들어 처리된 제품의 표면으로부터 물 또는 기타의 도포되지 않은 반응 생성물을 제거하기에 충분한 종류 및 크기의 에너지를 제공(단, 이는 유리 또는 피복 물질에 유해하지 않아야 한다)함으로서 경화 단계를 수행시킬 수 있음을 이해할 것이다. 에너지와 시간 조합의 함수인 경화 단계는 소량의 에너지 및 비교적 장시간의 조건을 포함할 수 있고, 또는 역으로 전술한 바와 같은 제한된 에너지를 비교적 짧은 시간 동안 적용시키는 조건을 포함할 수도 있다.
본원에 기재 및 기술된 본 발명의 바람직한 유형에 대한 수정 및 개선은 본 발명의 원리 및 개념을 이해하는 본 분야의 숙련가에 의해 가능할 것이다. 따라서, 이에 관해 해야될 특허청구의 범위는 본원에 기술된 본 발명의 양태로만 제한되어서는 안되고, 본 발명이 본 분야의 기술을 진척시키는 향상성에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (7)

  1. 유리 기재를 비닐 트리메톡시실란, 메틸 트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 및 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란으로부터 선택된 실란 화합물의 수용액과 접촉시키고, 가열한 다음, 물을 제거하여 피막을 형성시킴을 포함하여, 유리 기재의 강도를 향상시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 피막에 자외선을 조사함으로써 유리 기재의 강도를 추가로 향상시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실란이 비닐트리메톡시실란인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실란이 메틸 트리메톡시실란인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실란이 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란인 방법.
  6. 비닐 트리메톡시실란, 메틸 트리메톡시실란 및 메타크릴옥실프로필트리메톡시실란으로부터 선택된 실란 화합물을 용해시켜 제조한 수용액을 유리 제품과 접촉시키고 물을 제거함으로써 형성된 피막을 갖는 강화 유리 제품.
  7. 제6항에 있어서, 피막에 자외선을 조사하여 제품의 강도가 추가로 향상된 강화 유리 제품.
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