KR100301408B1 - 피복된플라스틱기판의내충격성개선방법 - Google Patents

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Abstract

플라스틱 기판의 적어도 한 표면에 프라이머 층으로서 수성 폴리우레탄 분산물을 도포하고, 실온에서 공기 건조시켜 수성 폴리우레탄 분산물을 적어도 부분적으로 경화시키고, 이 폴리우레탄 프라이머 층 위에 피복 조성물을 도포하고, 이 피복 조성물을 경화시켜 내마모성 강화 피복을 형성시키는 것으로 이루어진 피복된 플라스틱 기판, 특히 높은 굴절 계수를 갖는 중합체로 된 것들의 내충격성을 개선시키는 방법이다. 바람직하게는, 내마모성 피복 조성물을 도포하기전에 1시간 이내 동안 실온에서 수성 폴리우레탄 분산물을 공기로 건조시킨다. 이 방법은, 안경렌즈와 보안경과 같은 투명한 것이 바람직한 플라스틱 제품위에 도포하기 위해서 투명한 것이 바림직한, 강한 계면 접착력을 갖는, 내충격성이 향상된 내마모성 피복 시스템을 제공한다.

Description

[발명의 명칭]
피복된 플라스틱 기판의 내충격성 개선 방법
[발명의 배경]
(발명의 분야)
본 발명은, 실온의 공기로 건조시켜 경화시킬 수 있는 열경화성 폴리우레탄 수분 산액으로 이루어진 프라이머층을 또 다른 층이 그 위에 가해지기 전에 플라스틱 기판의 적어도 한 표면에 도포함으로써, 안경 렌즈로 사용되는 것과 같은 플라스틱 기판의 내충격성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
(관련 기술의 설명)
깨끗하고 투명한 플라스틱 물질이, 경량성, 취급 용이성 및 제품 성형 용이성과 같은 그들의 독특한 물성으로 인하여 여러 응용 분야에 있어서 유리의 대체물로 널리 사용되고 있다. 그러나, 플라스틱 물질은 대부분의 플라스틱이 약하고 쉽게 흠집이 난다는 결점을 가지고 있다. 따라서, 이것을 어떤 응용 분야에 사용하기 전, 유기 또는 실록산 코팅 조성물로 플라스틱 물질을 피복시켜 내마모성 "경질 코팅물"을 얻는 것이 관행화 되었다. 이러한 경질 코팅물은 깨끗하고 미착색된 코팅물인 것이 바람직하다. 유기 코팅물의 예로는 열경화성 에폭시 및 폴리우레탄 수지 및 자외선 경화성 아크릴계 수지가 있다. 유기 코팅물이 실록산 코팅물 보다는 값이싼 경향이 있지만, 그들의 내마모성은 일반적으로 그다지 좋지 못하다.
기판에 도포되고 경화될 때 그 플라스틱 기판의 표면 상에 우수한 내마모성을 부여하는 수많은 실록산 코팅물이 알려져 있다. 이들 중 가장 우수한 것들은, 클라크(Clark)의 미합중국 특허 제3,986,997, 4,027,073호, 바니(Baney et al.) 등의 미합중국 특허 제4,177,175, 4,242,416 및 4,245,118호, 우버색스(Ubersax)의 미합중국 특허 제4,177,315호, 험프리(Humphrey)의 미합중국 특허 제4,188,451, 4,218,508호, 구슨스(Goosens)의 미합중국 특허 제4,207,357, 4,242,381 및 4,242,383호, 재뉴어리(January)의 미합중국 특허 제4,355,135호, 화이트(White et a1.) 등의 미합중국 특허 제4,390,373 및 4,442,168호, 애쉬록(Ashlock et al.) 등의 미합중국 특허 제4,500,669, 4,540,634, 4,571,365 및 4,702,773호, 욜다스(Yoldas)의 미합중국 특허 제4,753,827호, 게스트(Guest et al.) 등의 미합중국 특허 제5,013,608 및 5,102,695호에 기재되어 있다. 이들 특허들에 기재된 경질 코팅물은 안경 유리, 보안경, 건물과 차량용 유리창, 플라스틱 판넬 및 내마모성과 내스크래치성(Scratch resistant)을 갖는 표면 코팅물이 중요한 기타 다른 물건들에 사용되는 것을 포함하는 플라스틱 렌즈에 내마모성을 부여하는데 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 내마모성 경질 코팅물은 일부 응용 분야에 있어서는 플라스틱 기판의 내충격성도 감소시키는 것으로 알려져있다.
최근에는 고굴절률 플라스틱 재료가 안경 렌즈를 만드는데 사용되고 있다. 이들의 굴절률이 높아짐에 따라 동일한 수준의 보정을 달성하는데 필요로 하는 렌즈의 두께는 얇아진다. 이렇게 제조된 렌즈는 보다 얇고 가벼워서 사용자들이 보다 선호하게 된다. 그러나, 이들 고굴절률 플라스틱 물질은 여전히 유리보다 상대적으로 약하고 긁히기 쉬운 경향이 있다. 이들 플라스틱 물질에 공지의 유기 또는 실록산 코팅물을 도포하여 보호 내마모성 코팅물을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 경질 코팅물을 고굴절률 플라스틱 물질에 도포하면, 이들의 내충격성이 피복되지 않은 플라스틱 물질에 비해 떨어지는 경향을 보인다. 이점은 심각한 단점으로서, 특히 감소의 정도가 내충격성을 정부 기준의 최저점 이하로 감소시키기에 충분할 정도로 클수 있기 때문이다. 더욱이, 이들 피복된 플라스틱 물질에 반사 방지 코팅물과 같은 추가의 코팅층을 도포하는 것은 이들의 충격 강도를 더욱 감소시킬 수 있다.
이 문제점을 해결하는 하나의 방법은 플라스틱 기판과 내마모성 코팅물 사이에 폴리우레탄과 같은 열가소성 수지로 된 탄성체 프라이머층을 도포하는 것이다. 이 탄성체 층은 충격에 의해 경질 코팅물내에 형성된 균열이 플라스틱 기판으로 진행되는 것을 막아주는 에너지 흡수층으로써 작용한다. 그러나, 이 열가소성 수지는 가교 구조가 적어서 용매 또는 단량체 함유 상도(上塗)에 의해 부정적인 영향을 받을 수도 있다. 결과적으로, 열가소성 중합체 프라이머층이 도포된 플라스틱 물질을 후속적으로 유기 또는 폴리실록산 코팅 용매에 침지시키거나 피복시킬 때, 이들에 포함된 용매 또는 단량체가 열가소성 프라이머층을 용해시키고 내마모성 코팅 용액으로 이들을 용출시킨다. 이것은 내마모성 코팅 제품의 투명성에 해로운 영향을 끼친다. 또한, 열가소성 프라이머층도 투명성을 잃게 되거나 용매에 의한 침식의 결과로 백화될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 프라이머층은, 이소시아네이트기가 폴리울의 활성 수소와 반응하고 가교될 수 있도록 차단제를 분해하는데 가열을 필요로 하는, 차단된 이소시아네이트로 제조된 폴리우레탄과 함께 유기 용매 중의 열경화성 폴리우레탄으로 구성되어야 한다는 점이 제안된 바 있다. 차단된 이소시아네이트를 사용하면 이러한 반응이 실온에서 일어나는 것이 방지된다. 그러나, 보호 경질 코팅물이 이들 위에 도포되기 전 열경화성 폴리우레탄 프라이머층을 경화시키기 위해 가열 공정을 추가하는 것은 비용을 상승시키며 공정을 부적절하게 복잡하게 하여 일반적으로 바람직하지 않다. 또한, 용매(들)가 플라스틱 기판을 심각하게 침식시킬 수 있다.
따라서, 열가소성 중합체 프라이머층을 도포하거나, 용매 중의 열경화성 폴리우레탄 프라이머층을 또다른 코팅 조성물이 그 위에 도포되기 전 경화를 위해서 가열이 필요하지 않는 플라스틱 기판의 내충격성 개선 방법이 필요하였다.
[발명의 요약]
본 발명은 기판의 적어도 한 표면에 그 위에 또다른 코팅층을 도포하기 전 실온에서 자연 건조로 충분히 경화될 수 있는 폴리우레탄 수분산액으로 이루어진 프라이머층을 직접 도포함으로써, 플라스틱 기판의 내충격성을 개선하는 방법을 제공한다. 뜻밖으로 놀랍게도, 폴리우레탄 수분산액은 실온에서 충분히 경화되어 폴리우레탄 프라이머층을 용해시키거나 또는 침식시키지 않고 그 위에 내마모성 코팅 조성물과 같은 또다른 코팅물을 도포할 수 있기 전에 이를 경화시키기 위한 가열이나 기타 다른 방사를 필요로 하지 않는다. 바람직하게는, 유기 또는 실록산 내마모성 코팅 조성물을 본 발명의 폴리우레탄 프라이머층 위에 한 시간 이내에 직접 도포할 수 있다. 폴리우레탄 프라이머층 및 보호 경질 코팅물을 조합하여 안경 렌즈 또는 보안경과 같은 플라스틱 제품에 도포하기 위해 투명한 것이 바람직한, 강한 계면 접착력을 갖는 내충격성이 강화된 내마모성 코팅계를 제공한다.
교질 폴리우레탄 수분산액은 평균 입자 크기가 10 내지 100 나노미터의 범위이고 고형분 함량이 5 % 내지 40 %이며 pH값이 7 내지 9의 범위이고, 음이온으로 안정화된다. 실온에서 자연 건조시키면, 이 폴리우레탄 수분산액은 자체 가교되어 플라스틱 기판에 강한 접착력을 갖는 강인하고 탄력있는 프라이머층을 제공하는 열경화성이면서 바람직하게는 투명한 필름을 형성한다.
또한 경화된 프라이머층은 보호 경질 코팅물을 형성하는데 사용될 수 있는 것으로 이 기술 분야에 잘 알려진 다양한 유기 또는 폴리실록산 코팅 조성물에 강한 접착성을 부여한다. 이러한 코팅 조성물은 열로 경화되거나 방사로 경화되어 바람직하게는 투명한 경질 코팅물을 제공한다. 특히 바람직한 열로 경화되는 코팅 조성물로는 실란올의 부분 축합 수-알콜 용액 중의 다른 수불용성 분산제 또는 교질 실리카의 교질 분산액이 포함된다. 특히 바람직한 방사 경화 가능한 코팅 조성물로는 공지의 아크릴레이트 및 실란/아크릴레이트 기재 코팅물이 포함된다. 인듐 주석 산화물과 같은 공지의 반사 방지 금속 산화물 코팅물이 경질 상도로서 도포될 수 있다. 또한, 이 기술 분야에 공지된 바와 같이, 신속하고 강한 착색력(tintability)을 제공하기 위해 보호 경질 코팅물이 선택될 수 있다.
플라스틱 기판은 투명한 것이 바람직하며, 연신되고 주조된 폴리카보네이트 및 아크릴, 특히 CR-39 (등록상표, 피피지(PPG)사) 플라스틱과 고굴절률 중합체가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 폴리우레탄 수분산액으로 이루어진 프라이머층을 기판의 적어도 한 표면에 도포하고 실온에서 자연 건조시켜 폴리우레탄 수분산액을 경화시키며, 이 프라이머층 위에 내마모성 코팅물을 형성시키는 코팅 조성물을 도포하고, 이 코팅 조성물을 경화시켜 보호 경질 코팅물을 형성하므로써, 피복된 플라스틱 기판, 특히 피복된 투명한 플라스틱 기판의 내충격성을 개선시키는 방법을 포함한다.
플라스틱 기판은 안경 또는 보안경의 플라스틱 렌즈, 또는 비행기나 자동차를 포함하는 운송 수단 또는 빌딩의 창유리로서 사용하기에 적절한 임의 플라스틱 물질로부터 선택될 수 있다. 이러한 물질에는 일반적으로, 연신되고 주조된 폴리카보네이트 및 아크릴이 포함되지만 이에 제한되지 않는 투명한 플라스틱이 포함된다. 특히 유용한 플라스틱 기판은 폴리(디에틸렌 글리콜 비스 알릴 카보네이트)인 CR-39(등록상표) 플라스틱 (피피지(PPG)사 제조); MR-6 및 MR-7 플라스틱으로 공지되고 일본 회사인 미쓰이 도아쯔사에서 시판 중인 2개의 독점적인 고굴절률 플라스틱 폴리에스테르; 셀룰로스 아세테이트 부티레이트; 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌이 포함된다. 또한, 특히 바람직한 것은 N-치환된 페닐말레이미드 유도체를 함유하는 단량체 혼합물의 라디칼 중합에 의해 수득된 중합체로 제조된 플라스틱 렌즈이다.
이러한 물질들로부터의 플라스틱 렌즈의 제조 방법은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 이를 요약해보면, (1) 바람직하게는 유리 주형으로 만들어지고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체로 제조된 개스킷을 갖는 주형에 단량체 혼합물을 주조하고, 주형을 소정의 시간 동안 소정의 온도로 가열하고, 제조된 플라스틱 물질을 유리 주형으로부터 분리한 다음, 소정의 시간 동안 소정의 온도에서 후 경화시켜 플라스틱 렌즈를 수득하거나, (2) 중합체, 예를 들면 아크릴 또는 폴리카보네이트 중합체를 사출 또는 압착 성형하여 렌즈 형태로 제조한다.
폴리우레탄 수분산액으로 이루어진 프라이머층을 플라스틱 기판의 적어도 한 표면에 직접 도포한다. 일반적으로, 전형적인 폴리우레탄 수분산액은 고분자 쇄에 나타난 우레탄(-NH-CO-O-) 및 우레아(-NH-CO-NH-) 양자의 구조를 특징으로 하는 중합체인 폴리우레탄-폴리우레아이다. 이들 구조는, 폴리우레탄 구조를 만들어주는 폴리이소시아네이트와 폴리올 사이, 및 폴리우레아 구조를 형성하는 폴리이소시아네이트와 폴리아민 사이의 공지된 증부가 반응에 의해 형성된다. 일반적으로, 폴리우레탄 수분산액을 제조하기에 적당한 특정 폴리이소시아네이트, 폴리올 및 폴리아민의 선택은 통상적인 폴리우레탄 화학 분야에 알려진 경우들과 동일하다. 그러나, 특히 이소시아네이트는 공정 도중에 물에 대한 충분한 안정성을 보여주는 것이어야 한다.
본 발명의 우레탄 중합체는 다관능성 이소시아네이트와 폴리올 및 디메틸롤프로피온산과 같은 음이온계 디올과의 축합에 의해 형성된다. 이 고분자량의 초기중합체가 분산제, 특히 트리에탄울아민과 같은 3급 아민의 존재하에 물에 분산될 때, 음이온으로 안정화된 교질 분산액이 형성된다. 또한, 이 폴리우레탄 수분산액은 음이온으로 안정화된 아크릴계 유화액과 블렌드될 수도 있다. 이 폴리우레탄 수분산액은 10 내지 100 nm의 범위의 평균 입자 크기, 5 % 내지 40 %의 범위의 고형분 함량과 7 내지 9의 범위의 pH값을 갖는 것이 바람직하다. 경화된 폴리우레탄이 투명할 수 있을 정도로 작은 입자인 것이 바람직하다. 그러나, 이렇게 작은 입자를 형성하고 유지하기 위해서는, 이 폴리우레탄 수분산액은 음이온으로 안정화되어야만 한다. 특히 바람직한 시판 중인 폴리우레탄 수분산액에는 위트코본드 W-240 (등록상표, Witcobond W-240) (위트코사(Witco Corporation)의 유기 제품부(Organics Division) 판매, 미국 텍사스주 휴스톤 소재) 및 네오레즈 R-9637 (등록상표, NeoRez R-9637) (ICI 레진사 판매, 미국 매사추세츠주 윌밍톤 소재)가 포함된다. 시판 중인 이들 폴리우레탄 수분산액은 피복된 기판을 물속에서 3시간 동안 비등시킨 후에도 플라스틱 기판으로부터 분리되지 않기 때문에, 이들은 이 기술 분야에 공지된 바와 같이 승온에서 착색조를 사용하여 보호 경질 코팅물을 착색시키는 경우 본 발명 방법의 프라이머층으로서 사용하는데 특히 적합하다.
지방족 폴리우레탄을 제조하기에 바람직한 이소시아네이트에는 이소포론 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 예를 들면 데스모듀 (Desmodur) W™ (마일즈사(Miles Inc.) 판매, 미합중국 펜실베니아주 피츠버그 소재), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트가 포함된다. 광 안정성이 요구되지 않거나 가격이 저렴할 필요가 있는 특정 응용 분야에 있어서는 톨루엔 디이소시아네이트 또는 디페닐메탄 디이소시아네이트를 사용하여 제조한 방향족 우레탄이 사용될 수 있다.
선형이거나 약간의 분지를 갖는 폴리에테르 폴리에스테르를 포함하여 시판 중인 다양한 종류의 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올이 본 발명의 폴리우레탄의 제조에 사용될 수 있다. 특히 바람직한 폴리올에는 폴리에테르 디올 및 폴리에스테르 디올이 포함된다. 단쇄의 디올 및 트리올은 또한 우레탄기의 함량 및 중합체의 분지화를 조정하기 위해 사용된다. 에폭시 수지, 히도록시 아크릴레이트 또는 오일로 개질된 알키드 수지와 같은 기타 다른 폴리올 형태도 특정 물성을 부여하기 위해 사용될 수 있다.
폴리우레탄 분산액을 수성 매질내에서 제조할 때 이소시아네이트는 또한 물과 반응할 수도 있다. 물은 이소시아네이트기를 가수분해시켜 아민을 생성하고 이산화탄소를 방출한다. 이러한 방법으로 제조된 아미노기는 이어서 잔류 이소시아네이트기와 반응하여 고분자쇄의 확장뿐만 아니라 폴리우레탄 수분산액의 전형적인 물성에 기여하는 우레아 결합을 헝성한다. 그러나, CO2의 발생이 원하지 않는 극심한 발포를 초래하기 때문에, 이러한 이소시아네이트/물의 반응은 고성능 폴리우레탄 분산액의 제조 과정 중에는 최소화하는 것이 바람직하다.
더욱이, 이러한 "물에 의한 쇄 확장"에 의해 주로 제조된 폴리우레탄 수분산액은 중합체의 성능에 있어서 폴리아민에 의해 쇄 연장된 폴리우레탄보다 열등한 경향이 있다.
프라이머층을 플라스틱 기판에 폴리우레탄 수분산액을 피복시킨 다음, 프라이머층을 용해시키거나 또는 침식시키지 않고 또 다른 코팅 조성물을 그 위에 도포하기에 충분할 정도로 경화될 때까지, 폴리우레탄 수분산액을 실온에서 자연 건조시켜서 제조한다. "실온"이란 21℃ 내지 27℃(70° 내지 80℉)를 의미한다. 이 경화 시간은 특정 폴리우레탄 수분산액과 주변 공기 속도 및 습도에 따라 가변되지만, 1시간 미만이 바람직하며, 15분 미만이 가장 바람직하다. 5분 이내에 자연 건조에 의해 충분히 경화될 수 있는 폴리우레탄 수분산액이 특히 바람직하다. 프라이머층의 두께는 0.05 내지 5 μm, 바람직하게는 0.1 내지 2.0 μm의 범위일 수 있다. 두께가 0.05 μm 미만인 경우 프라이머층이 플라스틱 기판의 내충격성을 크게 개선시킬 수 없는 반면, 두께가 5 μm를 초과하는 경우는 건조 및 경화 시간을 불필요하게 증가시키는 경향이 있다. 경화시 폴리우레탄 수분산액은 바람직하게는 투명한 열경화성 폴리우레탄 필름을 형성한다.
본 발명의 방법은 폴리우레탄 프라이머층 위에 적어도 하나의 또다른 코팅물 조성물을 도포하는 것을 포함한다. 이러한 코팅 조성물은 경화시 내마모성 코팅을 형성하는 것이 바람직하며, 열로 경화되거나 방사로 경화될 수 있는 이 기술 분야에 잘 알려진 유기 및 폴리실록산 코팅물을 포함한다. 교질 실리카 또는 실리카 겔과 같은 실리카 함유 혼합물 또는 다른 수불용성 분산제로 만들어지는 열경화성 코팅물은 금속 및 합금, 그들의 염, 산화물 및 수산화물을 포함하며 물 또는 알코을과 같은 가수분해 매질 중의 가수분해성 실란 등이 특히 바람직하다 [예를 들면, 미합중국 특허 제 3,986,997, 4,027,073, 4,177,175, 4,177,315, 4,188,451, 4,207,357, 4,218,508, 4,242,381, 4,242,383, 4,242,416, 4,275,118, 4,390,373, 4,442,168, 4,500,669, 4,540,634, 4,571,365, 4,702,773, 및 4,753,827호를 참조]. 경화시 착색될 수 있는 내마모성 코팅물을 형성하는 코팅 조성물이 본 발명의 방법에 특히 적합하다 [예를 들면, 미합중국 특허 제 4,355,135, 5,013,608 및 5,102,695호 참조]. 자외선에 의해 경화될 수 있는 바람직한 보호 경질 코팅물은 충(Chung)의 미합중국 특허 제 4,348,462, 4,478,876 및 4,486,504호 및 레비스 등(Revis et al.)의 미합중국 특허 제 4,973,612, 5,075,348 및 5,126,394호를 포함한다.
비록 보호 경질 코팅물은 그의 우월한 내마모성 관점에서 실록산 기재 경화성 수지계로부터 선택하는 것이 바람직하지만, 공지의 유기 코팅물로부터 제조된 경질코팅물은 또한 내마모성이 요구되지 않는 경우 사용될 수 있다. 특히, 바람직하게는 방사 노출에 의해 경화되는 아크릴레이트 기재 코팅물이 사용될 수 있으며, 이러한 것들은 호드네트(Hodnett) Ⅲ의 미합중국 특허 제5,114,783호, 요시마라 등 (Yoshimara et al.)의 미합중국 특허 제 4,499,217호, 및 빌카디(Bilkadi)의 미합중국 특허 제 5,104,929호에 기재되어 있다.
폴리우레탄 프라이머층이 보호 코팅 조성물로 덮인 뒤에, 상도의 경화 또는 중합은 열 또는 방사에 의해 이루어질 수 있다. 피복된 기판을 경화 오븐에 넣어 가열할 때, 50℃ 내지 150℃의 범위의 온도가 대다수의 플라스틱 기판에 대해서 사용 될 수 있으나, 단, 경화 시간 및 온도을 조합하여 플라스틱 기판을 약화시키거나 비틀리게 해서는 안된다. 결과적으로, 80℃ 내지 130℃의 온도가 상도의 경화를 위해 바람직하다.
코팅물이 방사에 의해 경화될 때 적외선, 감마선, 마이크로웨이브를 포함하여 자유 라디칼을 만들 수 있는 임의의 이온화 방사원에 의해서, 및 전자선, 자외선에 의해서 중합이 시작될 수도 있다. 자외선에 의해 중합이 이루어지는 경우, 코팅 조성물은 전형적으로 UV 경화성 조성물을 경화시키기 위한 이 기술 분야에 공지된 광 개시제 화합물을 포함한다. 자외선 광은 비교적 가격이 저림하고 유지가 용이하며 산업 현장의 사용자들에 대한 잠재적 유해성이 낮다는 점들 때문에, 화학 조성물의 경화에 가장 널리 사용되는 방사 형태중 하나이다. 경질 코팅물을 경화시키기 위해 열 에너지 대신에 자외선 광을 사용하는 신속 광 유도 중합은 상당한 경제적 이득을 제공하며 통상적인 열 경화 시스템에 비해 상당히 적은 열에너지를 소모한다. 특별히 열에 민감한 수 많은 플라스틱 물질을 자외선 광을 사용하여, 이러한 기판에 손상을 입힐 수도 있는 열에너지를 사용하지 않고 안전하게 피복시키고 경화시킬 수 있다. 또한, 방사 경화성 코팅물에는 더 적은 양의 용매를 사용할 수 있어서, 공해 제거 절차에 소모하는 시간과 비용의 수요를 줄여준다.
또한 공지의 반사 방지 무기질 코팅물은 폴리우레탄 프라이머층 위에 또는 프라이머층을 덮고 있는 경질 코팅물 위에, 이 기술 분야에 공지된 침착 기술, 즉 진공 침착, 스퍼터링, 이온 플레이팅의 방법을 사용하여 도포될 수 있다. 바람직한 무기질 코팅물로는 인듐 수석 산화물과 같은 금속 산화물이 포함된다.
각각의 코팅층은 플라스틱 기판에 개별적으로 도포되고 그 다음의 코팅층이 도포되기 전에 적어도 부분적으로 경화된다. 프라이머층이 실온에서 자연 건조에 의해 완전히 경화되지 않고, 이 위에 가해지는 코팅 조성물에 의해 용해되거나 또는 침식되지 않기에 충분한 정도로만 경화된 경우, 열 또는 방사에 의해 상도의 경화에 의해 프라이머층도 완전히 경화된다.
보통, 본 발명의 피복된 기판은 최외층 보호 경질 코팅물의 두께가 1 내지 10μm, 바람직하게는 3 내지 5 μm일 때 최고의 성능을 갖게 되나, 단 코팅물의 총 두께는 1.0 내지 15.0 μm, 바람직하게는 3.0 내지 7.0 μm이다. 이러한 범위내의 두께는 예를 들면 균열에 의해 피복된 기판의 광학적 투명성을 해치지 않고, 내마모성을 최적으로 개선시킨다.
프라이머층이 도포되기 전, 플라스틱 기판을 이 기술 분야에 공지된 기술을 사용하여 세척하는 것이 비람직하다. 프라이머층 및 프라이머층 위에 도포된 코팅 조성물 양자 모두는, 담금 코팅, 분무 코팅, 브러쉬 코팅, 스핀 코팅, 롤러 코팅, 플로우 코팅, 캐스케이딩(cascading)과 같은 일반적인 도포 방법으로 도포될 수 있다. 도포 방법은 통상적인 것이며, 기판의 특성 및 원하는 두께와 기타 다른 요인들에 따라 선택될 수 있다. 담금 코팅 및 기타 다른 피복 기술들과 같이 기판의 양면을 피복시키는 기술이 사용될 수도 있거나, 기판의 단면을 피복시키는 기술이, 필요에 따라 기판의 각 면에 대해 반복될 수도 있다, 이러한 피복 빙법들에 의해 다양한 두께로 기판의 최소한 한 표면에 도포하여 특정 피복을 각종 분야에 사용할 수 있다.
이 기술 분야에 숙련된 자들이 본 발명을 실시하는 방법을 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명을 보다 완전하고 명료하게 설명하기 위해서 다음의 실시예들을 제시한다. 이들은 본 발명을 설명하고자 하는 것이며, 어떠한 방법으로든지 여기에서 개시하고 청구한 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
[실시예 1]
본 발명의 장점을 보여주기 위하여, 본 발명의 방법을 몇가지 서로 다른 플라스틱 기판을 위트코본드 W-240 (등록상표 Witcobond W-240; 고형분 함량 30 %의 폴리우레탄 수분산액; 미국 위트코사(Wictco Corporation) 판매, 미국 텍사스주 휴스톤 소재), 및 실뷰 339 (등록상표, SILVUE 339; 미국 특허 제4,355,135호에 따라 제조된 메틸트리메톡시실란과 감마 글리시독시프로필-트리메톡시 실란 기재 교질 실리카로 충진된, 고형분 함량 29.0-33.0 %의 실록산 코팅물; SDC 코우팅스 판매, 미국 캘리포니아주 아나헤임 소재)로 피복시키는데 사용하였다. 각 플라스틱 기판에 폴리우레탄 수분산액을 담금 코팅법으로 도포한 뒤에 15분간 실온에서 자연 건조로 경화시켜 두께가 약 2 μm인 프라이머층을 얻었다. 놀랍게도, 담금 코팅법으로 실뷰 339(등록상표) 코팅 조성물을 프라이머층 위에 도포하였을 때, 프라이머층이 경화되도록 가열되거나 방사에 노출되시 아니하였을지라도, 그리고 실온에서 자연 건조에 의해 프라이머층이 단지 15분내에 경화된 후 실뷰 339(등록상표)가 도포되었다는 사실에도 불구하고, 이것이 프라이머층을 용해시키거나 또는 침식시키지도 않았다. 이어서, 피복된 기판을 1시간 동안 120℃ 온도의 오븐에 넣어 실뷰 339(등록상표) 코팅 조성물을 경화시킨 다음, 실온으로 냉각시켰다. 경화된 보호 경질 코팅물의 두께는 약 4.0 μm이었다. 또한 실뷰 339(등록상표) 경질 코팅물의 상부에 이산화규소 및 플루오로화마그네슘을 그 자체로 함유하는 초경실 다층 피복 반사 방지코팅물로 지칭되는 금속 산화물 (일본 회사 토카이(Tokai) 광학社가 제조) 층을 침착시키기 위해 공지의 진공 침착법을 사용하여 하기 표에 나타낸 바와 같이, 일부 피복된 기판들에 반사 방시 코팅물을 도포하였다. 대조물로서, 상기에서 설명한 방법으로 단지 실뷰 339(등록상표) 경질 코팅물만으로 피복된 기판에 대해서 하였던 바와 같이, 각 플라스틱 물질에 대해서 미피복 기판을 시험하였다.
피복된 기판 및 대조물의 내마모성을 0000 금속울(Wool)로 10회 전후방으로 긁어주는 간단한 수동 마찰 금속율 시험법으로 측정하였다. 미피복된 CR-39 플라스틱과 비교하였을 때 스크래치가 상당히 줄여든 경우의 기판은 "양호"라고 평가하였고, 미피복된 CR-39 플라스틱에 비교했을 때 더 많은 스크래치가 생긴 경우는 "불량"이라고 평가하였다. 내마모성 시험의 결과들을 하기 표 Ⅰ에 나타내었다.
[표 Ⅰ]
피복된 기판 및 대조물의 내층격성을 미합중국 특허 제3,896,657호에 기재된 미국 광학사(American Optical Corporation)의 장비를 사용하여 측정하였다. 이 장비는 탄도 물체로부터 일정한 거리에 렌즈를 장착시킨 모루위에서 자석에 의해 수직으로 지탱되는 구형 탄도 물체를 사용한다. 이 탄도 물체는 압축 공기를 사용하여 기속된다. 이 장비는 탄도 물체의 크기나 중량을 바꾸지 않고, 렌즈에 대한 탄도 물체의 다양한 충격 에너지를 측정할 수 있도록 하여준다. 이 탄도 물체는 렌즈의 중심을 맞추도록 겨냥되어 있다. 피복 전, 시험되는 각 플라스틱 기판의 중심의 두께는 2.0 mm ± 0.1 mm이나, 단 MR-6, MR-7으로 표시된 기판의 중심부 두께는 1.1 mm ± 0.1 mm이다. 탄도 물체의 속도와 중량을 측정하여 에너지를 계산할 수 있다. 탄도 물체의 속도는 두개의 광센서 사이의 시간 간격(interval)을 측정하므로써 결정하였다. 이 내충격성 시험의 결과들을 다음의 표 2에 나타내었다.
[표 Ⅱ]
표 Ⅰ과 표 Ⅱ에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법을 사용하여 피복시킨 플라스틱 기판은 프라이머 없이 실뷰 339(등록상표)만으로 피복시킨 기판에 비해 개선된 내충격성 뿐만 아니라 우수한 내마모성을 갖는다. 본 발명의 방법으로 제조된 각각의 피복 기판의 내층격성은 FDA가 규정한 최소값인 0.2 주울을 크게 초과하였다. 또한, 피복된 기판은 기판과 프라이머층 사이에서, 그리고 프라이머층과 경질 코팅물 사이에서 매우 우수한 접착력을 갖는다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 만들어진 피복 기판은 안경과 보안경의 플라스틱 렌즈로서, 자동차 및 건물의 창유리로서 특히 유용하다.
상기의 교시들을 고려하여 본 발명의 또 다른 개량과 변형이 가능하다., 예를 들면, 프라이머층에 또는 내마모성 코팅 조성물에 첨가제 및 기타 다른 개질제를 첨가할 수 있으며 본 발명의 피복된 기판에 추가의 코팅 조성물을 가할 수 있다. 그러나, 이러한 변화들은, 특허 청구 범위에 정의된 본 발명이 의도하는 전체 범위내에 속하는 상기의 특정 실시예들 내에서 만들어질 수 있다.

Claims (11)

10 내지 100 나노미터 범위의 입자 크기, 5 % 내지 40 % 범위의 고형분 함량 및 7 내지 9 범위의 pH를 갖는 폴리우레탄 수분산액을 플라스틱 기판의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 도포하며, 여기서 폴리우레탄은 폴리에테르 디올과 폴리에스테르 디올로 이루어진 군에서 선택되는 폴리올과 음이온계 디올을 다관능성 이소시아네이트와 축합시켜 형성되는 것인 단계,
폴리우레탄 수분산액을 실온에서 자연 건조로 부분적으로 또는 완전히 경화시켜 프라이머층을 형성하는 단계,
실리콘 기재 수지 및 아크릴 기재 수지로 구성된 내마모성 코팅 조성물을 폴리우레탄 프라이머층 위에 도포하는 단계, 및
내마모성 코팅 조성물을 경화시켜 내마모성 보호 경질 코팅물을 형성하는 단계를 포함하는, 피복된 플라스틱 기판의 내충격성 개선 방법.
제1항에 있어서, 플라스틱 기판이 폴리카보네이트 플라스틱, 아크릴계 플라스틱 또는 고굴절률 플라스틱 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 플라스틱 기판이 N-치환된 페닐말레이미드 유도체를 함유하는 단량체 혼합물을 라디칼 중합시켜 얻은 중합체로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 플라스틱 기판이 안경 렌즈인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 폴리우레탄 수분산액을 부분적으로 또는 완전히 경화시키는 단계가 내마모성 코팅 조성물을 도포하기 전에 폴리우레탄 분산액을 1시간 미만 동안 실온에서 자연 건조하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 음이온계 디올이 디메틸롤프로피온 산인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 폴리우레탄 수분산액이 분산제로서 트리에탄올아민을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 기판, 프라이머층 및 내마모성 경질 코팅물이 투명한 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 프라이머층의 두께가 0.1 내지 2 μm이고, 내마모성 상도의 두께가 1 내지 10 μm이며, 코팅물의 총 두께가 1 μm 내지 15 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 플라스틱 기판이 폴리카보네이트 플라스틱, 아크릴계 플라스틱 또는 고굴절률 플라스틱 물질로 이루어진 안경 렌즈이고,
폴리우레탄 수분산액이 다관능성 이소시아네이트와, 디메틸롤프로피온산, 및 폴리에테르 디올 및 폴리에스테르 디올로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리올과의 축합에 의해 제조되고, 분산제로서 트리에탄올아민을 함유하며,
폴리우레탄 수분산액을 부분적으로 또는 완전히 경화시키는 단계가 내마모성 코팅 조성물을 도포하기 전에 폴리우레탄 수분산액을 1시간 미만 동안 실온에서 자연 건조시키는 것을 포함하고,
프라이머층의 두께가 0.1 내지 2 μm이고, 내마모성 상도의 두께가 1 내지 10 μm이며, 코팅물의 총 두께가 1 내지 15 μm의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제10항에 있어서, 내마모성 경질 코팅물 위에 반사 방지 무기질 코팅물을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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