KR100626491B1

KR100626491B1 - 내마모성 및 마멸 청정성이 개선된 미네랄-충전 코팅재,및 이를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR100626491B1
Application number: KR1020047016085A
Authority: KR
Inventors: 페린리사엠; 딘로이이; 겐즈만윌리엄비
Original assignee: 피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2006-09-20
Also published as: KR20040101419A; EP1492845B1; AU2003222139A1; AU2003222139B2; ES2389296T9; EP1492845B9; CN1643087A; CN100362062C; US20030194550A1; MX244571B; MXPA04009805A; ES2389296T3; US6833186B2; EP1492845A1; WO2003087236A1; BR0309148A

Abstract

본 발명은 탁월한 마멸 청정성을 갖는 내마모성 코팅 조성물에 관한 것이다. 상기 코팅 조성물은, 오르가노실레인으로 처리된 알루미나, 및 유사하게 처리되거나 비처리된 실리카를 포함하는 입자들의 독특한 블렌드를 포함한다. 이들 입자들의 조합 사용은 코팅재에 적합한 수준의 내마모성을 부여할 수 있는 내마멸성 입자들의 중량%에서의 상당한 감소를 허용한다. 상기 입자들은 예컨대 UV 방사선을 사용하여 경화될 수 있는 우레테인 아크릴레이트 결합제 내에 포함될 수 있다. 이들 코팅재를 사용하는 방법이 또한 개시되어 있다.

Description

내마모성 및 마멸 청정성이 개선된 미네랄-충전 코팅재, 및 이를 사용하는 방법{MINERAL-FILLED COATINGS HAVING ENHANCED ABRASION RESISTANCE AND WEAR CLARITY AND METHODS FOR USING THE SAME}

본 발명은 개선된 내마모성 및 마멸 청정성을 제공하는 코팅 조성물, 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 개선된 내마모성 및 마멸 청정성은 알루미나와 실리카의 조합물을 코팅재에 첨가하여 달성된다.

본원은 2002년 4월 10일자로 출원된 미국 특허출원 10/120,217 호의 일부계속출원이며, 그의 내용은 본원에 참고로 인용한다.

바닥 피복재, 예컨대 목재 및 바이닐 바닥재는 보행으로부터 마멸되고 무거운 물건과 접촉하게 된다. 이와 같이, 내마모성은 바닥 피복재에 특히 요구되는 특성이다. 다양한 원인에 의해 초래되는 오염 및 얼룩에 대한 저항성이 또한 요구된다. 이들의 요구 특성을 제공하기 위해, 전형적으로 바닥재에 밀봉제 및/또는 탑코트(topcoat)의 하나 이상의 층들이 적용된다. 예를 들면, 내마모성을 부여하는 경질 입자를 갖는 내마모성 층이 적용될 수 있다. 종종, 이 층 및 입자들이 마 멸되는 경우, 상기 층의 백화(whitening) 또는 흐림 현상이 발생한다. 따라서, 마멸 청정성이 개선된 내마모성 층이 요구된다.

발명의 요약

본 발명은 알루미나와 실리카의 조합물을 일반적으로 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이다. 본원에서 추가로 기술되는 바와 같이, 알루미나는 오르가노실레인으로 처리 또는 개질되어 있고; 실리카는 개질 또는 개질되지 않을 수 있다. 입자들은 전형적으로 바닥재와 함께 사용하기에 적합한 코팅 물질 내에 분산된다.

놀랍게도, 본원에 기술된 입자들의 조합물을 사용하면, 매우 높은 수준의 입자들이 첨가된 코팅재에서만 전형적으로 관찰되는 내마모성을 갖는 코팅재가 수득됨을 밝혀냈다. 본원에 상호교환적으로 사용되는 "내마멸성" 및 "내마모성"은 경질 입자 또는 돌기에 대한 상대적인 움직임에 노출되었을 때 변위를 저지하려는 물질의 능력을 지칭한다. 변위는 통상적으로 코팅 물질의 제거에 의해 하위 표면이 노출되는 것으로 육안으로 관찰된다. 내마멸성은 당해 분야에 공지된 다양한 시험들, 예컨대 타버(Taber) 마모 시험, 가드너 스크러버(Gardner scrubber) 시험, 낙하 샌드(falling sand) 시험 등을 통해 측정될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물이 탁월한 마멸 청정성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이러한 마멸 청정성이 내마모성을 희생시키지 않고서 달성될 수 있음은 놀라운 것이다.

본 발명의 코팅재에 의해 다수의 이점이 제공된다. 충전재의 중량%가 급속하게 감소될 수 있기 때문에, 본 발명의 조성물로부터 제조된 코팅재는 더욱 높은 중량%의 입자들을 갖는 코팅재보다 매우 적은 헤이즈(haze)를 갖는다. 이 청정성은 층이 마멸되어 감에 따라서도 여전히 유지된다. 이는 목재의 천연 과립의 가시성이 요구되는 목재 바닥 코팅재에 대해 특히 적절하다. 또한, 미네랄 입자들로 구성되는 배합물이 더욱 적기 때문에, 더욱 많은 양의 다른 성능-강화 성분들이 코팅재에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 더욱 많은 결합제가 첨가되어 홈 내구성(gouge resistance), 접착력 등이 개선된 경화된 필름을 수득할 수 있고, 또한 점도 및 유동 특성과 같은 목적하는 습윤 코팅 특성에 기여하는 첨가제들을 더욱 많이 첨가할 수 있다. 이 모든 것은 코팅재의 내마모성을 희생시키지 않고서 달성된다.

도 1은 3-(트라이메톡시실릴)프로필 메트아크릴레이트에 의한 실리카 입자의 개질을 도시하고 있다.

도 2는 3-(트라이메톡시실릴)프로필 메트아크릴레이트에 의한 알루미나 입자의 개질을 도시하고 있다.

도 3은 개질된 알루미나 입자의 표면 상에서 실레인 분자들 사이의 상호작용을 도시하고 있다.

도 4는 개질된 실리카 입자, 개질된 알루미나 입자 및 결합제 조성물 사이의 상호작용을 도시하고 있다.

본 발명은, 개질된 알루미나와 개질 또는 비개질된 실리카의 혼합물, 및 결합제를 포함하는 코팅 조성물에 관한 것이다. 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 실레인을 사용하여 개질시킨다.

산화알루미늄("알루미나")은 알파, 베타, 감마, 델타, 세타(pheta), 판상(tabular) 알루미나 등과 같은 임의의 형태로 사용될 수 있으며, 훈연 또는 소성될 수 있다. 알파 알루미나가 특히 적합하다. 알루미나의 평균 입자 크기는 전형적으로 약 1 내지 40μ일 것이다. 한 실시양태에서, 평균 입자 크기는 17 내지 25μ, 및 다른 실시양태에서는 약 3μ이다. 전형적으로, 알루미나의 평균 입자 크기는 첨가되는 코팅 조성물로부터 침착된 코팅 층의 두께와 거의 동일할 것이다. WO 00/52105 호에 기술된 바와 같은 졸-겔 가공된 알루미나도 또한 사용될 수 있다.

실레인으로 처리된 것을 비롯한 적합한 알루미나 제품이 널리 시판중이다. 예를 들면, 산화알루미늄 정밀 랩핑 분말(lapping powder)은 마이크로 어브레시브즈 코포레이션(Micro Abrasives Corporation)으로부터 제품의 "WCA" 라인으로 입수가능하고, 이 알루미나는 각 입자가 개별 미세결정인 소판형 입자를 특징으로 한다. 상기 제품은 다수의 여러 평균 입자 크기로 입수가능하다. 예를 들면, WCA 25는 17μ의 평균 입자 크기를 갖는다. 또한, 판상 알루미나는 알코아(Alcoa)로부터 T64-20으로서 입수가능하다. DURALUM 특수 화이트(white)는 와싱턴 밀즈 일렉트로 미네랄즈 캄파니(Washington Mills Electro Minerals Company)에 의해 공급되는 블록형의 무정형 형상의 융합된 알루미나이며, 또한 DURALUM 320(평균 입자 크기 29μ), DURALUM 400(평균 입자 크기 17μ), DURALUM 400SK(평균 입자 크기 약 18μ)를 비롯한 다양한 크기를 갖는다.

유사하게, 결정질, 무정형 또는 침전된 형태의 실리카를 비롯한 임의의 유형의 실리카가 본 발명에 사용될 수 있다. 독일 소재의 데구사(Degussa)에 의해 제조된 다양한 실리카 제품과 같은 매우 분산된 무정형 실리카가 특히 적합하다. 이는 136㎡/g의 표면적, 다공성 표면 및 약 1μ의 평균 입자 크기를 갖는 침전된 합성 실리카인 ULTRASIL VN3, 및 50㎡/g의 표면적을 갖는 훈연된 실리카인 AEROSIL OX50을 포함한다. 100㎡/g의 표면적, 25 내지 30㎚의 평균 입자 크기 및 비다공성 표면을 갖는 무정형 합성 실리카인 DK100도 또한 적합하며, 이는 우크라이나 소재의 서피스 케미스트리 연구소(Institute of Surface Chemistry)를 위한 실험 공장인 칼루쉬(Kalush)에 의해 제조된다. 이들 나노미립자 실리카는 전형적으로 약 4 내지 60㎚의 평균 입자 크기를 가지며, 약 27㎚ ± 3㎚의 평균 입자 크기가 특히 적합하다. 나노미립자에서, 더욱 작은 표면적(즉, 50㎡/g)이 종종 더욱 적합한데, 이는 더욱 넓은 표면적을 갖는 나노미립자보다 적게 점도를 증가시킬 것이기 때문이다. 더블유알 그레이스(W. R. Grace)의 그레이스 부서(Grace Division)로부터 시판중인 무정형 합성 실리카인 SYLOID 378(3μ 평균 입자 크기), 및 CED 프로세스 미네랄즈 인코포레이티드(CED Process Minerals, Inc.)로부터 시판중인 결정질 실리카인 GORESIL(2μ 평균 입자 크기)을 비롯한 약 1 내지 5μ의 범위를 갖는 μ-크기의 실리카 입자가 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

다수의 시판중인 알루미나 및 실리카 제품은 판매 전에 제조업자에 의해 처 리 또는 개질된다. 이 처리의 예로는 아래 일반적으로 기술되고 있는 실레인 처리법이 포함될 수 있다. 한 실시양태에서, 본원에 사용된 알루미나 및/또는 실리카는 제조업자에 의해 처리되지 않으며, 오히려 비처리된 형태로 얻고, 아래에 추가로 기술되는 바와 같이 처리된다. 공급자에 의해 처리된 입자들은 필요하다면 아래 기술되는 바와 같이 처리된 입자와 함께 또는 이를 대신하여 사용될 수 있다.

본 발명의 한 실시양태에 사용된 알루미나 및 선택적으로 실리카는 오르가노실레인 화합물로 개질 또는 처리된다. 적합한 실레인은 하기 화학식 1로 표시된다.

(RO)₃SiR'

상기 식에서,

R은, 탄화수소 또는 헤테로원자-치환된 잔기, 예컨대 알킬, 치환된 알킬(이는 1 내지 30개, 예컨대 1 또는 2개의 탄소를 갖는 헤테로-치환된 알킬 잔기를 포함함)이고,

R'는 입자와 결합제 사이의 상용성을 개선시키는 유기 치환기이다.

헤테로원자의 예로는 산소, 질소, 인, 황, 할로겐(예: 염소 및 규소)이 포함된다. 결합제와의 상용성은 예컨대 충전된 결합제의 청정성에 의해 결정될 수 있으며, 청정성의 결핍은 낮은 상용성을 나타낼 수 있다. 또한, 상용성은 주사 전자현미경과 같은 분석 기법에 의해 측정될 수 있고, 입자와 결합제 사이의 틈의 존재는 더욱 적은 상용성을 나타낸다. 개질된 입자의 더욱 느린 침강은 비개질된 입자와 비교하면 더욱 높은 상용성을 나타낸다. 상용성이 더욱 크면 타버 내마모성이 생성될 것이다. 개질된 입자 및 비개질된 입자 모두를 사용하여 샘플이 제조될 수 있고, 상기 개질이 입자들을 더욱 상용적이게 하는지 측정하기 위해 청정성, 틈의 존재 및/또는 침강이 평가될 수 있다.

R' 잔기는 작용적 또는 비작용적일 수 있다. 즉, 경화 과정 동안 반응할 수 있는 화학적 반응기가 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 예를 들면, R'는 방사선(화학선 또는 전자빔)에 노출될 때 반응할 수 있는 (메트)아크릴옥시 그룹과 같은 바이닐 불포화를 가질 수 있다. 다르게는, R'는 이러한 그룹이 부족할 수 있는데, 그 예는 알킬트라이알콕시 실레인이 사용되는 경우이다. R'는 전형적으로 탄화수소 및 헤테로원자-치환된 탄화수소, 예컨대 알킬, 치환된 알킬(이는 헤테로-치환된 알킬을 포함함)로부터 선택된 그룹이다. 헤테로원자의 예로는 산소, 질소, 황, 인, 할로겐(예: 염소) 및 규소가 있다. 적합한 R' 그룹의 비제한적인 예로는 N-(β-아미노에틸)-β-아미노에틸; N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필; N-(γ-아미노프로필)-γ-아미노프로필; N-(γ-아미노프로필)-β-아미노에틸; 메틸; 에틸; 프로필; 뷰틸; 펜틸; 헥실 및 다른 고급 알킬; 사이클로펜틸; 사이클로헥실; 알킬화 사이클로알킬; 바이닐; β-아크릴옥시에틸; γ-아크릴옥시프로필; β-메트아크릴옥시에틸; γ-메트아크릴옥시프로필; β-글라이시드옥시에틸; γ-글라이시드옥시프로필; β-글라시드옥시프로필 등이 포함된다.

화학식 1에 속하는 적합한 실레인 화합물로는 바이닐트라이메톡시실레인; 바 이닐트라이에톡시실레인; 바이닐-트리스(β-메톡시에톡시)실레인; γ-메트아크릴옥시프로필트라이메톡시실레인; β-(3,4-에폭시사이클로헥실)-에틸트라이메톡시실레인; γ-글라시드옥시프로필-트라이메톡시실레인; γ-아미노프로필트라이에톡시실레인; N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필-트라이메톡시실레인; 아이소사이아나토-프로필트라이알콕시실레인; 사이아노에틸-트라이알콕시실레인; 3-(트라이알콕시실릴)-메틸 에스터 프로파노산; 트라이알콕시[3-(옥시라닐알콕시)프로필]-실레인; 2-메틸-3-(트라이알콕시실릴)프로필 에스터 2-프로파노산; [3-(트라이알콕시실릴)프로필]유레아; γ-유레이도프로필-트라이에톡시실레인; γ-클로로프로필트라이메톡시실레인; γ-클로로프로필메틸트라이메톡시실레인; 1,2-에탄다이일비스[알콕시다이메틸]실레인; 다이알콕시-메틸페닐실레인; 사이아노프로필다이메틸-알콕시실레인; 클로로메틸다이메틸알콕시 실레인; γ-머캅토프로필-트라이메톡시실레인; N-β-(N-바이닐벤질-아미노)에틸-γ-아미노프로필트라이메톡시-실레인 모노하이드로클로라이드; 탄소수 1 내지 20의 알킬트라이에톡시 실레인 및 이들의 혼합물이 있다. 특히 적합한 실레인 화합물로는 3-(트라이알콕시실릴)알킬(메트)아크릴레이트, 특히 상기 알콕시 그룹이 하나의 탄소를 갖고, 상기 알킬 그룹이 3개의 탄소를 갖는 것이 포함된다. "(메트)아크릴레이트" 및 그의 변형물은 메트아크릴레이트 및 아크릴레이트 모두를 지칭하는데 사용되며, 그의 용도는 당해 분야에 통상적인 것이다.

실리카는 알루미나에서와 동일한 실레인으로 처리될 수 있거나, 또는 화학식 1에 속하는 여러 실란들 중 하나로 처리될 수 있다. 실리카 입자가 처리되는 경우, 조성물의 헤이즈는 더욱 낮게 유도될 수 있다. 다르게는, 본 발명에 사용하기 위해 실리카는 비처리된 상태로 남겨질 수 있다. 더불어, 실리카는 종종 제조업자에 의해 처리하는데, 예컨대 소수성을 변형시킴으로써 실리카의 표면 특성을 변화시키거나, (예컨대 특정 도료 결합제와 반응할 수 있도록) 실리카를 상용화 또는 작용화시키거나, 또는 실리카를 코팅재에 첨가시킴으로써 관찰되는 점도 증가를 제어하는데(통상적으로 최소화하는데) 도움이 된다. 또한, 이러한 실리카는 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

아래에 기술되는 특정 온도 파라미터 하에서, 실레인이 실제적으로 입자의 표면에서 하이드록실 그룹과 반응하는 것으로 생각되지만, 본 발명자들은 이 메커니즘에 구속되고자 하지 않는다. 실레인의 일부는 입자 상에 예컨대 실란올과의 반응을 통해서라기보다는 오히려 화학흡착(chemisorption)을 통해 코팅 또는 부분 코팅만을 형성할 수 있다. 본원에 사용되는 "처리", "개질" 및 이의 변형된 형태는, 상호작용의 메커니즘, 즉 반응, 화학흡착 또는 둘다의 조합과 관계없이, 입자와 실레인 사이의 상호작용을 지칭한다. 입자를 실레인으로 처리한 결과, 입자들은 이들이 위치하는 캐리어와 더욱 상용적이게 된다. 이와 같이, 본 발명의 조성물은 본 발명의 비교적 긴 쇄의 실레인 잔기를 갖지 않는 입자를 갖는 조성물보다 큰 안정성 및 낮은 침강성을 갖는다.

특정 실시양태에서, 실레인 잔기는 입자가 위치하는 캐리어 또는 결합제와 반응하는 하나 이상의 작용기를 갖도록 선택된다. 예를 들면, 실레인은 방사선 경화가능한 우레탄 결합제와 반응하는 (메트)아크릴옥시 그룹을 가질 수 있다.

본 발명의 실레인-개질된 입자들은 실레인 조성물을 표면 수산화 금속-함유 연마제 입자와 결합시키기 위해 공지된 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 한 방법에서, 실레인 조성물은 용매(예: 물) 내에 용해되고, 연마제 입자의 표면 상에 분사된 후, 건조되어 실레인-개질된 연마제 입자를 수득할 수 있다. 일단 건조되면, 실레인-개질된 연마제 입자는 분산액 내로 혼입될 수 있다. 다르게는, 개질된 입자들은 상기 입자들을 용매(예: 물)와 조합하고 상기 용매 내에 연마제를 기계적으로 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 일단 연마제 입자가 용매 내에 분산되면, 실레인 조성물은 첨가되어 실레인이 입자의 표면의 수산화 금속에 예컨대 수소 결합을 통해 결합하는 실레인-개질된 입자를 수득한다. 상기 개질된 입자는 처리 용액과 분리되어 건조되거나, 또는 분산액은 코팅 조성물에 직접 사용될 수 있다.

본 발명의 입자를 개질시키기에 특히 적합한 방법은 아래 실시예 부분에 기술되고 있다. 일반적으로, 실리카는 건조 공기로 통기된 반응기에서 실리카를 유동시키고, 상기 실리카를 약 80 내지 200℃, 예컨대 약 80 내지 150℃, 또는 약 90 내지 95℃의 온도로 가열시키고, 실레인을 적가시켜 처리될 수 있다. 알루미나는 알콜 내에 현탁되는 액상 절차를 통해 개질될 수 있고, 상기 현탁액에 실레인이 첨가되어 페이스트를 형성하며, 이는 공기 건조되고/되거나 처리하면서 건조될 수 있다. 알루미나 또는 실리카 입자를 사용하면, 사용된 실레인 및 입자의 양은 실레인과 입자의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10중량%의 실레인 대 99.5 내지 90중량%의 입자의 범위를 가질 수 있다. 한 실시양태에서는 실레인이 1중량% 초과하여 사용되고, 다른 실시양태에서는 1중량% 미만으로 사용된다. 또다른 실시양태에서, 사용된 실레인의 양은 10중량% 이하이다. 알루미나 입자를 개질시키는데 사용된 실레인의 %를 증가시키면, 일부 실시양태에서의 코팅재의 내마멸성을 개선시킬 수 있지만, 일반적으로 실리카 입자에서는 동일한 개선이 관찰되지 않는다. 전형적으로, 알루미나 대 실레인의 중량비는 약 200:1 내지 10:1, 예컨대 약 50:1이다.

실리카와 실레인의 상호작용은 도 1에 도시되며, 여기서 실리카(2)는 3-(트라이메톡시실릴)프로필 메트아크릴레이트(4)로 처리하여 처리된 실리카 입자(6)를 수득한다. 유사한 식이 도 2에 도시되며, 여기서 알루미나 입자(8)는 3-(트라이메톡시실릴)프로필 메트아크릴레이트(4)로 처리하여 본 발명에 사용된 알루미나 입자(10)를 수득한다. 도 3은 알루미나 입자(10)가 추가의 실레인(4) 및 물과 반응하여 실레인 잔기가 서로 상호작용하는 입자(14)가 수득되는 것이 도시되고 있다. 실레인은 (일부) 실록세인으로 축합된다. 트라이알콕시실레인은 수중에서 가수분해되어 상응하는 실란올을 수득한다. 그 다음, 상기 실란올을 실록세인으로 축합시킬 수 있다.

전술된 입자와 더불어 본 발명의 코팅 조성물은 이러한 코팅재에 관한 분야에 전형적으로 사용되는 결합제 물질을 추가로 포함한다. 그 예로는 우레탄, 아크릴, 멜라민, 폴리바이닐클로라이드, 폴리올레핀 등이 포함된다. 우레탄은 특히 방사선 경화를 예컨대 UV 방사선 또는 전자빔 방사선에 노출시킴으로써 진행시킬 수 있는 경우 본 발명에 사용하기에 특히 적합하다. 앞서 지적된 바와 같이, 실레인은 선택된 결합제와 상호작용하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 제조된 입자는 우레탄 수지 상의 작용기와 상호작용할 것이다. 우레탄은 당해 분야의 표준 수단을 통해 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트 작용기 로 개질될 수 있다. 개질된 알루미나 입자(10), 개질된 실리카 입자(6) 및 우레탄 (메트)아크릴레이트(16)의 상호작용은 도 4에 도시되고 있다. 당해 분야의 숙련자에게 모두가 익숙한 자유 라디칼 또는 양이온성 경화 메커니즘에 의해 시스템을 경화시킬 수 있기 때문에, 다수의 다른 올리고머 결합제 및 작용기도 또한 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 한 실시양태에서, 코팅 조성물은 자외선 방사선에 노출됨에 따라 가교결합되어 맑은 필름이 수득된다. 약 180 내지 약 400㎚의 파장을 갖는 임의의 적합한 자외선 광원이 사용될 수 있다. 사용된 광개시제에 따라 특정 파장이 특히 적합할 수 있다. 적합한 자외선 광원은 널리 입수가능하며, 그 예로는 수은 아크, 카본 아크, 저압 수은 램프, 중압 램프, 고압 수은 램프, 와류-유동 플라즈마 아크 및 자외선 발광 다이오드가 포함된다.

본 발명의 조성물을 경화시키는데 UV 광이 사용되는 경우, 조성물은 전형적으로 광중합 개시제(및/또는 광중합 증감제) 0.1 내지 5.0%(고체를 기준으로 함)를 함유한다. 광개시제 및 감광제는 일반적으로 당해 분야에 공지되어 있다. 광개시제의 예로는 아이소뷰틸 벤조인 에터, 뷰틸 벤조인 에터의 뷰틸 이성체들의 혼합물, α,α-다이에톡시아세토페논 및 α,α-다이메톡시-α-페닐아세토페논이 포함된다. 감광제의 예로는 벤조페논, 안트라퀸온, 싸이옥산톤 및 포스파인 옥사이드가 포함된다. 광개시제 및 감광제의 다른 예들은 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 제 4,017,652 호에서 찾을 수 있다. 벤조트라이아졸, 하이드로페닐 트라이아진 및 장애 아민 광 안정화제, 예컨대 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 그의 TINUVIN 라인으로 시판중인 것들을 비롯한 UV 안정화제도 또한 첨가될 수 있다.

당해 분야에 표준적으로 사용되는 다른 첨가제도 또한 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 이는 에스터, 예컨대 n-뷰틸 아세테이트, 에틸 아세테이트 및 아이소뷰틸 아세테이트; 에터 알콜, 에컨대 에틸렌 글라이콜 모노에틸 에터, 에틸렌 글라이콜 모노뷰틸 에터, 프로필렌 글라이콜 모노메틸 에터, 다이프로필렌 글라이콜 모노에틸 에터, 프로필렌 글라이콜 모노에틸에터 아세테이트, 에틸렌 글라이콜 모노에틸에터 아세테이트, 다이프로필렌 글라이콜 모노에틸에터 아세테이트 및 다이에틸렌 글라이콜 모노에틸에터 아세테이트; 케톤, 예컨대 메틸 에틸 케톤, 메틸 n-뷰틸 케톤 및 메틸 아이소뷰틸 케톤; 탄소수 2 내지 4의 저급 알칸올, 예컨대 에탄올, 프로판올, 아이소프로판올 및 뷰탄올; 및 방향족 탄화수소, 예컨대 자일렌, 톨루엔 및 나프타와 같은 유기 용매가 포함된다. 레올로지 개질제, 유동 첨가제, 기체제거제(deaerator), 광택 제어 첨가제, 희석제 등을 비롯한 다른 첨가제도 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 조성물에는 UV 경화가능한 결합제가 존재하는 것에 국한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들면, 다른 아미노플라스트 경화 화학물질, 래커(lacquer), 예컨대 아크릴계 또는 폴리에스터 래커 또는 분산액 뿐만 아니라, 습윤 경화 우레탄, 공기 건조 알키드, 촉매화 알키드, 주위 온도 경화 에폭시-아민 및 하이드록시-아이소사이아네이트, 열 경화가능한 에폭시산, 하이드록실-아미노플라스트가 모두 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 결합제는 유기 용매계 또는 수성계 일 수 있다.

요구되는 수준의 내마모성을 부여하기 위해, 본 발명의 조성물에 효과량의 알루미나/실리카 입자 조합물이 첨가되어야 한다. 이 양은 조성물의 총 중량의 35중량% 만큼 높을 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 입자의 농도가 높을수록, 내마모성이 높지만, 이는 모든 유형의 시스템에서 모든 입자 유형에 대해 적용될 수는 없다. 그러나, 더욱 높은 농도의 입자는 코팅재의 외형에 영향을 미칠 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 외형을 희생시키지 않고서 요구되는 내마모성을 얻도록 적절한 중량%의 입자 또는 "하중"을 결정하여 본 발명의 조성물에 첨가할 수 있다. 내마모성을 개선시키는 입자의 임의의 양이 본 발명에 속하는 "효과량"이다. 전형적으로, 효과량은 비개질된 알루미나와 같은 통상의 충전재를 사용하는 경우에 관찰되는 것보다 매우 적을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 입자 조합물은 11중량% 이하, 예컨대 10.5중량% 이하, 7중량% 이하의 양으로 사용될 수 있다. 특히 적합한 조합물은 알루미나 약 8 내지 5중량% 또는 그 미만 및 실리카 약 4 내지 2중량% 또는 그 미만으로 사용한다. 이들 조성물의 내마모성은 비개질된 알루미나 20중량%를 갖는 코팅재의 것에 상당하며, 중량%는 코팅재의 총 중량을 기준으로 한다. 본 발명에 따라 처리되지 않은 알루미나 또는 실리카가 예컨대 증점도 또는 점도 조정을 위해 본 발명의 조성물에 첨가되는 경우, 앞서 주어진 중량%는 이들 첨가제를 포함시키지 않는다.

탁월한 내마모성과 더불어, 본 발명의 조성물도 또한 탁월한 마멸 청정성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이는 알루미나 입자 및 실리카 입자가 함께 총 조성물의 약 11중량% 이하를 차지하는 경우에 특별히 그러하다. 본원에 사용되는 "마멸 청정성"은 외형 퇴보를 저지시키려는 능력을 지칭한다. 마멸 청정성은 백화, 흠(mar), 스커핑(scuffing), 광택 손실, 긁힘 등과 같이 육안으로 관찰될 수 있거나, 헤이즈미터(hazemeter), 광택계 등과 같은 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 마멸 청정성은 예컨대 표면을 연마시키고 연마 후의 코팅 외형에 대한 변화를 관찰함으로써 평가될 수 있다. 예를 들면, 코팅된 기재의 표면을 연마하기 위해 표준 타버 연마제 상에 장착된 CS-17 휠(wheel)을 사용한 후, 마멸 청정성은 육안으로 평가하거나, 또는 이러한 다수의 연마 사이클 후 일부 유형의 계량기를 사용하여 측정될 수 있다. CS-17 휠은 텔레다인 타버(Teledyne Taber)로부터 입수가능하고 빅-가드너(Byk-Gardner)에 의해 분배된 연마제 휠이다. 상기 휠들은 필요하다면 추가의 추(weight)가 적재될 수 있다. 타버 어브레저(Taber Abraser)에 의한 유기 코팅재의 내마모성을 위한 변형된 ASTM D4060 표준 시험법(ASTM D4060 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings)이 사용될 수 있다. 이 시험에서, 마모 청정성은 하기 절차를 사용하여 평가된다: 4인치 × 4인치 조각들을 절단하고, 타버 인더스티리즈(Taber Industries) 연마기 - Model 5150(이는 자동적으로 시험된 사이클을 계수한다)의 표본 홀더 상에 장착시킨다. CS-17 휠을 사용하여 내마모성을 측정한다. 1000g 하중을 각각의 휠 상에 위치시킨다. CS-17 스트립을 각각의 샘플 시험 전에 50 사이클 동안 S-11 리페이싱(refacing) 디스크에 대해 재조건화시킨다. 타버 어브레저를 가동시킨다. 100 사이클 후 샘플에 대한 연마제 마멸 청정성을 평가하였다. 육안으로 또는 헤이즈미터와 같이 외관을 측정하는 계량기를 사용하여 마멸 청정성을 평가하였다.

따라서, 본 발명은 54 미만, 예컨대 50 미만의 평균 마멸 청정성을 갖는 코팅 조성물에 관한 것이다. 마멸 청정성이 동일 코팅재가 사용되는 경우 조차도 기재와 기재 사이에서 약간 변할 수 있음을 이해할 것이다; "평균 마멸 청정성"은 동일한 방식으로 코팅되고 시험된 2개 이상의 패널의 평균 마멸 청정성을 지칭한다. 본원에 제공된 마멸 청정값은 전술된 바와 같이 CS-17 휠을 사용하여 1000g 하중 및 100 사이클로 측정하고, 헤이즈가드 시스템즈(Hazeguard Systems)로부터의 XL-211 헤이즈미터를 제조업자의 지시사항에 따라 사용하여 측정하여 연마된 샘플의 헤이즈 값으로 기록한다. 따라서, "연마제 휠 마멸 시험"은 본원에서 기술된 바와 같이 1000g 하중 및 100 사이클과 함께 CS-17 휠을 사용하는 것을 지칭한다.

또한, 본 발명은 본원에 기술된 코팅 조성물을 바닥재와 같은 기재의 적어도 일부에 적용시킴을 포함하는, 상기 기재에 내마모성을 부여하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 코팅재는 분사, 커튼 코팅, 딥 패딩, 롤 코팅 및 브러슁을 포함하는 임의의 통상적인 수단에 의해 적용될 수 있다. 임의의 기재는 예컨대 목재 바닥재, 목제 베니어, 가요성 플라스틱, 예컨대 바이닐 바닥재, 세라믹 타일 등을 비롯한 본 발명의 조성물로 코팅될 수 있다. 다른 기재의 예로는 금속 및 견고한 플라스틱, 예컨대 폴리카보네이트 및 폴리에스터, 및 유리가 포함된다. 또한, 바닥 이외의 목재 및 목재 베니어 기재, 예컨대 책상, 탁자 상부 등도 본 발명에 따라 처리될 수 있다. 개선된 내마모성이 입자들의 특정 조합으로부터 얻어지는지를 측정하기 위해, 단지 하나는 본 발명의 입자 조합물을 함유하고 다른 하나는 그렇지 않다는 차이만을 갖는 2개의 배합물이 제조될 수 있다. 아래 실시예 부분에서 기술되는 바와 같이 당해 분야의 임의의 수단 표준물에 의해, 코팅재가 내마모성에 대해 시험될 수 있다. 입자-함유 코팅재 및 입자-비함유 코팅재로부터의 결과들을 비교하여, 현존하는 입자들을 사용하는 경우에 개선된 내마모성이 얻어지는 지를 측정할 수 있다. 이들 임의의 시험들에서 비록 작은 개선이라도 본 발명에 따른 개선으로 선정된다.

목재 바닥재의 경우, 설치 전후에 상기 바닥재에 다수의 여러 층들이 적용될 수 있고; 이들 층들은 예컨대 스테인 코팅(stain coating), 내마모성 밀봉제, 접착 촉진제 및 탑코트를 포함할 수 있다. 본 발명의 입자 조합물은 가장 전형적으로는 내마모성 밀봉제 내에 존재하지만, 어떤 층에서도 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 하나 이상의 코팅 층(이는 본 발명의 코팅 조성물로부터 형성된다)을 포함하는 목재 바닥재에 관한 것이다. 전형적으로, 이러한 목재 바닥재는 2개 이상의 층을 가질 것이다. 바닥 위의 모든 층들의 전체 필름 구조는 미네랄-충전 층 단독 두께의 약 4배 이하일 수 있다. 즉, 본 발명의 조성물은 모든 코팅 층들의 전체 두께의 약 25% 이하인 층을 형성하도록 적용될 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 달리 일부러 명시하지 않는 한, 값, 범위, 양 또는 백분율을 표시하는 것과 같은 모든 수치는, 용어 "약"이 일부러 표시되어 있지 않을지라도 상기 용어로 시작되는 것처럼 읽혀질 수 있다. 또한, 본원에 인용된 임의의 수치적 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함하는 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "중합체"는 올리고머, 및 단독중합체 및 공중합체 모두를 지칭한다.

아래 실시예는 본 발명을 예시하고자 하며, 어떤 방식으로도 본 발명을 제한하고자 하는 것으로 간주되어서는 안된다.

실시예 1

실리카의 개질

여러 실리카를, 3-(트라이메톡시실릴)프로필메타크릴레이트("SiMAC"), 3-(트라이메톡시실릴)프로필아크릴레이트("SiAC"), 메틸트라이에톡시실레인("MTES") 또는 옥틸트라이에톡시실레인("OTES")을 사용하여 개질시켰다. 실리카 25g을 1ℓ 유리 반응기 내에 위치시켰다. 상기 반응기를 건조한 공기로 통기시켰다. 실리카를 500 내지 600RPM에서 진탕시켰으며, 이는 실리카를 유동 상태로 존재하게 하는데 충분한 것이다. 반응기 내의 공기 온도를 90℃로 가열하였다. SiMAC, SiAC, MTES 또는 OTES 1.8g을 1초당 1 또는 2방울의 대략적인 비율로 적가하였다. 혼합물을 2시간 동안 상기 온도로 유지시켰다. 그 다음, 샘플을 냉각시켰다. 사용된 실리카는 DK100(칼루쉬, 25 내지 30㎚의 평균 입자 크기), AEROSIL OX50(데구사, 40㎚의 평균 주요 입자 크기) 및 ULTRASIL VN3(데구사, 1μ의 평균 입자 크기)이었다.

실시예 2

알루미나의 개질

여러 알루미나 샘플을 SiMAC, SiAC, MTES 또는 OTES를 사용하여 개질시켰다. 알루미나 50g을 무수 에탄올 30㎖ 내에 교반시켰다. 그 다음, 에탄올 내의 SiMAC, SiAC, MTES 또는 OTES의 5% 용액 20㎖를 교반하면서 첨가하였다. 페이스트를 상온에서 12시간 동안 건조시킨 후, 120℃에서 3시간 동안 건조시켰다. 그 다음, 건조된 샘플을 연마시켰다. 사용된 알루미나는 DURALUM 400(와싱톤 밀즈(Washinton Mills), 17μ의 평균 입자 크기), DURALUM 320(와싱톤 밀즈, 29μ의 평균 입자 크기) 및 WCA25(마이크로 어브레시브즈 코포레이션, 17μ의 평균 입자 크기, 소판형)를 포함한다.

실시예 3

하기 표 1에 제시된 성분 및 중량%를 사용하여 기본 조성물("코팅재 A")을 제조하였다. 몇몇 샘플에서, 아래 표 2 및 3에 지적된 바와 같이, 개질된 알루미나 및 개질 또는 비개질된 실리카를 첨가하고, 실시예 1 및 2에 기술된 바와 같이 개질된 입자들을 제조하였다. 소용돌이를 만들기에 충분한 속도로 카울리스 블레이드 진탕기(Cowles blade agitation)를 사용하여 알루미나를 코팅재 A에 첨가하고, 알루미나를 교반하면서 코팅재 내에 체질하고, 블렌드를 수분 동안 진탕시켰다. 실리카를 추가로 첨가한 샘플에서, 코팅재 내에 추가로 체질하고, 수분 동안 교반하고 진탕시키면서 첨가하여 코팅재 내에 입자를 분산시켰다.

하기와 같이 제조된 단풍나무 베니어판에 미네랄-충전 코팅재를 적용하였다. C836E35 UV 스테인(피피지 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG Industries, Inc.)로부터 시판중임)을 판 위에서 닦고, 과량의 스테인을 제거하였다. 상기 스테인을 약 5분 동안 50 내지 60℃에서 플래슁시켜(flash) 용매를 제거하고, 웨스턴 쿼츠 프로덕츠 인코포레이티드(Western Quartz Products, Inc.)로부터 시판중인 80W/cm 중압 수은 UV 경화 램프(부품 번호 25-20008-E)를 사용하여 300mJ/㎠에 노출시킴으로써 경화시켰다. 그 다음, 두보이스(Dubois) 롤 코팅기를 사용하여 C1370Z74 UV 코팅재(피피지 인더스트리즈 인코포레이티드로부터 시판중임) 15 내지 18μ을 적용하였다. 전술한 램프들을 사용하여 325mJ/㎠에 노출시킴으로써 상기 코팅재를 경화시켰다. 코팅 표면을 적색 3M SCOTCHBRITE 패드를 사용하여 스커프 샌딩시켰다(scuff sand).

미네랄-충전 코팅재로 코팅된 판들을 칭량하였다. 두보이스 롤 코팅기를 사용하여 샘플 코팅재 20 내지 25μ(0.8 내지 1.0mils)을 적용하고, 다시 판을 칭량하였다. 적용된 샘플 코팅재의 중량을 측정하고, 하기 식을 사용하여 코팅재의 필름 구조를 계산하였다.

적용 mils = [509.3 × 적용된 코팅재(g)]/[코팅재의 밀도 × 코팅된 판의 길이 × 코팅된 판의 폭]

전술한 램프들을 사용하여 535mJ/㎠에 노출시킴으로써 상기 코팅재를 경화시켰다. 두보이스 롤 코팅기를 사용하여 R1162Z74 UV 코팅재(피피지 인더스트리즈 인코포레이티드로부터 시판중임) 15 내지 20μ을 적용하고, 다시 전술한 램프들을 사용하여 850mJ/㎠에 노출시킴으로써 상기 코팅재를 경화시켰다.

하기 절차를 사용하여 마모 마멸에 대한 전반적인 저항성(abrasion wear through resistance)을 시험하였다. 전술한 바와 같이 제조된 목재 샘플로부터 4 × 4인치 조각들로 절단하였다. 상기 조각들을 타버 인더스트리즈 연마제 - Model 5150(이는 시험하는 사이클을 자동적으로 계수한다)의 표본 홀더 상에 장착하였다. 타버 인더스트리즈 및 Byk-가드너 모두로부터 시판중인, S-42 연마제 스트립으로 덮여진 CS-0 휠을 사용하여 내마모성을 측정하였다. 500g 하중을 각각의 휠에 위치시켰다. S-42 스트립을 각각의 샘플의 시험 시작시 새로운 것이며, 이를 각 500 사이클 후 교체하였다. 타버 어브레저를 작동시키고, 목재 표면을 모니터링하였다. 연마제 스트립이 코팅재를 통해 미가공 목재의 초기 노출까지 닳을 때, 시험을 완료하였다. 코팅재의 1mil당 마멸되는 평균 사이클로서 완전 마멸로의 사이클의 수를 표 2 및 3에 기록하였으며, 이것이 2개 이상의 시험 표본의 평균이다.

표 2에 제시된 결과로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 알루미나 또는 실리카 모두를 함유하지 않은 샘플 1은 내마모성에 대해 가장 불량한 성능을 나타냈다. 샘플 2, 4 및 6 모두는 실리카 없이(샘플 2), 비개질된 실리카와 함께(샘플 4) 또는 개질된 실리카와 함께(샘플 6) 비개질된 알루미나를 사용하였다. 이들 샘플의 내마멸성은 샘플 1에 비해 개선되었고; 개질된 알루미나만을 함유하는 샘플 3의 성능도 또한 샘플 1에 비해 개선되었다. 그러나, 개질된 알루미나 및 비개질된 또는 개질된 실리카를 함유하는 샘플 5 및 7은 각각 다른 모든 샘플에 비해 크게 개선된 결과를 가졌다. 이는 본 발명의 입자들의 조합을 사용하는 경우 개선된다는 것을 입증하는 것이다.

샘플 8 내지 12는 실레인-개질된 알루미나 및 여러 실리카로 충전된 코팅재에 대한 내마모성을 입증하고 있다. 그 결과들은 실리카가 처리된(샘플 8 및 9) 또는 비처리된(샘플 10 내지 12), 나노미립자(샘플 8 내지 10) 또는 마이크론 크기(샘플 11 및 12)에 관계없이 공히 균일하다.

실시예 4

하기 표 4에 제시된 성분 및 중량%를 사용하여 기본 조성물("코팅재 B")을 제조하였다. 알루미나 및 실리카를 첨가할 경우 주걱을 사용하여 교반한 후, 코팅 재를 5분 동안 초음파 분산기의 도움으로 균질화시켰다. 이 절차 동안, 코팅재의 온도를 50℃ 정도로 높게 상승시켰다. 개질된 알루미나 및 실리카를 실시예 1 및 2에 기술된 바와 같이 제조하였다. 표 4에 또한 존재하는 성분 및 중량%인 코팅재 C를 또한 제조하고, 아래 기술되는 바와 같이 사용하였다.

실시예 3에 총체적으로 기술된 바와 같이 단지 (400W 등급의 전력을 사용하는) 고압 Hg 램프 DRT-400만을 사용하여 단풍나무 베니어판을 제조하였다.

코팅재 C를 35℃로부터 40℃까지 가열하고, 가열 적용기를 사용하여 약 12μ 두께에 다다를 때까지 판에 적용하였다. 그 다음, 경화된 코팅재 C를 적색 SCOTCHBRITE 패드를 사용하여 스커프 샌딩시켰다. 그 다음, 코팅재 B 약 25μ(1mil)을 적용하고, 30초 동안 경화시켰다. 그 다음, 코팅재 B의 제 2 층을 적용하고, 약 1200mJ/㎠의 총 노출량에 대해 2분 동안 경화시켰다.

㎛ 눈금이 새겨진 현미경을 사용하여 코팅 층의 두께를 측정하였다. 코팅된 샘플의 표면에 마크를 새겼다. 현미경 대물 렌즈의 초점으로 목재 표면을 정확히 맞추었다. ㎛ 눈금을 "0"으로 설정하였다. 그 다음, 코팅재 표면 상의 마크의 초점을 정확히 맞추고, ㎛ 눈금으로부터의 판독을 기록하였다.

하기 절차를 사용하여 마모 마멸에 대한 전반적인 저항성을 시험하였다. 코팅된 판으로부터 100 × 100㎜ 조각들로 절단하였다. 시험 조각들을, 작동할 경우 1분당 50 회전의 일정 속도로 회전하는 회전 테이블 상에 위치시킨 표본 홀더 상에 장착하였다. 2개의 52㎜ 직경의 금속 연마제 디스크를 S-42 스트립으로 덮었다. 상기 디스크들을 디스크당 500g의 압력이 상기 회전 테이블 상에 가해지도록 디자인된 힌지-막대에 고정시켰다. 상기 장착된 디스크 상으로 디스크 피봇 아암을 낮추었다. 장치를 작동시키고, 회전 계수기가 사이클의 횟수를 계속 기억하고 있다. S-42 스트립을 각각의 샘플의 시험 시작시 새로운 것이며, 이를 매 100 사이클 후 브러쉬로 세정하고, 매 500 사이클 후 교체하였다. 시험 기간 동안, 표본을 육안으로 검사하였다. 연마제 스트립이 코팅재를 통해 미가공 목재의 초기 노출까지 닳을 때, 시험을 완료하였다. 전반적인 마멸(wear through)까지의 사이클의 횟수를 기록하였다. 마모를 통한 마멸을 코팅재의 1mil당 마멸되는 평균 사이클로서 표 5 내지 12에 기록하였으며, 이는 2개 이상의 시험 표본의 평균이다.

표 5에서 확인될 수 있는 바와 같이, 처리된 실리카와 함께 처리된 알루미나를 사용하면(샘플 14) 비처리된 알루미나 단독(샘플 8)보다 매우 우수한 내마멸성이 제공된다. 처리된 알루미나 및 처리된 실리카를 사용하는 샘플 15 내지 19는 샘플 8에서 도달된 것에 상당한 결과를 나타내며, 의미적으로는, 샘플 8에 사용된 입자가 20중량%인 반면 샘플 15 내지 19에 사용된 입자의 총 중량%는 6.7중량%이었다. 이는 성능을 손상시키지 않고서 입자의 중량%를 크게 감소시키는 본 발명의 능력을 입증하는 것이다.

샘플 21은 본 발명의 처리된 입자의 사용이 유사 농도에서의 비처리된 입자의 사용(샘플 20)에서보다 매우 우수한 결과를 초래함을 입증하는 것이다. 소판형 알루미나(샘플 22 대 샘플 23)에 있어서 개선점이 또한 관찰되지만, 상기 개선점이 그리 크지는 않다.

샘플 24 및 25는 비개질된 소판형 알루미나를 20% 하중 사용한 경우의 내마모성이 개질된 실리카와 함께 개질된 알루미나 5% 하중을 사용한 경우에 상응함을 입증하고 있다. 이는 또한 성능을 희생시키지 않고서 입자 하중을 감소시키려는 본 발명의 입자 조합물의 능력을 입증하는 것이다.

샘플 26 내지 29는 증가된 알루미나 하중이 내마모성을 개선시키는 것을 입증하며, 5.0중량%(샘플 28) 및 2.5중량%(샘플 27)의 알루미나 농도에서 상당한 저항성이 관찰되었다.

표 8에 제시된 바와 같이, 다수의 여러 실레인으로 처리된 미네랄 모두는 우수한 내마모성을 나타낸다.

샘플 34 내지 37은 5% 알루미나 하중에서 알루미나의 실레인 개질 수준의 단계에 대한 내마모성을 입증하고 있다. 알루미나의 증가된 실레인 개질은 내마모성을 증가시켰다.

샘플 38 내지 41은 훈연된 실리카 상의 실레인 개질의 단계에 대한 내마모성을 입증하고 있다. 본 발명에 따른 샘플(샘플 39 내지 41)은 개질된 알루미나를 단독으로 포함하는 샘플 38에 비해 개선된 내마모성을 나타냈다. 그러나, 내마모성은 실레인 농도와 함께 필연적으로 증가하지는 않았다.

샘플 42 내지 45는 실리카 수준의 단계에 대한 내마모성을 입증하고 있다. 샘플 42 및 43은 동일한 시스템 내에서 1% 및 1.5%로 비교되는 한편, 샘플 44 및 45는 동일한 시스템 내에서 1.7% 및 3%로 비교된다. 실리카의 양을 증가시켰을 경우, 증가된 내마모성이 관찰되었다.

샘플 46 및 47은 실리카의 표면적에 비례하는 수준에서 SiMAC로 각각 개질된 2개의 상이한 표면적의 훈연된 실리카의 내마모성을 입증하고 있다. DK100의 표면적은 100㎡/g이지만, AEROSIL OX50의 표면적은 50㎡/g이다. 결과들은 유사하다.

실시예 5

알루미나 및 실리카를, 첨가할 경우, 보나 케미(BONA KEMI)로부터 시판중인 보나 테크 메가(Bona Tech Mega) 수계 바닥 코팅재, 또는 보나 케미로부터 또한 시판중인 보나 테크 트래픽 플러스(Bona Tech Traffic plus) 경화제 수계 바닥 코팅재 내로의 추진기 블레이드 진탕법을 사용하여 교반하였다. 실시예 1 및 2에 기술된 바와 같이, 개질된 알루미나 및 실리카를 제조하였다.

실시예 3에 총체적으로 기술된 바와 같이 단풍나무 베니어판을 염색시켰다. 미네랄로 충전된 보나 케미 코팅재를, 스퀘어 적용기 바아(square applicator bar)(7mil 갭(gap)) 염색된 목재 상에서 아래로 끌어당겼다. 코팅재를 50℃에서 90분 동안 플래슁시킨 후, 몇일 동안 실온에서 후경화시켰다.

코팅재 중량을 (50℃에서 90분 동안 플래슁한 후, 실온에서 10분 동안 냉각한) 염색된 판의 중량과 코팅된 판의 중량 사이의 차이를 계산하여 측정하였다.

실시예 3에 기술된 절차를 사용하여 마모 마멸에 대한 전반적인 저항성을 시험하였다. 전반적인 마멸에 대한 사이클의 횟수를 코팅재의 1g당 마멸에 대한 평균 사이클로서 표 13에 기록하며, 이는 2개 이상의 시험 표본의 평균이다.

샘플 48 및 49는 시판중인 수계 바닥 코팅재에서 5% 개질된 알루미나와 1.7% 개질된 실리카의 조합물과 비교되는 20% 알루미나의 내마모성을 입증하고 있다. 샘플 50 및 51은 시판중인 제 2 수계 바닥 코팅재에서 동일한 충전재 비교를 제공한다. 둘 다에서, 본 발명의 조합물은 매우 감소된 하중에서 유사한 결과를 제공한다.

실시예 6

하기 표 14에 제시된 성분 및 중량%를 사용하여 조성물을 제조하였다. 소용돌이를 만들기에 충분한 속도로 카울리스 블레이드 진탕기를 사용하여 성분들을 수분 동안 교반하면서 첨가 혼합하여 코팅재 내에 입자를 분산시켰다.

실시예 3에서와 같이 제조된 단풍나무 베니어판에 미네랄-충전 코팅재를 적용하였다. 실시예 3에서와 같이 미네랄-충전 코팅재를 적용하되, 단 상기 코팅재는 전술된 램프를 사용하여 325mJ/㎠에 노출시켜 경화되는 것이 제외된다. 유사하게, 샘플 코팅재 20 내지 25μ(0.8 내지 1.0mil)을 추가로 적용하고, 코팅재의 필름 구조를 계산하였다. 이 코팅재도 또한 전술된 램프를 사용하여 850mJ/㎠에 노출시켜 경화시켰다.

하기 절차를 사용하여 마모 마멸에 대한 전반적인 저항성을 시험하였다. 전 술한 바와 같이 제조된 목재 샘플로부터 4 × 4인치 조각들로 절단하였다. 상기 조각들을 타버 인더스트리즈 연마제 - Model 5150(이는 시험하는 사이클을 자동적으로 계수한다)의 표본 홀더 상에 장착하였다. 타버 인더스트리즈로부터 시판중인, S-42 연마제 스트립으로 덮여진 CS-0 휠을 사용하여 내마모성을 측정하였다. 500g 하중을 각각의 휠에 위치시켰다. S-42 스트립을 각각의 샘플의 시험 시작시 새로운 것이며, 이를 각 500 사이클 후 교체하였다. 타버 어브레저를 작동시키고, 목재 표면을 모니터링하였다. 연마제 스트립이 코팅재를 통해 미가공 목재의 초기 노출까지 닳을 때, 시험을 완료하였다. 코팅재의 1mil당 마멸되는 평균 사이클로서 완전 마멸로의 사이클의 수를 표 2에 기록하였으며, 이것이 2개 이상의 시험 표본의 평균이다.

CS-17 휠을 사용하고 각각 휠 상의 하중을 1000g으로 하는 것을 제외한, 상기한 바와 유사한 절차를 사용하여 마모 마멸 청정성을 평가하였다. 각 샘플 시험 전에 50 사이클 기간 동안 S-11 리페이싱 디스크에 대해 CS-17 휠을 재조건화시켰다. 100 사이클 후 샘플에 대한 마모 마멸 청정성을 평가하였다. 마멸 청정성을 육안으로 평가하고 백화에 대한 저항성으로 정의하였다. 표 2에 나열된 마멸 청정성의 육안 비교는 2개 이상의 표본의 평균 평가이다.

표 15에 제시된 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 코팅재 A 및 B는 S-42 내마모성에 대한 유사한 성능을 가졌다. 알루미나의 거의 2배 하중을 갖는 코팅재 A에 비해 코팅재 B의 마멸 청정성이 개선되었다. 이는, 입자의 감소된 수준이 사용되는 경우 본 발명에 따라 관찰되는 마멸 청정성에서의 개선이 입증되며, 특히 이 마멸 청정성은 내마모성의 희생 없이 달성된다.

실시예 7

실시예 6에 기술된 바와 같이 제조된 코팅재 A 및 B를, 각각 맑은 폴리카보네이트 플라크(plaque)(제너럴 일렉트릭(General Electric) LEXAN) 상에 스퀘어 적용기 바아 상의 2-mil 갭을 사용하여 아래로 끌어당겨 코팅재의 약 1mil(25μ)를 폴리카보네이트로 옮겼다. 코팅재를 상기 실시예 3에 기술된 바와 같이 램프를 사용하여 900mJ/㎠에 노출시켜 경화시켰다.

실시예 6에 기술된 절차 및 CS-17 휠을 사용하여 100 사이클 후 마모 마멸 청정성을 평가하였다. 헤이즈가드 시스템즈(Hazeguard Systems)로부터의 XL-211 헤이즈 미터를 사용하여 헤이즈를 측정하였다. 각각의 샘플의 비마모된 영역 및 마모된 영역에서 헤이즈를 측정하였다. 표 16에서의 헤이즈 판독은 2개 이상의 측정치의 평균이다.

표 16에 제시된 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 코팅재 B는, 거의 2배의 입자 하중을 갖는 코팅재 A에 비해, 초기 헤이즈가 낮고 CS-17 100 사이클 후의 헤이즈가 낮다.

본 발명의 특정 실시양태를 예시적 목적으로 앞서 기술하였지만, 당해 분야의 숙련자에게는 본 발명의 상세한 설명에 대한 여러 변형이 첨부된 청구의 범위에서 정의된 바와 같이 본 발명으로부터 벗어나지 않고서 가능하다는 것이 명백할 것이다.

Claims

(a) 결합제; (b) 하기 화학식 1의 실레인으로 처리된 알루미나 입자; 및 (c) 실리카 입자를 포함하며, 처리된 알루미나의 10중량% 이하가 실레인인, 내마멸성 코팅 조성물.

화학식 1

(RO)₃SiR'

상기 식에서,

R은 1 내지 30개의 탄소를 갖는 알킬 잔기이고,

R'는 결합제와 알루미나 입자 사이의 상용성을 개선시키는 유기 잔기이다.
제 1 항에 있어서,

상기 실리카가 비처리된 것인 코팅 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 실리카가 하기 화학식 1의 실레인으로 처리되고, 실리카를 처리하는데 사용된 실레인이 알루미나를 처리하는데 사용된 실레인과 동일하거나 상이한 코팅 조성물.

화학식 1

(RO)₃SiR'

상기 식에서,

R은 1 내지 30개의 탄소를 갖는 알킬 잔기이고,

R'는 결합제와 실리카 입자 사이의 상용성을 개선시키는 유기 잔기이다.
제 1 항에 있어서,

알루미나 및 실리카가 함께 코팅 조성물의 11.0중량% 이하를 차지하는 코팅 조성물.
제 4 항에 있어서,

알루미나 및 실리카가 함께 코팅 조성물의 10.5중량% 이하를 차지하는 코팅 조성물.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

알루미나가 17 내지 25μ의 평균 입자 크기를 갖는 코팅 조성물.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

결합제가 수계인 코팅 조성물.
제 1 항에 있어서,

결합제가 UV 경화성인 코팅 조성물.
제 1 항에 있어서,

실레인이 3-(트라이알콕시실릴)알킬(메트)아크릴레이트인 코팅 조성물.
제 20 항에 있어서,

실레인이 3-(트라이메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트인 코팅 조성물.
제 20 항에 있어서,

실레인이 3-(트라이메톡시실릴)프로필 아크릴레이트인 코팅 조성물.
제 1 항의 조성물을 바닥재의 적어도 일부에 적용하는 단계를 포함하는, 바닥재에 내마모성을 부여하는 방법.
제 1 항의 조성물이 적용된 목재 바닥재.
제 1 항의 조성물이 적용된 바이닐 바닥재.
삭제
삭제
제 1 항의 조성물을 기재의 적어도 일부에 적용하는 단계를 포함하는, 기재에 내마모성을 부여하는 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제