KR100809994B1 - 표면-변형 입자를 포함하는 경화성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 지닌 결합제(BM) 및 표면에 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 갖고 화학식(1) ≡Si-CR3 2-A-D-C 기를 포함하는 입자(P)를 포함하는 경화성 조성물(Z)에 관한 것이다. 상기 화학식에서, R3은 수소, 또는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼을 나타내고, R4는 수소 또는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼을 나타내고, A는 산소, 황, =NR4 또는 =N-(D-C)를 나타내고, D는 카르보닐기, 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 각각 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 아릴렌 라디칼을 나타내고, C는 에틸렌계 불포화 기를 나타낸다.

Description

표면-변형 입자를 포함하는 경화성 조성물{CURABLE COMPOSITION CONTAINING SURFACE-MODIFIED PARICLES}
본 발명은 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 지닌 결합제 및 표면에 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 포함하는 입자를 또한 포함하는 경화성 조성물, 및 코팅을 위한 이 조성물의 용도에 관한 것이다.
유기 라디칼로 표면-변형된 나노스케일 충전제를 포함하고 기계적 경도 및 화학적 내성이 높은 코팅으로 경화되는 자유-라디칼계 경화성 코팅 조성물은 알려져 있다. 이러한 종류의 코팅 조성물은 입자 표면을 적절하게 변형시켜 상기 입자와 주위의 중합체 매트릭스의 양립성을 보장한다. 또한, 상기 입자 표면이 상기 매트릭스에 대한 적합한 반응성을 가질 경우, 코팅 시스템의 특정 경화 조건 하에서 결합제 시스템과 반응할 수 있도록, 경화 동안 복합 시스템의 특성 프로필에 빈번하게 양성적 영향을 미치는 상기 입자를 매트릭스 내로 화학적으로 혼입하는 것이 가능하다.
자유-라디칼계 경화성, 입자-강화 코팅 조성물은 특히 US 4455205 A호 및 US 4491508 A호에 개시되어 있고, 예를 들어 콜로이드성 이산화규소를 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란과 반응시킨 다음 수성 및/또는 알코올성 용매를 자유-라 디칼계 교차결합가능한 유기 결합제로 교환함으로써 얻는다. 이러한 종류의 코팅 조성물은, 예를 들어 열가소성 기재를 코팅하기 위해 사용할 수 있다.
US 6306502 B호는 콜로이드성 이산화규소 및 자유-라디칼계 중합가능한 실란으로부터 제조할 수 있는 긁힘방지 코팅용 코팅 조성물을 개시한다. 그러한 경우에 사용된 결합제는 (메트)아크릴로일옥시알킬-작용성 이소시안우레이트이다. DE 102 00 928 A1호는, 예를 들어 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트에 분산시키는 단계 후에, 친수성의 발열성 이산화규소를 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, 알루미늄 부톡시드 및 물과 혼합함으로써 제조된 표면-변형 나노입자를 포함하는 경화성 유기 분산액을 개시한다. 그러한 종류의 분산액은 코팅 물질, 접착제 및 봉합제로서 사용할 수 있다.
공지된 입자-포함 결합제 시스템의 단점은 주로 그들의 제조에 기초한다. 선행 기술에 따르면 상기 코팅 시스템에 포함된 상기 입자는, 자유 수산화규소(SiOH) 또는 금속 수산화물(MeOH) 작용기를 갖는 입자를 그들의 반응성 유기 작용기로서 비닐, (메트)아크릴로일 등과 같은 에틸렌계 불포화 기를 포함하는 알콕시실란과 반응시켜 제조한다. 선행 기술에서 입자 작용화를 위해 사용한 모든 알콕시실란의 공통적인 특징은 이들이 변형될 입자의 SiOH 및/또는 MeOH 기에 대해 보통의 반응성만을 가진다는 것이다. 따라서 상기 입자의 표면 작용화는 느리고 및/또는 불완전하다.
이는 반응성이 낮아서 입자를 작용화하기에 일반적으로 완전히 부적합한 모노알콕시-작용성 실란의 경우에 특히 사실이다. 그리고 어떤 경우에서 반응성이 충 분하여 심지어 물을 첨가하지 않아도, SiOH 및/또는 MeOH 기와의 반응에 의해 완전히 소모되고 입자의 모든 SiOH 및/또는 MeOH 기를 포화시키는 데 등몰량의 실란만이 소요되기 때문에, 단일작용성 알콕시실란의 사용이 특히 바람직하다.
디- 또는 트리알콕시실란을 표면 작용화에 사용하면, 획득된 실란올의 가수분해 및 축합 반응 후에, 실록산 껍질이 물의 존재 하에서 입자 주변에 형성된다. 여기서 문제점은, 가수분해성 및 축합 반응성이 낮은 실란을 사용한 경우, 형성된 상기 실록산 껍질이 표면에 다수의 SiOH 작용기를 여전히 포함한다는 사실일 수 있다. 이러한 종류의 SiOH-작용성 성질의 안정성은, 심지어 결합제가 존재해도, 제조 및 보관 조건 하에서 제한된다. 입자가 모여 응집할 수 있다.
이와 대조적으로, 반응성 모노알콕시실란을 사용한 경우, 또 서로 교차 결합된 실란 분자로 이루어진 실란 껍질이 입자 주위에 형성되지 않는다; 그 대신에, 입자의 MeOH 및/또는 SiOH 기에 실란이 직접 부착한다. 또한, 모노메톡시실란을 사용하면 물 없이도 입자 작용화가 가능하다. 그러한 경우에, 화학량론적 반응에서, 사실상 상기 입자의 표면의 모든 MeOH 및/또는 SiOH 기는 실란으로 포화될 수 있다. 그러므로 상기 입자의 안정성을 제한할 수 있는, 남아있는 MeOH 및/또는 SiOH 기는 대부분 제거될 수 있다.
WO 03/18658호 및 WO 03/14226호는 알콕실릴 기가 예를 들어 이종원자, 산소 또는 질소로부터 메틸렌 스페이서(spacer)에 의해 분리되어 있고, 이러한 두 기의 공간적 근접의 결과로서, 상기 실릴 단위의 가수분해 및 축합 반응에 대한 실란의 반응성이 상당히 증가한다는 사실에 의해 차별화되는 작용화된 알콕시실란을 이용 하여 유기폴리실록산 및 유기 중합체를 작용화한다. 메틸렌 스페이서를 갖는 이러한 종류의 실란의 증가된 반응성은 문헌 [Monatsh . Chem . 2003, 134, 1081-1092]에도 개시되어 있다.
이러한 종류의 고 반응성 실란은, 수분에 대하여 상응하는 증가된 반응성을 갖고 이에 따라 공기 중 수분에 의해 경화되는 조성물을 제조하는 데 사용할 수 있는 실란-작용성 (전-)중합체를 제조하기 위해 현재까지 사용되어 왔다.
선행 기술에 따라 제조된 코팅의 다른 문제로서, 이러한 코팅은 빈번하게 재생가능성이 부족하다. 또한, 코팅 성질에서의 다른 개선-특히, 상기 코팅의 더 높은 기계적 경도 및 더 개선된 긁힘 내성-이 요망된다.
본 발명이 기본으로 하는 목적은 화학선 조사로 또는 열적으로 경화가능하고, 공지된 시스템의 상기 언급한 단점을 갖지 않고, 또한 공지된 시스템을 개선한 경화된 코팅의 특성 프로필을 특징으로 하는 코팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 지니는 결합제(BM), 및 표면에 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 포함하고 하기 화학식 1의 라디칼을 포함하는 입자(P)를 포함하는 경화성 조성물(Z)을 제공한다:
Figure 112006076097122-pct00001
상기 식에서,
R3는 수소, 또는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
R4는 수소 또는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
A는 산소, 황, =NR4 또는 =N-(D-C)이고,
D는 카르보닐기, 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 각각 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 아릴렌 라디칼이고,
C는 에틸렌계 불포화 기이다.
상기 경화성 조성물(Z)은 실릴기가 메틸렌 스테이서에 의해 이종원자로부터 분리된다는 사실에 의해 차별화되는, 에틸렌계 불포화 기를 포함하는 화학식 1의 반응성 라디칼에 의해 표면-변형되는 입자(P)를 포함한다. 그러므로 상기 경화성 조성물(Z)은 정확하게 재생가능성을 갖는다.
상기 입자(P)는 바람직하게는
(a) Me-OH, Si-OH, Me-O-Me, Me-O-Si, Si-O-Si, Me-OR1 및 Si-OR1로부터 선택된 작용기를 포함하는, 금속 산화물, 금속-규소가 혼합된 산화물, 이산화규소, 콜로이드성 이산화규소 및 유기폴리실록산 수지 및 이들의 조합물로부터 선택되는 물질의 입자(P1)를,
(b) 하기 화학식 2의 유기실란(B) 및/또는 그들의 가수분해 및/또는 축합 반 응 생성물, 및
(c) 임의로 물과 반응시켜 제조할 수 있다:
Figure 112006076097122-pct00002
상기 화학식에서,
R1은 수소, 또는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 1개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
R2는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
Me는 금속 원자이고,
n은 0, 1 또는 2이고,
R3, A, D 및 C는 상기에 정의한 바와 같다.
상기 입자(P)는 상기 화학식 2의 유기실란(B)과 하기 화학식 3의 알콕시실란(B*)의 공가수분해를 통해 마찬가지로 바람직하게 제조가능하다:
Figure 112006076097122-pct00003
상기 화학식에서,
R5는 R1의 정의를 갖고,
R6은 치환될 수 있는 탄화수소 라디칼이고,
m은 0, 1, 2 또는 3이다.
상기 탄화수소 라디칼 R1은 바람직하게 알킬, 시클로알킬 또는 아릴 라디칼이고, 특히 메틸, 에틸 또는 페닐 라디칼이고, 더욱 바람직하게는 메틸 또는 에틸 라디칼이다. R2는 바람직하게는 알킬, 시클로알킬, 아릴 또는 아릴알킬 라디칼이고, 특히 메틸, 에틸 또는 페닐 라디칼이고, 더욱 바람직하게는 메틸 라디칼이다. R3는 바람직하게는 수소 또는 알킬, 시클로알킬, 아릴 또는 아릴알킬 라디칼이고, 특히 메틸 라디칼이고, 특히 바람직하게 라디칼 R3는 수소이다. n은 바람직하게 0 또는 2 값을 취한다. 본 발명의 특히 바람직한 일 구체예에서 n은 2 값을 취한다. 상기 기 C는 바람직하게는 2개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는, 더욱 바람직하게는 2개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 불포화 알킬 라디칼, 특히 비닐, 아크릴로일 또는 메타크릴로일이다. 상기 기 (-A-D-C)는 바람직하게는 라디칼 OC(O)C(CH3)=CR3 2, OC(O)CH=CR3 2, NHC(O)C(CH3)=CR3 2 또는 NHC(O)CH=CR3 2이다. 특히 바람직하게는 OC(O)C(CH3)=CR3 2 또는 OC(O)CH=CR3 2이다. 바람직한 라디칼 R5는 바람직한 라디칼 R1 에서 나열하였다. R6은 바람직하게 작용화된 또는 비작용화된, 예를 들어 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 방향족 또는 지방족 포화 또는 불포화 탄화수소 라디칼이다. R6에 대한 바람직한 라디칼은 바람직한 라디칼 R2에서 나열하였다. R6은 또한 정의 CR3 2-A-D-C를 취할 수 있다; 즉, 그러한 경우에 상기 화학식 2의 유기실란(B)은 알콕시실란(B*)과 동일하다.
알콕시실란(B*)의 바람직한 예는 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸메톡시실란, 페닐메틸디메톡시실란, 페닐트리메톡시실란 및 비닐트리메톡시실란이다.
상기 조성물(Z)은 코팅으로서 바람직하게 사용된다. 특히 바람직하게 이들은 이 내용에서 코팅된 표면의 긁힘 내성을 개선하는 역할을 한다. 경화에 의해 조성물(Z)로부터 획득가능한 상기 코팅은, 전통적인, 단지 보통의 반응성의 실란 및/또는 그들의 가수분해 및/또는 축합 반응 생성물로 표면-변형된 입자를 포함하는 비교 코팅보다 더 높은 기계적 경도 및 더 개선된 긁힘 내성을 갖는다.
알콕시실릴기와 이종원자 사이에 메틸렌 스페이서를 갖는 알콕시실란(B)의 반응성이 높은 것을 고려할 때, 이러한 화합물은 SiOH 또는 MeOH를 지니는 입자(P)의 작용화에 특히 적합하다. 알콕시실란(B)을 사용한 Me-O-Me-, Me-O-Si- 및 Si-O-Si-작용성 입자의 평형화는 고 반응성에 의해 더 쉽게 이루어지고, 상기 입자(P)의 제조를 위해 수행될 수 있다. 상기 입자(P1)와 알콕시실란(B)의 반응은 빠르고 완 전하다.
상기 조성물(Z)에 포함된 결합제(BM)는, 바람직하게 화학선 조사 또는 열 처리에 의해 개시되는, 그 자체와 그리고 반응성 입자와의 중합체 형성으로, 자유-라디칼, 양이온성 또는 음이온성 중합화가 가능한 하나 이상의 반응성 기를 지닌다. 반응성 기는 에틸렌계 불포화 작용기, 특히 비닐기, 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기 및 아크릴아미드기를 포함하는 기이다. 상기 결합제(BM)는 이 내용상에서 단량체, 소중합체 또는 그 밖의 중합체 화합물을 포함할 수 있다.
적합한 단량체 및 소중합체 화합물의 예는 헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 등이다. 적합한 중합체 결합제(BM)의 예는 에틸렌계 불포화-함유 (메트)아크릴산 공중합체, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트, 불포화 폴리에스테르, 우레탄 (메트)아크릴레이트 및 실리콘 (메트)아크릴레이트이다.
화학선 조사는 적외선(NIR), 가시광선, 자외선(UV) 및 X-조사 영역에서의 전자기 조사를 의미한다.
상기 조성물(Z)은, 규소의 일부 원자가가 유기 라디칼로 제공되는, 모든 금속 산화물 및 금속이 혼합된 산화물 입자(예를 들어, 커런덤(corundum)과 같은 산화알루미늄, 다른 금속 및/또는 규소와 알루미늄이 혼합된 산화물, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화철 등과 알루미늄이 혼합된 산화물), 산화규소 입자(예를 들어, 콜로이드성 실리카, 발열성 실리카, 침전된 실리카, 실리카 교질 용액), 또는 산화규소 화합물(예를 들어, 실리콘 수지)의 입자(P1)로서 사용된다는 사실에 대해 언 급할 만하다. 상기 입자(P1)는, 유기실란(B)과 일어날 수 있는 반응을 통해 그들의 표면에 금속 수산화물(MeOH), 수산화규소(SiOH), Me-O-Me-, Me-O-Si- 및 Si-O-Si- 작용기를 가진다는 사실에 대해 또한 언급할 만하다. 상기 입자(P1)는 바람직하게 1000 ㎚ 미만, 더욱 바람직하게는 100 ㎚ 미만의 평균 지름을 갖고, 상기 입도는 투과 전자 현미경에 의해 결정된다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에서 상기 입자(P1)는 발열성 실리카로 이루어진다. 본 발명의 더욱 바람직한 구체예에서 사용한 상기 입자(P1)는, 바람직하게 수성 또는 유기 용매 내 마이크론 이하의 크기의 상응하는 산화물 입자의 분산액 형태인 콜로이드성 산화규소 또는 금속 산화물이다. 이 내용상에서 바람직하게는 금속 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 탄탈룸, 텅스텐, 하프늄 및 주석의 산화물을 사용할 수 있다. 바람직하게 n = 2인 화학식 2의 유기실란(B)과 반응하는 수성 SiO2 졸을 사용하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 하기 화학식 4의 실리콘 수지를 포함하는 입자(P1)를 사용하는 것이 또한 바람직하다:
Figure 112006076097122-pct00004
상기 화학식에서,
R7은 OR8 작용기, OH 작용기, 임의로 할로겐-, 히드록실-, 아미노-, 에폭시-, 티올-, (메트)아크릴로일- 또는 NCO-치환된, 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 1-18개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
R8은 1-18개의 탄소 원자를 갖는 임의로 치환된 1가 탄화수소 라디칼이고,
e는 0 이상이고,
f는 0 이상이고,
g는 0 이상이고,
h는 0 이상인데, 단, e+f+g+h의 합은 1 이상, 바람직하게 5 이상이다.
상기 조성물(Z)에 있어서 하나 이상의 다른 입자 형태(P)를 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들어, 나노스케일 SiO2에 추가적으로 나노스케일 커럼덤을 또한 포함하는 코팅 시스템을 제조하는 것이 가능하다.
전체 중량에 기초한, 상기 코팅 시스템에 포함된 입자(P)의 양은 바람직하게는 5 중량% 이상이고, 더욱 바람직하게는 10 중량% 이상이고, 매우 바람직하게는 15 중량% 이상이고, 바람직하게는 90 중량% 이하이다.
상기 조성물(Z)은 바람직하게 두 단계 과정으로 제조한다. 첫 번째 단계에서 상기 입자(P)를 제조한다. 두 번째 단계에서 작용화된 입자(P)를 결합제(BM)에 도입한다.
바람직한 일 과정에서 상기 입자(P1)와 상기 유기실란(B)과의 반응에 의해 획득한 입자(P)는 상기 결합제(BM)에 도입되기 전에 정제한다. 이 방법은 제조 과정에서 생성된 불순물이 경화된 코팅의 특성 프로필에 역영향을 미칠 경우에 특히 권할 만하다. 상기 입자(P)는, 예를 들어 상기 입자를 침전시키고 다음으로 적합한 용매로 이를 세척함으로써 정제할 수 있다.
대안적 방법에서 상기 조성물(Z)은 상기 결합제(BM)의 존재하에서 상기 실란(B)으로 상기 입자(P1)를 작용화함으로써 제조된다. 두 제조 방법에서 상기 입자(P1)는 수성 또는 그 밖의 무수 용매에서의 분산액 형태 및 고체 상태로 존재할 수 있다.
상기 입자(P1)의 수성 또는 비수성 분산액을 사용할 경우, 해당 용매는 상기 입자(P 또는 P1)를 상기 결합체(BM)에 도입한 후에 일반적으로 제거한다. 상기 용매의 제거는 바람직하게 증류 방법으로 수행하고, 상기 입자(P1)와 상기 실란(B)과의 반응 전 또는 후에 수행할 수도 있다.
바람직하게 사용된 실란(B)의 예는 아크릴로일옥시메틸트리메톡시실란, 아크릴로일옥시메틸메틸디메톡시실란, 아크릴로일옥시메틸디메틸메톡시실란, 아크릴로일옥시메틸트리에톡시실란, 아크릴로일옥시메틸메틸디에톡시실란, 아크릴로일옥시메틸디메틸에톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리메톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸메틸디메톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸디메틸메톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸트리에톡시실란, 메타크릴로일옥시메틸메틸디에톡시실란 및 메타크릴로일옥시메틸디에틸메톡시실란이다.
본 발명의 특히 바람직한 일 구체예에서 사용된 상기 실란(B)은 (메트)아크릴로일옥시메틸디메틸모노메톡시실란 또는 (메트)아크릴로일옥시메틸디메틸모노에톡시실란과 같은 n = 2인 화학식 2의 모노알콕시실릴-작용성 실란이다.
상기 입자의 작용화를 위해 하나의 실란(B)을 개별적으로 또는 상이한 실 란(B)의 혼합물 또는 실란(B)과 다른 알콕시실란과의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 조성물(Z)은 일반적인 용매 및 제형 내 전형적인 첨가제 및 보조제를 또한 포함한다. 이들의 예는 흐름 제어 보조제, 표면-활성 물질, 부착 촉진제, UV 흡수 및/또는 자유-라디칼 소거제와 같은 광 안정화제, 요변성제(thixotropic agent) 및 다른 고체 및 충전제를 포함한다. 상기 조성물 및 상기 경화 물질 둘 모두에 대해 소정 특성 프로필을 만들기 위해, 이러한 종류의 보조제가 바람직하다. 특히 상기 조성물(Z)이 코팅으로서 사용될 경우 그러하다. 이러한 코팅 제형은 염료 및/또는 안료를 또한 포함한다.
상기 조성물(Z)의 경화는 당업자에 공지된 전통적인 방법으로, 에틸렌계 불포화 기에 필요한 조건하에서 바람직하게 화학선 조사 또는 열적으로 개시된 자유-라디칼 중합화에 의해 이루어진다.
상기 중합화는, 예를 들어 Darocur® 1178, Darocur® 1174, Irgacure® 184, Irgacure® 500과 같은 적합한 광개시제를 첨가한 후, 예를 들어 UV 조사함으로써 일어난다. 이러한 광개시제는 전형적으로 0.1 중량% ~ 5 중량%의 양으로 사용한다. 상기 중합체는 예를 들어 퍼옥시디카르복실산과 같은 유기 과산화물, 아조비스이소부티로니트릴과 같은 아조 화합물을 첨가한 후, 열적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 일 구체예에서 상기 조성물(Z)은 하나 이상의 광개시제를 포함하고 상기 코팅은 UV 조사에 의해 경화된다. 본 발명의 다른 특히 바람 직한 구체예에서 상기 조성물(Z)은 전자 빔에 의해 경화된다.
상기 조성물(Z)이 경화된 후 획득한 상기 코팅은 우수한 기계적 성질을 가진다. 공지된 물질과 비교하여, 예를 들어 긁힘 내성이 현저하게 개선된다.
본 발명은 또한 임의의 소정 기재를 코팅하기 위한 상기 조성물(Z)의 용도를 제공한다. 바람직한 기재의 예는 산화성 물질, 예컨대 유리, 예를 들어, 금속, 목재 또는 플라스틱 예컨대 폴리카르보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 염화폴리비닐 및 폴리프로필렌을 포함한다.
적용된 코팅은 긁힘 내성, 부식 내성, 화학적 안정성을 개선하거나 또는 그 밖의 부착 성질에 영향을 미치는 역할을 한다.
상기 조성물(Z)은 담금(dipping), 분무 및 주조(casting)와 같은 임의의 소정 기술에 의해 적용할 수 있다. "덧칠기법(wet on wet)"에 의한 적용 또한 가능하다.
상기 화학식의 모든 기호는 각 경우에서 서로 간에 독립적으로 그들의 정의를 갖는다. 모든 화학식에서 규소 원자는 4가이다.
하기 실시예에서, 모든 양 및 백분율은 중량에 의하며, 달리 표시하지 않는 한 모든 압력은 0.10 MPa(abs.)이고 모든 온도는 20℃이다.
실시예 1:
SiO2 유기졸(닛산 화학사의 IPA-ST®, 30 중량%의 SiO2, 12 ㎚) 20.00 g을 메 타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 2.00 g과 1 분 동안 점적으로 혼합하였고 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 헥산디올 디아크릴레이트 15.00 g을 첨가하였고 다음으로 이소프로판올을 감압 조건하에서 증류하였다. 투명한 분산액은 29 중량%의 SiO2를 포함하였다.
실시예 2:
SiO2 유기졸(닛산 화학사의 IPA-ST®, 30 중량%의 SiO2, 12 ㎚) 20.00 g을 메타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 0.66 g과 1 분 동안 점적으로 혼합하였고 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 헥산디올 디아크릴레이트 15.00 g을 첨가하였고 다음으로 이소프로판올을 감압 조건하에서 증류하였다. 투명한 분산액은 29 중량%의 SiO2를 포함하였다.
실시예 3:
수성 SiO2 졸(Grace Davison의 LUDOX® AS 40, 40 중량%의 SiO2, pH = 9.1, 22 ㎚) 20.00 g을 에탄올 20 ㎖과 60 분 동안 그리고 메타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 2.00 g과 5 분 동안 점적하여 혼합하였고 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 헥산디올 디아크릴레이트 15.00 g을 첨가하였고 다음으로 공비 혼합물로서 에탄올 및 물을 증류하였다. 투명한 분산액은 35 중량%의 SiO2를 포함하였다.
실시예 4:
수성 SiO2 졸(Grace Davison의 LUDOX® AS 40, 40 중량%의 SiO2, pH = 9.1, 22 ㎚) 20.00 g을 에탄올 15 ㎖과 60 분 동안 그리고 메타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 2.00 g과 5 분 동안 점적으로 혼합하였고 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 헥산디올 디아크릴레이트 15.00 g을 첨가하였고 다음으로 공비 혼합물로서 에탄올 및 물을 증류하였다. 투명한 분산액은 29 중량%의 SiO2를 포함하였다.
실시예 5:
SiO2 유기졸(닛산 화학사의 IPA-ST®, 30 중량%의 SiO2, 12 ㎚) 20.00 g을 메타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 2.00 g과 1 분 동안 점적으로 혼합하였고 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 용매를 증류한 후, 잔여물을 펜탄 100 ㎖(5×20 ㎖)로 세척하였다. 상기에서 생성된 고체 2.90 g의 에탄올 10 ㎕ 내 분산액은 HDDA 7.10 g과 혼합하였고 상기 용매는 증류하였다. 이로써 29 중량%의 SiO2를 갖는 투명 분산액을 얻었다.
비교예 1:
SiO2 유기졸(닛산 화학사의 IPA-ST®, 30 중량%의 SiO2, 12 ㎚) 26.7 g을 헥산디올 디아크릴레이트 15.00 g과 1 분 동안 혼합하였고, 상기 혼합물을 30 분 동안 교반한 다음 이소프로판올을 감압 조건하에서 증류하였다. 투명한 분산액은 35 중량%의 SiO2를 포함하였다.
비교예 2:
SiO2 유기졸(닛산 화학사의 IPA-ST®, 30 중량%의 SiO2, 12 ㎚) 20.00 g 및 물 10 g의 혼합물을 메타크릴레이토메틸디메틸메톡시실란 2.00 g과 1 분 동안 점적으로 혼합하였다. 상기 혼합물은 16 시간 동안 60℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 헥산디올 디아크릴레이트 15 g을 첨가하였고 다음으로 공비 혼합물적으로 이소프로판올 및 물을 증류하였다. 투명한 분산액은 29 중량%의 SiO2를 포함하였다.
실시예 6:
코팅 막의 제조
실시예 1, 2, 3, 4 및 5로부터의 코팅 물질, 및 비교예 1 및 2로부터의 코팅 물질, 및 순수 1.6-헥산디올 디아크릴레이트으로 이루어진 코팅을 슬롯 높이가 80 ㎛인 코팅 바(bar)로, Erichsen의 Coatmaster® 509 MC 막-제도 장치를 이용하여, 유리판에 적용하였다. 그 후에 생성된 코팅 막을 60 초의 조사 시간 동안, 약 60 ㎽/㎠의 램프 출력으로, Dr. H
Figure 112006076097122-pct00005
nle의 모델 UVA-프린트 100 CV1, UVA 큐브에서, 질소 조건하에서 경화시켰다. 모든 상기 코팅 제형은 가시적으로 눈에 뜨이고 부드러운 코팅을 만들어냈다. 5개의 코팅 모두의 광택은 - Byk의 Micro gloss 20°광택 측정기로 결정됨 - 6개의 코팅 물질 모두에 대해 약 155 광택 유니트였다.
실시예 7:
코팅 막의 긁힘 내성 측정
실시예 6에 따라 제조한 코팅 막의 긁힘 내성은 Peter-Dahn 마모-시험 장치를 이용하여 측정하였다. 이러한 목적을 위해 45 × 45 ㎜ 면적의 Scoutch Brite® 07558 마모성 부직포를 1 ㎏의 무게로 적재하였고 500 스트로크를 이용하여 긁었다. 긁힘 시험이 시작하기 전 및 끝난 후 모두에 각각의 코팅의 광택을 Byk의 Micro gloss 20°광택 측정기를 이용하여 측정하였다. 각각의 코팅의 긁힘 내성의 측정으로서 광택의 감소를 확인하였다(각각의 경우에 3개의 코팅 시료로부터의 평균값):
Peter-Dahn 긁힘 시험에서의 광택의 감소
코팅 시료 광택의 감소
실시예 1 15 ± 4%
실시예 2 27 ± 6%
실시예 3 25 ± 5%
실시예 4 10 ± 5%
실시예 5 < 5%
비교예 1 78 ± 7%
비교에 2 43 ± 5%
1,6-헥산디올 디아크릴레이트 75 ± 10%
발명의 효과
본 발명의 경화성 조성물(Z)은 코팅 물질로서 사용될 수 있으며, 이를 이용한 코팅은 선행 기술의 코팅보다 더 높은 기계적 경도 및 더 개선된 긁힘 내성을 갖는다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 지닌 결합제(BM), 및 표면에 하나 이상의 에틸렌계 불포화 기를 갖고 하기 화학식 1의 라디칼을 포함하는 입자(P)를 포함하는 경화성 조성물(Z)로서,
    상기 입자(P)는
    (a) 입도를 투과 전자 현미경에 의해 측정하였을 때, 평균 직경이 1000 ㎚ 미만이고, Me-OH, Si-OH, Me-O-Me, Me-O-Si, Si-O-Si, Me-OR1 및 Si-OR1로부터 선택된 작용기를 포함하며, 금속 산화물, 금속-규소가 혼합된 산화물, 이산화규소, 콜로이드성 이산화규소 및 유기폴리실록산 수지 및 이들의 조합물로부터 선택되는 물질의 입자(P1)를,
    (b) 하기 화학식 2의 유기실란(B), 그들의 가수분해 생성물 및 그들의 축합반응 생성물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상과 반응시켜 제조할 수 있는 조성물(Z):
    화학식 1
    Figure 112007067083140-pct00010
    화학식 2
    Figure 112007067083140-pct00011
    상기 화학식에서,
    R1은 수소, 또는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는 1개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
    R2는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
    R3은 수소, 또는 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
    R4는 수소, 또는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고,
    A는 산소, 황, =NR4 또는 =N-(D-C)이고,
    D는 카르보닐기, 탄소 사슬에 비인접 산소, 황 또는 NR4 기가 개재될 수 있는, 각각 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌, 시클로알킬렌 또는 아릴렌 라디칼이고,
    C는 에틸렌계 불포화 기이고,
    Me는 금속 원자이고,
    n은 0, 1 또는 2이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입자(P1)가 발열성 실리카, 콜로이드성 실리카 및 실리콘 수지로부터 선택된 것인 조성물(Z).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소 라디칼 R1이 메틸, 에틸 또는 페닐 라디칼인 것인 조성물(Z).
  4. 제2항에 있어서, 상기 기 (-A-D-C)가 라디칼 OC(O)C(CH3)=CR3 2, OC(O)CH=CR3 2, NHC(O)C(CH3)=CR3 2 또는 NHC(O)CH=CR3 2인 조성물(Z).
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합제(BM)의 에틸렌계 불포화 기가 자유-라디칼 중합, 양이온 중합 또는 음이온 중합될 수 있는 것인 조성물(Z).
  6. 제1항에 있어서, 상기 결합제(BM)의 에틸렌계 불포화 기가 화학선 조사 또는 열처리에 의해 중합될 수 있는 것인 조성물(Z).
  7. 제1항에 있어서, 상기 결합제(BM)의 에틸렌계 불포화 기가 비닐기, 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기 및 아크릴아미드기로부터 선택되는 것인 조성물(Z).
  8. 제1항의 조성물(Z)을 코팅 기재로서 사용하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (a) 입자(P1)와
    (b) 유기실란(B), 그들의 가수분해 생성물 및 그들의 축합반응 생성물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상과의 반응에
    (c) 물이 더욱 첨가되는 것인 조성물(Z).
  10. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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