KR101487347B1 - 증기서림 방지 폴리우레탄 코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

본원에서는 기재에 적용되고, 경화되었을 때, 투명한, 내마모성의 수세성 증기서림 방지 코팅을 제공하는 폴리우레탄 코팅 조성물을 기술한다. 상기 폴리우레탄 코팅 조성물은 코팅 표면이 물에 침지되었을 때, 또는 물로 세척될 때에 발생하는 침출 또는 세척에 의한 유실을 막기 위해 폴리우레탄과 화학적으로 회합되어 있는 계면활성제를 포함한다. 폴리우레탄 코팅 조성물은 폴리우레탄에 화학적으로 결합되어 있는 이소시아네이트 반응성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 카복실릭 반응성 계면활성제, 또는 이의 조합을 포함한다. 본원에서는 상기 폴리우레탄 코팅 조성물로 코팅된 물품, 코팅 조성물을 기재에 적용시키는 방법 또한 제공한다.

Description

증기서림 방지 폴리우레탄 코팅 조성물{ANTI-FOG POLYURETHANE COATING COMPOSITIONS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2011년 5월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 시리얼 번호 제61/491,597호(발명의 명칭: "ANTI-FOG POLYURETHANE COATING COMPOSITIONS")를 우선권 주장하고, 이의 임의의 다른 이점을 주장하며, 상기 출원의 전체 개시내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명의 분야
본 발명은 증기서림 방지 코팅 조성물에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 기재에 적용되고, 경화되었을 때, 투명한, 내마모성, 및 수세성 증기서림 방지 코팅을 제공하는 폴리우레탄 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 폴리우레탄 코팅 조성물로 코팅된 물품 및 코팅 조성물을 기재에 적용시키는 방법에 관한 것이다. 증기서림 방지 폴리우레탄 코팅 조성물은 기재에 직접, 또는 프라이머로 코팅된 기재에 직접 적용되어 경화되거나, 코팅 조성물은 추후에 기재에 부착될 수 있도록 비지지형 필름으로 주조된다.
투명한 필름이 예컨대, 유리 또는 플라스틱 광학 렌즈; 고글; 안면 가리개; 헬멧용 안면 보호판; 자동차 바람막이 창; 온도차 사이에 사용되는 기재, 즉, 냉동 식품 디스플레이 문 등과 같은 각종 유리 및 플라스틱 물품용 코팅으로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 유기 중합체 코팅, 예컨대, 폴리우레탄은 특히, 상기 투명한 물질이 고강도 및 표면에 대한 개선된 내마모성을 제공할 수 있다는 점에서 상기 적용을 위한 자기 지지형 표면 또는 코팅을 제공하는 데 유용하다. 그러나, 상기 폴리우레탄 코팅은 그 표면상의 증기서림(이는 또한 특정 조건하에서는 성에 현상으로도 지칭된다)에 대해 고도로 감수성이며, 표면을 닦아내는 것도 항상 적절한 구제 방법이 되지는 못한다.
수분이 소수성 표면상에서 응축될 때 증기서림이 발생하며, 광을 산란시키는 작은 액적이 된다. 광 산란을 통해 표면에 증기서림이 나타난다. 한편, 친수성 표면은 응축된 수분을 표면으로 흡수시켜 작은 광 산란 액적이 형성되지 못하도록 할 것이다. 그러나, 어느 시점에서는 친수성 표면이 수분 포화에 도달될 수 있고, 이로써, 표면상에 광 산란 수 액적이 형성될 수 있으며 증기서림 방지 성질이 불량해질 수 있다. 응축된 수분을 흡수하는 친수성 표면은 또한 바람직하지 못한 방식으로 팽윤될 수도 있다. 친수성 및 소수성 표면은 계면활성제로서도 또한 알려져 있는 표면활성제(surface active agent)에 의해 변형됨으로써 물을 표면 전역에 도포시키거나, 물이 시트를 형성하게 할 수 있다. 친수성 및 소수성 세그먼트, 둘 모두를 함유하는 계면활성제는 "수화"라고 명명되는 효과에서 표면과 관련하여 물의 표면 장력을 최소화시키는 작용을 한다. 표면의 "수화"는 표면 전역에 걸쳐 물을 도포시키거나, 물이 시트를 형성하게 함으로써 수 액적의 광 산란 효과를 최소화시킨다.
계면활성제는 폴리우레탄 코팅으로부터 형성된 폴리우레탄 중합체 표면을 비롯한, 친수성 및 소수성 표면, 둘 모두에 증기서림 방지 특성을 제공하는 데 사용된다. 이러한 계면활성제는 폴리우레탄 표면과 물리적으로 회합될 수 있고, 예컨대, 표면을 닦아내거나 또는 그에 분무함으로써 임시 필름으로서 외부적으로 적용될 수 있다. 별법으로, 계면활성제는 폴리우레탄 코팅 조성물이 표면에 적용하기 이전에 폴리우레탄 코팅 조성물과 혼합될 수 있으며, 이로써 계면활성제는 폴리우레탄이 경화됨에 따라 폴리우레탄 중합체 구조 내에서 물리적으로 포획된다. 폴리우레탄 코팅과 오직 물리적으로만 회합되어 있는 상기 계면활성제는 쉽게 세척에 위해 유실되거나, 침출됨으로써 폴리우레탄 표면에 대해 일시적인 증기서림 방지 특성을 생성한다.
요약
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 기재에 적용되고, 경화되었을 때, 투명한, 내마모성, 및 수세성 증기서림 방지 코팅을 제공한다. 이러한 폴리우레탄 코팅 조성물은 코팅 조성물로부터 형성된 코팅 표면이 물에 침지되었을 때, 또는 물로 세척될 때에 발생하는 침출 또는 세척에 의한 유실을 최소화하기 위해 폴리우레탄과 화학적으로 회합되어 있는 계면활성제를 포함한다.
본 발명의 실시양태에 따라, 코팅 조성물은 폴리우레탄에 화학적으로 결합되어 있는 이소시아네이트 반응성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 카복실릭 반응성 계면활성제, 또는 이의 조합을 포함한다. 추가로, 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트, 친수성 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함한다.
폴리우레탄 코팅 조성물은 (A) 제1 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1 액상을 포함하는 제1 혼합물; 또는 (B) 제2 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 액상을 포함하는 제2 혼합물; 또는 (C) 제3 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제3 액상을 포함하는 제3 혼합물을 포함한다.
제1 폴리우레탄은 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올을 포함하는 제1 폴리올 성분, 및 제1 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분, 제1 폴리이소시아네이트 성분, 및 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제에 의해 중화되어 양쪽성 계면활성제의 염을 형성하는 디하이드록시-카복실산의 반응 생성물을 포함한다. 제1 폴리이소시아네이트 성분은 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 폴리이소시아네이트를 포함한다. 제1 폴리우레탄은 제1 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 친수성 측쇄 세그먼트를 포함한다.
제2 폴리우레탄은 제2 폴리올 성분, 및 제2 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트을 포함하는 제2 폴리이소시아네이트 성분, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 반응 생성물을 포함한다. 제2 폴리올 성분은 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올 중 1 이상을 포함한다. 제2 폴리우레탄은 제2 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트를 포함한다.
제3 폴리우레탄은 제3 폴리올 성분, 및 제3 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분, 제3 폴리이소시아네이트 성분, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 반응 생성물을 포함한다. 제3 폴리올 성분은 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올 중 1 이상을 포함한다. 제3 폴리이소시아네이트 성분은 (i) 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 폴리이소시아네이트, 및 (ii) 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트를 포함한다. 제3 폴리우레탄은 제3 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트, 친수성 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함한다.
본 발명의 실시양태에 따른 코팅 조성물은 수성 폴리우레탄 분산액, 유기 용매 폴리우레탄 용액, 또는 수성 폴리우레탄 분산액 및 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 포함한다.
다른 실시양태에 따라, 증기서림 방지 폴리우레탄 코팅 조성물로 코팅된 물품, 및 코팅 조성물을 기재에 적용시키는 방법을 제공한다.
본원에 기술된 증기서림 방지 폴리우레탄 코팅 조성물은 기재, 또는 프라이머로 코팅된 기재에 직접 적용되어 경화되거나, 또는 먼저 경화된 후에 기재에 적용되는 자유 성형형 또는 자기 지지형 필름으로서 주조된다. 자유 성형형 필름은 임의적으로 기재의 한쪽 표면에의 적용을 위해, 또는 기재와 기재 사이에의 적용을 위해 한쪽 위에 또는 양측 모두의 위에 접착성 백킹을 포함한다.
본 조성물은 기재 표면에 코팅으로서 적용되고, 몰딩 또는 성형화와 같은 기재에 대한 추가 공정을 특성의 손실 없이 잘 견디어 낼 수 있을 정도로 충분한 유연성을 가진다. 다양한 기재가 사용될 수 있다. 그 중 바람직한 기재로서, 투명한 플라스틱, 예컨대, 폴리카보네이트 물질, 아크릴 물질, 폴리비닐클로라이드 물질, 폴리비스알릴 카보네이트 물질, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 물질, 폴리에틸렌 나프테네이트 물질, 폴리우레탄 물질 및 폴리티오우레탄 물질을 포함한다. 다른 기재로는 각종 폴리올레핀, 불소화된 중합체, 금속 및 소다 석회 유리, 보로실리케이트 유리와 같은 유리를 포함하며, 다른 유형의 유리 중 아크릴 유리 또한 사용되며, 필요할 경우, 적절한 전처리와 함께 사용된다.
일반 내용
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 분야의 숙련가에 의하여 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 본원에서 본 발명의 설명에 사용된 용어는 단지 특정한 실시양태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 출원의 구체적인 실시양태에 대한 언급이 본 발명을 본원에 기술된 실시양태로 제한하는 것으로 해석되지는 않는다. 오히려, 이들 실시양태는 본 개시내용의 철저함 및 완전성을 위하여 제공된다.
본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 특허청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수형 "하나의("a," "an") 및 "그"("the")는 문맥상 달리 명백하게 명시되지 않는 한, 마찬가지로 복수형을 포함하는 것으로 한다.
(예컨대, "정확하게"라는 용어를 사용함으로써) 달리 명시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 바와 같은 분자량, 반응 조건 등과 같은 성질, 양을 표현하는 모든 수치는 모든 경우에 있어서 용어 "약"이라는 용어에 의해 변형된 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 달리 명시되지 않는 한, 하기의 명세서 및 특허청구범위에 기재되어 있는 수치적 특성은 본 발명의 실시양태에서 얻고자 하는 소정의 특성에 따라 변경될 수 있는 근사치이다.
본원에서는 기재에 적용되었을 때, 투명한, 내마모성, 및 수세성 증기서림 방지 코팅을 제공하는 폴리우레탄 코팅 조성물을 기술한다. 이러한 코팅 조성물의 실시양태는 수성 폴리우레탄 분산액, 유기 용매 폴리우레탄 용액, 또는 수성 폴리우레탄 분산액 및 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 포함한다. 폴리우레탄 코팅 조성물은 폴리우레탄 구조에 화학적으로 결합되어 있는 이소시아네이트 반응성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 카복실릭 반응성 계면활성제, 또는 이의 조합을 포함한다. 이러한 화학적으로 결합되어 있는 계면활성제는 기재에 적용되었을 때, 폴리우레탄 표면의 친수성 또는 소수성을 변형시킴으로써 증기서림에 대한 내성을 제공한다. 계면활성제는 코팅 표면상에서 물이 응축됨에 따른 물의 표면 장력을 감소시킨다. 계면활성제는 물의 표면 장력을 감소시킴으로써 광을 산란시켜 코팅 표면상에 증기서림이 나타나도록 하는 작은 액적을 형성하기 보다는 물이 표면 전역에 걸쳐 시트를 형성할 수 있도록 한다. 이러한 계면활성제는 또한 폴리우레탄을 물에 분산시켜 본 발명에 따른 코팅 조성물의 수성 분산액 실시양태를 형성하도록 하는 데 유용하다.
추가로, 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 증기서림 방지 특성을 제공하고, 또한 액상 중의 폴리우레탄의 분산성에 기여하는 친수성 폴리우레탄 중합체 또는 프레폴리머(prepolymer)를 포함한다. 폴리우레탄 중합체성 입자는 폴리우레탄의 주쇄, 즉, 골격에, 또는 측쇄로서, 즉, 펜던트 세그먼트로서 폴리우레탄 구조에 친수성 세그먼트를 첨가함으로써 친수성화된다. 친수성 세그먼트로는 친수성 주쇄, 친수성 측쇄, 및 이의 조합을 포함하고, 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량%로 포함된다.
일반적으로, 폴리우레탄은 거대분자 쇄 중에 우레탄기 [-NH-C=O-O-] 및 우레아기 [-N-H-(C=O)-NH-]가 존재하는 것을 특징으로 하는 중합체이다. 우레탄기는 촉매 및 다른 첨가제 또는 추가의 반응물의 존재하에서 폴리이소시아네이트와 폴리올의 중부가 반응에 의해 형성된다. 우레아기는 폴리이소시아네이트 및 폴리아민의 중부가 반응에 의해 형성된다. 폴리이소시아네이트는 2개 이상의 이소시아네이트 작용기를 가지는 중합체 분자, 즉, R1-(N=C=O)n≥2이고, 폴리올은 2개 이상의 하이드록실 작용기를 가지는 중합체 분자, 즉, R2-(OH)n≥2이다. 폴리아민은 2개 이상의 아미노 작용기를 가지는 중합체 분자, 즉, R3-(NH2)n≥2이다. 폴리우레탄 형성 반응은 적합한 유기 용매 중에서 이루어진다.
본원에 기술된 코팅 조성물은 1 이상의 폴리우레탄 및 액상의 혼합물을 포함한다. 적합한 액상은 물, 유기 용매, 및 물 및 유기 용매의 혼합물을 포함한다. 적합한 유기 용매의 예로는 케톤, 예컨대, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸 케톤, 디아세톤 알콜, 3,3-디메틸-2-부타논, 및 펜탄디온; N-메틸 피롤리돈; 아세토니트릴; 에스테르; 글리콜 에스테르; 글리콜 에테르, 예컨대, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (PGME), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르, 및 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르; 알콜, 예컨대, 메탄올, 에탄올, n-부탄올, 이소부탄올, 및 이소프로판올; 및 3차 알콜, 예컨대, 3차 부틸 알콜, 및 3차 아밀 알콜을 포함한다. 상이한 액상은 코팅 조성물의 의도된 적용에 대한 적합성에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 액상의 전체 또는 일부로서 유기 용매를 사용하면, 예컨대, 더러운 또는 실란 처리된 유리, 왁스 이형제를 포함하는 폴리카보네이트 플라스틱, 또는 플라스틱, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 및 폴리메틸펜텐과 같은, 수성계 조성물을 쉽게 수용하지 못하는 소수성 기재 또는 기재들 상의 수화는 개선된다. 액상 중 유기 용매의 전체 또는 일부를 물로 치환시키면 코팅 조성물 중의 VOC (휘발성 유기 성분: volatile organic component)의 양을 감소시킬 수 있고, 수성 분산액의 형태로 제조될 경우, 다른 특정의 유기 용매계 폴리우레탄 코팅 조성물, 예컨대, 2성분 용매계 폴리우레탄 시스템보다 더 장기간의 저장 기간을 가질 수 있게 된다.
그러므로, 한 실시양태에 따라, 본원에 기술된 코팅 조성물은 폴리우레탄 용액을 포함한다. 상기 실시양태에서, 코팅 조성물은 1 이상의 폴리우레탄과, 유기 용매를 포함하는 액상의 혼합물이다.
또 다른 실시양태에 따라, 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 수성 폴리우레탄 분산액을 포함한다. 상기 실시양태에서, 코팅 조성물은 1 이상의 폴리우레탄과, 물을 포함하는 액상의 혼합물이다. 폴리우레탄은 수성 분산액을 형성하는, 물 중의 폴리우레탄 입자로서 분산되어 있다.
또 다른 실시양태에 따라, 본원에 기술된 코팅 조성물은 수성 폴리우레탄 분산액과 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 포함한다. 상기 실시양태에서, 코팅 조성물은 1 이상의 폴리우레탄과, 물 및 유기 용매를 포함하는 액상의 혼합물이다. 혼합물 중에 존재하는 폴리우레탄 중 적어도 일부는 혼합물 중 수성 분산액 부분을 형성하는, 물 중의 폴리우레탄 입자로서 분산되어 있다. 유기 용매와 혼화성인, 혼합물 중에 존재하는 잔류성의 비분산된 폴리우레탄은 용해되어 혼합물 중의 용액부를 형성한다.
이소시아네이트는 활성 수소를 가지는 임의의 분자 또는 화합물과 쉽게 반응한다. 그러므로, 본원에서 사용되는 바, "이소시아네이트 반응성"이라는 용어는 이소시아네이트기와 쉽게 반응하는 활성 수소를 가지는 임의의 분자 또는 화합물을 의미한다. 그러한 활성 수소 화합물의 예로는 하이드록실 또는 아민 작용기를 함유하는 화합물 또는 분자를 포함한다. 유사하게, "활성 수소" 화합물이라는 용어는 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 것을 비롯한, 다른 분자 또는 화합물과 반응할 수 있는 활성 수소의 공급원을 가지는 임의의 분자 또는 화합물을 의미한다. "카복실릭 반응성"이라는 용어는 중화 반응에서 카복실산 작용기와 반응하여 염을 형성하는 임의의 염기를 의미한다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 폴리우레탄에 화학적으로 결합되어 있는 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 카복실릭 반응성 계면활성제, 또는 이의 조합을 포함한다. 본원에서 사용되는 바, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염이란 이소시아네이트 반응성인 계면활성제의 염을 의미하거나, 또는 중간 반응을 거쳐 계면활성제의 염을 형성하는 염의 구성 성분을 의미한다. 따라서, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 활성 수소 분자를 가지는 염을 포함하거나, 또는 염을 형성하는 데 사용되는 각각의 산 또는 염기를 포함한다. 이러한 계면활성제 또는 계면활성제의 염의 폴리우레탄 중합체 구조에의 화학 결합이 계면활성제의 침출 또는 부식을 최소화시킴에 따라, 심지어는 코팅의 반복된 세척 또는 침지 이후에도 (즉, 기재, 또는 프라이머로 코팅된 기재에 직접 적용되어 경화된 코팅 조성물 형태로, 또는 기재에 적용되는 자기 지지형 필름 형태로) 기재에 적용되는 코팅의 증기서림 방지 특징은 유지된다.
본원에 기술된 코팅 조성물은 비화학적으로 결합되어 있는 계면활성제, 또는 다른 폴리우레탄 코팅에 존재하는 폴리우레탄 중합체와 단지 물리적으로 회합되어 있는 계면활성제에 비하여 매우 긴 장기간 지속되는 증기서림 방지 특징을 가진다. 장기간 지속되는 증기서림 방지 특징을 부가할 뿐만 아니라, 이소시아네이트 반응성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 또는 카복실릭 반응성 계면활성제는 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 본원에 기술된 코팅 조성물의 수성 폴리우레탄 분산액 실시양태에 대한 분산제로서 작용한다.
폴리올
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 폴리우레탄 중합체의 폴리우레탄 주쇄에 친수성 중합체 세그먼트를 가지거나, 또는 폴리우레탄 중합체의 펜던트 또는 측쇄에 친수성 중합체 세그먼트를 가지는 폴리우레탄을 포함한다.
폴리우레탄의 조성이 경화 폴리우레탄 코팅의 특성을 결정짓는다. 더욱 구체적으로, 이소시아네이트와 반응하여 폴리우레탄을 형성하는 폴리올이 경화시의 폴리우레탄 코팅의 특성을 결정짓는다. 폴리올은 일반적으로 활성 수소 분자이며, 이를 통해 이소시아네이트 반응성이 된다. 본원에서 사용되는 데 적합한 폴리올로는 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 및 폴리에스테르 폴리올, 바람직하게, 저분자량 폴리카보네이트 디올 또는 트리올을 비롯한, 저분자량 폴리올, 폴리에테르 디올 또는 트리올, 및 폴리에스테르 디올 또는 트리올을 포함한다. 다른 적합한 폴리올로는 다가 알콜 및 알콕실화된 폴리올; 아미드 함유 폴리올; 폴리아크릴릭 폴리올; 에폭시 폴리올; 다가 폴리비닐 알콜; 또는 상기 언급된 폴리올 중 임의 것의 혼합물을 포함한다. 폴리올과 이소시아네이트의 반응을 통해 폴리우레탄이 형성되는 것은 고온하의 유기 용매 중에서 이루어진다. 폴리올의 조성이 유기 용매 중 폴리올의 용해도를 결정짓는다. 고분자량 폴리올, 특히, 주로 우레탄 연결부를 포함하는 것은 일반적으로 유기 용매와 상용성이 없으며, 이에 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물 제조를 위한 성분으로서 바람직한 것은 아니다.
본원에서 사용되는 바람직한 폴리올로는 디올 및 트리올을 포함하며, 그 예로는 저분자량 폴리카보네이트 디올 또는 트리올, 폴리에테르 디올 또는 트리올, 또는 폴리에스테르 디올 또는 트리올을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 적합한 저분자량 디올 또는 트리올은 분자량(Mw: molecular weight) 또는 평균 분자량 분포(Mn) 범위가 약 500 내지 약 6,000, 바람직하게, 약 1,000 내지 약 5,000인 폴리올을 포함한다. 폴리올의 예로는 폴리에틸렌 글리콜; 트리메틸올 프로판 모노에톡실레이트 메틸 에테르; 폴리헥사메틸렌 카보네이트 디올; 또는 폴리(1,4-부탄디올)을 포함한다. 추가로, 비중합체성(즉, 단량체성) 트리올, 예컨대, 트리메틸올레탄 또는 트리메틸올프로판은 본원에 기술된 폴리우레탄의 실시양태를 형성하는 데 사용된다. 경화 폴리우레탄 코팅의 강성 및 내마모성은, 트리올의 제3 하이드록실 작용기가 경화 코팅시 가교결합을 촉진시키고 증진시키는 바, 트리올의 사용을 통해 개선된다.
폴리올의 선택을 통해 폴리우레탄의 친수성이 변형될 수 있으며, 이는 경화 폴리우레탄 코팅의 증기서림 내성 뿐만 아니라, 분산액 액상 중 폴리우레탄의 분산성에도 영향을 미칠 수 있다. 친수성 폴리올, 또는 친수성 세그먼트를 함유하는 폴리올이 폴리우레탄에 친수성 특징을 부가한다. 친수성 폴리올의 예로는 알콕실화된 폴리에테르 폴리올, 예컨대, 폴리에틸렌 옥시드를 함유하는 폴리올(예컨대, 저분자량 화합물 중의 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리옥시에틸렌) 또는 폴리프로필렌 옥시드(폴리옥시프로필렌) 세그먼트를 포함한다. 이러한 세그먼트는 폴리올의 중합체 주쇄(즉, 중합체 골격), 또는 폴리올의 측쇄(즉, 펜던트 쇄), 또는 폴리올의 주쇄 및 측쇄, 둘 모두의 세그먼트를 포함한다. 폴리에틸렌 옥시드 주쇄 또는 측쇄 세그먼트, 폴리프로필렌 옥시드 주쇄 또는 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함하는 친수성 폴리에테르 폴리올이 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물에 바람직하다. 적합한 친수성 폴리올의 예로는 폴리에틸렌 글리콜; 트리메틸올 프로판 모노에톡실레이트 메틸 에테르; 주쇄, 측쇄, 또는 주쇄 및 측쇄, 둘 모두에 폴리에틸렌 옥시드 세그먼트를 가지는 디올; 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올; 및 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올을 포함한다.
적합한 친수성 폴리올의 구체적인 예로는 폴리올의 약 72 중량% 내지 약 90 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를, 바람직하게는 폴리올의 약 75 중량% 내지 약 90 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 디올을 포함한다. 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 상기와 같은 친수성 디올은 2단계 반응의 생성물이다. 제1 반응은 헥사메틸렌 디이소시아네이트와, 평균 Mn이 약 1,000인 모노메톡시폴리에틸렌 글리콜 사이의 반응이다. 이어서, 제1 반응의 생성물을 디에탄올아민과 반응시켜 폴리올의 약 72 중량% 내지 약 90 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 친수성 디올을 형성한다.
폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 디올의 구체적인 예로는 폴리올 중 약 10 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 양으로 폴리에틸렌 옥시드를 주쇄 중에 포함하고, 바람직하게는, 폴리올 중 약 15 중량% 내지 약 20 중량% 범위로 폴리에틸렌 옥시드를 주쇄 중에 포함하는 폴리프로필렌 옥시드 및 폴리에틸렌 옥시드 블록 공중합체 디올을 포함한다. 상기 블록 공중합체 디올의 예로는 플루로닉(Pluronic) L-62(BASF 코포레이션(BASF Corp: 독일)으로부터 상업적으로 이용가능)이 있다.
폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 트리올의 구체적인 예로는 폴리올 중 약 60 중량% 내지 약 95 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를, 바람직하게는, 폴리올 중 약 75 중량% 내지 약 90 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리프로필렌 옥시드 및 폴리에틸렌 옥시드 공중합체 트리올을 포함한다. 상기 공중합체 트리올의 예로는 폴리 G 83-34(Poly G 83-34)(아치 케미컬스 인코퍼레이티드(Arch Chemicals, Inc.: 미국 코네티컷주 노워크)로부터 상업적으로 이용가능)가 있다.
폴리올의 주쇄 또는 측쇄 중의 친수성 세그먼트는 폴리우레탄 중의 상응하는 친수성 주쇄 또는 측쇄 세그먼트에 연결될 수 있다. 폴리우레탄 코팅 조성물은 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량%, 바람직하게, 고체의 약 7 중량% 내지 약 25 중량%, 더욱 바람직하게, 고체의 약 10 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 친수성 폴리우레탄 주쇄 세그먼트, 친수성 폴리우레탄 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함한다. 친수성 주쇄 세그먼트는 폴리우레탄 고체의 0 내지 약 20 중량%, 바람직하게, 고체의의 0 내지 약 15 중량%로 포함된다. 친수성 측쇄 세그먼트는 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%, 바람직하게, 고체의 약 3 중량% 내지 약 17 중량%로 포함된다.
바람직한 친수성 폴리우레탄 중합체 주쇄 세그먼트는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 또는 이의 조합을 포함한다. 따라서, 바람직한 친수성 주쇄 세그먼트는 폴리우레탄 고체의 0 내지 약 20 중량% 범위의 양으로, 더욱 바람직하게, 고체의 0 내지 약 15 중량%의 양으로 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 또는 이의 조합을 포함한다. 바람직한 친수성 측쇄 세그먼트는 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%, 더욱 바람직하게, 고체의 약 3 중량% 내지 약 17 중량% 범위의 양으로 폴리에틸렌 옥시드를 포함한다.
폴리이소시아네이트
폴리올은 폴리이소시아네이트와 반응하여 폴리우레탄을 형성한다. 본원에서 사용되는 바, 폴리이소시아네이트는 2개 이상의 이소시아네이트 관능기를 가지는 다작용성 이소시아네이트이다. 과량의 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응으로 폴리우레탄 프레폴리머가 형성되는데, 이는 보다 고분자량의 폴리우레탄으로 쇄 연장이 가능한 이소시아네이트 종결 말단기를 가지는 폴리우레탄 중합체이다. 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트 작용기 대 폴리올의 하이드록실 작용기의 비가 약 1.1:1 이상이기만 하면, 즉, 반응 동안에 존재하는 이소시아네이트 모이어티 대 하이드록실 모이어티의 비가 약 1.1:1 이상이기만 하면, 폴리우레탄 프레폴리머는 형성된다.
가장 광범위한 수준에서, 폴리이소시아네이트는 지방족 또는 방향족 폴리이소시아네이트로 분류될 수 있다. 지방족 폴리이소시아네이트는 일반적으로 방향족 폴리이소시아네이트보다 더 우수한 광 안정성을 가진다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물에 사용되는 적합한 폴리이소시아네이트로는 다작용성 이소시아네이트, 예컨대, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합을 포함한다. 디이소시아네이트는 2개의 이소시아네이트 관능기를 가지는 이소시아네이트이다. 디이소시아네이트의 예로는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 상기의 것으로부터 유도된 임의의 디이소시아네이트, 및 이의 조합을 포함한다. 트리이소시아네이트는 3개의 이소시아네이트 관능기를 가지는 이소시아네이트이다. 트리이소시아네이트로는 디이소시아네이트의 유도체, 예컨대, HDI 뷰렛을 포함한다. 이의 광 안정성이 방향족 폴리이소시아네이트보다 우수하기 때문에, 지방족 디이소시아네이트 또는 지방족 트리이소시아네이트를 포함하나, 이에 한정되지 않는 지방족 폴리이소시아네이트가 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물에 대해 바람직하다. IPDI형 및 HDI형 디이소시아네이트가 지방족 이소시아네이트이다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물의 특정 실시양태는 부분적으로 차단된 또는 전체적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함한다. 폴리이소시아네이트를 차단시키는 데 사용되는 적합한 차단제로는 활성 메틸형, 락탐형, 알콜형, 옥심형, 및 페놀형 차단제를 포함한다. 차단제의 비제한적인 예로는 디메틸피라졸(DMP), 즉, 3,5-디메틸피라졸; 메틸에틸세톡심(MEKO); 디에틸 말로네이트(DEM) 등을 포함한다. 차단 해제는 약 120℃ 미만인 온도에서 이루어지고, 이로써, 폴리카보네이트 렌즈 또는 시트 상에서 코팅을 경화시키는 것과 같은, 고온에 감수성인 적용에 더 잘 맞는 바, DMP형 차단제가 바람직하다. 예컨대, 앞서 언급된 옥심, 락탐, 알콜, 및 페놀형 차단제와 같이, 보다 고온의 온도에서 활성화되는 차단제는 예컨대, 금속 또는 유리 기재상에서 코팅을 경화시키는 것과 같은, 온도가 큰 문제가 되지 않는 적용에 더 잘 맞는다.
적합한 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트로는 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트, 예컨대, 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트 또는 특정 디이소시아네이트의 부분적으로 차단된 뷰렛, 예컨대, 부분적으로 차단된 HDI 뷰렛을 포함한다. 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트에서, 3개의 이소시아네이트 작용기 중 2개의 이소시아네이트 작용기는 차단제, 예컨대, DMP로 차단되고, 제3 이소시아네이트 작용기는 차단 해제된다. 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트는 매 1몰의 삼작용성 이소시아네이트에 대해 2몰의 차단제의 반응에 의해, 즉, 매 3몰의 이소시아네이트 작용기에 대해 2몰의 차단제의 반응에 의해 제조된다. 적합한 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트는 상업적으로 이용가능하며, 예컨대, 상업적으로 이용가능한 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트 트릭센(Trixene) DP9C/012(박센덴 케미컬스 리미티드(Baxenden Chemicals Ltd.: 영국))가 있다. 상업적으로 이용가능한 전체적으로 차단된 폴리이소시아네이트의 예로는 트릭센 BI 7961(박센덴 케미컬스 리미티드)이 있는데, 이는 전체적으로 차단된 HDI 뷰렛이다.
계면활성제를 이용한 폴리우레탄 형성
친수성 폴리우레탄, 즉, 친수성 주쇄 또는 측쇄 세그먼트를 가지는 폴리우레탄을 제조하기 위해 친수성 폴리올을 사용하는 것만으로는 경화 폴리우레탄 코팅에 수세성 증기서림 방지 특성을 제공하지 못한다(예를 들어, 친수성 폴리우레탄만으로는 경화 폴리우레탄 코팅에서 증기서림 방지 특성을 보이지 않는다는 것을 보여주는 비교예 1-3 참조). 유사하게, 일부 실시양태에서, 친수성 폴리우레탄을 제조하기 위해 친수성 폴리올을 사용하는 것만으로는 액상 중 폴리우레탄의 분산성을 지지하지 못한다. 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물에 친수성 폴리우레탄 중합체 구조에 화학적으로 결합되어 있는 계면활성제에 첨가하면, 경화 폴리우레탄은 수세성 증기서림 방지 특성을 가지게 되고, 또한 물, 또는 물과 유기 용매 액상 중 폴리우레탄의 분산액은 지지된다.
1 이상의 친수성 폴리올을 비롯한 폴리올, 및 폴리이소시아네이트의 반응은, 이들 이소시아네이트 반응성 화합물이 폴리우레탄 구조의 주쇄 또는 골격에 화학적으로 결합할 수 있도록 하는 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 이소시아네이트 반응성 카복실산, 또는 이의 조합의 존재하에서 이루어진다. 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제 및 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 각각 직접적으로 주쇄 또는 측쇄의 일부로서, 생성된 폴리우레탄에의 공유 결합 부착을 형성한다. 이소시아네이트 반응성 카복실산은 직접적으로, 생성된 폴리우레탄에의 공유 결합을 형성하고, 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제에 대한 반응 부위를 제공하고, 즉, 폴리우레탄에 공유적으로 결합된 카복실산 작용기는 중화 반응에서 양쪽성 계면활성제와 반응하여 폴리우레탄에 화학적으로 결합되어 있는 양쪽성 계면활성제의 염을 형성한다.
제1 혼합물
한 실시양태에 따라, 코팅 조성물은 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 액상으로 이루어진 혼합물을 포함한다. 폴리우레탄은 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올과는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 비롯한 폴리올, 1 이상의 폴리이소시아네이트, 및 디하이드록시-카복실산의 반응 생성물을 포함한다. 상기 실시양태에 따라, 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%로 친수성 측쇄 세그먼트를 포함한다. 친수성 측쇄 세그먼트는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리에틸렌 옥시드를 포함한다.
상기 실시양태의 코팅 조성물에 따라 사용되는 적합한 폴리이소시아네이트로는 다작용성 이소시아네이트, 예컨대, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합을 포함한다. 바람직한 폴리이소시아네이트의 구체적인 예로는 IPDI를 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리올로는 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올과는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 적합한 디올의 예로는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리올의 약 72 중량% 내지 약 90 중량% 범위의 양으로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 디올을 포함한다. 다른 적합한 폴리올로는 본원에 기술된 폴리올, 예컨대, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올; 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올; 알킬 디올; 알킬 트리올; 폴리카보네이트 디올; 폴리카보네이트 트리올; 또는 이의 조합을 포함한다.
폴리올, 폴리이소시아네이트, 및 디하이드록시-카복실산 중에서 상기 반응으로부터 생성된 폴리우레탄에는 카복실산 작용기가 폴리우레탄 구조의 주쇄에의 공유 결합에 의해 도입되어 있다. 상기 실시양태에 따라, 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제는 상기 폴리우레탄에 도입되어 있고, 그와 반응한다. 양쪽성 계면활성제는 염기로서의 작용을 하고, 중화 반응에서 카복실산 작용기와 반응하여 양쪽성 계면활성제는 폴리우레탄 구조에 존재하는 카복실산 작용기에 이온 결합한다.
상기 중화 반응의 결과로서, 폴리우레탄은 폴리우레탄 중합체 구조의 주쇄에 화학적으로 결합되어 있는 양쪽성 계면활성제의 측쇄, 즉, 펜던트, 염을 가진다. 폴리우레탄의 상기와 같은 화학적으로 결합된 측쇄 양쪽성 계면활성제 염은 경화 폴리우레탄 코팅의 증기서림 방지 특성에 영향을 미친다. 상기 코팅 조성물의 분산액 실시양태에서, 상기 계면활성제 염은 또한 액상 중 폴리우레탄의 분산성을 지지한다. 어떤 이론으로도 제한하려는 의도 없이, 본 발명자들은 양쪽성 계면활성제의 염의 이온성을 통해 계면활성제는 경화 폴리우레탄 코팅의 표면에 맞출 수 있거나, 분산된 폴리우레탄 입자 내에서 맞춤으로써 폴리우레탄과 관련된 증기서림 방지 및 분산성 특성을 증진시킬 수 있다고 믿었다. 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제의 폴리우레탄 중합체의 골격에의 화학 결합을 통해 폴리우레탄 코팅 표면의 반복된 세척 이후에도, 코팅의 물 중에의 침지 이후에도, 또는 반복된 세척 및 침지, 둘 모두가 진행된 이후에도 그대로 유지되는, 장기간 지속되는 증기서림 방지 코팅을 얻게 된다.
본 실시양태에 따라 사용되는 디하이드록시-카복실산은 이소시아네이트 반응성이다. 디하이드록시-카복실산은 구체적으로 디하이드록시-카복실산의 두 이소시아네이트 반응성 하이드록실 작용기 각각의 폴리이소시아네이트, 예컨대, 디이소시아네이트의 이소시아네이트 작용기로의 축합을 통해 폴리우레탄 중합체 구조에 공유 결합함으로써 폴리우레탄의 주쇄 중의 세그먼트로서 카복실릭 작용기에 공유 결합한다. 이로써 확실하게, 양쪽성 계면활성제와 카복실산 작용기 사이의 중화 반응 동안에 형성된 이온 결합은 폴리우레탄의 주쇄 내에 공유적으로 고정된다.
적합한 디하이드록시-카복실산은 2 이상의 하이드록실 작용기를 가지는 임의의 카복실산을 포함한다. 디하이드록시-카복실산은 (OH)2R4(COOH)(여기서, R4는 약 1 내지 약 12개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 알킬기이다)의 일반식으로 표현된다. 디하이드록시-카복실산의 예로는 제한없이, 디메틸올프로피온산(DMPA), 디메틸올부탄산(DMBA), 및 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 데칸산, 도데칸산의 다른 디하이드록시-유도체 등을 포함한다. 폴리우레탄 코팅 조성물에서 사용되는 바람직한 디하이드록시-카복실산으로는 DMPA를 포함한다. 상기 기술된 바와 같이, 폴리우레탄 중합체의 주쇄에 공유적으로 도입되어 있는 상기 카복실산 작용기는 양쪽성 계면활성제에 의해 중화되어 양쪽성 계면활성제의 염을 형성한다.
쯔비터이온성 계면활성제로서도 종종 언급될 수 있는 양쪽성 계면활성제는 일반적으로 0인 전체 순 형식 전하를 보유하고, 따라서, 순 중성 전하를 보유하는 것인 카복실릭 반응성 계면활성제이다. 그러나, 이러한 계면활성제는 화합물 내의 상이한 원자 상에서 상이한 형식 전하를 보유한다. 계면활성제 화합물 내에서 상이한 형식 전하를 가짐에 따라, 양쪽성 계면활성제는 용액의 pH, 또는 양쪽성 계면활성제 주변의 환경에 따라, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 또는 비이온성 계면활성제로서 작용할 수 있는 유연성을 가지게 된다. 양쪽성 계면활성제는 일반적으로 양이온성 화합물, 예컨대, 4급 암모늄, 포스포늄, 및 술포늄 화합물로부터 유도되고, 음이온성 치환기, 예컨대, 카복실레이트, 술포네이트, 술페이트, 포스페이트, 포스포네이트 등을 포함한다.
바람직한 양쪽성 계면활성제의 예로는 아민 옥시드 및 알킬 베타인을 포함한다. 아민 옥시드는 3차 아민 옥시드이고, 이는 R3 5-N+-O-(여기서, R5는 수소, 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, 1 이상의 R5는 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기이다)의 일반식으로 표현된다. 또 다른 유형의 적합한 양쪽성 계면활성제인 알킬 베타인은 R6-N+-(CH3)2-CH2-(C=O)-O-(여기서, R6은 바람직하게는 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기이다)의 일반식으로 표현될 수 있다. R6은 추가로 아미도 관능기를 가지는, 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기를 포함한다. 관능기를 가지는, 알킬 베타인의 예로는 라우르아미도프로필 베타인이 있다. 당업계의 숙련가는 아민 옥시드 또는 알킬 베타인이 폴리우레탄 상의 카복실산 작용기를 중화시키는 데 충분한 양으로 첨가된다는 것을 이해할 것이다. 양쪽성 계면활성제의 계면활성제 염 및 카복실산 작용기로부터 중화된 아민은 폴리우레탄 고체의 약 2 중량% 내지 약 15 중량%, 바람직하게, 고체의 약 5 중량% 내지 약 12 중량%로 포함된다.
본원에 기술된 코팅 조성물의 상기 실시양태에 따라, 폴리이소시아네이트는 임의적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 추가로 포함한다. 사용되는 차단된 폴리이소시아네이트의 비제한적인 예는 DMP 차단된 HDI 뷰렛이다. 차단된 폴리이소시아네이트의 경화 특성 이외에도, 차단된 폴리이소시아네이트를 도입하면 경화 코팅의 내마모성은 증진된다. 이는 하기 실시예 3 및 4에 제시되어 있다. 실시예 3 및 4의 코팅 조성물 사이의 유일한 차이점은 프레폴리머 반응 후 및 프레폴리머 냉각 이후에 DMP 차단된 HDI 뷰렛이 첨가제로서 실시예 4의 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물에 첨가되어 있다는 점이다. 차단된 폴리이소시아네이트를 도입한 상기 조성물에서, 차단된 폴리이소시아네이트는 폴리우레탄 고체의 0 내지 약 10 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 0 내지 약 5 중량%로 포함되어 있다. 차단된 폴리이소시아네이트로 형성된 실시예 4의 경화 코팅은 차단된 폴리이소시아네이트없이 형성된 실시예 3의 유사한 경화 코팅보다 우수한 내마모성을 보인다. 실시예 4의 경화 코팅은 낙사식(falling sand) 마모 테스트 이후 약 10.7%의 헤이즈 증가를 보였는데, 이는 실시예 3의 경화 코팅에 대해 실시된 상기와 같은 테스트에서 약 16.3% 증가한 것보다는 작은 값이었다. 낙사식 마모 테스트 후 헤이즈 증가량이 더 작은 것은 실시예 4의 코팅이 실시예 3의 코팅보다 더 큰 내마모성을 띤다는 것을 나타낸다. 따라서, 실시예 4에 차단된 폴리이소시아네이트에 첨가하는 것은 이를 제외하면 실시예 3과 동일한 코팅 조성물인 것인데, 이러한 첨가를 통해 경화 코팅의 내마모성은 증진된다.
제2 혼합물
또 다른 실시양태에 따라, 코팅 조성물은 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 액상으로 이루어진 혼합물을 포함한다. 폴리우레탄은 폴리올, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 반응 생성물을 포함한다. 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리올로는 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올 중 1 이상을 포함한다. 폴리올은 또한 (a) 및 (b)와는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 계면활성제의 염 및 양이온성 계면활성제는 각각 이소시아네이트 반응성이기 때문에, 계면활성제의 염 및 양이온성 계면활성제는 폴리우레탄을 형성하는 반응 동안 폴리올 및 폴리이소시아네이트의 존재하에서 반응할 때, 유리 이소시아네이트 작용기와 반응한다. 상기 실시양태에 따라, 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%로 친수성 주쇄 세그먼트를 포함한다. 친수성 주쇄 세그먼트로는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 또는 이의 조합을 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리올은 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올과는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 상기 실시양태에 적합한 상기와 같은 폴리올의 예로는 본원에 기술된 폴리올, 예컨대, 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올; 알킬 디올; 알킬 트리올; 폴리카보네이트 디올; 폴리카보네이트 트리올; 또는 이의 조합을 포함한다.
상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 디올로는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리올의 약 10 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 양으로 주쇄 중에 폴리프로필렌 옥시드, 및 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 블록 공중합체 디올을 포함한다.
상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 트리올로는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리올의 약 60 중량% 내지 약 95 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리프로필렌 옥시드 및 폴리에틸렌 옥시드 공중합체 트리올을 포함한다.
상기 실시양태에 따라, 폴리이소시아네이트는 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트, 예컨대, 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트 또는 디이소시아네이트의 부분적으로 차단된 뷰렛, 예컨대, 부분적으로 차단된 HDI 뷰렛을 포함한다. 상기 기술된 바와 같이, 부분적으로 차단된 삼작용성 이소시아네이트에서, 3개의 이소시아네이트 작용기 중 2개의 이소시아네이트 작용기는 차단제, 예컨대, DMP로 차단되고, 제3 이소시아네이트 작용기는 차단 해제된다. 또한, 상기 실시양태에 따라, 차단된 폴리이소시아네이트는 폴리우레탄 고체의 약 5 중량% 내지 약 60 중량%로 포함된다.
상기에 기술되어 있는 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 사용하면, 이를 통해서는 이롭게도 또한 경화 코팅 중의 화학 물질에 대한 내성이 증진된다. 물에 의한 반복된 세척 및 침지 이후에 증기서림 내성을 띠는 것 이외에도, 및 내마모성을 보이는 것(실시예 8 참조) 이외에도, 상기 실시양태에 따라 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트로 제조된 경화 코팅은 화학 물질을 이용한 세척, 예컨대, 경화 코팅을 톨루엔 또는 메틸에틸케톤으로 세척하는 것에도 잘 견뎌낸다는 것을 의외로 발견하게 되었다. 따라서, 상기 실시양태의 생성된 경화 코팅은 장기간 지속되는 증기서림 방지, 내마모성, 및 내화학성 특성을 제공한다.
본 실시양태에 따라, 폴리이소시아네이트는 임의적으로 본원에 기술된 바와 같은 폴리이소시아네이트, 예컨대, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합을 추가로 포함한다. 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제, 및 폴리올은 (a) 1 이상의 폴리이소시아네이트, 즉, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합, 및 (b) 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트의 존재하에서 반응한다. 상기 실시양태에서 사용되는 바람직한 폴리이소시아네이트의 예로는 IPDI를 포함한다. 또한, 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리이소시아네이트는 폴리우레탄 고체의 약 0 중량% 내지 약 30 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 0 중량% 내지 약 21 중량%로 포함된다.
또한, 상기 실시양태에 따라, 본원에서 고려되는 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 이소시아네이트 반응성 관능기를 상기 염 내로 도입하기 위한, 음이온성 계면활성제의 산과, 1 이상의 이소시아네이트 반응성 작용기, 예컨대, 하이드록실 작용기를 함유하는 염기 사이의 중화 반응의 생성물이다. 계면활성제의 적합한 이소시아네이트 반응성 음이온성 염으로 알킬 술폰산의 활성 수소 아민 염, 벤젠알킬벤젠 술폰산의 활성 수소 아민 염, 아미노-알콜 술포네이트, 특히, 쇄내에 약 16개 이상의 탄소 원자를 포함하는 알킬 쇄를 가지는 술포네이트를 포함한다. 바람직하게, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 일작용성이며, 즉, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 바람직하게는 단일 이소시아네이트 반응성 작용기를 가진다. 일작용성 계면활성제의 염은 계면활성제 염의 단일 이소시아네이트 반응성 작용기를 가지는 폴리우레탄 주쇄에 공유적으로 결합된 측쇄를 형성한다. 상기와 같은 일작용성 바람직한 염의 일례로 디메틸아미노메틸프로판올 및 도데실벤젠 술폰산의 염을 포함한다. 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 폴리우레탄 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 7 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 2 중량% 내지 약 5 중량%로 포함된다.
어떤 이론으로도 제한하려는 의도 없이, 본 발명자들은 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염 화합물의 염 부분을 형성하는 이온 결합을 통해 계면활성제의 친수성 및 소수성 세그먼트는 경화 코팅 중의 폴리우레탄의 표면에 맞춤으로써 경화 코팅에 증기서림 방지 효과를 제공할 수 있고, 코팅 조성물 내의 폴리우레탄에 대해 맞춤으로써 본 코팅 조성물의 분산액 실시양태의 액상 중 폴리우레탄의 분산성에 도움을 줄 수 있다고 믿었다.
상기 실시양태에 따라, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 1 이상의 이소시아네이트 반응성 작용기 및 장쇄 소수성 탄화수소 테일을 가지는 4급 암모늄, 포스포늄, 또는 술포늄 계면활성제를 포함한다. 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 장쇄 소수성 탄화수소 테일은 일반적으로 약 16개 이상의 탄소 원자를 가지고, 아미도 작용기를 포함하고, 바람직하게, 장쇄 소수성 테일은 약 18개 이상의 탄소 원자를 가진다. 또한, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 바람직하게, 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기를 가지고, 즉, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 이작용성이다. 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기는 하이드록실 작용기로 종결되는 알콕실화된 쇄를 포함한다. 상기 두 친수성 기는 반응 혼합물 중에 존재하는 유리 이소시아네이트 작용기와 반응하여 폴리우레탄의 주쇄의 일부로서 이작용성 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제에 공유적으로 결합한다. 두 쇄 상의 알콕실화된 세그먼트로는 하이드록시에틸 작용기를 포함하나, 이에 한정되지 않고, 이는 전체 폴리우레탄 중합체 구조의 친수성 특징을 추가로 증가시킨다. 적합한 이작용성 이소시아네이트 양이온성 계면활성제의 예로는 스테아르아미드 또는 스테아르아미도프로필 작용기 또는 N,N-비스(2-하이드록시에틸)-n-(3-도데실옥시-2-하이드록시프로필) 메틸암모늄 술페이트를 가지는 비스(폴리하이드록시에틸) 4급 암모늄 계면활성제를 포함한다. 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 폴리우레탄 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 4 중량% 내지 약 10 중량%로 포함된다.
이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제와 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염의 조합을 통해 경화 폴리우레탄 코팅의 증기서림 방지 특성은 증진되고, 또한 본 코팅 조성물의 분산액 실시양태에서 폴리우레탄의 분산성도 증진된다. 추가로, 코팅 조성물 중 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제와 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염의 상기와 같은 조합으로 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염만을 가지는 조성물로부터의 각 코팅에 비해 생성된 코팅의 증기서림 방지 특성이 추가로 향상된다(즉, 하기 실시예 5와 실시예 8 비교).
본 실시양태에 따라, 생성된 경화 코팅의 증기서림 방지 특성을 증진시키거나 보충하기 위해, 폴리우레탄을 형성하는 반응 동안, 또는 그 이후에 임의적인 비반응성 계면활성제는 폴리우레탄 코팅 조성물에 혼합될 수 있다. 예를 들어, (하기 논의되는 바와 같이) 상기 실시양태에 따라 분산액을 제조하는 것과 관련하여, 비반응성 계면활성제를 폴리우레탄 프레폴리머, 분산액, 및 최종 중합 단계 중 임의 단계 동안 코팅 조성물과 함께 혼합할 수 있다. 적합한 유형의 비반응성 계면활성제의 예로는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 비이온성 계면활성제를 포함한다. 바람직한 유형의 비반응성 계면활성제는 음이온성 계면활성제이다.
특정 실시양태에서, 어떤 이론으로도 제한하려는 의도 없이, 본 발명자들은 비반응성 음이온성 계면활성제를, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제를 포함하는 폴리우레탄에 첨가하면, 폴리우레탄 중합체의 주쇄 내로 도입된 양이온성 계면활성제와의 이온 관계가 발생되고, 이로써 폴리우레탄 코팅으로부터의 반응성 음이온성 계면활성제의 침출 또는 부식이 감소될 것이라고 믿었다. 비반응성 음이온성 계면활성제의 비제한적인 구체적인 예로는 나트륨 디옥틸술포숙시네이트가 있다.
제3 혼합물
또 다른 실시양태에 따라, 코팅 조성물은 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 액상으로 이루어진 혼합물을 포함한다. 폴리우레탄은 폴리올; 1 이상의 폴리이소시아네이트 및 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트를 비롯한, 폴리이소시아네이트; 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염; 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 반응 생성물을 포함한다. 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리올은 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올 중 1 이상을 포함한다. 폴리올은 또한 (c) 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올 및 (d) (a), (b), 및 (c)와는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 상기 실시양태에 따라, 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트, 친수성 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함한다. 친수성 측쇄 세그먼트는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리에틸렌 옥시드를 포함한다. 친수성 주쇄 세그먼트는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 또는 이의 조합을 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리올은 (d) (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올, 및 (c) 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올과는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 상기 폴리올의 예로는 본원에 기술된 폴리올, 예컨대, 알킬 디올, 알킬 트리올, 폴리카보네이트 디올, 폴리카보네이트 트리올, 또는 이의 조합을 포함한다.
폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 적합한 디올의 예로는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리올의 약 72 중량% 내지 약 90 중량% 범위의 양으로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 디올을 포함한다.
폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 디올은 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리프로필렌 옥시드, 및 폴리올의 약 10 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 양으로 주쇄에 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 블록 공중합체 디올을 포함한다.
상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 적합한 트리올은 본원에 기술된 것, 바람직하게, 폴리프로필렌 옥시드, 및 폴리올의 약 60 중량% 내지 약 95 중량%로 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 폴리에틸렌 옥시드 공중합체 트리올을 포함한다.
상기 실시양태에 따라 사용되는 폴리이소시아네이트는 (i) 1 이상의 본원에 기술된 폴리이소시아네이트, 즉, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합, 및 (ii) 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트를 포함한다. 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트 또는 디이소시아네이트의 부분적으로 차단된 뷰렛을 포함한다. 상기 실시양태에 따라, 차단된 폴리이소시아네이트는 폴리우레탄 고체의 약 5 중량% 내지 약 60 중량%로 포함된다.
상기 실시양태에 따라 사용되는 계면활성제의 적합한 이소시아네이트 반응성 염은 본원에 기술된 것, 바람직하게, 상기 기술된 계면활성제의 일작용성 이소시아네이트 반응성 염을 포함한다. 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 폴리우레탄 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 7 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%로 포함된다. 상기 실시양태에 따라 사용되는 적합한 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 본원에 기술된 것, 바람직하게, 상기 기술된 이작용성 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제를 포함한다. 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 폴리우레탄 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%로, 바람직하게, 고체의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%로 포함된다.
본 실시양태에 따라, 본원에 기술된 바와 같은 임의적인 비반응성 계면활성제, 바람직하게, 비반응성 음이온성 계면활성제는 폴리우레탄을 형성하는 반응을 수행하는 동안, 또는 그 이후에 폴리우레탄 코팅 조성물에 혼합될 수 있다.
제4 혼합물
또 다른 실시양태에 따라, 폴리우레탄 코팅 조성물은 본원에 기술된 제1 혼합물 및 본원에 기술된 제2 혼합물의 조합으로부터 생성된다. 상기에서 보다 더 상세하게 논의된 바와 같이, 제1 혼합물은 액상 및 폴리우레탄을 포함한다. 제1 혼합물의 폴리우레탄은 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올과는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 비롯한 폴리올, 1 이상의 폴리이소시아네이트, 및 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제에 의해 중화되어 양쪽성 계면활성제의 염을 형성하는 디하이드록시-카복실산의 반응 생성물을 포함한다. 상기에서 보다 더 상세하게 논의된 바와 같이, 제2 혼합물은 액상 및 폴리우레탄을 포함한다. 제2 혼합물의 폴리우레탄은 폴리올, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제의 반응 생성물을 포함한다. 제2 혼합물에서 사용되는 폴리올은 (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는 (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올 중 1 이상을 포함한다. 제2 혼합물에서 사용되는 폴리올은 또한 (a) 및 (b)와는 상이한 1 이상의 다른 폴리올을 포함한다. 제1 혼합물, 제2 혼합물, 또는 제1 혼합물 및 제2 혼합물, 둘 모두에 대한 액상은 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
추가로, 상기 실시양태의 코팅 조성물에 따라, 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 추가의 액체는 의도하는 적용에 적합한 원하는 점도를 수득하는 데 적합한 양으로 제1 혼합물 및 제2 혼합물의 조합에 첨가된다.
폴리우레탄 형성에 사용되는 유기 용매
본원에 기술된 코팅 조성물을 위한 폴리우레탄 형성 반응에서 사용되는 적합한 유기 용매를 선택하는 것은 폴리이소시아네이트와 쉽게 반응하지 못하는 선택된 폴리올 및 용매를 용해시킬 수 있는 상기 용매를 비롯한, 반응하여 폴리우레탄을 형성하는 구성 성분을 선택하는 것에 의존한다. 상기 반응에 유용한 적합한 유기 용매의 예로는 케톤, 예컨대, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸 케톤, 디아세톤 알콜, 3,3-디메틸-2-부타논, 및 펜탄디온; N-메틸 피롤리돈; 아세토니트릴; 에스테르; 글리콜 에스테르; 및 3차 알콜, 예컨대, 3차 부틸 알콜 및 3차 아밀 알콜을 포함한다.
촉매
추가로, 폴리우레탄을 제조하는 데 사용되는 반응물과 함께 촉매를 첨가한다. 폴리우레탄 프레폴리머를 제조하는 데 유용한 적합한 촉매로는 금속 카복실레이트(즉, 카복실산의 금속 염), 예컨대, 주석(II) 에틸헥사노에이트, 디부틸주석디라우레이트, 및 디부틸린 비스(옥틸말레에이트)를 포함한다.
수성 분산액
본원에 기술된 코팅 조성물의 수성 분산액 실시양태와 관련하여, 비록 당업계의 숙련가는 3단계는 서로 상호 배타적인 것이 아니라는 것을 이해하겠지만, 수성 폴리우레탄 분산액 제조는 일반적으로 3단계 이내에서 이루어지는 것으로 분류될 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 명확성을 위해 상기 단계와 관련하여 본 실시양태를 기술하고, 본 발명의 실시양태 또는 특징이 일반적으로 상기 단계 또는 분산액으로 한정되는 것으로 해석되서는 안된다. 추가로, 상기 3단계는 본 순서대로 한정되는 것으로 해석되서는 안되며, 오히려 상기 단계는 상이한 순서대로 진행될 수 있거나, 또는 동시에, 또는 이의 조합으로 진행될 수 있다.
일반적으로, 3단계는 1) 폴리우레탄 프레폴리머 형성 단계, 2) 분산 단계, 및 3) 최종 중합 단계를 포함한다. 제1 단계는 일반적으로 고온에서 유기 용매 중 폴리이소시아네이트와 폴리올 사이의 반응을 통해 폴리우레탄 프레폴리머를 생성하는 것에 관한 것이다. 프레폴리머는 이소시아네이트 종결 작용기를 가지는 폴리우레탄 분자이다. 프레폴리머는 폴리올이 잉여분의 폴리이소시아네이트와 반응하였을 때, 바람직하게, 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트 작용기 대 폴리올의 하이드록실 작용기의 화학양론비가 약 1.1:1 이상일 때에 형성된다. 본원에 기술된 바와 같이, 임의의 적합한 폴리올 및 폴리이소시아네이트를 사용하여 본 발명의 코팅 조성물의 실시양태에 따른 프레폴리머를 형성할 수 있다. 본원에 기술된 바와 같은 폴리우레탄을 형성하는 데 사용되는 추가의 성분은 또한 폴리우레탄 프레폴리머를 형성하는 반응에 존재한다. 예를 들어, 디하이드록시-카복실산, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 폴리우레탄 프레폴리머를 형성하는 반응이 이루어지는 동안 특정 실시양태를 위해 존재한다.
제2 단계는 일반적으로 액상, 즉, 물 또는 유기 용매와 조합된 물로 프레폴리머를 분산시켜 안정한 콜로이드성 분산액을 형성하는 것을 포함한다. 폴리우레탄 프레폴리머는 일반적으로 음이온성, 양이온성, 또는 비이온성 분산제일 수 있는 분산제의 도움으로 액상으로 분산된다. 음이온성 분산제의 일례로는 음이온성 계면활성제, 예컨대, 3차 아민 트리에탄올아민이 있다. 양이온성 분산제의 예로는 4급 암모늄 계면활성제를 포함한다. 비이온성 분산제는 비이온성 계면활성제, 즉, 폴리우레탄 중합체 구조 중, 친수성 세그먼트, 예컨대, 주쇄 또는 측쇄 중 폴리에틸렌 옥시드 세그먼트를 포함할 수 있다. 분산제를 폴리우레탄 프레폴리머와 반응시킴으로써 프레폴리머는 액상 중에 프레폴리머 입자를 분산시키는 데 도움이 되는 수 혼화성 또는 수용성 기를 획득하게 된다. 본원에 기술된 코팅 조성물의 실시양태에 따라 사용되는 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제를 분산 단계 이전에 또는 그 동안에 첨가한다.
폴리우레탄 분산액을 제조하는 상기 제2 기본 단계에서, 폴리우레탄 프레폴리머는 예컨대, 기계적 응력 또는 기계적 혼합과 같은 교반의 도움으로 물 또는 또 다른 액체 매질의 존재하에서 분산됨으로써 수성 분산액의 분산된 상을 형성을 할 수 있다. 기계적 응력으로는 예컨대, 고전단 분산기, 균질기, 또는 폴리우레탄 입자를 분산시킬 수 있는 다른 장치와 같은 장치의 도움으로 유발되는 고전단 기계적 응력 또는 혼합을 포함한다. 특정 실시양태에서, 분산은 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제를 첨가하는 동안 또는 그 이후에 이루어지는데, 이는 폴리우레탄 프레폴리머 상의 카복실산 작용기를 중화시켜 프레폴리머에 화학적으로 결합되어 있는 양쪽성 계면활성제의 염을 형성하고, 폴리우레탄의 분산성에 도움을 준다. 분산 단계는 또한 바람직하게는 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염 및 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제를 본원에 기술된 코팅 조성물의 실시양태에 첨가한 후에 일어난다. 이들 계면활성제는 또한 폴리우레탄의 분산성에 도움을 준다.
수성 폴리우레탄 분산액을 제조하는 제3 단계는 최종 중합 단계이다. 최종 중합 단계는 폴리우레탄 중합체 쇄의 보다 고분자량의 폴리우레탄 중합체로의 연장이다. 프레폴리머 중 이소시아네이트 종결 말단기는 쇄 연장제, 예컨대, 다작용성 아민, 다작용성 폴리올, 우레아, 또는 이의 조합의 존재하에서 반응하여 폴리우레탄 프레폴리머를 보다 고분자량의 분산된 폴리우레탄 중합체 입자로 연장시킨다. 본원에 기술된 코팅 조성물에 따라 유용한 적합한 쇄 연장제의 구체적인 예로는 하이드라진 일수화물, 수성 하이드라진(30%), 1,6-헥산디아민, 2-(2-아미노에틸)아미노에탄올, 또는 이의 조합을 포함한다. 분산액을 제조하는 상기 방법을 기술하는 데 사용된 3단계는 서로 상호 배타적인 것이 아니며, 최종 중합 단계는 분산 단계 이전, 그 동안, 또는 그 이후에 진행될 수 있다.
최종 중합에 대한 설명은 제한하고자 하는 것이 아니다. 대개는 쇄 연장제를 감량하거나, 또는 쇄 연장제를 완전하게 제외시킴으로써 보다 저분자량을 가지는 조성물을 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 일부 실시양태에서, 폴리우레탄 프레폴리머, 감량된 쇄 연장제를 이용하여 제조된 보다 저분자량의 폴리우레탄, 또는 프레폴리머 및 보다 저분자량의 폴리우레탄, 둘 모두가 최종 코팅 조성물에서 폴리우레탄이다.
유사하게, 분산 단계와 관련하여 본원에서 제공된 설명은 단지 수계 분산액으로 제한하고자 하는 것이 아니다. 상기 논의된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 물 대신 비수성 액체, 예컨대, 유기 용매로 대체하여 기술된 폴리우레탄 조성물을 분산시키거나 용해시킴으로써 특정 적용을 위한 적합성을 촉진시킬 수 있다.
적용
최종 코팅 조성물을 수득하게 되면, 수성 폴리우레탄 분산액, 유기 용매 폴리우레탄 용액, 또는 수성 폴리우레탄 분산액 및 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 안정한 보관 온도, 예컨대, 주변 온도로 냉각시킨다. 코팅 조성물은 코팅으로서 기재에 적용될 준비가 되어 있으며, 경화시, 투명한, 내마모성, 및 수세성 증기서림 방지 코팅을 형성한다. 코팅은 기재에 직접 적용되거나, 또는 자유 성형형 필름으로서 주조된 후, 추후에 기재에 적용된다.
임의적으로, 유효량의 평활제 또는 유동 조절제를 본원에 기술된 코팅 조성물 내로 도입시켜 조성물이 기재 표면상에 더욱 고르게 도포되거나, 평활화되게 하고, 기재와 실질적으로 균일하게 접촉할 수 있도록 할 수 있다. 평활제 또는 유동 조절제의 양은 매우 광범위하게 달라질 수 있지만, 이는 코팅 조성물이 약 10 내지 약 5,000 ppm의 평활제 또는 유동 조절제를 제공하는 데 충분한 양으로 사용된다. 코팅 조성물 및 기재와 상용성이 있고, 기재상에 코팅 조성물을 평활화시킬 수 있으며, 코팅 조성물과 기재 사이의 수화를 증진시키는, 종래의 상업적으로 이용가능한 임의의 평활제 또는 유동 조절제가 사용된다. 상기 유동 조절제의 비제한적인 예로는 폴리에테르, 실리콘, 플루오로계면활성제, 폴리아크릴레이트, 또는 플루오로 개질된 폴리아크릴레이트를 포함한다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 임의의 적합한 방식으로 기재에 적용된다. 예를 들어, 본 발명의 조성물은 종래 방법, 예컨대, 유동 코팅, 분무 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅 등에 의해 고체 기재에 적용됨으로써 기재상에 연속 표면 필름을 형성할 수 있다.
폴리우레탄 코팅 조성물은 또한 경화된 후에 필름으로서 기재에 적용되는 자유 성형형 또는 비지지형 필름으로서 제조된다. 자유 성형형 필름은 예컨대, 주조, 분무, 몰딩, 주입, 발포 또는 유사 기법을 통해 자유 성형형 필름을 제조하는 것과 같이, 당업자에게 공지되어 있는 임의의 적합한 방식으로 제조된다. 자유 성형형 필름은 임의적으로 자유 성형형 필름이 접착제를 통해 기재에 결합할 수 있도록 하기 위해 필름의 1 이상의 표면에 접착제 또는 점착제가 결합되어 있다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물은 강성 기재 표면, 또는 이의 특성을 상실하지 않으면서, 예컨대, 몰딩 또는 성형화와 같은 기재에 대한 추가의 프로세싱을 견딜 수 있을 정도의 충분한 유연성을 가진 기재 표면에 코팅으로서 적용된다. 다양한 기재가 사용된다. 그 중 바람직한 기재 물질로는 투명한 플라스틱, 예컨대, 폴리카보네이트, 아크릴릭, 폴리비닐클로라이드, 폴리비스알릴 카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프테네이트, 폴리우레탄, 및 폴리티오우레탄을 포함한다. 다른 기재로는 각종 폴리올레핀, 불소화된 중합체, 금속 및 유리, 예컨대, 다른 유형의 유리 중 소다 석회 유리, 보로실리케이트 유리, 아크릴 유리를 포함하고, 필요할 경우, 적절하게 전처리하여 사용된다. 일부 실시양태에서, 수성계 코팅 조성물을 쉽게 수용하지 못하는 소수성 기재 또는 기재들이 사용된다. 상기 기재 물질의 비제한적인 예로 더러운 또는 실란 처리된 유리, 왁스 이형제를 포함하는 폴리카보네이트 플라스틱, 또는 플라스틱, 예컨대, 폴리프로필렌 및 폴리메틸펜텐을 포함한다. 기재는 임의적으로 임의의 비코팅된 표면에 접착제 또는 점착제를 가진다.
본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물의 일부 실시양태의 특징은 물품에 코팅으로서 적용되었을 때, 100℃ 미만의 온도에서 실질적으로 비점착성인 상태로 건조될 수 있는 능력이다. 최종 경화를 위해 사용되는 보다 고온의 시판용 오븐에서 청정실 조건이 항상 실현 가능한 것은 아니다. 비점착성으로 건조되지 않은 코팅은 상기 비청정실의 보다 고온의 경화 오븐 중에서 존재하는 먼지 또는 다른 공중 부유 부스러기를 픽업할 수 있고, 이로써, 상기 코팅의 품질과 미용적 외관을 저하시킬 수 있다. 그러므로, 물품을 비청정실의 보다 고온의 오븐으로 옮겨 놓기 전에, 보다 저온, 예컨대, 100℃ 미만인 온도의 청정실 오븐에서 코팅으로 비점착성 상태로 건조시키는 것이 비점착성으로 건조되지 않은 코팅 조성물보다 이점을 제공한다. 보다 고분자량의 폴리우레탄 중합체 구조는 비점착성으로 건조될 수 있는 폴리우레탄 코팅의 능력을 개선시킨다. 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물의 실시양태에 따라, 차단 해제된 다작용성 이소시아네이트를 폴리올과 반응시키는 것이 전체적으로 또는 부분적으로 차단된 다작용성 이소시아네이트를 상기 폴리올과 반응시키는 것과 비교하여 보다 고분자량의 폴리우레탄 중합체 구조를 제공한다. 비점착성으로 건조되는 본원에 기술된 코팅 조성물의 구체적인 실시양태는 실시예 1-4, 9, 및 10-12를 포함한다.
본 증기서림 방지 코팅 조성물은 기재에 직접, 또는 자유 성형형 필름으로서 기재에 적용될 때, 매우 광범위하게 응용되어 사용된다. 예를 들어, 증기서림 방지 코팅은 안과용 기재, 예컨대, 안경 또는 선글래스용 광학 렌즈, 보호용 안경에 사용되는 렌즈 등에 적용될 수 있다. 증기서림 방지 코팅은 (자동차, 상용차, 및 오토바이를 비롯한) 자동차 응용분야에서 예컨대, 바람막이 창, 창문, 기기 게이지 덮개, 헤드램프 내부면, 차내등 내부면 등에 적용된다. 코팅은 증기서림을 발생시키는 경향이 있는 습도 또는 온도 조건에 대개 쉽게 영향을 받거나, 또는 끊임없이 그에 쉽게 영향을 받는 응용분야에서 적용된다. 상기 조건을 가지는 응용분야의 비제한적인 예로는 세면장 거울, 상점 앞의 창문, 및 냉장 장치(refrigeration unit), 예컨대, 식품점 또는 수퍼마켓에서 사용되는 투명 냉장고 또는 냉동고 문을 포함한다.
다른 실시양태
본 발명의 추가의 실시양태에 따라, 물품을 제공한다. 물품은 기재 및 1 이상의 기재 표면상에 형성된 코팅을 포함한다. 코팅은 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물에 따른 코팅 조성물을 기재 또는 프라이머로 코팅된 기재상에서 직접 경화시키거나, 또는 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물로부터 제조된 자유 성형형 필름을 적용시킴으로써 형성된다.
본 발명의 추가의 실시양태에 따라, 방법을 제공한다. 한 실시양태에서, 본 방법은 본원에 기술된 폴리우레탄 코팅 조성물을 1 이상의 기재 표면에 적용시키는 단계를 포함한다. 코팅 조성물을 유동 코팅, 분무 코팅, 커튼 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅 또는 다른 적합한 기법에 의해 기재 또는 프라이머로 코팅된 기재에 직접 적용시킴으로써 1 이상의 기재 표면상에 연속 필름을 형성할 수 있다. 1 이상의 기재 표면에 적용된 코팅 조성물이 경화됨에 따라 투명한, 내마모성의 수세성 증기서림 방지 코팅이 형성된다.
또 다른 실시양태에서, 본 방법은 본원에 기술된 코팅 조성물로부터 제조된 자유 성형형 필름을 1 이상의 기재 표면에 적용시켜 투명한, 내마모성의 수세성 증기서림 방지 코팅을 형성하는 단계를 포함한다. 자유 성형형 필름은 1 이상의 기재 표면에 적용시키기 전에 경화된다. 본 방법은 1 이상의 필름 표면에 결합된 접착제에 의해 자유 성형형 필름을 기재에 부착시키는 단계를 추가로 포함한다.
하기의 분석 테스트 방법 및 실시예는 단지 설명하기 위한 목적으로 제시된 것이며, 본 명세서에 첨부되는 특허청구범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니다.
분석 테스트 방법
본원에 제시된 실시예를 포함하나, 이에 한정되지 않는, 본 발명의 측정 요소를 정량화하는 데 사용되는 파라미터 및 값은 하기와 같이 상세하게 기술된다:
사용된 기재: 하기 실시예에서 달리 명시되지 않는 한, 폴리카보네이트 렌즈 또는 폴리카보네이트 시트를 비롯한, 폴리카보네이트 기재가 사용된다.
수성 폴리우레탄 분산액의 렌즈에의 적용: 본원에 기술된 각 실시예에서 5 또는 6개의 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도(draw speed)로 수성 폴리우레탄 분산액 코팅 조성물 중에 딥 코팅시킨다. 실시예에 기술된 수개의 딥 코팅된 렌즈를 건조시키거나, 경화시키기 전에 일정 기간 동안 다른 예비 경화 조건에 가한다. 이어서, 코팅된 렌즈를 규정량의 시간 동안 구체적인 온도에서 열처리하여 렌즈에 적용된 코팅을 경화시킨다. 각 실시예 내에서 상이한 유형의 테스트에 대해 상이한 폴리우레탄 코팅된 렌즈를 사용하고, 즉, 부착력 테스트에 대해서는 한 코팅된 렌즈를 사용하고, 증기서림 방지 테스트에 대해서는 또 다른 코팅된 렌즈를 사용한다.
코팅 두께 측정: 필름메트릭스 인코퍼레이티드(Filmetrics, Inc.: 미국 캘리포니아주 샌디에고)로부터 이용가능한, 접촉 스테이지가 있는 F-20 필름 측정 장치(F-20 Film Measurement Unit)를 이용하여 폴리우레탄으로 코팅된 폴리카보네이트 렌즈의 코팅 두께를 측정한다. 실시예에서 기록된 코팅 두께는 실시예당 5 또는 6개의 렌즈에 대한 코팅 두께의 평균값이다.
부착력 테스트: 폴리우레탄으로 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 1시간 동안 비등수에 침지시킨다. 냉각시키고 건조시킨 후, 면도날을 이용하여 렌즈의 코팅 상에 사교 평행(cross-hatched) 패턴을 제작한다. 이어서, 테이프를 코팅된 렌즈의 사교 평행 섹션에 적용시킨다. 테이프를 적용시킨 후, 테이프를 코팅으로부터 제거한다. 테이프 적용 및 제거를 3회 반복한다. 임의의 코팅이 테이프의 반복된 적용 및 제거로 인하여 렌즈로부터 제거된다면, 이때 코팅 조성물은 테스트에서 불합격하는 것이다. 테이프를 반복하여 적용 및 제거하는 동안에 렌즈로부터 코팅이 전혀 제거되지 않는다면, 이때 코팅 조성물은 테스트를 통과하는 것이다. 부착력 테스트에 따라 사용된 테이프는 3M 컴퍼니(3M Company: 미국 미네소타주 세인트 폴)의 상표명 스카치(Scotch)® 테이프인 스카치 600이다.
초기 증기서림 방지 테스트: 폴리우레탄 코팅된 렌즈를 임의의 다른 방식으로 처리하거나, 개질시키지 않고, 즉, 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 물에 침지시키기 전에, 코팅된 렌즈를 3분 동안 50℃의 물 공급원으로부터의 수증기에 노출시키는 방식으로 상기 렌즈를 상기 물 공급원 위 표준 높이에 배치시킨다. 상기 기간 동안 폴리우레탄 코팅된 렌즈 상에 증기서림이 나타나지 않는다면, 코팅 조성물은 초기 증기서림 방지 테스트를 통과하는 것이다. 그렇지 않을 경우, 증기서림이 코팅된 렌즈 상에 나타난다면, 이때 코팅 조성물은 초기 증기서림 방지 테스트에서 불합격하는 것이다.
1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트: 코팅된 폴리우레탄 렌즈를 실온에서 1시간 동안 물 중에 침지시킨다. 코팅된 렌즈가 12시간 동안 침지로부터 복구되도록 한 후, EN166/EN168 증기서림 방지 성능 설명서에 따라 상기 코팅된 렌즈를 8초 이상 동안 50℃의 물 공급원으로부터의 수증기에 노출시키는 방식으로 상기 렌즈를 상기 물 공급원 위 표준 높이에 배치시킨다. 상기 기간 동안 폴리우레탄 코팅된 렌즈 상에 증기서림이 나타나지 않는다면, 코팅 조성물은 상기 증기서림 방지 테스트를 통과하는 것이다. 그렇지 않을 경우, 증기서림이 코팅된 렌즈 상에 나타난다면, 이때 코팅 조성물은 상기 증기서림 방지 테스트에서 불합격하는 것이다.
초기 헤이즈 테스트: 코팅된 폴리카보네이트 렌즈의 헤이즈(%)는 BYK 가드너 USA(BYK Gardner USA: 미국 매릴랜드주 콜럼비아)로부터 이용가능한 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus)를 사용하여 측정한다. 헤이즈-가드 플러스를 사용하여 헤이즈를 측정하는 것은 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 통과하는 광 투과의 결과로서 나타나는 산란광의 양을 정량화하는 것이다. 초기 헤이즈(%)는 기재 렌즈 상에서의 폴리우레탄 코팅 경화 직후, 및 임의의 다른 코팅된 렌즈를 임의의 다른 방식으로 개질 또는 처리 직전에, 즉, 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 물 중에 침지시키기 전에, 또는 렌즈를 낙사식 방법에 사용하기 전에 측정한다.
1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 헤이즈 테스트: 코팅된 렌즈를 실온에서 1시간 동안 물에 침지시킨 후 즉시, 헤이즈-가드 플러스를 사용하여 코팅된 렌즈의 헤이즈(%)를 측정한다. 약 1% 이상의 헤이즈는 코팅된 렌즈 기재 표면에서 가시적이다. 반대로, 약 1% 이하의 헤이즈는 코팅된 렌즈에서 가시적이지 않다. 침지 후 수행된 헤이즈 테스트에서, 렌즈가 투명하고, 헤이즈는 코팅된 렌즈에서 가시적이지 않다면, 이는 상기 테스트를 통과하는 것이다.
낙사식 마모 테스트: 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 폴 N. 가드너 컴퍼니(Paul N. Gardner Company: 미국 플로리다주 폼파노 비치)로부터 이용가능한 HP-1160 가드너 낙사식 장치(HP-1160 Gardner Falling Sand Apparatus)에 장착한다. EN166/168 설명서에 따라 삼(3) 킬로그램의 ASTM 20-30을 HP-1160 장치를 통해 코팅된 폴리카보네이트 렌즈 상에 낙하시킨다. 코팅된 폴리카보네이트 렌즈를 비누 및 물로 세척하여 코팅된 렌즈로부터 잔류 모래를 제거한 후, 헤이즈-가드 플러스를 사용하여 상기 코팅된 렌즈의 헤이즈(%)를 측정한다. 본원에 기술된 실시예에서는 낙사식 마모 테스트 후 "헤이즈 증가"가 언급된다. 상기 "헤이즈 증가"란 낙사식 테스트 후 측정된 헤이즈(%) 측정치와 초기 헤이즈(%) 측정치 사이의 산술차이며, 즉, 헤이즈 증가 = [(낙사식 테스트 후 헤이즈(%)) - (초기 헤이즈(%))]이다.
하기 실시예에서 사용된 물질 및/또는 약어 목록:
2-디메틸아민-2- 메틸프로판 -1-올: 이소시아네이트 반응성 하이드록실기를 가지는 아민 염.
수성 아민 옥시드 계면활성제 용액: 시그마-알드리치 코포레이션(Sigma-Aldrich Corp.: 미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, N,N-디메틸도데실아민 N-옥시드 용액(물 중 약 30% 이상의 활성 아민 옥시드 용액).
수성 베타인 계면활성제 용액: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터의 엠피겐(EMPIGEN)® BB 계면활성제로서 상업적으로 이용가능한, N,N-디메틸-N-도데실글리신 베타인 계면활성제 용액(물 중 약 35%의 활성 알킬 베타인).
시라졸 ( Cirrasol ) G-265: 유니쿠에마 컴퍼니(Uniquema Co.: 미국 일리노이주 시카고)로부터 상업적으로 이용가능한, 2개의 폴리에틸렌 옥시드 측쇄, 및 스테아르아미드 관능기를 함유하는 소수성 쇄를 가지는 4급 암모늄 계면활성제.
나트륨 디옥틸술포숙시네이트: 예를 들어, 시텍 인더스트리즈 인코퍼레이티드(Cytec Industries, Inc.: 미국 뉴저지주 우드랜드 파크)로부터 상업적으로 이용가능한, 비반응성 음이온성 계면활성제 염.
DMAMP DBS 용액: 도데실벤젠 술폰산 용액의 2-디메틸아민-2-메틸프로판-1-올 염(크실렌 중 86%).
IPDI: 에보닉 데구사 게엠베하(Evonik Degussa Gmbh: 독일)로부터의 베스타나트(VESTANAT)® IPDI로서 상업적으로 이용가능한 이소포론 디이소시아네이트.
PC 2000: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, Mw가 약 2,000인 폴리헥사메틸렌 카보네이트 디올.
PEG 1000: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, 평균 Mn이 약 1,000인 폴리에틸렌 글리콜.
PEO 측쇄형 디올: 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 평균 Mn이 약 1,275인 디올. 폴리에틸렌 옥시드는 상기 디올의 약 78 중량%로 포함된다. 상기 폴리올은 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 Mn이 약 1,000인 모노-메틸옥시-폴리에틸렌 글리콜과 반응시키는, 2단계 반응의 반응 생성물이다. 일작용성 모노-메틸옥시-폴리에틸렌-글리콜은 디이소시아네이트의 한 이소시아네이트 작용기와 반응하고, 나머지 이소시아네이트 작용기는 디에탄올아민과 반응하여 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 가지는 상기 디올 화합물이 생성된다.
플루로닉 L-62: Mw이 약 2,100인 폴리에틸렌 옥시드 및 폴리프로필렌 옥시드 블록 공중합체 디올. 블록 공중합체는 오직 블록 공중합체 디올의 주쇄 또는 골격에만 폴리에틸렌 옥시드 세그먼트를 포함한다. 폴리에틸렌 옥시드 세그먼트는 블록 공중합체 디올의 약 17%(wt)로 포함된다. 플루로닉 L-62는 BASF 코포레이션(BASF Corp.: 독일)으로부터 상업적으로 이용가능하다.
폴리 G 83-34: Mw가 약 5,000인 폴리에틸렌 옥시드 및 폴리프로필렌 옥시드 공중합체 트리올. 공중합체 트리올은 80%(wt)로 폴리에틸렌 옥시드 및 20%(wt)로 폴리프로필렌 옥시드를 포함한다. 폴리 G 83-34는 아치 케미컬스 인코퍼레이티드(미국 코네티컷주 노워크)로부터 상업적으로 이용가능하다.
PTF 1000: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, 평균 Mn이 1,000인 폴리(1,4-부탄디올), 즉, 폴리(테트라하이드로푸란).
4급 아민 계면활성제 용액: 도쿄 케미컬 인더스트리 컴퍼니 리미티드(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.: 일본)로부터 상업적으로 이용가능한, 헥사데실트리메틸암모늄 하이드록시드 용액(물 중 10%의 활성 아민 계면활성제).
테고머 ( Tegomer ) D3403: 에보닉 데구사 게엠베하(독일)로부터 상업적으로 이용가능한, 평균 Mn이 약 1,220인 트리메틸올 프로판 모노에톡실레이트 메틸 에테르.
주석 촉매: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, 주석(II)-에틸헥사노에이트 촉매.
트리톤 X-165: 시그마-알드리치 코포레이션(미국 미주리주 세인트루이스)으로부터 상업적으로 이용가능한, 수성 비이온성 폴리에틸렌 글리콜 에테르 계면활성제 용액(70%).
트릭센 DP9C /012: 3,5-디메틸피라졸 차단제로 부분적으로 차단된 트리이소시아네이트. 트릭센 DP9C/012는 고형분이 70%인 것을 포함하는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PM 아세테이트) 용액으로, 박센덴 케미컬스 리미티드(영국)으로부터 상업적으로 이용가능하다.
트릭센 BI 7961: 3,5-디메틸피라졸 차단제로 차단된 HDI 뷰렛. 트릭센 BI 7961은 고형분이 약 68% 내지 약 72%인 것을 포함하는 경방향족 탄화수소 용매(나프타 용매)으로, 박센덴 케미컬스 리미티드(영국)으로부터 상업적으로 이용가능하다.
실시예
실시예 1 - 양쪽성 계면활성제를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
21.1 그램(g)의 IPDI, 28.2 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 3.2 g의 디메틸올프로피온산, 8.1 g의 테고머 D3403, 및 35 g의 메틸에틸케톤을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 40.3 g의 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.2 g의 물 및 7.0 g의 수성 베타인 계면활성제 용액에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.25 g의 하이드라진-일수화물 및 0.58 g의 1,6-헥산디아민 또한 첨가하여, 분산액 중 약 27 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 중화된 아민을 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 34 센티포아즈(cps)인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시켰다. 상기와 같이 건조시킴으로써 비점착성인 코팅을 수득하였다. 이어서, 코팅된 렌즈를 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 14.2 마이크로미터(㎛)였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.30%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 약 0.21%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 12.8%였다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 코팅된 렌즈는 (EN166/EN168 설명서에 따라) 코팅된 렌즈를 1시간 동안 물에 침지시킨 이후에 8초 이상 동안 증기서림이 없는 상태로 유지되었다.
실시예 2 - 양쪽성 계면활성제를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
24.7 g의 rPDI, 14.7 g의 PC 2000, 3.2 g의 트리메틸올프로판, 3.0 g의 디메틸올프로피온산, 15.3 g의 PEO-측쇄형 디올, 1.9 g의 PTF 1,000, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 40.9 g의 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.2 g의 물 및 7.4 g의 수성 아민 옥시드 계면활성제 용액에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.55 g의 하이드라진-일수화물 또한 첨가하여, 분산액 중 약 28 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 17 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 8 중량%로 중화된 아민을 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 39 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시켰다. 상기와 같이 건조시킴으로써 비점착성인 코팅을 수득하였다. 이어서, 코팅된 렌즈를 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 11.5 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.24%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 약 0.60%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 15.2%였다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168).
실시예 3 - 양쪽성 계면활성제를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
22.0 g의 IPDI, 20.2 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 3.2 g의 디메틸올프로피온산, 9.1 g의 PEO-측쇄형 디올, 5.9 g의 PEG 1000, 및 35 g의 메틸에틸케톤을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 37.2 g의 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 53.3 g의 물 및 7.3 g의 수성 아민 옥시드 계면활성제 용액에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.25 g의 하이드라진- 일수화물 및 0.59 g의 1,6-헥산디아민 또한 첨가하여, 분산액 중 약 27 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 63 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시켰다. 상기와 같이 건조시킴으로써 비점착성인 코팅을 수득하였다. 이어서, 코팅된 렌즈를 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 11.0 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.30%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 0.42%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 16.3%였다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168).
실시예 4 - 양쪽성 계면활성제 및 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
21.8 g의 IPDL, 19.0 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 3.2 g의 디메틸올프로피온산, 9.1 g의 PEO-측쇄형 디올, 5.9 g의 PEG 1000, 및 35 g의 메틸에틸케톤을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시키고, 1.4 g의 트릭센 BI 7961을 혼합물을 첨가하였다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 37.1 g의 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 53.4 g의 물 및 7.3 g의 수성 아민 옥시드 계면활성제 용액에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.25 g의 하이드라진-일수화물 및 0.59 g의 1,6-헥산디아민 또한 첨가하여, 분산액 중 약 25 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 1.7 중량%로 차단된 이소시아네이트를, 및 폴리우레탄 고체의 약 8 중량%로 중화된 아민을 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 47 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시켰다. 상기와 같이 건조시킴으로써 비점착성인 코팅을 수득하였다. 이어서, 코팅된 렌즈를 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 8.5 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.14%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 약 0.30%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 10.7%였다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168).
실시예 5 - 이소시아네이트 반응성 계면활성제의 염 및 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 폴리우레탄 혼합물의 제조
24.7 g의 트릭센 DP9C/012, 4.2 g의 폴리 G 83-34, 1.1 g의 플루로닉 L-62, 0.5 g의 트리메틸올레탄, 0.6 g의 트리에탄올아민, 및 5.0 g의 DMAMP DBS 용액 (크실렌 중 86%)을 4.1 g의 N-메틸 피롤리돈, 4.5 g의 3차 아밀 알콜, 7.9 g의 메틸에틸케톤, 및 0.9 g의 2,4-펜탄디온에 첨가하고, 함께 혼합하였다. 혼합물을 60℃로 가열한 후, 질소 환경에서 8시간 동안 반응시켰다. 반응시킨 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 30℃로 냉각시켰다. 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물은 물에 분산되지 못하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 3 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 44 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
실시예 6 - 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제 및 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
19.5 g의 트릭센 DP9C/012, 1.2 g의 PEG 1000, 4.6 g의 PC 2000, 0.6 g의 트리메틸올프로판, 3.8 g의 테고머 D3403, 1.2 g의 시라졸 G-265, 및 0.002 g의 주석 촉매를 4.0 g의 메틸에틸케톤 및 2.8 g의 디아세톤 알콜에 첨가하고, 함께 혼합하였다. 혼합물을 60℃로 가열한 후, 질소 환경에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응시킨 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 30℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 63.0 g의 증류수, 0.34 g의 1,6-헥산디아민, 및 0.15 g의 30% 수성 하이드라진 중에 분산시켜 분산액 중 약 24 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 6 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 14.6 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 36.2 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 37 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 7.9 ㎛인 코팅을 수득하였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.8%였다. 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 헤이즈가 약 1.1%였고, 상기와 같이 1.1% 헤이즈로 투명하게 되었다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 5.5%였다. 수성 폴리우레탄 분산액으로 딥 코팅된 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트 및 초기 증기서림 방지 테스트를 통과하였다. 그러나, 코팅된 렌즈는 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트에서는 불합격하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림 없음이 이루어지지 않았다. 상기 폴리우레탄 코팅은 화학 물질에 의한 세척에 대해 내성, 예컨대, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 및 메틸에틸케톤 각각에 의한 별개의 세척에 대해 내성을 보였다.
실시예 7 - 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제 및 부분적으 로 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
4.6 g의 IPDI, 5.5 g의 DP9C/012, 7.8 g의 PC 2000, 0.7 g의 트리메틸올프로판, 3.2 g의 PEO-측쇄형 디올, 2.1 g의 시라졸 G-265, 및 0.011 g의 주석 촉매를 10.3 g의 N-메틸 피롤리돈 및 2.2 g의 디아세톤 알콜에 첨가하고, 함께 혼합하였다. 혼합물을 65℃로 가열한 후, 불활성 분위기에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응시킨 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 66.6 g의 증류수 및 0.65 g의 2-(2-아미노에틸)아미노에탄올 중에 분산시켜 분산액 중 약 24 중량%의 고체를 가지는 안정한 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 11 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 2 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 11.7 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 54 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 8.1 ㎛인 코팅을 수득하였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.18%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 헤이즈가 약 0.25%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 1.0%였다. 수성 폴리우레탄 분산액으로 딥 코팅된 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 또한 부착력 테스트를 통과하였다. 그러나, 코팅된 렌즈는 초기 증기서림 방지 테스트 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트에서는 불합격하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림 없음이 이루어지지 않았다. 상기 폴리우레탄 코팅은 화학 물질, 예컨대, 이소프로필 알콜에 의한 세척에 대해 내성을 보였지만, 톨루엔 또는 메틸에틸케톤 각각에 의한 별개의 세척에 대해서는 내성을 보이지 않았다.
실시예 8 - 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제, 및 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
22.4 g의 DP9C/012, 3.9 g의 폴리 G 83-34, 1.0 g의 플루로닉 L-62, 0.4 g의 트리메틸올레탄, 2.0 g의 시라졸 G-265, 1.0 g의 DMAMP DBS, 및 0.11 g의 주석 촉매를 4.7 g의 메틸에틸케톤, 2.8 g의 3차 아밀 알콜, 0.6 g의 2,4-펜탄디온 및 4.0 g의 디아세톤 알콜과 함께 2.6 g의 N-메틸 피롤리돈에 첨가하고, 함께 혼합하였다. 혼합물을 60℃로 가열한 후, 질소 분위기에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응시킨 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 냉각시킨 후, 고전단 분산기를 이용하여 59.0 g의 증류수, 0.1 g의 트리메틸올레탄, 및 0.2 g의 트리에탄올아민 중에 분산시켜 분산액 중 약 24 중량%의 고체를 가지는 안정한 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 3 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 12 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 48 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 32 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 12.1 ㎛인 코팅을 수득하였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.17%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 약 0.58%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 1.7%였다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168). 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 또한 30초 초과로(ASTM F659), 60초 초과로, 또는 900초 초과로 수증기에 노출되었을 때에도 증기서림은 없었다. 상기 폴리우레탄 코팅은 화학 물질에 의한 세척에 대해 내성, 예컨대, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 및 메틸에틸케톤 각각에 의한 별개의 세척에 대해 내성을 보였다.
실시예 9 - 계면활성제, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제, 비반응성 음이온성 계면활성제, 및 부분적으로 차단된 폴리이소시아네이트를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
3.1 g의 IPDI, 3.6 g의 DP9C/012, 3.0 g의 PC 2000, 0.3 g의 트리메틸올프로판, 2.3 g의 PEO 측쇄형 디올, 1.0 g의 폴리 G 83-34, 1.3 g의 시라졸 G-265, 0.7 g의 DMAMP DBS 용액, 0.9 g의 나트륨 디옥틸술포숙시네이트, 및 0.011 g의 주석 촉매를 5.1 g의 N-메틸 피롤리돈 및 2.2 g의 디아세톤 알콜에 첨가하고, 함께 혼합하였다. 혼합물을 65℃로 가열한 후, 불활성 분위기에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응시킨 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 이어서, 고전단 분산기를 이용하여 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 75.7 g의 증류수 및 0.4 g의 2-(2-아미노에틸)아미노에탄올 중에 분산시켜 분산액 중 약 16 중량%의 고체를 가지는 안정한 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 12 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 6 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 11 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 29 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 8.3 ㎛인 코팅을 수득하였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.25%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 약 0.23%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 1.2%였다. 코팅된 렌즈는 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168). 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 또한 30초 초과로(ASTM F659), 60초 초과로, 또는 900초 초과로 수증기에 노출되었을 때에도 증기서림은 없었다. 상기 폴리우레탄 코팅은 화학 물질에 의한 세척에 대해 내성, 예컨대, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 및 메틸에틸케톤 각각에 의한 별개의 세척에 대해 내성을 보였다.
실시예 10 - 실시예 3의 수성 폴리우레탄 분산액 및 실시예 8의 수성 폴리우레탄 분산액의 조합으로부터의 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
실시예 8로부터의 100 g의 수성 폴리우레탄 분산액을 실시예 3으로부터의 100 g의 수성 폴리우레탄 분산액과 혼합하여 분산액 중 약 25 중량%의 고체를 함유하는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 점도를 감소시키기 위하여, 교반하면서 100 g의 물을 추가로 첨가하여 분산액 중 약 17 중량%의 고체를 가지는 안정한, 헤이즈성의 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 6.7 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 10.9 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 4.2 중량%로 중화된 아민을, 및 폴리우레탄 고체의 약 22.6 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 5분 동안 건조시킨 후, 85℃에서 추가로 10분 동안 건조시켰다. 85℃에서 건조시킨 후, 렌즈 상의 코팅은 비점착성이었다. 비점착성의 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 8.1 ㎛인 코팅을 수득하였다.
낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 3.2%였다. 별도의 테스트에서, 코팅된 렌즈에서는 또한 2시간 동안 비등수에 노출되었을 때 헤이즈 증가는 거의 나타나지 않았다. 코팅된 렌즈는 또한 각각의 부착력 테스트, 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였다, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168). 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 또한 1시간 동안 물에 침지시키기 전 및 후, 둘 모두에서 30초 초과로(ASTM F659), 60초 초과로, 또는 7,200초(2시간) 초과로 수증기에 노출되었을 때에도 증기서림은 없었다. 추가로, 코팅된 렌즈는 24시간 동안 물에 침지시킨 후(이어서, 12시간의 복구 기간 이후에) 30초 초과로, 60초 초과로, 또는 7,200초 초과로 수증기에 노출되었을 때에도 증기서림은 없었다. 상기 폴리우레탄 코팅은 화학 물질에 의한 세척에 대해 내성, 예컨대, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 및 메틸에틸케톤 각각에 의한 별개의 세척에 대해 내성을 보였다.
실시예 11 - 실시예 3의 프레폴리머 및 실시예 8의 프레폴리머와 양쪽성 계면활성제와의 조합으로부터 수성 폴리우레탄 분산액 및 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물의 제조
50 g의 실시예 3의 프레폴리머 및 50 g의 실시예 8의 프레폴리머를 함께 혼합하고, 93 g의 1-메톡시-2-프로판올 및 93 g의 물의 혼합물을 첨가하였다. 5.8 g의 수성 아민 옥시드 계면활성제 용액, 0.20 g의 하이드라진 일수화물, 및 0.47 g의 헥산디아민 쇄 연장제를 교반시키면서, 프레폴리머 혼합물에 첨가하여, 헤이즈성의 수성 폴리우레탄 분산액과 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄 혼합물의 고형분은 폴리우레탄 혼합물의 약 20 중량%였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 8.2 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 10.3 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 2.9 중량%로 중화된 아민을, 및 폴리우레탄 고체의 약 20.4 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 5분 동안 건조시킨 후, 85℃에서 추가로 10분 동안 건조시켰다. 85℃에서 건조시킨 후, 렌즈 상의 코팅은 비점착성이었다. 비점착성의 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 6.9 ㎛인 코팅을 수득하였다. 상기 코팅된 렌즈를 실시예 10에 기술된 코팅된 렌즈와 동일하게 헤이즈, 증기서림, 마모성, 부착력, 및 내화학성에 대해 수행하였다.
실시예 12 - 실시예 3의 프레폴리머 및 실시예 8의 프레폴리머의 조합으로부터 유기 용매 폴리우레탄 용액의 제조
50 g의 실시예 3의 프레폴리머 및 50 g의 실시예 8의 프레폴리머를 함께 혼합하고, 교반시키면서, 185.5 g의 1-메톡시-2-프로판올에 첨가하여 균질한 투명 폴리우레탄 용액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄 용액은 실질적으로 모두 비수성 용매를 포함하였고, 즉, 용액은 실질적으로 물을 함유하지 않았다. 폴리우레탄 용액은 용액 중 약 20 중량%로 고체를 가졌다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 9.0 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 폴리우레탄 고체의 약 11.5 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 주쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 22.6 중량%로 차단된 폴리이소시아네이트를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 25 cps인 것으로 측정되었다. 상기 용액의 시료를 왕성하게 진탕시킨 후, 시료에서는 어떤 기포 형성도 관찰되지 않았다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 폴리우레탄 용액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 5분 동안 건조시킨 후, 85℃에서 추가로 10분 동안 건조시켰다. 85℃에서 건조시킨 후, 렌즈 상의 코팅은 비점착성이었다. 비점착성의 코팅된 렌즈를 120℃에서 1시간 동안 경화시켜 두께가 약 5.8 ㎛인 코팅을 수득하였다. 상기 코팅된 렌즈를 실시예 10에 기술된 코팅된 렌즈와 실질적으로 동일하게 헤이즈, 증기서림, 마모성, 부착력, 및 내화학성에 대해 수행하였다.
비교예 1 - 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
23.3 g의 IPDI, 7.1 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 29.6 g의 테고머 D3403, 2.8 g의 1,6-헥산디올, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 45.2 g의 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.7 g의 물 중에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.62 g의 하이드라진-일수화물 또한 첨가하여, 분산액 중 약 30 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 40 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 70 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시킨 후, 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 18.0 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.80%였다. 코팅된 렌즈를 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 그를 통해 볼 수 없었고, 이의 헤이즈는 약 75.0%였다. 코팅된 렌즈로부터 모든 모래를 씻어낼 수 없었기 때문에 낙사식 마모 테스트 이후에는 헤이즈를 측정하지 않았다. 각 테스트 동안 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈 상에서 증기서림이 관찰되었기 때문에 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 물 중에 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트, 둘 모두에서 불합격하였다. 상기 코팅된 렌즈는 부착력 테스트를 통과하였다.
비교예 2 - 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
22.9 g의 rPDI, 14.5 g의 PC 2000, 2.2 g의 트리메틸올프로판, 22.6 g의 테고머 D3403, 2.9 g의 1,6-헥산디올, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 45.2 g의 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.7 g의 물 중에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.62 g의 하이드라진-일수화물 또한 첨가하여, 분산액 중 약 30 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 31 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 72 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시킨 후, 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 19.0 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.66%였다. 코팅된 렌즈를 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 그를 통해 볼 수 없었고, 이의 헤이즈는 약 37.0%였다. 코팅된 렌즈로부터 모든 모래를 씻어낼 수 없었기 때문에 낙사식 마모 테스트 이후에는 헤이즈를 측정하지 않았다. 각 테스트 동안 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈 상에서 증기서림이 관찰되었기 때문에 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트, 둘 모두에서 불합격하였다. 상기 코팅된 렌즈는 부착력 테스트를 통과하였다.
비교예 3 - 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
22.2 g의 IPDL, 22.8 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 15.0 g의 테고머 D3403, 2.8 g의 1,6-헥산디올, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 45.2 g의 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.8 g의 물 중에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.60 g의 하이드라진-일수화물 또한 첨가하여, 분산액 중 약 30 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 20 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 60 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시킨 후, 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 10.6 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.22%였다. 1시간 동안 물에 침지시킨 후 헤이즈는 약 1.3%였고, 코팅된 렌즈에서 가시적이었다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 32.8%였다. 코팅된 렌즈는 각각의 부착력 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트를 통과하였고, 즉, 8초 이상 동안 증기서림이 없었다(EN166/EN168). 그러나, 상기 코팅된 렌즈는 3분간의 테스트 동안 렌즈에서 가시적 증기서림이 나타났는 바, 초기 증기서림 방지 테스트에서는 불합격하였다.
비교예 4 - 폴리우레탄 혼합물의 제조
21.6 g의 IPDI, 31.0 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 7.4 g의 테고머 D3403, 2.8 g의 1,6-헥산디올, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 45.2 g의 냉각된 폴리우레탄 혼합물을 51.8 g의 물 중에 분산시켰다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 포함하였다.
비교예 5 - 양이온성 계면활성제를 이용한 폴리우레탄 혼합물 제조
25.4 g의 IPDI, 24.8 g의 PC 2000, 0.5 g의 트리메틸올프로판, 4.0 g의 디메틸올프로피온산, 9.9 g의 테고머 D3403, 2.5 g의 1,6-헥산디올, 및 30 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여, 27.9 g의 냉각된 폴리우레탄 혼합물은 47.4 g의 물 및 24.8 g의 4급 아민 계면활성제의 혼합물에 분산되지 못하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 12 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를, 및 폴리우레탄 고체의 약 10 중량%로 중화된 아민을 포함하였다.
비교예 6 - 수성 폴리우레탄 분산액의 제조
21.8 g의 IPDI, 27.2 g의 PC 2000, 2.1 g의 트리메틸올프로판, 11.1 g의 테고머 D3403, 2.8 g의 1,6-헥산디올, 및 35 g의 아세토니트릴을 함께 혼합하였다. 혼합물을 70℃로 가열하고, 0.01 g의 주석 촉매를 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 환경에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 생성된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 40℃로 냉각시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 45.2 g의 냉각된 폴리우레탄 프레폴리머 혼합물을 51.8 g의 물 중에 분산시켰다. 고전단 분산기를 이용하여 분산시키는 동안 0.60 g의 하이드라진-일수화물 또한 첨가하여, 분산액 중 약 30 중량%의 고체를 가지는 수성 폴리우레탄 분산액을 수득하였다. 생성된 폴리우레탄은 폴리우레탄 고체의 약 15 중량%로 폴리에틸렌 옥시드 측쇄를 포함하였다.
수성 폴리우레탄 분산액의 점도는 25℃에서 50 cps인 것으로 측정되었다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시킨 후, 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 8.6 ㎛였다. 헤이즈는 초기 헤이즈 테스트의 경우, 약 0.30%였고, 1시간 동안 물에 침지시킨 후에는 0.52%였다. 낙사식 마모 테스트 이후 헤이즈 증가는 약 19.8%였다. 각 테스트 동안 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈 상에서 증기서림이 관찰되었기 때문에 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈는 초기 증기서림 방지 테스트, 및 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트, 둘 모두에서 불합격하였다. 상기 코팅된 렌즈는 부착력 테스트를 통과하였다.
비교예 7 - 비반응성 계면활성제를 이용한 수성 폴리우레탄 분산액 제조
비교예 6의 수성 폴리우레탄 분산액 103 g을 4 g의 트리톤 X-165와 혼합하였다. 폴리카보네이트 렌즈를 12 inch/min의 인출 속도로 수성 폴리우레탄 분산액 중에 딥 코팅시켰다. 딥 코팅된 렌즈를 실온에서 30 min 동안 건조시킨 후, 90℃에서 2시간 동안 경화시켰다. 생성된 코팅된 렌즈의 코팅 두께는 약 8.6 ㎛였다. 코팅된 렌즈는 부착력 테스트 및 초기 증기서림 방지 테스트를 통과하였다. 그러나, 상기 폴리우레탄 코팅된 렌즈에서 이를 50℃ 수증기에 노출시킨 후 8초 이내에 증기서림이 나타났는 바, 상기 코팅된 렌즈는 1시간 동안 침지시킨 이후에 실시된 증기서림 방지 테스트에서는 불합격하였다.
상세한 설명에 기술되어 있는 것으로 한정되는 것으로 간주되지 않는 본 발명의 범주로부터 벗어남 없이 다양하게 변화시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 하기 제1 혼합물(A), 제2 혼합물(B) 또는 제3 혼합물(C)을 포함하는, 기재에 적용되고, 경화될 때, 투명한, 내마모성의 수세성 증기서림 방지 코팅을 제공하는 코팅 조성물:
    (A) 제1 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1 액상을 포함하는 제1 혼합물로서, 여기서, 제1 폴리우레탄은
    (i) 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올을 포함하는 제1 폴리올 성분 및 제1 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분,
    (ii) 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 폴리이소시아네이트를 포함하는 제1 폴리이소시아네이트 성분, 및
    (iii) 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제에 의해 중화되어 양쪽성 계면활성제의 염을 형성하는 디하이드록시-카복실산
    의 반응 생성물을 포함하고,
    여기서, 제1 폴리우레탄은 제1 폴리우레탄 고체의 0.01 중량% 내지 20 중량% 범위의 양으로 친수성 측쇄 세그먼트를 포함하는 것인 제1 혼합물;
    (B) 제2 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 액상을 포함하는 제2 혼합물로서, 여기서, 제2 폴리우레탄은
    (i) (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는
    (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올
    중 1 이상을 포함하는 제2 폴리올 성분 및 제2 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분,
    (ii) 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트를 포함하는 제2 폴리이소시아네이트 성분,
    (iii) 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및
    (iv) 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제
    의 반응 생성물을 포함하고,
    여기서, 제2 폴리우레탄은 제2 폴리우레탄 고체의 0.01 중량% 내지 20 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트를 포함하는 것인 제2 혼합물;
    (C) 제3 폴리우레탄, 및 물, 유기 용매, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제3 액상을 포함하는 제3 혼합물로서, 여기서, 제3 폴리우레탄은
    (i) 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올, 및
    (a) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올, 또는
    (b) 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올
    중 1 이상을 포함하는 제3 폴리올 성분 및 제3 폴리올 성분과는 상이한 1 이상의 추가의 폴리올 성분,
    (ii) (a) 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 폴리이소시아네이트, 및
    (b) 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트
    를 포함하는 제3 폴리이소시아네이트 성분,
    (iii) 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염, 및
    (iv) 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제
    의 반응 생성물을 포함하고,
    여기서, 제3 폴리우레탄은 제3 폴리우레탄 고체의 0.01 중량% 내지 40 중량% 범위의 양으로 친수성 주쇄 세그먼트, 친수성 측쇄 세그먼트, 또는 이의 조합을 포함하는 것인 제3 혼합물.
  2. 제1항에 있어서, 친수성 측쇄 세그먼트가 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 친수성 주쇄 세그먼트가 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 1 이상의 추가의 폴리올 성분이 폴리에틸렌 옥시드 측쇄 세그먼트를 가지는 디올; 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 디올; 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 주쇄 세그먼트를 가지는 트리올; 알킬 디올; 알킬 트리올; 폴리카보네이트 디올; 폴리카보네이트 트리올; 또는 이의 조합을 포함하는 것인 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 디하이드록시-카복실산이 화학식 (OH)2R4(COOH)를 가지는 화합물 군으로부터 선택되고, 여기서, R4는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 알킬기인 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제가
    (a) 화학식 R3 5-N+-O-를 가지는 아민 옥시드로서, 여기서, R5는 수소, 8 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, 1 이상의 R5는 8 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기인 아민 옥시드; 및
    (b) 화학식 R6-N+-(CH3)2-CH2-(C=O)-O-를 가지는 알킬 베타인으로서, 여기서, R6은 8 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 알킬기인 알킬 베타인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 제1 폴리이소시아네이트 성분이 차단된 폴리이소시아네이트를 추가로 포함하는 것인 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 제2 폴리이소시아네이트 성분이 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 폴리우레탄 연결부를 형성할 수 있는 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트의 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리이소시아네이트를 추가로 포함하는 것인 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트가 1개의 유리 이소시아네이트 작용기 및 2개의 차단된 이소시아네이트 작용기를 가지는 것인 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염이 음이온성 계면활성제의 산과, 이소시아네이트 반응성 작용기를 가지는 염기 사이의 중화 반응의 반응 생성물을 포함하는 것인 코팅 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염이 디메틸아미노메틸프로판올과 도데실벤젠 술폰산의 염을 포함하는 것인 코팅 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제가 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기 및 18개 이상의 탄소 원자를 가지는 소수성 탄화수소 쇄를 가지는 4급 암모늄 계면활성제를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기가 하이드록시에틸 작용기를 포함하고, 소수성 탄화수소 쇄가 스테아르아미드 또는 스테아르아미도프로필 작용기를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  14. 제12항에 있어서, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제가 스테아르아미드 또는 스테아르아미도프로필 작용기를 가지는 비스(하이드록시에틸) 4급 암모늄 계면활성제를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 유기 용매가 케톤, N-메틸 피롤리돈, 아세토니트릴, 에스테르, 글리콜 에스테르, 글리콜 에테르, 3차 알콜, 또는 이의 조합을 포함하는 것인 코팅 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 코팅 조성물이 수성 폴리우레탄 분산액, 유기 용매 폴리우레탄 용액, 또는 수성 폴리우레탄 분산액 및 유기 용매 폴리우레탄 용액의 혼합물을 포함하는 것인 코팅 조성물.
  17. 기재, 및 제16항의 코팅 조성물로부터 제조된 코팅 조성물을 경화시킴으로써 1 이상의 기재 표면상에 형성된 코팅을 포함하는 물품.
  18. 제17항에 있어서, 기재가 폴리카보네이트 물질, 아크릴 물질, 폴리비닐클로라이드 물질, 폴리비스알릴 카보네이트 물질, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 물질, 폴리에틸렌 나프테네이트 물질, 폴리올레핀 물질, 폴리우레탄 물질, 폴리티오우레탄 물질, 불소화된 중합체 물질, 금속, 또는 유리를 포함하는 것인 물품.
  19. 제1항에 있어서, 제1 폴리우레탄, 제2 폴리우레탄, 또는 제3 폴리우레탄이 다작용성 아민, 다작용성 폴리올, 우레아, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 쇄 연장제의 반응 생성물을 추가로 포함하는 것인 코팅 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 제1 폴리우레탄, 제2 폴리우레탄, 또는 제3 폴리우레탄이 프레폴리머(prepolymer)를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  21. 제1항에 있어서, 제1 혼합물을 포함하고,
    여기서, 디하이드록시-카복실산은 화학식 (OH)2R4(COOH)를 가지는 화합물 군으로부터 선택되고, 여기서, R4는 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 알킬기이고;
    여기서, 카복실릭 반응성 양쪽성 계면활성제는 아민 옥시드 및 알킬 베타인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 코팅 조성물.
  22. 제1항에 있어서, 제2 혼합물을 포함하고,
    여기서, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트는 1개의 유리 이소시아네이트 작용기 및 2개의 차단된 이소시아네이트 작용기를 가지고;
    여기서, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 음이온성 계면활성제의 산과, 이소시아네이트 반응성 작용기를 가지는 염기 사이의 중화 반응의 반응 생성물을 포함하고;
    여기서, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기 및 18개 이상의 탄소 원자를 가지는 소수성 탄화수소 쇄를 가지는 4급 암모늄 계면활성제를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  23. 제1항에 있어서, 제3 혼합물을 포함하고,
    여기서, 1 이상의 부분적으로 차단된 삼작용성 폴리이소시아네이트는 1개의 유리 이소시아네이트 작용기 및 2개의 차단된 이소시아네이트 작용기를 가지고;
    여기서, 계면활성제의 이소시아네이트 반응성 염은 음이온성 계면활성제의 산과, 이소시아네이트 반응성 작용기를 가지는 염기 사이의 중화 반응의 반응 생성물을 포함하고;
    여기서, 이소시아네이트 반응성 양이온성 계면활성제는 2개의 친수성 이소시아네이트 반응성 작용기 및 18개 이상의 탄소 원자를 가지는 소수성 탄화수소 쇄를 가지는 4급 암모늄 계면활성제를 포함하는 것인 코팅 조성물.
  24. 제1항에 있어서, 제1 혼합물 및 제2 혼합물의 조합을 추가로 포함하는 것인 코팅 조성물.
  25. 제1항의 코팅 조성물을 1 이상의 기재 표면에 적용시키는 단계, 및 1 이상의 기재 표면에 적용된 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 투명한, 내마모성의 수세성 증기서림 방지 코팅을 형성하는 방법.
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