KR101817330B1 - 마찰 감소 코팅 - Google Patents

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유이치 츠지
윌리엄 블랙우드
카즈히코 코지마
마사루 오자키
세이지 호리
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Abstract

본 발명은 고체 윤활제, 및 2 중량%의 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 적어도 1000 mPa.s의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖는 개질되거나 합성된 점토 광물을 포함하는, 표면에서 마찰 및/또는 블로킹(blocking)을 감소시키기 위한 수성 코팅 조성물을 제공한다. 증점제로 사용되는 바람직한 점토 광물은 바람직하게는 스멕타이트 점토, 예를 들어, 사포나이트, 헥토라이트, 스티븐사이트, 사우코나이트, 벤토나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 또는 몬모릴로나이트이다.

Description

마찰 감소 코팅{FRICTION REDUCING COATINGS}
본 발명은 표면에서 마찰을 감소시키기 위해 표면에 적용되도록 디자인된 감마(antifriction) 코팅에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어백(air bag) 상의 탑 코트(top coat)로 적용시키기에 적합한 마찰 감소 코팅 조성물 및 엘라스토머 베이스(base) 코트로 코팅된 에어백 직물에 관한 것이다.
에어백은 일반적으로 이의 면 중 적어도 한 면이 엘라스토머 층으로 덮여진, 합성 섬유, 예를 들어, 폴리아미드, 예를 들어, 나일론-6,6 또는 폴리에스테르로 제조된 우븐(woven) 또는 편성물(knitted fabric)로부터 형성된다. 에어백은 충분한 기계적 강도를 제공하기 위해 코팅된 후 함께 꿰메어진 편평한 직물 부분으로 제조될 수 있거나, 완전체의 우븐 솔기를 갖는 이은 데가 없는 우븐일 수 있다. 꿰메어진 에어백은 일반적으로 에어백의 내부에서 코팅된 직물 표면과 어셈블리된다. 이은 데가 없는 우븐 에어백은 에어백의 외부 상에서 코팅된다. 에어백 또는 에어백 직물을 코팅하기 위한 바람직한 엘라스토머는 경화된 오르가노폴리실록산 조성물인 실리콘 엘라스토머, 특히 수소규소화반응(hydrosilylation), 즉, 하나의 폴리오르가노실록산의 알케닐기와 폴리오르가노실록산 또는 실란과 같은 또 다른 실리콘 함유 물질의 Si-H기의 반응에 의해 경화된 실리콘 고무 코팅이다.
에어백 또는 에어백 직물을 코팅하기 위한 대안적 엘라스토머는 우레탄 중합체를 포함하는 유기 수지 엘라스토머이다. '유기 수지' 또는 '유기 중합체'에 대해, 본 발명자는 중합체 사슬을 형성하는 원자의 적어도 50%가 탄소 원자인 중합체를 의미한다.
미국 특허 5110666호에는 운전자의 사이드 에어백 또는 승객의 사이드 에어백으로 사용하기 위한 신규한 폴리카르보네이트-폴리에테르 폴리우레탄으로 코팅된 직물 기재(substrate)가 기술되어 있다.
미국 특허 6169043호에는 직물 표면 상에 낮은 투과성의 코팅을 제공하기 위한 폴리우레탄 및 폴리아크릴레이트 성분의 혼합물을 포함하는 에어백 코팅 조성물이 기술되어 있다.
미국 특허 7543843호에는 에어백 코팅으로서 하이브리드 수지의 사용이 기술되어 있다. 하이브리드 수지는 아크릴레이트, 비닐, 및/또는 실리콘과 블렌딩된 우레탄이며, 여기서 상기 성분 중 적어도 하나는 20℃ 또는 이 미만의 유리 전이 온도를 갖는다. 우레탄은 바람직하게는 폴리카르보네이트, 폴리테트라메틸렌글리콜, 실리콘-기반 디올, 또는 올레핀-기반 디올 유형이다.
실리콘 엘라스토머로 코팅된 에어백은 다수의 공개된 특허 및 출원, 예를 들어, 미국 특허 5789084호, 5877256호, 6709752호, 6425600호 및 6511754호, 및 WO-A-08/020605호 및 WO-A-08/020635호에 기술되어 있다.
엘라스토머 베이스 코트가 에어백 상의 유일한 코팅으로 남아 있는 경우, 이러한 베이스 코트의 표면 특성은, 에어백이 팽창 동안 찢어지거나 직물로부터의 엘라스토머 베이스 코트의 박리에 의해 백 불량(bag failure)을 발생시키면서 팽창되는 경우에 블로킹(blocking)(특히, 높은 주위 온도에서의 자동차 내의 에어백의 저장 및 빈틈없는 패킹 동안의 엘라스토머 코팅된 표면의 서로에 대한 점착) 및 매우 높은 응력을 발생시킬 것이다. 엘라스토머 표면 사이의 블로킹은 또한, 엘라스토머로 코팅된 직물이 롤에서 저장되는 경우에 에어백의 제조 동안 문제가 된다. 또한, 실리콘 엘라스토머 코팅과 같은 많은 엘라스토머는 경화되는 경우 높은 표면 마찰을 갖는다.
더욱이, 특정 유기 수지 베이스 코트, 특히, 우레탄 중합체 베이스 코트 또는 아미노 수지로 경화된 베이스 코트 상에 경화성 액체 실리콘 고무 탑 코트의 적용이 불쾌한 비린내를 방출하는 것으로 밝혀졌다.
US-A-5945185호에는 실록산의 함량이 5 내지 40 중량%인 실리콘 개질된 열가소성 폴리우레탄 수지로 제조된 에어백이 기술되어 있다. 이러한 에어백은 블로킹의 위험이 감소된 것으로 청구되어 있지만, 자동차 제조업체는 코팅된 직물 에어백을 사용하는 것을 선호한다.
미국 특허 6239046호에는 편물(knit), 우븐, 또는 부직포 직물 기재를 접착 폴리우레탄 층으로 코팅한 후, 엘라스토머 폴리실록산 층으로 코팅하는 것이 기술되어 있다. 이후, 우수한 공기-보유 및 우수한 열 내성을 갖는 에어 커튼 또는 에어백이 코팅된 직물 기재로부터 형성된다.
미국 특허 6177365호 및 미국 특허 6177366호에는 적어도 2개의 독립된 층을 포함하는 에어백 코팅이 기술되어 있다. 에어백 표면과 접촉하는 첫번째 층(베이스 코트)은 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 부틸 고무, 수소화된 니트릴 고무 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체의 비-실리콘 조성물을 포함한다. 두번째 층(탑 코트)은 실리콘 물질이다.
미국 특허 6177366호에는 적어도 2개의 독립되고 별개의 층을 포함하는 에어백 코팅 조성물이 기술되어 있다. 에어백 표면과 접촉하는 첫번째 층(베이스 코트)은 실리콘 엘라스토머를 포함한다. 두번째 층(탑 코트)은 바람직하게는 실리콘 수지이다.
미국 특허 7198854호에는 실리콘 엘라스토머로 코팅된 직물에 대한 감마제 실리콘 바니쉬(varnish)가 기술되어 있다. 상기 바니쉬는 가교를 가능케 하는 촉매의 존재하에서 서로 반응하는 2개의 실리콘을 함유하는 가교가능한 실리콘 조성물, 및 분말화된 (코)폴리아미드를 포함하는 미립자 성분을 포함한다.
JP-A-2004-167556호에는 단열 작용제로서 규조토(diatomaceous earth), 방출 작용제로서 탤크(talc), 및 결합제로서 벤토나이트(bentonite)를 포함하는 수성 금속 주조 몰드 코팅 작용제가 개시되어 있다.
표면에서 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 본 발명에 따른 수성 코팅 조성물은 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 포함하며, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제는 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 적어도 1000 mPa.s의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖는다. 점도는 20mm 직경의 2° 테이퍼 콘(taper cone)(ASTM D4287)을 갖는 Wells-Brookfield Cone/Plate 점도계를 이용하여 1 s-1 전단 속도로 25℃에서 측정된다. 달리 나타내지 않는 한, 본원에 기술된 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 모든 수성 분산액에 대해 제공된 점도는 상기 기술된 것과 동일한 방식으로 측정되었다.
본 발명은 또한 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제, 및 수용성 유기 중합체를 포함하는 항-블로킹 코팅으로 코팅된 에어백을 포함하며, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제는 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 25℃에서 적어도 1000 mPa.s의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖는다.
본 발명은 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위해 기재를 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서 기재는 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 포함하는 수성 코팅 조성물로 코팅되며, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제는 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 25℃에서 적어도 1000 mPa.s의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖는다.
고체 윤활제는 바람직하게는 시트 실리케이트(sheet silicate)로 달리 공지된 필로실리케이트(phyllosilicate)를 포함한다. 본 발명에서 고체 윤활제로 사용하기에 적합한 필로실리케이트의 예는 운모(mica), 탤크(talc), 예를 들어, 탤크 미세구, 카올리나이트(kaolinite), 스멕타이트(smectite), 견운모(sericite) 및 녹니석(chlorite)을 포함한다. 탤크는 광범위하게 이용가능하고, 윤활제로서 효과적이다. 녹니석이 또한 윤활제로서 효과적이고, 탤크보다 물에서 더 용이하게 분산될 수 있는 장점을 갖는다. 고체 윤활제는 추가로 또는 대안적으로 플루오로중합체, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 고체 탄화수소 왁스, 예를 들어, 폴리올레핀 왁스, 예를 들어, 미정질 폴리프로필렌 왁스, 또는 PTFE 및 왁스의 혼합물, 또는 몰리브덴 디설파이드, 흑연, 아연 설파이드 또는 트리칼슘 포스페이트, 또는 상기 중 임의의 2개 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
고체 윤활제는 바람직하게는 수성 코팅 조성물의 적어도 1 중량%, 대안적으로 수성 코팅 조성물의 적어도 3 중량%, 예를 들어, 5 또는 10 내지 40 중량%로 존재한다.
증점제로 사용되는 점토 광물은 바람직하게는 스멕타이트 점토, 예를 들어, 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 스티븐사이트(stevensite), 사우코나이트(sauconite), 벤토나이트(bentonite), 베이델라이트(beidellite), 논트로나이트(nontronite), 또는 몬모릴로나이트(montmorillonite)이다.
본 발명의 한 바람직한 양태에 따르면, 점토 광물은 수용성 유기 중합체에 의해 개질된다. 적합한 수용성 유기 중합체는 카르복실레이트기를 함유하는 중합체, 예를 들어, 카르복실-함유 추가 중합체, 예를 들어, 소듐 폴리아크릴레이트 또는 소듐 폴리메타크릴레이트를 포함한다.
점토 광물, 예를 들어, 벤토나이트 또는 몬모릴로나이트는 수용성 유기 중합체와의 사전 혼합에 의해 개질될 수 있다. 예를 들어, 점토 광물 및 수용성 유기 중합체는 물에서 균일하게 혼합된 후, 예를 들어, 스프레이 건조에 의해 혼합물이 건조될 수 있다. 생성된 건조 혼합물은 필요시 1 내지 20 ㎛ 범위일 수 있는 요망되는 입자 크기로 분쇄될 수 있다. 상기 혼합물 내의 수용성 중합체의 함량은, 예를 들어, 0.1 내지 40 중량% 범위일 수 있다.
대안적으로, 점토 광물, 예를 들어, 벤토나이트 또는 몬모릴로나이트는 알킬알콕시실란을 이용한 처리에 의해 개질될 수 있다. 알킬알콕시실란은 바람직하게는 알킬트리알콕시실란, 예를 들어, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 또는 에틸트리에톡시실란이다. 알킬알콕시실란은, 예를 들어, 순수한 액체 실란 또는 유기 용매 중 용액으로 점토 광물에 적용될 수 있다.
점토 광물의 수용액을 더욱 점성이 되도록 하기 위해 점토 광물을 개질시키기 위해 하나 이상의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 벤토나이트 또는 몬모릴로나이트와 수용액 중합체의 복합물이 알킬알콕시실란으로 처리될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 점토 광물 증점제는 인공적으로 합성된 스멕타이트, 예를 들어, 인공적으로 합성된 사포나이트, 인공적으로 합성된 헥토라이트, 및 인공적으로 합성된 스티븐사이트일 수 있다. 합성 사포나이트는 오토클레이브(autoclave) 내에서의 화합물의 열수(hydrothermal) 합성에 의해 Kunimine Industries Co., Ltd.에 의해 생산된다. 합성 사포나이트는 새하얀 분말이고, 이의 겔은 무색 투명하며, 자연 스멕타이트 겔에 비해 고도로 점성이다. 시판되는 합성 헥토라이트의 예는 Laponite의 상표명으로 Laponite Industries Ltd.에 의해 생산되는 B, RD, 및 XLG 생성물을 포함한다. 시판되는 합성 스티븐사이트의 예는 Ionite의 상표명으로 Mizusawa Chemical Industries Ltd.에 의해 생산된다. 이러한 생성물은 백색 분말이며, 물에 첨가시 졸 또는 겔을 용이하게 형성한다. 이러한 합성 스멕타이트는 일반적으로 자연 스멕타이트보다 작은 입자 크기, 예를 들어, 자연 스멕타이트의 평균 입자 직경의 단지 5 또는 10%의 평균 입자 직경을 갖는다. 이러한 합성 스멕타이트의 보다 작은 입자 크기는 이들이 보다 적은 양의 첨가로 수성 조성물을 점성으로 만들 수 있는 이유일 수 있다.
합성 점토 광물은 이의 수용액을 더욱 점성이 되도록 하기 위해 개질될 수 있으나, 이는 보통 필요하지 않다. 예를 들어, 합성 사포나이트, 헥토라이트 또는 스티븐사이트는 알킬알콕시실란으로 처리될 수 있다.
개질되거나 합성된 점토 광물 증점제는, 예를 들어, 코팅 조성물의 0.1 또는 0.2 중량% 내지 5 또는 10 중량%로 존재할 수 있다. 0.5 내지 3 중량%의 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 포함하는 수성 코팅 조성물이 종종 바람직하다.
수성 코팅 조성물은 일반적으로 에어백 직물과 같은 기재에 대한 고체 윤활제의 부착을 향상시키기 위해 유기 중합체 결합제를 필요로 한다. 수용성 유기 중합체가 코팅 조성물에 존재하는 경우, 예를 들어, 점토 광물 증점제가 수용성 중합체로 개질되는 경우, 수용성 중합체는 또한 코팅 조성물의 유기 중합체 결합제로 작용할 수 있다. 대안적으로, 표면에서 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물은 수성 분산액에 존재하는 유기 중합체 결합제를 추가로 포함한다. 따라서, 기재 표면에 존재하는 코팅은 수용성 유기 중합체로 전부 또는 부분적으로 구성될 수 있거나, 수성 조성물 내에 분산된 유기 중합체일 수 있는 유기 중합체 결합제에 분산된 고체 윤활제를 포함한다.
바람직한 유기 중합체 결합제는 폴리우레탄, 페놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 아크릴-개질된 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 아미노-포름알데히드 수지, 비닐 수지, 예를 들어, 폴리비닐 부티랄, 및 폴리아미드이미드 수지를 포함한다. 바람직한 폴리우레탄은 폴리에스테르 또는 폴리에테르 폴리올 및 방향족 또는 지방족 디이소시아네이트의 공중합체를 포함한다. 유기 중합체 결합제의 수준은, 예를 들어, 탑 코팅 조성물의 0.2 또는 0.3 중량% 내지 30 중량% 범위일 수 있다. 코팅 조성물의, 예를 들어, 5 내지 20 중량%의 유기 중합체 결합제의 수준이 종종 바람직하다. 설명을 위해, % 값이 제공되는 경우, 예를 들어, 조성물의 전체량은 항상 100%로 합계되는 것이 이해되어야 한다.
대안적으로, 결합제는 엘라스토머 생성물로 경화가능한 적합한 실리콘 기반 에멀젼일 수 있다. 분산된 상은 수성 연속 상 내에, 예를 들어, 적합한 히드록실화된 폴리디오르가노실록산 및 에멀젼화제를 포함할 수 있고, 조성물은, 예를 들어, 적합한 실리카 보강 충전제, 예를 들어, 콜로이드 실리카 및 다른 성분, 예를 들어, 유기 주석 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 유형의 조성물은 내용이 참조로서 본원에 포함되는 US4221688호에 기술되어 있다. 대안적으로, 결합제는 실록산 기반 중합체 및 적합한 자가 촉매작용 가교제, 표면활성제 및 물로부터 제조될 수 있다. 상기 유형의 조성물은, 예를 들어, 내용이 참조로서 본원에 포함되는 US5994459호에 기술되어 있다.
본 발명에 따른 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위해 기재에 존재하는 건조 코팅은, 예를 들어, 50 내지 95 중량%의 고체 윤활제, 2 내지 15 중량%의 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제, 및 45 중량% 이하의 유기 중합체 결합제를 포함할 수 있다. 건조 코팅 또는 건조 코트 중량 기준에서의 조성물 내의 범위에 대한 언급은 물 및/또는 임의의 다른 용매의 중량을 제외하도록 계산된 중량을 의미한다.
마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물은 난연제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 에어백이 연소를 돕지 않고, 에어백이 일반적으로 에어백에 적용가능한 엄격한 가연성 시험을 통과하기 위해 난연제의 첨가를 필요로 하는 것이 중요하다. 본 발명자는 본 발명의 탑 코트가 실리콘 코팅된 에어백 상에 적용되는 경우에 가연성 문제가 없으나, 난연제를 함유하지 않는 탑 코트가 유기 수지로 코팅된 에어백에 적용되는 경우, 미연방 자동차 안전성 기준 시험(US Federal Motor Vehicles Safety Standards Test) FMVSS#302 (이후, "FMVSS#302"로 언급됨)과 같은 가연성 시험을 통과할 수 없음을 발견하였다. 난연제는 탑 코트에 존재하는 경우에 가장 효과적일 수 있다. 바람직한 난연제의 예는 바람직하게는 표면 처리되지 않은 알루미늄 트리히드레이트이다. 감마 코팅 조성물은, 예를 들어, 2 내지 40 중량%, 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 알루미늄 트리히드레이트를 함유할 수 있다. 대안적인 난연제는 다른 금속 수산화물, 예를 들어, 수산화 마그네슘, 금속 산화물, 예를 들어, 산화철 및 산화티탄, 카르보네이트, 예를 들어, 탄산아연, 및 카본 블랙(carbon black)을 포함한다.
마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물은 안료, 염료, 정전 방지제, 표면활성제, 방부제, 부착 촉진물, 및/또는 악취 제거제, 예를 들어, 제올라이트 및 활성탄을 임의로 함유할 수 있다.
마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물은 다양한 기술에 의해 기재에 적용될 수 있다. 다양한 기재는 다양한 코팅 방법을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 롤러 적용, 예를 들어, 그라비어(gravure), 오프셋(offset) 롤러 또는 릭(lick) 롤러에 의하거나, 커튼 코팅에 의하거나, 공기 보조되거나 공기가 없는 스프레잉일 수 있는 스프레이에 의하거나, 나이프 오버 롤러(knife over roller)에 의해 코팅된 에어백 또는 코팅된 에어백 직물에 탑 코트로서 적용될 수 있다. 롤러 적용은 종종 적은 코팅 중량에서 균일하게 코팅시키기 위한 효과적인 방법으로서 선호된다. 직물로 옮겨지는 코팅 조성물의 양은 롤러 상의 압력 및/또는 그라비어 내의 에칭된 표면 깊이의 함수이다. 탑 코팅은 바람직하게는 건조 중량을 기준으로 0.5 또는 1 g/m2 내지 10 또는 15 g/m2의 코팅 중량으로 적용된다. 1 또는 2 g/m2 만큼 적은 코팅 중량이 요구되는 낮은 마찰 계수를 발생시킬 수 있고, 블로킹을 방지할 수 있다.
감마 코팅 조성물 중의 수성 희석제(물 + 물과 혼합된 임의의 공용매)의 양은 코팅에 필요한 점도 및 필요한 코팅 중량에 따라 조절될 수 있다. 보통, 코팅 조성물은 1.5 내지 50 중량%의 고체 함량을 갖고, 98.5 내지 50 중량%의 수성 희석제를 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 일반적으로 감소된 마찰 및/또는 감소된 블로킹이 필요한 임의의 기재에 적용될 수 있다. 코팅 조성물은 에어백 상에 탑 코트로서 적용되는 경우 또는 비행기 및 열기구 상의 비상 낙하산과 같은 다른 유사한 적용에 대해 특히 효과적이나, 이는 또한 키 패드, 몰드 제조, 와이어 코팅과 같은 다른 적용, 및 실리콘 몰딩 과정과 같은 몰딩 과정에서의 취급의 개선에 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물이 코팅된 에어백 또는 코팅된 에어백 직물에 대해 탑 코트로 적용되는 경우, 베이스 코트는 상기 언급된 특허에 기술된 것 중 임의의 것일 수 있다. 베이스 코트는 바람직하게는 지방족으로 불포화된 탄화수소 또는 히드로카르보녹시 치환기를 갖는 오르가노폴리실록산, 적어도 3개의 실리콘-결합된 수소 원자를 갖는 오르가노실리콘 가교제, 지방족으로 불포화된 탄화수소 또는 히드로카르보녹시 치환기와 Si-H기의 반응을 촉진할 수 있는 촉매, 및 보강 충전제를 포함하는 오르가노폴리실록산 조성물일 수 있다. 이러한 베이스 코트는 고도로 가요성이며, 에어백을 밀봉하는데 효과적이나, 높은 마찰 계수를 갖는다.
에어백 또는 에어백 직물 상의 베이스 코트는 대안적으로 상기 언급된 특허에 기술된 유기 수지 기반 코팅 중 임의의 것일 수 있다. 유기 수지의 한 바람직한 유형은 폴리우레탄이다. 폴리우레탄 베이스 코트는, 예를 들어, 이소시아네이트기와 히드록실 또는 아민기의 반응에 의해 직물 상에서 경화되는 반응성 폴리우레탄일 수 있거나, 열가소성 폴리우레탄일 수 있다. 경화성이거나 열가소성이건 간에, 폴리우레탄은 일반적으로 폴리올과 폴리이소시아네이트의 반응 생성물이다. 폴리올은, 예를 들어, 폴리에테르 디올, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌글리콜 디올, 폴리에스테르-폴리에테르디올, 폴리카르보네이트-폴리에테르 디올, 실리콘-폴리에테르 디올, 또는 펜던트 히드록실기를 함유하는 폴리아크릴레이트일 수 있다. 폴리이소시아네이트는 방향족 디이소시아네이트일 수 있으나, 바람직하게는 지방족 또는 지환족(cycloaliphatic) 디이소시아네이트이다. 유기 수지 베이스 코트는 US-A-7543843호에 기술된 바와 같이 아크릴레이트, 비닐, 및/또는 실리콘과 블렌딩된 폴리우레탄을 포함하는 하이브리드 우레탄일 수 있다. 이러한 하이브리드 우레탄 수지는 자동차의 에어백 구획 내에서의 저장 또는 빈틈없는 패킹 동안 코팅된 표면의 서로에 대한 점착인 블로킹을 억제하는 탑 코트를 필요로 한다. 이러한 유기 수지 베이스 코트는 다양한 탑 코트로 오버코팅(overcoating)되는 경우에 일정한 악취 문제를 갖지만, 본 발명자는 상기 수지 베이스 코트가 임의의 악취 문제 없이 본 발명에 따른 항-블로킹 코팅으로 오버코팅될 수 있는 것을 발견하였다.
베이스 코트는 대안적으로 폴리아크릴레이트, 예를 들어, 멜라민-포름알데히드 수지와 같은 아미노 수지에 의해 경화될 수 있는 펜던티 히드록실기를 함유하는 경화성 폴리아크릴레이트, 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 포함할 수 있다. 베이스 코트는 유기 수지의 블렌드, 예를 들어, 폴리우레탄과 폴리아크릴레이트 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체의 블렌드일 수 있다.
베이스 코트가 경화성인 경우, 이는 일반적으로 탑 코팅의 적용 전에 경화되지만, 대안적 방법에서, 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물이 경화되지 않은 베이스 코트에 적용될 수 있고, 베이스 코트 조성물 및 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅 조성물의 조합물이 열 경화될 수 있다.
마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅이 경화된 베이스 코트에 적용되는 경우, 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 코팅은 주위 온도에서 경화될 수 있거나, 상승된 온도, 예를 들어, 50 내지 200℃ 범위, 특히 100 내지 150℃ 범위의 온도에서 보다 신속히 경화될 수 있다. 상승된 온도에서의 경화의 한 방법은 베이스 코트를 열 경화시킨 직후 가열된 기재, 예를 들어, 코팅된 에어백 또는 에어백 직물에 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키는 코팅 조성물을 적용시키는 것을 포함한다.
본 발명의 코팅은 이러한 코팅이 적용되는 기재 상에 낮은 마찰 표면을 제공한다. 높은 마찰 계수를 갖는 코팅 상에 적용되는 경우, 본 발명의 코팅은 코팅된 에어백 표면 상의 마찰을 감소시킴에 따라 자동차에서 이용되는 경우에 운전 중에 에어백의 마모를 감소시키며, 상기 마모는 에어백의 압력 유지를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 코팅은 또한 자동차의 에어백 구획에서의 저장 또는 빈틈없는 패킹 동안의 코팅된 표면의 서로에 대한 점착인 코팅된 직물 표면의 블로킹을 억제한다. 이러한 블로킹은 에어백이 팽창되는 경우 매우 높은 응력을 야기시켜, 찢어짐 또는 직물로부터의 실리콘 베이스 코트의 박리에 의한 백 불량을 발생시킬 수 있다.
에어백 탑 코트로서의 본 발명의 코팅의 용도는 임의의 불쾌한 냄새를 발생시키지 않는다. 본 발명자는 본 발명의 코팅이 우레탄 중합체 베이스 코트, 예를 들어, US-A-7543843호에 기술된 바와 같이 아크릴레이트, 비닐, 및/또는 실리콘과 블렌딩된 우레탄 중합체를 포함하는 하이브리드 우레탄 수지 상에 적용되는 경우, 비린내 또는 암모니아성 냄새가 방출되지 않는 것을 발견하였다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시되며, 여기서 달리 표시하지 않는 한 부(part) 및 백분율은 중량 기준이다.
실시예 1 내지 4
이들 실시예에서는 벤토나이트를 소듐 폴리아크릴레이트의 수용액과 균일하게 혼합시키고, 혼합물을 건조시킨 후, 분쇄시킴으로써 형성된, 벤토나이트 및 소듐 폴리아크릴레이트를 포함하는 개질된 점토 광물 증점제 MCT1을 이용하였다. MCT1은 약 15%의 소듐 카르보네이트 및 폴리아크릴레이트의 혼합물 함량을 가졌다. MCT1의 2% 수용액은 20mm 직경의 2° 테이퍼 콘(taper cone)(ASTM D4287)을 갖는 Wells-Brookfield Cone/Plate 점도계를 이용하여 1 s-1 전단 속도로 25℃에서 측정시 20,000 mPa.s의 점도를 가졌다.
실시예 1 및 2에서, MCT1을 물에 분산시키고, 고체 윤활제(탤크 또는 녹니석)을 생성된 분산액에 분산시켰다.
실시예 3에서, 폴리우레탄 에멀젼 PU1을 물로 희석시키고, MCT1 및 탤크를 희석된 에멀젼에 분산시켰다. PU1은 상기 기술된 바와 같이 측정시 32%의 고체 함량 및 400mPa.s의 점도를 갖는 지방족-폴리에스테르 유형 폴리우레탄 자가-가교 에멀젼이다.
실시예 4에서, 개질된 폴리올레핀 PO1을 물로 희석시키고, MCT1 및 탤크를 희석된 에멀젼에 분산시켰다. PO1은 아크릴 수지로 개질된 폴리올레핀의 에멀젼이고, 이는 상기 기술된 바와 같이 측정시 30%의 고체 함량 및 500mPa.s의 점도를 갖는다.
생성되는 탑 코트 조성물의 제형이 표 1에 제시된다.
실시예 5 내지 7
이들 실시예에서는 알킬트리알콕시실란으로 처리된 벤토나이트를 포함하는 개질된 점토 광물 증점제 MCT2(Betonite SH: Hojun Co., Ltd.의 제품명)를 이용하였다. MCT2의 2% 수용액은 상기 기술된 바와 같이 측정시 4,300 mPa.s의 점도를 가졌다.
실시예 5에서, MCT2를 물에 분산시키고, 녹니석을 생성된 분산액에 분산시켰다. 실시예 6 및 7에서, PU1을 물로 희석시키고, MCT1 및 탤크 또는 녹니석을 희석된 에멀젼에 분산시켰다. 생성된 탑 코트 조성물의 제형이 표 1에 제시된다.
실시예 8
이러한 실시예는 점토 광물 증점제로서 상표 Sumecton SA로 시판되는 Kunimine Industry of Tokyo, Japan의 제품인 인공 사포나이트를 이용하였다. Sumecton SA의 2% 수용액은 상기 기술된 바와 같이 측정시 7,600 mPa.s의 점도를 가졌다. PU1을 물로 희석시키고, Sumecton SA를 희석된 에멀젼에 분산시켰다. 생성된 탑 코트 조성물의 제형이 표 1에 제시된다.
실시예 1 내지 8 각각에서, 성분을 혼합시키고, 1일 동안 그대로 두었다. 혼합물의 안정성을 시각적으로 관찰하였고, 이는 표 1에 기술되어 있다. "NG"는 고체 성분의 분리가 관찰된 것을 의미한다.
실시예 1 내지 8 각각의 코팅 조성물을 나이프 코팅에 의해 실리콘 고무의 표면에 적용시켰다(1-10g/m2). 코팅 층의 균일성을 시각적으로 관찰하였다. 코팅이 실리콘 고무를 균일하게 덮은 경우, 이는 표 1에서 균일함으로 표시되고; 코팅이 실리콘 고무를 균일하게 덮지 않은 경우, 이는 표 1에서 고르지 않음(patchy)으로 표시된다. 코팅 층을 10초 동안 180℃에서 건조시켰다.
오버코트(overcoat) 층을 갖는 실리콘 고무를 180°로 굽혔다. 오버코트 층의 임의의 크래킹을 관찰하였고, 이를 표 1에서 크랙으로 표시하였고; 크래킹을 나타내지 않은 오버코트 층은 우수함으로 표시된다.
오버코트 층의 감마 특성을 손가락 접촉의 감촉에 의해 경험적으로 평가하였다. "점착성"은 오버코트 층이 없는 실리콘 고무 표면과 동일한 접촉 감촉을 의미한다. 동일 평가를 손가락으로 오버코트 층의 표면을 10회 문지른 후에 수행하였고, 면직물로 오버코트 층의 표면을 10회 문지른 후에 수행하였다.
실시예 9 및 10의 탑 코트 조성물을 또한 스크래치 저항성에 대해 시험하였다. 코팅된 직물을 손톱으로 스크래치 형성시켰다. 코팅은 스크래치의 영향이 관찰되지 않은 경우에 우수함으로 표시하였고, 직물로부터 코팅의 리프팅(lifting) 또는 제거가 관찰된 경우에 NG로 표시하였다.
비교예 C1 내지 C8
실시예 1 내지 8에서 이용된 절차 후, 실시예 1 내지 8의 코팅 조성물에서 사용된 성분의 일부를 함유하는 코팅 조성물을 제조하였다. 제형이 표 2에 제시된다. 비교예 C6 및 C7에서 사용된 벤토나이트의 2% 수용액은 상기 기술된 바와 같이 측정시 1 mPa.s의 점도를 가졌다.
비교예 C1 내지 C8의 코팅 조성물을 실시예 1 내지 8의 코팅 조성물과 동일한 방식으로 시험하였다. 결과가 표 2에 제시된다.
Figure 112012060367009-pct00001
Figure 112012060367009-pct00002
실시예 9 및 10
실시예 1의 절차 후, 탑 코트 조성물을 표 3에 나열된 성분으로부터 제조하였다. 이러한 조성물은 난연제를 함유하였다. FR1은 평균 입자 크기 1 ㎛의 미처리된 수산화 알루미늄 미세 분말이다. FR2는 평균 입자 크기 1 ㎛의 실란 표면 처리된 수산화 알루미늄 미세 분말이다.
실시예 9 및 10의 탑 코트 조성물을 실리콘 고무에 대한 적용 대신 코팅 조성물을 상표명 Patina로 Milliken & Co., Spartanburg, SC에 의해 시판되는 코팅으로 코팅되고, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체와 블렌딩된 우레탄 중합체를 포함하는 하이브리드 우레탄 수지를 포함하는 것으로 생각되는 우븐 나일론 에어백 직물의 코팅된 표면에 그라비어 롤러 코팅에 의해 적용시키고, 경화시킨 것을 특이점으로 갖는 상기 기술된 바와 같은 방식으로 시험하였다. 탑 코트를 10 g/m2로 적용시키고, 140℃에서 열 경화시켰다.
상기 기술된 시험 외에, 실시예 9 및 10의 탑 코트 조성물을 블로킹에 대해 시험하였다. 코팅된 에어백 직물을 서로 마주하는 코팅된 표면을 갖도록 중첩시키고, 이러한 코팅된 직물 표면이 평탄하게 활주하는지 아닌지의 여부를 평가하였다. 코팅을 평탄한 활주가 관찰되는 경우에 우수함으로 표시하였고, 표면이 평탄하게 활주하지 않거나 스크래치가 발생한 경우에 NG로 표시하였다.
실시예 9 및 10의 탑 코트 조성물을, 화염을 직물의 가장자리에 적용시키고, 연소 간격 및 연소 시간을 측정하는 연소 시험에서 미연방 자동차 안전성 기준 시험 FMVSS#302에 따라 가연성에 대해 시험하였다. FMVSS#302 기준 통과의 필요조건은 100 mm/분 또는 이 미만의 연소 속도이다.
상기 모든 시험의 결과가 표 3에 제시된다.
비교예 C9에서, 고체 윤활제를 함유하지 않는 수산화 알루미늄 미세 분말 FR2로 처리된 실란 표면을 이용하였다. 비교예 C9의 코팅 조성물을 실시예 9 및 10의 코팅과 동일한 방식으로 시험하였고, 결과가 표 3에 제시된다.
Figure 112012060367009-pct00003
실시예 11, 12 및 13
실시예 11, 12 및 13은 표 4에 기술된다. 이들을 상기 기술된 실시예와 동일 방식으로 제조하고, 코팅을 나이프 코팅에 의해 적용시켰으나, 엘라스토머 생성물로 경화되는 에멀젼 형태의 적합한 실리콘 기반 결합제(이후, "실리콘 라텍스"로 언급됨)를 혼입시켰다. 실시예 11, 12 및 13에서 사용된 실리콘 라텍스 첨가물은 210 nm의 평균 입자 크기 및 약 55 중량%의 비-휘발성 성분(들)을 갖는 수중유 실리콘 기반 에멀젼이었다. 실시예 11, 12 및 13에서 사용된 실리콘 라텍스는 하기 성분을 포함한다:
·25℃에서 2,400 mPa.s의 점도를 갖는 37.0 중량%의 히드록실화된 폴리디메틸실록산,
·3.0 중량%의 디에틸아미녹시기-함유 폴리디메틸실록산,
·중량%의 메틸트리에톡시실란,
·4.0 중량%의 에멀젼화제,
·21.3 중량%의 물,
·33. 중량%의 콜로이드 실리카(유효 성분 = 30 중량%), 및
·pH 조정제로서의 0.7 중량%의 디에틸아민.
Figure 112012060367009-pct00004
시험을 모두 상기 기술된 바와 같이 수행하였고, 실시예 11, 12 및 13의 3개 모두가 우수한 결과를 발생시킨 것이 표 4로부터 관찰될 것이다.
실시예 14, 15 & 16
실시예 14, 15 및 16에서 시험된 조성물은 각각 실시예 11, 12 및 13에서의 조성물과 동일하다. 그러나, 실시예 9 및 10과 같이, 상기 조성물을 그라비어 롤러 코팅에 의해 실리콘 고무 코팅으로 코팅된 우븐 나일론 에어백 직물의 사전 코팅된 표면에 적용시켰다. 탑 코트를 140℃에서 열 경화시켰다. 경화시킨 후, 탑 코트를 분석하였고, 결과가 하기 표 5에 제공된다.
폴리우레탄(PU) 탑 코트 대신 실리콘 라텍스를 이용한 한 장점은, 그라비어 롤러가 코팅 시험 후에 물에 적신 천으로 세척되는 것만을 필요로 한다는 것이었다. PU 결합제가 사용되는 경우, 롤러의 세척을 위해 용매가 사용된다.
Figure 112012060367009-pct00005
천으로 문지른 후의 탤크의 제거의 경우, 탑 코트의 표면을 천으로 문질렀고, 탤크의 제거를 천으로 닦는 표면의 시각적 관찰에 의해 평가하였다.

Claims (25)

  1. 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물(clay mineral) 증점제(thickener)를 포함하는, 표면에서의 마찰 및/또는 블로킹(blocking)을 감소시키기 위한 수성 코팅 조성물로서, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제가, 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 1000 mPa.s 이상의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖고, 상기 고체 윤활제는 필로실리케이트(phyllosilicate)인, 수성 코팅 조성물.
  2. 삭제
  3. [청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 1항에 있어서, 고체 윤활제가 전체 수성 코팅 조성물의 3 내지 40 중량%로 존재하는 수성 코팅 조성물.
  4. [청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 1항에 있어서, 점토 광물 증점제가 수용성 유기 중합체에 의해서 개질되거나 알킬알콕시실란을 이용한 처리에 의해 개질될 수 있는 사포나이트(saponite), 벤토나이트(bentonite) 또는 몬모릴로나이트(montmorillonite)인 수성 코팅 조성물.
  5. [청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 4항에 있어서, 수용성 유기 중합체가 카르복실레이트기를 함유하는 수성 코팅 조성물.
  6. [청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 4항에 있어서, 수용성 유기 중합체가 점토 광물 증점제를 기준으로 하여 0.1 내지 40 중량%로 존재하는 수성 코팅 조성물.
  7. [청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 1항에 있어서, 점토 광물 증점제가 인공 합성된 사포나이트인 수성 코팅 조성물.
  8. [청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 1항에 있어서, 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제가 코팅 조성물의 0.2 내지 5 중량%로 존재하는 수성 코팅 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 코팅 조성물이 수성 분산액에 존재하는 유기 중합체 결합제 또는 실리콘 기반의 수성 에멀젼 형태의 실리콘 결합제를 추가로 포함하는 수성 코팅 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 코팅 조성물이 난연제(flame retardant)를 추가로 포함하는 수성 코팅 조성물.
  11. 물, 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 혼합하는 것을 포함하는, 표면에서 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위한 수성 코팅 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제가, 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 1000 mPa.s 이상의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖고, 상기 고체 윤활제는 필로실리케이트(phyllosilicate)인, 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 수용성 유기 중합체를 점토 광물과 사전 혼합하여 개질된 점토 광물 증점제를 형성시키는 방법.
  13. 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 포함하는 항-블로킹 코팅으로 코팅된 에어백으로서, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제가, 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 1000 mPa.s 이상의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖고, 상기 고체 윤활제는 필로실리케이트(phyllosilicate)인, 에어백.
  14. 기재를 고체 윤활제 및 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제를 포함하는 수성 코팅 조성물로 코팅시키는, 마찰 및/또는 블로킹을 감소시키기 위해 기재를 코팅하는 방법으로서, 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제가, 2 중량%의 상기 개질되거나 합성된 점토 광물 증점제의 수성 분산액이 1000 mPa.s 이상의 점도를 갖도록 하는 증점 특성을 갖고, 상기 고체 윤활제는 필로실리케이트(phyllosilicate)인, 방법.
  15. [청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 14항에 있어서, 유기 수지로 코팅된 직물을 상기 수성 코팅 조성물로 탑 코팅(top coating)시키는 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
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