KR101972357B1 - 수성 결합제 용액 - Google Patents

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리차드 알랜 레이놀즈
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Abstract

본 발명은 폴리아미드이미드, 폴리에테르 이미드, 및/또는 폴리아믹산 결합제 용액을 위한 수성 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 현재의 수성 결합제 용액에 대해 균등하거나 우월한 안정한 수성 결합제 용액을 제공한다.

Description

수성 결합제 용액{AQUEOUS BINDER SOLUTIONS}
본 발명의 분야는 폴리에테르설폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리이미드, 및/또는 폴리아믹산 결합제 용액에 대한 대체 용매 시스템에 관한 것이다.
플루오로중합체는, 예를 들어, 조리기구를 위한 비-점착 코팅과 같은 다수의 비-점착 및 이형 코팅 응용에 사용되어 왔다. 그러나, 퍼플루오로중합체의 비-점착 성질로 인해, 플루오로중합체의 적용 전에 기재의 표면에 접착되기 위해, 기재에 대한 플루오로중합체의 충분한 접착성을 가능하게 하기 위해, 결합제를 갖는 프라이머 층이 일반적으로 필요하다. 당업계에는, 프라이머 층 내에서 필름 형성제로서, 그리고 기재 표면 및 퍼플루오로중합체 양자 모두에 대한 접착을 위해, 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리아미드이미드(PAI) 또는 폴리에테르이미드(PEI) 또는 폴리이미드(PI), 또는 그의 조합을 포함하는 결합제 조성물이 유용한 것으로 확인되었다.
현재의 결합제 조성물은 N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로 이용하며, 이는 그의 저렴한 가용화 용량 때문이다. 예를 들어, 미국 특허 제4,014,834호(Concannon)를 참조한다. 더 최근에는, NMP의 독성 프로파일이 재평가되었으며, 전세계적인 규제 현안이 이러한 결합제 용액 내의 NMP의 사용을 최소화하거나 배제할 수 있다. 따라서, 더 환경친화적인 것으로 생각되는 유기 및 수성 기반의 대안적 용매가 필요하다. 적합한 용매는, 실질적인 농도 또는 결합제 고체 수준에서의 경우를 포함하여, 결합제를 가용화시킬 수 있을 것이며, 결합제 층 또는 기재 및 플루오로중합체 층 양자 모두에 결합하는 그의 능력에 유해한 영향을 미치지 않으면서 결합제가 표면 상에 도포되고 금속 및 고무 표면 상에 프라이머 층 또는 필름을 생성시키는 것을 가능하게 할 수 있을 것이다. 이 문제에 대한 바람직한 해결책은 이러한 결합제 용액으로부터 NMP를 완전히 배제하고 수성 결합제 용액을 제공하는 것일 것이다. 유감스럽게도, 이들 결합제 수지는 물에 완전히 불용성이다. 그러나, 물 + 공-용매 접근법은, 특히 수성 결합제 용액이 주로 물인 경우, NMP에 대한 허용가능한 대체물일 수 있으며, 공-용매는 NMP보다 훨씬 더 유리한 독성 프로파일을 갖는다. 본 발명은 상기 요구를 충족시킨다.
본 발명은, a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 유기 포스페이트, 피페리돈, 프탈레이트, 설포란, 다이메틸 설폰, 다이알킬 설폭사이드, dl-판토테닐, n-아세틸-카프로락탐, 또는 그의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는, 코팅 시스템을 위한 수성 결합제 용액에 관한 것이다.
일 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
이러한 일 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 테트라메틸 구아니딘, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
다른 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
이러한 일 실시 형태에서, 용매는 다이메틸아세토아세트아미드를 포함한다.
다른 이러한 실시 형태에서, 용매는 테트라메틸 구아니딘을 포함한다.
다른 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 유기 포스페이트, 피페리돈, 프탈레이트, 설포란, 다이메틸 설폰, 다이알킬 설폭사이드, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐 중 하나 이상으로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐 중 하나 이상으로부터 선택된다.
이러한 일 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 테트라메틸 구아니딘, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택된다.
다른 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물로부터 선택된다.
이러한 일 실시 형태에서, 용매는 다이메틸아세토아세트아미드이다.
다른 이러한 실시 형태에서, 용매는 테트라메틸 구아니딘이다.
본 명세서에 제공된 임의의 실시 형태에 있어서, c) 아민과 d) 용매가 동일한 실시 형태가 존재한다.
본 명세서에 제공된 임의의 실시 형태에 있어서, c) 아민과 d) 용매 양자 모두가 테트라메틸 구아니딘인 실시 형태가 존재한다.
본 명세서에 제공된 임의의 실시 형태에 있어서, 수성 결합제 용액이 점도 조절제, 희석 용매(thinning solvent), 결합제, 안료, 충전제, 분산 보조제(dispersing aid), 표면장력 조절제(surface tension modifier), 및 플루오로중합체 중 하나 이상을 추가로 포함하는 실시 형태가 존재한다. 이러한 일 실시 형태에서, 희석 용매는 다이에테르, 또는 알코올, 또는 글리콜 에테르이다.
발명의 내용에 기재된 바와 같은 본 발명의 실시 형태, 및 본 명세서에 기재된 임의의 기타 실시 형태는, 상호 배타적이지 않은 경우에 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에서, 수성 결합제 용액은 조성물 내의 휘발성 액체의 총량(예를 들어, 물 + 모든 용매 및 공용매의 총량)의 백분율로서 50% 이상의 물을 포함한다. 이들 수성 결합제 용액에 사용되는 용매 및 공용매는 수혼화성이거나, 그들이 분리된 상으로서 분리되지 않을 만큼 소량으로 사용된다.
본 명세서에서 희석 용매는, 조성물에 첨가될 경우에 그 조성물의 점도 감소를 초래하는 용매이다.
본 명세서에서, 양, 농도 또는 기타 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한값 및 바람직한 하한값의 목록으로 주어질 때, 이는 범위가 별도로 개시되는지와는 상관없이 임의의 상한 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 하한 범위 한계치 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하고자 하는 것이다. 범위를 기재할 때 언급되는 특정 값으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
"플루오로중합체"는, 하나 이상의 불소 원자를 포함하는 하나 이상의 중합된 단량체의 반복 단위를 포함하는 골격을 가진 단일중합체 또는 공중합체를 의미한다.
본 명세서에서, 용어 "폴리아미드이미드"(또는 "PAI")는 또한, 대안으로, 폴리아미드이미드가 유도될 수 있는 폴리아믹산 및 폴리아믹산의 염을 포함한다.
본 명세서에서, 점도 값은 실온(23℃)에서 브룩필드(Brookfield) RVDIII 점도계와 같은 브룩필드 회전 원반 점도계를 사용하여 측정한다.
본 발명은, a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 유기 포스페이트, 피페리돈, 프탈레이트, 설포란, 다이메틸 설폰, 다이알킬 설폭사이드, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함하는, 코팅 시스템을 위한 수성 결합제 용액에 관한 것이다.
본 발명은, a) 물, b) 폴리아미드이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 유기 포스페이트, 피페리돈, 프탈레이트, 설포란, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함하는, 코팅 시스템을 위한 수성 결합제 용액에 관한 것이다.
일 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
이러한 일 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 테트라메틸 구아니딘, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
다른 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물을 포함한다.
이러한 일 실시 형태에서, 용매는 다이메틸아세토아세트아미드를 포함한다.
다른 이러한 실시 형태에서, 용매는 테트라메틸 구아니딘을 포함한다.
다른 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 유기 포스페이트, 피페리돈, 프탈레이트, 설포란, 다이메틸 설폰, 다이알킬 설폭사이드, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐 중 하나 이상으로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 수성 결합제 용액은 a) 물, b) 폴리아미드이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐 중 하나 이상으로부터 선택된다.
이러한 일 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 테트라메틸 구아니딘, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 또는 그의 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택된다.
다른 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 피페리돈, 다이메틸 설폰, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물로부터 선택된다.
이러한 일 실시 형태에서, 용매는 다이메틸아세토아세트아미드이다.
다른 이러한 실시 형태에서, 용매는 테트라메틸 구아니딘이다.
플루오로중합체의 비-점착 성질로 인하여, 플루오로중합체가 기재를 코팅할 수 있도록 하기 위해서는 결합제를 함유하는 프라이머 층이 필요하다는 것이 주지되어 있다. 플루오로중합체의 예는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시(PFA), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)과 같은 플루오로중합체를 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 폴리에테르설폰 및 폴리아미드이미드와 같은 결합제는, 비-점착 마감재를 위한 프라이머 응용에 주지되어 있으며 70 중량%에 달하는 고체 수준으로 존재할 수 있다. 현재의 실시에서, 이들 결합제는 NMP 중에 가용화된다. 폴리에테르설폰은 최대 190℃의 지속적 사용 온도 및 220℃의 유리 전이 온도를 갖는 무정형 중합체이다. 폴리아미드이미드는 252℃ 이상의 온도에서 열적으로 안정하고 290℃ 이상의 온도에서 용융된다. 프라이머 층은 하나 이상의 결합제를 포함한다. 프라이머 층은, 예를 들어, 프라이머 층에 대한 플루오로중합체의 접착성 증진을 보조할 수 있는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시(PFA), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오르화 알킬 비닐 에테르 공중합체, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 플루오라이드 공중합체, 또는 그의 임의의 조합과 같은 플루오로중합체를 추가로 포함할 수 있다.
기재의 표면에 결합제를 적용하기 위해서는, 적용 전에 결합제가 용매 또는 수용액 중에 적절하게 가용화되는 것이 편리하다. 대부분의 결합제 적용은 가열 및/또는 경화 전에 표면 상에 결합제 용액을 분무하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 결합제 용액을 브러싱하거나, 침지시키거나, 롤링하거나, 미스팅하거나, 당업자에게 공지된 임의의 기타 공지 적용을 통해 적용할 수 있다.
실제적으로 말하면, 결합제가 용매 또는 용매 혼합물 중에 5 중량% 이상의 수준으로 존재하는 결합제 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 선택되는 결합제(PAI, PES, PEI, PI)는 물에 불용성이며 대부분의 유기 용매에 약간 가용성일 뿐이다. 또한, 결합제 용액은 독립적으로 입수가능하며, 용이하게 공급되고 이후에 프라이머 조성물 내에 제형화되는 것이 추가로 바람직하다. 이러한 이유로, 수성 결합제 용액을 경제적으로 수송하고 적용하여, 예를 들어, 수송되는 물 및 용매의 양을 최소화하고 사용시에 재순환되거나 보충되는 용매의 양을 최소화할 수 있도록, 수성/공용매 혼합물 중의 30 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량%의 고체 수준으로 이러한 "중간체"를 제조할 수 있는 것이 특히 바람직하다. 제형화의 용이성을 위해, 결합제 중간체는 유동가능한 용액으로서 존재해야 한다. 즉, 바람직하게는, 중간체의 점도는 시간에 따라 안정하며 20,000 mPa.s 미만이다(브룩필드 RVDIII 점도계와 같은 브룩필드 회전 원반 점도계를 사용하여 23℃에서).
본 발명을 적용할 수 있는 적합한 기재는 파이프, 포트, 팬, 및 고무 롤러를 포함하나, 이로 제한되지 않는다.
상기 실시 형태는 점도 조절제, 희석제, 안료, 충전제, 고비등점 액체, 분산 보조제, 표면장력 조절제, 플루오로중합체, 및 기타 제형 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 적합한 공-용매는 유기 액체이며, 그들의 한센 용해도 파라미터(Hansen solubility parameter)에 의해 추가로 기재될 수 있다. 한센 용해도 파라미터는 문헌[Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, second edition, 1963, pp 889-896]에 상세하게 논의되어 있다. 한센 용해도 파라미터는 분자 사이의 분산력으로부터의 에너지 항(δd), 분자 사이의 쌍극자 분자간 힘으로부터의 에너지(δp), 및 분자 사이의 수소 결합으로부터의 에너지(δh)에 대한 기여를 기반으로 한다.
폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드의 수용액을 위한 후보 공-용매의 한센 파라미터의 범위는 표 1에 열거되어 있다. 후보 공-용매의 예는 하기에 열거되어 있다(표 2 참조). 제1 요건으로서, 본 발명에 유용한 적합한 용매 혼합물은 결합제의 안정한 용액을 생성시킬 것이며(수성/용매 혼합물 중의 10 중량% 이상, 바람직하게는 30 중량% 이상의 수지 결합제 고체에서) 기재의 표면 상에 폴리아미드이미드 및/또는 폴리에테르 이미드의 균일한 필름을 침착시킬 수 있다.
Figure 112014074297941-pct00001
수성 결합제 용액에 있어서, 용액은 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, 물, 아민, 및 하나 이상의 용매를 포함한다. 적합한 아민의 예는, 트라이에틸아민, 다이메틸 에탄올아민, 에틸 2-하이드록시에틸 아민, 트라이부틸 아민, 트리스(2-하이드록시에틸) 아민, N, N-다이메틸아닐린, 모폴린, 피리딘, N-메틸 피롤, 에틸 비스(2-하이드록시에틸)아민, 테트라메틸 구아니딘, 및 그의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 적합한 용매의 예는, dl-판토테닐, n-아세틸카프로락탐, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리논(N,N 다이메틸에틸렌우레아), 감마-발레로락톤, 트라이메틸 포스페이트, 트라이에틸포스페이트, 델타-발레로락탐, 엡실론-카프로락탐, N-메틸카프로락탐, 아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, N-메틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 피페리돈, 다이에틸 아세토아세트아미드, 다이메틸 설폰, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다.
아민과 용매는 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 수용액은 폴리아미드이미드, 물, 및 테트라메틸 구아니딘일 수 있으며, 여기서 테트라메틸 구아니딘은 아민 및 용매 양자 모두의 역할을 한다. 폴리에테르 이미드 결합제 용액에 있어서도 마찬가지이다.
수성 폴리아미드이미드 결합제 용액에 있어서, 용매 혼합물(물 + 용매)은 총 조성물의 30 내지 90%, 바람직하게는 30 내지 75%로 존재한다. 일 실시 형태에서, 용매 시스템은 2개의 유기 용매를 포함한다. 2개의 유기 용매는 50:50의 비율로, 바람직하게는 90:10의 비율로 존재할 수 있다.
소정 실시 형태에서는, 기재의 표면 상에서의 용액의 퍼짐성을 증진하기 위해 점도 조절제 및 희석 용매가 필요하다. 적합한 점도 조절제 및 희석 용매는 결합제와 불리하게 반응하거나 영향을 주지 않으면서 용매의 점도를 감소시키는 임의의 액체이다. 점도 조절제의 예는, 1-부탄올, 2-프로판올, 트라이에틸렌 글리콜, 프로필 프로피오네이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸 아세테이트, 및 그의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다.
임의의 상기 실시 형태에서, 기재의 표면에 대한 결합제 용액의 적용을 가능하게 하고, 또한 용매의 용이한 제거를 가능하게 하여 프라이머 층을 형성시키기 위해, 상기 정의된 바와 같은 다양한 용매로 결합제 용액을 제조할 수 있다. 적합한 용매는 또한, 부가적인 구성요소, 예를 들어, 점도 조절제, 희석제, 안료, 충전제, 고비등점 액체, 분산 보조제, 표면장력 조절제, 및 플루오로중합체, 및 존재할 경우에 프라이머 성능을 증진하는 기타 첨가제를 가용화시킬 것이다.
본 발명의 결합제 용액은 코팅에 유용하며, 특히 비-점착 조리기구를 위한 프라이머와 같은 비-점착 플루오로중합체 코팅을 위한 프라이머에 유용하다. 결합제 용액은 또한, 예를 들어, 정량 흡입기의 내부의 기본 코트(예를 들어, 천식 치료제용 흡입기의 내부 표면 상에 사용되는 바와 같음)와 같은 기타 코팅 응용에 사용된다.
실시예
수성 수지 용액
수성 폴리아미드이미드-기반의 프라이머 또는 폴리에테르 이미드-기반의 프라이머 또는 원-코트 시스템(one-coat system)의 제조 절차는 하기와 같다:
폴리아미드이미드를 물에 가용성이 되게 하여 수성-기반의 코팅에 사용할 수 있게 하기 위해, 먼저 폴리아미드이미드를 폴리아믹산-아민 염으로 전환시켰다. 승온(35 내지 65℃)에서 6 시간의 기간 동안 물과 후보 용매의 혼합물 내에서 원료 PAI 분말을 아민(가장 통상적으로는, 트라이에틸아민과 같은 3차 아민)과 반응시켰으며, 여기서 후자는 반응을 촉매/가속시키는 역할을 한다. 이 공정은 아민-중화 폴리아믹산의 수용성 수지를 생성시킨다.
패들 교반기를 가진, 물을 함유하는 혼합 용기 내에 아민-중화 폴리아믹산을 첨가하였다. 아민-중화 폴리아믹산을 첨가하고, 용해도를 보장하기 위해 완전히 용해되고 균일해질 때까지 패들 교반기로 교반하였다(실온). 목적하는 경우, 충분한 안료 분산액을 첨가하여 목적하는 임의의 색을 생성시키고, 교반하였다. 마찬가지로, 필요한 경우에, 소정량의 플루오로중합체 분말 또는 사전-분쇄(pre-milled) 플루오로중합체를 첨가하고 교반한 후, 내마모성, 개선된 습윤성 또는 접착성, 외관, 또는 기타 성능 품질을 위한 임의의 첨가제를 첨가하고, 균일해질 때까지 조성물을 교반하였다. 건조 필름을 제공하기 위한 승온에서의 최종 경화까지, PAI는 아민-중화 폴리아믹산 형태로 유지되며; 경화 중에 아민 구성요소가 축출되고 PAI가 재형성된다.
중간체로서, 전형적인 수성 결합제 용액은 하기의 조성을 갖는다:
20 내지 40% 물
20 내지 40% 수지 결합제(PAI 또는 PEI)
5 내지 15% 아민
5 내지 20% NMP-대체 용매
5 내지 20% 공-용매(희석 용매)
유사한 절차를 사용하여 수성 폴리에테르 이미드-기반의 코팅 조성물을 제조할 수 있다.
주어진 용매가 수지를 위한 공-용매로서 적합한 후보일 수 있는지 여부를 결정하는 단계에서, 코팅 제형에서의 사용의 현실적인 관점에서, 수지는 주어진 용매 중에 10% 이상의 정도까지 가용성이어야 할 것으로 생각되었다. 바람직하게는, 수지는 주어진 용매 중에 30%의 정도까지 가용성이어야 한다.
10 g의 수지(PAI의 경우, 벨기에 브뤼셀 소재의 솔베이 SA(Solvay SA)로부터 입수된 톨론(상표) AI-10; 또는 PEI의 경우, 사우디 아라비아 리야드 소재의 사빅 인터내셔날(SABIC International)로부터의 울템(Ultem)(상표) 1000)를 사용하고, 이어서 수지 및 용매의 총 중량이 100 g이 되게 하기에 충분한 양으로 용매를 첨가하여 실시예 1 내지 21을 제조하였다.
표 2에 나타낸 용해도 결정에 있어서, 기타 제형 구성요소는 포함되지 않았다(안료 또는 플루오로중합체 또는 제형 첨가제가 없음). 혼합물을 실온에서 6 시간 동안 교반한 후에, 상청액 액체를 따라내고 200℃에서 30 분 동안 건조시켰다. 건조 고체의 중량을 원래의 10 g 샘플로부터 감산하여 100 g의 용액 중에 가용성인 수지의 근사량을 결정하였다. 건조 고체가 남아 있지 않는 경우, 수지는 100 g의 수지 용액 당 10 g 이상의 수지의 정도로 가용성인 것으로 생각되었으며, 이를 10의 점수로 표기하였다. 예로서, 4.0 g의 건조 수지 고체가 남아 있었다면, 6.0 g의 수지가 용매에 의해 가용화된 것으로 생각되었으며, 이를 6의 점수로 표기하였다(용매 용액 중의 대략 6 중량% 수지를 의미함). 각각의 후보 공-용매에 대해 PAI를 사용하여 시험을 수행하고 점수(0 내지 10)를 기록하였다. 10의 점수가 용매 중에 10 중량% 이상의 수지의 용해도가 가능할 것임을 나타내는 것을 제외하고는, 점수는 용매 중에 가용성인 수지의 근사 중량%에 상응한다.
Figure 112014075475939-pct00004
일부 경우에는, 용해도 특징의 관점에서 유망하지만, 하기의 용매는 바람직하지 않은 독성 프로파일로 인해 상업적인 시스템에서의 사용에 있어서 고려 대상으로부터 배제되었다: 2-피롤리디논, DMAC(다이메틸아세트아미드), DMF(다이메틸포름아미드), NEP(N-에틸 피롤리돈), 비닐 카프로락탐, 5-메틸-2-하이드록시에틸 피롤리돈, 5-메틸-2-피롤리디논, 1,5 다이메틸 피롤리돈, 테트라메틸우레아, NVP(N-비닐 피롤리돈), N-메틸카프로락탐, 및 푸르푸랄. 부가적으로, 설포란, LP-100(옥틸 피롤리돈), 및 다이메틸 프탈레이트는, 그들이 PAI 또는 PEI를 임의의 유의적인 정도로 가용화시킬 능력이 없음으로 인해 배제되었다.
나머지 후보를 코팅 응용에서 시험하였다. 플루오로중합체 코팅에서 이들 결합제의 주목적은 프라이머 층으로서 기재에 대한 코팅의 접착성을 제공하는 것이다(이는 결국, 기재에 대한 프라이머의 접착성 및 프라이머의 상부에 적용된 플루오로중합체 코팅 층에 대한 프라이머의 접착성을 필요로 함). 나머지 후보 결합제 용액을, 기재에 대한 접착성, 크로스 해치 테이프 접착성(Cross Hatch Tape Adhesion)시험(CHTA 시험)과 더불어, 접착성/내마모성 시험, 기계적 타이거 포(Mechanical Tiger Paw) 시험(MTP 시험)에 대해 산업 시험에서 평가하였다.
시험한 수지 용액 모두가 평탄한 코팅을 생성시켰다.
시험 절차 ― 크로스 해치 테이프 접착성 시험(ASTM D3359)
시험 절차는 ASTM D3359-92a의 절차에 따른다. NMP의 대체를 위한 용매의 기본 스크리닝을 완결하기 위한 목적으로, 7.6 및 10.2 미크론(0.3 및 0.4 밀)의 상대적 필름 두께로 기본 PTFE 톱코트(topcoat)와 함께 충전되지 않은 청색 프라이머(unfilled blue primer)를 사용하였다.
수성 프라이머의 기본 조성:
55 내지 65% 물
5 내지 6% PAI
2 내지 5% NMP 대체
2 내지 6% 공-용매
5 내지 10% 계면활성제
1 내지 4% 아민
5 내지 10% 플루오로중합체
5 내지 10% 안료
0 내지 10% 기타 첨가제
수성 톱코트의 기본 조성
35 내지 65% 물
30 내지 45% 플루오로중합체
7 내지 12% 계면활성제
0 내지 10% 기타 첨가제
하기 2-단계 공정을 사용하여 평탄한 알루미늄 프라이 팬에 분무에 의해 코팅을 적용하였다: (a) 프라이머 코팅을 팬 상에 분무하고, 65.5℃(150℉)에서 5 분 동안 건조시켰다; (b) 톱코트를 프라이머 상에 분무하고, 427℃(800℉; 측정된 금속 온도)에서 10 분 동안 경화시켰다. 1 mm 간격을 갖는 그리드 템플레이트를 이용하여 코팅을 통해 나금속(bare metal)까지 건조 필름에 블레이드로 금을 새긴다. 크로스해치 템플레이트를 이용하여 11개의 평행 절단을 실행하였으며, 이어서 제1 시리즈의 절단에 직각으로 이 절차를 반복하여, 코팅 내에 100개 정사각형의 그리드를 생성시켰다. 접착 테이프(스카치(Scotch) 테이프, 3M(쓰리엠), 미국 미네소타주 세인트 폴 소재)를 금이 새겨진 영역 위에서 각각의 코팅 표면에 대해 균등하게 누르고, 이어서 90도 각도로 균등하게 당겨올린다. 하기와 같이 테이프에 의해 제거되거나 들어올려진 페인트 필름의 양에 따라 기재에 대한 접착성을 평가하였다:
등급 "A" ― 모든 절개가 평탄하고, 정사각형에, 모서리에, 또는 절단의 교차점에, 접착성의 손실이 없다.
등급 "B" ― 절단의 교차점에 미약한 박리가 발견된다.
등급 "C" ― 절단의 교차점을 따라 접착성의 상당한 손실이 있고 정사각형 내에 접착성 손실이 있다.
등급 "D" ― 접착성의 완전한 손실.
시험 절차 ― 기계적 타이거 포 시험
기계적 타이거 포 시험(MTP 시험)은, 코팅된 팬 또는 원반을 대략 204℃(400 F)로 가열하는 단계, 및 중량이 부과된, 3개의 볼펜 심을 가진 회전 헤드를 표면 위에서 전후로 이동시킴으로써 마모 패턴을 생성시키는 단계로 구성된다. 새로운 팬(등급=10)을, 금속 기재까지 내려가는 코팅의 연속하는 "돌파(breakthrough)"가 관찰되는(등급 =5) 시험 완결까지 진행시킨다. "5"의 등급에 도달하는 시간이 길수록, 코팅의 내마모성이 양호하다. MTP 시험 결과는 분 단위로 측정된다.
Figure 112014074297941-pct00003
임의의 대체 결합제 용액의 요건은, NMP를 이용하는 현재의 수성 결합제 용액에 비교하여 그것이 접착성 및 내마모성 시험에서 동일하거나 더 양호한 성능을 가져야 한다는 것이다. "B"의 CHTA 등급은 허용할 수 없는 것으로 생각되며, 55 분 미만의 MTP 결과도 그러하다. 하기의 후보 공-용매는 기재에 대한 충분한 접착성을 유발하는 수성 결합제 용액을 생성시키지 못하였고: 다이메틸 피페리돈(졸본), 다이메틸프로필렌 우레아, 및 다이에틸 아세토아세트아미드; 나머지 중에서, 하기의 후보 공-용매는 충분한 내마모성을 유발하는 수성 결합제 용액을 생성시키지 못하였다: N-메틸 아세토아세트아미드 및 다이메틸설폰. 기재에 대한 양호한 접착성 및 양호한 내마모성을 유발하는 수성 결합제 용액을 생성시키는 바람직한 공-용매는 다이메틸 아세토아세트아미드, 아세토아세트아미드, 및 테트라메틸구아니딘을 포함한다. 바람직한 공-용매에 있어서, 폴리에테르 이미드를 포함하는 수성 결합제 용액 또한 제조되었으며, 기재에 대한 양호한 접착성 및 양호한 내마모성을 가진 평탄한 코팅을 생성시키는 것으로 확인되었다. 취급 용이성 및 입수가능성에 있어서, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드의 수성 결합제 용액에 사용하기에 가장 바람직한 공-용매는 다이메틸 아세토아세트아미드이다.

Claims (8)

  1. a) 물, b) 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드, c) 아민, 및 d) 하나 이상의 용매를 포함하며; 여기서 하나 이상의 용매는 아세토아세트아미드, 구아니딘, 또는 그의 혼합물을 포함하는 수성 결합제 용액.
  2. 제1항에 있어서, 점도 조절제(viscosity modifier), 희석 용매(thinning solvent), 결합제, 안료, 충전제, 분산 보조제(dispersing aid), 표면장력 조절제(surface tension modifier), 및 플루오로중합체 중 하나 이상을 추가로 포함하는 수성 결합제 용액.
  3. 제2항에 있어서, 희석 용매가 다이에테르, 알코올, 또는 글리콜 에테르인 수성 결합제 용액.
  4. 제1항에 있어서, 용매가
    아세토아세트아미드, 다이메틸 아세토아세트아미드, n-메틸 아세토아세트아미드, 다이에틸 아세토아세트아미드, 테트라메틸 구아니딘, 또는 그의 혼합물로부터 선택되는 수성 결합제 용액.
  5. 제1항에 있어서, c) 아민 및 d) 용매가 동일한 수성 결합제 용액.
  6. 제5항에 있어서, c) 아민 및 d) 용매 양자 모두가 테트라메틸 구아니딘인 수성 결합제 용액.
  7. 제1항에 있어서, 용매가 다이메틸아세토아세트아미드를 포함하는 수성 결합제 용액.
  8. 제1항에 있어서, 용매가 테트라메틸 구아니딘을 포함하는 수성 결합제 용액.
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