KR102400413B1 - 충전제 - Google Patents

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Abstract

수지 개질제 예컨대 발연 실리카를 포함하는 경화된 열경화성 조성물의 고체 입자로 구성된 분말화된 충전제, 경화된 고체 입자의 제조 방법, 분말화된 충전제를 포함하는 조성물, 및 조성물로부터 제조된 물품이 개시된다. 구현예에서, 고체 입자는 구형 형태이고, 투명하거나 반투명하며, 20 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는다.

Description

충전제 {FILLERS}
본 발명은 중합체 복합물에서 충전제로서 사용될 수 있는 경화된 수지 입자, 및 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 충전제로서 본 발명의 수지 입자를 포함하는 젤 코트 조성물은 향상된 수선성(reparability), 및 향상된 색상 안정성을 갖는 경화된 젤 코트를 제공한다.
젤 코트는 복합 성형 물품의 외부 표면 층으로서 다수의 적용에서 널리 사용된다. 젤 코트는 전형적으로 환경에 노출되고 내습성, 균열(cracking)에 대한 내성 및 유사한 특성을 나타내어야 하는 복합 물품에서, 또는 강하고, 유연한, 내마모성 및 내충격성 표면 및/또는 매끄러운 광택 있는 마무리를 필요로 하는 복합 물품에서 발견된다. 이러한 물품의 예는 보트 선체, 욕조 외장, 수영장, 스파, 및 자동차 및 트럭의 바디 패널 등을 포함한다.
이러한 젤-코팅된 물품은 전형적으로 젤 코트 조성물을 개방 몰드의 내부 표면 상에 분무하고, 섬유 복합 물질 및 라미네이팅 수지를 젤 코트 상에 적용하고, 젤 코트 및 라미네이팅 수지를 경화시킨 후, 경화된, 젤-코팅된 물품을 몰드로부터 제거함으로써 형성된다. 젤-코팅된 물품은 또한 복합 물질을 멀티-파트(multi-part) 몰드에 적용하고, 젤 코트 조성물을 사출 또는 적용하고, 몰드를 폐쇄하고, 젤 코트를 경화시킨 후 경화된, 젤-코팅된 물품을 몰드로부터 제거함으로써 제조될 수 있다.
복합 물품을 위한 젤 코트는 전형적으로 열경화성 기반 수지 시스템 예컨대 불포화 폴리에스테르, 아크릴레이트 또는 불포화 우레탄 유형 수지로부터, 혼입된 충전제, 안료, 틱소트로피제, 및 기타 첨가제와 함께 제형화된다. 젤 코트 조성물은 몰드에의 적용을 용이하게 하게 하지만, 또한 적용된 후에 처짐(sagging) 또는 흐름(running)에 대해 저항성이도록 고 전단에서 낮은 점도를 나타내어야 한다. 젤 코트의 또 다른 중요한 특성은 표면 점착성 및 경화 시간이다. 젤 코트는 바람직하게는 10 내지 20 분의 젤 타임을 갖는다.
무기 및/또는 유기 충전제를 젤 코트 조성물에 혼입시키는 것이 공지되어 있다. 젤 코트에의 혼입을 위한 유기 충전제는 2 가지 방법에 의해 제조되었다. Bauchet et al, US 8,906,502 에서, 유기 충전제 물질은 큰 블록으로 경화된 후, 원하는 입자 크기로 분쇄된다. 이러한 접근은 경화된 (가교된) 열경화성 물질의 분쇄가 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 바람직하지 않다.
미세 입자 형태의 유기 충전제는 또한 Masawaki et al, US 2003/0114622 에 의해 수성 분산액 중 유기 수지의 중합에 의해 제조되었다. 그러나, Masawaki 의 방법에 의해 제조된 유기 입자는 불투명하며 색상이 밝다. 결과적으로, 충전제로서 젤 코트 조성물에 혼입될 때, 입자는 젤 코트에 백색성(whiteness) 및 불투명성을 제공한다. 예를 들어, Masawaki 방법에 의해 제조된 유기 입자의 충전제를 포함하는 검은색으로 착색된 젤 코트 조성물은 전체적으로 분산되어 있는 가시적인 흰색 입자에 의해, 색상이 검은색 보다는 바람직하지 않게 회색인 젤 코트를 제조할 수 있다. 젤 코트 및 기타 적용에서, 충전제가 물질의 의도하는 색상을 변경할 수 있는 색상 또는 불투명성을 부여하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 개요
본 발명은 수성 유화액 또는 분산액에서 중합되어, 구현예에서, 10 μm 이하의 입자 직경을 갖고, 수지 조성물 또는 복합 물질 (예를 들어, 젤 코트) 의 의도되는 색상을 변경하는 색상 또는 불투명성을 부여하지 않는 경화된 수지 미세 분말, 또는 입자성 충전제를 제조할 수 있는 수지 블렌드 조성물을 제공한다. 구현예에 따르면, 수지 블렌드 조성물은 열경화성 에틸렌성 불포화 경화성 조성물, 계면활성제, 경화제 및 친수성 수지 개질제를 포함한다. 구현예에서, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다.
본 발명은 또한 구현예에서, 10 μm 이하의 입자 직경을 갖는 경화된 수지 미세 분말의 제조 방법을 제공한다. 구현예에 따르면, 경화된 수지 미세 분말은 열경화성 에틸렌성 불포화 경화성 조성물, 계면활성제, 경화제 및 친수성 수지 개질제로 구성된 수지 블렌드 조성물의 수중유 유화액 또는 분산액을 형성하고, 유화액 또는 분산액을 경화시켜 입자 슬러리를 형성하고, 입자 슬러리를 건조시키고, 건조된 물질을 입자로 축소시킴으로써 제조될 수 있다. 구현예에서, 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다.
구현예에서, 수지 입자는 0.1 μm 내지 20 μm 미만 범위 (예를 들어, 0.3 μm 내지 10 μm) 의 비교적 작은 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 수지 입자는 20 μm 내지 200 μm 범위 (예를 들어, 100 μm 내지 200 μm) 의 비교적 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 구현예에서, 수지 입자는 수지 매트릭스 내에서 충전제 물질로서 사용되는 경우 형태가 구형이고 투명하거나 반투명하다.
발명의 상세한 설명
정의
반대로 언급되고, 문맥으로부터 암시적이거나, 또는 당업계에서 통상적인 것이 아닌 한, 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 하고, 모든 시험 방법은 본 개시의 출원일자로 통용되는 것이다. 미국 특허 실무의 목적을 위해, 임의의 참조된 특허, 특허 출원 또는 공개의 내용은 특히 정의의 개시 (본 개시에서 구체적으로 제공된 임의의 정의와 모순되지 않는 정도로) 및 당업계의 일반적인 지식과 관련하여 그 전문이 참조로 포함된다 (또는 이의 동등한 US 버젼이 참조로 포함된다).
본원에 개시된 수치 범위는 하한치 및 상한치를 포함하는 모든 값을 포함한다. 명확한 값 (예를 들어, 1 또는 2, 또는 3 내지 5, 또는 6 또는 7) 을 함유하는 범위에 대해, 임의의 2 개의 명확한 값들 사이의 임의의 하위 범위가 포함된다 (예를 들어, 1 내지 2; 2 내지 6; 5 내지 7; 3 내지 7; 5 내지 6; 등).
본원에 사용되는 바와 같은 용어 "a" 또는 "an" 은 하나 또는 하나 초과로 정의된다. 또한, 청구항에서 "적어도 하나", "적어도 둘" 및 "하나 이상" 과 같은 도입 문구의 사용은 부정관사 "a" 또는 "an" 에 의한 또 다른 청구항 구성 요소의 도입이 이러한 도입된 청구항 구성 요소를 함유하는 임의의 특정 청구항을, 동일한 청구항이 도입 문구 "하나 이상의" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an" 과 같은 부정관사를 포함하는 경우에도, 오직 하나의 이러한 구성 요소를 함유하는 장치 등으로 제한하는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동일한 내용이 정관사의 사용에도 적용된다.
용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "갖는(having)" 및 이들의 파생어는 동일한 내용이 구체적으로 개시되어 있는지 여부와 상관 없이 임의의 추가적인 성분, 단계 또는 절차의 존재를 배제하는 것으로 의도되지 않는다. 의심의 여지를 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 청구되는 모든 조성물은, 반대로 언급되지 않는 한, 중합체성이든 아니든 간에 임의의 추가적인 첨가제, 아쥬반트, 또는 화합물을 포함할 수 있다. 반면, 용어 "본질적으로 이루어지는"은 작동성에 본질적이지 않은 것을 제외하고 임의의 연속적인 설명의 범위로부터 임의의 다른 성분, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "로 이루어진"은 구체적으로 기술되거나 열거되지 않은 임의의 성분, 단계 또는 절차를 배제한다.
달리 명시하지 않으면, 성분의 Wt.% 는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 구현예는 경화된 수지 입자, 수지 입자를 포함하는 조성물, 조성물로부터 제조된 물품, 및 수지 입자의 제조 방법을 포함한다. 구현예에서, 본 발명의 방법에 따라 제조되고 수지 조성물 또는 복합 물질에서 충전제로서 사용되는 경화된 수지 입자는 반투명하며 실질적으로 수지 조성물 또는 복합 물질에 색상 또는 불투명성을 부여하지 않는다. 구현예에서, 충전제로서 첨가된 수지 입자로 제조된 검은색 젤 코트는 일반적으로 6.0 내지 7.2 범위인 밝기 L 값을 갖는다.
본 발명의 방법으로, 구현예에서, 일반적으로 10 μm 이하의 평균 직경을 갖는 구형 입자로 구성된 경화된 수지 미세 분말이 제조될 수 있다.
구현예에 따르면, 경화된 수지 미세 분말은 하기에 의한 유화액 중합으로 제조될 수 있다: A) 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, B) 계면활성제, C) 경화제, D) 선택적인 촉진제, E) 친수성 수지 개질제, 및 F) 선택적인 첨가제를 포함하는 수지 블렌드 조성물의 수중유 유화액 또는 분산액을 형성하고; 유화액 또는 분산액을 경화시켜 입자 슬러리를 형성하고; 입자 슬러리를 건조시키고; 및 건조된 물질을 원하는 크기를 갖는 입자로 축소시킴. 구현예에서, 수지 입자는 0.1 내지 ≤10 μm 의 평균 직경을 갖는다. 일부 구현예에서, 수지 입자는 10 μm 초과, 예를 들어, 20 μm 이하, 100 μm 이하, 및 200 μm 이하의 평균 직경을 갖는다.
구현예에서, 수지 블렌드 조성물은 A) 75 Wt.% 에서 98 Wt.% 까지의 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, B) 0.5 Wt.% 에서 5 Wt.% 까지의 계면활성제, C) 0.5 Wt.% 에서 5 Wt.% 까지의 자유-라디칼 개시제 (경화제), D) 0 Wt.% 에서 2 Wt.% 까지의 촉진제, 및 E) 0.5 에서 12 Wt.% 까지의 친수성 수지 개질제를 포함한다. 앞서 언급한 성분의 Wt.% 는 수지 블렌드 조성물의 총 중량 (유화 수성 (예를 들어, 물) 성분 제외) 을 기준으로 한다.
A) 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물. 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물은 에틸렌성-불포화 수지, 및/또는 하나 이상의 가교성 에틸렌성-불포화 단량체를 포함하며, 이는 자유-라디칼 중합에 의해 경화 또는 가교될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 에틸렌성-불포화 수지는, 예를 들어, 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지, (메트)아크릴레이트 수지, 에폭시 (메트)아크릴레이트 수지, 및 우레탄 (메트)아크릴레이트 수지를 포함한다. 구현예에서, 에틸렌성-불포화 경화성 조성물은 0 Wt.% 에서 100 Wt.% 까지의 에틸렌성-불포화 수지를 포함한다.
에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지. 본 발명에 사용하기 위한 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지는 액체일 수 있거나, 또는 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지를 에틸렌성-불포화 단량체 (예를 들어, 스티렌 등) 에 용해시킴으로써 액체로 제조될 수 있다.
에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지는 하나 이상의 다가 알콜 및 하나 이상의 α,β-불포화 2염기산 및/또는 이들의 무수물의 축합 중합에 의해 수득될 수 있다. 하나 이상의 다가 알콜 및 하나 이상의 α,β-불포화 2염기산 및/또는 이들의 무수물 이외에, 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지는 또한 1관능성, 2관능성 또는 다관능성 포화 2염기산 및/또는 이들의 무수물로부터 제조될 수 있다.
다가 알콜의 비제한적인 예는 네오펜틸 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 만니톨, 1,3-프로판디올, 1,6-헥산디올, 펜타에리트리톨, 펜타에리트리톨 유도체 예컨대 펜타에리트리톨 디알릴 에테르, 수소첨가된 비스페놀 A, 비스페놀 A, 하이드록실-관능성 비스페놀 A 유도체, 트리메틸올프로판, 트리메틸올에탄, 및 2-메틸-2-부틸-1,3-프로판디올 등, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
α,β-불포화 디- 또는 폴리카복실산 및/또는 이들의 무수물의 비제한적인 예는 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산, 클로로말레산, 알릴숙신산, 메사콘산 등, 및 이들의 무수물, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
포화 모노-, 디- 또는 폴리카복실산 및/또는 이들의 무수물의 비제한적인 예는 하기를 포함한다: 벤조산, 아세트산, 아세트산 무수물, 이소프탈산, 오쏘프탈산, 테레프탈산, 아디프산, 숙신산, 숙신산 무수물, 세바스산, 1,3-시클로헥산디카복실산, 1,4-시클로헥산디카복실산, 프탈산 무수물, 테트라하이드로프탈산 무수물, 메틸테트라하이드로프탈산 무수물, 엔도메틸렌테트라하이드로프탈산 무수물, 테트라브로모프탈산 무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 트리멜리트산, 트리멜리트산 무수물 등, 및 이들의 혼합물.
에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지와 에틸렌 α,β-불포화 이중 결합을 갖는 중합 가능한 단량체 (예를 들어, 스티렌 등) 를 블렌딩하여 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지를 제조하는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다. 또한, 많은 적합한 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지는 수지 제조사, 예컨대 POLYNT Composites US 로부터 시판된다.
(메트)아크릴레이트 수지. 본 발명에 사용하기 위한 (메트)아크릴레이트 에스테르 수지는 메타크릴산 또는 아크릴산, 또는 메타크릴 및 아크릴산의 블렌드와 전술한 바와 같은 다가 알콜의 축합에 의해 메타크릴, 아크릴 또는 혼합된 메타크릴/아크릴 에스테르를 제조하여 제조될 수 있다. (메트)아크릴레이트 에스테르 수지는 또한 메타크릴산 또는 아크릴산, 또는 메타크릴 및 아크릴산의 블렌드와 중합체성 다가 알콜 예컨대 폴리에스테르 폴리올 및/또는 폴리에테르 폴리올의 축합에 의해 제조될 수 있다.
에폭시 (메트)아크릴레이트 수지. 또 다른 구현예에서, 열경화성 에틸렌성-불포화 수지는 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르 수지, 예를 들어 에폭시 (메트)아크릴레이트 에스테르 수지이다. 본 발명에 사용하기 위한 에폭시 (메트)아크릴레이트 에스테르 수지는 아크릴산 또는 메타크릴산과 분자 당 하나 이상의 에폭시 기를 갖는 에폭시 수지 사이의 첨가 반응에 의해 수득될 수 있다. 이러한 에폭시 (메트)아크릴레이트 에스테르 수지는 하나 이상의 전술한 바와 같은 에틸렌 α,β-불포화 이중 결합을 갖는 중합 가능한 단량체 (예를 들어, 스티렌) 에 이들을 용해시킴으로써 추가로 개질될 수 있다.
분자 당 하나 이상의 에폭시 기를 갖는 에폭시 수지의 예는 각종 비스페놀, 예컨대 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등의 글리시딜 에테르, 또는 이들의 유도체; 비자일레놀 유래의 비자일레놀-유형 에폭시 수지 또는 이들의 유도체; 비페놀 유래의 비페놀-유형 에폭시 수지 또는 이들의 유도체; 나프탈렌 유래의 나프탈렌-유형 에폭시 수지 또는 이들의 유도체; 및 에폭시 수지 예컨대 노볼락-유형 에폭시 수지를 포함한다. 에폭시 수지는 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다.
우레탄 (메트)아크릴레이트 수지. 본 발명에 사용하기 위한 우레탄 (메트)아크릴레이트 수지는 하나 이상의 (메트)아크릴레이트 기를 갖는 우레탄-함유 분자를 하나 이상의 전술한 바와 같은 에틸렌 α,β-불포화 이중 결합을 갖는 중합 가능한 단량체 (예를 들어, 스티렌) 에 용해시킴으로써 수득될 수 있다.
구현예에서, 우레탄 (메트)아크릴레이트는 폴리알콜 및/또는 폴리에스테르 폴리올 및/또는 폴리에테르 폴리올을 디이소시아네이트와 반응시켜 이소시아네이트 기를 분자의 말단에 도입한 후, 알콜성 하이드록실 기를 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트와 반응시킴으로써 수득될 수 있다. 다른 구현예에서, 우레탄 (메트)아크릴레이트는 먼저 알콜성 하이드록실 기를 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 이소시아네이트와 반응시켜 이소시아네이트 기를 남긴 후, 이소시아네이트 기를 폴리알콜 및/또는 폴리에스테르 폴리올 및/또는 폴리에테르 폴리올과 반응시킴으로써 수득될 수 있다. 우레탄 메타크릴레이트는 또한 아민을 카보네이트와 반응시켜 상기 나열한 다른 알콜과 유사한 우레탄 폴리올을 제조한 후, 이 알콜, 또는 이 알콜과 다른 알콜 및 불포화 산 또는 포화 산의 블렌드, 또는 이들의 무수물과 추가로 반응시킴으로서 수득될 수 있다.
에틸렌성-불포화 단량체. 에틸렌성-불포화 단량체는 에틸렌 α,β-불포화 이중 결합을 갖는 중합 가능한 단량체이다. 이러한 단량체는 자유 라디칼 중합을 통해 에틸렌성-불포화 수지와 공중합할 수 있다. 구현예에서, 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물은 하나 이상의 에틸렌성-불포화 단량체 단독, 또는 에틸렌성-불포화 폴리에스테르 수지, (메트)아크릴레이트 수지, 에폭시 (메트)아크릴레이트 수지, 및 우레탄 (메트)아크릴레이트 수지 중 하나 이상과 조합으로의 블렌드를 포함한다. 중합 가능한 에틸렌성-불포화 단량체의 예는 스티렌, o-, m-, p-메틸 스티렌, t-부틸스티렌, 비닐톨루엔, 비닐 아세테이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 디비닐 벤젠, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 이소프탈레이트, 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 테트라브로모프탈레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 부틸 비닐 에테르, 1,4-부탄디올 디비닐 에테르, 디메틸 말레이트, 및 디에틸 푸마레이트 등, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 구현예에서, 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물은 0 Wt.% 에서 100 Wt.% 까지의 에틸렌성-불포화 단량체를 포함한다.
B) 계면활성제 . 수지 블렌드 조성물은 유화액 또는 분산액의 안정성을 향상시키기 위한 계면활성제를 포함한다. 본 발명에서 유용한 계면활성제는 비이온성 계면활성제 예컨대 폴리옥시에틸렌 글리콜 소르비탄 알킬 에스테르 (예를 들어, 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노라우레이트 (폴리소르베이트 20)), 소르비탄 알킬 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리콜 알킬 에테르 (예를 들어, 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르), 폴리옥시프로필렌 글리콜 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 글리콜 알킬페놀 에테르 (예를 들어, 노녹시놀-9), 폴리옥시에틸렌 글리콜 옥틸페놀 에테르 (예를 들어, Triton X-100), 및 비이온성 2관능성 블록 공중합체 (예를 들어, 폴리옥시에틸렌 프로필렌 에테르 예컨대 Pluronic® L61) 등; 양이온성 계면활성제 예컨대 4차 암모늄 염 등; 및 음이온성 계면활성제 예컨대 알킬 설페이트 (예를 들어, 암모늄 라우릴 설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 소듐 도데실 설페이트 (SDS)), 및 설포네이트 등을 포함한다. 계면활성제는 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다.
C) 경화제 . 수지 블렌드 조성물은 경화제를 추가로 포함한다. 자유 라디칼을 생성함으로써, 열경화성 수지 및/또는 에틸렌성 불포화 단량체의 중합을 개시하는 화합물이 본 발명의 조성물에서 경화제로서 사용될 수 있으며, 유기 퍼옥사이드, 퍼설파이드, 퍼보레이트, 퍼카보네이트, 및 아조 화합물을 포함한다. 이러한 경화제, 또는 개시제의 비제한적인 예는 벤조일 퍼옥사이드 (BPO), t-부틸 퍼옥시벤조에이트 (TBPB), 라우로일 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 디이소프로필 퍼옥사이드 카보네이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드, 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 비스(4-t-부틸시클로헥실)퍼옥시디카보네이트, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 디메틸 2,2'-아조비스이소부티레이트, 2,2'-아조비스(2,4-디아메틸)발레로니트릴, 및 2,2'-아조비스이소톨릴아미드 등을 포함한다. 자유-라디칼 개시제는 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다.
D) 촉진제 . 촉진제는 경화 속도를 조절하기 위해 경화제 (자유-라디칼 개시제) 와 조합으로 원하는 대로 사용될 수 있다. 이러한 촉진제는 일반적으로 당업계에서 공지되어 있고 일반적으로 사용된다. 에틸렌성-불포화 경화성 조성물의 경화에 일반적으로 사용되는 촉진제는, 예를 들어: 유기 산의 금속 염 (금속성 비누) 예컨대 코발트 나프테네이트; 3차 아민 예컨대 N,N-디에틸아닐린, N,N-디메틸아닐린 또는 N,N-디메틸-파라-톨루이딘; 또는 페로센을 포함한다. 케톤 퍼옥사이드 (예를 들어, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드) 또는 하이드로퍼옥사이드 (예를 들어, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드) 경화제를 사용하는 구현예에서, 금속성 비누 예컨대 코발트 나프테네이트가 촉진제로서 사용될 수 있다. 경화제가 디아실 퍼옥사이드 (예를 들어, 벤조일 퍼옥사이드) 인 구현예에서, 일반적인 촉진제는 3차 아민 (예를 들어 N,N-디에틸아닐린) 이다. 퍼옥시카보네이트 경화제 (예를 들어, 비스(4-t-부틸시클로헥실) 퍼옥시디카보네이트) 를 사용하는 구현예에서, 페로센이 촉진제로서 사용될 수 있다.
E) 친수성 수지 개질제 . 수지 블렌드 조성물은 입자성 친수성 수지 개질제를 추가로 포함한다. 구현예에서, 열경화성 에틸렌성 불포화 경화성 조성물 (수지 또는 가교성 단량체 블렌드), 계면활성제 및 경화제와 조합된 친수성 수지 개질제는 경화된 수지 입자에 반투명성을 부여하여 입자가 열경화성 수지 조성물 또는 복합 물질에 충전제로서 첨가되었을 때 실질적으로 색상 변화를 일으키지 않도록 한다. 구현예에서, 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물 (수지 또는 가교성 단량체 블렌드), 계면활성제 및 경화제와 조합된 수지 개질제는 경화된, 건조 수지 입자 응집체에 취약성(fragility)을 부여하여 응집체가 1차 경화된 건조 입자로 쉽게 부서지도록 한다. 구현예에서, 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다. 발연 실리카는 일반적으로 등급에 따라 크기가 7 내지 40 nm 범위일 수 있는 입자 (입자는 크기가 0.5 내지 44 μm 범위인 느슨한(loose) 응집체로 연결됨) 로 이루어진 흰색의, 미세하고, 가벼운 분말이다. 친수성 발연 실리카는, 예를 들어, 상표명 Aerosil® (Evonik Corporation, NJ, USA), Cab-O-Sil® (Cabot Corporation, MA, USA) 로 시판된다. 구현예에서, 수지 블렌드 조성물 중 수지 개질제의 양은 0.5 Wt.% 에서, 또는 1 Wt.% 에서, 또는 2 Wt.% 에서, 또는 2.5 Wt.% 에서, 12 Wt.% 까지, 7 Wt.% 까지, 또는 5 Wt.% 까지의 범위일 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 경화된 수지 입자의 평균 입자 크기는 수지 블렌드 조성물에 포함되어 있는 수지 개질제 (예를 들어, 발연 실리카) 의 양이 증가함에 따라 감소한다. 예를 들어, <20 μm, 또는 ≤10 μm (예를 들어, 1 내지 7 μm) 의 비교적 작은 평균 입자 크기를 갖는 수지 입자의 제조에서, 수지 블렌드 조성물 (수성 성분을 포함하지 않음) 은 2.5 내지 7 Wt.% (예를 들어, 3 내지 5 Wt.%) 의 발연 실리카를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 25 μm 이상 (예를 들어, 100 내지 200 μm) 의 비교적 큰 평균 입자 크기를 갖는 수지 입자의 제조에서, 수지 블렌드 조성물 (수성 성분을 포함하지 않음) 은 1 내지 2.4 Wt.% 의 보다 적은 양의 발연 실리카를 포함할 수 있다.
F) 첨가제 . 수지 입자를 제조하기 위한 수지 블렌드 조성물은 수지 입자의 특성을 조정하거나 향상시키기 위해 당업계에 공지된 하나 이상의 선택적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는, 예를 들어, 광 안정화제, 안료, 및 가소제 등을 포함한다.
수지 입자 제조 . 구현예에 따르면, 경화된 수지 미세 분말은 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, 계면활성제(들), 친수성 수지 개질제 (예를 들어, 발연 실리카), 및 경화제 (예를 들어, 자유-라디칼 개시제) 및 선택적인 촉진제 및/또는 첨가제를 함께 혼합하여, 수지 블렌드 조성물을 형성함으로써 제조될 수 있다. 수지 블렌드 조성물은 이후 수성 매질에서 유화되어 성분을 수성 상에 균일하게 분산시켜 수중유 분산액 또는 유화액을 형성할 수 있다. 수성 매질은, 예를 들어, 이온교환수, 증류수 또는 수돗물일 수 있다. 구현예에서, 수지 블렌드 조성물은 60:40 내지 1:99 의 w/w 비로 수성 성분 (예를 들어, 물) 과 조합될 수 있다. 수성 성분의 최소 Wt.% 는 수중유 분산액 또는 유화액을 제조하는데 필요한 양에 의해 정의된다. 수성 성분의 최대 Wt.% 는, 원칙적으로, 매우 크지만 (즉, >99 Wt.%), 실제적인 고려 사항은 구현예에서의 수성 함량을 약 90 Wt.% 이하로 제한한다.
구현예에서, 수중유 유화액 또는 분산액은 경화제를 경화 전에 유화액에, 첨가되는 촉진제와 함께, 필요한 경우, 경화 시에 유화액 또는 분산액에 첨가함으로써 제조될 수 있다. 다른 구현예에서, 경화제는 유화액 또는 분산액이 경화될 때 첨가될 수 있다.
수중유 수지 유화액 또는 분산액은 감소된 온도 (예를 들어, 0℃ 내지 20℃) 에서, 또는 주위 온도 (예를 들어, 20℃ 내지 30℃) 에서, 또는 가열하면서, 0.5 내지 24 시간 (예를 들어, 2 시간) 동안 경화될 수 있다. 경화 완료 시, 생성되는 입자 슬러리는 이후, 예를 들어, 50 내지 150℃ (예를 들어, 70℃) 에서 4 내지 24 시간 (예를 들어, 16 시간) 동안 건조되어, 덩어리이지만, 경화된 수지 입자의 미세 분말로 쉽게 부서지는 부서지기 쉬운(friable) 응집체를 생성할 수 있다. 생성되는 경화된 입자는 공기 중에서 외관이 흰색이지만, 유기 용매, 유기 수지 등에 현탁되었을 때 반투명하다. 현미경 분석은 경화된 입자가 일반적으로 형태가 구형 (즉, 깨지지 않음(not fractured)) 임을 개시한다.
경화된 입자를 포함하는 건조된 분말의 부서지기 쉬운 응집체는 조성물에 바로 혼입될 수 있거나, 또는 예를 들어, 35 내지 150 메쉬 체 스크린을 사용하여 우선 스크린되어, 유화되지 않은 수지의 경질 응집체 및/또는 단편을 제거할 수 있다.
구현예에서, 건조된 분말의 부서지기 쉬운 응집체는 (예를 들어, 가벼운 분쇄(grinding) 또는 파쇄(shredding) 등에 의해) 크기가 축소되어 분산액 또는 유화액에서 형성된 1차 입자의 분말을 제조할 수 있다. 1차 구형 입자는 필요한 경우 (예를 들어, 고 강도 분쇄에 의해) 크기가 추가로 축소될 수 있다.
평균 입자 크기. 구현예에서, 수지 입자는 20 μm 미만, 또는 10 μm 이하, 또는 5 μm 이하, 및 적어도 0.001 μm, 또는 적어도 0.01 μm, 또는 적어도 0.1 μm, 또는 적어도 1 μm 의 비교적 작은 평균 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예에서, 수지 입자는 20 μm 초과, 또는 30 μm 이상, 또는 50 μm 이상, 또는 80 μm 이상, 200 μm 이하의 비교적 큰 평균 입자 크기를 갖는다. 65 μm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 본 발명의 수지 분말은 수지 조성물 또는 복합 물질 (예를 들어, 젤 코트 조성물) 에 혼입될 때 시각적으로 구별 불가능하다.
밝기 ( L 값). 구현예에서, 수지 매트릭스에 분산된 경화된 수지 입자는 경화된 조성물 또는 복합 물질에 실질적으로 색상 또는 불투명성을 부가하지 않으며, 착색된 조성물의 색상에 거의 영향을 미치지 않는다. 구현예에서, 경화된 조성물 또는 복합 물질 중의 경화된 수지 입자는 반투명하며 수지 매트릭스와 시각적으로 구별 불가능하다. 구현예에서, 20 Wt.% 이하의 경화된 수지 입자의 첨가는 전형적인 검은색으로 착색된 조성물에 첨가될 때 2.0 단위 미만의 암흑 색상 변화 (△L) 를 일으켜, 상당한 불투명성을 나타낸다. L 값은 불투명한 검은색을 나타내는 L = 0 내지 불투명한 흰색을 나타내는 L = 100 의 범위이다. 코팅 필름 또는 착색된 물품의 "L 값" 은 색상 분광광도계, 예컨대 Datacolor International, Lawrenceville, NJ 에서 시판되는 모델 SF600 분광광도계를 사용하여 측정될 수 있다.
적용 . 사용에서, 본 발명의 수지 분말은 젤 코트 조성물, 및 기타 수지 조성물 및 복합 물질 예컨대 핸드 레이-업(hand lay-up), 라미네이팅, 주입, 진공 주입, 수지 트랜스퍼 성형, 시트 성형 화합물, 벌크 성형 화합물, 및 인발 등을 위한 수지에서 충전제로서 사용될 수 있다. 수지 분말은 예를 들어, 알루미늄 트리하이드레이트, 바륨 설페이트, 칼슘 카보네이트, 탈크, 및 클레이 등으로 구성된 통상적이고, 전형적으로 사용되는 미네랄 충전제에 대한 완전한 또는 부분적인 대체물로서 사용될 수 있다. 수지 분말은 페인트, 액체 코팅, 및 분말 코팅의 충전제 또는 개질제로서 사용될 수 있다. 수지 분말은 열가소성 및 열경화성 성형 물품에서 사용될 수 있다.
젤 코트 조성물 . 젤 코트 조성물은 주위 온도에서, 개방 몰드 공정에서 사용하기 위해 제형화되는 전형적으로 착색된, 충전된 수지이다. 젤 코트를 위한 제형은 당업계에 기재되어 있으며 공지되어 있다. 젤 코트 조성물은 전형적으로 열경화성 수지 예컨대 불포화 폴리에스테르, 아크릴레이트, 및 우레탄 수지로부터 제형화된다. 젤 코트 조성물은 전형적으로 성형 특성 (예를 들어, 색상 효과, 분무성(sprayability), 내처짐성(sag resistance), 기계적 특성 일관성 등) 을 조정하고 향상시키기 위해 당업계에서 실시되는 바와 같은 하나 이상의 첨가제 성분, 예를 들어, 충전제, 안료, 염료 및 틱소트로피제, 및 기타 첨가제 예컨대 프로모터(promoter), 안정화제, 증량제(extender), 습윤제, 레벨링제(leveling agent), 공기 방출제, 및 억제제를 포함한다. 젤 코트 조성물은 또한 가교제를 포함한다. 젤 코트는 전형적으로 섬유를 포함하지 않는다.
구현예에서, 젤 코트 조성물은 본 발명의 경화된 수지 입자 충전제, 틱소트로피제 및 안료/염료의 열경화성 수지로의 고속 분산에 의해 제조될 수 있다. 원하는 점도를 제공하기 위해 에틸렌성-불포화 단량체 (예를 들어, 스티렌, (메트)아크릴 단량체 등) 가 첨가될 수 있다. 젤 코트 조성물을 경화시키기 위한 자유 라디칼의 형성을 용이하게 할 자유 라디칼 개시제가 첨가될 수 있다.
구현예에서, 젤 코트 조성물은 젤 코트 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 Wt.% 에서, 또는 5 Wt.% 에서, 또는 10 Wt.% 에서, 20 Wt.% 까지, 또는 25 Wt.% 까지, 또는 40 Wt.% 까지, 또는 50 Wt.% 까지의 본 발명의 수지 입자를 충전제 성분으로서 포함할 수 있다. 색상 또는 불투명성이 젤 코트 조성물 (또는 기타 수지 조성물) 에 부여되지 않는 것이 요구되는 적용에서, 20 μm 미만, 또는 10 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 젤 코트 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 20 Wt.% 의 양으로 수지 조성물에 첨가될 수 있다.
일부 적용에서, 젤 코트 (또는 기타 복합 물질) 를 본 발명의 수지 충전제 및 무기 충전제로 구성된 충전제의 블렌드로 제형화하는 것이 바람직할 수 있다. 무기 충전제의 예는 클레이, 마그네슘 옥사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 칼슘 카보네이트, 칼슘 실리케이트, 운모, 알루미늄 하이드록사이드, 바륨 설페이트, 탈크 등을 포함한다. 구현예에서, 젤 코트 조성물 중 충전제의 총 중량의 25 내지 100 Wt.% 는 본 발명의 수지 입자일 수 있고, 충전제의 나머지는 무기 충전제이다. 이와 같이, 본 발명의 수지 입자는 젤 코트 또는 기타 복합물에서 전형적으로 또는 통상적으로 사용되는 무기 충전제의 전부 또는 일부에 대한 대체물로서 젤 코트 또는 기타 복합 조성물에서 충전제로서 사용될 수 있다.
안료는, 사용되는 경우, 당업계에 잘 알려져 있는 방법에 따라서 분쇄 수지 또는 안료 분산제를 사용하여 제조된 페이스트로서 젤 코트 조성물에 혼입될 수 있다. 적합한 안료는 화합물 예컨대 티타늄 옥사이드, 철 옥사이드, 카본 블랙, 및 프탈로시아닌 블루 등을 포함한다.
젤 코트의 레올로지 특성은 침착된 필름의 두께 및 이러한 필름이 몰드 내에서 처지는 경향을 고려하여 정확하게 제어된다. 젤 코트 조성물은 틱소트로피성(thixotropic)이도록, 즉, 전단 속도에 의존하는 점도를 갖도록 제형화된다. 틱소트로피성 거동은 수소 결합을 통해 열경화성 수지 (예를 들어, 폴리에스테르 중합체) 와 네트워크를 형성하는, 틱소트로피제를 포함시킴으로써 수득된다.
고 전단 동안, 네트워크는 파괴되며 젤 코트 조성물의 점도를 낮춘다. 고 전단이 완화된 후, 네트워크는 재형성되거나, 회복되며, 젤 코트 조성물의 점도는 증가한다. 고 전단력이 다시 가해지면, 물질의 점도는 감소한다. 틱소트로피제 때문에, 젤 코트 조성물은 고 전단력 하에 낮은 점도를 가지며, 이는 조성물이 교반되고, 펌핑되고, 분무되며 쉽게 펼쳐질 수 있게 한다. 낮은 전단 하에 몰드 상에 침착되면, 점도는 시간에 따라 증가하며 젤 코트 조성물은 고 점도를 회복하여 수직 표면에 적용될 때 처짐 및 흐름을 방지한다. 경화 시, 조성물은 경질 표면에 응고된다.
젤 코트 조성물은 전형적으로 고 압력 (고 전단) 스프레이 건으로부터 브러싱 또는 분무에 의해 개방 몰드의 내부 표면 상에 40 mils 이하의 전형적인 필름 두께 (1.0 mm 두께) 로 (개시제와) 적용된다. 필름은 젤 코트 층 및 라미네이팅 수지 상에 복합 물질을 배치하기 전에 부분적으로 경화된 후, 젤 코트 조성물 및 라미네이팅 수지를 경화시켜 복합 물품을 형성하고, 몰드로부터 젤 코팅된, 경화된 물품을 제거한다. 경화된 젤 코트는 완제품의 필수적인 부분이며, 물품의 외부 표면에 내구성이 있고, 화장용으로-매력적인(cosmetically-appealing) 마무리를 제공한다.
구현예에서, 부분적으로 경화된 필름은 비교적 부드러우며 점착성일 수 있다. 구현예에서, 젤 코트 층 상에 배치된 복합 물질은 보강 물질 예컨대 유리 섬유, 유리 섬유 매트, 폴리에틸렌 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 아라미드 섬유 등이다. 라미네이팅 수지의 예는 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메틸-메타크릴레이트 수지 등을 포함한다. 구현예에서, 몰드 표면은 네거티브 릴리프(negative relief)에서 원하는 물품의 형태에 상응할 수 있으며, 개방 몰드 또는 매칭된(matched) 몰드일 수 있다.
기타 적용 . 미끄럼 방지(non-skid) 코팅과 같은 적용을 위해, 충전제로서 사용되는 수지 분말은 큰 입자 크기, 예를 들어 100 내지 200 μm 범위의 평균 입자 크기를 갖도록 제조될 수 있다. 입자는 경화 동안 수축되는 경화성 수지성 시스템에 혼입되어 경화 수축 및 경화-수축 응력 및 결함을 최소화시킬 수 있다. 이러한 수지성 시스템은 핸드 레이-업, 라미네이팅, 주입, 진공 주입, 수지 트랜스퍼 성형, 시트 성형 화합물, 벌크 성형 화합물, 및 인발 등을 위한 수지를 포함한다. 이들은 페인트, 액체 코팅, 및 분말 코팅을 추가로 포함한다. 입자는 또한 열가소성 및 열경화성 성형 물품에 사용될 수 있다.
구체적 구현예
하기 예는 본 발명의 다양한 구현예를 예시하기 위해 제공된다. 이들은 다르게 기재되고 청구되지 않으면 본 발명을 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 모든 수치는 근사치이다.
재료 .
수지: 0400889, 에틸렌성-불포화 열경화성 수지 (POLYNT Composites US, North Kansas City, MO 제조). 수지 0400889 는 40 Wt.% 스티렌 단량체에 용해되어 있는 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 이소프탈산, 및 말레산 무수물의 폴리에스테르의 용액이다.
수지: 0402783, 에틸렌성-불포화 열경화성 수지 (POLYNT Composites US, North Kansas City, MO 제조). 수지 0402783 은 32 Wt.% 스티렌 단량체에 용해되어 있는 프로필렌 글리콜 및 말레산 무수물의 폴리에스테르의 용액이다.
수지: 0460100, 에틸렌성-불포화 열경화성 수지 (POLYNT Composites US, North Kansas City, MO 제조). 수지 0460100 은 30 Wt.% 스티렌 단량체에 용해되어 있는 에폭시 메타크릴레이트 에스테르이다.
계면활성제: TWEEN® 20 비이온성 폴리소르베이트 계면활성제 (Croda Inc., Edison, NJ 제조).
자유-라디칼 개시제: Benox® B50 디벤조일 퍼옥사이드 (50 % 활성) (United Initiators, Inc., Elyria, OH 제조).
자유-라디칼 개시제: Vazo 64 (2,2'-아조비스이소부티로니트릴) (E. I. DuPont de Nemours, Wilmington, DE 제조).
촉진제: N,N-디메틸 파라-톨루이딘 (Aceto Corp., Lake Success, NY 제조).
친수성 수지 개질제: AEROSIL® 친수성 발연 실리카, 등급 OX50, 200 및 380 (Evonik Industries, Parsippany, NJ 제조).
스티렌: Lyondell Corp., Houston, TX 제조.
메틸 메타크릴레이트: Arkema, Philadelphia, PA 제조.
12% 코발트 나프테네이트: OMG Americas, Cleveland, OH 제조.
에틸렌 글리콜: Indorama Ventures, Northbrook, IL 제조.
트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트: Sartomer Corporation, Exton, PA 제조.
공기 방출제: A 560, BYK, Wallington, CT 제조.
탈크: Barrets Mineral, Inc., Dillon, MT 제조.
알루미늄 트리하이드록사이드: J.M. Huber, Fairmont, GA 제조.
검정색 안료 페이스트: American Colors Inc., Sandusky, OH 제조.
비교예 1 ― 기계적으로 분쇄된 수지 입자
하기 기재된 조성의 기계적으로 분쇄된 수지 입자를 US 8,906,502 (Bauchet) 에 기재된 바와 같이 제조하였다. 수지 용액을 경화시킨 후 약 1 inch2 의 작은 조각으로 부수었다. 그 후 조각을 해머 밀을 사용하여 45 μm 의 최대 입자 크기로 분말로 분쇄하였다.
Figure 112017094191994-pct00001
비교예 2
분산에 의한 경화된 수지 미세 분말의 제조
하기 기재된 조성의 경화된 수지 입자를 US 2003/0114622 (Masawaki) 에 기재된 바와 같이 제조하였다.
Figure 112017094191994-pct00002
발명예 3-9 의 처리
발명예 3-9 는 Type CD3 블레이드를 갖춘 Indco Benchtop High Speed Disperser 를 사용하여 유화액 중합 또는 현탁액 중합에 의해 제조하였다. 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, 개시제, 계면활성제 및 친수성 실리카를 실온에서 금속 쿼츠 캔에 도입하고 500 내지 1000 rpm 에서 혼합하여 성분을 완전히 혼입시켰다. 물을 첨가하기 전에 혼합기 속도를 2400 rpm 으로 증가시켰다. 물을 혼합기에 천천히 첨가하여 수지/첨가제 혼합물을 유화시켰다. 혼합기를 500-1000 rpm 으로 늦춘 후, N,N-디메틸 파라-톨루이딘 (스티렌 중 10% 용액으로서) 을 첨가하고 혼입시켰다. 혼합 후, 및 경화 발열 전의 유화액의 온도는 0 내지 30℃ 였다. 유화액을 분산기로부터 제거하고, 경화시켰다. 경화는 발열 반응이었다. 궁극적인 경화 온도는 초기 온도, 각 제조의 열 질량(thermal mass), 및 각 제조에서의 반응성 기의 유형 및 양에 따라 달랐다. 30 내지 50℃ 의 발열이 전형적으로 관찰되었다. 발열이 정점에 도달하고 온도가 감소하기 시작한 후, 입자 슬러리를 알루미늄 트레이에 붓고, 강제 공기 오븐(forced air oven)에서 건조시켰다. 건조는 약 50 내지 약 150℃ 의 오븐 온도에서 수행될 수 있었지만, 온도는 전형적으로 약 70℃ 였다. 경화되고, 건조된 입자를 35 메쉬의 U.S. 표준 체 스크린을 사용하여 체질하여 유화되지 않은 수지의 큰 응집체 또는 덩어리(chunk)를 제거하였다. 경화된 입자의 크기는 Silas 990 레이저 회절 입자 크기 분석기를 사용하여 측정하였다.
실시예 3 ― 본 발명의 수지 입자
수지 입자는 US 2003/0114622 (Masawaki et al.) 에 기재된 것들과 유사한 성분으로 제조하였으나 유화액 형성 전에 수지 개질제로서 발연 실리카를 첨가하였다. 이 실시예에서의 고체 농도는 42% 였다. 이 실시예로부터 수득한 경화된 입자는 형태가 실질적으로 구형이었고, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm 범위의 입자 크기를 가졌다.
Figure 112017094191994-pct00003
실시예 4 ― 본 발명의 수지 입자, 저 실리카
수지 입자는 발명예 3 에서와 같이 제조하였으나, 낮은 수준의 발연 실리카 친수성 수지 개질제를 혼입하여 제조하였다. 이 실시예로부터 수득한 경화된 입자는 형태가 실질적으로 구형이었고, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm 범위의 입자 크기를 가졌다.
Figure 112017094191994-pct00004
실시예 5 ― 본 발명의 수지 입자, 고 실리카
수지 입자는 발명예 3 에서와 같이 제조하였으나, 높은 수준의 발연 실리카를 혼입하여 제조하였다. 이 실시예로부터 수득한 경화된 입자는 형태가 실질적으로 구형이었고, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm 범위의 입자 크기를 가졌다.
Figure 112017094191994-pct00005
실시예 6 ― 본 발명의 수지 입자: 저 고체
수지 입자는 발명예 3 에서와 같이 제조하였으나, 유화액 중 낮은 고체 농도에서 제조하였다. 고체 농도는 이 실시예에서 약 10 Wt.% 였다. 이 실시예로부터 수득된 경화된 입자는 형태가 실질적으로 구형이었고, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm 범위의 입자 크기를 가졌다.
Figure 112017094191994-pct00006
실시예 7 ― 본 발명의 수지 입자: 고 고체
수지 입자는 발명예 3 에서와 같이 제조하였으나, 유화액 중 높은 고체 농도에서 제조하였다. 경화 동안 입자의 소결을 방지하기 위해, 이 제조는 N,N-디메틸 파라-톨루이딘 개시제의 첨가 전에 1℃ 로 냉각되었다. 고체 함량은 이 실시예에서 약 52 Wt.% 였다. 이 실시예로부터 수득한 경화된 입자는 형태가 실질적으로 구형이었고, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm 범위의 입자 크기를 가졌다.
Figure 112017094191994-pct00007
실시예 8 ― 본 발명의 수지 입자: 대체의 자유-라디칼 개시제
수지 입자는 발명예 3 에서와 같이 제조하였으나, 제형 및 처리를 변화시켜 제조하였다: 제형 중 벤조일 퍼옥사이드를 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (Vazo 64) 로 대체하고, 방향족 아민을 생략하였다. 이것의 형성 후, 유화액을 65℃ 오븐에서 가열하여 Vazo 64 의 분해를 촉진시켜, 조성물의 경화를 개시하였다.
Figure 112017094191994-pct00008
실시예 9 ― 본 발명의 수지 입자: 에틸렌성-불포화 단량체
수지 입자는 경화성 조성물 중 에틸렌성-불포화 단량체만을 사용하여 발명예 3 에서와 같이 제조하였다.
Figure 112017094191994-pct00009
비교예 10, 충전제를 포함하지 않는 젤 코트 대조군 .
하기 성분을 블렌딩하여, 유기 입자를 첨가하지 않은 젤 코트를 US 2008/0160307 (Bauchet) 의 실시예 3 에 기재된 바와 같이 제조하였다:
Figure 112017094191994-pct00010
수득한 젤 코트 조성물은 77℃ 에서 4 rpm 에서 18000-20000 cps 의 브룩필드 점도, 및 5.0-7.0 의 틱소트로피 지수를 가졌다. 젤 코트를 1.8% 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 (MEKP) 로 촉매화시키고 유리 플레이트에 분무-적용하여 약 0.6 mm 두께의 필름을 수득하였다. 필름은 24℃ 에서 약 15 분의 젤 타임 및 21℃ 에서 약 60 분의 경화 시간을 가졌다. 이것을 젤화시킨 후, 촉매화된 유리/폴리에스테르 라미네이트로 백(back)하고 복합 패널로 경화시켰다. 샘플을 이러한 패널로부터 절단하고 색상 및 버프-백(buff-back) 후 광택을 시험하였다. 이 시험의 데이터를 표 1: 젤 코트 데이터에 수집하였다.
비교예 11, 미네랄 충전제를 포함하는 젤 코트 대조군 .
하기 성분을 블렌딩하여, 표준 미네랄 충전제를 포함하는 젤 코트 대조군을 US 2008/0160307 (Bauchet) 의 실시예 3 에 기재된 바와 같이 제조하였다:
Figure 112017094191994-pct00011
수득한 젤 코트 조성물은 77℃ 에서 4 rpm 에서 18000-20000 cps 의 브룩필드 점도, 및 5.0-7.0 의 틱소트로피 지수를 가졌다. 젤 코트를 1.8% 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 (MEKP) 로 촉매화시키고 유리 플레이트에 분무-적용하여 약 0.6 mm 두께의 필름을 수득하였다. 필름은 24℃ 에서 약 15 분의 젤 타임 및 21℃ 에서 약 60 분의 경화 시간을 가졌다. 이것을 젤화시킨 후, 촉매화된 유리/폴리에스테르 라미네이트로 백(back)하고 복합 패널로 경화시켰다. 샘플을 이러한 패널로부터 절단하고 색상 및 버프-백(buff-back) 후 광택을 시험하였다. 이 시험의 데이터를 표 1: 젤 코트 데이터에 수집하였다.
비교예 12, 분쇄된 유기 충전제를 포함하는 젤 코트 대조군 .
하기 성분을 블렌딩하여, 젤 코트 대조군을 비교예 1 의 분쇄된 유기 충전제를 사용하여 US 2008/0160307 (Bauchet) 에 의해 교시된 바와 같이 제조하였다:
Figure 112017094191994-pct00012
수득한 젤 코트 조성물은 77℃ 에서 4 rpm 에서 18000-20000 cps 의 브룩필드 점도, 및 5.0-7.0 의 틱소트로피 지수를 가졌다. 젤 코트를 1.8% 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 (MEKP) 로 촉매화시키고 유리 플레이트에 분무-적용하여 약 0.6 mm 두께의 필름을 수득하였다. 필름은 24℃ 에서 약 15 분의 젤 타임 및 21℃ 에서 약 60 분의 경화 시간을 가졌다. 이것을 젤화시킨 후, 촉매화된 유리/폴리에스테르 라미네이트로 백(back)하고 복합 패널로 경화시켰다. 샘플을 이러한 패널로부터 절단하고 색상 및 버프-백(buff-back) 후 광택을 시험하였다. 이 시험의 데이터를 표 1: 젤 코트 데이터에 수집하였다.
비교예 13, 구형 유기 충전제를 포함하는 젤 코트 대조군 .
하기 성분을 블렌딩하여, 젤 코트 대조군을 비교예 2 의 구형 유기 입자를 사용하여 제조하였다:
Figure 112017094191994-pct00013
수득한 젤 코트 조성물은 77℃ 에서 4 rpm 에서 18000-20000 cps 의 브룩필드 점도, 및 5.0-7.0 의 틱소트로피 지수를 가졌다. 젤 코트를 1.8% 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 (MEKP) 로 촉매화시키고 유리 플레이트에 분무-적용하여 약 0.6 mm 두께의 필름을 수득하였다. 필름은 24℃ 에서 약 15 분의 젤 타임 및 21℃ 에서 약 60 분의 경화 시간을 가졌다. 이것을 젤화시킨 후, 촉매화된 유리/폴리에스테르 라미네이트로 백(back)하고 복합 패널로 경화시켰다. 샘플을 이러한 패널로부터 절단하고 색상 및 버프-백(buff-back) 후 광택을 시험하였다. 이 시험의 데이터를 표 1: 젤 코트 데이터에 수집하였다.
본 발명의 유기 입자를 사용한 발명예 14-21 .
하기 성분을 블렌딩하여, 본 발명의 젤 코트의 셋트를 발명예 3 - 9 의 밀링된 유기 충전제를 사용하여 제조하였다:
Figure 112017094191994-pct00014
수득한 젤 코트 조성물은 77℃ 에서 4 rpm 에서 18000-20000 cps 의 브룩필드 점도, 및 5.0-7.0 의 틱소트로피 지수를 가졌다. 이러한 젤 코트를 1.8% 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드 (MEKP) 로 촉매화시키고 유리 플레이트에 분무-적용하여 약 0.6 mm 두께의 필름을 수득하였다. 필름은 24℃ 에서 약 15 분의 젤 타임 및 21℃ 에서 약 60 분의 경화 시간을 가졌다. 이것을 젤화시킨 후, 촉매화된 유리/폴리에스테르 라미네이트로 백(back)하고 복합 패널로 경화시켰다. 샘플을 이러한 패널로부터 절단하고 색상 및 버프-백(buff-back) 후 광택을 시험하였다. 이 시험의 데이터를 표 1: 젤 코트 데이터에 수집하였다.
경화된 젤 코트 필름을 Datacolor SF600 Plus - CT 분광광도계를 사용하여 평가하였다. L 값은 제트니스(jetness)의 표현으로서 필름에 대해 수득하였다. L 값 스케일은 흰색을 나타내는 L = 100 내지 검은색을 나타내는 L = 0 의 범위이다. L 값이 낮을수록, 색상이 더 많이 제트(jet)인 것으로 간주된다.
표 1: 젤 코트 데이터
Figure 112017094191994-pct00015
논의
US 2003/0114622 (비교예 2) 에 기재된 바와 같이 제조된 입자는 불투명성을 나타냈으며 입자를 사용하여 제조된 비교예 13 의 검은색 젤 코트의 색상에 해로운 영향을 미쳤다. 이러한 색상 효과는 불투명한 입자를 사용하여 다양한 색상의 젤 코트를 제조하는데 어려움을 야기하기에 충분했다. 본 발명에 따른 발연 실리카 증점제의 첨가는 US 2008/0160307 에 기재된 기계적으로-분쇄된 입자와 동일한 제트니스(jetness)의 젤 코트를 산출했던 투명한 입자를 제조하였다.
젤 코팅된 복합물이 수선될 때, 마지막 단계는 표면을 고 광택으로 폴리싱 또는 버프(buff)하는 것이다. 따라서, 고 버프-백(buff-back) 광택을 위한 능력은 젤 코트의 바람직한 특징이다. 표 1 은 충전제가 없는 젤 코트의 버프-백 광택이 우수함을 보여준다. 미네랄 충전제의 첨가는 버프-백 광택을 감소시켰다. 분쇄된 유기 충전제의 사용은 고 버프-백 광택을 산출하였만, 당업계에 이전에 공지된 기법에 의해 제조된 구형 유기 충전제는 버프-백 광택을 감소시켰다. 놀랍게도, 본 발명의 구형 유기 충전제는 충전제가 없는 것 또는 분쇄된 유기 충전제와 유사한 버프-백 광택을 생성하였다.
상세한 설명은 다수의 구현예를 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 구현예는 하기를 포함하는, 분말화된 수지 충전제의 제조 방법에 관한 것이다: a) 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, 계면활성제, 경화제, 및 친수성 수지 개질제를 조합하여 수지 블렌드 조성물을 형성하는 단계; b) 수지 블렌드 조성물을 수성 매질에 분산시켜 수중유 유화액 또는 분산액을 형성하는 단계; c) 수중유 유화액 또는 분산액을 경화시켜 입자 슬러리를 형성하는 단계; 및 d) 입자 슬러리를 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖는 수지 입자를 포함하는 분말 형태로 건조시키는 단계. 구현예에서, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다. 구현예에서, 수지 입자는 투명하다. 구현예에서, 수지 입자는 실질적으로 구형 형태이다. 구현예에서, 방법은, 입자 슬러리의 건조 후, 입자의 크기를 축소시키는 것을 추가로 포함한다. 구현예에서, 수성 유화액 또는 분산액의 경화는 0 내지 64℃ 에서 개시된다. 구현예에서, 입자 슬러리의 건조는 50 내지 150℃ 의 온도에서 2 내지 60 시간 동안이다.
다른 구현예는 분말화된 충전제에 관한 것이다. 구현예에서, 분말화된 충전제는 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖는 경화된 수지 입자로 본질적으로 이루어지며; 여기서, 수지 입자는 하기를 포함하는 수지 블렌드 조성물의 반응 생성물이다: A) 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, B) 계면활성제, C) 친수성 수지 개질제, 및 D) 경화제. 구현예에서, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다. 구현예에서, 수지 블렌드 조성물은 하기를 포함한다: A) 75 내지 98 Wt.% 에틸렌성-불포화 열경화성 조성물, B) 0.5 내지 5 Wt.% 계면활성제, C) 0.5 내지 12 Wt.% 친수성 수지 개질제, 및 D) 0.5 내지 5 Wt.% 경화제 (Wt.% 는 수지 블렌드 조성물의 총 중량 기준임). 구현예에서, 수지 입자는 반투명하다. 구현예에서, 수지 입자는 실질적으로 구형 형태이다. 다른 구현예에서, 분말화된 충전제는 경화된 수지 입자로 본질적으로 이루어지며, 입자는 하기를 포함한다: 경화된 열경화성 조성물 및 친수성 수지 개질제 (여기서, 경화된 수지 입자는 구형 형태이고, 투명하며, 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 가짐). 구현예에서, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다.
추가 구현예는 하기를 포함하는 젤 코트 조성물에 관한 것이다: 수지 매트릭스에 분산되어 있는 고체 수지 입자로서, 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖는 고체 수지 입자; 경화된 열경화성 조성물 및 친수성 수지 개질제를 포함하는 고체 수지 입자로서, 수지 매트릭스와 시각적으로 구별 불가능한 고체 수지 입자. 구현예에서, 젤 코트 조성물은 6 내지 7.2 의 L 값을 갖는다. 구현예에서, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이다.
다른 구현예는 젤 코트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 구현예에서, 방법은 젤 코트 조성물의 총 중량을 기준으로 50 내지 99 Wt.% 젤 코트 조성물 및 1 내지 50 Wt.% 의 본 발명의 분말 충전제를 조합하는 것을 포함한다.
추가 구현예는 젤 코팅된 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 구현예에서, 방법은 하기를 포함한다: A.) 젤 코트 조성물의 층을 몰드의 표면에 적용하는 단계 (젤 코트 조성물은 수지 매트릭스와 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 본원에 개시된 바와 같은 분말 충전제를 포함함); B.) 젤 코트 조성물을 부분적으로 경화시키는 단계; C.) 복합 물질 및 라미네이팅 수지를 부분적으로 경화된 젤 코트 조성물의 층 상에 적용하는 단계; D.) 젤 코트 조성물 및 라미네이팅 수지를 몰드 내에서 경화시켜 경화된 젤 코트로 코팅된 표면을 갖는 복합 물품을 형성하는 단계; 및 E.) 젤 코팅된 물품을 몰드로부터 제거하는 단계 (여기서, 젤 코트 중의 분말 충전제의 수지 입자는 경화된 젤 코트의 수지 매트릭스와 시각적으로 구별 불가능함). 구현예에서, 젤 코트의 L 값은 6 내지 7.2 이다.
본 발명은 구체적인 구현예를 참조하여 기재되었으나, 이하의 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 각종 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 모든 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 특정 구현예와 관련하여 본원에 기재된 문제에 대한 임의의 이익, 이점, 또는 해결책은 청구 범위의 임의 또는 전부의 중요하고, 필수적이거나 본질적인 특징 또는 구성 요소로 해석되도록 의도되지 않는다.

Claims (22)

  1. 하기를 포함하는, 분말화된 수지 충전제의 제조 방법:
    a) 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물, 계면활성제, 경화제 및 친수성 수지 개질제를 조합하여 수지 블렌드 조성물을 형성하는 단계, 여기서 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카임;
    b) 수지 블렌드 조성물을 수성 매질에 분산시켜 수중유 유화액 또는 분산액을 형성하는 단계;
    c) 수중유 유화액 또는 분산액을 경화시켜 입자 슬러리를 형성하는 단계; 및
    d) 입자 슬러리를 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖는 수지 입자를 포함하는 분말 형태로 건조시키는 단계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 수지 입자가 투명한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 수지 입자가 구형 형태인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 입자 슬러리의 건조 후, 입자의 크기를 축소시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 수성 유화액 또는 분산액의 경화가 0 내지 65℃ 에서 개시되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 입자 슬러리의 건조가 50 내지 150℃ 의 온도에서 2 내지 60 시간 동안인 방법.
  8. 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖는 경화된 수지 입자로 이루어진, 분말화된 충전제로서;
    수지 입자가 하기를 포함하는 수지 블렌드 조성물의 수중유 유화액 또는 분산액에서의 경화 반응 생성물이고:
    A. 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물;
    B. 계면활성제;
    C. 친수성 수지 개질제; 및
    D. 경화제,
    친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카이고,
    열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물이 친수성 수지 개질제보다 더 많은 양으로 존재하는, 분말화된 충전제.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서, 수지 블렌드 조성물이 하기를 포함하는 분말화된 충전제:
    A. 75 내지 98 Wt.% 에틸렌성-불포화 열경화성 조성물;
    B. 0.5 내지 5 Wt.% 계면활성제;
    C. 0.5 내지 12 Wt.% 친수성 수지 개질제; 및
    D. 0.5 내지 5 Wt.% 경화제;
    (Wt.% 는 수지 블렌드 조성물의 총 중량 기준임).
  11. 제 8 항에 있어서, 수지 입자가 반투명한 분말화된 충전제.
  12. 제 8 항에 있어서, 수지 입자가 구형 형태인 분말화된 충전제.
  13. 경화된 수지 입자로 이루어진 분말화된 충전제로서, 입자는 하기를 포함하고:
    수지 블렌드 조성물의 수중유 유화액 또는 분산액에서의 경화 반응 생성물을 포함하는 경화된 열경화성 조성물, 여기서 수지 블렌드 조성물은 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물 및 친수성 수지 개질제를 포함함,
    여기서, 경화된 수지 입자는 구형 형태이고, 투명하며, 1 내지 20 μm 의 평균 입자 크기를 갖고,
    경화된 열경화성 에틸렌성-불포화 경화성 조성물이 친수성 수지 개질제보다 더 많은 양으로 존재하고, 친수성 수지 개질제는 친수성 발연 실리카인, 분말화된 충전제.
  14. 삭제
  15. 하기를 포함하는, 젤 코트 조성물로서:
    수지 매트릭스에 분산되어 있는 제 8 항의 분말화된 충전제;
    수지 입자는 경화된 열경화성 조성물 및 친수성 수지 개질제를 포함하고,
    여기서, 수지 입자는 수지 매트릭스와 시각적으로 구별 불가능한 젤 코트 조성물.
  16. 제 15 항에 있어서, L 값이 6 내지 7.2 인 젤 코트 조성물.
  17. 삭제
  18. 젤 코트 조성물의 제조 방법으로서, 젤 코트 조성물의 총 중량을 기준으로 50 내지 99 Wt.% 의 수지 매트릭스 및 1 내지 50 Wt.% 의 제 13 항의 분말화된 충전제를 조합하는 것을 포함하는 방법.
  19. 하기를 포함하는, 젤 코팅된 물품의 제조 방법:
    A. 젤 코트 조성물의 층을 몰드의 표면에 적용하는 단계 (젤 코트 조성물은 수지 매트릭스와 그 안에 분산되어 있는 제 13 항의 분말화된 충전제를 포함함);
    B. 젤 코트 조성물을 부분적으로 경화시키는 단계;
    C. 복합 물질 및 라미네이팅 수지를 부분적으로 경화된 젤 코트 조성물의 층 상에 적용하는 단계;
    D. 젤 코트 조성물 및 라미네이팅 수지를 몰드 내에서 경화시켜 경화된 젤 코트로 코팅된 표면을 갖는 복합 물품을 형성하는 단계; 및
    E. 젤 코팅된 물품을 몰드로부터 제거하는 단계;
    (여기서, 젤 코트 중의 분말 충전제의 수지 입자는 경화된 젤 코트의 수지 매트릭스와 시각적으로 구별 불가능함).
  20. 제 19 항에 있어서, 젤 코트의 L 값이 6 내지 7.2 인 젤 코팅된 물품의 제조 방법.
  21. 제 10 항에 있어서, 친수성 수지 개질제가 수지 블렌드 조성물의 2 내지 5 Wt.% 인, 분말화된 충전제.
  22. 제 15 항에 있어서, 검은색 안료를 더 포함하는, 젤 코트 조성물.
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