KR20010032181A

KR20010032181A - 유리 입자를 포함하는 수성 페인트

Info

Publication number: KR20010032181A
Application number: KR1020007005369A
Authority: KR
Inventors: 프레마카란 터커 보아즈
Original assignee: 티. 제이. 드쥐르; 포드 모터 캄파니
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2001-04-16
Also published as: CA2310409A1; WO1999025773A1; JP2001523748A; EP1032614A1; CN1285859A; US5938834A

Abstract

본 발명은 규산나트륨, 물, 수용성 염기, 금속 산화물 안료, 소다석회-실리카 유리 입자, 및 저융점 유리 원료 또는 산화아연 중의 하나 이상을 포함하는 수성 페인트 조성물에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 조성물은 유리 원료만을 포함하고, 계면활성제 및 수산화알루미늄을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 유리 시트의 적어도 일부분에 페인트가 코팅된 유리 시트에 관한 것이다.

Description

유리 입자를 포함하는 수성 페인트{Water-Based Paint Including Glass Particulate}

본 발명은 후에 고온 템퍼링(tempering) 처리되는 소다석회-실리카 유리 시트 상에 페인트 영역을 제공하는데 특히 유용한 규산나트륨 수성 페인트 조성물에 관한 것이다.

다양한 페인트 조성물이 자동차 및 건축 유리 도색 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 페인트는 예를 들어 자동차의 앞유리, 옆유리 및 뒷유리로서 사용되는 유리의 주변 가장자리면 주위의 불투명 경계부를 형성하기 위해 사용된다.

일반적으로, 이들 조성물은 유기 비히클 중의 금속 산화물의 혼합물로 형성된 세라믹 조성물이다. 금속 산화물의 혼합물은 최종 생산된 파이어링(firing)된 세라믹 페인트에 대한 특이적인 색상을 달성하기 위해 조절된다. 예를 들어, 자동차 유리에 파이어링된 불투명 주변 가장자리 페인트 밴드는 일반적으로 흑색이고, 산화크롬, 산화코발트 및 산화니켈과 같은 산화물을 포함할 수 있다. 상기 조성물에 일반적으로 포함되는 유기 비히클, 예를 들어 소나무 기름, 무기 오일, 저분자량 석유 분획 등은 세라믹 페인트를 브러싱, 스프레딩 또는 스크린 페인팅에 의해 유리 표면에 적용시킬 수 있도록 만든다. 금속 산화물은 서로 비반응성이고, 세라믹 페인트에 종종 포함되는 유리 원료와 같은 다른 물질과도 비반응성이다. 상기 유리 원료는 세라믹 페인트가 실온으로 냉각된 후에 유리 시트에 부착된 상태로 유지시키기 위해서 궁극적으로 세라믹 페인트를 서로 및 유리 시트에 융합시키는 물질이다. 이들 물질을 유리 시트에 적용할 때, 이들은 페인트를 경화시키고 페인트 도색된 유리 시트를 추후의 고온 성형 공정 동안의 추가 처리에 적합하게 만들기 위해서 일반적으로 유리의 연화점보다 높은 온도에서 열처리된다.

환경적 및 상업적 고려 측면에서, 상기 유기 비히클 페인트 대신에 사용할 수 있는 수성 페인트를 개발하는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹/유기 비히클 페인트 경화에 일반적으로 필요한 고온보다 비교적 낮은 온도에서 경화될 수 있는 수성 페인트를 개발하는 것도 바람직할 것이다. 페인트 경화 동안 페이트 코팅된 유리를 상기 고온에 적용하면 종종 유리 시트에 바람직하지 않은 광학적 변형이 ㅂ라생한다. 통상 사용되는 세라믹 페인트 대체물로서 적합하기 위해서, 수성 페인트는 균일한 코팅을 제공하고, 내구성이며, 유리에 잘 부착할 필요가 있다. 이러한 수성 페인트의 하나는 미국 특허 제5,518,535호 (발명의 명치: ″Water-Based Paint For Glass Sheets″)에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 유리에 대한 우수한 부착성을 보이는 수성 페인트 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 비교적 저온에서 경화될 수 있고 우수한 내구성을 보이는 수성 페인트를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 유리 템퍼링 동안 발생하는 매우 넓은 범위의 고온 (종종 675℃(12500F) 이상)에 노출될 수 있는 유리에 사용하기 적합한 수성 페인트를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하는 수성 페인트 조성물은 본 출원인의 선행 출원 PCT/GB97/03424에 개시되어 있고, i) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하는 수용성 규산나트륨, ii) 조성물의 5 내지 25 중량%를 형성하는 물, iii) 조성물의 pH를 약 10.5 이상으로 만드는데 충분한 양의 수용성 염기, iv) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하고 입자 크기가 7 미크론 미만인, 구리, 철, 니켈, 코발트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 미분 금속 산화물 분말, v) 조성물의 10 내지 55 중량%를 형성하고 융점이 약 925℃ (1700℉) 이상인 소다석회-실리카 유리를 포함하며 평균 직경이 5 내지 20 미크론인 유리 입자, 및 vi) 조성물의 0 내지 10 중량%를 형성하고 평균 입자 크기가 10 미크론 미만이며 융점이 705℃ (1300℉) 미만인 유리 원료 분말과 vii) 조성물의 0 내지 10 중량%를 형성하는 산화아연로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함한다.

본 발명에 따르면, 템퍼링되는 소다석회-실리카 유리 상의 코팅물로서 특히 유용한 수성 페인트 조성물은 i) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하는 수용성 규산나트륨, ii) 조성물의 5 내지 25 중량%를 형성하는 물, iii) 조성물의 pH를 약 10.5 이상으로 만드는데 충분한 양의 수용성 염기, iv) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하고 입자 크기가 7 미크론 미만인, 구리, 철, 니켈, 코발트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 미분 금속 산화물 분말, v) 조성물의 3 내지 55 중량%를 형성하고 융점이 약 925℃ (1700℉) 이상인 소다석회-실리카 유리를 포함하며 평균 직경이 5 내지 20 미크론인 유리 입자, 및 vi) 조성물의 0 내지 20 중량%를 형성하고 평균 입자 크기가 10 미크론 미만이며 융점이 705℃ (1300℉) 미만인 유리 원료 분말과 vii) 조성물의 0 내지 20 중량%를 형성하는 산화아연으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다.

본 출원인의 선행 출원 PCT/GB97/03424에 대하여, 본원 발명의 상기 조성 범위는

(a) 소다석회-실리카 유리 입자의 함량이 조성물의 10 중량% 미만이고,

(b) 상기 저융점 유리 원료 분말이 조성물의 10 중량%를 초과하는 양으로 존재하고,

(c) 산화아연이 조성물의 10 중량%를 초과하는 양으로 존재하는 조건 중의 하나 이상을 충족시킨다.

또한, 본 발명의 조성물은 소량의 수산화알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 유리 시트의 적어도 일부 상에 본 발명의 페인트의 경화 코팅을 제공하는 방법을 포함한다.

본 발명의 조성물은 앞유리 둘레의 주위의 ″암소(black out)″ 영역과 같은 유리 상의 코팅물로서 유용한 크롬 무첨가 수성 페인트이다. 본 발명의 조성물은 상기 설명한 바와 같이 수용성 규산나트륨, 물, 수용성 염기, 페인트에 흑색 내지 회색을 부여하는 미분 금속 산화물 분말 및 소다석회-실리카 유리 입자를 포함한다. 본 발명자들은 상기 유리 입자를 분말 또는 구형체로서 포함시킴으로써 페인트가 보다 넓은 고온의 유리 파이어링 온도에 결쳐서 개선된 안정성을 보인다는 것을 밝혀내었다. 이것은 페인트 영역 보유 유리 시트가 템퍼링될 경우 중요하였다. 템퍼링 온도는 675℃ (1250℉)일 수 있다. 또한, 페인트는 유리, 앞유리 라미네이트에 사용될 수 있는 PVB 및 자동차에서 유리를 밀봉하고 부착시키기 위해 종종 사용되는 우레탄에 대한 부착성을 개선시키기 위해 저융점 유리 원료를 포함하는 것이 바람직하다. 페인트는 페인트의 유리에 대한 부착성을 강화시키기 위해 산화아연을 추가로 또는 선택적으로 포함할 수 있다. 선택 성분을 포함하여 이들 성분은 각각 이하에서 설명한다.

수용성 규산나트륨은 본 발명 조성물의 약 20 내지 45 중량%, 바람직하게는 약 30 내지 38 중량%를 형성한다. 본원에서 사용되는 ″조성물의 중량%″는 조성물의 전체 중량에 대한 비율을 의미한다. 수용성 규산나트륨은 단일 규산나트륨 또는 규산염의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물에 유용한 수용성 규산나트륨은 화학식 SiO₂:Na₂O (여기서, 두 산화물의 몰비는 약 2:1 내지 약 4:1임)로 나타낼 수 있다. 수용성 규산나트륨 외에, 유사한 화학식의 수용성 규산칼륨이 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다. 이 경우, 수용성 규산칼륨은 일반적으로 소량, 바람직하게는 조성물의 10 중량% 미만, 일반적으로는 약 5 내지 10 중량%의 양으로 존재한다.

본 발명의 조성물에 필요한 다른 성분은 조성물 총 중량의 약 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 25 중량%의 양으로 포함되는 물이다. 또한, 본 발명의 조성물은 페인트 조성물의 pH를 약 10.5 이상, 바람직하게는 12.5 초과, 보다 바람직하게는 약 13.5 초과로 만들기 위해 사용되는 수용성 염기를 포함한다. pH는 요구되는 pH로 표시되는 바와 같은 염기성 상태로 존재할 것이 요구된다. 조성물에 상기 pH를 부여하는 것은 페인트에 바람직한 보존 수명을 부여하기 위해 필요하다. 예를 들어 pH가 약 13을 초과하는 본 발명의 페인트의 실시태양은 3개월 이상 동안 안정한 것으로 밝혀졌다. 사용될 수 있는 수용성 염기의 예는 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 포함하되, 이에 제한되지 않으며, 수산화나트륨이 바람직하다. 사용되는 염기의 양은 예를 들어 사용되는 염기 입자 및 농도에 따라 결정된다. 예를 들어, 2N 수산화나트륨 염기는 일반적으로 조성물의 약 2 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 3 내지 8 중량%, 가장 적합하게는 약 3 내지 6 중량%의 양으로 포함된다. 사용될 수 있는 염기의 최적 양 및 종류는 본 발명의 개시 내용에 비추어 당업자가 분명하게 알 것이다.

또한, 본 발명의 조성물은 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화코발트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 미분 금속 산화물 안료를 포함하고, 산화구리를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 안료는 흑색을 페인트에 부여하고 조성물의 20 내지 45 중량%, 바람직하게는 약 30 내지 40 중량%를 형성한다. 미분 분말 안료의 평균 입자 크기 (직경)는 약 7 미크론 미만, 바람직하게는 약 3 내지 약 7 미크론, 가장 바람직하게는 약 5 미크론이다. 본 발명의 조성물의 색상은 금속 산화물의 혼합물 및 비율에 따라 흑색 내지 암회색으로 상이할 것이다. 바람직하게 포함되는 산화구리는 흑색 페인트 조성물을 제공한다. 본 발명자들은 산화크롬이 유리에 대한 페인트의 부착을 방해하기 때문에 페인트 조성물에 산화크롬을 사용하는 것은 바람직하지 않다는 것을 밝혀내었고, 따라설 본 발명의 페인트에는 크롬이 존재하지 않는다.

페인트 조성물이 유리 템퍼링 동안 처리되는 매우 높은 온도에서 그의 우수한 물리적 특성을 유지하는 능력은 페인트 조성물 내에 소다석회-실리카 유리 입자를 포함시킴으로써 크게 증가된다. 이러한 개선된 온도 안정성은 유리 입자가 페이트 파이어링 온도에서 용융되지 않는 경우에도 유지된다. 본 발명자들은 유리 입자를 포함시키면 열 팽창 차이 때문에 가열 및 냉각 동안 통상 발생하는 유리 기판과 페인트 사이의 전단 응력을 완화시킬 수 있다고 생각한다. 실제적으로, 유리 입자를 포함시키면 페인트와 유리 기판의 열 팽창 게수를 서로 유사하게 만드는 경향이 있다. 페인트 중에서 불용성인 유리 입자를 포함시킬 경우 페인트의 내구성 또는 다른 물리적 특성, 예를 들어 스크래치 저항성에 대해 어떠한 유해한 효과도 발생하지 않았다. 사실상, 본 발명자들은 이러한 고온 페인트 안정성은 부분적으로는 페인트 파이어링 온도에서 용융되지 않는 페인트층에 추가의 구조를 제공하는 유리 입자에 의해 발생하는 것으로 생각한다. 이러한 이론은 소다석회-실리카 유리 입자의 도입에 의해 제공되는 경화 페인트의 고온 안정성의 상당한 개선을 설명하기 위해 제시한 것이지만, 이의 정확성이나 이에 대한 이해는 본 발명의 실시를 위해 필요하지 않다. 페인트는 그 매트릭스 내에 넓은 범위의 첨가되는 유리 원료를 수용할 수 있다.

입자는 유리 산업계에 공지된 임의의 소다석회-실리카 유리로 제조된다. 자동차 및 건축 산업예 사용되는 소다석회-실리카 유리는 통상 플로우트(float) 유리 공법에 의해 제조된다. 이는 이산화규소 68 내지 75 중량%, 산화알루미늄 0 내지 5 중량%, 산화칼슘 5 내지 15 중량%, 산화마그네슘 0 내지 10 중량%, 산화나트륨 10 내지 18 중량% 및 산화칼륨 0 내지 5 중량% (여기서 성분의 함량은 전체 유리 조성물에 대한 중량%를 기준으로 함)라는 염기성 조성을 갖는다는 특징을 일반적으로 갖는다. 또한, 산화칼슘 + 산화마그네슘은 6 내지 15 중량%이고, 산화나트륨 + 산화칼륨은 10 내지 20 중량%이다. 이러한 유리는 예를 들어 산화철, 산화코발트 또는 산화구리와 같은 착색제를 포함할 수 있다. 광학 특성을 개선시키기 위해 종종 산화티탄 또는 산화세륨과 같은 UV 흡수제가 포함된다. 상기 착색제 또는 다른 첨가제가 존재하거나 존재하지 않는 소다석회-실리카 유리를 본 발명의 페인트 조성물에 사용할 수 있다. 바람직하게는, 페인트 조성물에 포함되는 유리 입자는 페인트가 적용되는 유리와 유사하거나 동일할 것이지만, 반드시 그렇지는 않다. 특정 소다석회-실리카 유리의 사용은 본 발명에 의해 달성되는 개선에 중요하지 않다. 유리 입자는 분말 또는 구형일 수 있다. 일반적으로, 입자의 평균 직경은 20 미크론 미만, 바람직하게는 3 내지 15 미크론이다. 보다 바람직하게는, 입자의 직경은 약 5 내지 7 미크론이다.

소다석회-실리카 입자는 페인트 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3 내지 55 중량%의 양으로 페인트 조성물에 포함된다. 바람직하게는, 수성 페인트 내의 고융점 유리 입자의 양은 5 내지 45 중량%이고, 7 내지 40 중량%가 최적의 양이다. 이들 입자는 유리를 목적하는 직경으로 연마하여 수득하거나 시판되는 제품을 구입할 수 있다. 구형 입자는 스크린에 대한 연마 작용이 작기 때문에 페인트가 스크린 페인팅에 의해 적용될 경우 가장 바람직하다. 구형 입자는 예를 들어 Cataphote Inc.사에서 등록상표명 Glass Shot 유리 입자로서 시판되고 있다. 구형 입자의 경우, 크기는 5 내지 20 미크론이거나 사용하기가 가장 적합하기 때문에 더 작을 수 있지만, 더 작은 크기는 시판되고 있지 않다.

상기 필요한 성분 외에, 크롬 무첨가 페인트는 저융점 유리 원료 분말 및 산화아연으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 1종 이상의 부착 프로모터를 추가로 포함한다. 1종 이상의 상기 물질은 페인트 조성물에 포함될 필요가 있다. 그러나, 저융점 유리 원료만이 조성물에 포함되는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 산화아연은 저융점 유리 원료와 함께 또는 그 대신에 포함될 수 있다. 또한, 페인트가 라미네이트된 앞유리에서와 같이 비닐과 접촉하여 사용될 때, 이들 접착 프로모터는 후술하는 바와 같이 유리에 대한 비닐의 부착성을 촉진한다. 페인트는 광범위한 저융점 유리 원료를 수용할 수 있다.

페인트는 소량의 유리 원료 분말을 포함하는 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 이 유리 원료는 약 705℃ (1300℉) 미만에서 용융되는 유리 물질이다. 이것은 특히 페인트가 예를 들어 라미네이트된 앞유리에서와 같이 비닐이 적층되어 있는 유리 표면에 적용될 때 본 발명의 흑색 계열의 페인트 조성물의 약 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 2 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 2 내지 8 중량%의 양으로 수성 페인트 조성물에 포함되는 것이 가장 적합하다. 보다 바람직하게는, 저융점 유리 원료는 전체 조성물 중량을 기준으로 하여 약 5 중량%의 양으로 조성물에 존재한다. 사용될 때 유리 원료는 입자 평균 직경이 약 10 미크론 미만, 바람직하게는 약 3 내지 7 미크론, 가장 바람직하게는 약 7 미크론인 분말 형태로 페인트 조성물에 도입된다. 종종 에나멜 원료로 언급되는, 본 발명의 조성물에 유용한 바람직한 유리 원료 물질의 예는 아연, 붕소, 비스무트, 티탄, 지르코늄 및 알루미늄과 같은 금속의 실리케이트 및 이들의 혼합물, 예를 들어 규산티탄 유리, 붕규산아연 유리 및 붕규산 비스무트 유리이다. 본 발명자들은 유리 원료가 개시된 첨가 범위보다 높은 양, 예를 들어 약 10 중량% 초과의 양으로 페인트에 포함될 때 유리 원료의 일부 또는 전부가 아연 기재 원료보다 더 적합하다는 것을 밝혀내었다. 본 발명자들은 아연 기재 원료가 페인트의 겔화를 촉진하는 경향이 있기 때문에 붕소 기재 또는 다른 비아연 기재 원료가 상기 보다 높은 첨가량에서 보다 바람직하게 사용된다는 것을 밝혀내었다. 이러한 유리 원료의 보다 높은 수준은 페인트가 외부 유리 표면, 즉 라미네이트된 앞유리에서 비닐이 적층되어 있지 않은 표면에 대해 사용될 때 특히 바람직하다. 이러한 많은 유리 원료는 General Colors Co. 및 O. Hommell Co.에서 시판되는 제품을 용이하게 구입할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 다른 유리 원료는 본 발명의 개시 내용을 통하여 당업자가 분명하게 알 수 있을 것이다. 본 발명자들은 유리 조성물에 상기 저융점 유리 원료 분말을 포함시키면 페인트와 접촉하여 사용될 때 유리, PVB 또는 우레탄 밀봉제에 대한 페인트의 부착성을 크게 개선시킨다는 것을 밝혀내었다. 공지된 바와 같이, PVB는 라미네이트된 앞유리 내에 사용되고, 우레탄 밀봉제는 유리와 차체 사이에 사용된다. 유리 원료가 일반적으로 물에 가용성이 아니지만, 본 발명자들은 유리 원료가 본 발명의 수성 페인트 조성물에 적어도 부분적으로 가용성이라는 것을 놀랍게도 밝혀내었다. 본 발명자들은 이것이 본 발명의 조성물 내의 높은 수준의 염기 (예를 들어 NaOH)의 사용에 의한 것일 수 있다고 생각한다. 유리 원료가 페인트 조성물의 다른 수용성 성분, 예를 들어 규산나트륨과 함께 가용성이 되는 능력은 유리 원료가 페인트 조성물의 다른 수용성 성분과 상호작용을 하도록 만들어 경화 페인트의 부착성을 개선시킬 수 있다.

페인트에 포함될 수 있는 다른 임의의 성분은 다른 부착 프로모터로서의 산화아연이다. 조성물에 포함될 때, 산화아연은 일반적으로 약 20 중량% 이하, 바람직하게는 2 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 약 3 내지 6 중량%의 양으로 포함된다. 가장 적합하게는, 산화아연은 조성물의 중량을 기준으로 하여 약 4 내지 6 중량%의 양으로 포함된다. 산화아연은 평균 약 2 내지 3 미크론의 입자 크기로 페인트 조성물에 제공되는 것이 바람직하지만, 입자 크기는 중요하지 않다. 본 발명자들은 산화아연이 실리케이트 페인트 조성물의 팽창 계수를 저하시켜 유리 조성물의 팽창 계수에 보다 근사하게 만듦으로써 유리의 가열 및 냉각 동안 스트레스가 페인트에서 덜 발생하도록 한다고 생각한다. 산화아연은 또한 비닐 및 우레탄 밀봉제에 대한 부착성을 개선시킨다.

본 발명의 흑색 페인트 조성물에 포함되는 다른 선택적인, 그러나 바람직한 성분은 계면활성제이다. 계면활성제는 잘 알려진 물질이고, 액상 페인트가 적용되는 기판에 대한 액상 페인트의 습식 특성을 개선시키기 위해 페인트에 종종 첨가된다. 이러한 물질의 한 예는 3M Company에서 제조한 ″FC-171″이다. 다른 계면활성제는 당업계의 숙련가에게 공지되어 있다. 바람직하게는, 계면활성제는 페인트 조성물의 약 0.1 내지 1.0 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 0.5 중량%를 형성한다. 다른 선택적인, 그러나 바람직한 성분은 수산화알루미늄으로서, 조성물의 약 5 중량% 이하의 양으로 조성물에 포함되는 것이 바람직하다. 수산화알루미늄은 일반적으로 수산화알루미늄 수화물로서 페인트에 첨가되고, 페인트의 보존 수명을 증가시키는 것으로 밝혀졌고, 유리 시트에 대한 페인트의 부착성을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 조성물이 자동차 및 건축 유리에 사용되는 소다석회-실리카 유리에 대한 특정 유용성을 갖지만, 그 용도가 이에 한정된다는 것을 의미하지는 않는다. 공복(spandrel)과 같은 다른 유리 또는 장식용 유리 패널에도 사용될 수 있다.

본 발명의 페인트 조성물을 제조하기 위해, 성분들은 일반적으로 함께 첨가된 후, 성분들의 실질적으로 균일한 혼합물이 얻어질 때까지 볼밀링된다. 이러한 밀링은 성분들이 최종 페인트에 요구되는 것보다 큰 입자 크기로 처음에 존재하는 경우에, 성분, 예를 들어 유리 입자 및 유리 원료와 같은 선택적 성분의 목적하는 입자 크기를 제공하기 위해 수행될 수 있다. 즉, 특정 상황에서, 이들 성분은 처음에 보다 큰 입자 크기로 혼합물에 첨가된 후, 성분의 밀링 동안 보다 작은 입자로 입자 크기를 갖도록 만들 수 있다. 상기 혼합은 일반적으로 실온에서 수행된다. 염기는 볼 밀링 후에 또는 밀링의 최종 단계에서 종종 첨가된다. 본 발명자들은 일정 시간 후에 페인트 조성물이 종종 점성을 갖게 되고 이것이 소다석회-실리카 유리 입자와 같은 입자의 첨가에 의한 것이라는 것을 알았다. 이러한 측면에서, 본 발명자들은 소다석회-실리카 유리 분말 및 저융점 유리 원료를 페인트 사용 전에 다른 성분의 혼합물에 첨가하는 것을 선호한다. 즉, 실리케이트, 물, 염기 및 착색제는 함께 혼합될 수 있다. 이것은 최종 페인트 조성물의 약 50 내지 90 중량%를 형성한다. 사용될 경우, 유리 원료, 유리 분말 및 산화아연은 추후에 첨가되어 최종 페인트 조성물을 형성할 수 있다.

본 발명의 조성물은 제조 후에 임의의 기술에 의해 기판, 특히 유리 기판에 적용될 수 있다. 유리 시트는 유리 제조 기술 분야에 일반적으로 알려진 모든 종류의 유리로부터 제조될 수 있다. 본 발명에 따라 사용하기 위해 고려되는 일반적인 유리 시트는 공지의 플로우트 유리 공법에 의해 일반적으로 생산되는 소다석회-실리카 자동차 및 건축용 유리이다.

사용시에 페인트는 통상의 페인트 적용법, 예를 들어 페인트가 고무 롤러에 의해 스크린을 통해 도포되어 페인트가 유리 시트 상에 소정의 패턴을 나타내도록 하는 스크린 페인팅에 의해 소정 패턴으로 유리 시트의 표면에 균일층으로서 적용된다. 스크린 페인팅에 의한 자동차 유리의 표면에 페인트를 적용하는 것은 페인팅 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 상황에서는, 스크리닝 공정 동안 페이트 주위의 습한 환경을 유지하는 것이 특히 바람직하다. 습한 환경은 본 발명의 바람직한 페인트 조성물에 대해 약 70±5%의 상대 습도로 유지되는 것이 가장 적합하다. 이러한 습한 환경을 유지하면 적용에 바람직한 점도로 페인트의 수분 함량을 유지시킴으로써 페인트 적용 스크린 시스템을 오래 사용할 수 있다. 이러한 환경은 예를 들어 미국 특허 제5,509,964호 (발명의 명칭 ″Apparatus and Method for Applying a Coating to Glass″)에 기재된 발명에 의해 가장 적합하게 제공될 수 있다.

페인트가 유리 시트에 적용될 수 있는 소정의 패턴은 예를 들어 자동차 유리의 주변 가장자리 표면 상에 위치한 불투명 차단 밴드를 포함할 수 있다. 이러한 차단 밴드는 자동차 창틀에 유리를 장착하기 위해 사용되는 접착제가 태양광 조사에 의해 분해되는 것을 방지하고 창유리 가장자리 아래에 존재하는 장착 금속 기구 및 구조적 부품을 감추기 위해 유용한 것으로서 자동차 창유리 기술 분야에 공지되어 있다. 이 밴드는 일반적으로 창유리의 가장자리까지 연장되고, 아래에 존재하는 접착제 및 구조적 부품을 감추기에 충분하지만 자동차 운전자의 시야를 최대로 제공할 수 있도록 충분히 좁은 폭을 갖는다. 분명한 것은, 경화 페인트 영역을 위한 최종 목적에 따라 유리 표면에 상이한 페인트 영역을 적용하기 위해 다른 소정의 패턴을 이용할 수 있다는 것이다.

″암소 영역″으로서 자동차 유리에 적용되는 코팅의 경우, 코팅은 약 12 내지 16 미크론의 두께로 제공되는 것이 바람직하다. 코팅은 그러나 어떠한 두께로도 적용할 수 있고, 목적하는 특정 적용예에 따라 최적 두께를 결정할 수 있다.

본 발명의 경화가능 조성물은 기판에 적용된 후에 코팅을 경화시키는 물을 제거하기에 충분한 시간 동안 승온에서 베이킹함으로써 용이하게 경화된다. 이 단계는 어느 온도에서도 수행할 수 있지만, 유리의 연화점 미만의 온도가 바람직하다. 상기 물 증방 및 경화는 적당한 온도, 예를 들어 약 400℃ 미만, 약 100 내지 200℃에서도 바람직하게 수행할 수 있기 때문에, 페인팅된 유리는 연화처리되지 않고, 따라서 상기 온도에서 변형되는 것이 방지된다.

이것은 페인트를 경화시키기 위해서 유리의 연화점 초과 온도까지 가열할 것을 필요로 하는 통상의 유기 비히클 페인트와 대조적인 점이다. 유리 시트에 적용되는 페인트 조성물은 일반적으로 페인팅된 유리를 추가 공정, 즉 페인팅된 유리 시트의 목적하는 최종 형태로의 벤딩을 수행하기 적합하도록 만들기 위해 먼저 경화된다. 유기 비히클 페인트를 경화시키기 위해 유리의 연화점 초과 온도까지 유리를 가열하면 유리가 변형될 가능성이 존재하게 된다. 제2 파이어링에서 상기ㅣ 고온에서 다시 페인팅된 유리에 대한 후속 벤딩 처리는 유리 제품에 변형이 발생할 제2 가능성이 발생한다. 따라서, 본 발명의 페인트는 유리의 연화점 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 경화될 수 있기 때문에 유리 제품에 변형이 발생할 가능성을 바람직하게 최소화한다.

수성 흑색 페인트 조성물의 상기 건조 및 경화는 어떠한 방법으로도 수행할 수 있다. 2개의 특히 바람직한 방법은 유리에 적용되는 페인트에 적외선 (IR) 조사 또는 마이크로파 오븐에서 마이크로파 조사를 조사하는 것을 포함한다. 마이크로파 조사는 비교적 작은 크기의 컴팩트한 장치로서 제공될 수 있고, 에너지 소비가 작고 일반적으로 유지비가 적기 때문에 가장 바람직하다.

″암소 영역″ 밴드로서 앞유리 표면의 일부에 적용되는 페인트 조성물의 한 실시태양을 갖는 앞유리 30.5 cm x 30.5 cm (12″ x 12″)의 경우, IR 오븐에서 150℃에서 약 1분 내에 또는 마이크로파 오븐 (4 KW 전력)에서 약 1분 미만 내에 경화될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 사용되는 페인트 조성물 및 코팅되는 영역의 특정 실시태양은 본 발명의 페이트 경화에 유용한 최적 특정 파라미터를 제시한다.

본 발명의 온화한 온도에서 경화가능한 조성물은 경화를 위해 상당한 승온을 필요로 하는 조성물에 비해 상당한 에너지를 절약할 수 있다는 점에서 크게 유리하다. 또한, 상기 논의한 바와 같이, 기판이 유리일 경우 통상의 유기 비히클 유리 코팅을 경화시키기 위해 필요한 상당한 승온에 노출될 때 광학적 변형이 발생할 수 있다. 본 발명의 조성물은 페인트 경화 승온이 필요한 종래 기술의 코팅의 상기 단점을 극복한 것이다. 상기한 바와 같이, 페인트는 유리에 대한 특정 유용성을 갖고, 또한 예를 들어 금속 또는 플라스틱과 같은 다른 기판을 페인팅하기 위해 사용할 수 있다.

일반적으로, 코팅된 자동차 유리는 620℃ (1150℉) 이상, 유리가 템퍼링되는 경우에는 675℃ (1250℉) 이상일 수 있는 고온에 유리를 적용하는 단계를 포함하는 성형 단계에서 처리될 것이다. 이것은 기판에 내구성 및 부착성 코팅을 제공하기 위해 필요하지 않지만 코팅을 추가로 경화시킬 것이다.

하기 실시예는 본원에서 개시된 넓은 범위의 조성을 갖는 페인트 조성물의 실시태양이다. 모든 성분의 함량은 전체 페인트 조성물의 중량%이다.

페인트 번호	1	2	3
규산나트륨	25	28	23
부말 유리(소다석회-실리카 유리,직경 7 미크론)	25	27	30
규산칼륨	0	1.0	1.0
물	14.9	10	7
수산화나트륨(50% 용액)	2	3.0	3.9
산화구리	28	26.0	30
산화아연	0	1.0	0
유리 원료(비스무트 보로실리케이트)	5.0	3.9	5.0
계면활성제(FC-171, 3M Company)	0.1	0.1	0.1

상기 흑색 페인트 조성물은 투께 16 미크론의 류리 (소다석회-실리카) 시트에 스크린 프린팅에 의해 적용하고 IR 오븐에서 3시간 동안 120℃에서 경화시켰다.

경화된 흑색 페인트는 균일한 코팅 및 우수한 부착성을 보이는데, 이것은 페인팅된 유리를 고온 수조에서 5일 동안 60℃에서 유지시킨 후 페인트의 탈리가 발생하지 않음을 통하여 확인하였다.

또한, 우레탄 계열 접착제가 종종 자동차에 장착되는 유리와 접촉되어 사용되기 때문에 이하의 시험에 의해 페인트의 우레탄 계열 접착제에 대한 부착성을 시험하였다.

우레탄 접착제/페인트/유리 부착 시험

유리 패널의 표면을 페인팅하고 550℃ 초과의 온도로 유리를 가열하는 오븐에 페인트를 통과시켜 페인트를 충분히 경화시켰다. Essex 유리 프라이머 -제조 번호 43519의 코팅을 먼저 적용하여 페인팅된 표면의 일부 (스트라이프)를 우레탄 부착을 위해 제조하였다. 이 제조된 표면에 Essex 유리 프라이머-제조 번호 43520A의 다른 층을 적용하였다. 프라이머를 실온에서 약 10분 동안 건조시킨 후, Essex 우레탄 중합체 접착제의 비드를 프라이머 코팅층 상에 적용하였다. 우레탄 접착제를 적용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방식으로 제2 유리 패널을 제조하였다. 이어서, 우레탄 접착제가 제2 패널의 프라이머와 접착하도록 2개의 유리 패널을 패널의 페인팅된 표면 사이가 약 6 mm (0.25″)가 되도록 압축하여 접촉시켰다. 한쌍의 패널을 72시간 동안 대기 중에서 경화시켰다. 부착 시험을 통과하기 우해서는, 패널이 서로에 대해 뒤틀릴 때 접착제 표면이 아니라 우레탄이 파열되어야 한다. 접착의 신뢰성은 부착된 한쌍의 패널을 소정의 시간 동안 66℃ (150℉)의 물에 침지시킨 후에 시험하였다.

상기 페인트 조성물은 모두 우수한 부착성을 보였고, 우레탄 부착 시험을 성공적으로 통과하였다.

4개의 다른 페인트 조성물을 다음과 같이 제조하였다.

	페인트 번호
	4	5	6	7
규산나트륨	32	30	28	25.0
소다석회-실리카 유리^*	0	0	30	30.0
규산칼륨	3.8	3.8	0.0	0.0
물	20.0	20.0	10.8	12.8
산화구리	40.0	33.0	27.0	25
유리 원료(비스무트 보로실리케이트)	0.0	7.0	0.0	5.0
산화아연	0.0	2.0	0.0	0.0
수산화알루미늄	0.0	0.0	2.0	0.0
수산화나트륨(50% 용액)	4.0	4.0	2.0	2.0
계면활성제(FC-171, 3M Company)	0.2	0.2	0.2	0.2
* 유리 분말의 평균 직경은 7 미크론임.

본원에 개시된 조성물 범위 내의 2개의 페인트 조성물 (번호 6 및 7) 및 범위 내가 아닌 2개의 비교용 페인트 (번호 4 및 5)에 대해 상기한 바와 같이 우레탄 중합체 접착제 및 폴리비닐 부티랄 (앞유리에서 중간층으로서 사용됨)에 대한 부착을 다음과 같이 시험하였다.

비닐/페인트/유리 부착 ″Pummel 시험″

페인트의 7.5 cm (3″) 테두리를 페인트가 폴리비닐 부티랄 중간층과 접촉하는 표면에 존재하도록 적층된 한쌍의 유리 패널에 제공하였다. 라미네이트를 냉각시고 4시간 동안 -10℃에서 안정화시켰다. 4시간 경과 후에, 라미네이트를 신속하게 제거하고 페인팅된 부분을 모루에 놓은 후, 페인팅된 부분을 무거운 해머로 5분 동안 타격하였다. 이 온도에서, 비닐은 경화되고 분쇄된 유리 입자에 대한 부착성이 불량하였다. 유리 입자의 비닐에 대한 부착성을, #1은 비닐/페인트/유리 사이의 부착성을 완전히 상실한 것이고, #10은 비닐/페인트/유리의 충분한 부착을 나타내는 #1 내지 #10,3으로 정의된 표준물질과 비교하여 등급을 매겼다.

Pummel 시험된 비닐/페인트/유리의 결과

페인트 번호 4: #1-#2 Pummel 시험

페인트 번호 5: #4-#6 Pummel 시험

페인트 번호 6: #6-#8 Pummel 시험

페인트 번호 7: #6-#8 Pummel 시험

우레탄/페인트/유리 부착 시험 결과

	4시간 후	24시간 후	48시간 후	120시간 후
페인트 번호 4	실패	-	-	-
페인트 번호 5	통과	통과	통과	통과
페인트 번호 6	통과	통과	통과	통과
페인트 번호 7	통과	통과	통과	통과

상기 시험 결과로부터 소다석회-실리카 유리 분말을 페인트 조성물에 포함시키면 페인트의 유리에 대한 부착성이 크게 개선됨을 알 수 있다. 페인트 조성물에 유리 원료를 2% 내지 7%의 양으로 포함시킬 경우에도 경화된 페인트 조성물의 유리에 대한 부착성이 증가되었다. 그러나, 본 발명의 조성물에 구체화된 양을 초과하도록 증가시키면 페인트가 ″겔″화되기 쉽기 때문에 바람직하지 않은 것으로 밝혀졌다.

Claims

i) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하는 수용성 규산나트륨,

ii) 조성물의 5 내지 25 중량%를 형성하는 물,

iii) 조성물의 pH를 10.5 이상으로 만드는데 충분한 양의 수용성 염기,

iv) 조성물의 20 내지 45 중량%를 형성하고 평균 입자 크기가 7 미크론 미만인, 구리, 철, 니켈, 코발트의 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 미분 금속 산화물 분말,

v) 조성물의 3 내지 55 중량%를 형성하고 평균 직경이 20 미크론 미만이고 융점이 약 925℃ (1700℉) 이상인 소다석회-실리카 유리 입자, 및

vi) 조성물의 20 중량% 이하를 형성하고 평균 입자 크기가 10 미크론 미만이며 융점이 705℃ (1300℉) 미만인 저융점 유리 원료 분말과 vii) 조성물의 20 중량% 이하를 형성하는 산화아연으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질

을 포함하되,

(a) 소다석회-실리카 유리 입자의 함량이 조성물의 10 중량% 미만이고,

(b) 상기 저융점 유리 원료 분말이 조성물의 10 중량%를 초과하는 양으로 존재하고,

(c) 산화아연이 조성물의 10 중량%를 초과하는 양으로 존재하는 조건

중의 하나 이상을 충족시키는, 유리에 대한 부착성이 우수한 수성 페인트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 소다석회-실리카 입자가 이산화규소 68 내지 75 중량%, 산화알루미늄 0 내지 5 중량%, 산화칼슘 5 내지 15 중량%, 산화마그네슘 0 내지 10 중량%, 산화나트륨 10 내지 18 중량% 및 산화칼륨 0 내지 5 중량%로 구성되되, 산화칼슘 + 산화마그네슘은 6 내지 15 중량%이고, 산화나트륨 + 산화칼륨은 10 내지 20 중량%인 수성 페인트 조성물.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 조성물이 규산칼륨을 추가로 포함하는 것인 수성 페인트 조성물.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저융점 유리 원료 분말이 상기 조성물의 2 중량% 이상을 형성하는 것인 수성 페인트 조성물.
제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 0.1 내지 1.0 중량%의 계면활성제를 추가로 포함하는 것인 수성 페인트 조성물.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 약 5 중량% 이하의 수산화알루미늄을 추가로 포함하는 것인 수성 페인트 조성물.
제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저융점 유리 원료가 아연, 붕소, 비스무트, 티탄, 지르코늄 및 알루미늄 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 금속의 실리케이트인 수성 페인트 조성물.
제2항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 상기 조성물의 10 중량% 이상을 형성하고, 상기 금속 산화물 분말이 상기 조성물의 25 내지 45 중량%를 형성하고 평균 입자 크기가 3 내지 7 미크론인 미분 산화구리 분말이고, 상기 소다석회-실리카 유리 입자의 평균 직경이 3 내지 10 미크론이고, 융점이 705℃ (1300℉) 미만인 상기 유리 원료 분말이 상기 조성물의 2 내지 8 중량%를 형성하고 평균 입자 직경이 3 내지 7 미크론이며 아연, 붕소, 비스무트, 티탄, 지르코늄 및 알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속의 실리케이트이고, 상기 조성물이 상기 조성물의 0.1 내지 1.0 중량%를 형성하는 계면활성제를 추가로 포함하는 것인 수성 페인트 조성물.
제8항에 있어서, 상기 조성물이 수산화알루미늄을 추가로 포함하는 것인 수성 페인트 조성물.
제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 유리 시트의 적어도 일부에 적용하고 건조시켜 물을 제거한 후, 400℃ 미만의 온도에서 가열하여 경화시키는 것을 포함하는, 페인트 코팅된 유리 시트의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 유리 시트가 자동자 또는 건축용 창유리 시트인 방법.