KR20010033216A - 페인팅된 표면에 대한 우레탄 접착제의 접착성을향상시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

한 양태에서, 본 발명은 하이드로카빌 치환된 방향족 설폰산 및 당해 산을 용해시키는 용매를 포함하는 예비-와이프 용액(pre-wipe solution)을 페인팅된 표면 또는 유리 표면에 도포하는 단계 및 용매를 증발시키는 단계를 포함하여, 페인팅된 표면 또는 유리 표면을 처리하여 이후에 도포되는 우레탄 접착제의 접착성을 향상시키는 방법을 제공한다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 산 0.5 내지 10.0중량% 및 당해 산을 용해시키는 용매 90.0 내지 99.5중량%를 포함하는 예비-와이프 조성물을 제공한다.

Description

페인팅된 표면에 대한 우레탄 접착제의 접착성을 향상시키는 방법{Method to achieve improved adhesion of urethane adhesive to a painted surface}
본 발명은 페인팅된 기재에 대한 우레탄 밀봉재의 접착성을 향상시키는 방법 및 이를 위해 사용되는 조성물에 관한 것이다.
페인팅된 기재에 대한 유리의 효과적인 결합은 자동차 산업과 같은 산업에서 중요하다. 예를 들면, 자동차 전면 유리는 자동차 차체에 효과적으로 결합되어 충돌 또는 전복되는 경우에 자동차 지붕을 지지하도록 해야 한다. 전형적으로, 우레탄 밀봉재는 유리 표면을 페인팅된 표면에 부착시키는 데 사용된다. 그러나, 간혹 우레탄 밀봉재를 페인팅된 표면에 직접 만족스럽게 접착시키기가 어렵다.
결과적으로, 페인팅된 자동차 차체 표면에 대한 허용되는 수준의 우레탄 접착성을 얻기 위해, 종종 자동차 제조업자들은 접착제를 도포하기 전에, 페인팅된 표면에 프라이머 도료를 도포하는 추가의 예비 단계를 필요로 한다. 예를 들면, "페인팅된 표면에 대한 결합을 향상시키는 방법 및 조성물"이란 발명의 명칭의 미국 특허 제4,525,511호에는 이러한 프라이머와 프라이밍 방법이 기재되어 있다(본원에서 참고로 인용됨). 이러한 프라이밍 탑 코트를 사용해야만 만족스럽게 우레탄 밀봉재를 접착시키고 페인트-유리 표면을 결합시킬 수 있다.
슈마허(Schumacher)에게 허여된 "페인팅된 표면 또는 유리 표면에 우레탄 밀봉재를 접착시키는 방법"이란 발명의 명칭의 미국 특허 제4,857,366호[제'366 특허]에서는 프라이머 단계가 생략되어 유리-페인팅된 표면 결합 분야에서의 진전을 제시하였다(본원에서 참고로 인용됨). 미국 특허 제4,857,366호에는 페인팅된 표면을 처리하여 페인팅된 표면에 우레탄 밀봉재를 접착시키는 방법이 기재되어 있다. 당해 특허에 기재된 방법은 p-톨루엔 설폰산과, 케톤, 알콜 및 지방족 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용매를 포함하는 용액을 도포함을 포함한다. 그러나, 미국 특허 제4,857,366호에 기재된 용매는 비교적 환경에 유해하다. 게다가, 미국 특허 제4,857,366호에 기재된 용액은 종종 처리된 표면에 외관상 불량한 산 잔사를 남겨서 특정 유형의 페인트의 광택도에 악영향을 미친다.
우레탄 밀봉재와 페인팅된 표면 사이의 접착성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 페인팅된 표면을 처리하는 방법 및 조성물을 제공함으로써 접착제 및 밀봉재 분야를 진전시킬 수 있을 것이다. 또한, 위의 선행기술에 기재된 조성물보다 더 환경 친화적이고, 페인팅된 표면에 외관상 불량한 잔사를 남기지 않고 페인팅된 표면의 광택도에 악영향을 미치지 않는 조성물을 제공함으로써 당해 분야를 진전시킬 수 있을 것이다.
한 양태에서, 본 발명은 하이드로카빌 치환된 방향족 설폰산과 당해 산을 용해시키는 용매를 포함하는 예비-와이프 용액(pre-wipe solution)을 페인팅된 표면 또는 유리 표면에 도포하는 단계 및 용매를 증발시키는 단계를 포함하여, 페인팅된 표면 또는 유리 표면을 처리하여 이후에 도포되는 우레탄 접착제의 접착성을 향상시키는 방법을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 하이드로카빌 치환된 방향족 설폰산 0.5 내지 10.0중량% 및 당해 산을 용해시키는 용매 90.0 내지 99.5중량%를 포함하는 예비-와이프 조성물을 제공한다.
본 발명의 방법 및 조성물은 몇가지 이점을 갖는다. 우선, 본 발명의 방법 및 조성물은 선행기술에 기재된 대부분의 용매보다 더 환경 친화적인 방향족 또는 알킬 방향족 용매를 사용할 수 있다. 본 발명의 조성물은 기재 표면에 결정성 잔사를 남기지 않는다. 마지막으로, 본 발명의 조성물은 특정 유형의 페인트의 광택도에 악영향을 미치지 않는다.
본 발명의 방법은 일반적으로 예비-와이프 용액을 표면에 도포하는 단계 및 예비-와이프 용액 중의 용매를 증발시키는 단계를 포함한다. 본원에서, 용어 "예비-와이프"는 표면에 임의의 접착제 또는 밀봉재를 도포하기 전에 당해 용액을 도포함을 의미한다. 다시 말하면, 본 발명의 예비-와이프 용액을 사용하여 표면을 처리한 후, 여기에 임의의 조성물을 도포한다.
예비-와이프 용액은 산과 용매를 함유한다. 예비-와이프 용액 중의 산은 당해 용매에 가용성이어야 한다. 산은 하나의 방향족 잔기가 하나 이상의 탄화수소 치환체로 추가로 치환된 방향족 설폰산이다. 또한, 방향족 잔기는 하나 이상의 설폰산 잔기를 함유할 수 있다. 치환체는 바람직하게는 탄소수가 6 이상이다. 치환체는 바람직하게는 탄소수가 20 이하이다. 탄화수소 치환체는 알킬, 아릴, 알케닐, 아르알킬 또는 알크아릴일 수 있다. 치환체는 더욱 바람직하게는 탄수소 6 내지 12, 가장 바람직하게는 9 내지 12이다. 탄화수소 치환체는 본 발명의 조성물 중의 산의 작용에 악영향을 미치지 않는 비-탄화수소 잔기를 함유할 수 있다. 방향족 잔기는 본 발명의 원리를 충족시키는 임의의 방향족 잔기일 수 있으며, 바람직하게는 벤젠 또는 나프탈렌이다. 바람직한 산의 예에는 도데실 벤젠 설폰산, 디노닐 나프탈렌 디설폰산 및 디노닐 나프탈렌 설폰산이 포함된다. 가장 바람직하게는, 산은 도데실 벤젠 설폰산이다. 예비-와이프 용액 중의 산 함량은, 전체 용액의 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 1.0중량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 1.5중량% 이상이다. 바람직하게는, 예비-와이프 용액 중의 산 함량은 10.0중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5.0중량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 3.5중량% 이하, 가장 바람직하게는 2.5중량% 이하이다.
본 발명의 예비-와이프 용액에 사용되는 용매는, 산을 용해시키고, 기재에 대한 접착제의 접착을 방해하거나 기재 표면 위의 피막을 손상시키지 않는 임의의 용매이다. 바람직하게는, 용매는 알킬 알콜, 방향족 또는 알킬 방향족 용매이다. 이러한 용매가 통상적으로 사용되며, 이들 용매는 예를 들면 이소프로필 알콜, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 쿠멘 및 나프타를 포함한다. 바람직한 부류의 용매는 알킬 방향족 용매와 방향족 용매이다. 바람직하게는, 본 발명의 예비-와이프 용액에 사용되는 용매는 나프타이며, 이것은 전형적으로 아래의 조성을 갖는다: 에틸벤젠, 크실렌, 쿠멘, 프로필벤젠, 에틸톨루엔을 함유하는 용액 10중량%, 트리메틸벤젠 45중량%, 테트라메틸벤젠 40중량% 및 나프탈렌 5중량%[참조: Industrial Solvents, 2nd Ed., Reinhold Publishing Corp.(1950)].
예비-와이프 용액 중의 용매 함량은, 예비-와이프 용액의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 90.0중량% 이상, 더욱 바람직하게는 95.0중량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 96.5중량% 이상, 가장 바람직하게는 97.5중량% 이상이다. 예비-와이프 용액 중의 용매 함량은, 예비-와이프 용액의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 99.5중량% 이하, 더욱 바람직하게는 99.0중량% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 98.5중량% 이하이다.
본 발명의 예비-와이프 용액는 당해 분야에 익히 공지된 수단을 사용하여 성분들을 함께 혼합함으로써 제형화할 수 있다. 일반적으로 성분들을 적합한 혼합기 속에서 혼합한다. 이러한 혼합은 바람직하게는 불활성 대기 하에 수행한다.
본 발명의 예비-와이프 용액를 사용하는 경우, 프라이머를 사용하지 않고서 페인팅된 표면에 대한 우레탄 밀봉재의 접착성을 향상시킬 수 있다. 페인팅된 표면 또는 유리 표면에 또 다른 수단을 사용하여 예비-와이프 용액으로 닦거나 예비-와이프 용액을 분무하거나 접촉시킬 수 있다. 예비-와이프 용액은 표면이 단지 덮혀질 정도로만 충분히, 매우 얇은 박층으로서 도포되기만 하면 된다. 경우에 따라, 더 많은 양을 도포할 수 있지만, 이것은 폐기물을 생성시키기만 할 뿐이다.
예비-와이프 용액을 표면에 도포한 후, 용매를 증발시킨다. 일반적으로, 용매는 주위 조건에 따라서 수 초 내지 10분 내에 증발된다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 사용되는 산은 주위 조건에서 비결정성 액체이다. 이와 같이 이러한 산을 사용하여 본 발명의 예비-와이프 용액은, 종종 미학적으로 외관을 불량하게 하는 결정성 잔사를 남기지 않는다. 본 발명의 조성물의 도포량이 많은 경우, 접착에는 효과적이지만 폐기물이 발생된다. 우레탄 밀봉재를 도포하기 전에, 페인팅된 표면을 프라이밍할 필요없이, 당해 조성물을 건조시키면서 우레탄 밀봉재를 처리된 표면에 직접 도포할 수 있다.
바람직한 양태에서, 본 발명의 방법은 페인팅되고/되거나 유리질인 표면을 예비-와이프 용액으로 처리한 후, 당해 표면을 경화되지 않은 우레탄 접착제와 접촉시킴을 포함한다. 더욱 바람직한 양태에서, 본 발명은 또한 경화되지 않은 우레탄 접착제를 경화시킴을 포함한다.
우레탄 밀봉재는 당해 분야에 공지되어 있으며, 예를 들면, 본원에 인용된 미국 특허 제4,511,626호 및 제4,539,345호에 기재되어 있다. 적합한 우레탄 밀봉재는 1-부분(one-part) 열 또는 수분 경화성 시스템과 2-부분(two-part) 열 또는 화학적으로 활성화되는 폴리우레탄 시스템을 포함한다. 본원에 기재된 페인팅된 표면 또는 유리 표면을 처리하는 방법은 우레탄 밀봉재를 사용하는 원래의 유리 장치물 및 대체 유리 장치물 둘 다에 사용할 수 있다.
우레탄 밀봉재를 도포하기 위해, 당해 밀봉재 조성물을 제1 기재에 도포한 후, 제1 기재 위의 접착제를 제2 기재와 접촉시킨다. 이어서, 접착제를 경화 조건에 노출시킨다. 바람직한 양태에서, 하나의 기재는 유리이고 또 다른 기재는 임의로 페인팅될 수 있는 플라스틱, 금속, 섬유 유리 또는 복합 기재이다. 일반적으로 우레탄 밀봉재는 주위 온도에서 도포한다. 작업 시간은 바람직하게는 6분 이상, 더욱 바람직하게는 10분 이상이 되도록 우레탄 밀봉재를 제형화한다. 작업 시간은 바람직하게는 5분 이하, 더욱 바람직하게는 12분 이하이다.
아래의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다. 모든 부와 백분율은 달리 언급하지 않는 한, 중량을 기준으로 한다.
실시예 1
도데실 벤젠 설폰산(DDBSA) 2부를 유리 자(jar) 속에서 나프타 98부와 혼합한다. 이 용액을 실온에서 수 분 동안 교반하여 DDBSA를 나프타에 완전히 용해시킴으로써 2% DDBSA/나프타 용액을 제조한다. 치즈클로드(cheesecloth)를 2% DDBSA/나프타 용액으로 적시고, 경화된 자동차 페인트[듀퐁(Du Pont), RKF45500/691R98770]로 도포된 표면을 닦는다. 나프타 용매는 수 분 이내에 증발된다. 용매가 증발된 후, 경화되지 않은 1-부분 수분 경화성 폴리우레탄 접착제[베타실(Betaseal) 520 우레탄 접착제, 에섹스 스페시얼티 프로덕츠, 인코오포레이티드(Essex Specialty Products, Inc.)에서 시판]로 이루어진 6.4mm×6.4mm의 비이드를 위의 닦은 표면에 도포한다. 우레탄을 23℃, 상대습도 50%에서 3일 동안 경화시킨다. 경화 후, 일부 우레탄 샘플을 다음의 주위 조건에 노출시킨다: 시험 조건 A; 더 이상 노출시키지 않는다. 시험 조건 B; 샘플을 물 속에 32℃에서 10일 동안 침지시킨다. 시험 조건 C; 샘플을 38℃, 상대습도 100%에서 14일 동안 노출시킨다. 시험 조건 D; 샘플을 90℃에서 14일 동안 노출시킨다.
경화된 비이드의 가장자리를 절단하고 결합 실패 형태를 관찰하여, 경화된 밀봉재의 접착성을 측정한다. 계면 접착 강도(즉, 페인트-우레탄 또는 유리-우레탄)는 접착제 자체의 점착 강도(밀봉재 내)보다 더 큰 것이 바람직하다. 따라서, 페인트-우레탄-유리 결합물에 대해 시험하는 경우, 접착 실패보다 점착 실패(CF)가 일어나는 것이 바람직하다. 모든 샘플은 점착 실패율이 100%이다. 기재 위에 산이 침착되지도 않고 기재 피막이 현저하게 손상되지도 않는다.
실시예 2 내지 6
세 가지 상이한 산을 사용하여 실시예 1을 반복한다. 실시예 2에서, 산은 이소프로필 알콜 속의 1% 디노닐 나트탈렌 디설폰산[내큐어(Nacure) 155 설폰산, 킹 인더스트리즈(King Industries)에서 시판]이다. 실시예 3 및 4에서는, 내큐어 1052 설폰산(디노닐 나트탈렌 설폰산 50% 및 헵탄 50%)을 각각 1% 및 5%의 농도로 나프타에 용해시킨다. 실시예 5 및 6에서는, 내큐어 1053 설폰산(디노닐 나프탈렌 설폰산 50%, 크실렌 40% 및 에틸벤젠 10%)을 각각 1% 및 5%의 농도로 나프타에 용해시킨다. 모든 샘플을 조건 A, B, C 및 D 하에 시험하며, 모든 경우에 점착 실패율이 100%이다. 기재 위에 산이 침착되지도 않고 기재 피막이 현저하게 손상되지도 않는다.
비교 실시예 1
예비-와이프 용액으로 닦지 않은 페인팅된 표면에, 경화되지 않은 1-부분 수분 경화성 폴리우레탄 접착제(베타실 520 우레탄 접착제, 에섹스 스페시얼티 프로덕츠, 인코오포레이티드에서 시판)로 이루어진 6.4mm×6.4mm의 비이드를 도포한다. 우레탄을 23℃, 상대습도 50%에서 3일 동안 경화시킨다. 경화 후, 일부 우레탄 샘플을 조건 A, B, C 및 D에 따라 시험한다. 모든 샘플은 점착 실패율이 0%이다(접착 실패율 100%).
비교 실시예 2 내지 7
이소프로필 알콜 속의 5%의 다음의 산을 사용하여 실시예 1을 반복한다; 톨루산, 프로피온산, 아세트산, 푸마르산, 벤조산 및 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산. 이들 실시예의 샘플은 시험 조건 A에만 노출시킨다. 모든 샘플은 점착 실패율이 0%이다.
비교 실시예 8
이소프로필 알콜 속의 0.5%의 p-톨루엔 설폰산을 사용하여 실시예 1을 반복한다. 경화 후, 샘플을 조건 A, B, C 및 D 하에 시험한다. 모든 샘플은 점착 실패율이 100%로 나타난다. 산 잔사가 기재 표면에 잔류하고 피막 표면이 상당히 손상되었다.

Claims (10)

  1. 하이드로카빌 치환된 방향족 설폰산을 포함하는 산 0.5 내지 10.0중량% 및 당해 산을 용해시키는 용매 90.0 내지 99.5중량%를 포함하는 예비-와이프 조성물(pre-wipe composition).
  2. 제1항에 있어서, 용매가 알킬 알콜 또는, 방향족 또는 알킬 방향족 용매인 예비-와이프 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용매가 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 쿠멘 또는 나프타인 예비-와이프 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 탄화수소 잔기의 탄소수가 6 내지 20이고 방향족 잔기가 벤젠 또는 나프탈렌인 예비-와이프 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 하이드로카빌 잔기가 C9-12알킬 잔기인 예비-와이프 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 산 1.0 내지 3.0중량% 및 용매 97.0 내지 99.0중량%를 포함하는 예비-와이프 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 산이 도데실 벤젠 설폰산, 디노닐 나프탈렌 디설폰산 또는 디노닐 나프탈렌 설폰산인 예비-와이프 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물을 포함하는 예비-와이프 용액을 페인팅된 표면에 도포하는 단계 및 용매를 증발시키는 단계를 포함하여, 페인팅된 표면을 처리하여 이후에 도포되는 우레탄 접착제의 접착성을 향상시키는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 경화되지 않은 우레탄 밀봉재를 표면에 도포하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 경화되지 않은 우레탄 접착제를 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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