KR20050061505A - 내긁힘성 층 시스템의 제조 방법 - Google Patents

내긁힘성 층 시스템의 제조 방법 Download PDF

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KR20050061505A
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coating compound
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피터 비르
피터 카펠렌
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은 기판(S), 내긁힘성 층(R) 및 탑코트(T)를 포함하는 피복 시스템의 제조 방법, 및 이 방법에 따라 제조된 피복 시스템에 관한 것이다.

Description

내긁힘성 층 시스템의 제조 방법{Method for Producing a Scratch-Resistant Layer System}
본 발명은 기판(S), 내긁힘성 층(R) 및 탑코트(T)를 포함하는 피복 시스템의 제조 방법 및 본 방법에 의해 제조된 피복 시스템에 관한 것이다.
무기/유기 혼성 물질은 선택적인 가수분해 및 알콕사이드, 주로 규소, 알루미늄, 티타늄 및 지르코늄의 축합에 의해 졸-겔 방법을 거쳐 제조될 수 있다.
무기 그물 구조는 이 방법에 의해 구성된다. 적당히 유도체화된 규산 에스테르를 사용하여, 유기 기들 또한 혼입될 수 있는데, 이들은 한편으로는 기능 강화를 위해, 다른 한편으로는 한정된 유기 중합체 시스템의 형성을 위해 사용될 수 있다. 유기 및 무기 성분 모두의 가능한 결합의 수가 많다는 점 및 제조 공정을 통해 생성물의 성질에 큰 영향을 가할 수 있는 가능성 때문에, 이 물질 시스템은 큰 폭의 변형물을 제공한다. 특히, 피복 시스템은 이 방법으로 얻어질 수 있고 매우 다양한 요구 조건 프로파일에 맞추어질 수 있다.
순수한 무기 물질과 비교해 볼 때, 얻어진 피복은 여전히 상대적으로 부드럽다. 이는 시스템 내의 무기 성분이 높은 가교 작용을 가짐에도, 그들의 매우 작은 크기가, 경도 및 내마모성 같은 기계적 성질들이 영향을 효과적으로 주지 못한다는 것을 의미하기 때문이다. 완전한 사용은 일명 채워진 중합체를 사용하여 무기 성분의 바람직한 기계적 성질을 만들 수 있는데, 이는 중합체가 수 마이크로미터의 입자 크기를 갖기 때문이다. 그러나 이 경우 물질의 투명성을 잃게 되고, 광학 분야에의 응용은 더 이상 불가능하게 된다. SiO2 (예: 에어로질스(Aerosils®)), 실리카 졸, Al2O3, 베마이트(boehmite), 이산화지르코늄, 이산화티타늄 등을 포함하는 나노미터 크기의 작은 입자를 사용하여 내마모성이 향상된 투명 피복을 만들 수 있음에도, 사용될 수 있는 낮은 농도에서, 달성되는 내마모성의 값은 전술한 시스템의 그것과 유사하다. 충전제의 양의 상한선은 작은 입자의 높은 표면 반응성에 의해 결정되고, 이는 응집 또는 점도에 있어서 과도한 증가를 초래한다.
내마모성 확산 장벽 피복 시스템을 가지는 기판은 DE 199 52 040 A1로부터 공지되어 있는데, 확산 장벽 피복 시스템은 가수분해성 에폭시실란에 근거한 경질 하도층을 포함하고 탑코트가 시스템 위에 위치된다. 탑코트는 테트라에톡시실렌(TEOS) 및 글리시딜옥시프로필 트리메톡시실렌(GPTS)로 구성된 피복 졸의 도포 및 110℃ 미만의 온도에서의 경화에 의해 얻어진다. 피복 졸은 TEOS를 염산-산성 수용액 내에서 용매로 에탄올을 사용하여 사전가수분해 시킨 후 축합시키는 것에 의해 생성된다. GPTS가 그 다음으로 사전가수분해된 TEOS 안으로 교반되고 졸은 50℃에서 5시간 동안 교반된다. 본 공보에 기술된 피복 졸의 단점은 그것의 낮은 저장 안정성 (가사시간(pot life))이고, 이로 인해 피복 졸은 생성된 후 며칠이내에추가로 가공되어야 한다. 본 공보에 기술된 확산 장벽 피복 시스템의 또 다른 단점은 테이버(Taber) 마모성 시험에 따르면 자동차 투명판 유리에 사용하기에 불만족스러운 결과를 보인다는 것이다. 마지막 단점은 제조, 경제적 관점에서, 하도층과 탑코트 사이의 접착은 탑코트가 하도층의 경화 후에 즉시, 즉 수 시간 내에 도포되고 경화되어야만 보장된다는 것이다. 하도층 도포와 탑코팅 공정을 분리시킬 가능성은 없다. 대신에, 하도층으로 도포된 기판은 즉시 더 공정이 진행되어야 하고, 가끔 공정의 경제적인 면에서 바람직하기는 하지만, 먼저, 일시적으로 저장되면 안 되고, 단지 필요할 때 탑코트로 도포되어야만 한다.
실록산 피복이 기판에 도포 되는 플라스마 피복 공정은 US 4 842 941로부터 알려지는데, 이 방법으로 피복된 기판은 진공 용기 안으로 도입되고 피복된 기판의 표면은 진공 내에서 산소 플라스마에 의해 활성화된다. 활성화 후, CVD (화학 증착) 또는 PECVD (물리적으로 증진된 화학 증착) 공정에 의한 높은 진공 하에서의 실란으로의 건조 화학적 또는 물리적 탑코팅이 이어진다. 높은 내긁힘성 피복은 이 방법으로 기판 위에 형성된다. 여기에 기술된 건조 화학적 또는 물리적 탑코팅 공정의 단점은 플라스마 피복 플랜트에 필요한 높은 투자비 및 진공을 생성하고 유지하기 위한 복잡한 기술적 방법이다. 더욱이, 기술된 플라스마 피복 공정은 단지 큰-형식(format)의 입체적인 물체의 피복에만 한정적으로 적합하다.
본 발명의 목적은 기판(S), 내긁힘성 층(R) 및 높은 내긁힘성 탑코트(T)를 포함하는, 내긁힘성 층(R)과 탑코트(T) 사이의 최적의 접착성을 보장하고, 또한 입체적인 기판(S), 특히 자동차의 앞유리의 균일한 코팅에 적합한, 내긁힘성 피복 시스템의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 방법은 또한 내긁힘성 층(R) 및 탑코트(T)의 제조가 분리되게 하고, 일단 제조되면, 내긁힘성 층(R)이 탑코트(T)로 여전히 완전하게 그리고 수 주 또는 수 개월 동안 저장된 후에도 문제없이 피복되도록 보장하게 할 것이다. 본 방법은 또한 더욱더 향상된 내긁힘성, 접착성, 피복 점도 및 탄성도를 가지고, 종전 기술의 조성물과 비교하여 젤화와 흐려짐에 대해 더 낮은 경향을 보이는 피복을 제공할 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라
(a) 하나 이상의 실란에 기초하고 졸-겔 방법에 의해 제조된 중축합물을 포함하는 피복 화합물을 기판(S)에 도포하고, 적어도 부분적으로 경화시켜 내긁힘성 층(R)을 형성하는 단계;
(b) 내긁힘성 층(R)을 불꽃 처리, 코로나 처리 및/또는 플라스마 활성화에 의해 표면 처리 하는 단계; 및 후속하여
(c) 용매-함유 실란-기초 피복 화합물을 표면 처리한 내긁힘성 층(R)에 도포하고 경화시켜서 탑코트(T)를 형성하는 단계
에 의한 기판(S), 내긁힘성 층(R) 및 탑코트(T)를 포함하는 피복 시스템의 제조 방법에 의해 달성된다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 공정의 단계(b)에서의 표면 처리의 결과로 상당히 향상된 내마모성 (테이버 값)이 내긁힘성 피복 시스템 내에 생긴다고 밝혀졌다. 또한, 단계(b)의 표면 처리 덕분에 탑코트(T)의 도포가 내긁힘성 층(R)의 도포로부터 쉽게 분리될 수 있고, 그 결과로서 피복 시스템의 제조에 있어서 실질적인 공정의 경제적인 이점을 가져온다는 점이 놀라웠다. 따라서 피복 시스템은 우선 일시적으로 저장되고 이어서 내긁힘성 층(R)의 도포가 이어지고 후속하여 단계(b)에 따라 임의의 시간에 첫번째 표면 처리가 이루어지고 그 다음으로 탑코트(T)로 피복될 수 있다. 본 발명에 따른 제조 방법은 또한 수행하기에 단순하고 비용이 저렴하다.
본 발명에 따른 방법의 한가지 특별한 특징은 탑코트(T)의 도포 전에, 적어도 부분적으로 경화된 내긁힘성 층(R)의 표면 처리가 불꽃 처리, 코로나 처리 및/또는 플라스마 활성화에 의해 수행된다는 사실에 있다.
이런 표면 처리 과정은 일반적으로 표면 피복 기술로부터 알려지고, 일례로 표면, 특히 플라스틱 표면의 인쇄 잉크, 접착제 등으로의 피복, 인쇄 및 결합에 사용된다. 표면 처리는 물질의 표면의 성질을 변화시키고 물질의 성질의 변화 없이 그 습윤도를 증가시킨다.
이런 표면 처리 시스템은, 극히 바람직하게, 실록산 내긁힘성 층(R)을 높은 내긁힘성의 확산-차단 실록산 탑코트(T)로 탑코팅 하는데 사용될 수 있다.
표면 처리는 내긁힘성 층(R)의 접착 에너지를 증가시킨다. 특히 좋은 결과는 내긁힘성 층의 접착 에너지가 표면 처리에 의해 70 mJ/m2를 초과하는 값, 특별히 80 mJ/m2를 초과하는 값을 가지게 되면 얻어진다.
표면 처리가 내긁힘성 층(R)이 완전히 경화된 후에 수행된다면 이 또한 바람직하다.
본 발명의 첫번째 실시태양에 따르면 단계(b)의 표면 처리는 불꽃 처리에 의해 수행된다.
불꽃 처리에서 개방 불꽃의 산화 부분은 실록산 내긁힘성 층(R)의 표면에 작용한다. 노출 시간은 활성화될 성형품의 형상과 질량에 좌우되어 0.2초 정도면 충분하다. 너무 작은 양의 열은 적당한 표면 활성화를 막는 반면에 노출 시간이 너무 길면 플라스틱을 변형시키거나 심지어는 녹이기까지 한다. 불꽃 처리는 실질적으로 세 가지 매개변수에 의해 영향을 받는다: 불꽃 설정 (기체/공기 비율), 불꽃에의 노출 시간의 길이 및 플라스틱과 불꽃 사이의 거리 (불꽃 범위). 불꽃의 형상은 버너의 유형에 의해 정해진다.
불꽃 처리가 연속적인 불꽃 처리 플랜트에서 처리량 1 내지 20m/min, 특별히 2 내지 10m/min으로 수행된다면 특히 바람직하다는 것이 증명되었다.
본 발명의 두번째 실시태양에 따르면 단계(b)의 표면 처리는 코로나 처리에 의해 수행된다.
통상적인 (직접) 코로나 시스템에 있어서, 처리될 부분은 코로나 방전의 방전 간극으로 직접 도입된다. 막의 처리에 있어서, 간극은 웹을 안내하는 처리 롤, 및 롤에서 위로 약 1.5 내지 2.0mm 에 위치한 처리 전극에 의해 형성된다. 전극이 더 떨어져 있다면, 개별적인 방전의 에너지 함유량이 증가하고 점점 뜨거운 원호 방전이 형성되도록, 방전을 점화하기 위해 증가된 전압이 인가되어야 한다.
그러나 연막의 처리에 대해서는, 이런 원호들이 형성되지 않는 것이 중요하다.
통상적인 전극의 전형적인 전력 밀도는 단일 전극 로드에 대해 약 1 W/mm이다.
간접 코로나 시스템에 있어서 전기 방전은 공작물에 앞서 발생한다. 기류는, 방전과 간접적인 접촉만 발생시키기 위해, 방전 스파크를 처리될 공작물로 보낸다. 간접 코로나 처리의 한 가지 원리는 두 금속 핀 전극 사이에서 방전이 소멸 되도록 하는 것을 포함한다. 코로나 방전을 형성하는데 필요한 전류의 제한은 전자적으로 발생한다. 방전 스파크는 공기와 함께 편향된다. 5 내지 20mm 범위의 처리 거리가 여기서 얻어진다. 이 큰 방전 거리 때문에 계획된 방책을 사용하여 개별적인 방전의 에너지 함유량을 최소화하는 것이 중요하다.
티그리스(Tigris)의 CKG 코로나 건(gun)같이, 약 50kHz의 높은 작동 주파수와 최적화된 방전 형상과 공기 조절에 의해, 방전 강도는 100W로 감소할 수 있다. 여기서는 약 20mm의 유효 폭을 갖는 단일 전극이 사용된다.
심지어 복잡한 형상조차도 다수개의 전극들의 결합에 의해 처리될 수 있다. 배치는 입체적인 부분에 맞춰질 수 있다.
열-민감성 플라스틱 표면이 광학 변화를 일으키지 않도록 전처리가 냉 코로나 방전과 함께 일어난다. 자국과 안개는 생기지 않는다.
개별의 제품에 따라 사용될 수 있는 낮은-주파수(LF) 시스템, 높은-주파수(HF) 시스템 및 점 발생장치(spot generator) 같은 다양한 코로나 기술들이 입체적인 제품의 전처리에 이용될 수 있다.
점 발생장치는 반대전극의 사용 없이 공기에 의해 기판 위에 압착되는 높은-전압의 방전을 발생시킨다. 점 발생장치는 기존의 생산라인 안에 쉽게 통합될 수 있고, 사용하기 쉽고 타이머 및 알람의 기능을 포함한다. 전처리 폭은 45 내지 65mm로, 광범위의 제품이 전처리될 수 있게 해준다. 점 발생장치에는 또한, 둘 또는 그 이상의 방전 헤드가 제공될 수 있다.
높은-주파수 코로나에 있어서, 주파수 20 내지 30kHz의 고전압 방전이 생성되는데, 이는 공기 내에서 두 전극 사이에 코로나 장을 형성한다. 이 코로나는 표면을 활성화하고 더 큰 접착성과 습윤도를 생성한다. 빠른 속도로 시트와 간단한 3D 형상의 코로나 활성화를 할 수 있다.
물체의 전체 표면을 생산라인 내에서 전처리할 수 있는 코로나 터널(예:탄텍(Tantec))은 복잡한 성형품의 전처리에 적합하다. 전극의 특별한 설계는 절대적으로 균일한 표면 에너지가 얻어짐을 의미한다. 수직 옆 벽 및 90°각 또한 처리될 수 있다. 코로나 터널 설계는 제품-특이적이고, 또한 기존의 플랜트에 통합될 수 있다. 예를 들면, 그것은 최대 100mm의 높이와 2000mm의 폭을 갖는 부품의 전체 위쪽 측면의 비-접촉 전처리를 가능하게 한다.
코로나 처리는, 바람직하게는 1 내지 20m/min의 처리량, 특히 2 내지 10m/min의, 및/또는 500 내지 4000 W의 전력, 특히 1500 내지 3500 W의 전력으로 연속적인 코로나 플랜트 내에서 수행된다.
본 발명의 세번째 실시태양에 의하면, 단계(b)의 표면 처리는 플라스마 활성화에 의해 수행된다. 플라스마 처리는 바람직하게는 1 내지 10-2 mbar의 압력, 특히 10-1 내지 10-2 mbar의 압력하에서, 그리고 200 내지 4000 W의 전력, 특히 1500 내지 3500 W의 전력으로, 낮은-주파수 발생장치 및 특히 공정 기체로서의 공기와 함께 챔버 내에서 수행된다 (예: 발저스(Balzers)사의 BPA 2000 표준 시스템).
내긁힘성 층(R)의 제조
내긁힘성 층(R)은 단계(a)에서 하나 이상의 실란에 기초하고 졸-겔 방법에 의해 제조된 중축합물을 포함하는 피복 화합물을 기판(S) 위에 도포하고 그것을 적어도 부분적으로 경화시켜서 제조된다. 기판(S) 위에 상기 내긁힘성 층(R)을 제조하는 것은 원칙적으로 당업자에게 알려져 있다.
피복될 기판 물질(S)의 선택에는 어떤 제한도 없다. 조성물은 바람직하게는 나무, 직물, 종이, 석기, 금속, 유리, 요업제품 및 플라스틱의 피복에 적합하고 특히 문헌[Becker/Braun, Kunststofftaschenbuch, Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna 1992]에 기술된 열가소성 플라스틱의 피복에 적합하다. 조성물은 투명 열가소성 플라스틱, 바람직하게는 폴리카르보네이트의 피복에 가장 특별히 적합하다. 특별히, 안경 렌즈, 광학 렌즈, 자동차의 앞유리 및 시트가 본 발명에 따라 얻어진 조성물로 피복될 수 있다.
내긁힘성 층(R)은 바람직하게는 0.5 내지 30μm의 두께로 형성된다. 하도제 피복(P)이 부가적으로 기판(S)과 내긁힘성 층(R) 사이에 형성될 수 있다.
졸-겔 방법에 의해 제조된 임의의 실란-기초 중축합물이 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 적합하다. 내긁힘성 층(R)에 대해 특별히 적합한 피복 화합물은 특히
(1) 메틸 실란 시스템,
(2) 실리카 졸-개질된 메틸 실란 시스템,
(3) 실리카 졸-개질된 실릴 아크릴레이트 시스템,
(4) 다른 나노입자(특히 베마이트)에 의해 개질된 실릴 아크릴레이트 시스템,
(5) 고리형 유기실록산 시스템 및
(6) 나노입자-개질된 에폭시실란 시스템.
이다.
내긁힘성 층(R)에 대한 앞서 언급한 피복 화합물은 이하에서 더 상세하게 기술된다.
(1) 메틸 실란 시스템
메틸 실란에 기초한 공지된 중축합물은, 일례로, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 사용될 수 있다. 메틸 트리알콕시실란에 기초한 중축합물이 바람직하게 사용된다. 기판(S)은 일례로 하나 이상의 메틸 트리알콕시실란, 수화된 유기 용매 및 산의 혼합물의 도포, 용매의 증발 및 열 영향하에서의 실란의 경화로 고도로 가교된 폴리실록산을 형성함으로써 피복될 수 있다. 메틸 트리알콕시실란 용액은 바람직하게 60 내지 80 중량%의 실란으로 구성된다. 특별히 적합한 것은 빨리 가수분해되는 메틸 트리알콕시실란인데, 이것은 특히 알콕시기가 4개 이하의 탄소 원자를 갖는 경우이다. 메틸 트리알콕시실란의 알콕시기의 가수분해에 의해 형성된 실라놀기의 축합반응에 적합한 촉매는 특히 황산 및 과염소산 같은 강한 무기산이다. 산성 촉매의 농도는 실란에 대하여 약 0.15 중량%인 것이 바람직하다. 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올 같은 알콜 또는 에틸 글리콜 같은 에테르 알콜은 메틸 트리알콕시실란, 물 및 산으로 구성되는 시스템에 대한 무기 용매로서 특히 적합하다. 혼합물은 바람직하게는 1 몰의 실란에 대해 0.5 내지 1 몰의 물을 포함한다. 이런 피복 화합물의 제조, 도포 및 경화는 당업자에게 알려져 있으며 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 DE-OS 2136001, DE-OS 2113734 및 US 3 707 397에 기술되어 있다.
(2) 실리카 졸- 개질된 메틸 실란 시스템
메틸 실란 및 실리카 졸에 기초한 중축합물도 또한 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 사용될 수 있다. 이러한 유형의 피복 화합물로서 특히 적합한 것은 졸-겔 방법에 의해 제조되고 실질적으로 수성/유기 용매 배합물내에 10 내지 70 중량%의 실리카 졸 및 30 내지 90 중량%의 부분적으로 축합된 유기알콕시실란을 포함하는 중축합물이다. 특히 적합한 피복 화합물은 공보 US 5 503 935에 기술된 열-경화성, 무-하도제, 비가소화된 규소 피복 조성물이고, 이는 중량 기준으로
(A) 10 내지 50 중량%의 고형물을 갖는 수성/유기 용매내의 규소 분산액 형태이고, 실질적으로 10 내지 70 중량%의 콜로이드성 이산화규소 및 30 내지 90 중량%의 유기알콕시실란의 부분적 축합체로 구성된 수지 고형물 100부 및
(B) (ⅰ) 아크릴화 폴리우레탄 및 메타크릴화 폴리우레탄으로부터 선택되고 Mn(수평균분자량) 400 내지 1500을 갖는 아크릴화 폴리우레탄 접착 촉진제 및
(ⅱ) 반응성 또는 상호작용 부분을 갖고 Mn이 1000 이상인 아크릴 중합체로부터 선택되는 접착 촉진제 1 내지 15부
를 포함한다.
바람직하게 수성/유기 용매 내에서 열-경화성, 무-하도제, 비가소화된 규소 피복 조성물의 분산액을 제조하는데 사용될 수 있는 유기알콕시실란은 하기 화학식에 해당한다.
(R)aSi(OR1)4-a
여기서 R은 1가 C1 -6 탄화수소 라디칼, 특별히 C1 -4 알킬 라디칼이고, R1은 R 또는 수소 라디칼이고, a는 0 내지 2 사이의 정수이다. 부분적인 축합체를 형성할 수 있는 상기 화학식을 가지는 유기알콕시실란은 바람직하게는 메틸 트리메톡시실란, 메틸 트리히드록시실란 또는 그것의 혼합물이다.
이런 열-경화성, 무-하도제, 비가소화된 규소 피복 조성물의 제조, 성질 및 경화는 당업자에게 알려져 있고, 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 US 5 503 935에 자세히 기술되어 있다.
메틸 실란 및 물/알콜 혼합물 내에 분산된 10 내지 50 중량%의 고형물 함유량을 갖는 실리카 졸에 기초한 중축합물 또한 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 사용될 수 있다. 혼합물에 분산된 고형물은 특히, 10 내지 70 중량%의 양을 갖는 실리카 졸 및 바람직하게 30 내지 90 중량%의 양을 갖는, 유기트리알콕시실란으로부터 유도된 부분적인 축합체, 바람직하게 화학식 R'Si(OR)3를 갖는 부분적인 축합체(여기서, R´은 1 내지 3의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼 및 6 내지 13의 탄소 원자를 갖는 아릴 라디칼로 구성된 군으로부터 선택되고, R은 1 내지 8의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼 및 6 내지 20의 탄소 원자를 갖는 아릴 라디칼로 구성된 군으로부터 선택된다)를 포함한다. 피복 조성물은 피복 화합물의 경화 온도에서 휘발성인 염기에 의해 얻어질 수 있는 알칼리 pH, 특히 pH 7.1 내지 약 7.8을 나타낸다. 이런 피복 화합물의 제조, 성질 및 경화는 당업자에게 알려져 있고, 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 US 4 624 870에 기술되어 있다.
공보 US 4 624 870에 기술된 전술한 피복 화합물은 주로 기판(S)과 내긁힘성 층(R) 사이에 중간층을 형성하는 적합한 하도제와 함께 사용된다. 일례로, 적합한 하도제 조성물은 폴리아크릴레이트 하도제이다. 적합한 폴리아크릴레이트 하도제는 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 에스테르 및 하기 화학식을 갖는 단량체의 공중합체에 기초한 것이다.
여기서 Y는 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고 R은 C1 -12 알킬 기를 표시한다. 폴리아크릴레이트 수지는 열가소성 또는 열경화성일 수 있고 바람직하게는 용매에 녹는다. 일례로, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 같이 신속하게 증발하는 용매 및 디아세톤 알콜 같이 천천히 증발하는 용매를 포함하는 용매 배합물 내에서의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 용액은 아크릴레이트 수지 용액으로서 사용될 수 있다. 특히 적합한 아크릴레이트 하도제 용액은
(A) 폴리아크릴 수지 및
(B) (ⅰ) (A)가 자유롭게 녹을 수 있는, 보통 조건하에서 끓는점 150 내지 200℃를 갖는 5 내지 25 중량%의 강한 용매 및
(ⅱ) (A)가 녹을 수 있는, 보통 조건하에서 끓는점 90 내지 150℃를 갖는 75 내지 95 중량%의 더 약한 용매
를 포함하는 90 내지 99 중량부의 유기 용매 배합물
을 포함하는 열경화성 하도제 조성물이다.
마지막으로-명명된 열경화성 하도제 조성물의 제조, 성질 및 건조는 당업자에게 알려져 있고, 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용한 공보 US 5 041 313에 광범위하게 기술되어 있다. 일찍이 언급되었듯이, 하도제 피복은 기판(S)과 내긁힘성 층(R) 사이에 위치하고 두 층의 접착성을 촉진하는데 기여한다.
메틸 실란 및 실리카 졸에 기초한 내긁힘성 층(R)에 대한 다른 피복 화합물은 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용한 공보 EP 0 570 165 A2, US 4 278 804, US 4 495 360, US 4 624 870, US 4 419 405, US 4 374 674 및 US 4 525 426에 기술되어 있다.
(3) 실리카 졸- 개질된 실릴 아크릴레이트 시스템
실릴 아크릴레이트에 기초한 중축합물 또한 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 사용될 수 있다. 실릴 아크릴레이트 외에, 이 피복 화합물은 바람직하게는 콜로이드성 이산화규소 (실리카 졸)을 포함한다. 실릴 아크릴레이트의 적합한 예는 특히 하기 화학식을 갖는 아크릴록시-관응성 실란
(여기서, R3 및 R4는 동일 또는 상이한 일가 탄화수소 라디칼이고, R5는 2 내지 8의 탄소 원자를 가지는 이가 탄화수소 라디칼, R6는 수소 또는 일가 탄화수소 라디칼을 나타내고, 지수 b는 1 내지 3의 값을 갖는 정수이고, 지수 c는 0 내지 2의 값을 갖는 정수이고, 지수 d는 (4-b-c)의 값을 갖는 정수이다), 또는 하기 화학식을 갖는 글리시독시-관능성 실란
(여기서, R7 및 R8은 동일 또는 상이한 일가 탄화수소 라디칼이고, R9는 2 내지 8의 탄소 원자를 가지는 이가 탄화수소 라디칼, 지수 e는 1 내지 3의 값을 갖는 정수, 지수 f는 0 내지 2의 값을 갖는 정수, 지수 g는 (4-e-f)의 값을 갖는 정수이다), 및 그 혼합물이다. 이들 아크릴록시-관능성 실란 및 글리시독시-관능성 실란의 제조 및 성질은 당업자에게 알려져 있고, 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용한 DE 31 26 662 A1에 기술되어 있다. 특히 적합한 아크릴록시-관능성 실란의 예들은 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, 3-아크릴록시프로필 트리메톡시실란, 2-메타크릴록시에틸 트리메톡시실란, 2-아크릴록시에틸 트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필 트리에톡시실란, 2-메타크릴록시에틸 트리에톡시실란 및 2-아크릴록시에틸 트리에톡시실란이다. 특히 적합한 글리시독시-관능성 실란의 예들은 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 2-글리시독시에틸 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란 및 2-글리시독시에틸 트리에톡시실란이다. 이들 화합물들도 마찬가지로 DE 31 26 662 A1에 기술되어 있다. 부가적인 성분으로서 이들 피복 화합물들은 다른 아크릴레이트 화합물, 특히 히드록시아크릴레이트를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 아크릴레이트 화합물의 예들은 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 3-히드록시프로필 아크릴레이트, 3-히드록시프로필 메타크릴레이트, 2-히드록시-3-메타크릴록시프로필 아크릴레이트, 2-히드록시-3-아크릴록시프로필 아크릴레이트, 2-히드록시-3-메타크릴록시프로필 메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 메타크릴레이트 및 1,6-헥산디올 디아크릴레이트이다. 특히 바람직한 이 유형의 피복 화합물은 콜로이드성 이산화규소 100 중량부, 실릴 아크릴레이트 5 내지 500 중량부 및 다른 아크릴레이트 10 내지 500 중량부를 포함하는 것이다. 기판(S)에 도포 된 후, 촉매량의 광개시제와 혼합된 상기 피복 화합물들은 자외선에 의해 경화되어 DE 31 26 662 A1에 기술된 내긁힘성 층(R)을 형성할 수 있다. 피복 화합물은 또한 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 또한, US 5 990 188에 기술된 복사선-경화성 내긁힘성 피복도 특히 바람직한데, 이것은 또한 전술한 성분들 외에 트리아진 또는 디벤질 레소시놀 유도체 같은 자외선 흡수제를 포함한다. 실릴 아크릴레이트 및 실리카 졸에 기초한 다른 피복 화합물은 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 US 5 468 789, US 5 466 491, US 5 318 850, US 5 242 719 및 US 4 455 205에 기술되어 있다.
(4) 다른 나노입자에 의해 개질된 실릴 아크릴레이트 시스템
부가적인 성분으로서의 나노스케일의 AlO(OH) 입자, 특히 나노스케일의 베마이트 입자를 포함하는 실릴 아크릴레이트에 기초한 중축합물 또한 피복 화합물로서 사용 가능하다. 이런 피복 화합물들은 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 WO 98/51747 A1, WO 00/14149 A1, DE 197 46 885, US 5 716 697 및 WO 98/04604 A1에 기술되어 있다. 광개시제의 첨가에 의해, 기판(S)에 도포된 후, 이들 피복 화합물은 자외선에 의해 경화되어 내긁힘성 층(R)을 형성할 수 있다.
(5) 고리형 유기실록산 시스템
다관능성 고리형 유기실록산에 기초한 중축합체 또한 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 사용될 수 있다. 이런 다관능성, 고리형 유기실록산의 적합한 예들은 특히 하기 화학식을 갖는 것이다.
여기서, m은 3 내지 6, 바람직하게는 3 내지 4, n은 2 내지 10, 바람직하게는 2 내지 5, 특히 바람직하게는 2이고, R은 C1 내지 C8 알킬 및/또는 C6 내지 C14 아릴, 바람직하게는 C1 내지 C2 알킬이고, n과 R은 분자 내에서 동일 또는 상이할 수도 다를 수도 있는데, 동일한 것이 바람직하고, 다른 라디칼들은 다음과 같은 의미가 있다:
(A) a가 1 내지 3인 경우, X는 할로겐, 즉, Cl, Br, I 및 F, 바람직하게 Cl 또는 a가 1 내지 2인 경우, X는 OR´, OH (여기서, R´은 C1 내지 C8 알킬, 바람직하게는 C1 내지 C2 알킬), 또는
(B) a가 1 내지 3이고 분자 내에서 a는 동일 또는 상이할 수 있고, 바람직하게는 동일한 경우, X는 (OSiR2)p[(CH2)nSiYaR3 -a],
p는 0 내지 10, 바람직하게는 0 및
Y는 할로겐, OR´, OH, 바람직하게는 Cl, OR´, OH (여기서 R´은 C1 내지 C8 알킬, 바람직하게는 C1 내지 C2 알킬), 또는
(C) a가 1 내지 3이고 분자 내에서 a는 동일 또는 상이할 수 있고, 바람직하게는 동일한 경우, X는 (OSiR2)p[(CH2)nSiR3 -a[(CH2)nSiYaR3 -a]a],
p는 0 내지 10, 바람직하게는 0 및
Y는 할로겐, OR´, OH, 바람직하게는 Cl, OR´, OH (여기서 R´은 C1 내지 C8 알킬, 바람직하게는 C1 내지 C2 알킬).
n은 2, m은 4, R은 메틸 및 X는 OH, OR´(여기서 R´은 메틸, 에틸) 및 a는 1인 화합물이 특히 바람직하다. 이런 다관능성 고리형 유기실록산의 제조 및 성질 및 내긁힘성 피복 화합물중에서의 사용은 당업자에게 알려져 있고, 일례로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 DE 196 03 241 C1에 기술되어 있다. 고리형 유기실록산에 기초한 다른 피복 화합물들은, 일례로 마찬가지로 본원에 참고문헌으로 명백히 인용된 공보 WO 98/52992, DE 197 11 650, WO 98/25274 및 WO 98/38251에 기술되어 있다.
(6) 나노입자- 개질된 에폭시실란 시스템
에폭시기가 있는 가수분해 가능한 실란에 기초한 중축합물 또한 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물로서 적합하다. 바람직한 내긁힘성 층(R)은 졸-겔 방법에 의해 제조되고 하나 이상의 실란에 기초한 중축합물(루이스 염기와 티타늄, 지르코늄 또는 알루미늄의 알콜레이트로부터 선택되는 임의의 경화 촉매 및 비가수분해성 치환기 상의 에폭시 기를 보이는)을 포함하는 피복 화합물의 경화에 의해서 얻어질 수 있다. 이런 내긁힘성 층(R)의 제조 및 성질은 일례로 DE 43 38 361 A1에 기술되어 있다.
에폭시실란 및 나노입자에 기초한 내긁힘성 층에 대한 바람직한 피복 화합물은
- Si에 직접 결합한 하나 이상의 비가수분해성 라디칼(에폭시 기를 포함)을 보여주는 규소 화합물 (A),
- 입자 물질 (B),
- Si, Ti, Zr, B, Sn 또는 V의 가수분해성 화합물 (C) 및 바람직하게 부가적으로
- Ti, Zr 또는 Al의 가수분해성 화합물 (D)
를 포함한다.
이런 피복 화합물은 물질에 특히 잘 접착되는 높은 내긁힘성 피복을 제조한다.
화합물 (A) 내지 (D)는 아래에 더 자세히 기술되어 있다. 화합물 (A) 내지 (D)는 내긁힘성 층(R)에 대한 조성물 안에 포함될 수 있을 뿐만 아니라 부가적인 성분으로서 탑코트(T)에 대한 조성물 안에 포함될 수도 있다.
규소 화합물 (A)
규소 화합물 (A)는 2 또는 3, 바람직하게는 3개의 가수분해성 라디칼 및 1 또는 2, 바람직하게는 1개의 비가수분해성 라디칼을 가지는 규소 화합물이다. 단독의 비가수분해성 라디칼 또는 두 개의 비가수분해성 라디칼 중 하나 이상은 에폭시기를 가진다.
가수분해성 라디칼의 예는 할로겐(F, Cl, Br 및 I, 특히 Cl 및 Br), 알콕시(특히, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시 및 n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 및 tert-부톡시 같은 C1 -4 알콕시), 아릴록시(특히, 페녹시 같은 C6 -10 아릴록시), 아실록시(특히, 아세톡시 및 프로피오닐록시 같은 C1 -4 아실록시) 및 알킬 카르보닐(예, 아세틸)이다. 특히 바람직한 가수분해성 라디칼은 알콕시기, 특히 메톡시 및 에톡시이다.
에폭시 기가 없는 비가수분해성 라디칼의 예는 수소, 알킬(특히 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸 같은 C1 -4 알킬), 알케닐(특히, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐 및 부테닐 같은 C2 -4 알케닐), 알키닐(특히 아세틸레닐 및 프로파르길 같은 C2 -4 알키닐) 및 아릴(특히, 페닐 및 나프틸 같은 C6 -10 아릴)이고, 상기 기들은 임의로 하나 또는 그 이상의 할로겐 및 알콕시 같은 치환기를 보여줄 수 있다. 메타크릴 및 메타크릴록시프로필 라디칼 또한 이와 관련하여 언급될 수 있다.
에폭시기를 가지는 비가수분해성 라디칼의 예는 특히 글리시딜 또는 글리시딜록시기를 가지는 것들이다.
본 발명에 따른 사용을 위한 규소 화합물 (A)의 특정 예는, 일례로 본원에 참고문헌으로 인용된 EP-A-195 493의 8 및 9쪽에서 찾을 수 있다.
특히 바람직한 본 발명에 따른 규소 화합물 (A)는 하기 화학식을 가진다.
R3Si´
여기서 라디칼 R은 동일 또는 상이하고(바람직하게는 동일) 가수분해성 기(바람직하게는 C1 -4 알콕시, 특히 메톡시 및 에톡시)를 나타내고 R´은 글리시딜 또는 글리시딜록시(C1-20) 알킬렌 라디칼, 특히 β-글리시딜록시에틸, γ-글리시딜록시프로필, δ-글리시딜록시부틸, ε-글리시딜록시펜틸, ω-글리시딜록시헥실, ω-글리시딜록시옥틸, ω-글리시딜록시노닐, ω-글리시딜록시데실, ω-글리시딜록시도데실 및 2-(3,4-에폭시시클로헥실) 에틸을 나타낸다.
손쉽게 사용가능하기 때문에, γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시실란(하기 GPTS로 축약)이 본 발명에 따라 특히 바람직하게 사용된다.
입자 물질 (B)
입자 물질 (B)는 입자 크기가 1 내지 100의 범위 내, 바람직하게는 2 내지 50nm 및 특히 바람직하게는 5 내지 20nm인, Si, Al 및 B의 및 전이금속, 특히 Ti, Zr 및 Ce의 산화물, 산화 수화물, 질화물 또는 탄화물, 및 그들의 혼합물이다. 이 물질들은 분말의 형태로 사용될 수 있으나, 바람직하게는 졸(특히 산-안정화된 졸)의 형태로 사용된다. 바람직한 입자 물질은 베마이트, SiO2, CeO2, ZnO, In2O3 및 TiO2이다. 나노스케일의 베마이트 입자가 특별히 바람직하다. 입자 물질은 분말의 형태로 상업적으로 입수할 수 있고, 물질로부터 (산-안정화된) 졸을 제조하는 것 역시 선행기술에서 알려져 있다. 아래에 제공된 제품예를 또한 참조할 수 있다. 구아니딘 프로피온산으로 나노스케일의 티타늄 질화물을 안정화시키는 원리는 일례로 독일 특허 출원 P-43 34 639.1에 기술되어 있다.
일례로 베마이트 분말을 묽은 염산 내에 현탁시키는 것에 의해 수득할 수 있는 pH가 2.5 내지 3.5의 범위 내, 특히 2.8 내지 3.2인 베마이트 졸이 특히 바람직하게 사용된다.
나노스케일 입자 내에서의 변경은 일반적으로 해당 물질의 굴절률의 변경과 연관이 있다. 따라서, 일례로, 베마이트 입자를 CeO2, ZrO2 또는 TiO2 입자로 대체하는 것은 더 높은 굴절률을 갖는 물질을 초래하고, 굴절률은 로렌츠-로렌츠(Lorentz-Lorenz) 방정식에 의해 매트릭스 및 고굴절률 성분의 부피로부터 점증적으로 계산된다.
언급한 바와 같이, 이산화세륨은 입자 물질로 사용될 수 있다. 이는 바람직하게 1 내지 100의 범위 내, 바람직하게 2 내지 50nm 및 특히 바람직하게 5 내지 20nm의 입자 크기를 나타낸다. 이 물질은 분말의 형태로 사용될 수 있으나, 바람직하게는 졸(특히 산-안정화된 졸)의 형태로 사용된다. 입자 이산화세륨은 졸 및 분말의 형태로 상업적으로 입수할 수 있고 그것으로부터 (산-안정화된) 졸을 제조하는 것 역시 선행기술에서 알려져 있다.
바람직하게는, 화합물 (B)는, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물의 고형물 함유량에 대해 3 내지 60 중량%의 양으로 내긁힘성 층(R)에 대한 조성물 내에 사용된다.
가수분해성 화합물 (C)
규소 화합물 (A) 외에, Si, Ti, Zr, Al, B, Sn 및 V로 이루어진 군으로부터의 원소들의 다른 가수분해성 화합물 또한 내긁힘성 층 피복 화합물의 제조에 사용될 수 있고 바람직하게 규소 화합물 (A)와 함께 가수분해될 수 있다.
화합물 (C)는 하기 화학식을 갖는 Si, Ti, Zr, B, Sn 및 V의 화합물이다.
RxXM+4R´4-x 또는
RxM+3R´3-x
여기서, M은 a) Si+4, Ti+4, Zr+4, Sn+4, 또는 b) Al+3, B+3 또는 (VO)+3을 나타내고, R은 가수분해성 라디칼을 나타내고, R´은 비가수분해성 라디칼을 나타내고 x는 4가 금속 원자 M(사례 a)의 경우 1 내지 4 및 3가 금속 원자 M(사례 b)의 경우는 1 내지 3일 수 있다. 만약 몇몇의 R 및/또는 R´이 화합물 (C)에 존재한다면, 그들은 각각 동일 또는 상이할 수 있다. x는 1보다 큰 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 화합물 (C)는 적어도 하나, 바람직하게는 몇 개의 가수분해성 라디칼을 보인다.
가수분해성 라디칼의 예는 할로겐(F, Cl, Br 및 I, 특히 Cl 및 Br), 알콕시(특히, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시 및 n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 또는 tert-부톡시 같은 C1 -4 알콕시), 아릴록시(특히, 페녹시 같은 C6 -10 아릴록시), 아실록시(특히, 아세톡시 및 프로피오닐록시 같은 C1 -4 아실록시) 및 알킬 카르보닐(예, 아세틸)이다. 특히 바람직한 가수분해성 라디칼은 알콕시기, 특히 메톡시 및 에톡시이다.
비가수분해성 라디칼의 예는 수소, 알킬(특히 메틸, 에틸, 프로필 및 n-부틸, i-부틸, sec-부틸, tert-부틸 같은 C1 -4 알킬), 알케닐(특히, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐 및 부테닐 같은 C2 -4 알케닐), 알키닐(특히, 아세틸레닐 및 프로파르길 같은 C2 -4 알키닐) 및 아릴(특히, 페닐 및 나프틸 같은 C6 -10 아릴)이고, 상기 기들은 임의로 하나 또는 그 이상의 할로겐 및 알콕시 같은 치환기를 보여줄 수 있다. 메타크릴 및 메타크릴록시프로필 라디칼 또한 이와 관련하여 언급될 수 있다.
탑코트 조성물에 포함된, 화학식 Ⅰ을 가지는 화합물에 대한 예들로서 인용된 것 외에, 이어지는 화합물 (C)에 대한 예들이 인용될 수 있다:
형태 SiR4의 화합물이 특히 바람직하게 사용되는데, 여기서 라디칼 R은 동일 또는 상이할 수 있고 가수분해성 기, 바람직하게는 1 내지 4의 탄소 원자를 가지는 알콕시기, 특히 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 또는 tert-부톡시를 나타낸다.
보는 바와 같이, 이 화합물 (C)(특히 규소 화합물)은 또한 C-C 이중 또는 삼중 결합을 보이는 비가수분해성 라디칼을 가질 수 있다. 만약 이런 화합물이 규소 화합물 (A)와 함께 (또는 심지어는 대신해서) 사용된다면, 메트(아크릴레이트) 같은 단량체(바람직하게는 에폭시기 또는 히드록시기를 포함)는 또한 부가적으로 조성물에 혼입될 수 있다(물론 이 단량체는 또한 예를 들면 유기 폴리올의 폴리(메트)아크릴레이트와 같이 둘 또는 그 이상의 동일한 형태의 작용기를 가질 수 있고 유기 폴리에폭사이드의 사용 또한 가능하다). 열에 의해 또는 광화학적으로 유도된 상응하는 조성물의 경화 동안, 유기적으로 개질된 무기 매트릭스의 합성 외에, 유기 종의 중합반응이 일어나고, 그 결과 상응 피복 및 성형품의 가교 밀도 및 경도가 증가한다.
화합물 (C)는 바람직하게는, 내긁힘성 층(R)에 대한 조성물에, 1 몰의 규소 화합물 (A)에 대해 0.2 내지 1.2 몰의 양만큼 사용된다.
가수분해성 화합물 (D)
가수분해성 화합물 (D)는 하기 화학식을 가지는 Ti, Zr 또는 Al의 화합물이다.
M(R''')m
여기서 M은 Ti, Zr 또는 Al을 나타내고 라디칼 R'''은 동일 또는 상이할 수 있고 가수분해성 기를 나타내며 m은 4(M은 Ti, Zr) 또는 3(M은 Al)이다.
가수분해성 기의 예는 할로겐(F, Cl, Br 및 I, 특히 Cl 및 Br), 알콕시(특히, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시 및 n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 또는 tert-부톡시, n-펜틸록시, n-헥실록시 같은 C1 -6 알콕시), 아릴록시(특히, 페녹시 같은 C6 -10 아릴록시), 아실록시(특히, 아세톡시 및 프로피오닐록시 같은 C1 -4 아실록시) 및 알킬 카르보닐(예, 아세틸) 또는 C1 -6 알킬 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜로부터 유도되는 기인 C1 -6 알콕시 C2 - 3알킬기(이때, 알콕시는 상기 언급한 바와 같은 의미를 가짐)이다.
특히 바람직하게는 M은 알루미늄이고, R'''은 에탄올레이트, sec-부탄올레이트, n-프로판올레이트 또는 n-부톡시에탄올레이트이다.
화합물 (D)는 바람직하게는, 내긁힘성 층(R)에 대한 조성물에, 1 몰의 규소 화합물 (A)에 대하여 0.23 내지 0.68 몰의 양만큼 사용된다.
내긁힘성 피복 화합물에 대해 친수성을 얻기 위해, 루이스 염기 (E)가 부가적으로 촉매로서 사용될 수 있다.
그 외에, 탄소 원자에 직접 결합한 5 내지 30의 플루오르 원자를 가지는 하나 이상의 비가수분해성 라디칼을 가지는 가수분해성 규소 화합물 (F) 또한 사용될 수 있는데, 상기 탄소 원자들은 2개 이상의 Si 원자에 의해 떨어져 있다. 이 방법에 의해 플루오르화된 실란의 사용은 상응하는 피복이 부가적으로 소수성 및 먼지-제거제의 성질을 보인다는 것을 의미한다.
내긁힘성 층(R)에 대한 조성물은 아래 매우 상세하게 기술된 방법에 의해 제조될 수 있는데, 여기서 pH가 2.0 내지 6.5 범위 내, 바람직하게는 2.5 내지 4.0인 물질 (B)의 졸은 다른 성분들의 혼합물과 반응한다.
조성물은 더 바람직하게는 마찬가지로 아래에 정의된 방법에 의해 제조되는데, 여기서 위에 정의된 졸이 특정한 온도가 바람직하게 유지되면서 (A) 및 (C)의 혼합물에 두 부분으로 나누어 첨가되고 (D)가 역시 바람직한 특정한 온도하에서 (B)의 두 부분 사이에 첨가된다.
가수분해성 규소 화합물 (A)는 화합물 (C)와 함께 수용액 내에서 산성 촉매(바람직하게 실온에서)를 사용하여 임의적으로 사전가수분해될 수 있고, 바람직하게는 가수분해성 기 1 몰에 대해 약 1/2 몰의 물이 사용된다. 바람직하게는 염산이 사전가수분해에 대한 촉매로 사용된다.
입자 물질 (B)는 바람직하게는 물 중에 현탁되고 pH는 2.0 내지 6.5, 바람직하게는 2.5 내지 4.0으로 조절된다. 바람직하게는 염산이 산성화에 사용된다. 만약 베마이트가 입자 물질 (B)로서 사용된다면, 맑은 졸이 이들 조건들 하에서 형성된다.
화합물 (C)는 화합물 (A)와 혼합된다. 다음으로, 상기 현탁된 입자 물질 (B)의 첫번째 부분이 첨가된다. 그 양은 바람직하게는 그것이 포함하는 물의 양이 화합물 (A) 및 (C)의 반-화학량론적 가수분해에 충분하도록 선택된다. 이는 총량의 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%이다.
반응은 약간 발열반응이다. 첫번째 발열반응이 끝났을 때에, 온도는 반응이 시작될 때까지 가열에 의해 약 28 내지 35℃, 바람직하게는 약 30 내지 32℃로 맞추어지고 얻어진 내부 온도는 25℃ 이상, 바람직하게는 30℃ 이상, 더 바람직하게는 35℃ 이상이다. 물질 (B)의 첫번째 부분의 첨가에 이어서, 온도는 0.5 내지 3시간, 바람직하게는 1.5 내지 2.5시간 더 유지되고, 그 후 혼합물을 약 0℃로 냉각한다. 남은 물질 (B)는 바람직하게는 0℃의 온도에서 천천히 첨가된다. 화합물 (D) 및 임의적으로 루이스 염기 (E)가 그 후 약 0℃에서 천천히, 다시 바람직하게는 물질 (B)의 첫번째 부분의 첨가 후에 첨가된다. 그 후, 물질 (B)의 두번째 부분의 첨가 전에 온도는 약 0℃에서 0.5 내지 3시간, 바람직하게는 1.5 내지 2.5시간 동안 유지된다. 남은 물질 (B)가 그 후 약 0℃에서 천천히 첨가된다. 적가되는 용액은 바람직하게는 반응기 내로 첨가되기 전에 약 10℃로 즉시 사전냉각된다.
화합물 (B)의 두번째 부분을 약 0℃에서 천천히 첨가한 후, 냉각은, 바람직하게는, 반응 혼합물이 부가적인 가열 없이 15℃ 이상(내지 실온)의 온도로 천천히 가열될 수 있도록 제거된다.
내긁힘성 층 조성물의 유동학적 성질을 조절하기 위해, 불활성 용매 또는 용매 배합물이 임의로 제조 공정의 임의의 단계에서 첨가될 수 있다. 이 용매는 바람직하게는 탑코트 조성물에 대해 기술된 용매이다.
내긁힘성 층 조성물은 탑코트 조성물에 대해 기술된 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다.
내긁힘성 층 조성물의 도포 및 경화는 바람직하게는 열적으로 50 내지 200℃에서, 바람직하게는 70 내지 180℃, 특별히 100 내지 130℃에서 표면 건조 후에 수행된다. 이들 조건하에서 경화 시간은 120분 미만, 바람직하게는 90분 미만, 특별히 60분 미만이어야 한다.
경화된 내긁힘성 층(R)의 막 두께는 0.5 내지 30㎛, 바람직하게는 1 내지 20㎛, 특별히 2 내지 10㎛이다.
탑코트(T)의 제조
높은 내긁힘성 탑코트(T)는 용매-함유 실란-기초 피복 화합물을 표면-처리된 내긁힘성 층(R)에 도포하고 그것을 경화시킴으로써 제조된다.
탑코트(T)에 대한 피복 화합물은, 일례로, DE 199 52 040 A1으로부터 알려진, 테트라에톡시실란(TEOS) 및 글리시딜록시프로필 트리메톡시실란(GPTS)로부터 제조되는 피복 졸일 수 있다. 피복 졸은 용매로서 에탄올과 함께 HCl-산성 수용액 내에서 TEOS를 사전가수분해하고 이어서 축합함으로써 제조된다. GPTS가 그 뒤 사전가수분해된 TEOS 내로 교반되고 몇 시간 동안 가열하면서 졸을 교반한다.
본 발명에 따른 제조 공정에 사용하기 위한 탑코트(T)에 대한 피복 화합물 또한, 가수분해성 라디칼 R′ 1 몰에 대해 0.6 몰 이상의 물의 존재하에서 하기 (a)의 화합물을 단독으로 또는 하기 (b)의 화합물과 함께 가수분해하여 얻을 수 있다.
(a) 1종 이상의 화학식 Ⅰ의 화합물
M(R′)m
여기서, M은 Si, Ti, Zr, Sn, Ce, Al, B, Vo, In 및 Zn으로 구성되는 군으로부터 선택되는 원소 또는 화합물이고, R′은 가수분해성 라디칼을 나타내고 m은 2 내지 4의 정수이다.
(b) 1종 이상의 화학식 II의 화합물
RbSiRa′
여기서, 라디칼 R′ 및 R은 동일 또는 상이하고, R′은 상기 정의된 바와 같고, R은 하나 또는 그 이상의 할로겐기, 에폭시기, 글리시딜록시기, 아미노기, 멀캅토기, 메타크릴록시기 또는 시아노기를 가지는 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 수소기이고 a 및 b는 상호 독립하여 1 내지 3의 값이고, a와 b의 합은 4이다.
화학식 I 및 II의 화합물은 임의의 양으로 사용될 수 있다. 화학식 II의 화합물은 바람직하게는 화학식 I의 화합물 1 몰에 대하여 0.7 몰 이하, 특별시 0.5 몰 이하의 양으로 사용된다.
가수분해는 바람직하게는 산, 특별히 염산 수용액의 존재하에서 수행된다. 특히 적합한 반응 혼합물의 pH는 2.0 내지 5.0이다.
가수분해 반응은 약간 발열반응이고 바람직하게는 30 내지 40℃로 가열하는 것에 의해 촉진된다. 가수분해에 이어서 반응 생성물은 바람직하게는 실온으로 냉각되고 몇 시간 동안, 특히 1 내지 3시간 동안 실온에서 교반된다. 수득된 피복 조성물은 바람직하게는 10℃ 미만의 온도, 특별히 4℃의 주위의 온도에서 저장된다.
모든 언급된 온도는 ±2℃의 편차를 가진다. 실온은 20 내지 23℃의 온도를 의미한다.
탑코트 피복 졸은 화학식 I의 화합물 및/또는 그의 가수분해 생성물을 가지는 화합물 100부 및 화학식 II의 화합물 및/또는 그의 가수분해 생성물을 가지는 화합물(화합물 II의 양은, 화합물 I 100부에 대해 100부 미만, 바람직하게는 70부 미만, 특별히 50부 미만이거나, 또는 완전히 생략된다)로부터 제조된다. 즉시 사용 가능한 탑코트 피복 조성물은 바람직하게는 0.2 내지 10%, 특별히 0.5 내지 5%의 고형물 함유량을 갖는다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 화합물이다.
M(R)m
여기서 M은 a) Si+4, Ti+4, Zr+4, Sn+4, Ce+4 또는 b) Al+3, B+3, VO+3, In+3 또는 c) Zn+2를 나타내고, R은 가수분해성 라디칼을 나타내고 m은 4가 원소 M의 경우(사례 a)에는 4, 3가 원소 또는 화합물 M의 경우(사례 b)에는 3, 2가 원소의 경우(사례 c)에는 2이다. M에 대한 원소로서 바람직한 것은 Si+4, Ti+4, Ce+4 및 Al+3이고, 특히 바람직한 것은 Si+4이다.
가수분해성 라디칼의 예는 할로겐(F, Cl, Br 및 I, 특히 Cl 및 Br), 알콕시(특히, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시 및 n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 또는 tert-부톡시 같은 C1 -4 알콕시), 아릴록시(특히, 페녹시 같은 C6 -10 아릴록시), 아실록시(특히, 아세톡시 및 프로피오닐록시 같은 C1 -4 아실록시) 및 알킬 카르보닐(예, 아세틸)이다. 특히 바람직한 가수분해성 라디칼은 알콕시기, 특히 메톡시 및 에톡시이다.
사용될 수 있는 화학식 I을 가지는 화합물의 특정 예들은 아래 나열되어 있는데, 이는 사용될 수 있는 화학식 I을 가지는 화합물의 임의의 제한을 나타내는 것은 아니다.
및 β-디케톤 및 메타크릴 라디칼 같은 착화 라디칼을 함유하는 Zr 화합물,
.
특히 바람직하게 SiR4 화합물이 사용되는데, 여기서 라디칼 R은 동일 또는 상이할 수 있고 가수분해성 기, 바람직하게는 1 내지 4의 탄소 원자를 가지는 알콕시 기, 특별히 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, sec-부톡시 또는 tert-부톡시를 나타낸다.
테트라에톡시실란(TEOS)이 가장 특별하게 바람직하다.
화학식 II를 가지는 화합물은 바람직하게는 하기 화합물이다.
<화학식 II>
RbSiRa′
여기서 라디칼 R 및 R′은 동일 또는 상이하고(바람직하게는 동일), R′는 가수분해성 기(바람직하게는 C1 -4 알콕시 및 특별히 메톡시 및 에톡시)를 나타내고 R은 하나 또는 그 이상의 할로겐기, 에폭시기, 글리시딜록시기, 아미노기, 멀캅토기, 메타크릴록시기 또는 시아노기를 가지는 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 탄화수소기를 나타낸다.
a는 1 내지 3의 값을 가질 수 있고 b도 마찬가지로 1 내지 3의 값을 가질 수 있으며, a+b의 합은 4이다.
화학식 II를 가지는 화합물의 예들은:
메틸 트리메톡시실란, 메틸 트리에톡시실란, 메틸 트리메톡시에톡시실란, 메틸 트리아세톡시실란, 메틸 트리부톡시실란, 에틸 트리메톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 비닐 트리아세톡시실란, 비닐 트리메톡시에톡시실란, 페닐 트리메톡시실란, 페닐 트리에톡시실란, 페닐 트리아세톡시실란, γ-클로로프로필 트리메톡시실란, γ-클로로프로필 트리에톡시실란, γ-클로로프로필 트리아세톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-멀캅토프로필 트리메톡시실란, γ-멀캅토프로필 트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란, β-시아노에틸 트리에톡시실란, 메틸 트리페녹시실란, 클로로메틸 트리메톡시실란, 클로로메틸 트리에톡시실란, 글리시독시메틸 트리메톡시실란, 글리시독시메틸 트리에톡시실란, α-글리시독시에틸 트리메톡시실란, α-글리시독시에틸 트리에톡시실란, β-글리시독시에틸 트리메톡시실란, β-글리시독시에틸 트리에톡시실란, α-글리시독시프로필 트리메톡시실란, α-글리시독시프로필 트리에톡시실란, β-글리시독시프로필 트리메톡시실란, β-글리시독시프로필 트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리프로폭시실란, γ-글리시독시프로필 트리부톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시에톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리페녹시실란, α-글리시독시부틸 트리메톡시실란, α-글리시독시부틸 트리에톡시실란, β-글리시독시부틸 트리메톡시실란, β-글리시독시부틸 트리에톡시실란, γ-글리시독시부틸 트리메톡시실란, γ-글리시독시부틸 트리에톡시실란, δ-글리시독시부틸 트리메톡시실란, δ-글리시독시부틸 트리에톡시실란, (3,4-에폭시시클로헥실)메틸 트리메톡시실란, (3,4-에폭시시클로헥실)메틸 트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리프로폭시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리부톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 디메톡시에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리페녹시실란, γ-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필 트리메톡시실란, γ-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필 트리에톡시실란, δ-(3,4-에폭시시클로헥실)부틸 트리메톡시실란, δ-(3,4-에폭시시클로헥실)부틸 트리에톡시실란 같은 트리알콕시실란, 트리아실록시실란 및 트리페녹시실란 및 그들의 가수분해 생성물, 및 디메틸 디메톡시실란, 페닐 메틸 디메톡시실란, 디메틸 디에톡시실란, 페닐 메틸 디에톡시실란, γ-클로로프로필 메틸 디메톡시실란, γ-클로로프로필 메틸 디에톡시실란, 디메틸 디아세톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸 디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸 디에톡시실란, γ-멀캅토프로필 메틸 디메톡시실란, γ-멀캅토프로필 메틸 디에톡시실란, γ-아미노프로필 메틸 디메톡시실란, γ-아미노프로필 메틸 디에톡시실란, 메틸 비닐 디메톡시실란, 메틸 비닐 디에톡시실란, 글리시독시메틸 메틸 디메톡시실란, 글리시독시메틸 메틸 디에톡시실란, α-글리시독시에틸 메틸 디메톡시실란, α-글리시독시에틸 메틸 디에톡시실란, β-글리시독시에틸 메틸 디메톡시실란, β-글리시독시에틸 메틸 디에톡시실란, α-글리시독시프로필 메틸 디메톡시실란, α-글리시독시프로필 메틸 디에톡시실란, β-글리시독시프로필 메틸 디메톡시실란, β-글리시독시프로필 메틸 디에톡시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디메톡시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디에톡시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디프로폭시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디부톡시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디메톡시에톡시실란, γ-글리시독시프로필 메틸 디페녹시실란, γ-글리시독시프로필 에틸 디메톡시실란, γ-글리시독시프로필 에틸 디에톡시실란, γ-글리시독시프로필 에틸 디프로폭시실란, γ-글리시독시프로필 비닐 디메톡시실란, γ-글리시독시프로필 비닐 디에톡시실란, γ-글리시독시프로필 페닐 디메톡시실란, γ-글리시독시프로필 페닐 디에톡시실란 같은 디알콕시실란 및 디아실록시실란 및 그들의 가수분해 생성물이다.
이 생성물들은 개별적으로 또는 2 또는 그 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
화학식 II를 가지는 바람직한 화합물은 메틸 트리알콕시실란, 디메틸 디알콕시실란, 글리시딜록시프로필 트리알콕시실란 및/또는 메타크릴록시프로필 트리메톡시실란이다. 화학식 II를 가지는 특별히 바람직한 화합물은 글리시딜록시프로필 트리메톡시실란(GPTS), 메틸 트리에톡시실란(MTS) 및/또는 메타크릴록시프로필 트리메톡시실란(MPTS)이다.
조성물의 유동학적 성질을 조절하기 위해, 물 및 불활성 용매 또는 용매 배합물이 임의로 제조 공정의 임의의 단계, 특히 가수분해 동안에 첨가될 수 있다. 바람직하게는 이들 용매는 실온에서 액체인 알콜이고, 이 알콜은 또한 바람직하게 사용되는 알콕사이드의 가수분해 동안에 생성된다. 특히 바람직한 알콜은 C1 -8 알콜, 특히 메탄올, 에탄올, n-프로판올, i-프로판올, n-부탄올, i-부탄올, tert-부탄올, n-펜탄올, i-펜탄올, n-헥산올, n-옥탄올이다. 마찬가지로 C1 -6 글리콜 에테르, 특히 n-부톡시에탄올이 바람직하다. 이소프로판올, 에탄올, 부탄올 및/또는 물이 특히 용매로서 적합하다.
조성물은 또한 염료, 유량 조절제, 자외선 안정제, 적외선 안정제, 광개시제, 감광제(만약 조성물이 광화학적으로 경화된다면) 및/또는 열 중합 촉매와 같은 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 유량 조절제는 특히 폴리에테르-개질된 폴리디메틸 실록산을 기재로 한 것이다. 조성물이 유량 조절제를 약 0.005 내지 2 중량%의 양만큼 포함하는 경우 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다.
내긁힘성 층(R)을 기판(S) 위에 도포하는 것은 침지 도장, 유동 도장, 퍼짐, 브러싱, 칼날 도포, 롤코팅, 스프레잉, 강하 경막 도포, 회전 도포 및 원심력 주조 같은 표준 도포 방법에 의해 수행된다.
피복된 기판은 임의로 실온에서의 표면 건조 후에 경화된다. 경화는 바람직하게는 50 내지 200℃ 범위의 온도에서, 특히 70 내지 180℃, 특히 바람직하게는 90 내지 150℃에서 열적으로 수행된다. 이 조건하에서 경화 시간은 30 내지 200분, 바람직하게는 45 내지 120분이다. 경화된 탑코트의 막 두께는 0.05 내지 5㎛, 바람직하게는 0.1 내지 3㎛이다.
만약 불포화 화합물 및 광개시제가 존재한다면, 경화는 또한 조사에 의해 수행될 수 있고, 임의로 열적 후-경화가 이어진다.
탑코트 피복 화합물이 상대 습도 50 내지 75%, 특히 55 내지 70%에서 도포된다면 특히 유리하다는 것 또한 밝혀졌다.
본 발명은 실시태양의 예들에 의해 아래에 더 자세히 설명된다.
실시예 1
354.5g의 n-부톡시에탄올을 246.3g (1.0 몰)의 알루미늄 트리-sec-부탄올레이트에 교반하면서 적가하였고, 그 공정 동안 온도가 약 45℃로 상승하였다. 냉각 후에 알루미늄산염 용액은 밀폐된 용기에 보관하여야 한다.
1239g 0.1N HCl을 측정하였다. 123.9g (1.92 몰)의 베마이트(콘데(Condea)사의 디스퍼랄 졸 피3(Disperal Sol P3)(등록상표)를 교반하면서 첨가하였다. 실온에서 1시간 동안 계속 교반하였다. 적층형 여과기(depth filter)로 용액을 여과하여 고상 불순물을 분리하였다.
787.8g (3.33 몰) GPTS (γ-글리시딜록시프로필 트리메톡시실란) 및 608.3g TEOS (테트라에톡시실란) (2.92 몰)을 혼합하고 10분 동안 교반하였다. 214.6g의 베마이트 졸을 약 2분 동안에 걸쳐 혼합물에 첨가하였다. 이 첨가 후 몇 분 후, 졸을 약 28 내지 30℃ 온도까지 가열하였고 약 20분이 지나도 졸은 계속 맑았다. 그 후 35℃에서 약 2시간 동안 혼합물을 교반하였고 그 뒤 약 0℃까지 냉각하였다.
그 후 상기 방법으로 제조한 1.0몰의 Al(OEtOBu)3을 포함하는, sec-부타올 내의 600.8g의 Al(OEtOBu)3 용액을 0℃±2℃에서 첨가하였다. 이 첨가 뒤에 약 0℃에서 2시간 더 계속 교반을 하였고 이어서 남은 베마이트 졸을 다시 0℃±2℃에서 첨가하였다. 수득한 반응 혼합물을 가열 없이 약 3시간 동안에 걸쳐 실온까지 가열하였다. 비와이케이(Byk)사의 Byk 306(등록상표)을 유량 조절제로서 첨가하였다. 혼합물을 여과시키고 수득 된 피복을 +4℃에서 저장하였다.
실시예 2
GPTS 및 TEOS를 측정하고 혼합하였다. 실란의 반-화학량론적인 사전가수분해에 필요한 양의 베마이트 분산액 (실시예 1과 같은 방법으로 제조)를 천천히 교반하면서 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 그 뒤에 저온 유지 장치를 이용하여 용액을 0℃로 냉각시켰다. 알루미늄 트리부톡시에탄올레이트를 적하 깔때기를 이용하여 적가하였다. 알루미늄산염을 첨가한 후 0℃에서 1시간 더 교반을 계속하였다. 그 뒤 남은 베마이트 분산액을 저온 유지 장치를 이용하여 냉각시키면서 첨가하였다. 실온에서 15분 동안 교반한 후, 이산화세륨 분산액과 유량 조절제로서 BYK 306(등록상표)을 첨가하였다.
배치량:
TEOS 62.50g (0.3 몰)
GPTS 263.34g (1 몰)
베마이트 5.53g
0.1 n 염산 59.18g
이산화세륨 분산액 (2.5 중량% 아세트산 내에 20 중량%) 257.14g
반-화학량론적 사전가수분해를 위한 베마이트 분산액 41.38g
알루미늄 트리부톡시에탄올레이트 113.57g (0.3몰)
실시예 3 ( 하도제 )
특허 출원 PCT/EP01/03809에 기술된 바와 같이 실온에서 6g의 아랄디트(Araldit) PZ 3962 및 1.3g의 아랄디트 PZ 3980을 139.88g의 디아세톤 알콜에 용해시켜 하도제 용액을 제조한다.
실시예 4
203g의 메틸 트리메톡시실란과 1.25g의 빙아세트산을 혼합하였다. 루독스(Ludox)(등록상표) AS (듀폰(DuPont)사의 암모늄-안정화된 콜로이드성 실리카 졸, 규산염 입경이 약 22nm이고 pH 9.2인 40% SiO2)를 SiO2의 함유량을 30 중량%로 맞추기 위해 41.5g의 탈이온수로 희석시켰다. 이 물질을 산성화된 메틸 트리메톡시실란에 교반하면서 첨가하였다. 용액을 실온에서 16 내지 18시간 더 교반하였고 그 뒤에 이소프로판올과 n-부탄올(1:1 중량비)로 구성된 용매 배합물에 첨가하였다. 마지막으로 32g의 자외선 흡수제 4-[γ-(트리-(메톡시/에톡시)실릴)프로폭시]-2-히드록시벤조페논을 첨가하였다. 그 뒤 혼합물을 실온에서 2주 동안 교반하였다. 조성물은 고형물 함유량 20 중량%를 가졌고, 고형물 성분에 대해 11 중량%의 자외선 흡수제를 포함하였다. 피복 조성물은 실온에서 5 cSt의 점도를 가졌다.
0.2 중량%의 테트라부틸 암모늄 아세테이트를 도포 전에 중축합반응을 가속시키기 위해 균일하게 혼입하였다.
실시예 5 ( 하도제 )
3.0부의 폴리메틸 메타크릴레이트 (엘바사이트(Elvacite)(등록상표) 2041, 듀폰)를 15부의 디아세톤 알콜 및 85부의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르와 혼합하고 70℃에서 2시간 동안 완전히 용해될 때까지 교반하였다.
실시예 6
0.4 중량%의 규소 유동 제어제 및 0.3 중량%의 아크릴산 폴리올(존크릴(Joncryl) 587(Mn 4300), 에스.시.존슨 왁스(S.C.Johnson Wax)사, 라신, 위스콘신)을 실시예 4에 따라 제조한 피복 졸에 교반시켰다. 실시예 4에서처럼, 0.2 중량%의 테트라-n-부틸 암모늄 아세테이트를 도포 전에 중축합반응을 가속시키기 위해 균일하게 혼입하였다.
실시예 7
130.0g의 2-프로판올, 159.4g의 증류수 및 2.8g의 37% 염산의 혼합물을 130.0g의 2-프로판올 내의 200.0g의 TEOS, 22.0g의 MTS 혼합물에 빠르게 적가시켰다. 발열반응이 일어나는데, 이는 30 내지 40℃로 가열함으로써 촉진된다. 그 뒤에 반응 생성물을 실온으로 냉각시키고 1.5시간 동안 교반하였다. 수득된 피복 졸을 +4℃에서 차가운 장소에 저장한다. 도포 전에, 이 농축물을 고형물 함유량이 1 중량%가 되도록 이소프로판올로 희석시키고, 고형물 함유량에 대해 1.0 중량%의 유량 조절제 BYK 347(등록상표)을 첨가한다.
실시예 8
130.0g의 2-프로판올, 145.4g의 증류수 및 2.8g의 37% 염산의 혼합물을 130.0g의 2-프로판올 내의 200.0g의 TEOS 혼합물에 빠르게 적가시켰다. 발열반응이 일어나는데, 이는 30 내지 40℃로 가열함으로써 촉진된다. 그 뒤에 반응 생성물을 실온으로 냉각시키고 1.5시간 동안 교반하였다. 수득된 피복 졸을 +4℃에서 차가운 장소에 저장한다. 도포 전에, 이 농축물을 고형물 함유량이 1 중량%가 되도록 이소프로판올로 희석시키고, 고형물 함유량에 대해 1.0 중량%의 유량 조절제 BYK 306(등록상표)을 첨가한다.
실시예 9
130.0g의 2-프로판올, 156.8g의 증류수 및 2.8g의 37% 염산의 혼합물을 130.0g의 2-프로판올 내의 200.0g의 TEOS, 22.0g의 GPTS 혼합물에 빠르게 적가시켰다. 발열반응이 일어나는데, 이는 30 내지 40℃로 가열함으로써 촉진된다. 그 뒤에 반응 생성물을 실온으로 냉각시키고 1.5시간 동안 교반하였다. 수득된 피복 졸을 +4℃에서 차가운 장소에 저장한다. 도포 전에, 이 농축물을 고형물 함유량이 1 중량%가 되도록 이소프로판올로 희석시키고, 고형물 함유량에 대해 1.0 중량%의 유량 조절제 BYK 347(등록상표)을 첨가한다.
내긁힘성 피복 시스템의 제조
수득된 피복 화합물을 사용하여 다음과 같이 시험편을 제조하였다:
비스페놀 A(Tg=147℃, Mw 27500)에 기초한 크기 105×150×4mm인 폴리카르보네이트의 시트를 이소프로판올로 세척하였고 임의로 하도제 용액을 사용하여 유동도장에 의해 하도하였다.
하도제 용액을 접촉 건조되도록 하도제(실시예 3)의 경우 그 뒤에 부가적으로 130℃에서 반 시간 동안 열처리를 하였다.
그 다음으로 하도된 폴리카르보네이트 시트를 내긁힘성 피복 화합물(실시예 1,2,4)를 사용하여 유동 피복하였다. 실시예 6의 내긁힘성 피복 화합물을 사용하는 경우 하도를 생략한다. 시트가 더스트 건조되는데 필요한 시간은 23℃ 및 63% 상대습도에서 30분이었다. 더스트-건조된 시트를 오븐 속에서 130℃에서 30 내지 60분 동안 가열하였고 그 다음으로 실온으로 냉각시켰다.
그 다음으로 탑코트 피복 화합물의 접착력과 흐름 거동을 향상시키기 위해 경화된 내긁힘성 층의 표면 활성화를 불꽃 처리, 코로나 처리 또는 플라스마 처리에 의해 수행하였다.
그 다음으로 탑코트 피복 화합물(실시예 7,8,9)를 유동 도장에 의해 도포하였다. 습윤된 막을 23℃ 및 63% 상대습도에서 30분 동안 건조하였고 그 다음으로 시트를 130℃에서 120분 동안 가열하였다.
경화 후에, 피복된 시트를 실온에서 2일 동안 저장하였고 그 뒤에 하기 정의된 시험을 하였다.
이들 피복 화합물을 사용하여 얻어진 피복의 성질을 다음과 같이 측정하였다:
- 크로스-해치(Cross-hatch) 접착 시험 : EN ISO 2409:1994
- 테이버(Taber) 마모 시험 : 마모 시험 DIN 52 347;(1000 사이클, CS10F, 500g)
평가 결과는 표 1 및 2에 제시하였다.
제조한 피복 시스템의 마모(테이버 값) 및 접착(크로스-컷 시험) 성질은 표에 제시하였다. 결과는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조한 피복 시스템은 활성화가 없는 시스템에 비해 상당히 좋은 마모 및 접착성을 나타낸다는 것을 보여준다.
예 no. 하도제 P 내긁힘성층 S 탑코트T 활성화 표면장력mN/m 습윤성 크로스-컷 테이버1000사이클
10 실시예3 실시예2 실시예8 없음 36 구멍 검출되지않음 검출되지않음
11 실시예3 실시예2 실시예8 1×불꽃처리처리량 3m/min 55 좋음 0/0 2.2
12 실시예3 실시예2 실시예8 1×불꽃처리처리량 3m/min 66 좋음 0/0 2.5
13 실시예3 실시예2 실시예7 없음 34 구멍 검출되지않음 검출되지않음
14 실시예3 실시예2 실시예7 코로나 1000W 48 좋음 0/0 4.1
15 실시예3 실시예2 실시예7 코로나 1500W 56 좋음 0/0 4.7
16 실시예3 실시예2 실시예7 2×코로나 1500W >56 아주 좋음 0/0 3.4
17 실시예3 실시예1 실시예8 없음 24 많은 구멍 및 분화구 검출되지않음 검출되지않음
18 실시예3 실시예1 실시예8 코로나 1000W 48 좋음 0/0 4.1
19 실시예3 실시예1 실시예8 코로나 1500W 56 좋음 0/0 2.2
20 실시예3 실시예1 실시예8 2×코로나 1500W >56 아주 좋음 0/0 2.3
21 없음 실시예6 실시예8 없음 26 없음, 기피효과 검출되지않음 검출되지않음
22 없음 실시예6 실시예8 연속적 코로나 48 좋음 0/0 7.6
23 실시예5 실시예4 실시예8 없음 24 많은 구멍 및 분화구 검출되지않음 검출되지않음
24 실시예5 실시예4 실시예8 연속적 코로나 48 좋음 0/0 4.8
25 실시예5 실시예4 실시예8 없음 24 큰 구멍 검출되지않음 검출되지않음
26 실시예5 실시예4 실시예8 1×불꽃처리처리량 3m/min 64 좋음 0/0 8.0
27 실시예5 실시예4 실시예8 2×불꽃처리처리량 3m/min 56 좋음 0/0 3.4
28 실시예3 실시예2 실시예9 없음 33.7 구멍 및 분화구 검출되지않음 검출되지않음
29 실시예3 실시예2 실시예9 1×불꽃처리처리량 6/min 48 좋음 0/0 2.3
30 실시예3 실시예2 실시예9 2×불꽃처리처리량 6m/min 56 좋음 0/0 1.4
31 실시예5 실시예4 실시예9 없음 27 나쁨, 기피효과 검출되지않음 검출되지않음
32 실시예5 실시예4 실시예9 1×불꽃처리처리량 6m/min 48 아주 좋음 0/0 2.6
33 실시예5 실시예4 실시예9 2×불꽃처리처리량 6m/min 56 아주 좋음 0/0 2.2
예no. 내긁힘성시트 탑코트T 활성화 표면장력mN/m 습윤성 크로스-컷 테이버1000사이클
34 렉산 마가드(Lexan Margard)MR5E 실시예9 없음 27 나쁨,기피효과 검출되지 않음 검출되지 않음
35 렉산 마가드MR5E 실시예9 1×불꽃처리,처리량 6m/min 48 아주 좋음 0/0 7.9
36 렉산 마가드MR5E 실시예9 2×불꽃처리,처리량 6m/min 56 아주 좋음 0/0 4
37 렉산 마가드MR5E 실시예8 없음 24 많은 구멍및 분화구 검출되지 않음 검출되지 않음
38 렉산 마가드MR5E 실시예8 연속적 코로나 48 좋음 0/0 7.5
렉산 마가드 MR5E는 평면 투명판 유리 분야용 투명한 자외선-저항성 및 내마모성 물질로서, 제너럴 일렉트릭 플라스틱스 (General Electric Plastics) GmbH, 뤼셀하임에서 제공한다.

Claims (31)

  1. (a) 하나 이상의 실란에 기초하고 졸-겔 방법에 의해 제조되는 중축합물을 포함하는 피복 화합물을 기판(S)에 도포하고, 적어도 부분적으로 경화시켜 내긁힘성 층(R)을 형성하는 단계;
    (b) 불꽃 처리, 코로나 처리 및/또는 플라스마 활성화에 의해 내긁힘성 층(R)을 표면 처리하는 단계; 및 후속하여
    (c) 용매-함유 실란-기초 피복 화합물을 표면-처리된 내긁힘성 층(R)에 도포하고 경화시켜 탑코트(T)를 형성하는 단계
    에 의해 특징 지워지는, 기판(S), 내긁힘성 층(R) 및 탑코트(T)를 포함하는 피복 시스템의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이 메틸 실란에 기초한 중축합물임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이, 졸-겔 방법에 의해 제조되고, 실질적으로 수성/유기 용매 배합물 내에 10 내지 70 중량%의 실리카 졸 및 30 내지 90 중량%의 부분적으로 축합된 유기알콕시실란을 포함하는 중축합물임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이, 하나 이상의 비가수분해성 치환기 상에 에폭시기를 보이고 임의적으로 입자 및 루이스 염기와 티타늄, 지르코늄 또는 알루미늄의 알콜레이트로부터 선택되는 경화 촉매를 포함하는, 졸-겔 방법에 의해 제조되고 하나 이상의 실란에 기초한 중축합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이 하나 이상의 실릴 아크릴레이트에 기초한 중축합물임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이 메타크릴록시프로필 트리메톡시실란 및 AlO(OH) 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이 하나 이상의 다관능성 고리형 유기실록산에 기초한 중축합물임을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리가 내긁힘성 층(R)의 완전한 경화 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리가 불꽃, 코로나 및/또는 플라스마 플랜트 내에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리 후의 내긁힘성 층(R)의 접착 에너지가 70 mJ/m2보다 큰, 특히 80 mJ/m2보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리가 연속적 불꽃 처리 플랜트 내에서 처리량 1 내지 20m/min, 특히 2 내지 10m/min으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리가 연속적 코로나 플랜트 내에서 처리량 1 내지 20m/min, 특히 2 내지 10m/min으로, 및/또는 500 내지 4000W, 특히 1500 내지 3500W의 전력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 처리가 플라스마 챔버 내에서 공정 기체의 존재하에서 1 내지 10-2mbar 압력 및 200 내지 4000W 전력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(S)이 플라스틱, 특히 폴리카르보네이트에 기초한 플라스틱으로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 내긁힘성 층(R)이 두께 0.5 내지 30㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)가 두께 0.1 내지 3.0㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 하도제 피복(P)이 기판(S) 및 내긁힘성 층(R) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서, 도포 후에, 내긁힘성 층(R)이 20℃ 초과의 온도, 특히 110 내지 130℃에서 열 및/또는 조사에 의해 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 내긁힘성 층(R)에 대한 피복 화합물이 유량 조절제를 0.03 내지 1.0 중량%, 특히 0.05 내지 0.5 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제1항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 하나 이상의 실란에 기초한 중축합물을 포함하고/하거나 중합 및/또는 축합될 수 있는 표면 기들을 보여주는 나노스케일의 무기 고형물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 1000 사이클 후의 테이버 마모 시험에서, 경화된 탑코트(T)가 10% 미만, 특히 5% 미만의 흐려짐을 보이는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 물 및/또는 알콜을 용매로서 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항 내지 22항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 (a) 화학식 I의 화합물 1종 이상을 단독으로 또는 (b) 화학식 II의 화합물 1종 이상과 함께, 1 몰의 가수분해성 라디칼 R′에 대해 0.6 몰 이상의 물의 존재하에서 가수분해함으로써 수득될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
    <화학식 I>
    M(R′)m
    (여기서, M은 Si, Ti, Zr, Sn, Ce, Al, B, Vo, In 및 Zn으로 구성되는 군으로부터 선택되는 원소 또는 화합물이고, R′은 가수분해성 라디칼을 나타내고 m은 2 내지 4의 정수이다)
    <화학식 II>
    RbSiRa′
    (여기서, 라디칼 R′ 및 R은 동일 또는 상이하고, R′은 상기 정의된 바와 같고, R은 하나 이상의 할로겐기, 에폭시기, 글리시딜록시기, 아미노기, 멀캅토기, 메타크릴록시기 또는 시아노기를 가지는 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 수소기이고 a 및 b는 상호 독립적으로 1 내지 3의 값을 갖고, a와 b의 합은 4이다).
  24. 제23항에 있어서, 화학식 II의 화합물이 화학식 I의 화합물 1몰에 대하여 0.7 몰 미만, 특히 0.5 몰 미만의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항 또는 24항에 있어서, 테트라알콕시실란, 특히 테트라에톡시실란(TEOS)가 화학식 I의 화합물로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제23항 내지 25항 중 어느 한 항에 있어서, 글리시딜록시프로필 트리알콕시실란(GPTS), 메틸 트리알콕시실란(MTS) 또는 메타크릴록시프로필 트리알콕시실란(MPTS)가 화학식 II의 화합물로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제1항 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 즉시 사용 가능한 피복 화합물 내의 고형물 함유량이 0.2 내지 10%, 특히 0.5 내지 5.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제1항 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 유동 제어제를 고형물 함유량에 대해 0.1 내지 50 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제1항 내지 28항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 점도 1 내지 200mPas, 특히 1 내지 10mPas를 보이는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제1항 내지 29항 중 어느 한 항에 있어서, 탑코트(T)에 대한 피복 화합물이 상대습도 50 내지 75%, 특히 55 내지 70%에서 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제1항 내지 30항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득될 수 있는 피복 시스템.
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