KR20060126515A - Ｕｖ 경화성 코팅 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

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제임스 노만 코즈
크리스 앤쏘니 몰레이손
마이클 조라스 쥬니어 브렌난
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물, 및 이로부터 생산된 코팅 제품에 관한 것이다. 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 2종 이상의 다작용성 아크릴레이트 유도체, 1종 이상의 광 개시제, 및 1종 이상의 나노스케일 충전제를 포함한다.

Description

ＵＶ 경화성 코팅 조성물 및 이의 용도{UV CURABLE COATING COMPOSITIONS AND USES THEREOF}
연방 정부에 의해 후원되는 조사 및 개발에 관한 언급
미국 정부는 내셔널 인스터튜드 오브 스탠다드 앤드 테크널러지의 미국부(United States Department of National Institute of Stnadards and Technology)에 의해 수여된 계약 번호 70NANB9H3038에 따라 본 발명의 일정 권리를 가질 수 있다.
본 발명은 경화된 코팅, 특히 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물, 이의 용도, 및 이로부터 생산된 코팅 제품에 관한 것이다.
내후성을 향상시키기 위한 코팅 중합성 수지 기재, 예를 들어 주조된 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리우레탄 등의 제품은 상용화되어 있다. 상기 코팅은 방사 경화성 폴리아크릴 또는 폴리아크릴-우레탄 코팅을 포함할 수 있다.
종래 경화성 하드코트 마각재는 몇 가지 단점을 갖고 있다. 일반적으로, 코 팅 물질 및 경화제는 성분들의 비율 및 도포 시기 둘다가 중요하기 때문에 특정한 상대적 수준으로 특정 순서로 따로따로 도포되어야만 한다. 따라서, 종래의 경화된 하드코트는 특히 현재 상업적 용도에 필요한 일관성 및 균일성을 가지도록 적용하기가 어렵고 비용이 많이 든다. 경화성 코팅이 상기 몇 가지 단점을 극복하도록 시도하는데 사용되어 왔다. 특히, 경화성 코팅 조성물을 미리 혼합될 수 있고, 예를 들어 중합 개시제를 코팅이 도포될 때 사용자에 의해서가 아니라 코팅이 생성될 때 활성화된 성분에 첨가할 수 있다. 따라서, 혼합 및 측정 에러를 피할 수 있고 더욱 일관된 제품을 수득할 수 있다.
그러나, 경화성 코팅 조성물 자체는 다양한 문제를 내포한다. 예를 들어, 전형적인 UV 하드코트는 고반응성 아크릴레이트 작용기로부터 형성된 고분자량의 고가교된 필름이다. 따라서, 공지된 UV 하드코트는 내구성이 제한되고 고형분의 함량이 낮으며 경화된 수지의 수축이 발생하는 문제점을 갖고 있다. 또한, 경화시키는데 많은 양의 UV 광이 요구된다. 또한, 전형적으로 이런 과제들을 극복하기 위한 시도로 형성된 하드코트는 내마모성 및 내긁힘성이 손실되고 접착력 및 작업성이 불량하며, 내구성이 만족되지 않는 단점을 갖고 있다.
따라서, 편리하게 작업할 수 있고 개선된 물리적 화학적 특징, 예를 들어 내긁힘성 및 내마모성, 접착력 및 내구성을 나타내는 경화된 코팅을 형성하는 경화성 제품에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명은 경화성 코팅의 제조방법 및 용도와 관련된 상기 문제점 및 유사한 문제점에 대한 신규한 해결책을 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 2종 이상의 다작용성 아크릴레이트 유도체, 광 개시제 및 나노스케일(nanoscale) 충전제를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 코팅으로 코팅된 제품에 관한 것이다.
본 발명의 코팅은 또한 용매, UV 흡수제 등과 같은 추가적인 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 기타 특징, 양태 및 장점은 하기 상세한 설명, 실시예 및 첨부된 특허청구범위를 참조하여 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트의 중량%당 내마모성에 대한 그래프를 나타낸다.
도 2는 2종의 독립적인 다작용성 아크릴레이트, 및 2종의 다작용성 아크릴레이트의 블렌드의 내마모성에 대한 그래프를 나타낸다.
본 명세서 및 이후의 특허청구범위에서, 하기 의미를 갖는 것으로 정의되는 다수의 용어가 언급될 것이다.
단수형은 문맥상 뚜렷하게 달리 언급하지 않는 한 복수형 지시대상물을 포함한다.
"선택적" 또는 "선택적으로"라는 용어는 후속적으로 기재되는 사건 또는 상황이 발생할 수도 있고 발생하지 않을 수도 있음을 의미하고, 이러한 기재는 상기 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다.
본 명세서에 기재된 각각의 범위는 본원에 포함된 범위의 임의의 부분집합 또한 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 2종 이상의 다작용성 아크릴레이트 유도체, 1종 이상의 용매, 1종 이상의 광 개시제, 및 1종 이상의 나노스케일 충전제를 포함한다. 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 접착성, 내마모성, 및 양호한 내후성 및 내열분해성을 갖는 코팅을 제공한다.
다작용성 아크릴레이트 유도체는 아크릴, 메타크릴, 에타크릴 등을 갖고 2종 이상의 작용기를 갖는 임의의 단량체 또는 다량체 분자로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 아크릴레이트 유도체는 6작용성 우레탄 아크릴레이트, 다이펜타에리쓰리톨 펜타아크릴레이트, 에톡실화된 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이트라이메틸올프로페인 테트라아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 에톡실화된 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 뷰탄다이올 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이메타크릴레이트, 이작용성 우레탄 아크릴레이트, 테트라아크릴레이트 단량체, 폴리에스터 아크릴레이트 다량체, 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 본 발명의 한 실시태양에서는, 다작용성 아크릴레이트 유도체는 6작용성 우레탄 아크릴레이트이다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 다작용성 아크릴레이트 유도체는 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 뷰탄다이올 다이아크릴레이트, 및 이들의 조합물(이들에 제한되지 않음)과 같은 저분자량 아크릴레이트일 수 있다.
한 실시태양에서는, 제 1 다작용성 아크릴레이트 유도체는 6작용성 우레탄 아크릴레이트이고 제 2 다작용성 아크릴레이트 유도체는 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 및 뷰탄다이올 다이아크릴레이트의 군으로부터 선택된다.
전형적으로, 본 발명의 경화된 아크릴레이트 코팅 조성물에 존재하는 모든 다작용성 아크릴레이트의 총량은 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 30중량% 내지 약 95중량%의 범위, 또는 그 사이의 임의의 범위로 존재한다. 또는, 본 발명의 한 실시태양에서는, 본 발명의 경화된 아크릴레이트 코팅 조성물에 존재하는 모든 다작용성 아크릴레이트의 총량은 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 50중량% 내지 약 90중량%의 범위로 존재한다. 또 다른 실시태양에서는, 본 발명의 경화된 아크릴레이트 코팅 조성물에 존재하는 모든 다작용성 아크릴레이트의 총량은 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 70중량% 내지 약 80중량%의 범위로 존재한다.
본 발명의 한 실시태양에서는, 다작용성 아크릴레이트는 6작용성 아크릴레이트 유도체이다. 바람직하게는, 6작용성 아크릴레이트 유도체는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 0.1중량% 내지 약 80중량%, 및 그 사이의 임의의 범위의 양으로 존재한다. 또 다른 실시태양에서는, 6작용성 아크릴레이트 유도체는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 15중량% 내지 약 60중량%의 범위의 양으로 존재한다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 6작용성 아크릴레이트 유도체는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물의 약 20중량% 내지 약 40중량%의 범위의 양으로 존재한다.
한 실시태양에서는, 다작용성 우레탄 아크릴레이트는 상이한, 또는 별개의 분자량을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 다작용성 우레탄 아크릴레이트 유도체는 700 이상의 분자량, 바람직하게는 약 700 내지 약 2000의 범위의 분자량을 갖는다. 또 다른 실시태양에서는, 제 1 다작용성 우레탄 아크릴레이트는 약 900 내지 약 1100의 분자량을 갖는다. 임의의 추가의 다작용성 우레탄 아크릴레이트 유도체는 700 미만, 바람직하게는 약 100 내지 약 800의 범위의 분자량을 갖는다. 상기 추가의 다작용성 우레탄 아크릴레이트 유도체는 바람직하게는 약 156 내지 약 700의 분자량을 갖는다. 각각의 폴리우레탄 아크릴레이트 유도체가 상이한 분자량을 갖는 것은 필요하지 않다. 각각의 폴리우레탄 아크릴레이트는 동일한, 또는 유사한 분자량을 가질 수 있고, 약 150 내지 약 1100의 분자량, 및 그 사이의 임의의 또는 조합된 분자량을 포함한다.
경화성 아크릴레이트 코팅 조성물에 존재하는 광 개시제는 벤조인, 벤조인 메틸 에터, 벤조인 에틸 에터, 벤조인 프로필 에터, 벤조인-n-뷰틸 에터, 벤조인 아이소뷰틸 에터, 아세토인, 뷰티로인, 톨루오인, 벤질, 벤조페논, p-메톡시벤조페논, 2,2-다이에톡시아세토페논, α,α-다이메톡시 α-페닐아세토페논, 메틸페닐 글라이옥실레이트, 에틸페닐 글라이옥실레이트, 4,4'-비스-(다이메틸아미노벤조페논), 프로피오페논, 아세토페논, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 2,2-다이에톡시아세토페논, 에틸페닐필옥실레이트, 페난트라퀴논, 및 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온과 같은 카보닐 화합물; 테트라메틸티우람 모노설파이드 및 테트라메틸티우람 다이설파이드와 같은 황 화합물; 아조비스아이소뷰티로나이트릴 및 아조비스-2,4-다이메틸발레로나이트릴과 같은 아조 화합물; 및 벤조일 과산화물 및 다이-tert-뷰틸 과산화물, 7-클로로싸이옥산톤과 같은 싸이옥산톤 광 개시제, 2,4-다이에틸싸이옥산톤 및 2,4-다이아이소프로필싸이옥산톤, 및 아실로포스핀 산화물 광 개시제(예를 들어, 화학식 (I)에 의해 표시된 바와 같은 아실로포스핀 산화물)와 같은 과산화물 화합물을 포함한다.
Figure 112006044561538-PCT00001
상기 식에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C8 알킬 또는 C1-C8 옥시알킬기, 페닐, 치환된 페닐, 벤질 또는 치환된 벤질기 및 이들의 혼합물을 나타낸다. 치환된 페닐기는 다이페닐(2,4,6-트라이메틸벤조일) 포스핀 산화물, 벤조일이다이에톡시포스핀 산화물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 광 개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,4,6-트라이메틸벤조일-다이페닐-포스핀 산화물을 포함한다.
전형적으로, 광 개시제는 조성물의 총량의 약 0.1중량% 내지 약 10중량%, 또 는 그 사이의 임의의 범위의 양으로 존재한다. 한 실시태양에서는, 광 개시제는 조성물의 총량의 약 1중량% 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 실시태양에서는, 광 개시제는 플라스틱 보호막을 구성하는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 2중량% 내지 약 4중량%의 양으로 존재한다.
전형적으로, 광 개시제는 약 350nm 내지 약 420nm의 파장을 갖는 입사광에 의해 활성화된다. 어떤 실시태양에서는, 광 개시제는 약 360nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 빛에 의해 활성화된다. 본 발명의 다른 실시태양에서는, 광 개시제는 약 390nm 미만의 파장을 갖는 빛에 의해 활성화된다.
한 실시태양에서는, 본 발명의 방법은 해당 플라스틱 기재를 쉽게 용해시키지 않는 1종 이상의 용매를 사용한다. 다양한 실시태양에서, 용매는 기재에 도포시 평평하게 코팅하는 것이 용이하도록 약 35℃ 초과의 끓는점을 갖는다. 이러한 유형의 적절한 용매에는 지방족 알코올, 글라이콜 에터, 지환족 알코올, 지방족 에스터, 지환족 에스터, 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로젠화된 지방족 화합물, 할로젠화된 지환족 화합물, 할로젠화된 방향족 화합물, 지방족 에터, 지환족 에터, 아마이드 용매 및 설폭사이드 용매로 구성된 군이 있으나 이로 제한되지는 않는다. 또 다른 실시태양에서는, 용매는 1-메톡시-2-프로판올이다. 일반적으로, 코팅 중의 용매의 농도는 약 10중량% 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 20중량% 내지 약 40중량%, 또는 그 사이의 임의의 범위이다.
나노스케일 충전제 또한 경화성 아크릴레이트 코팅 내에 존재한다. 충전제는 나노스케일 크기이고 가시광선을 산란시키지 않을 만큼 충분히 작은 입자 크기 를 갖는다. 바람직하게는, 충전제는 250nm 이하의 입자 크기를 갖는다. 한 실시태양에서는, 입자 크기는 바람직하게는 약 10nm 내지 약 100nm, 또는 그 사이의 임의의 범위이다. 본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 입자 크기는 약 15nm 내지 약 50nm이다. 전술한 바와 같이, 또 다른 범위에는 그 사이의 임의의 부분 범위가 있다.
나노스케일 충전제로서 사용하기에 적절한 물질의 예에는 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 알루미나, 안티모니 산화물 및 이들의 혼합물이 있으나 이로 제한되지는 않는다. 본 발명의 한 실시태양에서는, 나노스케일 충전제는 추가적으로 유기 작용기를 포함한다. 유기 작용기는 구조식 (II)에 일치하는 구조 단위를 포함하는 아크릴레이트를 포함한다.
Figure 112006044561538-PCT00002
상기 식에서, R은 수소, 메틸 또는 에틸이다.
본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 나노스케일 충전제는 아크릴레이트 작용화된 실리카이다. 아크릴레이트 작용화된 실리카는, 아크릴옥시프로필 트라이메톡시실란, 메타크릴옥시프로필 트라이메톡시실란, 아크릴옥시프로필 트라이메톡시실란 또는 메타크릴옥시프로필 트라이메톡시실란 및 이들의 혼합물과 같은 아크릴레이트 작용성 알콕시 실란을 수성 실리카 콜로이드에 첨가하고, 혼합물을 가열하여 실란 가수분해를 촉진시키고, 실리카 나노입자에 존재하는 실란올기를 아크릴레이트 작용성 실란의 실란올기 또는 알콕시실란기와 축합시켜, 진공 스트리핑에 의해 수상을 유기상으로 교환함으로써 생성될 수 있다. 수상을 유기상으로 대체하는 것은 작용화된 실리카 입자와 나머지 코팅 성분의 용액 블렌드를 허용하는데 필요하다. 유기상에 적절한 물질은 물보다 높은 끓는점을 가진 아크릴레이트 또는 유기 용매일 수 있다.
경화성 아크릴레이트 코팅 조성물 내의 나노스케일 충전제의 양은 예를 들자면 접착력, 내마모성, 및 양호한 내후성 및 내열분해성과 같은 요구되는 특성, 및 목적하는 가용 수명에 따라 조정될 수 있다. 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물 내의 나노스케일 충전제는 경화성 코팅 조성물의 총량을 기준으로 약 1중량% 내지 약 65중량%의 양으로 존재한다. 한 실시태양에서는, 나노스케일 충전제는 약 1 내지 약 40중량%, 바람직하게는 약 3 내지 약 35중량%, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 30중량%, 더욱 더 바람직하게는 약 15중량%, 또는 그 사이의 임의의 범위의 양으로 존재한다.
경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 선택적으로 광 안정제 또는 UV 흡수제를 함유할 수 있다. 이러한 물질은 특정한 사용 목적 또는 목적하는 용도에 따라 다양한 양으로 포함될 수 있다. 포함될 경우 여전히 조성물에 대한 적절한 경화 반응을 획득하면서도 증가된 내후성을 제공하기에 충분한 양일 것이다. 한 실시태양에서는, UV 흡수제에는 하이드록시벤조페논, 벤조트라이아졸, 사이아노아크릴레이트, 트라이아진, 옥사닐리드 유도체, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 장애(hindered) 아민, 폼아미딘, 시나메이트, 말로네이트 유도체 및 이들의 혼합물이 있다. 본 발명의 방법에 따라 사용할 수 있는 UV-가시광선 흡수제의 예에는 2-(2'-하이드록시-5'-메틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(3'-tert-뷰틸-2'-하이드록시-5'-메틸페닐)-5-클로로벤조트라이아졸, 2-(3',5'-다이-tert-뷰틸-2'-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트라이아졸, 2,2'-다이하이드록시-4,4'-다이메톡시벤조페논, 2-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-5-(헥실옥시)-페놀, 2-(4,6-비스(2,4-다이메틸페닐)-1,3,5-트라이아진-2-일-5-옥틸옥시)페놀, 2-(2'-하이드록시-5'-메틸페닐)벤조트라이아졸, 2,4-다이하이드록시벤조페논, 2,4,2',4'-테트라하이드록시벤조페논, 2-하이드록시-4-옥틸옥시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시벤조페논, 페닐 살리실레이트, 페닐 벤조에이트 2-하이드록시벤조페논, 5-클로로-2-하이드록시-벤조페논, 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 4-도데실옥시-2-하이드록시벤조페논, 2-하이드록시-4-옥타데실옥시벤조페논, 2,2'-다이하이드록시메톡시벤조페논, 2,2'-다이하이드록시-4-4-다이메톡시벤조페논, p-tert-뷰틸페닐 살리실레이트, p-(1,1,3,3-테트라메틸뷰틸)페닐 살리실레이트, 3-하이드록시페닐 벤조에이트, 페닐렌-1,3-다이벤조에이트, 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-5-tert-뷰틸페닐)-5-클로로벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-뷰틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-5-tert-뷰틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-4-옥틸옥시페닐)벤조트라이아졸 및 이들의 혼합물이 있다.
한 실시태양에서는, 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 또한 평탄제(flattening agents)(예를 들어, BYK-케미(Chemie)에서 판매하는 BYK-353), 계면 활성제(예를 들어, BYK-케미(Chemie)에서 판매하는 BYK-시클린(Siclean) 3700), 요변성제(예를 들어, 알드리치 케미칼(Aldrich Chemicals)에서 판매하는 셀룰로오스 아세테이트 뷰티레이트(Cellulose acetate butyrate)) 등, 및 상기 첨가제 중 1종 이상을 포함하는 반응 생성물 및 조합물과 같은 다양한 첨가제를 선택적으로 함유할 수 있다.
경화성 아크릴레이트 코팅 조성물은 종래 코팅 기술을 사용하여 제품에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 이러한 코팅 기술에는 플로코팅(flowcoating), 딥 코팅(dip coating), 롤 코팅, 스프레이 코팅, 또는 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용한 코팅의 기재 상으로의 드로잉 다운(drawing down)이 있다.
하기 예는 당업자에게 본 발명의 한 양태인 본원에 청구된 방법을 실시하고 평가하는 방법에 관한 세부적인 설명을 제공하도록 기술되나, 발명자들이 발명으로 간주하는 범위를 제한하고자 하지는 않는다. 표 1은 본 발명의 하기 예에 사용되는 다양한 물질을 예시한다.
Figure 112006044561538-PCT00003
실시예 1
코팅의 제조방법
코팅을 하기 단계에 의해 제조한다: 어레이 포맷(array format)의 기재 상에 여러 액체 코팅의 자동화 침적 단계, 원심력을 사용하여 기재를 가로질러 액체를 펼치는 단계, 및 UV 광으로 어레이를 경화시키는 단계.
1-메톡시-2-프로판올(ml당 각각 아크릴레이트 0.2g), 다로커(DAROCUR) 4365(ml당 0.02g) 및 FCS100(ml당 0.1g) 중의 6작용성 우레탄 아크릴레이트(EB1290) 및 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트(SR444)의 저장용액 10ml를 준비하였다. 또한, 1-메톡시-2-프로판올 중에 ml당 0.0001g의 농도로 루모겐 F 레드(Lumogen F Red)의 저장용액 100ml를 준비하였다. 패커드 멀티프로브(PACKARD MULTIPROBE) II EX 로봇식 액체 취급 시스템을 사용하여 코팅을 제조하였다. 모든 용매가 코팅으로부터 증발될 때 각각의 코팅이 표 2에 기재된 조성물을 함유하도록 로봇을 프로그램하였다. 코팅 용액의 25μl 분취량이 10μm 두께 코팅을 생성하도록 충분한 1-메톡시-2-프로판올을 로봇 첨가하여 각각의 코팅 용액의 고형분 함량을 조정하였다. 각각의 코팅을 그의 용기 내로 반복적으로 흡인 및 분배함으로써 코팅 용액을 혼합하였다. 각각의 코팅 용액의 0.3ml 분취량을 액체 취급 로봇을 사용하여 48개의 웰 타이터플레이트(well titerplate)로 옮겼다. 그 후, 액체 취급 로봇에 의해 타이터플레이트로부터 13cm×9cm×15mil의 크기를 갖는 폴리카보네이트 필름으로 제조된 기재로 코팅 용액을 옮기고, 폴리카보네이트 필름의 표면을 두께 0.3cm, 길이 12.4cm, 폭 8.2cm의 크기를 갖는 실리콘 고무 주형에 의해 직경이 9mm인 48개의 원형의 "웰"로 다시 분할하였다. 웰을 정규 8×6 어레이로서 배열하였다. 실리콘 고무 주형에 의해 폴리카보네이트 기재의 표면 상에 만들어진 웰은 기재 상에 분배된 코팅 용액을 가두는 것을 도왔다.
Figure 112006044561538-PCT00004
실리콘 고무 주형이 설치된 기재 상의 액체 코팅의 어레이를, 고속으로 전체 어레이를 회전시켜 개개의 웰의 범위 내에서 액체가 기재를 가로질러 퍼지게 하는 원심분리기(미국 공개공보 제 US20030134033 A1 호, 제 EP1242192 A1 호, 제 WO0133211 A1 호 및 제 WO013230 A1 호에 기술된 바와 같은 오메가 코터(the Omega Coater)) 내로 옮겼다. 이는 직경 9mm의 균일한 두께로 코팅된 영역을 생성하였다. 그 후, 코팅 어레이를 퓨전 에픽(FUSION EPIC) 6000 UV 프로세서(Processor)를 사용하여 경화시켰다. 램프로부터 기재까지의 거리는 4인치였고, 벨트 속도는 11ft/min이었으며, 어레이를 램프 아래로 2회 통과시켰다. 경화 후, 실리콘 고무 주형을 폴리카보네이트 기재로부터 벗겨내어 폴리카보네이트 상에 48개의 코팅 어레이를 생성하였다.
유사한 방법을 사용하여 1,4-뷰탄다이올 다이아크릴레이트를 갖는 6작용성 우레탄 아크릴레이트(EB1290), 및 트라이메틸올프로페인 트라이메타크릴레이트(SR350)를 갖는 6작용성 우레탄 아크릴레이트(EB1290)를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 2
폴리카보네이트 기재에 대한 경화된 코팅의 접착력을 ASTM 방법 D3359의 수정 버전을 사용하여 측정하였다. 로봇을 사용하여 각각의 코팅 상에 크로스해치 패턴(crosshatch pattern)을 새겼다. 8개의 각각의 코팅줄에, 3M의 스카치 브랜드(상표, Scotch Brand) 프리미엄 등급의 투명한 셀로판 테이프를 붙인 후, 180°의 각으로 확 잡아당기지 않고 빠르게 벗겨냈다. 제거된 코팅의 양을 형광 현미경을 사용하여 결정하고 코팅과 기재 사이의 콘트라스트를 결정하였다. 코팅에 약 500nm의 파장이 조사될 때, 코팅 내에 소량으로 존재하는 루모겐 F 레드가 강하게 형광을 내었다. 어레이의 각각의 코팅을 현미경을 사용하여 관찰하였고, 제거된 코팅의 양을 기준으로 ASTM D 3359에 따라 평가하였다.
실시예 3
글라스-콜 멀티펄스 진탕기(Glas-Col Multipulse shaker)를 사용하여 코팅의 전체 어레이를 연마함으로써 코팅의 마모성 시험을 수행하였다. 코팅 어레이가 트레이의 중앙에 위치하도록 트레이의 바닥에 테이프로 붙이고, 글로벌 드릴링 서플라이(Global Drilling Supply)(#4 샌드(Sand), 쿼츠(Quartz))로부터 수득한 석영모래 1000ml를 어레이 상에 부었다. 그 후, 어레이 및 모래를 함유한 트레이를 속도 50으로 셋팅하여 원형 운동으로 진동시켰다. 달리 특정되지 않는다면 진동 시간은 20분이었다.
미국특허 제 6,538,725 호에 기술된 바와 같이 사용한 산란광의 강도로부터 마모 정도를 측정하였다. 사용된 장비에는 백광원(450-W Xe 아크 램프, SLM 인스트루먼트 인코포레이티드(SLM Instruments, Inc.), Ubrbana, Ill., 모델 FP-024), 파장 선택용 단색화 장치(SLM 인스트루먼트 인코포레이티드, 모델 FP-092), 및 휴대용 형광 분광계(오션 옵틱스 인코포레이티드(Ocean Optics, Inc.), 두네딘(Dunedin), 플로리아(Fla.), 모델 ST2000)가 있다. 형광 분광계에는 200-μm 슬릿, 400nm에서 빛나고 30% 초과의 효율로 250 내지 800nm의 스펙트럼 범위를 커버하는 600-그루브(grooves)/mm의 회절발, 및 선형 CCD-어레이 검출기가 구비되어 있다. 백색광을 "식스-어라운드-원(six-around-one)"의 두갈래로 갈라진 광섬유 반사 프로브(오션 옵틱스 인코포레이티드, 모델 R400-7-UV/VIS)의 암(arm)의 한쪽에 집중하고, 360°백-산란광을 섬유 다발의 또 다른 프로브 암으로부터 탐지하였다.
각각의 코팅을 자동으로 프로브 아래에 배치하는, 프로그램이 가능한 X-Y 변환 단에 어레이를 탑재하여 산란광의 스펙트럼이 검출되도록 하였다. 각각의 샘플의 산란광의 강도를 비교함으로써 내마모성을 결정하였다. 산란광의 강도가 클수록 내마모성이 불량하다. 표 3은 진동 시간이 10분인 높은 작업처리량(throughput) 마모성 시험을 이용하여 내마모성이 평가된 우레탄 아크릴레이트 및 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트의 다양한 코팅 조성물을 나타낸다.
Figure 112006044561538-PCT00005
도 1로부터, 우레탄 아크릴레이트 및 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트를 포함하는 코팅 조성물에서 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트의 중량%가 증가함에 따라 내마모성이 높아짐을 알 수 있다. 상기 코팅은 2종의 아크릴레이트 물질을 단독으로 사용한 것보다 양호한 내마모성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 높은 작업처리량 마모성 시험으로 코팅의 내마모성을 평가하였는데, 상기 시험에서 코팅의 어레이를 먼저 10분 동안 연마하고 산란광의 강도를 측정하였다. 10분 더 추가적인 연마를 수행한 후, 산란광의 강도를 최종적으로 측정하였다. 우레탄 아크릴레이트 및 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트의 블렌드에 기초한 코팅의 내마모성이 아크릴레이트 성분으로서 우레탄 아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트중 하나만을 함유한 코팅보다 양호하였으며, 이는 도 2에 나타난 바와 같은 본 발명의 물질의 상승효과를 나타낸다.
실시예 4
펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트와 블렌딩된 우레탄 아크릴레이트를 렉산(등록상표, LEXAN) 시트(GE 캄파니(Company)) 상에 코팅하고 타버(TABER) 마모성 시험으로 마모성 시험을 하였다. 이 방법에서 시험 샘플의 원래 중량을 측정하였다. 그 후, 시험 샘플을 마모성 시험기로 옮겼다. 연마기 휠 상에 500g의 추의 하중을 가하고 500회 회전시켰다. 그 후, 최종 중량을 기록하였다. 표 3에서 보는 바와 같이, 다작용성 아크릴레이트의 블렌드로 코팅된 렉산 시트가 단일 아크릴레이트 코팅으로 코팅된 것보다 양호한 내마모성을 가졌다.
부터 벗어나지 않고 임의의 방식으로 다양하게 변형 및 치환할 수 있기 때문에, 기술된 세부사항으로 제한하고자 하지 않는다. 당업자에게는 단지 통상적인 실험을 통해 본원에 개시된 발명의 추가적인 변형 및 균등물이 발생할 수 있고, 이러한 모든 변형 및 균등물은 하기 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 본질 및 범위 내에 포함되는 것으로 여겨진다.

Claims (10)

  1. 2종 이상의 다작용성 아크릴레이트 유도체, 광 개시제 및 나노스케일(nanoscale) 충전제를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2종 이상의 다작용성 아크릴레이트 유도체가 6작용성 우레탄 아크릴레이트, 다이펜타에리쓰리톨 펜타아크릴레이트, 에톡실화된 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이-트라이메틸올프로페인 테트라아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 에톡실화된 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 뷰탄다이올 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이메타크릴레이트, 이작용성 우레탄 아크릴레이트, 테트라아크릴레이트 단량체, 폴리에스터 아크릴레이트 다량체, 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되고;
    광 개시제가 2,4,6-트라이메틸벤조일-다이페닐-포스핀 산화물, 및 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온으로 구성된 군으로부터 선택되며;
    나노스케일 충전제가 실리카, 지르코니아, 티타니아, 알루미나, 세리아 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된
    경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    다작용성 아크릴레이트 유도체가 1종 이상의 6작용성 아크릴레이트 유도체를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    코팅 조성물이 추가로 지방족 알코올, 글라이콜 에터, 지환족 알코올, 지방족 에스터, 지환족 에스터, 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로젠화된 지방족 화합물, 할로젠화된 지환족 화합물, 할로젠화된 방향족 화합물, 지방족 에터, 지환족 에터, 아마이드 용매 및 설폭사이드 용매로 구성된 군으로부터 선택된 용매를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    용매가 1-메톡시-2-프로판올인 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    나노스케일 충전제가 약 10 내지 약 250nm의 입자 크기를 갖는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    나노스케일 충전제가 아크릴레이트 작용화된 실리카를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하이드록시벤조페논, 벤조트라이아졸, 사이아노아크릴레이트, 트라이아진, 옥사닐리드 유도체, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 장애 아민, 폼아미딘, 시나메이트, 말로네이트 유도체 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택된 UV 흡수제를 추가로 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
  9. 제 1 항에 따른 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물로 코팅된 제품.
  10. 광 개시제; 나노스케일 충전제; 1종 이상의 6작용성 우레탄 아크릴레이트; 1,4-뷰탄다이올 다이아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트라이아크릴레이트, 및 트라이메탄올 트라이메타크릴레이트 유도체, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 추가의 다작용성 아크릴레이트 유도체를 포함하는 경화성 아크릴레이트 코팅 조성물.
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