KR20070053164A - 나노결정성의 금속산화물 입자, 중합체성 분산제 및표면활성화제들의 조합을 포함하는 증가된 내스크래치성을갖는 물품 - Google Patents

나노결정성의 금속산화물 입자, 중합체성 분산제 및표면활성화제들의 조합을 포함하는 증가된 내스크래치성을갖는 물품 Download PDF

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KR20070053164A
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로저 에이치. 케이톤
패트릭 무레이
페트라 렌즈
클라우스 스츌트
마틴 그런드케메여
토마스 세위토우스키
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Abstract

수지, 다수의 나노입자들, 표면활성화제 및 중합체성 분산제들을 포함하는 필름형성 조성물이 개시된다. 상기 필름형성 조성물은 실질적으로 투명하며, 기재와 결합되도록 적용되어 내마모성을 증가시킨다. 상기 필름형성 조성물은 가구, 문, 바닥들을 포함하는 목재 대상물용; 건축물 표면용; 자동차 및 마감재용; 금속코팅 및 코일코팅용; 플라스틱 물품용; 및 와이프-온 보호처리용으로 사용될 수 있다.
내스크래치성, 내마모성, 투명, 광택, 필름형성, 나노입자, 금속산화물, 중합체성 분산제, 표면활성화제

Description

나노결정성의 금속산화물 입자, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들의 조합을 포함하는 증가된 내스크래치성을 갖는 물품 {Enhanced Scratch Resistance of Articles Containing a Combination of Nanocrystalline Metal Oxide Particles, Polymeric Dispersing Agents, and Surface Active Materials}
본 발명은 막형성 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막형성 조성물과 함께 사용되어 내스크래치성을 증가시키는 나노입자-기저의 첨가제들에 관한 것이다. 전형적인 막형성 조성물(film forming composition)들은 스크래치로부터 기재(substrate)를 보호하기 위하여 기재에 적용된 중합체-기저(polymer-based)의 코팅을 포함하나, 냉-경화(cold cure), 사출, 공-사출 또는 몰딩 기술들에 의해 제조된 중합체성 물품들 또한 이 기술로부터 이득을 얻을 수 있다. 종종 이들 코팅 및/또는 중합체성 물품들은 투명하다.
선행 기술은 (1) 첨가제를 사용하여 상기 코팅의 표면 슬립(slip)을 증가시키거나(방법 1), 또는 (2) 세라믹 입자들을 첨가시켜 상기 코팅의 경도(hardness)를 증가시키는(방법 2) 것에 의하여 중합체성 코팅의 내스크래치성(scratch resistance)를 개선시키는 것을 언급하고 있다.
방법 1은 실리콘수지, 왁스 또는 불소화물질 등과 같은 첨가제들을 코팅 내 로 첨가시켜 상기 코팅의 표면에너지를 낮추고, 그리고 표면 슬립을 증가시킨다. 몇몇 조성들에서 이들 첨가제들은 코팅에 스크래치가 생기는 경향을 감소시키기는 하나, 상기 코팅의 표면 경도가 실질적으로 변화되고, 그리고 내스크래치성에서의 증가가 제한된다.
방법 2는 무기 또는 세라믹 입자들을 첨가시켜 코팅의 내스크래치성을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자들의 첨가는 실질적으로 상기 코팅의 내스크래치성을 개선시킬 수 있기는 하나, 바람직하지 못한 흐려짐(haze)의 큰 증가 또는 물리적 특성(점도, 모듈러스, 유연성 등)들의 바람직하지 못한 변화 등과 같은 상기 코팅의 다른 특성들이 종종 희생된다.
투명한 물품 및 코팅들에서, 내스크래치성을 강화시키기 위한 나노입자 조성물의 사용은 또한 바람직하지 못한 높은 흐려짐의 결과를 가져올 수 있다. 큰 입자들 또는 입자 응집물들로부터 산란, 나노입자와 매트릭스 간의 높은 굴절율의 불일치, 높은 나노입자의 농도들 또는 나노입자들과 관련한 이들 특성들의 조합으로부터 빛이 산란하기 때문에 상기 높은 흐려짐이 일어난다. 예를 들면, 이산화규소 및 알루미노실리케이트 입자들은 이러한 입자들의 굴절율이 많은 코팅 조성물들의 굴절율에 근접하게 일치되기 때문에 통상적으로 투명한 코팅의 내스크래치성을 강화시키는 데 사용되어 입자들의 크기 또는 입자들이 분산된 정도에 무관하게 흐려짐의 바람직하지 못한 증가를 방지한다. 그러나, 전형적으로 내스크래치성을 제공하기 위하여는 이산화규소 입자들의 높은 농도가 요구되며, 이러한 높은 이산화규소 농도는 조성의 점성 등과 같은 다른 특성들에서의 바람직하지 못한 변화를 야기 할 수 있다. 산화알루미늄 입자들은 이산화규소 입자들 보다 더 큰 내스크래치성을 제공할 수 있으나, 이러한 산화알루미늄의 높은 굴절율은 같은 크기의 보다 낮은 굴절율 입자들과 비교하여 실질적인 빛 산란 및 흐려짐의 결과를 가져오며, 적절한 내스크래치성을 달성하는데 요구되는 것 이하로 사용될 수 있는 농도에 제한을 가져온다.
투명성, 광학적 투명도, 점성, 유연성 등을 포함하여 상기 조성의 다른 특성들의 수반하는 희생 없이 막형성 조성물의 내스크래치성을 증가시키는 나노입자-기저의 첨가제를 제공할 필요가 있다.
발명의 요약
본 발명은 막형성 조성물의 내스크래치성의 향상을 위하여 적용되는, 개선된 나노입자-기저의 첨가제에 관한 것이다.
간단하게, 본 발명은 중합체성 분산제, 표면활성화제 및 나노입자들의 조합을 포함한다. 하나의 구체예에 있어서, 본 발명은 벌크 중합체 제품들 및 중합체성의 코팅들과 같은 제품들의 상대적으로 높은 수준의 내스크래치성을 제공할 수 있다. 다른 하나의 구체예에 있어서, 투명성, 광택, 점성, 유연성 및 탄성계수(modulus) 등과 같은 조성물의 다른 물리적 특성들의 실질적 변경 없이 상기 나노입자-기저의 첨가제들이 0.5 내지 10중량%의 상대적으로 낮은 나노입자 농도로 필름형성 조성물 내에 내포될 수 있다. 또 다른 구체예에 있어서, 상기 다수의 나노입자들 중의 적어도 하나가 필름형성 조성물의 표면 또는 상기 필름형성 조성물을 포함하는 제품의 표면에 위치하도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 필름형성 조성물을 제공하는 단계, 상기 필름형성 조성물을 제1의 내마모성을 나타내는 기재(substrate)에 적용시키는 단계, 및 상기 기재 또는 필름형성 조성물에 내마모성 개질제(modifier)를 첨가하는 단계,들을 포함하여 이루어지며, 상기 개질제는 다수의 금속 산화물-기저 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 여기에서 상기 개질제를 첨가하는 단계 이후에 상기 기재가 상기 제1의 내마모성 보다 더 큰 제2의 내마모성을 나타내는 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법이 제공된다.
본 발명은 또한 나노결정성 입자들을 제공하는 단계, 상기 나노결정성 입자들을 중합체성 분산제와 혼합하여 다수의 비-응집된 1차 나노결정성 입자들을 포함하는 분산물(dispersion)을 형성하는 단계, 상기 분산물의 표면장력 또는 표면에너지를 낮추는 단계, 상기 분산물을 수지에 첨가하여 필름형성 조성물을 형성하는 단계, 상기 필름형성 조성물을 기재의 표면에 적용시키는 단계, 및 상기 기재 상에 실질적으로 투명한 필름을 형성시키는 단계,들을 포함하여 이루어지는 필름형성 조성물을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 상기 필름형성 조성물은 자동차, 가구 및 인공구조물 표면들 등과 같은 금속, 플라스틱 또는 목재 물품들을 포함하는 여러 기재들에 사용될 수 있다.
상세한 설명
본 발명의 상기 나노입자-기저 첨가제는 중합체성 물품 또는 조성 내에서의 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들의 신규한 조합을 포함한다. 특히 실질적으로 구형인 나노결정성 금속 산화물들인 나노입자들은 상기 조성 내에 내포되어 상기 중합체-기저의 물품 또는 코팅의 경도를 증가시킨다. 상기 중합체성 분산제들은 상기 나노입자들을 그들의 1차 입자 크기로 분산시키는 것을 도와주며, 또한 상기 나노입자들이 조성(formulation) 또는 가공(processing) 동안에 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 상기 표면활성화제는 전형적으로 상기 중합체성 분산제들 및 상기 나노입자 표면들과 상호작용하여 중합체성 코팅들의 내스크래치성을 증가시키고, 그리고 상기 나노입자들의 상기 물품의 표면 또는 코팅 또는 상기 물품이나 코팅과 다른 물질들 사이의 계면에로의 이동을 가능하게 할 수 있다.
상기 나노입자-기저 첨가제의 구성요소들이 증가된 내스크래치성에 관련하여 상승작용적 결과들을 제공할 뿐만 아니라 특정의 구체예들에서는 투명성, 광택, 탄성계수, 유연성 또는 점성 등과 같은 물품 또는 코팅의 다른 특성들의 실질적 변화를 피할 수 있기 때문에 유리하다.
다른 구체예들에 있어서, 상기 나노입자들, 중합체성 분사ㄴ제들 및 표면활성화제의 조합은 상기한 물품 또는 코팅에서 증가된 내스크래치성을 제공하기 위하여 낮은 농도들의 나노입자들의 사용을 가능하게 하며, 이는 다시 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분(나노입자들, 중합체성 분산제들 및 표면활성화제)들이 제거된 조성물들과 비교하여 물품 또는 코팅에서 보다 높은 투명성 또는 광학적 투명성을 제공한다. 상업적 잇점들은 점점 크게 되고, 개발될 물질 시스템들의 보다 나은 성능을 가능하게 한다. 이들 구체예들에 있어서, 상기 필름형성 조성물의 중량을 기준으로 하여 상기 나노입자 농도 범위는 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 0.10 내지 20중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10중량%의 범위 이내가 될 수 있다.
특히 실질적으로 구형인 나노결정성 금속 산화물들인 상기 나노입자들에는 입자의 가장 긴 종횡비(aspect)에 대하여 실질적으로 100㎚ 이하의 크기를 가지며, 결정성의, 비-공극 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 물질들이 포함되며, 그 예들에는 실리콘, 알루미늄, 티타늄, 아연, 붕소, 구리, 산화세륨(ceria), 지르코늄, 철, 주석, 안티몬, 인듐, 마그네슘, 칼슘, 은 또는 이들의 조합들이 포함된다. 본 명세서에서 사용된 용어 나노입자는 상기 입자의 가장 긴 종횡비에 대하여 100㎚ 이하의 직경을 포함하는 임의의 입자를 의미한다.
중합체성 분산제들은 유체들 또는 중합체들, 특히 실질적으로 구형인 나노결정성 금속 산화물들 내에서의 고체 입자들의 분산 및 안정화를 촉진시키도록 설계된 물질들을 의미한다.
비-수성 매질에 있어서, 실질적으로 구형인 나노결정성 금속 산화물들의 실질적으로 안정한 분산물들을 수득함에 있어서 아주 효과적인 것으로 밝혀진 상기 중합체성 분산제들은 중합체성 쇄(반복하는 백본(backbone) 단위들을 갖는 분자들) 및 하나 또는 그 이상의 고정관능기들(anchor groups)의 특징들을 포함한다. 일반적으로, 실질적으로 구형인 나노결정성 금속 산화물들 및 비-수성 매질의 안정한 분산물은 (1) 1000 이상의 분자량을 갖는 중합체성 분산제들 및 (2) 상기 금속산화물 표면들과 상호작용하는 하나 또는 그 이상의 산성 또는 염기성의 고정관능기들을 사용하여 형성된다. 일반적으로, 호모중합체들(homopolymer) 및 공중합체들(copolymers) 모두가 나노결정성 금속산화물들에 대한 유효한 분산제들이 될 수 있다. 게다가, 이들 호모중합체들 및 공중합체들은 상기 비-수성 매질에서 가용성이 될 수 있다.
수성 매질에 있어서, 상기 나노결정성 입자에 끌리는 중합체 조각들 및 수용성을 부여하는 중합체 조각들을 갖는 수용성 공중합체들이 실질적으로 구형인 나노결정성 금속산화물들의 실질적으로 안정한 분산물들을 수득할 수 있는 유효한 중합체성 분산제가 될 것으로 밝혀졌다. 상기 공중합체성의 분산제는 산성의 상호작용들, 염기성 상호작용들, 중성의 상호작용들 및 공유성 상호작용들(covalent interactions) 중의 적어도 하나를 통하여 상기 나노입자 표면에 고정될 수 있다. 상기 공중합체성 분산제와 상기 나노입자들 중의 적어도 하나 사이의 상호작용은 양이온성, 음이온성 및 중성들 중의 하나가 될 수 있다.
그러나, 수성 및 비-수성 매질 모두에 대하여는, 실질적으로 구형인 나노결정성 금속산화물들의 실질적으로 안정한 분산물들을 수득하는 데 유효한 것으로 밝혀진 중합체성 분산제들은 일반적으로 (1) 1000 이상의 분자량을 포함하고, (2) 산성, 염기성, 중성 또는 공유성 상호작용들을 갖는 하나 또는 그 이상의 고정작용기들을 포함하고, 그리고 (3) 상기 분산매들에 가용성이어야 한다.
중합체성 분산제들의 적절한 예들에는 아민, 알코올, 산, 케톤, 에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리실리콘, 지방산에스테르 및 이들의 불화 및 방향족 관능화 유도체들 및 이들의 물리적 혼합물들 및 이들의 공중합체들이 포함된다. 나노입자의 중량에 대하여 상기 중합체성 분산제는 0.5 내지 50중량%, 바람직하게는 1.0 내지 40중량%, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 30.0중량%의 범위 이내의 양으로 존재할 수 있다.
표면활성화제들은 상기 물품의 표면장력 또는 표면에너지를 낮추는 경향이 있는 임의의 물질을 의미한다. 표면활성화제들의 적절한 예들에는 술포네이트, 설페이트, 포스페이트, 알킬아민염, 폴리아크릴레이트(호모중합체 및 공중합체), 에틸렌옥사이드 및 프로필렌옥사이드 중합체들 및 블록공중합체들, 폴리실록산, 유기적으로-개질된 폴리실록산, 불소화 저분자체(fluorinated small molecules), 불소화 중합체 및 공중합체, 천연 또는 인조 왁스류 및 이들의 물리적으로 혼합되거나 공유결합된 공중합체들이 포함된다. 나노입자의 중량에 대하여 상기 표면활성화제는 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 0.2 내지 20중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10중량%의 범위 이내의 양으로 존재할 수 있다.
상기 중합체성 분산제와 상기 표면활성화제들 사이에 화학적으로 중첩되는 것으로 보여질 수 있음에도 불구하고, 이들은 명벡하게 본 발명의 서로 다른 구성요소들이다. 상기 분산제의 목적은 입자들, 특히 실질적으로 구형인 나노결정성 금속산화물들의 상기 조성물 내에서의 실질적으로 안정한 분산을 얻기 위한 것이다. 상기 표면활성화제는 상기 중합체성 분산제 및 상기 나노입자 표면들과 상호작용하여, 상기 물품 또는 조성물의 표면장력 또는 표면에너지를 낮추는 기능을 한다. 상기 표면활성화제는 또한 상기 나노입자들의 상기 물품 또는 코팅의 표면 또는 상기 물품 또는 코팅과 다른 물질들 사이의 계면에로의 이동을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 적용을 통하여 내스크래치성이 증가될 수 있는 물품들 또는 코팅들의 형태들에는 나노입자들, 중합체성 분산제들 및 표면활성화제로 조성될 수 있는 임의의 물질들이 포함된다. 전형적으로 이들 물품들에는 가교결합된- 또는 미가교결합된 중합체성 시스템들이 포함된다. 중합체성 코팅들의 예들에는 폴리에테르, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아미드, 멜라민, 아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리스티렌 및 불소화 중합체 수지들, 상기 중합체들의 공중합체들 및 혼합물들 및 공중합체 수지들이 포함된다. 이들 수지들은 수인성(water-borne), 수용성(water-soluble), 에멀젼 또는 용매인성(solvent-borne) 코팅들, 무용매의 100% 고체 코팅들이 포함된다. 상용적으로 중요한 코팅들의 예들에는 가구, 문, 바닥 및 건축물 표면들을 포함하는 목재 대상물용; 자동차 및 마감재용; 금속코팅 및 코일코팅용; 플라스틱 물품용; 및 와이프-온 보호처리용;의 보호코팅들이 포함되나 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 필름형성 조성물을 포함하는 물품 또는 기재의 내스크래치성은 %광택보유(% gloss retention) 또는 스크래치저항지수(scratch resistance parameter)로 측정될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 상기 용어 %광택보유는 물품의 최종 광택을 물품의 최초 광택으로 나눈 값에 100을 곱한 것을 의미하며, 여기에서 최초 및 최종 광택들은 비와이케이-가드너 헤이즈-글로스 기구(BYK-Gardner Haze-Gloss instrument)-20° 광택으로 스크래치 방향에 대하여 평행하게 측정된 것이다. 상기 물품의 최종 광택은 상기 물품을 스카치 브라이트 패드(Scotch Brite pad) 등과 같은 철솜(steel wool)과 같은 마찰기구에 적용시키는 것에 의해 결정하였다. 표면 스크래치들이 광택을 감소시키기 때문에, 상기 %광택보유는 상기 물품의 내스크래치성을 반영한다. 보다 높은 %광택보유 값들은 보다 높은 내스크래치성을 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 스크래치저항지수는 비와이케이-가드너 헤이즈-가드 플러스 기구(BYK-Gardner Haze-Gard Plus instrument)에 측정된 것으로서, 본 발명의 필름형성 조성물을 포함하지 않는 기재의 흐림 증가(haze increase)를 본 발명의 필름형성 조성물을 포함하는 기재의 흐림 증가로 나눈 것을 의미한다. 흐림 증가는 스크래치가 적용되기 전과 후에서의 상기 기재의 투과된 흐림들 사이의 차이를 계산하는 것에 의해 측정된다. 1.0의 스크래치저항지수는 각 실시예들에서 대조에 비해 내스크래치성이 전혀 개선되지 않음을 의미한다. 측정된 스크래치저항지수가 높을수록, 상기 필름의 내스크래치성은 더 크게 증가하는 것을 의미한다. 이하의 실시예들에서의 시험들이 청구범위에 기재된 성분들의 조성에 따라 4 이상, 특히 2.5 내지 20의 스크래치저항지수를 나타내어, 본 발명의 필름형성 조성물을 포함하는 기재의 스크래치저항지수는 앞서 나타낸 것들보다 더 크게 될 수 있다. 그러나 이들 내스크래치성 값들은 상기 성분들의 조성 및 상기 스크래치 시험에서 사용된 기구들의 내마모성(abrasiveness)에 의존적인 것으로 인식될 수 있다.
물품의 내스크래치성을 증가시키기 위한 표면활성화제, 중합체성 분산제 및 나노결정성 금속산화물의 조합의 사용은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 신규한 것이고 비자명한 것이다. 본 발명의 상기 3가지 성분들 중 어느 하나의 제거는 이하에서 첨부된 실시예들에서 나타나는 바와 같이 본 발명의 유효성을 감소시킨다.
이하의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
철솜 스크래치 시험 절차
실시예 1 내지 3들에 대하여는, 필름들 각각을 0 등급, 2인치*2인치 철솜 패드(steel wool pad)로 200회 이중 마찰(200 double rubs)에 적용시키고, 비와이케이-가드너 헤이즈-가드 플러스 기구로 스크래치로부터의 증가된 흐림을 측정하는 것에 의해 필름들의 내스크래치성을 측정하였다. 상기 철솜 패드에는 40g/㎠의 압력이 적용되었다. 실시예 4에 대하여는, 8g/㎠의 압력이 철솜 패드에 적용되었으며, 50회 이중 마찰이 사용되었다. 각 필름의 내스크래치성은 스크래칭으로부터 야기되는 흐림의 억제의 개념들로 정량화되었다. 스크래치저항지수(scratch resistance Parameter ; SRP)는 순수 필름(각 실시예에서 필름A로 표시됨)에 대해 측정된 흐림 증가를 같은 실시예에서의 다른 필름들에 대해 측정된 흐림 증가로 나누는 것에 의해 계산되었다. 1.0의 SRP는 각 실시예에서의 대조군에 대하여 내스크래치성의 향상이 없음을 의미한다. 측정된 상기 SRP가 높을수록, 필름에 대한 내스크래치성의 향상은 더욱 커진다.
나일론 브러쉬 스크래치 시험 절차
실시예 5 및 7들에 대하여는, 비와이케이 가드너 스크럽 테스터(BYK Gardner Scrub Tester)를 사용하여 나일론 브러쉬로 자외선-경화성 코팅(UV-curable coatings)들은 500 내지 1,000회, 용매인성 코팅(solvent-borne coatings)들은 100회 이중 마찰에 적용시키는 것에 의해 필름들의 내스크래치성을 측정하였다. 나일론 브러쉬 마찰 전과 후의 코팅 광택을 비와이케이-가드너 헤이즈-글로스 기구-20° 광택으로 스크래치 방향에 대하여 평행하게 측정하였다. 표면 스크래치가 광택을 감소시키기 때문에 상기 %광택보유 및 %GR(%스크래치저항)(최종 광택/초기 광택*100)은 코팅의 내스크래치성을 반영한다. 내스크래치성은 높은 %GR 값들에서 더 크다.
스카치 브라이트 스크래치 시험 절차
실시예 6에 대하여는, 필름들을 스카치 브라이트 패드로 100g/㎠의 압력하에서 10회 이중 마찰에 적용시키고, 광택에 대한 변화를 비와이케이-가드너 헤이즈-글로스 기구-20° 광택으로 스크래치 방향에 대하여 평행하게 측정하는 것에 의해 필름들의 내스크래치성을 측정하였다. 표면 스크래치가 광택을 감소시키기 때문에 상기 %광택보유 및 %GR(%스크래치저항)(최종 광택/초기 광택*100)은 코팅의 내스크래치성을 반영한다. 내스크래치성은 높은 %GR 값들에서 더 크다.
마모 시험의 심각성은 마모 표면(스카치 브라이트, 철솜, 나일론 브러쉬), 적용된 압력 및 시험되는 표면에 대한 상기 마모 표면의 마찰횟수에 따라 달라진다. 상기한 시험들에서 주어진 조건들 하에서, 상기 철솜 마모 및 스카치 브라이트 마모 시험은 표면들에 대해 가장 큰 정도의 마모를 적용하며, 거친 접촉 마모를 모의실험하는 것이다. 상기 나일론 브러쉬 마모 시험은 표면들에 대해 보다 낮은 정도의 마모를 적용하며, 자동차 세차를 모의실험하는 것이다.
실시예 1
30중량%의 사르토머 SR-368(Sartomer SR-368), 30중량%의 사르토머 CD-501, 30중량%의 사르토머 SR-238 및 10중량%의 사르토머 SR-494를 포함하는 자외선-경화성 우레탄-기저 코팅 조성물을 준비하고, 이 조성물에 5중량%의 벤조페논 및 5중량%의 아르가큐어 651(Irgacure 651)을 경화제로서 첨가하였다. 하기 표 1에 기재된 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 사용하여 사르토머 SR-238 내의 30중량%의 농도의 산화알루미늄 나노입자들의 분산물을 준비하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 분산물들을 상기 자외선-경화성 조성에 첨가하고, 충분히 교반시킨 후, 유리 슬라이드(glass slides)들 상에 1밀(mil, 1인치의 1/1,000) 두께의 필름들을 준비하는 데 사용하였다. 상기 필름들을 0.6주울/통과(0.6joules/pass)에서의 3회 통과에 의한 자외선 조사에 의해 경화시켰다. 상기 경화된 필름들 각각은 초기 흐림에 대하여 시험되었고, 상기 철솜 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 SRP에 대하여 시험되었다.
A B C D E F G
산화알루미늄, 중량%1 0.0 0.0 0.0 1.0 2.0 1.0 2.0
솔스퍼스 32000, %2 0.00 0.00 0.00 0.07 0.14 0.05 0.09
BYK UV 3500, %3 0.00 0.20 0.40 0.00 0.00 0.03 0.05
초기 흐림, % 0.04 0.04 0.06 0.31 0.56 0.43 0.73
SRP 1.0 1.1 0.9 2.0 3.4 4.4 8.8
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) (중합체성 분산제) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie) (표면활성화제)
실시예 1A는 기본 코팅 조성물(base coating formulation)이다. 실시예 1B 내지 1E들 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물들이다. 실시예 1F 및 1G들은 본 발명의 코팅 조성물들이다. 실시예 1B 및 1C들은 표면활성화제는 포함하나 나노입자들 또는 중합체성 분산제는 포함하지 않는다. 그 결과, 상기 1B 및 1C의 SRP들은 1A와 비교하여 개선점을 나타내지 않는다. 상기 1D 및 1E 조성물들은 나노입자들 및 중합체성 분산제들은 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 그 결과, 상기 1D 및 1E의 SRP들은 상기 기저 조성물 1A와 비교하여 단지 약간의 개선점을 나타낸다. 상기 1F 및 1G 조성물들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 1F 및 1G의 SRP들은 1A 내지 1E들과 비교하여 실질적으로 개선되었다.
실시예 2
30중량%의 사르토머 CN-120, 30중량%의 사르토머 CD-501, 30중량%의 사르토머 SR-238 및 10중량%의 사르토머 SR-494를 포함하는 자외선-경화성 우레탄-기저 코팅 조성물을 준비하고, 이 조성물에 5중량%의 벤조페논 및 5중량%의 아르가큐어 651(Irgacure 651)을 경화제로서 첨가하였다. 하기 표 2에 기재된 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 사용하여 사르토머 SR-238 내의 30중량%의 농도의 산화알루미늄 나노입자들의 분산물을 준비하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 분산물들을 상기 자외선-경화성 조성에 첨가하고, 충분히 교반시킨 후, 유리 슬라이드(glass slides)들 상에 1밀 두께의 필름들을 준비하는 데 사용하였다. 상기 필름들을 0.6주울/통과에서의 3회 통과에 의한 자외선 조사에 의해 경화시켰다. 상기 경화된 필름들 각각은 초기 흐림에 대하여 시험되었고, 상기 철솜 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 SRP에 대하여 시험되었다.
A B C
산화알루미늄, 중량%1 0.0 1.0 1.0
솔스퍼스 32000, %2 0.00 0.07 0.05
BYK UV 3500, %3 0.00 0.00 0.03
초기 흐림, % 0.03 0.36 0.39
SRP 1.0 2.5 5.2
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) (중합체성 분산제) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie) (표면활성화제)
실시예 2A는 기본 코팅 조성물이다. 실시예 2B는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물이다. 실시예 2C는 본 발명의 코팅 조성물이다. 상기 2B 조성물은 나노입자들과 중합체성 분산제는 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 그 결과, 상기 2B의 SRP는 2A와 비교하여 단지 약간의 개선점을 나타낸다. 상기 2C 조성물은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 2C의 SRP는 2A 및 2B들과 비교하여 실질적으로 개선되었다.
실시예 3
25중량%의 사이멜 301(Cymel 301), 25중량%의 톤 200(Tone 200) 및 50중량%의 부틸셀로솔브를 포함하는 열경화성 코팅 조성물을 준비하고, 이 조성물에 2중량%의 p-톨루엔술폰산의 20중량% 2-프로판올 용액을 경화제로서 첨가하였다. 하기 표 3에 기재된 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 사용하여 도와놀 피엠에이(Dowanol PMA) 내의 30중량%의 농도의 산화알루미늄 나노입자들의 분산물을 준비하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 분산물들을 상기 열경화성 조성에 첨가하고, 충분히 교반시킨 후, 유리 슬라이드(glass slides)들 상에 2밀 두께의 필름들을 준비하는 데 사용하였다. 상기 필름들을 120℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 상기 경화된 필름들 각각은 초기 흐림에 대하여 시험되었고, 상기 철솜 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 SRP에 대하여 시험되었다.
A B C D E F G H I J
산화알루미늄, 중량%1 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
솔스퍼스 32000, %2 0.00 0.07 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
BYK 306, %3 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
BYK 373, %3 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
BYK 375, %3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
실크린 3700, %3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00
테고 글라이드, 432, %4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00
글라이드 ZG400, %4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00
페레놀 S83 UV, %5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00
플루라드 FC 4432, %6 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02
초기 흐림, % 0.08 0.68 0.46 0.59 0.53 1.37 0.57 0.56 0.55 0.58
SRP 1.0 2.1 2.5 3.4 3.3 2.8 4.6 3.6 7.9 2.6
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) (중합체성 분산제) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie) (표면활성화제) 4;데구사(Degussa) (표면활성화제) 5;코그니스(Cognis) (표면활성화제) 6;쓰리엠(3M) (표면활성화제)
실시예 3A는 기본 코팅 조성물이다. 실시예 3B는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물이다. 실시예 3C 내지 3J들은 본 발명의 코팅 조성물들이다. 상기 3B 조성물은 나노입자들과 중합체성 분산제는 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 그 결과, 상기 3B의 SRP는 상기 기저 조성물 3A와 비교하여 단지 약간의 개선점을 나타낸다. 상기 3C 내지 3J 조성물들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 3C 내지 3J들의 SRP들은 3A 및 3B들과 비교하여 실질적으로 개선되었다.
실시예 4
80중량%의 HC-7600S 아크릴산 및 20중량%의 HC-7605S 디이소시아네이트(듀폰)를 포함하는 2 성분의 폴리우레탄 코팅 조성물을 준비하였으며, 이는 40중량%의 수지 고형분을 포함하고 있다. 하기 표 4에 기재된 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 사용하여 도와놀 피엠에이(Dowanol PMA) 내의 30중량%의 농도의 산화알루미늄 나노입자들의 분산물을 준비하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 분산물들을 상기 폴리우레탄 조성에 첨가하고, 잘 저어준 후, 유리 슬라이드(glass slides)들 상에 2밀 두께의 필름들을 준비하는 데 사용하였다. 상기 필름들을 120℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 상기 경화된 필름들 각각은 초기 흐림에 대하여 시험되었고, 상기 철솜 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 SRP에 대하여 시험되었다.
A B C D E F G H I J K
산화알루미늄, 중량%1 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
솔스퍼스 32000, %2 0.0 7.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
BYK 375, %3 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
실크린 3700, %3 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
테고 글라이드, 432, %4 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
글라이드 ZG400, %4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
페레놀 S83 UV, %5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0
조닐 FSO-100, %6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0
조닐 FSN-100, %6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0
플루라드 FC 4430, %7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 0.0
플루라드 FC 4432, %7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0
초기 흐림, % 0.21 0.55 0.61 0.72 0.50 0.67 0.57 0.65 0.58 0.70 0.65
SRP 1.0 1.6 2.0 2.4 2.3 2.9 4.3 2.6 2.3 1.9 2.3
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) (중합체성 분산제) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie) (표면활성화제) 4;데구사(Degussa) (표면활성화제) 5;코그니스(Cognis) (표면활성화제) 6;듀폰(DuPont) (표면활성화제) 7;쓰리엠(3M) (표면활성화제)
실시예 4A는 기본 코팅 조성물이다. 실시예 4B는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물이다. 실시예 4C 내지 4K들은 본 발명의 코팅 조성물들이다. 상기 4B 조성물은 나노입자들과 중합체성 분산제는 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 그 결과, 상기 4B의 SRP는 상기 기저 조성물 4A와 비교하여 단지 약간의 개선점을 나타낸다. 상기 4C 내지 4K 조성물들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 4C 내지 4K들의 SRP들은 4A 및 4B들과 비교하여 실질적으로 개선되었다.
실시예 5
하기 표 5에 기재된 산화알루미늄 나노입자들(사르토머 SR-238 내의 30중량%의 농도로 분산된 것), 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도로 하여 독점적인 자외선-경화성 코팅 조성을 준비하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 조성들을 필름들을제조하는 데 사용하였으며, 자외선 조사에 의해 경화시켰고, 그리고 상기 필름들의 내스크래칭을 상기 나일론 브러쉬 스크래치 시험 절차를 사용하여 나일론 브러수ㅟ로 500회의 이중 마찰을 사용하여 측정하였다. 상기 경화된 필름들 각각은 초기 흐림에 대하여 시험되었고, 상기 나일론 브러쉬 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 %GR에 대하여 시험되었다.
A B C D E F
산화알루미늄, 중량%1 0.0 0.0 2.0 3.0 2.0 3.0
솔스퍼스 32000, %2 0.00 0.00 0.14 0.21 0.14 0.21
BYK UV 3500, %3 0.00 0.10 0.00 0.00 0.10 0.10
초기 광택, 20° 90.0 88.0 90.3 88.7 88.4 88.7
최종 광택, 20° 84.0 86.6 73.2 46.2 89.0 88.6
%GR 93.3% 98.41% 81.1% 52.1% 100.7% 99.9%
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) (중합체성 분산제) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie) (표면활성화제)
실시예 5A는 기본 코팅 조성물이다. 실시예 5B 내지 5D들은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물들이다. 실시예 5E 및 5F들은 본 발명의 코팅 조성물들이다. 상기 5B 조성물은 표면활성화제는 포함하나, 나노입자들과 중합체성 분산제들은 포함하지 않는다. 상기 5C 및 5D들은 나노입자들 및 중합체성 분산제들은 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 상기 5E 및 5F들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 5E 및 5F들의 %GR은 실질적으로 5A 내지 5D들에 비하여 더 크다. 실제, 5E는 상기 나일론 브러쉬 시험에 적용된 후 더 큰 광택이 측정된다.
실시예 6
43.5중량%의 라로머(Laromer) LR 8986, 43.5중량%의 라로머 LR 8967, 8.7중량%의 실로이드(Syloid) ED 50, 3.5중량%의 이르가큐어 184, 0.4중량%의 BYK 361 및 0.4중량%의 테고 에이렉스(Tego airex)를 포함하는 자외선-경화성 코팅 조성을 준비하였으며, 여기에 하기 표 6에 기재된 산화알루미늄 나노입자들(사르토머 SR-238 내의 30중량%의 농도로 분산된 것), 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 선택적으로 첨가하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 상기 조성들을 자외선 조사에 의해 경화된 필름들을 제조하는 데 사용하였으며, 상기 경화된 필름들 각각은 상기 스카치 브라이트 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 초기 광택 및 %GR에 대하여 시험되었다.
A B C D E
산화알루미늄, 중량%1 0.0 0.2 2.0 0.2 2.0
솔스퍼스 32000, %2 0.00 0.01 0.14 0.01 0.14
BYK UV 3500, %3 0.00 0.00 0.00 0.10 0.10
초기 광택, 20° 57.6 64.2 63.6 50.8 49.0
최종 광택, 20° 26.4 37.9 39.6 45.4 40.3
%GR 45.8% 59.0% 62.3% 89.4% 82.2%
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노듀어TM 산화알루미늄, 45㎡/g 2;아베시아(Avecia) 3;비와이케이 케미(BYK Chemie)
실시예 6A는 기본 코팅 조성물이다. 실시예 6B 및 6C들은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 성분들이 제거된 코팅 조성물이다. 실시예 6D 및 6E들은 본 발명의 코팅 조성물들이다. 상기 6B 및 6C 조성들은 나노입자들과 중합체성 분산제는 포함하나, 표면활성화제는 포함하지 않는다. 상기 6D 및 6E 조성들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 본 발명을 구현한다. 상기 6D 및6E들의 상기 %광택보류는 6A 내지 6C들과 비교하여 실질적으로 개선되었다.
실시예 7
독점적인, 2 성분의 지방족 폴리우레탄 코팅 조성을 준비하였으며, 여기에 하기 표 7에 기재된 산화알루미늄 나노입자들(도와놀 PMA 내의 30중량%의 농도로 분산된 것), 중합체성 분산제 및 표면활성화제의 공급원과 농도를 선택적으로 첨가하였다. 모든 농도들은 코팅 내의 총 수지 고형분들에 대하여 중량%로 나타내었다. 이들 분산들을 상기 폴리우레탄 조성에 첨가하고, 잘 저어준 후, 유리 슬라이드들 상에 2밀 두께의 필름들을 준비하는 데 사용하였다. 상기 필름들을 140℃에서 1시간 동안 경화시켰다. 상기 경화된 필름들을 초기 광택에 대하여, 그리고 상기 나일론 브러쉬 스크래치 시험 절차에서 정의된 바 대로 %GR에 대하여 시험되었다.
A B C D E F G H I
산화알루미늄, 중량%1 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.5 0.5
디스퍼비와이케이-111, %2 0.00 0.00 0.00 0.10 0.10 0.00 0.00 0.10 0.10
LP-X-20798, %3 0.00 0.05 0.20 0.05 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00
LP-X-20828, %4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.20 0.05 0.20
초기 광택, 20° 86.3 85.9 85.7 86.3 86.5 86.3 86.6 87.3 85.3
최종 광택, 20° 79.1 82.0 80.5 84.3 82.0 80.8 82.8 82.2 83.9
%GR 91.7% 95.4% 93.9% 97.7% 94.8% 93.6% 95.6% 94.2% 98.4%
1;나노페이스 테크놀로지(Nanophase Technologies Corp.)의 나노아크TM 산화알루미늄, 95㎡/g 2;비와이케이 케미(BYK Chemie)-중합체성 분산제 3;비와이케이 케미(BYK Chemie)-반응성 선형 폴리실록산 표면활성화제 4;비와이케이 케미(BYK Chemie)-반응성 빗형 폴리실록산 표면활성화제
실시예 7A는 기본 코팅 조성물을 나타내고, 실시예 7B 및 7C들은 0.05% 및 0.20%의 선형 폴리실록산 표면활성화제를 포함하며, 나노입자들 및 중합체성 분산제들을 포함하지 않는 조성을 나타낸다. 실시예 7D 및 7E들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 0.05% 및 0.20%의 선형 폴리실록산 표면활성화제들을 포함하는 본 발명의 조성을 나타낸다. 실시예 7F 및 7G들은 0.05% 및 0.20%의 빗형 폴리실록산 표면활성화제를 포함하고, 나노입자들 및 중합체성 분산제들을 포함하지 않는 조성을 나타낸다. 실시예 7H 및 7I들은 나노입자들, 중합체성 분산제 및 0.05% 및 0.20%의 빗형 폴리실록산 표면활성화제들을 포함하는 본 발명의 조성을 나타낸다. 7B에 대한 7D, 7C에 대한 7E, 7F에 대한 7H 및 7G에 대한 7I들에서의 %GR은 실질적으로 증가되었다.
실시예들 비교 요약표
하기 표 8은 상기 실시예들의 요약을 포함한다. 상기 실시예들의 번호, 코팅 형태, 내스크래치성 시험(SR 시험) 및 내스크래치성 성능 데이터들을 첨가제들이 없는 중합체(None), 나노입자들과 중합체성 분산제들을 갖는 중합체(N+PDA), 폴리실록산 표면활성화제들을 갖는 중합체(PSAM) 및 나노입자들과 중합체성 분산제 및 폴리실록산 표면활성화제들을 갖는 중합체(N+PDA+PSAM)들과 비교하였다. SRP 및GRP들은 철솜 및 광택 내스크래치성 시험들 각각에 대한 성능 데이터들이다. 서로 다른 폴리실록산 표면활성화제들을 사용하는 다중의 시험들이 실시예들에서 주어지는 경우, 평균값들을 표로 만들었다. 서로 다른 수준들의 나노입자들을 사용하는 다중의 시험들이 주어지는 경우, 나노입자들의 중량%가 괄호 내의 값으로 기재하였다. 주어진 종류에 대한 데이터가 없는 것은 하이픈(-)으로 표시하였다. PU는 폴리우레탄의 약자이다.
실시예 코팅 형태 SR 시험 None/N+PDA/PSAM/N+PDA+PSAM
실시예 1 자외선-경화성 우레탄 철솜 1.0/2.0(1.0)/1.0/4.4(1.0) 1.0/3.4(2.0)/1.0/8.8(2.0)
실시예 2 자외선-경화성 에폭시 철솜 1.0/2.5(1.0)/-/5.2(1.0)
실시예 3 열경화성 철솜 1.0/2.1(1.0)/-/3.8(1.0)
실시예 4 2성분 폴리우레탄 철솜 1.0/1.6(1.0)/-/2.56(1.0)
실시예 5 자외선-경화성 아크릴레이트 나일론 브러쉬 93.3%/81.1%(2.0)/98.4%/100.7%(2.0) 93.3%/52.1%(3.0)/98.4%/99.7%(3.0)
실시예 6 자외선-경화성 스카치 라이트 45.8%/59.0%(0.2)/-/89.4%(0.2) 45.8%/62.3%(2.0)/-/82.2%(2.0)
실시예 7 2성분 지방족 PU 나일론 브러쉬 91.7%/-/94.6%/96.3%(0.5)
상기 철솜 내스크래치성 시험에서, 측정된 SRP가 높을수록, 상기 필름의 내크스크래치성의 증가는 더욱 커진다. 상기 표로부터, 본 발명의 조성인, 나노입자들 및 중합체성 분산제 및 폴리실록산 표면활성화제를 포함하는 조성물(N+PDA+PSAM)은 명백하게 증가된 내스크래치성을 갖는다.
상기 나일론 브러쉬 및 스카치 브라이트 내스크래치성 시험에서, 상기 %GR이 높을수록, 상기 필름의 내스크래치성의 증가는 더욱 커진다. 상기 표로부터, 본 발명의 조성인, 나노입자들 및 중합체성 분산제 및 폴리실록산 표면활성화제를 포함하는 조성물(N+PDA+PSAM)은 명백하게 증가된 내스크래치성을 갖는다.
상기 요약표는 마찰 또는 마모 조건들의 범위 하에서의 내마모성 데이터를 나타낸다. 상기 스카치 브라이트 및 철솜 마모 시험들은 심각한 마모를 표면에 부여하는 반면에, 상기 나일론 브러쉬 마모 시험들은 자동차 세차를 모의시험하는 보다 부드러운 마모 시험이다. 이와 같이, 본 발명의 성분들에 의해 부여된 보호의 정도는 상기 시험 조건들의 면에서 확인되어져야 한다. 실시예 1 내지 4 및 6들에서, 상기 코팅 표면은 상대적으로 심각한 또는 거시적인 마모를 경험하게 된다. 본 발명의 상기 필름형성 조성물에 의해 부여된 명백한 마모 저항성은 또한 흐림 및 광택 측정들, 특히 물질들의 서로 다른 조합들의 관점에서 관측된다. 실시예 5 및 7들에서, 상기 코팅 표면은 손상되지 않고 고스란히 잔류하며, 또한 단지 상기 표면활성화제만을 포함하는 코팅은 이 물질이 상기 시험에 의해 제거되지 않았기 때문에 상대적으로 높은 광택을 유지한 채로 잔류하며, 이는 그 기능을 보류한다. 그러나, 모든 마모 상황(wear regimes)들 하에서, 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들의 조합은 상용적인 가치의 개선된 내마모성을 제공한다.
본 명세서에서 기술된 것의 변경들, 변형들 및 다른 실시형태들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 앞서의 설명적인 설명들에 의해 제한되는 것은 아니다.
따라서 본 발명은 막형성 조성물과 함께 사용되어 내스크래치성을 증가시키는 나노입자-기저의 첨가제들을 제공하는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 수지;
    다수의 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하는 분산물을 포함하여 이루어지는 필름형성 조성물이며,
    여기에서 상기 필름형성 조성물이 실질적으로 투명한 것이고,
    또한 상기 필름형성 조성물을 포함하는 기재가 실질적으로 내마모성인 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름형성 조성물을 포함하는 기재가 스크래치저항지수로서 측정된 2.5 내지 20의 증가된 내마모성을 나타내는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지가 폴리에테르, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아미드, 멜라민, 아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리스티렌 및 불소화 중합체 수지들, 상기 중합체들의 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 실질적으로 구형인 나노결정성 금속산화물 입자들임을 특 징으로 하는 필름형성 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 조성물의 0.5 내지 10중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 금속산화물 나노입자들이며, 상기 금속이 실리콘, 알루미늄, 티타늄, 아연, 붕소, 구리, 산화세륨(ceria), 지르코늄, 철, 주석, 안티몬, 인듐, 마그네슘, 칼슘, 은 또는 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 분산제가 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리우레아, 폴리에테르, 폴리실리콘, 지방산에스테르 및 이들의 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 분산제가 1000 이상의 분자량 및 상기 나노입자들의 적어도 하나의 표면들과 상호작용하는 2개 또는 그 이상의 고정관능기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 분산제가 공유적 상호작용을 통하여 상기 나노입자들 중의 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면활성화제가 술포네이트, 설페이트, 포스페이트, 알킬아민염, 폴리아크릴레이트, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물이 실질적으로 상기 분산물의 혼합 전 후에 있어 실질적으로 동일한 광학적 투명성, 광택 또는 점성을 나타내는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 나노입자들 중 적어도 하나가 상기 필름형성 조성물의 표면 또는 상기 물품의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물이 실질적으로 투명한 것임을 특징으로 하는 필름형성 조성물.
  14. 필름형성 조성물을 제공하는 단계;
    상기 필름형성 조성물을 제1의 내마모성을 나타내는 기재에 적용시키는 단계; 및
    상기 기재 또는 필름형성 조성물에 내마모성 개질제를 첨가하는 단계;
    들을 포함하여 이루어지며,
    상기 개질제는 다수의 금속 산화물-기저 나노입자들, 중합체성 분산제 및 표면활성화제들을 포함하며, 여기에서 상기 개질제를 첨가하는 단계 이후에 상기 기재가 상기 제1의 내마모성 보다 더 큰 제2의 내마모성을 나타내는 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 내마모성 개질제를 첨가하는 단계에 앞서 상기 다수의 금속산화물-기저 나노입자들을 상기 중합체성 분산제 및 표면활성화제들 내에 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 실질적으로 구형인 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 금속산화물 나노입자들이며, 상기 금속이 실리콘, 알루미늄, 티타늄, 아연, 붕소, 구리, 산화세륨(ceria), 지르코늄, 철, 주석, 안티몬, 인듐, 마그네슘, 칼슘, 은 또는 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 나노입자들이 상기 필름형성 조성물의 0.1 내지 10중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 기재가 상기 내마모성 개질제를 첨가하는 단계의 전후에 있어 실질적으로 동일한 광학적 투명성, 광택 또는 점성을 나타내는 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 필름형성 조성물이 상기 내마모성 개질제를 첨가하는 단계 후에 있어 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 내스크래치성을 증가시키는 방법.
  21. 나노결정성 입자들을 제공하는 단계;
    상기 나노결정성 입자들을 중합체성 분산제와 혼합하여 다수의 비-응집된 1차 나노결정성 입자들을 포함하는 분산물을 형성하는 단계;
    상기 분산물의 표면장력 또는 표면에너지를 낮추는 단계;
    상기 분산물을 수지에 첨가하여 필름형성 조성물을 형성하는 단계;
    상기 필름형성 조성물을 기재의 표면에 적용시키는 단계; 및
    상기 기재 상에 실질적으로 투명한 필름을 형성시키는 단계;
    들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 필름형성 조성물을 제조하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 기재가 목재-기저 물품임을 특징으로 하는 필름형성 조성물을 제조하는 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 기재가 자동차의 표면임을 특징으로 하는 필름형성 조성물을 제조하는 방법.
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