KR20070100238A - 인산알루미늄 조성물, 코팅 및 관련 복합물 - Google Patents
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Abstract
인산알루미늄-계 코팅 구성요소를 포함하는 복합물 및 다공성 기판 표면들을 밀봉하는 방법.
Description
본 출원은 그 전체가 본 명세서에 각각 참조 병합되어 있는 2002년 12월 23일자로 동시 출원된 US 출원 제 60/615,920호 및 60/615,986호로부터 우선권을 주장한, 그 전체가 본 명세서에 참조 병합되어 있는 2003년 12월 23일자로 출원된 계류중인 US 출원 제 10/745,955호의 일부 계속 출원으로, 이로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 바람직한 전기적, 화학적, 기계적 및 물리적 특성들을 부여하기 위한, 기판 상에 증착된 인산알루미늄 코팅에 관한 것일 수 있다. 본 발명은 또한 다공성 물질을 밀봉하는 방법을 교시할 수 있으며, 또한 인산알루미늄 물질의 신규한 조성물 및 변형물(modification)을 교시한다.
결정질 및 비정질 형태들을 포함하는 촉매 지지체(support)로서 주로 사용하기 위한 인산알루미늄 물질들의 합성에 관한 다수의 종래 기술 특허들이 존재한다. 대부분의 합성 방법은 일반적으로 이용가능한 알루미늄염 및 인산, 인산수소암모늄, 인산 등을 포함하는 다양한 인 소스(source)를 포함하는 미가공 물질(raw material)에 졸-겔 기술을 사용하는 것을 포함한다. 많은 이러한 방법들은 결정질 형태와 약간의(few) 열적으로 안정한 비정질 조성물을 생산한다(US 4,289,863, Hill 외; 5,698,758, Rieser 외; 6,022,513, Pecaro 외). 종래 기술의 물질들은, 예를 들어 승온에서 부식 또는 산화로부터 기판을 보호하기 위한 코팅으로서 사용될 수 없다.
산업 및 소비자 사용 적용예들에서 다양한 기판을 보호하기 위해 열적으로 내구성있고 안정한 비정질 조밀 코팅(amorphous dense coating)을 사용하는 것이 바람직하다. 종래 기술의 코팅은 특정한 대기 조건 하에서 또는 물질이 열처리되거나 부식 환경에 노출되는 특정한 거친 산업 또는 사용 환경 하에서 내구성이 없다. 실리카-계 비정질 코팅이 개발되었고 최근의 특허는 이러한 코팅을 증착시키는 독특한 방법을 기술한다(US 특허 제 6,162,498호). 그러나, 상기 코팅은 특정한 거친 조건 하에서 내구성이 없고 승온에서 열적으로 안정하지 못하거나 유리 상에서 투명한 코팅으로서 적절하게 작용하지 못한다. 기판을 유리 프릿(frit) 슬러리로 먼저 코팅하고 이어서 상기 코팅된 물질을 고도의 충분한 온도로 처리하여 유리 프릿을 용융시키고 유리질 코팅을 형성함으로써 고온 안정한 유리 같거나(glassy) 유리질(vitreous) 코팅들이 또한 개발되었다. 많은 상이한 조성을 갖는 유리질 에나멜 코팅이 수십년동안 존재하였다. 그러나, 이러한 코팅은 일반적으로 두껍고 승온에서 변형된다. 유리 프릿을 용융시키는 고온 가공의 요건은 기판을 열화시킬 수 있으며, 저온 용융(low melting) 유리 조성물이 선택되는 경우에는 상기 유리 조성물은 내구성이 없을 수 있다.
증착된 무기 코팅(vapor deposited inorganic coating)은 현재 많은 적용예 에 사용되고 있지만, 값비싼 장비가 요구되고 비-시선 기판 기하 구조(non-line of sight substrate geometry)에 부적합하다(예를 들어, US 특허 제 3,442,686호, US 특허 제 4,702,963호, US 특허 제 5,434,008호, US 특허 제 5,792,550호). 용액-유도된(solution-derived) 무기 코팅은 기판들을 코팅하기 위한 저렴하고 합치하는(conformal) 능력을 제공한다.
또한, 종래 기술의 무기 코팅 중 일부는 전도(transmission) 특성이 영향을 받는 유리 또는 기판의 심미적 특성(금속 외형)이 보존될 필요가 있는 다른 기판 상에서 사용하기에 완전히 투명하지 않다.
브러싱된 강철(brushed steel) 및 다른 관련 고체 표면이 빌딩, 쇼핑몰(mall), 엘리베이터, 테이블 램프, 욕실 설비(bath fixture), 캐비넷 도어(cabinet door), 벽 플레이트(wall plate) 등의 정면(facade)에 집중적으로 사용된다. 이들 표면들의 바람직한 특성은 열적 부하(thermal load) 또는 열(heat), 태양광, 다양한 용매 및 일반적인 세정제, UV-방사선 노출 하에서의 적합한 내구성과 함께 세정 용이성(easy-to-clean) 및 지문 내성을 포함하고, 음식 요리 도중 눌어붙지 않는 특성(non-stick) 및 다른 관련 특성을 제공한다.
다공성 표면은 저장 등의 목적에 사용될 때 오염되기 쉽다. 에나멜, 화강암(granite), 대리석(marble), 바닥 타일(floor tile), 유리, 법낭 입힌 석기(porcelanized stoneware), 주방의 오븐 및 관련 요리 기구, 오븐 내부 패널(panel), 음식 쟁반(food tray), 캐비넷형 레인지(cooktop) 및 다른 세라믹 표면은 그 마지막 적용예에서 바람직하지 못한 미소(micro) 및 거대(macro) 구멍(pore) 및 결함(defect)을 갖는다. 화강암, 예를 들어 주방 조리대(kitchen countertop) 상의 구멍들을 밀봉하면 얼룩-방지(anti-staining) 특성 부여에 도움이 될 것이다. 이들 구멍들의 기밀 밀봉(hermetic sealing)은 또한 특정 적용예에서 중요한 가스 투과 감소에도 도움이 될 것이다. 폴리머 표면 처리는 세라믹 표면을 밀봉하기 위한 기술에서 주지되어 있지만, 그 내구성은 열, 세정 용매 또는 세정제에 대한 노출 하에서 제한되고 비교적 약하다(soft). 화학적으로 불활성이고 열적으로 안정한 적합한 얇은 무기 코팅이 바람직하다. 저렴한 코팅 기술이 고려에 중요하도록 많은 이러한 적용예는 매우 높은 판매고(high volume sale)를 보이며 용액에 기초한 담금 또는 스프레이 코팅(solution-based dip or spray coating)이 가장 바람직한 적용 방법이다. 이러한 처리는 또한 자가-세정(self-cleaning) 표면, 세정 용이성, 생물학적 안정성(biosafety), 심미적 가치, 경도 및 내마모성, 내용매성과 결합된 항균성을 가능하게 한다. 또한, 이러한 밀봉제(sealant)는 우수한 열 충격 특성(thermal shock property)(예를 들어, 화강암 테이블 상의 고온 팬(hot pan)) 및 열 안정성을 가져야 한다; 밀봉제가 마모되는 경우에도 표면 상의 구멍 충전(filling)의 효과는 코팅의 내구성을 크게 연장시키기에 도움이 될 것이다. 애노드화된 알루미늄부(anodized aluminum part) 상의 본 발명의 물질 및 다른 관련 물질은 환경 및 에너지 절약과 함께 성능 및 내구성 증진을 제공할 수 있다. 본 발명의 물질은 타일, 전자 패키징(electronic packaging) 및 내화물질(refractory) 용 기판을 포함하는 다양한 적용예에서 세라믹 및 접착 촉진제(단일체(monolithic), 복합물 및 유리-세라믹)의 기밀 밀봉물(hermetic sealing)로서 사용되어 내구성 및 낮은 가스 투과성을 증진시킬 수 있다.
탄화규소(silicon carbide)는 공간에 근거한 공중수송 플랫폼 광학 물질(space-based and airborne plaform optical material)을 위해 우수한 성질을 갖지만, 물질의 높은 경도와 함께 깨지기 쉬운 성질(brittle nature)은 필요한 내성으로 완성하기(finish) 어렵게 한다. 반사될 빛의 파장의 일부(fraction)로 표면을 폴리싱(polishing)하는 것은 기판의 크기 및 형태에 따라 수주 내지 수개월이 걸린다.
현재의 낮은 유전체(dielectric) 물질은 열적 기계적 안정성과 함께 필요한 유전 상수 값을 갖지 않는다. 반도체 분야의 현재의 상태를 개선하기 위해 신규한 낮은 k의 물질이 요구된다.
연구자들은 폴리머 및 금속-호일 기판을 프린트가능한 TFT 뒷면(printable TFT backplane)과 결합시켜 유연한 디스플레이(flexible display)를 상업적 현실에 가깝게 만들고자 연구하고 있다. 수년동안, - 아직 다량으로 얻을 수 없는 - 디스플레이 산업의 "성배"는 유리 시트에서와 같은 배리어 특성을 갖는 얇고 투명하고(clear) 유연한 기판이었다. 또한, 종래 기술은 이와 관련하여 다소 부족하였다.
포토마스크(photomask)는 전자 회로의 마이크로이미지를 포함하는 고정밀 플레이트(high precision plate)이다. 결함 없는 포토마스크를 얻기 위해 구조(architecture)는 유지되어야 한다. 크롬층이 환경 또는 층간 반응(interlayer reaction)에 의해 영향받을 때 문제점이 발생한다. 어레이 외부의 크롬 상의 긁힘, 손상되거나 일부 제거된 AR 코팅, 크롬 상의 오염, 마스크의 가장자리 상의 유리 칩 등을 포함하는 심미적 결함이 있으며, 이들은 모두 방지되어야 할 필요가 있다. 코팅은 약 10 나노미터의 범위로 매우 얇고 결함이 없어야 한다.
플라스틱 물질은 일반적으로 마모(abrasion), 수분의 공격, UV 방사선, 원자성 산소(atomic oxygen), 용매 노출, 화학제와 많은 다른 것들로 열화(degradation)되기 쉽다. 플라스틱 상에 증착된 무기 코팅은 현재 많은 적용예에 사용되지만, 값비싼 장비를 요구하고 비-시선 기판 기하구조에 부적합하다(예를 들어, US 특허 제 3,442,686호, US 특허 제 4,702,963호, US 특허 제 5,434,008호, US 특허 제 5,792,550호). 따라서, 릴-투-릴(reel-to-reel) 또는 롤-투-롤(roll-to-roll)의 연속 처리와 복합체-형태의(complex-shaped) 기판을 코팅하는 능력을 발전시키기 위해 적합한 처리 계획(processing scheme)과 함께 플라스틱 기판에 대한 저렴한 용액-유래된 보호 코팅(무기 및 무기-유기 복합물)이 필요하다.
그러나, 유리 및 금속과 달리, 모든 폴리머는 가스 및 증기에 대한 측정가능한 정도의 투과성을 보인다. 폴리머의 투과성을 감소시키고 이에 따라 음식 및 음료 포장에 대한 이들의 적용가능성 범위를 증가시키기 위해 다수의 기술들이 개발되었다. 투과 배리어 층이 또한 중요하다. 투과 배리어 층(permeation barrier layer)은 투과 물질(permeant material)이 수송되어야 할 때마다 중요하다. (자동차 및 기구 적용예에서 중요한) 가솔린용 튜브 및 호스, 플루오르화탄소 증기 등이 현재 이용가능한 성능을 능가하는 배리어 성능을 요구한다. 유사하게, 얇은 결함 및 바늘구멍(pinhole)이 없는 무기 수분 및 산소 배리어 코팅이 이러한 디스플레이 적용예에 필요하다.
상기된 측면에서, 본 발명의 목적은 인산알루미늄-계 화합물, 조성물, 코팅 및/또는 관련 복합물 또는 물품을 이의 사용 및 제조 방법과 함께 제공함으로써 상기된 것을 포함하는 종래 기술의 다양한 단점 및 결점을 극복하는 것이다. 본 발명의 하나 이상의 측면이 특정한 목적을 충족시킬 수 있고 하나 이상의 다른 측면이 특정한 다른 목적을 충족시킬 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 각각의 목적이 본 발명의 모든 측면에 대해 그 모든 면에서 똑같이 적용될 수는 없다. 이와 같이, 본 발명의 어떤 한 측면과 관련 있는 대안예에서 이하의 목적을 알 수 있다.
본 발명의 목적을 위하여, "본 발명의 물질", 이의 언급 또는 이에 대한 참조는 본 발명의 방법, 복합물 또는 물품 및/또는 이와 관련된 막, 층 또는 코팅과 함께 사용될 수 있는, Al:P 화학량론의 전체 이용가능한 범위 상의 본 알루미노포스페이트-계 화합물 또는 조성물, 또는 이와 달리 이하 제공된 바와 같은, 본 명세서에 기재된 대로 제조되거나 특징부여된 화합물 또는 조성물, 인산알루미늄 화합물 및 조성물로서 각각 선택적으로 표현될 수 있고 상기 병합된 참조문헌 중 어떤 문헌 및/또는 미국 특허 제 6,036,762호 및 제 6,461,415호 및 2003년 7월 15일자로 출원된 공동-계류중인 출원 제 10/362,869호 및 각각 2003년 7월 24일자와 2003년 11월 19일자로 출원된 제 10/627,194호와 제 PCT/US03/36976호, 및 2003년 8월 15일자로 출원된 제 10/642,069호와 제 PCT/US03/25542호(이들은 각각 본 명세서에 전체적으로 참조 병합되어 있다)에 기재된 대로 제조, 특징부여 및/또는 적용될 수 있는 화합물 및 조성물 중 어떤 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 제한 없이, 본 명세서에 기재된 바와 같이 및/또는 상기 병합된 특허 또는 출원 중 하나 이상을 통해, 본 발명의 물질은 알루미늄 함량이 분자 기준으로 인에 대해 화학량론적인지, 화학량론보다 낮은지 또는 화학량론보다 높은지에 상관 없이 도판트(dopant), 입자, 및/또는 유기분자, 폴리머, 탄소, 규소, 금속, 산화금속 및/또는 다른 금속 이온/염-비산화물 포함-의 함유물(inclusion)을 포함하는 인산알루미늄-계 화합물 및 조성물을 포함할 수 있다. 본 발명의 물질의 실시형태는 어플라이드 씬 필름사(Applied Thin Films, Inc.)의 상표 세라블랙(Cerablak) 하에 이용가능하다.
"본 발명의 물질"은 또한 인산알루미늄-계 물질을 포함하고 독특한 형태의 비정질 인산알루미늄을 생산하는 특별히-설계된 전구체 용액(precursor solution)을 사용하여 기판 상에 얇은 막으로서 증착될 수 있다. 샘바시반 등(Sambasivan et al.)에게 허여된 US 특허 제 6,036,762호 및 제 6,461,415호, 및 상기 참조된 특허 출원은 전구체 합성 및 화학에 관한 상세내용, 특성, 다른 처리 상세 내용을 제공한다. 본 발명의 물질로 코팅된 표면에 대한 다양한 부가 또는 변형도 본 발명의 실시형태로 고려되며, 이의 실시예는 이하에서 제공된다.
유사하게, "기판" 또는 "고체 기판"은 폴리머, 플라스틱, 세라믹, 금속, 합금, 탄화규소, 규소, 옥사이드, 칼코게나이드(chalcogenide), 프닉타이드(pnictide), 석영, 유리 등을 포함하되 이에 제한되지 않는 어떤 고체 물질을 포함한다.
다음 목적들 중 하나 이상은 다양한 기판 상의 본 발명의 물질 코팅으로 달성될 수 있으며, 수분, 산소 UV 광 등을 포함하는 다양한 환경 인자들에 대한 기판 보호를 제공하기 위해 기판의 롤-투-롤의 연속적인 코팅이 특히 강조된다. 따라서, 이러한 본 발명의 물질 코팅은 보호 및 기능적 코팅으로 작용할 수 있다.
본 발명의 목적은 전도성 기판 상의 광전지 디바이스(photovoltaic device)와 같은 전기 절연(electrical isolation)을 요구하는 다양한 적용예에 사용하기 위해 효과적인 절연내력(dielectric strength)을 갖는 절연층으로서 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 포장된 부피(packaged volume) 내에 주어진 수분 함량을 유지할 수 있는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 무지개빛-방지(anti-iridescent) 및 변색-방지(anti-tarnishing) 코팅으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명은 금속 표면 및 유기 폴리머 코팅 사이의 접착을 촉진하기 위한 계면을 제공하기 위해 금속 표면 상에 본 발명의 물질 층을 형성하는 개선된 방법 및 얻어지는 산화물 층 코팅된 금속 표면에 관한 것이다. 이 방법은 금속 표면에 본 발명의 물질을 적용하는 것을 포함한다. 얻어지는 코팅층은 금속 표면 및 유기 폴리머 코팅 사이의 접착을 촉진하기 위한 계면으로서 작용할 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 하우징을 정의하기 위해 그 가장자리에서 납땜된(soldered) 복수의 금속 플레이트들을 포함하는 수분 민감성 광학 디바이스와 같은 수분 민감성 디바이스용 하우징(housing) 내에 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이며, 유기 폴리머 코팅은 이음매(joint)에 부식을 막는 수분 배리어를 제공하기 위해 이음매에서 하우징의 적어도 외부 표면에 적용된다.
본 발명의 목적 중 하나는 이러한 본 발명의 물질 코팅을 단순한 담금(dip), 스핀(spin), 스프레이, 브러쉬 또는 흐름(flow) 코팅 처리를 사용하여 얇고 기밀하며 미세구조적으로 조밀하고 균일하고 투명한 코팅으로서 증착시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 수분, 빛, 가스, 화학제 및 다른 환경 작용로부터 고체 기판을 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 실온 및 승온에서 처리 및 사용하는 동안 고체 기판의 표면을 보호하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 긁힘 내성, 얼룩 내성, 내마모성, 내부식성과, 고속 입자, 비, 물, 액체 및 다른 물체의 충격으로 인한 손상을 포함하되 이에 제한되지 않는 고체 기판의 기계적 특성을 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 산소, 수소, 질소 등의 원자 및 분자의 고도 흐름(high flux)과 같은 낮은 지구 궤도 환경으로부터 공간(space) 고체 물질을 보호하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머 표면 상에 프라이머(primer) 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 금속 표면 상에 프라이머 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 세라믹 표면 상에 프라이머 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 금속 칼코게나이드 표면 상에 프라이머 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판 표면 상에 프라이머 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 상이한 형태의 물질들 중 유사한 두가지의 결합물(bonding) 또는 접착제(adhesive)로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 상이한 광학 물질들 중 유사한 두가지의 결합물 또는 접착제로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판 표면 상에서 표면 결함을 덮고 구멍을 밀봉하기 위해 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 코팅된 고체 기판 표면을 평탄화(planarize)하는 것이다.
본 발명의 목적은 코팅된 고체 기판 표면 상에 마찰을 감소시키는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판 상에 정전기방지 코팅으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판 상에 저도-유전층(low-dielectric layer)으로서 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머 또는 유사한 기판 상에 반사방지 층(antireflective layer)으로서 본 발명의 물질 및 변형된 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 유연한 디스플레이 구조물(flexible displays architecture) 내에 수분 및 산소 배리어로서 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판의 기계적 손상에 대한 배리어로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 물질의 광학 성질을 맞추기(tailoring) 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머, 열가소성물질(thermoplastic) 및 유사한 물질을 광-분해(photo-degradation)에 대해 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판을 손상시키는 미생물에 대해 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 화학적 물리적 손상으로부터 고체 물질로 제조된 의료 기구 및 일부분 상에 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 체액 부식(body fluid corrosion)으로부터 고체 물질로 제조된 의료 기구 및 일부분 상에 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 생체적합성(biocompatibility)을 부여하기 위하여 의료 기구 및 장치, 임플란트 및 다른 일부분 상에 본 발명의 물질 코팅 및 변형된 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고체 기판 상에 생체적합성 물질 혼입된 본 발명의 물질 및 본 발명의 물질 코팅을 사용 전개(use develop)하는 것이다.
본 발명의 목적은 고도의 무색 투명성을 갖는 배리어 막 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 약 10 내지 약 500 nm 범위의 두께를 갖는 상기 특성의 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 마찰이 적은 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 감소된 비용으로 제조될 수 있는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 장치에 요구되는 고체 물질의 총 부피를 감소시키는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 재활용의 어려움을 줄이는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 마이크로파 오븐에 사용될 수 있는 음식 포장에 이용가능한 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 마이크로파 유닛 내에서 사용될 수 있고 긴 저장 수명에도 계속 투명할 수 있는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 배리어 막 내에 포장된 내용물의 주어진 수분 함량을 유지할 수 있는 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 배리어 막이 빠른 생산 속도로 제조될 수 있는 코팅 또는 막 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 폴리머 표면을 평탄화할 수 있고 빛의 산란 감소에 도움이 될 수 있는 코팅을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 물질 전구체 용액 내에 첨가제를 분산시켜 기능적 코팅, 바람직하게는 전기 전도성 또는 자기 코팅을 고체 기판 상에 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 고체 기판 상의 본 발명의 물질 코팅 및 고체 기판 상에 배치된 전기전도성 금속 산화물 코팅을 사용하여 개선된 항공기 투명성(aircraft transparency)을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 항공기 투명성을 위해 보호 및 접착 촉진 층(promoter layer)을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 포스파젠(phosphazene), 보라진(borazine) 또는 보로졸(borozole)과 같은 P 및 B 함유 물질 등의 무기 폴리머 및 분자와 혼합된 본 발명의 물질을 개발하는 것이다.
본 발명의 목적은 고온 윤활 코팅을 형성하기 위해 질화붕소(boron nitride), 규화몰리브덴(molebdenum silicide), 황화몰리브덴(molybdenum sulfide) 또는 다른 윤활 물질을 분산시킨 본 발명의 물질 및 본 발명의 물질 코팅을 개발하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 물질의 미세구조를 적합하게 변형시킴으로써 낮은 유전 상수를 갖는 본 발명의 물질을 개발하는 것이며, 특히 본 발명의 물질 코팅의 다공성을 증가시키는 것이다.
본 발명은 마모 또는 마멸에 대하여 및 환경적 공격으로부터 보호를 개선하기 위한 플라스틱 또는 폴리머 기판 상의 인산알루미늄 조성물에 기초한 무기 및 무기-유기 복합물 코팅의 용도에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 플라스틱 또는 폴리머 기판 상에 증착된 보호 코팅의 구조 및 성질을 유도하기 위해 사용된 전구체 용액 화학물질(chemistry) 또는 경화성(curable) 코팅 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 우수하게 접착하는 코팅 및 실질적 무기질 코팅을 비교적 저온 경화 조건 하에서 형성하기 위하여 Al, P와 O를 포함하는 전구체 화학물질, 및 코팅을 형성하는 다른 종들을 맞추는(tailor) 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 코팅의 유연성 및 인성(toughness)을 촉진하기 위해 실질적-무기질 코팅 내에 포획된(trapped) 물 또는 하이드록실(hydroxyl), 유기화합물(organic)을 포함하고 몇가질 질산염 또는 다른 염이 존재하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 일반적으로 응력(stress)을 최소화하기 위해 경화 조건을 유리하게 맞추고 코팅에 다른 기능성을 부가하기 위하여 인산알루미늄 화합물을 포함하는 경화성 코팅 조성물에 특정한 유기 및 무기 첨가제를 첨가하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 사실상 실질적 무기 또는 유기-유기 혼성물(hybrid)인 접착 촉진 하층(underlayer), 및 사실상 실질적 무기 또는 무기-유기 혼성물인, a) 배리어 특성을 증진시키는 기저층(underlying layer)의 미세크랙을 밀봉하고 b) 용매 내성 또는 코팅 시스템의 마모를 개선하기 위해 특정한 유기 또는 무기 첨가제를 포함하는 덧층(overlayer)들을 포함하는 다층(multilayer)을 사용하는 것이며, 다층 시스템의 총 두께는 약 15 미크론, 더 바람직하게는 약 10 미크론 및 가장 바람직하게는 약 5 미크론을 초과하지 않는다.
본 발명의 또다른 목적은 열 또는 UV 또는 IR 방사선 또는 마이크로파 처리시 경화가능한 안정한 분무가능한(sprayable) 조성물을 개발하는 것이다. 경화는 한가지 처리 방법 또는 한가지 이상의 처리 방법의 조합으로 실시할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은 전자기 방사선의 가시 스펙트럼에 실질적으로 투명한(transparent) 인산알루미늄-계 코팅을 개발하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 내구성 있는 소수성 또는 친수성 특성을 증진시키기 위해 최상부 유기층을 증착시키거나 특정한 유기 첨가제를 경화가능한 조성물 내에 혼입하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 플라스틱 기판을 다른 금속, 세라믹, 유리 및 다른 플라스틱 물질에 결합시키기 위해 인산알루미늄계 코팅 조성물을 접착제로서 사용하는 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 본 발명의 물질 코팅을 얇고 기밀하고 미세구조적으로 조밀하고 균일하며 투명한 코팅으로서 단순한 담금(dip), 스핀, 스프레이, 브러쉬 또는 흐름 코팅 처리를 사용하여 증착시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한가지 목적은 플라스틱, 폴리머 및 유사한 물질을 수분, 빛, 가스 및 다른 환경 작용으로부터 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 불활성 가스(예를 들어, 산소, 질소, 수소), 화학적 활성 가스(예를 들어, 물, 이산화탄소), 및 액체 및 증기(예를 들어, 아로마, 미세한 화학제, 가솔린)에 대한 배리어 막으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 실온 및 승온에서 처리 및 사용하는 동안 폴리머의 표면을 보호하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 긁힘 내성, 내마모성, 고속 입자 및 다른 물체의 충격으로 발생하는 손상을 포함하되 이에 제한되지 않는 기계적 특성을 개선하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 산소, 수소, 질소 등과 같은 원자 및 분자의 고도 흐름과 같은 낮은 지구 궤도 환경으로부터 공간(space) 폴리머를 보호하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머 표면 상에 프라이머 또는 접착 촉진층으로서 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명의 물질을 사용하여 폴리머 표면 상의 표면 결함을 덮고 구멍을 밀봉하는 것이다.
본 발명의 목적은 코팅된 폴리머 표면을 평탄화하는 것이다.
본 발명의 목적은 코팅된 폴리머 표면 상에 마찰을 감소시키는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명의 물질을 폴리머 및 관련 기판 상에 정전기방지 코팅으로서 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명의 물질 코팅을 유전층으로서 사용하는 것이다. 본 발명의 목적은 본 발명의 물질 및 변형된 본 발명의 물질 코팅을 반사방지층으로서 폴리머 및 유사한 기판 상에 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명의 물질 코팅을 수분 및 산소 배리어로서 유연성 디스플레이 구조 내에 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 기계적 손상에 대한 배리어로서 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머 및 유사한 물질의 광학 특성을 맞추기 위해 본 발명의 물질을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리머, 열가소성물질 및 유사한 물질을 광-분해에 대해 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 손상시키는 미생물에 대해 보호하기 위해 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 화학적 물리적 손상으로부터 폴리머 및 유사한 물질로 제조된 의료 기구 및 일부분 상에 본 발명의 물질 코팅을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 고도의 무색투명성을 갖는 배리어막 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고도의 투명성을 갖는 상기 특성의 배리어막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전체적으로 감소된 두께를 갖는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 약 10 내지 약 500 nm 범위의 두께를 갖는 상기 특성의 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 코팅된 폴리머 유연성 기판을 비틀지(curl) 않는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 낮은 마찰을 갖는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 감소된 비용으로 제조될 수 있는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 장치 내에 요구된 플라스틱 또는 폴리머의 전체 부피를 감소시키는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 재활용의 어려움을 감소시키는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 마이크로파 오븐 내에 사용될 수 있는 식품 포장에 이용가능한 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 마이크로파 유닛 내에서 사용될 수 있고 긴 저장 수명에도 계속 투명할 수 있는 식품 포장에 이용가능한 상기된 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 배리어막 내에 포장된 내용물의 주어진 수분 함량을 유지할 수 있는 상기 특성의 코팅 또는 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 배리어막이 고도의 생산 속도로 제조될 수 있는 코팅 또는 막 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 폴리머 표면을 평탄화할 수 있고 빛의 산란 감소에 도움이 될 수 있는 코팅을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 종래 기술의 문제점을 막거나 적어도 감소시킬 수 있는 본 발명의 물질 코팅을 통해 전자 또는 광전자(optoelectronic) 장치에 대한 개선된 폴리머 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 물질 전구체 용액 내에 첨가제를 분산시켜 폴리머 기판 상에 기능적 코팅, 바람직하게는 전기 전도성 또는 자기 코팅을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 플라스틱 기판 상의 본 발명의 물질 코팅 및 고체 기판 상에 배치된 전기전도성 금속 산화물 코팅을 사용하여 개선된 항공기 투명성을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 항공기 투명성을 위해 보호 및 접착 촉진 층을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 조성물 내에 무기질, 유기질-무기질 복합물 또는 주로 무기질이 될 수 있는 물질을 전개시키는 것(development)에 관한 것일 수 있다. 특정 실시형태에서, 물질이 분말, 벌크(bulk), 섬유로 및 코팅으로서 사용될 수 있는 다수의 적용예에서 인산알루미늄-계 물질이 유용할 수 있다. 본 발명은 플라스틱, 폴리머, 금속, 합금, 세라믹, 규소, 탄화규소, 석영, 사파이어, 유리 및 다른 기판 물질을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 고체 기판 상에 인산알루미늄-계 코팅을 적용시키는 것에 관한 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 고온 처리, UV 방사선, 수분 등을 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 노출 조건 하에서 인산알루미늄-계 물질 코팅을 통해 금속 또는 다른 반사 표면의 반사성(reflectivity)과 같은 표면 특성을 유지(retention)하는 것에 관한 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 기판 상의 가스, 물 및 다른 유체의 확산에 대한 배리어 코팅으로서 인산알루미늄-계 코팅을 적용하는 것에 관한 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 좁은 갭(gap) 및 비균일 표면으로 구성되는 구조를 갖는 시스템(예를 들어, 반도체 디바이스 및 광학 층) 내에 스핀-온-글래스(spin-on-glass)(SOG) 물질로서 인산알루미늄-계 전구체 용액을 사용하는 것에 관한 것일 수 있다. 본 발명은 일반적으로 인산알루미늄계 물질 조성물을 이용하는 폴리머 및 플라스틱 고체 기판의 표면 처리 또는 코팅에 관한 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 폴리머 및 다른 형태의 물질 간의 접착을 개선하는 방법에 관한 것일 수 있다.
부분적으로, 본 발명은 기판 및 이 위의 코팅 구성요소를 포함하는 구성 복합물(configured composite)에 관한 것일 수 있다. 코팅 구성요소는 알루미늄-대-인의 비율이 약 0.5 이하 대 약 1 로부터 약 10 대 약 1, 약 20 대 약 1 또는 선택적으로 약 25 내지 약 1 까지 범위가 될 수 있는 인산알루미늄 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 복합물은 제공된 구성(configuration)에 실질적으로 수직인 축에 대해 배열될 수 있다.
특정 실시형태에서, 기판은 구조적으로(configurationally) 유연성일 수 있다. 이러한 코팅 구성요소를 갖는 이의 복합물이 스풀(spool) 주위에 감길 수 있거나 및/또는 제조 물품으로 연이어 가공하기 위해 풀릴 수 있다. 따라서, 이 기술에서 이해되는 바와 같이, 이러한 기판은 금속, 금속 합금 및 플라스틱으로부터 선택될 수 있다. 특정한 이러한 실시형태에서, 이러한 금속 기판은 스테인리스강 및 브러싱된(brushed) 스테인리스강으로부터 선택될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에 다른 곳에 기재된 바와 같이, 본 발명의 코팅 구성요소는 가시 스펙트럼에 실질적으로 투명하거나 및/또는 복합물 및 무지개빛 외양(appearance)을 제공할 수 있다. 선택적으로, 이러한 코팅 구성요소는, 복합 항균 기능을 제공하기 위한 하나 이상의 첨가 성분 또는 첨가제, 본 발명을 알게 된 당업자가 아는 그런 약제를 포함할 수 있다. 이러한 기능 또는 작용은 기판 및 코팅 구성요소 사이에 하나 이상의 층간 구성요소를 삽입(interposing)함으로써 유도될 수 있으며, 이러한 층간 구성요소는 또한 본 명세서에 기재된 바와 같다.
특정한 다른 실시형태에서, 기판은 폴리카르보네이트 및/또는 이의 코폴리머, 폴리이미드 및/또는 이의 코폴리머, 및 폴리에스테르 및/또는 이의 코폴리머 중 하나 이상을 포함하는 플라스틱 물질을 포함할 수 있다. 제한 없이 다른 이러한 폴리머 물질이 본 명세서의 다른 곳에 기재되며 본 발명을 알게 된 당업자는 이를 알 것이다. 기판 본질(identity)과 상관 없이, 이의 코팅 구성요소는 수분, 가스 및/또는 다른 투과물(permeant)에 관한 투과 배리어를 제공할 수 있다. 선택적으로, 이러한 구성요소는 플라스틱 기판에 대해서는 유기 용매의 유해한 효과와 관련하여 보호 기능을 제공할 수 있다. 기판에 제공된 기능적 이점과 상관없이 덧층(overlayer) 구성요소가 복합물의 추가적인 기능적 이점을 위해 코팅 구성요소 상 또는 그 위에 위치될 수 있다. 기판 본질 및 코팅 구성요소의 다양한 조성적 측면에 따라, 본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 코팅 구성요소는 약 1230 cm-1의 적외선 스펙트럼 방사선을 흡수하는 구조적 잔기를 포함하는 것으로서 확인될 수 있다.
특정한 다른 실시형태에서, 기판 구성요소는 금속 호일을 포함할 수 있다. 제한 없이, 이러한 기판은 최종 사용 적용예에 따라 약 100 mils 이하로 치수화될 수 있다. 이러한 호일 기판은 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 마그네슘, 니켈-계 합금 및 초합금으로부터 선택될 수 있다. 상기된 바와 같이, 이러한 복합물은 다양한 층간 구성요소 및 덧층 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이 이러한 코팅 구성요소 상의 금속 덧층 구성요소는 거울 같은 반사 표면을 제공할 수 있으며, 다양한 조명 적용예에서 사용하기 위한 이러한 복합물에 이익이 된다.
부분적으로, 본 발명은 또한 다공성 기판 표면을 밀봉하기 위한 인산알루미늄 조성물의 사용 방법을 제공할 수 있다. 이러한 방법은 표면 구성요소를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 상기 표면 구성요소를 하나 이상의 인산 에스테르 잔기(phosphate ester moiety)를 포함하는 인산알루미늄 화합물을 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계; 및 상기 조성물을 에스테르 잔기 중 하나를 적어도 부분적으로 제거 및/또는 산화시키기에 충분한 시간동안 소정 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 제한 없이, 이러한 실시형태에서, 기판은 화강암, 대리석, 처리되거나 가공된 석재(engineered or processed stone material), 자기 및 다양한 세라믹 물질로부터 선택될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 방법은 약 1000 ℃의 온도까지 실질적으로 열적으로 안정한 접촉된 조성물로 실질적으로 평탄화된 표면 구성요소를 제공할 수 있다.
특정 실시형태에서, 이러한 조성물은 표면 구성요소 상에 분무될 수 있다. 특정 적용예 또는 처리 요건에 따라, 이러한 조성물은 수성 담체 구성성분, 비-수성 담체 구성성분, 에어로졸 추진제(propellant) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이러한 성분을 본 발명을 잘 알게 된 당업자는 알 것이다. 본 발명의 보다 광범위한 측면에서 고려할 때, 이러한 방법은 이러한 물품을 제조하는 동안이든지 또는 이후에 이러한 조성물이 물품에 적용될 수 있을 때이든지 간에 다양한 주방 기구 및 조리대(counter), 욕실 세면대(bathroom counter) 및 설비, 바닥(flooring) 및 벽 타일 구성요소에 사용될 수 있다.
오븐 등과 같은 주방 기구에 사용된 에나멜 표면은 알루미노-보로실리케이트(alumino-borosilicate)와 혼합된 다양한 알칼리들과 화학적으로 착체이며 다양한 식품 화학제와 화학적으로 반응하기 쉽다. 반응 생성물은 표면에 강하게 부착되고 쉽게 제거될 수 없어 자연에서 독성인 강한 세정 용액(부식성 처리)을 필요로 한다. 또한, 제거가 또한 어려운 입자들의 기계적 결합(interlocking)을 유발하는 상당한 수준의 다공성을 갖는다. 안정하고 불활성이고 낮은 표면 에너지와 함께 밀봉(sealing) 효과를 제공하는 저렴한 용액의 결핍으로 인해 어떤 표면 처리 용액도 시도되지 않았다. 본 발명의 물질 막의 밀봉 코트(seal coat)로서의 용도는 이러한 적용예에서 중요한 기술혁신이다.
오븐 캐비티 적용예에서, 표면 다공성을 50 % 이상까지 감소시키기 위해, 탄(burnt-on) 음식이 에나멜 표면과 기계적으로 결합되고 세정이 어려워지는 것을 피하기 위해 본 발명의 물질 코팅이 요구된다. 또한, 에나멜의 표면 에너지를 낮추는 것은 테플론® 코팅된 달라붙지 않는 팬을 사용하는 것과 유사하게 세정을 용이하게 할 것이다. 35 dyne/cm 이하의 표면 에너지가 이러한 형태의 적용예에 요구된다.
에나멜 쿠폰 및 세라믹 타일 상에서의 연구는 세라믹 또는 금속 표면을 서브미크론 두께 코팅으로 적합하게 코팅하기 위한 본 발명의 물질 코팅의 능력을 보여주었다. 기계적 결합은 에나멜 표면의 비교적 거친 표면 모르폴로지(morphology)로 인해 본 적용예와 주로 관계되는 것으로 생각된다. 본 발명의 물질의 비교적 불활성인 표면 화학은 오븐 내에서 승온에서 다양한 음식(food item)과 상호작용시에 안정할 것으로 예상된다.
식품 처리 설비는 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있는 박테리아/생물막(biofilm) 부착 및 성장의 소스(source)이다. 박테리아가 부착되는 이유 중 한가지는 기계적 결합을 통해 생물막이 형성되는 것을 돕는 표면 조도(surface roughness) 때문이다. 또다른 이유는 수분이 존재하기 때문이다. 박테리아가 부착하는 이러한 이유들은 모두 본 발명의 물질 코팅 및 유기 소수성 층과 함께 본 발명의 물질 코팅을 사용하여 제거될 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 물질 코팅을 사용하여 전자폴리시 수준(electropolish level)까지인 5의 인수(factor)로 금속 표면 피니시(finish)를 감소시킴으로써 박테리아 내성 코팅이 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 결빙기계가공된(cryomachined) 표면(선반-내 스프레이-코팅 및 IR-램프 경화)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 물질은 렌즈 및 유리 거울 상의 내마모성 코팅으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 물질은 폴리에스테르 및 다른 음식 포장 플라스틱 기판 상의 요리 도중 눌어붙지 않는 코팅으로서 작용할 수 있다. 이하 논의되는 바와 같이, 롤-투-롤 코팅 처리는 코팅된 제품의 고도의 스루풋(throughput)을 달성하기 위하여 플래시 경화(flash curing)와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 본 발명의 물질 코팅 상에 유기 실란, 플루오로실란, 유기 분자 또는 폴리머와 같은 낮은 표면 에너지층을 사용하는 것이다. 이러한 최상부 층은 요리 온도에서 식품으로부터 바니쉬-형(varnish-like) 잔류물이 형성되는 것을 줄이거나 없애는 것을 포함하되 이에 제한되지 않는 몇 가지 방식으로 도움이 될 수 있다. 이러한 오버코트(overcoat)는 스프레이 기술에 의해 매우 쉽게 재적용될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태는 상업적이거나 가정 적용예의 스프레이 제품으로서의 본 발명의 물질의 용도이다.
스프레이 조성물을 사용하여 목적하는(50 - 500 nm) 막 두께로 균일하게 적용(coverage)하기 위해 기술적 배리어가 중요하다. 대부분의 상업적 스프레이 코팅은 비교적 두껍고(수 밀; mils) 그 처리는 고품질 박막을 개발하지(developing) 못한다. 안전성 및 환경적 이유로 바람직한 적합한 수성 조성물을 개발하는 것은 알콜성 대응물보다 훨씬 더 어렵다. 이는 알콜-계 전구체의 사용과 관련있는 많은 위험, 독성, 가연성, 폐기물을 경감시킬 것이다. 수성 조성물은 적합한 습윤성(wetting property)을 제공하지 않으며 수성 조성물의 저장 안정성(shelf stability)은 나쁘다.
본 발명의 또다른 실시형태는 적합한 스프레이 조성물을 개발하기 위한 전구체 변형물(modification)이다. 에어로졸 기술은 다양한 환경 및 사용자에 매우 적합하다(very amenable). 연속적인 서브미크론 두께의 막을 증착시키는 것은 종래 기술에서 본 발명자의 가장 큰 도전과제(challenge)가 될 것이다. 또한, 용매 및 첨가제에 근거하여 변화될 원자화 파라미터(atomization parameter), 표면 적용범위 및 습윤성(wetting)은 기판에 따라 변화될 것이다.
본 발명의 또다른 실시형태는 수-계 및 물-에탄올 혼합물 계 본 발명의 물질 용액의 개발이다. 환류에 의한 폴리머 사슬 길이 증가를 통해 전구체 용액의 폴리머 성질을 증진시킴으로써 습윤 특성이 개선될 수 있다. 습윤성을 더 증가시키기 위해 소량(< 2 중량%)의 시판 계면 활성제 및/또는 물/알콜 용매의 혼합물이 사용될 수 있다. 유용한 계면활성제는 물의 표면 장력을 낮추지만, 전구체와 화학적으로도 적합하고(compatible), 경화동안 적합하다(용매 제거의 용이성). 우수한 품질 코팅이 에나멜, 스테인리스강, 유리, 세라믹 및 폴리머를 포함하되 이에 제한되지 않는 고체 기판에 알콜 용액의 공지된 에어로졸 기술로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 탄화규소 광학(optics) 표면을 피니시(finish)하기 위한 저렴하고 신속한 방법을 제공할 수 있다. 이러한 새로운 방법은 광범위한 형태의 SiC에 적합하며 가공 기술과 독립적으로 공간- 및 육지-근거한 광학 시스템의 SiC 표면을 평탄화하기 위해 사용될 수 있다. 인산알루미늄 및 실리카 간의 저온 용융 공융혼합물(low melting eutectic)로 인해, 본 발명의 물질 코팅은 기판과의 반응을 통해 SiC의 표면을 평탄화할 수 있다.
SiC 반사물(reflective)을 평탄화하기 위하여 본 발명의 물질 박막을 단독으로 또는 반응 메커니즘을 통해 사용하는 것은 비용 감소의 면에서 현재의 표면 피니싱(finishing) 기술보다 상당히 개선된 것이고 요구되는 시간을 줄인다. 소결된(sintered) SiC 단편(piece)의 표면 조도(roughness)는 약 0.5 인-시(man-hour)를 투자하여 100 배 이상 감소되었다(2.7 nm rms 조도까지 1 ㎛ 다이아몬드 연마 표면 폴리시). 또한, 본 발명의 물질의 얇은 코팅은 반응 메커니즘에 의존하지 않고 알루미늄 거울 또는 은 거울과 다른 비-광학 기판의 표면을 평탄화하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 물질에 근거한 표면 피니싱 처리(an inventive material based surface finishing process)의 장점은 다음을 포함한다:
· 매끄러운(< 10 nm 조도) 표면을 얻기 위한 비용이 실질적으로 감소한다.
· 광학 품질 피니시를 생산하기 위해 요구되는 시간이 감소한다.
· 궁극적인 목적(mission)에 상관없이 많은 세라믹과 금속 광학 시스템에 적용가능하다.
· 광학 품질 피니시를 달성하기 위해 처리 장비의 큰 투자가 요구되지 않는다.
· 본 발명의 물질의 증착 처리는 극히 단순하고 융통성있다. 코팅을 전개하기 위해 사용된 전구체 용액은 낮은 점성을 가지며 투명하고 안정성있고(저장 수명이 수년 이상 연장된다), 담금 및 스핀 코팅 처리에 적합하다.
· 얻어진 표면은 사실상 유리질이고 통상적이거나 MRF-근거한 피니시 기술이 표면 조도를 더 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 탄화규소 및 질화규소와 같은(이에 제한되지 않음) 세라믹의 우수한 기계적 및 열적 특성을 개발하면서 유리 거울에 사용되는 것과 유사한 방법으로 폴리싱될 수 있는 본 발명의 물질 막을 직접 증착시키거나 열처리하여 세라믹 표면 상에 유리질 층을 얻는 기회를 제공한다.
탄화규소 상의 본 발명의 물질 코팅은 고온 어닐링시 알루미노포스포실리케이트 유리의 형성을 촉진하는 것으로 보이지만, 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않는다. 1400 ℃에서 용융되는 70 몰% SiO2의 AlPO4 -SiO2 시스템 내에 공융화합물이 존재한다는 것이 종래 기술로부터 알려져 있다. 소결된 SiC 상에 적용된 본 발명의 물질의 코팅은 1400 ℃ 어닐링 후에 유리질 상을 형성하는 것으로 보인다. 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않으나, SiC의 SiO2로의 산화는 실리카를 제공하여 반응 상을 형성하는 것으로 생각된다. 표면 상의 상은 유리질인 것으로 보이며, 결정질 외양(appearance)이 없다. 광학 현미경 하에서 SEM으로 표면 평가하면 표면은 원래의 기판 또는 코팅되지 않고 어닐링된 시료보다 훨씬 더 매끄러운 것이 명백하다.
헥솔로이(Hexoloy) SiC는 1 ㎛ 다이아몬드 슬러리로 폴리싱되었고, 그 결과 1 - 3 ㎛와 비슷한 표면 피니시가 얻어졌다. 헥솔로이 SA는 99 % 순도의 소결된 SiC이다. 헥솔로이는 (CVD SiC에 비해) 다소 다공성이고, 이러한 구멍들은 본 발명의 물질 코팅으로 효과적으로 밀봉되었다. 이 기판은 코팅되지 않은 시료와 함께 코팅 및 열처리되었다. 열처리 후에, 코팅된 시료는 고도로 반사성이었고 매끄러운 표면을 나타내었다. 코팅된 시료의 rms 조도는 AFM으로 측정시 약 2.7 nm로 감소되었다. 코팅되지 않고 어닐링되고 피니싱된 대로의(as-finished) 표면은 훨씬 더 거칠었고 비교적 다공성의 표면 모르폴로지를 유지하였다. 초기 폴리싱을 포함하지 않고 코팅 및 열처리의 절차에는 약 0.5 인-시가 걸렸다. (이 경우, 폴리싱된(1 ㎛ 다이아몬드 연마) 탄화규소 기판은 초음파 세정되었고, 이어서 본 발명의 물질 용액으로 담금 코팅된 후 실험실 로 내에서 열처리되었다.) 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않지만, 본 발명의 물질 내에 존재하는 인산알루미늄은 탄화규소의 산화로 형성된 실리카와 반응하는 것으로 생각된다. 또한, 유리의 SiC 기판과의 비교적 우수한 CTE 조화(match)를 제시하면서 냉각시에 어떤 크래킹(cracking)도 관찰되지 않았다.
또한, 본 발명의 물질은 승온에서 산화로부터 SiC를 탁월하게 보호할 수 있다. 100 시간 이상 1400 ℃로 노출 후 얻어진 것과 같은(as-received) 탄화규소에 비해 코팅된 물질에 대한 중량 증가가 실질적으로 감소하는 것으로 관찰되었다. 본 발명의 물질 내에 규소를 혼입하면 알루미노실리케이트-포스페이트 유리 조성물을 형성하기 위한 규소 소스 역할을 할 수 있다. 고온 어닐링 후 인의 일부분 손실이 관찰되지만, 표면이 잘 밀봉되어 환경 보호가 가능한 것으로 보인다. 변형된 방법에서, CVD를 포함하는 어떤 공지된 방법으로 SiC 코팅을 먼저 증착시킨 후 상기된 바와 같은 본 발명의 물질로 상기 표면을 처리함으로써 다른 기판이 또한 사용될 수 있다. 고온 적용예에 사용된 C 및 C/SiC 복합물은 산화에 대한 보호를 필요로 한다. 이러한 처리는 이들 및 다른 비-산화물 및 산화물 복합물 시스템의 보호를 증진시키는 것으로 생각될 수 있다.
본 발명은 유기 폴리머 코팅 및 산화물층을 전개할 수 있거나 전개할 수 없는 금속의 표면 간에 우수한 접착을 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 포스페이트 및 알루미네이트 그룹들은 금속 표면에서 금속 원자와 공유 결합할 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물은 유기물(organic) 및 폴리머와의 결합을 촉진하기 위해 적어도 다른 유기 또는 오거노(organo) 실란 또는 오거노 포스페이트 덧층들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 유기 수지와 결합할 수 있는 하나 이상의 반응성 잔기를 갖는 다른 유기 또는 오거노 실란 또는 오거노 포스페이트 층이 또다른 덧층으로서 개별적으로 적용될 수 있다. 본 발명은 귀금속 표면과 같은 비교적 불활성인 금속 표면, 예를 들어 금, 은, 백금, 팔라듐, 이리듐, 레늄, 루테늄 및 오스뮴과 유기 폴리머 코팅 간의 접착을 촉진하는 본 발명의 물질 계면을 제공하기에 특히 유용하다. 본 발명의 물질 코팅의 접착 촉진 효과는 금속-폴리머 물질에 제한되지 않는다. 이는 금속-세라믹, 세라믹-폴리머, 유리-폴리머, 유리-세라믹, 세라믹-유리, 세라믹-세라믹 및 다른 시스템을 또한 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 스테인리스강 및 유사한 표면 상의 무지개빛, 비-무지개빛, 변색방지 및 고도 반사(고도 반사율) 코팅에 관한 것이다. 1 미크론 이하의 두께를 갖는 스테인리스강 상의 보호 산화물 코팅은 코팅된 층에 대한 기판의 반사율의 차이로 인해 무지개빛 색상을 보인다. 스테인리스강 상의 본 발명의 물질인 비정질 인산알루미늄의 얇은 코팅은 승온에서 산화에 대해 효과적이고 따라서 변색 방지에 대해 효과적이다. 또한, 이들은 코팅된 금속 표면의 반사성을 유지하거나 증진시킨다. 또한, 이 코팅은 물품 상의 장식 코팅으로서 개발될 수 있는 무지개빛 색상을 보인다. 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않으나, 본 발명의 발명자의 코팅상에서 관찰된 무지개빛 색상은 코팅의 균일성, 두께 및 화학에 좌우되는 것으로 생각한다.
본 발명의 코팅 물질은 반사율, 무지개빛, 광택 및 얇은 코팅으로 인한 다른 광학 효과들을 변화시키는 언더코트(under coat) 및 오버코트(overcoat)와 함께 사용될 수 있다. 3 또는 4 원자가(valence)를 갖는 인 원자를 포함하는 어떤 인 물질이 언더코트로서 사용될 수 있다. 인 화합물은 유기 또는 무기질일 수 있다. 유기 포스페이트는 유기 포스파이트(phosphite), 포스페이트, 포스포네이트, 수소 포스파이트, 수소 포스페이트, 폴리포스페이트, 폴리포스포네이트, 포스페이트 에스테르, 포스파이트 에스테르, 포스핀, 알킬 클로로포스핀, 클로로포스페이트, 및 이의 혼합물 등이 될 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 무기 포스페이트는 금속 포스페이트, 적합한 용매와 혼합된 인산, 오산화인 용액, 할로겐화인, 인 및 이의 혼합물 등이 될 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 오버코트는 유기 또는 무기 또는 혼성(hybrid) 코팅이 될 수 있다. 유기 덧층은 유기 분자 또는 폴리머의 자가 집합 단일층(self assemble monolayer) 등이 될 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 또한, 실란계 코팅이 오버 코팅으로서 사용될 수 있다. 본 발명의 물질 그 자체는 언더 및 오버 코트로서 작용할 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 유기 또는 무기 첨가제를 가질 수 있다. 무기 첨가제는 규소, 철, 아연 및 망간 및 또는 이의 혼합물과 같되 이에 제한되지 않는 금속 이온이 될 수 있다. 나노-결정질 산화물은 산화아연, 산화티타늄 및 이의 혼합물과 같되 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 물질 코팅은 폴리머 및 대형 유기 분자와 같은 유기 템플릿(template)을 사용하여 다공성 벌크(bulk) 물질로서 제조될 수 있다. 설계된 다공성을 갖는 본 발명의 물질은 낮은 k 유전 물질로서 및 규소, 비화갈륨 및 다른 반도체에 대한 코팅으로서, 특히 고온 반도체이고 열적으로 안정한 낮은 k 유전층을 필요로하는 탄화규소에 대한 코팅으로서 사용될 수 있다. 상기 처리가 사용될 수 있는 스핀-온-글래스(spin-on glass)는 효과적인 확산 배리어로 작용할 수도 있는 본 발명의 물질층을 증착시킨다. 코팅이 우수한 기계적 특성을 유지할 수 있도록 본 발명의 물질의 다공성은 나노규모가 되도록 설계될 수 있다. 코팅 조성물 내 유기 내용물은 층의 인성 개선과 가공으로 인한 크래킹의 최소화에 도움이 되도록 변형될 수 있다.
반도체, 태양 전지, 유연한 디스플레이에 사용된 유리, 폴리머 및 다른 관련된 기판 상의 표면 결함은 본 발명의 물질 코팅을 사용하여 효과적으로 밀봉될 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 산소, 수분, 나트륨 및 다른 환경 인자들의 확산에 대한 배리어층으로서 작용할 수 있다.
또한, 본 발명의 물질 막은 석영, 유리 및 반도체 산업에서 포토블랭크(photoblank)로서 사용된 다른 기판 상의 결함 밀봉에도 유용할 수 있다. 또한, 본 발명의 물질은 필요시에 화학적 또는 물리적 방법을 사용하여 서브미크론 규모로 에칭될 수도 있다.
강철 또는 다른 표면 상의 무지개빛 유리 코팅은 표면의 심미적 가치를 증진시킬 수 있다. 본 발명의 물질은 금속 표면 상에 코팅될 때 무지개빛을 나타낸다. 이러한 코팅은 예술 형태, 사인(sign), 부분 표지(part labeling) 및 많은 다른 것들로서 적용될 수 있다.
용액에 근거한 방법을 사용하여 마이크로 규모 수준으로 연속적이고 크랙이 없는 코팅을 얻는 것은 매우 어려운 일이다. 갭 및 불균일 표면 구조(structure)를 포함하는 건축의 경우 이는 더 어렵다. 종래 기술에서 이러한 코팅은 반도체 디바이스 내에서 실리케이트, 보로실리케이트 및 포스포실리케이트의 스핀-온-글래스 코팅(spin-on-glass coating)을 통해 얻어진다. 그러나, 이들은 크래킹 및 나트륨 확산 및 다른 문제 등의 단점을 갖는다. 반도체 산업은 제조 비용이 감소되고 성능이 같거나 우수하고 단일 물질 내에 다수 특성이 결합되면서 기존의 것들을 대체할 수 있는 비용 절감 기술을 찾고 있다.
코팅은 나트륨 확산을 막거나 제한하기에 충분하게 두껍고 조밀해야 하며 크랙이 없어야 한다. 이 둘을 모두 조합하는 것은 졸-겔 코팅 기술을 사용하여 달성하기 어렵다. 코팅 기술 및 본 발명의 코팅 물질의 조성물을 적합하게 변형하여 이러한 조건들이 달성될 수 있다. 코팅 상에 다층을 쌓아올리기 위해(build up) 코팅은 코팅된 기판을 평탄화할 수 있어야 한다. 코팅 물질은 고도의 절연 파괴 강도(dielectric breakdown strength)와 함께 안정해야 한다. 가장자리 상에 연속적인 적용범위(coverage) 또는 코팅을 달성함에 있어 문제를 일으킬 수 있는 액체 표면 장력 효과는 본 발명의 물질의 적합한 첨가제, 조성물, 점성 및 농도 및 변형된 본 발명의 물질 전구체를 사용하여 최소화되거나 제거될 수 있다.
본 발명의 물질은 스핀-온-글래스 코팅으로서 석영, 규소, 탄화규소, 비화갈륨 및 다른 기판과 같은(이에 제한되지 않음) 기판 상에 사용될 수 있다. 본 발명의 물질 코팅은 반도체 디바이스 상의 코팅에 필수적인 절연성, 낮은 유전상수, 평탄화 및 이온성 배리어 등과 같되 이에 제한되지 않는 특성을 갖는다. 본 발명의 물질의 강한 접착 성질 때문에 어떤 형태의 불-균일 표면에 유사한 코팅이 형성될 수 있다. 본 발명의 물질 및 이의 변형된 전구체는 코팅 두께 및 방법에 따라 정합-코팅(conformal-coating) 및 평탄화-코팅으로서 모두 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 필요시에 더 우수한 품질의 표면을 얻기 위해 MRF 또는 CMP와 같은 다른 평탄화 기술과 조합될 수 있다. 또한, 코팅은 취급 환경으로부터의 나트륨 확산으로 인한 문제로부터 반도체 디바이스를 보호할 수 있다. 본 발명의 물질 및 변형된 본 발명의 물질 전구체는 유리-상-스핀 기술을 사용하여 유동가능한 갭-충전 물질(flowable gap-fill material)로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 물질은 유동가능한 스핀-온 절연체(flowable Spin-On insulator)를 개발하기 위해 사용될 수 있다. 스핀 온 글래스 기술에 기초하여, 패스너(fastener)와 같은(이에 제한되지 않음) 복잡한 기하구조를 갖는 소형 제품은 갈바닉 부식(galvanic corrosion)(예를 들어, 알루미늄 샤시 내 강철 패스너) 및 용매, 화학제, 및 다른 환경 공격으로부터의 열화에 대한 보호를 위해 본 발명의 물질로 코팅될 수 있다.
금속 및 폴리머 호일 기판이 디스플레이, 광전지, 열 차폐물 등을 포함하는 다양한 적용예에서 사용된다. 원하는 특성을 부여하기 위하여 본 발명의 물질의 열적으로-안정한 코팅이 이들 기판 상에 연속적으로 증착될 수 있다. 본 발명의 코팅 물질의 다기능적 성질은 낮은 처리 비용 및 높은 스루풋으로 종래 기술의 물질보다 실질적인 잇점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전기 절연을 부여하고 매끄러운 표면을 제공하기 위해 본 발명의 물질이 증착될 수 있다. 이를 통해 충분한 평탄화를 제공하기 위해 요구되는 부가적인 코팅층을 알루미나 층에 증착시키기 위한 일반적으로 사용되는 비싼 PVD 또는 CVD 처리가 예방된다. 식품 포장 산업에서, 본 발명의 물질은 연속적인 롤-투-롤의 방식으로 플라스틱 기판 상에 증착될 수 있으며 음식에 대해 요리 중에 눌어붙지 않는 특성을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 물질은 식품 포장 물질 안팎으로 확산되는 가스에 대한 적합한 배리어 특성을 제공할 것이다.
진공에 근거한 코팅은 본래부터(inherently) 바늘-구멍 및 처리 방법으로 인한 다른 결함을 갖는다. 진공에 근거한 코팅 상의 얇은 본 발명의 물질 코팅은 이러한 결함을 제거할 수 있고 코팅의 배리어 특성을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 다른 형태의 코팅을 전개하기 위한 평탄화 템플릿으로서 작용할 수 있다.
디바이스, 특히 마이크로유체 및 나노유체 디바이스는 이하의 몰딩(molding): 담금(dip) 몰딩, 막 삽입물(film insert) 몰딩(FIM), 가스 보조(assist) 몰딩, 반응 주입(reaction injection) 몰딩, 수지 전달(resin transfer) 몰딩, 회전 몰딩, 구조적 포옴(structural foam) 몰딩, 열가소성물질 주입(thermoplastic injection) 몰딩, 진공 보조 수지 전달 몰딩(VARTM), 진공 백(vacuum bag) 몰딩, 진공 형성, 주입 몰딩(vacuum forming, injection molding), 압축 몰딩, 압출 블로우(extrusion blow) 몰딩, 열성형, UV 반응 몰딩 또는 엠보싱(embossing) 또는 다른 몰딩 처리에 의해 플라스틱 물질로부터 제조된 몰드(mold)를 사용한다. 이러한 디바이스는 생물의학 디바이스, 광학 커뮤니케이션 시스템(일부분 치수는 1 mm 이하이고 허용 오차는 1 ㎛ 이하이다) 등과 같은(이에 제한되지 않음) 다양한 분야에서 적용예를 찾는다. 나노-구조화된 표면을 갖는 마이크로-광학부, 및 완전한 투명도 및 장기간의 마멸(attrition) 내성을 갖는 큰 면적의 자동차 유리는 플라스틱 처리 기술의 최첨단에 있다. 마이크로유체 랩-온-어-칩 시스템(microfluidic lab-on-a-chip system)은 임상 진단 및 생명 과학 연구를 포함하는 많은 연구실 적용예에서 큰 잠재력을 갖는다. 전혈(whole blood) 및 다른 체액(bodily fluid)과 같은 실제 임상 시료의 곤란한(tough) 요건들을 처리하기에(handle) 잘 적합화된 다수의 디바이스가 개발되고 있다. 디바이스는 정성적 및 반정량적 분석용 자급식 수동 일회용품(self-contained passive disposable)으로서 독립형 적용예(stand-alone application)에 사용될 수 있거나, 정교한 기구(sophisticated-instrument)에 근거한 시스템의 구성요소로서 작용할 수 있다.
어떤 효과적인 몰딩 처리에서 툴(tool)로부터 몰딩부(molded part)를 신속하고 효과적으로 분리(relase)하는 것은 중요하다. 처리하는 동안, 고열 수지(high heat resin), 예를 들어 폴리에테르이미드는 많은 표준 몰드 분리(release) 첨가제가 분해되는 700 ℉보다 높은 온도에 도달할 수 있다. 부분적으로 표면의 더 우수한 재생산을 허용하고 부분적으로 감소된 안쪽급경사(scarp)와 함께 더 신속한 몰딩 사이클을 허용하는 처리 윈도우(processing window)를 개방하기 위해 새로운 고온 몰드 분리(high-temperature mold release)가 요구된다. 몰드 표면은 금속, 규소 등을 포함한다.
또한, 플라스틱-처리는 몰드 내에 사용된 몰드 방출 코팅이 영구적인 것이 되도록 요구한다. 다른 목적은 내마모성(wear resistnace), 내부식성 및 개선된 수지 흐름을 위한 보다 우수한 코팅을 얻는 것을 포함한다. 성공적인 코팅은 일부분 분리 및 일부분 품질을 개선하고 연마 물질로부터 마모에 대해 몰드를 보호하고 증착물의 성장(buildup)을 감소시키고 보다 신속한 몰드 세정을 허용한다. 몰드 내에 들러붙은 일부분, 파괴된 이젝터 핀(broken ejector pin), 역류 방지용 밸브(backflow valve)와 같은 부적절하게 작업하는 기계 일부분으로 인한 정지시간(downtime)이 제거됨으로써 상당한 경제적 이점이 또한 얻어진다. 알짜 효과(net effect)는 사이클 시간이 감소되고 유지 간격이 길어질 수 있다는 것이다.
예를 들어, 40 록웰 C(40 Rockwell C)의 경도 및 12 × 18 인치의 캐비티 길이(perimeter)를 갖는 P-20 몰드는 테플론-니켈 코팅, 래핑(lapping) 화합물 및 와이어-브러쉬(wire-brush) 처리, 및 모든 시도(shot) 전의 몰드 분리 적용예(mold release application)에도 불구하고 분리가 어려운(reluctant) 몰딩부였다. 또한, 일부분의 72초 사이클의 최종 단계는 작업자가 어떤 뒤틀림 또는 휨(warpage)을 유발하지 않도록 노력하면서 일부분을 몰드로부터 손으로 주의깊게 빼내는 것을 포함하였다. 일부분을 벗겨내는 것(peeling)은 시간 소모적이고 비용이 드는 것으로 판명되었다. 폐기물(scrap) 비율은 30 내지 40 % 범위였다. 이러한 종류의 스피커 그릴(speaker grille)이 자동적으로 분리되기 위해 툴 표면 상에 6 ㎛의 피니시가 필요한 것으로 결정되었다. 통상적인 EMD 기술을 사용하여, 피니시 작업의 150 시간 후에 단지 12 내지 14 ㎛의 피니시가 얻어질 수 있다. 150 시간 후, 이보다 우수한 어떤 표면 피니시가 달성될 수 있었다.
본 발명의 물질 기술은 영속적인 몰드 분리 코팅으로서 유용할 수 있다. 본 발명의 물질은 작업 단편에서 6 ㎛ 이하로 표면 조도를 감소시키고 통상적인 폴리싱 기술에 요구되는 비용을 감소시키기에 유익할 수 있다. 자가 집합될 수 있는 유기 덧층(over organic layer) 또는 한층 단독으로 표면 조도 감소와 함께 코팅된 표면의 표면에너지도 감소될 수 있다. 12 미크론 표면 상의 본발명의 물질 코팅을 사용한 개선된 에너지 및 피니시는 플라스틱 및 마이크로유체 산업에서 매우 유익할 수 있다. 폴리머, 금속, 합금, 고온 안정한 폴리머 등과 같은 다양한 형태의 물질이 적용예 요건에 따라 몰딩에 사용된다.
군용기(military aircraft) 상의 윈도우(window)는 전투기(fighter jet) 상의 덮개(canopy)이든 적외선 센서 상의 덮개(covering)이든 간에 고속의 파편(debris)에 의해 박살나지 않도록 예외적으로 튼튼해야(sturdy) 하고, 파일럿이 밖을 볼 수 있도록 또는 적외선 신호가 도달되도록 계속 투명하게 유지되어야 한다. 통상적인 이트리아(yttria)로 만들어진 윈도우는 비행 상태에서 깨지는 경향이 있다. 본 발명의 물질은 고도 부하(high load)의 이러한 나노입자들을 분산시키는(disperse) 매개물로서 사용될 수 있으며 코팅으로서 적용될 수 있다. 이는 적외선 스토어 스캐너(infrared store scanner) 및 다른 적용예 상의 코팅에 비용 효과적인 방법으로서 작용할 수 있다. 이는 또한 전투기 상의 덮개의 수명 연장에 도움이 될 수 있다.
본 발명의 다양한 다른 용도 및 적용예는 이하를 포함한다:
본 발명의 물질 코팅은 열 스프레이 코팅 산업에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 물질은 MCrAlY-클래스 터빈 블레이드 스프레이 코팅의 침투 시일러(infiltrating sealer for MCrAlY-class turbine blade spray-coatings)로서 및 콜드-스프레이 코팅(cold-spray coating) 적용예의 공급원료(feedstock)로서 사용될 수 있다.
소수성 덧층이 있거나 없는 본 발명의 물질 코팅은 저-습윤성 바람차폐(windshield) 유리 코팅으로 사용될 수 있다.
저온 비정질 본 발명의 물질 코팅/Al2O3 코팅은 전자공학, 텍스타일 및 폴리머를 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 물질은 고온 가스 취급 시스템에서 사용되는 Ni-풍부 구성요소의 항촉매(anticatalytic) 코팅으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 물질은 분말-야금 구성요소(powder-metallurgy component)의 침투제(infiltrant)로서 사용될 수 있다(소결물-경화성(sinter-hardenable)).
본 발명의 물질은 코팅 조성물로서 연료-전지 및 가스 제거(gas reforming) 구성요소(고온 표면) 내에 사용될 수 있다.
금속 상의 본 발명의 물질 코팅은 부식 보호 및 래커 접착 개선과 함께 접착 개선용 계면 층으로서 사용될 수 있다. 본 발명의 물질 코팅은 이의 낮은 전기적 특성과 관련하여 광전자 공학 및 다른 센서를 위해서도 유용하다. 전기 절연성인 본 발명의 물질 층은 금속 호일 상의 태양 전지의 설계에 필요하다. 본 발명의 물질 코팅은 태양 전지의 배면 전극(electrical back contact) 및 전도성 기판 사이의 보호 층으로서 작용한다.
본 발명의 물질 코팅의 두께 요건은 적용예에 따라 다양하다.
이하의 표에는 일부 적용예를 유용하고 비-제한적인 요구되는 층두께와 함께 기재한다.
적용예
층 두께
고도 반사성 코팅 및 방사방지 코팅에 10 nm - 200 nm
대한 광학 층 스택
플라스틱 웹(plastic web) 상의 투명한 30 nm - 100 nm
가스 배리어 코팅
폴리카르보네이트 시트 상의 내마모성 코팅 4 - 6 미크론
부착 개선을 위한 계면층(수개의 기판) 5 - 20 nm
강철 상의 전환 층(부식 보호, 래커 접착) 0.3 - 0.4 미크론
유전성 코팅(센서, 태양 전지의 배면 보호) 2 - 5 미크론
본 발명의 물질 코팅은 다양한 기판 표면의 특성을 조절하기에 매우 유익할 수 있다. 예를 들어, 상이한 회사들에 의해 제조된 유리 슬라이드들은 동일한 조성을 갖지 않을 수 있다. 동일한 제조자에 대해서도, 상이한 뱃치(batch)의 유리 슬라이드들은 정확하게 대등하지(match) 않을 수 있다. 예를 들어, 표면 인성은 이들 시료에 행해진 처리에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 어레이(micro array)의 경우에서와 같이 시료들에서 거의 동일한 표면 특성을 갖는 것은 몇 가지 적용예에서 매우 중요하다. 본 발명의 물질 코팅은 균일한 표면 특성, 예를 들어 균일한 표면 화학 균일한 표면 조도 등을 제공할 수 있다.
티타늄, Ti6Al4V, CoCr과 같은 금속 및 합금은 이의 우수한 기계적 특성 및 비독성(nontoxic behavior)으로 인해 정형외과 이식편용 물질로서 널리 사용된다. 이식학(implantology)에서 금속에 의해 얻어지는 중요한 역할은 높은 강도 및 내피로성(fatigue resistance)과 유용성(availability), 처리 용이성 및 낮은 비용으로 설명된다. 티타늄 및 이의 합금 및 CoCr 합금이 특히 중요한데, 이들 금속은 주변 조직 및 특히 경질 조직(hard tissue), 합금 내에 통합되어 우수한 생체적합성/조직적합성 및 바이오기능성(biofunctionality)을 암시하는 화학적 및 기계적 결합(bonding)을 보일 수 있기 때문이다. 상이한 고도의 부식 비율들은 이식편 물질의 선택에 영향을 주는데, 무엇보다도 마모 부식(fretting corrosion)이 입자 변질(disease) 및 연속하여 이식편의 느슨해짐(loosening)을 유발하는 마모 입자(wear particle)의 생산에 크게 기여할 수 있기 대문이다. 미생물 오염물질 및 바이오막에 대한 금속 표면의 친화도는 또한 주요한 문제점이다. 우수한 병원(clinic)에서조차 이식편의 위험한 교환을 필요로 하는(necessitating) 이식편 감염 비율은 2 % 내지 3 %에 달할 수 있다. 첫번째 이식편 및 교환 이식편에 대해 주의깊게 설계하는 것은 응력 차폐(stress shielding) 및 골 지주(bone stock)의 손실의 문제에 직면해야한 한다. 대부분의 종래 기술의 코팅은 깨어지고 유리-금속 계면의 신뢰성이 낮다(poor). 따라서, 보호성 및 생체적합성 코팅을 강하게 접착시키는 것은 매우 유익할 것이다.
폴리머, 금속 및 합금 및 디바이스 산업에서 사용되는 다른 생체적응물질(biomaterial)의 표면을 변형하기 위해 종래 기술에서 다양한 방법들이 개발되었다. 그 예에는 분무 또는 디핑(dipping)과 같은 통상적인 코팅 처리; 진공 증착 기술; 확산, 레이저 및 플라즈마 처리, 화학 도금, 그라프팅(grafting) 또는 결합(bonding), 하이드로겔 캡슐화(hydrogel encapsulation), 및 고-에너지 입자를 사용한 폭격(bombardment)과 같은 표면-변형 기술이 포함된다. 전형적으로, 예를 들어 삽입이 더 쉽도록 카테터에 눌어붙지 않는(nonstick) 코팅을 부가함으로써 구성요소 또는 디바이스 내에서 개선된 물리적 또는 기계적 특성을 달성하는 것이 목적이 되었다. 그러나, 표면 변형은 점점 특정한 원하는 생물반응(bioresponse)을 유도하거나 잠재적 역반응을 저해하는 것을 목표로 한다. 또한, 낮은 마찰, 친수성, 소수성 및 다른 기능적 코팅은 경동맥 및 담관 폐색(blockage) 및 말초 혈관 질환(peripheral vascular disease)을 치료하기 위해 사용된 침윤성(invasive) 기구, 제품 및 부속품에 대해 및 경동맥 스텐팅(carotid artery stenting), 가이드 와이어(guide wire), 카테터 등에 사용하기 위해 요구된다.
본 발명은 본 발명의 물질에 기초한 보호성 기능적 생체적합성 코팅의 개발에 관한 것이다. 본 발명의 물질의 조성물은 의료 장치 및 이식편 상의 코팅에 대한 요구에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 금속 또는 폴리머 기판 상의 본 발명의 물질 코팅은 마찰계수를 상당한 범위까지 감소시킬 수 있다. 코팅 및 경화 후에 본 발명의 물질의 표면은 친수성 또는 소수성으로 만들어질 수 있다. 본 발명의 물질 코팅 상에 유기층의 자가-집합 또는 유기층의 코팅을 이용하여 적합한 기능성이 부여될 수 있다. 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 또는 다른 생물활성(bioactive) 나노 입자가 생체적합성을 증진시키기 위해 본 발명의 물질 코팅 내에 혼입될 수 있다. 생물활성 층, 예를 들어 하이드록시아파타이트는 진공, 플라즈마 또는 졸-겔에 기초한 코팅 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 물질 코팅은 생물활성 물질과 금속 또는 폴리머 의료 장치 기판 사이에 접착을 개선하기 위해 접착층으로서 작용할 수 있다.
본 발명의 물질 코팅은, 예를 들어 외과적 탐침, 조명 제품 등에 사용되는 용융 실리카 또는 석영 및 다른 비정질 물질이 알칼리 또는 다른 종과의 반응으로부터 실투(devitrification)되는 것을 효과적으로 막거나 감소시킬 수 있다.
경계 윤활(boundary lubrication)은 많은 시스템들의 윤활 특성을 증진시키는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 본 발명의 물질 코팅의 표면 상에 알킬플루오로실란을 증착시키는 것과 이러한 유기층의 안정성을 다룬다. 매끄러운 표면은 낮은 마찰 특성을 위해 매우 바람직하지만 넓은 표면의 준비(extensive surface preparation)를 요구하며, 합금 표면 상의 구멍(pit)과 같은 표면 결함이 존재하면 표면 피니시의 품질이 제한된다. 표면을 평탄화할 수 있는 잘-접착된 내마모성 코팅은 트리볼로지컬(tribological) 적용예에 매우 유용할 것이다. 또한, 본 발명의 물질막은 윤활제로부터 및 대기로부터 모두 기판의 부식을 방지할 수 있다. 기밀한 본 발명의 물질 코팅은 윤활제로부터 및 대기 중에존재하는 부식종들로부터 또한 기판을 보호할 수 있다.
폴리머 및 유사한 물질 상의 본 발명의 물질 코팅의 실시형태는 (a) 광 방사선(예를 들어, UV 방사선)에 대한 탁월한 보호, (b) 유해한 산, 알칼리, 유기 용매 및 다른 화학제에 대한 탁월한 보호, (c) 코팅이 코팅된 표면을 평탄화하고 표면 조도를 감소시키도록 폴리머 표면 상에서의 결함(구멍 등) 및 도포 입자(cover particle)들의 적절한 밀봉, (d) 불활성 가스(예를 들어, 산소, 질소, 수소), 화학적으로 활성인 가스(예를 들어, 물, 이산화탄소), 및 액체 및 증기(예를 들어, 아로마, 미세 화학제, 가솔린)에 대한 탁월한 배리어, (e) 원자성 산소, 질소, 산소, 수소 및 낮은 지구 궤도에서 발견되거나 실험실에서 개발된 다른 요소들에 대한 탁월한 배리어, (f) 다양한 소스들로부터 발생하는 폴리머 표면의 기계적 손상에 대한 탁월한 보호(예를 들어, 물질의 통상적인 취급, 고속 물질과의 충돌 등), (g) 산화에 대한 탁월한 보호, (h) 부식에 대한 탁월한 보호, (i) 수분에 대한 탁월한 보호, (j) 체액 및 화학제 및 미생물로부터의 부식에 대한 의학적 적용예에 사용되는 생물-의학적 폴리머의 탁월한 보호, (k) 평탄화를 통한 폴리머 표면의 마찰 계수 감소, 및 (l) 코팅된 폴리머 표면의 내마모성 증가를 제공한다. 이들 가운데, 이론에 얽매이기를 원하지 않지만 상응하는 혁신적인 특성(attribute)은 조밀하고 연속적이며 매끄럽고 강하게 부착하는 무기질 또는 주로 무기질 또는 무기-유기질 복합물 코팅의 형성을 촉진하는 본 발명의 물질의 능력이다.
플라스틱 막 또는 기판을 형성하는 폴리머의 예와 관련하여, 셀룰로스 에스테르(예를 들어, 트리아세틸 셀룰로스, 디아세틸 셀룰로스, 프로피오닐 셀룰로스, 부티릴 셀룰로스, 아세틸 프로피오닐 셀룰로스, 니트로셀룰로스), 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(1,4-사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트), 폴리에틸렌-1,2-디페녹시에탄-4,4'-디카르복실레이트, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)), 폴리스티렌(예를 들어, 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌), 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜텐), 폴리술폰, 폴리(에테르 술폰), 폴리아릴레이트, 폴리(에테르 이미드), 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 폴리(에테르 케톤)이 포함된다. 트리아세틸 셀룰로스, 폴리카르보네이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(에틸렌 나프탈레이트)가 바람직하다. 포장 물질(packing material)은 폴리머, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA), PET, 및 다양한 폴리머 물질로 만들어진 적층 막, 예를 들어 PP/PE, PET/PP, PET/PE, PE/PA로 구성된다.
유연한 디스플레이 디바이스에 사용된 플라스틱 층은, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리비닐부테레이트(polyvinylbuterate), 폴리에틸렌 및 치환된 폴리에틸렌, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리하이드록시비닐부티레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리술폰, 폴리비닐아세틸렌, 투명한 열가소성물질, 투명한 폴리부타디엔, 폴리시아노아크릴레이트, 셀룰로스-계 폴리머, 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리술파이트 및 폴리실록산으로부터 제조될 수 있다.
또한, 기판은 적층 형태가 될 수 있으며, 복합물의 플라스틱 층은 어떤 적합한 방법에 의해 유리층 상에 코팅된다. 즉, 상이한 상황들, (i) 플라스틱이 막으로서 이미 존재하고 유리에 적층되는 경우, 및 (ii) 플라스틱이 막 형태는 아니지만 담금, 스프레이 및 다른 처리에 의해 유리 상에 코팅되는 경우를 고려할 수 있다. 상기된 프레-폴리머(pre-polymer)는, 예를 들어 (ii) 경우를 따른다. 그러나, 상기된 다른 플라스틱 몇 가지는 또한 (ii) 경우에 대해 코팅될 수 있다. 이 경우 중합체는 주로 용액으로부터의 코팅, 용융물로부터의 코팅 또는 프레-폴리머로서의 코팅에 의해 유리 상에 코팅될 수 있다.
또한, 기판은 어떤 유기, 바람직하게는 고온 열 안정성을 갖는 유기 폴리머가 될 수 있다. 중합체는 열가소성물질 또는 열경화성 물질, 바람직하게는 고온 열가소성물질, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레미드(bismalemide), 플루오로가소성물질(fluoroplastics), 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 케톤-계 수지, 폴리페닐렌 술파이트, 폴리벤즈이미다졸, 방향족성 폴리에스테르, 및 액정 중합체가 될 수 있다. 또한, 폴리올레핀, 특히 결정질 고분자량 형태가 사용될 수 있다.
경화는 축합 및 Al-O-Al, P-O-Al 그룹의 형성이 유발될 수 있는 어떤 방법에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 열 처리, 해당 주파수의 UV 광에 대한 노출, 3 이상으로의 용액의 pH 증가, IR 방사선에 대한 노출, 마이크로파 방사선에 대한 노출, P-OR 기를 가수분해할 수 있는 화학제에 대한 노출, 축합 속도를 증가시킬 수 있는 적합한 화학제의 첨가 또는 상기된 방법들 중 어느 것의 조합이다.
폴리머에 대한 무기 코팅의 접착은 종래 기술에 보고된 코팅의 용도를 제한하는 주된 문제점이다. 테이프 시험에 의한 접착의 측정은 본 발명의 물질로 코팅된 폴리이미드 시료(ASTM D-3359 시험과 유사) 상에서 수행되었다. 3MTM ScotchTM 테이프가 코팅 상에 적용된 후 신속하게 제거되었다. 폴리이미드막 상의 본 발명의 물질 코팅의 접착물은 제거되거나 손실되지 않았다. 180 °까지 구부린 후 본 발명의 물질 코팅된 폴리이미드를 광학 현미경 관찰하면 또한 코팅의 어떤 크래킹도 보이지 않았다. 이러한 결과는 폴리머 상의 세라블랙TM 코팅의 강한 접착을 나타낸다. 포스페이트계 코팅은 폴리머 상에 강한 접착을 보이는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 및 폴리(테트라플루오로에틸렌) 상의 인산칼슘은 각각 6.4 및 5.8 MPa의 접착 강도를 보였다. 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않지만, 코팅이 경화되는 동안 포스페이트 기 및 폴리머 계면 간의 C-O 결합의 형성으로 인해 아마도 강하게 접착되는 것으로 생각된다. 또한, 접착은 기판을 Ar 이온으로 전-처리(pre-treating) 함으로써 개선될 수 있다. 본 발명의 물질 전구체 용액은 약한 산성이고 코팅 처리동안 산 민감성 중합체 기판 표면을 손상시키지 않을 것이다.
전구체 용액 내에서 인에 부착된 유기 기는 P-OR 기를 P-OH 기로 대체함으로써 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 그러나, 전구체 용액 내에서의 어떤 화학적 변화는 박막의 축합 및 형성에 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 전구체 용액의 몇 가지 실시형태는 특징적인 [O=P-O-Al-O-Al] 결합을 갖는 알루미노포스페이트 착체를 유지할 수 있다. 어떤 이론에 얽매이기를 원하지 않지만, "P-OH" 종의 상대적 함량을 증가시킴으로써 유기 함량이 크게 감소될 수 있을 것으로 생각된다. 용매로서 물 또는 다른 비-알콜성 화학제를 사용하는 것에 추가로, 입체장애를 갖는(sterically hindered) 알콜, 예를 들어 이소-부틸 알콜을 알루미늄 나이트레이트에 대한 용매로서 사용함으로써 유기 함량을 감소시킬 수 있다. 축합된 포스페이트(P-O-P) 기와 이소-부틸 알콜의 반응 속도는 낮다. P-O-i-Bu 기는 용액 내에 형성된다 할지라도, 환류 상에서 쉽게 제거되고 실온에서 가스인 2-메틸 프로펜(b.p. 6.6 ℃)을 형성할 수 있다.
낮은 표면 에너지 폴리머를 알콜로 습윤화(wetting)하는 것은 도전과제(challenge)이다. 접착을 개선하기 위해 높은 경화 온도가 요구될 수 있으므로 접착은 관심의 대상이다. 폴리이미드막의 경우에 본 발명의 물질 코팅의 막 접착은 어떤 표면 처리 없이 우수한 것으로 나타났다. 몇 가지 중합체와의 열등한 코팅 접착의 경우, 중합체의 표면 변형이 채택될 수 있다. 습윤화를 개선하기 위해 프라이머의 증착, 표면 집합된 단일층 SAM의 사용, 산소 플라즈마 에칭 및 술포크롬 조 처리(sulfochromic bath treatment)와 같은 몇 가지 기술이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 물질 코팅은 다른 금속, 폴리머 및 무기 코팅에 대한 프라이머 또는 접착 촉진 층으로서 사용될 수 있다.
하층 및 덧층은 어떤 유기 폴리머 코팅, 무기-유기 혼성 코팅, 또는 금속 코팅으로부터 선택될 수 있다. 또한, 이러한 층들은 상이한 조성의 동일한 본 발명의 물질로부터 형성될 수 있다. 또한, 이러한 층들은 어떤 무기 또는 유기 기능제(functional agent)로 변형된 본 발명의 물질 전구체에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, UV 방하선 보호를 위한 ZnO, CeO2 또는 TiO2 산화물과 같은 UV 흡수제.산란제, 항균 활성을 위한 Ag 이온, 전기적 특성을 위한 ITO와 같은 투명한 금속 산화물, 기계적 특성을 개선하기 위한 SiO2, Al2O3, ZrO2, 또는 친수 특성을 부여하기 위한 TiO2와 같은 광촉매종이 있다. 이러한 하층 및 덧층 중 몇 가지 층은 필요에 따라 만들어질 수 있다. 본 발명의 물질 코팅은 코팅된 중합체 표면으로부터 빛의 산란을 감소시키기에 도움이 될 수 있는 적합한 변형된 굴절률과 함께 중합체 표면을 평탄화할 수 있다.
도 1은 코팅 중의 포스페이트 및 물 그룹에 대응하는 흡수 피크를 보여주는 실시예 4에서 제조된 시료의 FTIR 이미지이다.
도 2는 코팅 중의 포스페이트 및 물 그룹에 대응하는 흡수 피크를 보여주는 실시예 6에서 제조된 시료의 FTIR 이미지이다.
도 3은 기밀하고 조밀하며 균일한 성질을 보여주는 사파이어 상의 본 발명의 코팅의 단면 TEM 이미지이다. 본 발명의 물질 층에 대응하는 전자 회절 패턴은 비-결정의 성질을 보여준다.
도 4는 음식-부착 시험(food-adhesion test) 후의 본 발명의 물질로 부분적 으로 코팅된 에나멜 쿠폰의 사진이다.
도 5는 반사성 표면을 보여주는, 1 ㎛ 폴리시(polish)(왼쪽)를 갖는 코팅되지 않은 탄화규소 표면 및 열처리 후의 본 발명의 물질 코팅된 SiC(오른쪽)이다.
도 6은 본 발명의 물질 코팅된, 열처리된 탄화규소의 원자력 현미경(atomic force microscopic)(AFM) 이미지를 보여준다.
도 7은 본 발명의 물질 코팅된, 열처리된 금속 합금의 AFM 이미지를 보여준다.
도 8은 본 발명으로 부분적으로 코팅된 구리 플레이트의 사진이다.
도 9는 코팅되지 않은 유리(Glass)(rms ~ 1-2 nm)(왼쪽) 및 코팅된 본 발명의 물질(rms ~ 0.1-0.2 nm)(오른쪽)의 AFM 이미지를 보여준다.
도 10은 200 ℃에서의 열처리의 온도 길이 함수로서의 스테인리스 상의 본 발명의 물질 코팅의 FTIR 스펙트럼을 도시한다.
도 11은 스테인리스강 호일 상의 플래시-경화된(flash-cured) 본 발명의 물질 코팅의 FTIR 스펙트럼이다.
도 12는 폴리이미드 막의 본 발명의 물질 코팅된 표면의 SEM 현미경사진이다.
도 13은 도핑되지 않은(undoped) 본 발명의 물질 및 산화아연 나노입자 분산된 본 발명의 물질 코팅의 UV-Vis 흡수 스펙트럼이다.
도 14는 환경적 공격에 대한 코팅의 배리어 효과를 보여주는 본 발명의 물질로 부분적으로 코팅된 용융 석영(fused quartz) 시료의 사진이다.
도 15는 사파이어/ZnS 결합된 커플의 투과 스펙트럼(transmission spectra)이다. 6 ㎛ 넘어서의 감소된 투과는 사파이어에 기인한다.
도 16은 ZnS 상의 본 발명의 물질의 투과 스펙트럼이다.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 롤-투-롤 처리 및 얻어지는 복합물 구조를 개략적으로 나타낸다.
이하의 비-제한적 실시예 및 데이터는 본 발명의 복합물, 물품 및/또는 방법과 관련 있는 다양한 측면들 및 특성들을 본 명세서에 기재된 합성 방법론을 통해 이용가능한 다양한 인산알루미늄 화합물 및 이와 관련된 조성물을 포함하여 설명한다. 종래 기술에 비해, 본 조성물, 복합물, 물품 및/또는 관련된 방법들은 놀랍고 예상 밖이며 종래 기술과 대조적인 결과 및 데이터를 제공한다. 본 발명의 유용성은 몇 가지 복합물/물품 및 인산알루미늄-계 코팅 조성물을 사용하여 설명하지만, 본 발명의 범위에 맞는 다양한 다른 복합물/물품 및 코팅 조성물을 사용하여 유사한 결과가 얻어질 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다.
실시예 1
비정질 인산알루미늄 코팅을 증착하기 위한 한가지 바람직한 방법은 맑은 화학 전구체 용액을 사용하는 것이며, 상기 용액은 바람직하게는 유기 용매 내에 알루미늄 염 및 인산 에스테르(phosphate ester)를 포함한다. 2:1 의 알루미늄 대 인의 비율을 갖는 비정질 인산알루미늄 코팅을 증착하기 위해 사용된 용액은 264g의 Al(NO3)3·9H2O를 300 mL의 에탄올 중에 용해시켜 제조한다. 개별 용기 내에서 25g의 P2O5를 100 mL 에탄올 중에 용해시킨다. 이러한 용액을 함께 혼합한다. 얻어지는 용액은 0.2 몰 Al/L 용액의 농도까지 에탄올로 희석한다. 이 용액을 사용하여 기판 상에 비정질 인산 알루미늄 코팅을 증착시킨다.
실시예 2
4:1 알루미늄:인 비율을 갖는 비정질 인산알루미늄 코팅을 증착시키기 위해 사용된 용액은 528 g의 Al(NO3)3·9H2O를 300 mL의 에탄올 중에 용해시켜 제조한다. 개별 용기 내에서 25g의 P2O5를 100 mL 에탄올 중에 용해시킨다. 이러한 용액을 함께 혼합한다. 얻어지는 용액은 0.2 몰 Al/L 용액의 농도까지 에탄올로 희석한다.
실시예 3
스테인리스강 플레이트를 세제 및 물로 세정한 후 메탄올 중에서 초음파처리(ultrasonication)하였다. 실시예 1에서 제조된 용액 내에 담갔다. 열-총(heat-gun)을 사용하여 건조하였다. 건조된 시료를 400 ℃에서 1분 동안 가열하고 실온으로 냉각한다. 경화된 스테인리스강 표면은 강한 무지개빛(iridescence)을 나타냈다. 이러한 형태의 본 발명의 물질 코팅은 장식 코팅으로서 물품 상에 적용될 수 있다.
실시예 4
스테인리스강 플레이트를 세제 및 물로 세정한 후 메탄올 중에서 초음파처리하였다. 그리고나서, 포스페이트 및 알루미늄 혼합물로 구성되는 알콜성 용액 중에 담갔다. 이어서, 열-총을 사용하여 건조시켰다. 건조된 시료를 400 ℃에서 1분 동안 가열하고 실온으로 냉각한다.
실시예 5
실시예 4에서 제조된 시료의 적외선 반사율-흡수 스펙트럼(Infrared Reflectance-Absorption Spectroscopy)을 80°지표각 부품(grazing angle accessory)을 사용하여 퍼킨 엘머 스펙트럼 원(Perkin Elmer Spectrum One) 분광계로 기록한다(도 1).
실시예 6
실시예 1에서 제조된 전구체 용액의 오버 코트(over coat)를 실시예 2에서 제조된 시료 상에 담금 코팅(dip coating) 함으로써 적용한다. 이어서, 시료를 500 ℃에서 15 분동안 가열 처리하고 실온까지 냉각시킨다. 플레이트의 비코팅부는 산화로 인해 탈색된다. 코팅부는 빛나며 은색을 갖는다. 전구체 용액 농도, 조성물 및 코팅 조건은 코팅된 표면의 표면 모르폴로지(morphology)에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 전구체 및 코팅 방법을 적당히 변형시켜 본 발명의 물질 코팅의 무지개빛 효과를 제거할 수 있다.
실시예 7
실시예 6에서 제조된 시료의 적외선 반사-흡수 스펙트럼(Infrared Reflectance-Absorption Spectroscopy)을 80°지표각 부품을 사용하여 퍼킨 엘머 스펙트럼 원 분광계로 기록한다(도면).
실시예 8
본 발명의 물질로 코팅된 스테인리스강의 표면 상에서 엄지손가락을 상기 표면 상에 가압하여 지문 자국을 만든다. 이어서, 깨끗한 천을 사용하여 상기 자국을 닦는다. 손가락 자국을 코팅된 표면으로부터 매우 쉽게 제거하여 심미적으로 즐거운 깨끗한 표면이 되게 할 수 있다. 유사한 세정 방법을 사용하여 비코팅 표면으로부터 지문 자국을 제거하는 것은 불가능하다.
실시예 9
고체 기판 상의 본 발명의 물질 코팅의 얼룩 방지(stain resistant) 효과는 이 실시예에서 증명되었다. 케첩, H2O + NaCl, 토마토, 레몬, 차, 커피, 우유, 아세트산, 구연산 20 %, 라드(Lard) + 올레산, 잼, 버터, 올리브유 및 다른 품목들과 같은 다양한 물질들을 본 발명의 물질 코팅된 스테인리스 쿠폰 상에 남기고 실온 및 90 ℃에서 건조시킨다. 이어서, 물로 세척하고나서 코팅된 표면 상의 어떤 얼룩에 대하여 시각적으로 확인하였다. 본 발명의 물질 코팅된 표면은 어떤 얼룩도 보이지 않았다.
실시예 10
실시예 5에서 제조된 본 발명의 물질 코팅된 스테인리스강 시료를 연필 경도에 대해 시험한다. 연필 경도는 6 H 이상으로 나타났다.
실시예 11
본 발명의 물질 코팅된 표면의 반사성(reflectivity)을 700 ℃ 까지의 열처리 전후에 측정하였다. 반사성은 코팅되지 않은 대조 시료에 비해 코팅된 시료에 의해 유지되었다.
실시예 12
작은 결정질 알루미나(사파이어)를 탈이온수, 아세톤 및 메탄올로 세정하였다. 이어서, 실시예 2에서 제조된 전구체 용액(4:1 Al/P 비율)을 사용하여 담금 코팅하였다. 담금 코팅의 회수 속도(withdraw rate)는 2 cm/sec이다. 이어서, 800 ℃에서 10 분동안 경화시켰다. 투명한 코팅이 얻어졌다.
실시예 13
사파이어 상의 본 발명의 물질 코팅의 TEM 이미지는 밀봉되고(hermetic) 조밀하며 균일한 본 발명의 코팅을 나타낸다(도 3). 본 발명의 물질 코팅으로부터 얻어진 전자 회절 패턴은 코팅의 비정질 성질을 보여준다. 본 발명의 물질 막은 두께 140 nm 정도로 균일하다. 고해상도 TEM은 막 내에서 전형적인 비정질 콘트라스트를 보여주었다. 본 발명의 물질 및 사파이어 간에는 계면층(~ 5 nm)이 존재한다.
실시예 14
부분적으로 본 발명의 물질 코팅된 에나멜 쿠폰의 시험은 물 및 부드러운 천만을 사용하여 코팅된 영역으로부터 15 분동안 300 ℃에서 경화된 토마토 소스를 제거하는 것이 코팅되지 않은 영역으로부터 제거하는 것보다 비교적 쉽다는 증거를 보여준다(도 4). 이러한 잔기(residue)는 광학 현미경 하에서 관찰될 때 기판에 잘 결합되는 것으로 보인다.
실시예 15
1 ㎛ 폴리시를 갖는 코팅되지 않은 SiC 표면, 및 코팅되지 않은 것에 비해 반사성 표면을 보이는, 열처리 후의 본 발명의 물질 코팅된 SiC(도 5).
실시예 16
극히 매끄러운 표면(도 6)을 보여주는, 본 발명의 물질 코팅된 열처리된 SiC의 AFM 이미지(도 6).
실시예 17
다수의 금속, 합금 및 유리 기판에 대해 관찰된 본 발명의 물질 막의 기밀 성질에 기초하여, 본 발명의 물질은 폴리머 상의 미세규모 표면 결함을 밀봉하는 역할을 잘 해낼 수 있는 것으로 기대된다. 도 7은 막에 의해 유도된 큰 평탄화 효과를 입증하는 본 발명의 물질로 코팅된 금속 합금 표면의 AFM 이미지를 보여준다. 막이 존재하면 표면 조도가 4배 이상 감소하는 것으로 보인다.
(심지어 서브-미크론 피니시까지 폴리싱한 후에도) 금속 표면 상의 미크론-규모 표면 결함은 산화 개시 부위 역할을 한다. 고온 산화 동안 금속 기판이 산화됨에 따라, 이들 작은 표면 결함은 산화의 개시점 역할을 한다. 이러한 작은 결함은 큰 구멍이 된다. 그러나, 비교적 얇은 본 발명의 물질 막을 증착하면 이들 결함을 충분히 덮어 구멍 생성(pitting)이 본질적으로 일어나지 않는다. 이러한 결과는 코팅된 표면 상의 미크론-규모 결함(긁힘, 구멍 등)을 밀봉하기 위한 본 발명의 물질의 잠재력을 증명한다.
실시예 18
1" × 3" 치수 구리 블록이 아세톤 및 메탄올 초음파처리로 세정되었다. 이어서, 본 발명의 물질 전구체 용액 중에 담금 코팅되었다. 공기 중에서 건조되고 200 ℃에서 15분동안 로 내에서 열처리되었다. 사진은 이러한 열처리 후의 본 발명의 물질 코팅의 효과를 보여준다(도 8). 본 발명의 물질 코팅된 일부는 계속 밝고 빛난다. 다른 한편으로 코팅되지 않은 쪽은 완전히 변색된다. 유사하게 구리, 황동(brass) 및 다른 금속 와이어가 또한 본 발명의 물질로 코팅되고 산화 및 환경 손상에 대해 보호될 수 있다.
실시예 19
본 발명의 물질로 코팅된 유리 슬라이드의 AFM 이미지는 코팅되지 않은 유리와 함께 도 9에 나타낸다. 본 발명의 물질 코팅된 표면은 매우 매끄럽고 rms 조도는 코팅되지 않은 유리로부터 크게(an order of magnitude) 감소되었다.
실시예 20
중합체 기판 상에 세라믹 물질의 크랙-없는 코팅을 형성하는 것은 폴리머 기판의 열 민감성 성질 및 열팽창 계수의 큰 부조화로 인해 기술적인 도전 과제이다. 잔류하는 열적 응력은, 특히 코팅이 승온에서 경화되는 경우에 막 크래킹을 유발한다. 잔류하는 열적 응력은 코팅 두께가 최소로 유지되는 경우에 최소화될 수 있고, 기판에 대한 막의 접착 에너지를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 물질을 사용하면 비교적 낮은 온도에서 열분해 시에 쉽게 분해되는 포스페이트 계 전구체 용액 및 낮은 점성 때문에 이들 조건들이 모두 달성될 수 있다. 폴리이미드 복합물 상의 본 발명의 물질 코팅의 광학 이미지는 코팅된 표면에 대한 평탄화 효과를 보여주었다. 또한, 본 발명의 물질은 결함을 덮고 이러한 크랙을 형성하지 않고 표면을 기밀 밀봉한다.
실시예 21
폴리비닐 피롤리돈, PVP(M.W. 630,000)이 실시예 2에서 제조된 본 발명의 물질 전구체 용액 중에 용해된다. 용액 내 PVP의 양은 0 내지 100 중량%로 변화될 수 있다. 용액의 점성은 PVP 함량 증가와 함께 증가한다. 용액은 PVP를 Al(NO3)3 및 P2O5 용액과 혼합함으로써 직접적으로 제조될 수도 있다. 다른 분자량을 갖는 PVP가 사용될 수도 있다.
실시예 22
폴리카르보네이트 시료(1" × 1")를 술포크롬 조 내에 30초동안 담근다. 이어서, 많은 탈이온수로 세척한다. 그리고나서, 실시예 2에서 제조된 본 발명의 물질 전구체로 담금 코팅한다. 열 총으로 코팅된 시료를 건조한다. 이어서, 오븐 내에서 130 ℃에서 열처리한다. 소정 기간동안 경화 후 투명한 코팅이 형성된다.
실시예 23
폴리카르보네이트 시료(1" × 1")를 술포크롬 조 내에 30초동안 담근다. 이어서, 많은 탈이온수로 세척한다. 그리고나서, 실시예 3에서 제조된 변형된 본 발명의 물질 전구체로 담금 코팅한다. 열 총으로 코팅된 시료를 건조한다. 이어서, 오븐 내에서 130 ℃에서 열처리한다. 소정 기간동안 경화 후 투명한 코팅이 형성된다.
실시예 24
메틸에틸케톤 용액이 실시예 5에서 제조된 본 발명의 물질 코팅된 폴리카르 보네이트막의 표면 상에 적하된다(drop). 폴리카르보네이트에서 어떤 반응도 관찰되지 않는다. 이는 화학제에 대한 본 발명의 물질 코팅의 보호 능력 및 우수한 배리어 성질을 제시한다.
실시예 25
매질 내에 분산된 나노 크기화된 산화아연 입자가 실시예 2에서 제조된 본 발명의 물질 전구체 용액과 혼합된다. 산화아연의 양은 변화될 수 있다. 또한, 용액은 산화아연을 Al(NO3)3 및 P2O5 용액과 혼합함으로써 직접적으로 제조될 수도 있다.
실시예 26
본 발명의 물질 코팅의 경화 상태를 결정하기 위해, 본 발명의 물질 코팅된 스테인리스강 호일의 FTIR 반사율 스펙트럼을 온도 및 열처리 기간의 함수로서 기록하였다(도 10). 경화 온도 및 시간에서 포스페이트 에스테르에 기인하는 유기 흡수 피크(1370, 1432, 1473 1720, 2987 cm-1)는 강도가 감소하고 완전히 결합된 PO4 기에 기인하는 1200 cm-1 근처의 강한 하나의 흡수는 증가하는 것으로 보인다. 경화 온도 증가에 따라 요구되는 열처리 기간은 단축될 수 있다. FTIR 데이터에 기초하여, 몇 가지 물 함유물(water inclusion)을 갖는 완전히 무기질인 코팅을 얻기 위해 325 ℃의 경화 온도가 요구된다. 하나의 본 발명의 물질 코팅된 폴리이미드막을 340 ℃까지 경화시킴으로써 크랙이 없는 코팅이 얻어졌다. 코팅의 경화 온도 및 안 정성은 기판 성질, 두께 및 전처리 조건에 따라 변화될 수 있다. 또한, 경화 온도는 본 발명의 물질 전구체 용액의 조성에 따라 변화될 수 있다. 200 ℃에서 장기간동안 열처리된 시료의 FTIR 데이터는 코팅 내에 잔류하는 물의 함량에 거의 변화가 없다는 것을 보여주었으며 이는 코팅이 200 ℃ 경화에서도 충분히 조밀하고 기밀하다는 것을 나타낼 수 있다는 것을 주목하는 것은 흥미롭다. 이 연구에 따르면, 200 ℃의 경화 온도가 폴리머 상에 보호 코팅을 형성하기에 충분해야 한다. 그러나, 더 높은 온도가 더 우수한 접착을 제공할 수 있으며 기밀 품질이 더 우수할 것이다.
실시예 27
깨끗한 스테인리스강 호일이 실시예 1에서 제조된 전구체 용액으로 코팅된다. 800 ℃ 이상에서 수 초 동안 로 내에서 시료를 열처리한다. 플래시-경화된(flash-cured) 본 발명의 물질 코팅의 지표각(grazing angle) 적외선 반사 스펙트럼(도 11)은 유기물 및 물 분자가 부재하고 완전히 경화된 무기 금속 포스페이트 층이 형성된다는 것을 보여준다. 이러한 플래시-경화 처리동안 표면 코팅은 500 ℃보다 높은 온도에 도달하는 반면 기판은 250 ℃ 이하이다. 이러한 플래시-경화 기술은 롤-투-롤과 같은 특정 형태의 코팅 처리 및 폴리머와 같은 열적으로 민감한 기판에 대해 바람직하다.
실시예 28
폴리이미드는 유기 수지로서 분류되며 이의 예외적인 열 및 화학 내성으로 인해 공학 적용예에서 사용된다. 이들 물질은 반도체 산업에서 유연한 프린트된 회로 보드용 기판으로 주로 사용되고 무선, 디지털 및 컴퓨터 산업에서 집적 회로 적 용예용 기판으로서 사용된다. 이들 물질의 표면 피니시는 이들의 성능에 직접적인 영향(impact)을 가지며, 따라서 이러한 상태를 최적화하는 것은 중요하다. 본 발명의 물질은 세정된 폴리이미드막 상에 코팅되고 300 ℃에서 1시간동안 경화된다. 본 발명의 물질 코팅된 폴리이미드막의 SEM 이미지(도 12)는 코팅의 크랙이 없는 성질을 보여주었다. 또한, 폴리이미드 표면 상의 입자들은 본 발명의 물질 코팅으로 덮인다.
실시예 29
나노규모 ZnO(< 10 몰%)를 본 발명의 물질 코팅 내에 첨가 시에 UV 흡수가 40 %까지 감소한다. 이 시료는 본 발명의 물질에 UV 흡수제를 첨가하는 효과를 보여준다. 사파이어 플레이트 상의 본 발명의 물질 및 ZnO 분산된 본 발명의 물질의 UV-Vis 투과율 스펙트럼(도 13).
실시예 30
본 발명의 물질 코팅 또는 표면 처리를 포함하는 실리카 유리 제품은 사용(service) 동안 환경과의 실리케이트 반응을 방지할 수 있다. 이 실시예의 결과는 용융된 실리카 시료 상의 본 발명의 물질의 이러한 효과를 증명한다. 용융 석영 시료는 부분적으로 본 발명의 물질로 코팅되고 황산나트륨으로 900 ℃에서 15 시간 처리된다. 이러한 처리 조건 하에서, 코팅되지 않은 용융 석영은 나트륨 이온과의 반응으로 인해 불투명하게 되고, 본 발명의 물질 코팅된 일부분은 투명하게 남아 있음에 따라, 나트륨 이온 확산에 대한 본 발명의 물질 코팅의 배리어 효과가 나타난다(도 14).
실시예 31
또한, 본 발명의 물질의 실시형태는 화학적으로 및 열적으로 안정한 결합제 또는 접착체로서 작용할 수 있다. 이러한 실험에서, 변형된 전구체 용액이 결합될 한 표면에 적용되었고, 다른 표면이 첫번째 표면에 가압되어, 전구체 용액이 결합될 두 단편들 모두의 표면을 적당히 덮도록 보장하였다. 두 단편들은 함께 클램핑되었고 열처리되어 무기 물질을 형성하였다. 만들어진 이음매(joint)는 이러한 예비 실험에서 낮은 수준의 노력을 고려하면 비교적 우수한 결합 강도를 보였다. 본 발명의 물질의 인이 풍부한 조성물은 비교적 높은 인의 함량으로 인해 IR 범위에서 약간의 흡수를 보일 수 있으나 결합은 보다 더 강해질 수 있다. 결합 실험은 유리 및 스테인리스강 쿠폰 상에서 수행되었다. 유리는 극히 매끄러운 표면을 가졌지만, 강철은 #3 피니시를 가졌다. 이러한 실험은 본 발명의 물질계 접착제가 다양한 표면 피니시의 기판 물질을 결합시킬 수 있다는 것을 증명하였다.
이러한 적용예에 대한 직접적인 관련성의 추가적인 증거를 제공하기 위하여, 사파이어 플레이트(직사각형)가 ZnS 디스크 쿠폰에 결합되었다. 이 쿠폰은 이음매의 열적 안정성을 시험하기 위해 공기 중에서 1시간동안 450 ℃로 어닐링되었다. 물질들은 잘 결합되어 본 발명의 물질 접착제의 강한 성질을 제시하였다. 결합된 쿠폰의 투과 스펙트럼 측정결과는 3 내지 5 ㎛ 범위에서 우수한 투명성을 나타내고 6 ㎛ 이상에서 사파이어의 불투명함(opacity)으로 인해 투과 감소를 나타낸다(도 15).
실시예 32
본 발명의 물질은 특정한 기능적 특성을 유도하기 위해 필요할 수 있는 규소와 같은 다른 원소들을 첨가 또는 도핑하는 것을 포함하여 광범위한 Al/P 비율(예를 들어, 0.5/1 내지 10/1 및 25/1) 상에서 합성될 수 있다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, ZnS 상의 변화된 조성의 두 개의 본 발명의 물질 막의 투과 특성을 비교하면, 6/1의 Al/P 비율은 규소가 첨가된(실리카 또한 동일 영역 주변에서 흡광) 상대적으로 풍부한 포스페이트 조성에 비해 무시해도 좋은 포스페이트 흡광을 보인다. 그러나, 포스페이트 종들에 의해 우수한 접착이 제공되므로, 투과 및 높은 접착 강도 간에 균형을 찾아낼 필요가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 물질 시스템은 특정한 특성들을 맞추기 위해 융통성있는 조성 변화를 허용한다.
실시예 33
중합체 상의 코팅의 적용예
실시예 34
하나 이상의 상기 상세한 설명 또는 실시예를 참조하여, 롤 투 롤 또는 이 기술분야에서 공지된 연속적인 제조 공정을 사용하여 본 발명을 잘 알게 된 자에 의해 이해되는 대로 다양한 복합물 및/또는 제품 구성요소가 제조될 수 있다. 따라서, 상기된 및 병합된 참조문헌에 의한(예를 들어, 일리노이 에반스톤의 어플라이드 씬 필름 사로부터 이용가능한 세라블랙TM 화합물, 조성물 및 제품) 인산알루미늄 조성물의 코팅이 광범위한 기판 물질에 적용될 수 있다. 이러한 장비 장치 및 구성은 각각이 전체적으로 본 명세서에 참조 병합되어 있는 미국 특허 제 6,951,770호 및 6,878,871호에 보다 충분히 기재되어 있다.
선택적으로, 기판은 흩어진 표면 파편(loose surface debris)을 초기에 제거한 후 물 및/또는 알콜 세정과 함께 하나 이상의 스프레이 또는 담금 적용예를 사용하여 적합한 유기 또는 수성 용액(예를 들어, 아세톤 또는 세제/물)으로 그리스를 제거함으로써 제조될 수 있다. 건조 오븐(약 50 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 온도)을 사용하여 대기 민감성 기판에 대해 유동하는 공기, 건조 공기, 산소, 질소 또는 어떤 다른 불활성 가스를 사용하여 모든 용매를 제거할 수 있다.
상기된 바와 같이 및/또는 병합된 참조문헌과 관련하여, 인산알루미늄 조성물의 전구체 용액이 기판 상에 분무될 수 있다. 선택적으로, 기판이 하나 이상의 조 또는 저장소(reservoir) 내에 디핑될(dipped) 수 있다. 이러한 기판의 둘, 다수 또는 모든 면(side)들이 코팅되어야 하는 경우, 이에 따라 하나 이상의 스프레이 노즐이 구성될 수 있다. 선택적으로, 담금-코팅의 경우, 모든 기판 면들이 코팅될 수 있다. 전구체 조성물은 Al/P 화학량론, 점성, 담체(예를 들어, 수성 또는 비-수성) 및 존재하는 첨가제(유기 또는 무기질)의 관점에서 제한없이 다양할 수 있다. 예를 들어, 고도-방사율(high-emissivity) 코팅에 유리할 수 있는 바와 같이, 용매(수성 또는 비-수성) 담체 구성성분으로 슬러리가 제조될 수 있다.
다양한 부피 및 스루풋(throughput) 요건을 고려하여, 코팅 조성물은 하나 이상의 오븐 또는 가열/경화 소스를 사용하여 약 100 피트 이상까지의 길이에 걸쳐 경화될 수 있다. 예를 들어, 설정 계획(set schedule)에 따라 건조 및 경화시킬 수 있는 충분한 길이의 오븐 또는 로는 약 50 ℃ 내지 1000 ℃의 효과적인 온도를 제공할 수 있으며, 체류 시간(residence)은 효과적인 가열/경화 구역의 속도 및 길이에 좌우된다. 이러한 구역은 하나 이상의 가열 또는 경화 소스(예를 들어, UV/IR, 유동하는 가열된 공기, 다른 또는 불활성 가스 또는 저항성 가열 소스(resistive heating source))에 의해 변할 수 있다. 경화된 적용 코팅은 적당한 용매로 세정된 후 연이은 코팅 적용 전에 건조될 수 있다. 선택적으로, 온도-민감성 기판(예를 들어, 특정한 플라스틱)을 포함하는 복합물 또는 고도 스루풋 시스템에서 이용될 수 있는 바와 같이, 경화는 비교적 높은 온도에서 코팅 구성요소를 가열하기 위한 방식에 적합한 열 소스를 사용하되, 상대적으로 낮은 온도(예를 들어, 약 250 ℃ 이하)에서 기판에 유해한 충격 또는 작용 없이 코팅 경화에 충분한 시간(예를 들어, 약 1 시간 이하) 동안 기판을 유지하면서 성취될 수 있다.
다양한 처리-관련 고려사항에 대하여, 가열/경화 소스를 따라 또는 이를 통 해 이동하기 전에 기판을 직각으로 말아주는(roll) 것이 바람직할 수 있다. 기판이 알맞게(reasonably) 축축하거나(wet) 경화되지 않은 경우, 구부러짐으로 인한 코팅의 손상은 최소화될 것이다. 초기 표면 조도에 따라, 기판은 이 기술에서 이해되는 바와 같이 세정 및 코팅 적용 전에 전자폴리싱되거나(electopolished) 기계적 폴리싱될 수 있다. 여하튼, 롤 투 롤/연속적인 코팅 처리, 및 이로부터 얻어지는 비-제한적인 감기거나(wound) 말린(rolled) 복합물 구조의 추가적 설명에 대해서는 개략도 17 및 18을 참조한다.
본 발명에 의하면, 바람직한 전기적, 화학적, 기계적 및 물리적 특성들을 부여하기 위한 기판 상에 증착된 인산알루미늄 코팅을 얻을 수 있다.
Claims (26)
- 기판 및 기판 상의 코팅 구성요소를 포함하는 구성 복합물(configured composite)에 있어서, 상기 코팅 구성요소는 인산알루미늄 화합물을 포함하고, 상기 화합물은 약 0.5 대 약 1 내지 약 25 대 약 1의 알루미늄 대 인의 비율을 포함하고, 상기 복합물은 상기 구성(configuration)에 실질적으로 수직인 축에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 금속, 금속 합금 및 플라스틱으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 스테인리스강 및 브러싱된(brushed) 스테인리스강으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 3 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 가시 스펙트럼에서 실질적으로 투명한(transparent) 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 3 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 상기 복합물에 무지개빛 외양(iridescent appearance)을 제공하는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 3 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 항균 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판 및 상기 코팅 구성요소 사이에 하나 이상의 층간 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 폴리카르보네이트, 폴리카르보네이트 코폴리머, 폴리이미드, 폴리이미드 코폴리머, 폴리에스테르 및 폴리에스테르 코폴리머 중 하나를 포함하는 플라스틱을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 8 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 투과 배리어(permeation barrier)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 8 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 유기 용매에 적어도 부분적으로 불용성인 것을 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 8 항에 있어서,상기 구성 복합물은 상기 코팅 구성요소 상에 하나 이상의 덧층(overlayer) 구성요소를 포함하여 이루어지고, 상기 코팅 구성요소는 상기 덧층 구성요소에 접착성인 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 11 항에 있어서,상기 코팅 구성요소는 약 1230 cm-1의 적외선 스펙트럼의 방사선을 흡수하는 구조적 잔기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 약 100 mils 이하의 두께 치수를 갖는 금속 호일을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 13 항에 있어서,상기 호일은 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 마그네슘, 니켈-계 합금 및 초합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 14 항에 있어서,상기 코팅 구성요소 상에 반사성 금속 덧층 구성요소를 포함하여 이루어지는 구성 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 와이어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 1 항에 있어서,상기 구성 복합물이 스풀(spool) 주변에 감긴 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 제 1 항에 있어서,상기 구성 복합물이 제조 물품으로 가공된 것을 특징으로 하는 구성 복합물.
- 다공성 기판 표면을 밀봉하기 위한 인산알루미늄 조성물의 사용 방법에 있어서,표면 구성요소를 포함하는 기판을 제공하는 단계;상기 표면 구성요소를 하나 이상의 포스페이트 에스테르 잔기를 포함하는 인산알루미늄 화합물을 함유하는 조성물과 접촉시키는 단계; 및상기 조성물을 소정 온도로 상기 에스테르 잔기들을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간동안 가열하는 단계를 포함하여 이루어지는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 기판은 화강암(granite), 대리석(marble), 처리된 석재(engineered stone), 자기(porcelain) 및 세라믹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 표면 구성요소는 실질적으로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 접촉된 조성물은 약 1000 ℃의 온도까지 실질적으로 열적으로-안정한 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 조성물은 상기 표면 구성요소 상에 분무되는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 조성물은 수성 담체 구성성분(carrier component), 비-수성 담체 구성성분, 및 에어로졸 추진제 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 조성물은 에어로졸 스프레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 기판은 주방 기구 및 조리대(counter), 욕실 설비(bathroom fixture), 바닥(flooring) 및 벽 타일 구성요소로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인산알루미늄 조성물의 사용 방법.
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