KR20080042920A - 계면활성제에 의해 안정화된 유기알콕시실란 조성물 - Google Patents
계면활성제에 의해 안정화된 유기알콕시실란 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 유기알콕시실란 S과 적어도 하나의 무수 계면활성제 T를 포함하는 유기알콕시실란 조성물에 있어서, 상기 유기알콕시실란 S의 총 질량은 상기 유기알콕시실란 조성물의 중량을 기준으로 33 중량%이고, 상기 유기알콕시실란 S의 총 질량과 상기 무수 계면활성제 T의 총 질량의 비율 (S : T)은 5 : 1 내지 1 : 2인 유기알콕시실란 조성물에 관한 것이다.
유기알콕시실란, 계면활성제
Description
본 발명은 유기알콕시실란에 관한 것이다.
유기알콕시실란은 공지 물질로서, 접착 촉진제 등으로 오랫동안 이용되어 왔다. 당업자는 이를 실란이라고도 한다. 유기알콕시실란은 알콕시실란기를 포함하여, 액체나 대기 수분 형태의 물과 접촉하여 가수분해되어 실란기(Si-OH)를 형성한 후, 가교되어 실란 화합물을 형성한다. 이는 매우 짧은 시간 후에도 침전이나 헤이즈 현상을 유발할 수 있다. 이러한 수분 민감성은 극성 유기알콕시실란과 염기 pH에서 매우 현저하므로, 아미노실란에서 두드러진다.
유기알콕시실란을 처리할 때에는 습기를 차단하면서 저장하고 가공하여야 한다. 그러나, 팩(pack)이 불침투성이 아니거나, 개봉된 후 완전히 밀봉되지 않는 경우 등 실제적으로는 어려운 경우가 많다.
따라서, 본 발명의 목적은 유기알콕시실란의 저장 안정성을 향상시키는 것이고, 보다 상세하게는, 유기알콕시실란의 내습성을, 보다 상세하게는, 대기 중의 수분에 대한 내습성 향상시키는 것이다.
놀랍게도, 특허청구범위 제 1항에 따른 유기알콕시실란 조성물은 상기 목적을 달성할 수 있는 것으로 발견되었다.
본 발명은 적어도 하나의 유기알콕시실란 S과 적어도 하나의 무수 계면활성제 T를 포함하는 유기알콕시실란 조성물에 있어서, 상기 유기알콕시실란 S의 총 질량은 상기 유기알콕시실란 조성물의 중량을 기준으로 33 중량% 이상이고, 상기 유기알콕시실란 S의 총 질량과 상기 무수 계면활성제 T 총 질량의 비율(S : T)은 5 : 1 내지 1 : 2인 유기알콕시실란 조성물을 제공한다.
본 명세서에서 사용된 "유기알콕시실란(organoalkoxysilane)" 또는 간단히 "실란(silane)"으로도 부르는 용어는, 한 편으로는 Si-O 결합을 통해 규소 원자와 직접 결합한 적어도 하나의 알콕시기를, 전형적으로 둘 또는 셋의 알콕시기를, 포함하는 화합물을 말하고, 다른 한편으로는 Si-C 결합을 통해 규소 원자와 직접 결합한 적어도 하나의 유기 라디칼을 포함하면서, Si-O-Si 결합이 없는 화합물을 말한다. 이에 대하여, "실란기(silane group)"라는 용어는 유기알콕시실란의 유기 라디칼과 결합한 규소 함유 기를 말한다. 유기알콕시실란 또는 이들의 실란기는 수분과 접촉하면 가수분해되는 특성이 있다. 이러한 공정으로 인해 하나 이상의 실란올(Si-OH)기를 포함하는 유기규소화합물인 유기실란올이 형성되고, 후속 축합 반응을 통해 하나 이상의 실록산(Si-O-Si)기를 포함하는 유기규소화합물인 유기실록산이 형성된다.
"아미노실란(aminosilane)", "에폭시실란(epoxysilane)", "알킬실란(alkylsilane)" 및 "머캅토실란(mercaptosilane)"은 상응 작용기를 포함하는 실란으로서, 이러한 경우, 아미노알킬알콕시실란, 에폭시알킬알콕시실란, 알킬알콕시실란, 및 머캅토알킬알콕시실란을 말한다.
본 명세서에서 사용된 "무수(anhydrous)"라는 용어는 물을 전혀 포함하지 않는 것을 의미하는 것으로 이해해서는 안 된다. "무수(anhydrous)"라는 용어는 소량의 물을 함유하는 화합물과 조성물을 말하기도 한다. 다시 말하면, 1 중량% 이하의 나머지 물을, 보다 상세하게는 0.5 중량% 이하의 나머지 물을, 포함하는 화합물과 조성물을 말한다.
보다 상세하게는, 유기알콕시실란 S은 아미노실란, 에폭시실란, 머캅토실란 및 알킬실란이다.
보다 상세하게는, 아미노실란은 적어도 하나의 2차 또는 1차 아미노기를 갖는 화학식 (I)의 아미노실란이거나, 상기 화학식 (I)의 아미노실란과 1차 또는 2차 아미노기와 반응할 수 있는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 화합물(ARV)과의 반응 생성물이다.
상기 식에서, R1은 C1 -8 알킬기이고, 바람직하게는, 메틸기 또는 에틸기이다. 바람직하게는, R1은 메틸기이다.
또한, R2는 C1 -5 알킬기이고, 바람직하게는 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이다. 바람직하게는 R2는 메틸기 또는 에틸기이다.
또한, R3는 C1 -4 선형 또는 가지형 알킬렌기이다. 바람직하게는, R3는 프로필렌기이다.
또한, R4는 수소 원자(H)이거나, C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 화학식 (II)의 치환기이다.
또한, R5는 수소 원자(H)이거나, C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 헤테로원자를 더 포함하는 C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 화학식 (II)의 치환기이다.
R5에 있어서, 상기 헤테로원자를 더 포함하는 C1 -10 선형 알킬기의 매우 유리한 라디칼은 CH2CH2NH2이다.
마지막으로, α는 0, 1 또는 2를 나타내고, 보다 바람직하게는 0 또는 1를 나타낸다. 바람직하게는 0을 나타낸다.
화학식 (I)의 아미노실란의 예로는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필디메톡시메틸실란, 3-아미노-2-메틸프로필트리메톡시실란, 4-아미노부틸트리메톡시실란, 4-아미노부틸디메톡시메틸실란, 4-아미노-3-메틸부틸트리메톡시실란, 4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란, 4-아미노-3,3-디메틸부틸디메톡시메틸실란, 2-아미노에틸트리메톡시실란, 2-아미노에틸디메톡시메틸실란, 아미노메틸트리메톡시실란, 아미노메틸디메톡시메틸실란, 아미노메틸메톡시디메틸실란, N-메틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-부틸-3-아미노-프로필트리메톡시실란, N-시클로헥실-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-메틸-3-아미노-2-메틸프로필트리메톡시실란, N-에틸-3-아미노-2-메틸프로필트리메톡시실란, N-에틸-3-아미노프로필디메톡시메틸실란, N-페닐-4-아미노부틸트리메톡시실란, N-페닐아미노메틸디메톡시메틸실란, N-시클로헥실아미노메틸디메톡시메틸실란, N-메틸아미노메틸디메톡시메틸실란, N-에틸아미노메틸디메톡시메틸실란, N-프로필아미노-메틸디메톡시메틸실란, N-부틸아미노메틸디메톡시메틸실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, 트리스(트리메톡시실릴프로필)아민, 및 규소 상에 있는 메톡시기가 에톡시기 또는 이소프로폭시기로 치환된 이들의 유사체를 들 수 있다.
화학식 (I)의 아미노실란의 보다 바람직한 형태는 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-[2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, 및 트리스(트리메톡시실릴프로필)아민이다.
일 실시예에 따르면, 아미노실란은 적어도 하나의 2차 또는 1차 아미노기를 갖는 상기 화학식 (I)의 아미노실란과 1차 또는 2차 아미노기와 반응할 수 있는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 화합물(ARV)의 반응 생성물이다.
이러한 1차 또는 2차 아미노기와 반응할 수 있는 작용기로는 에폭시기가 바람직하다. 그러나, 이소시아네이트기 또는 활성화된 이중결합 등과 같은 다른 기도 가능하다. 에폭시기를 포함하는 화합물로는 에폭시실란이 특히 바람직하다. 상기 적어도 하나의 2차 또는 1차 아미노기를 갖는 화학식 (I)의 아미노실란과 반응할 수 있는 화합물 (ARV)로는 화학식 (VI)의 에폭시실란이 바람직하다.
상기 식에서, R1'은 C1 -8 알킬기이고, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다. R2'는 C1 -5 알킬기이다. 또한, R3'은 C1 -4 선형 또는 가지형 알킬렌기이고, a'는 0, 1 또는 2, 보다 상세하게는, 0 또는 1이다.
보다 상세하게는, R1'은 메틸기이다. 바람직하게는, R2'은 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이다. 특히 바람직하게는, R2'은 메틸기 또는 에틸기이다. 바람직하게는, R3'은 프로필렌이다. 바람직하게는, a'는 0이다.
에폭시실란의 예로는 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-글리시딜옥시프로필트리에톡시실란 및 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란을 들 수 있다.
바람직한 에폭시실란은 3-글리시딜옥시프로필트리에톡시실란, 및 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란이다. 가장 바람직한 에폭시실란은 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란이다.
상기 반응 생성물에 이용되는 상기 화학식 (I)의 아미노실란은 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 및 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란이고, 바람직하게는 N-(2-아미노-에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란이고, 보다 바람직하게는, 화학식 (III) 또는 화학식 (IV)의 아미노실란은 3-아미노프로필트리메톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, 3-아미노프로필트리에톡시실란 및 비스(트리에톡시실릴프로필)아민이다. 3-아미노프로필트리메톡시실란 및 비스(트리메톡시실릴프로필)아민이 바람직하다.
상기 화학식 (I)의 아미노실란과 아민-반응 화합물(ARV)의 화학량론에 따르면, 반응 생성물은 1차 또는 2차 아미노기를 계속 갖거나 갖지 않는다.
이러한 반응 생성물의 예로는 화학식 (VII), 화학식 (VIII), 화학식 (IX), 화학식 (X), 화학식 (XI), 화학식 (XII) 및 화학식 (XIII)의 화합물을 들 수 있다.
상기 화학식 (VII), 화학식 (VIII) 및 화학식 (IX)의 화합물은 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란과 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란의 반응으로부터 얻는다.
상기 화학식 (X) 및 화학식 (XI)의 화합물은 3-아미노프로필트리메톡시실란과 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란의 반응으로부터 얻는다.
상기 화학식 (XII)의 화합물은 비스(트리메톡시실릴프로필)아민과 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란의 반응으로부터 얻는다.
활성화된 이중 결합을 갖는 아민-반응 화합물 (ARV)의 예로는 a,b-불포화 화합물을 들 수 있고, 보다 상세하게는, 말레산 디에스테르, 푸마르산 디에스테르, 시트라콘산 디에스테르, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 에스테르, 시남산 에스테르, 이타콘산 디에스테르, 비닐포스폰산 디에스테르, 비닐술폰산 아릴 에스테르, 비닐 술폰, 비닐 니트릴, 1-니트로에틸렌 또는 Knoevenagel 축합 생성물 (예를 들면, 말론산 디에스테르와 포름알데히드, 아세트알데히드 또는 벤자알데히드 등의 알데히드의 Knoevenagel 축합 생성물)을 들 수 있다. 이러한 아민-반응 화합물은 이중결합에 아민이 결합한 Michael 부가물을 생성한다. 이러한 반응 생성물의 예로는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필디메톡시메틸실란, 4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란, 4-아미노-3,3-디메틸부틸디메톡시메틸실란, 아미노메틸트리메톡시실란 또는 아미노메틸디메톡시메틸실란과, 디메틸, 디에틸 또는 디부틸 말레이트, 테트라히드로퍼퓨릴, 이소보르닐, 헥실, 라우릴, 스테아릴, 2-히드록시에틸 또는 3-히드록시프로필 아크릴레이트, 디메틸, 디에틸 또는 디부틸 포스포네이트, 아크릴로니트릴, 2-펜텐니트릴, 푸마로니트릴 또는 b-니트로스티렌의 Michael 부가물과, 규소 상에 있는 메톡시기가 에톡시기로 치환된 상술한 아미노실란의 유사체를 들 수 있다. 보다 상세하게는, 아민-반응 화합물은 디에틸 N-(3-트리메톡시실릴프로필)아미노숙시네이트인 Michael 부가물이다.
이소시아네이트를 포함하는 아민-반응 화합물 (ARV)의 예로는 이소시아나토실란 및 폴리이소시아네이트를 들 수 있다. 보다 상세하게는, 이소시아나토실란은 3-이소시아나토프로필트리메톡시실란 및 3-이소시아나토프로필트리에톡시실란을 포함한다. 폴리이소시아네이트의 예로는 2,4- 및 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트 (TDI)와 이러한 이성질체의 바람직한 혼합물과, 4,4'-, 2,4'-, 및 2,2'-디페닐메탄디이소시아네이트 (MDI)와 이러한 이성질체의 바람직한 혼합물과, 1,3- 및 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 2,3,5,6-테트라메틸-1,4-디이소시아나토벤젠, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트 (HDI), 2-메틸펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 (TMDI), 1,12-도데카메틸렌디이소시아네이트, 시클로헥산 1,3- 및 1,4-디이소시아네이트와 이러한 이성질체의 바람직한 혼합물과, 1-이소시아나토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아나토메틸시클로헥산 (즉, 이소포론 디이소시아네이트 또는 IPDI), 퍼히드로-2,4'- 및 -4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 (HMDI), 1,4-디이소시아나토-2,2,6-트리메틸시클로헥산 (TMCDI), m- 및 p-자일렌디이소시아네이트 (XDI), 1,3- 및 1,4-테트라메틸자일렌디이소시아네이트 (TMXDI), 1,3- 및 1,4-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 상술한 폴리이소시아네이트의 올리고머, 상술한 폴리이소시아네이트의 혼합물을 들 수 있다. MDI, TDI, HDI, IPDI과 이들의 뷰렛 또는 이소시안우레이트가 바람직하다.
유기알콕시실란 S이 에폭시실란이면, 아민-반응 화합물 (ARV)은 상술한 에폭시실란이 바람직하다.
유기알콕시실란 S으로서 머캅토실란의 예로는 3-머캅토프로필트리메톡시실란 및 3-머캅토프로필트리에톡시실란을 들 수 있다.
유기알콕시실란 S이 알킬실란인 경우, 그 예로서, 보다 상세하게는, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란 및 부틸트리메톡시-실란 등과 같이 C1-C6 알킬 라디칼을 갖는 실란을 들 수 있다.
유기알콕시실란 S은 에폭시실란, 머캅토실란 및 알킬실란보다 아미노실란이 바람직하다.
보다 상세하게는, 유기알콕시실란 S은 계면활성제와 반응할 수 있는 작용기가 없다.
계면활성제 T로서, 용액에서 물이나 다른 액체의 표면 장력을 낮추는 천연 또는 합성 화합물을 이용할 수 있다. 습윤제로도 불리는 계면활성제로서, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양면성 계면활성제 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다.
음이온 계면활성제의 예로는 카르복실레이트기, 설페이트기, 포스페이트기 또는 설포네이트기를 포함하는 계면활성제로서, 아미노산 유도체, 지방 알코올 에테르 설페이트, 지방 알코올 설페이트, 비누, 알킬페놀 에톡시레이트 및 지방 알코올 에톡시레이트 뿐만이 아니라, 알칸설포네이트, 올레핀설포네이트 또는 알킬 포스페이트 등을 들 수 있다.
비이온 계면활성제의 예로는 폴리옥시알킬렌 폴리올, 아민, 지방산, 지방산 아미드, 알킬페놀, 에탄올아미드, 지방 아민, 폴리실록산 또는 지방산 에스테르와 같은 알코올의 에톡시화 부가생성물 등의 에톡시레이트와; 지방 알코올 폴리글리콜 에테르, 또는 지방산 아미드, 알킬글리코시드, 당 에스테르, 소르비탄 에스테르, 폴리소르베이트 또는 트리알킬아민 옥사이드와 같은 알킬 또는 알킬페닐 폴리글리콜 에테르와; 최대 일말단에 알킬기가 결합될 수 있는 폴리알킬렌 글리콜 또는 아미노폴리알킬렌 글리콜을 포함하는 폴리(메트)아크릴산의 에스테르 및 아미드를 들 수 있다.
음이온 계면활성제의 예로는 4차 암모늄 화합물 또는 4차 포스포늄 화합물로서, 테트라알킬암모늄염, N,N-디알킬이미다졸린 화합물, 디메틸디스테아릴암모늄 화합물 또는 N-알킬피리딘 화합물 등을, 보다 상세하게는 암모늄 클로라이드를 들 수 있다.
양면성 또는 양쪽성 계면활성제는 엠포라이트(ampholyte)로도 불리는 아미노카르복시산과 같은 양쪽성 전해질과 베타인을 포함한다.
이러한 계면활성제는 상업상 널리 이용가능하다.
특히 바람직한 계면활성제는 비이온 계면활성제이고, 보다 상세하게는 알콕시화된 알코올이다. 알콕시화된 비이온성 플루오로 계면활성제는 그 자체로 매우 적합하고, 보다 상세하게는 ABCR(독일)사의 제품인 Zony® FSO-100이 있고, 알콕시화된 알코올 또는 알콕시화된 알킬페놀로서는, 보다 상세하게는, Rhodia사의 제품인 Antarox FM 33이 있다.
계면활성제로 인해 상당량의 물이 도입되면 실란이 너무 빨리 가수분해되어 저장상의 문제를 일으키므로 계면활성제는 무수물이어야만 한다. 여기서 "무수물"이라는 용어는 이미 언급한 바를 참조하여 이해할 수 있다.
또한, 유기알콕시실란 S과 계면활성제 T의 비율은 특정 비율 범위에 있어야 한다. 상기 비율 S : T이 5 : 1보다 크면, 물에 대한 민감도가 실제로 향상될 수 없다. 상기 비율이 1 : 2 보다 낮으면, 보다 상세하게는 2:3보다 낮으면, 실란 조성물이 접착 증진제로서 이용된 경우, 접착성이 점차 불리해진다.
보다 상세하게는, 유기알콕시실란 S이 아미노실란인 경우, 유기알콕시실란 S과 계면활성제 T의 최적 비율은 3 : 1 내지 2 : 3이다.
유기알콕시실란 조성물은 기타 성분을 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 용매, 무기 충진제, 촉매, 및 안정화제, 염료 또는 안료를 들 수 있다.
기타 성분을 더 이용하는 경우, 한편으로는 상기 조성물은 1 중량% 이하의 물을, 보다 상세하게는 0.5 중량% 이하의 물을, 포함하여야 한다. 다른 한편으로는, 유기알콕시실란 조성물은 33 중량% 이상의 유기알콕시실란 S을, 보다 상세하게는 40 중량% 이상의 유기알콕시실란 S을, 포함하여야 한다.
바람직한 유기알콕시실란 조성물은 필수 성분으로서 유기알콕시실란 S과 계면활성제 T만으로 구성되는 것이다. 여기서 사용된 "상당량으로(substantially)"라는 용어는 유기알콕시실란 S과 계면활성제 T의 중량 합이 유기알콕시실란 조성물의 중량을 기준으로 하여, 90 중량%을 초과하고, 보다 상세하게는 95 중량%를 초과하고, 바람직하게는 99 중량%을 초과하는 것을 의미한다.
극성 유기알콕시실란, 보다 상세하게는 수용성 유기알콕시실란은, 물에 대한 저장 안정성 면에서 특히 더 민감하기 때문에, 이러한 경우에는, 본 발명에 의해 달성될 수 있는 향상 효과가 현저하다. 이는 도데실트리메톡시실란 또는 옥타데실트리메톡시실란과 같은 고급 알킬알콕시실란 등의 극도의 무극성 유기알콕시실란 S이 유기알콕시실란 S으로서 바람직하지 않기 때문이다. 물에 대한 저장 안정성의 향상은 유기알콕시실란 S이 아미노실란인 경우에, 매우 현저하다.
특히 유기알콕시실란 S로서 아미노실란을 포함하는 유기알콕시실란 조성물은 저장 기간 중 물의 영향에 상당히 덜 민감하다. 이러한 거동은, 보다 상세하게는, 물이, 보다 상세하게는, 대기 중의 수분이, 유기알콕시실란 조성물과 접촉할 때 현저하게 나타난다. 이러한 접촉의 원인의 예로는 팩이 비투과성이 아닌 경우를 들 수 있다. 따라서, 실제 이러한 원인으로는 팩 자체가 비투과성이 아니거나, 최초 개봉 후 저장 용기가 불완전하게 또는 투습가능한 채로 재밀폐되거나, 전혀 봉합되지 않은 채로 저장 용기가 특정 시간 동안 주위에 노출이 된 경우일 수 있다. 마지막으로, 플라스틱으로 이루어진 용기에 저장되는 경우에, 유기알콕시실란 조성물의 저장 안전성은 선행 기술에 비해 매우 향상된다. 이는 용기의 표면적과 부피의 비율이 높은 경우, 다시 말해, 작은 부피의 용기의 경우에 특히 그러하다. 그 이유는 플라스틱 용기에 전형적으로 이용되는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 플라스틱이 수증기 확산에 부적합한 비투과성을 갖는 경우가 많기 때문이다. 따라서, 부피가 작은 경우, 선행 기술에 따른 실란 조성물은 플라스틱 용기에 저장된 것이 아니라, 유리나 금속 용기에 저장되었다. 그 결과로서, 본 발명의 유기알콕시실란 조성물을 저장하는 플라스틱 용기의 이용 가능성에 의해 큰 비용상의 이점과 질량상의 이점을 얻을 수 있을 뿐만이 아니라, 포장의 디자인과 구성의 면에서 자유롭다.
보다 상세하게는, 저장 기간 중 물에 대한 저장성의 향상 및/또는 민감성의 감소는 침전물 또는 헤이즈가 형성되지 않게 하거나 어느 정도는 지연시킨다.
보다 상세하게는, 유기알콕시실란 조성물은 접착 증진제로서 이용된다. 이러한 접착 증진제는 효과적인 접착에 필요한 조성물의 성분이다. 이를 테면, 유기알콕시실란 조성물은 접착제 또는 봉함제 성분으로서 이용될 수 있다. 유기알콕시실란 조성물은 페인트 또는 마루 커버링(floor covering)과 같은 코팅제에 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 유기알콕시실란 S은 이러한 경우, 반응 기와 공유하여 반응할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 화학식 (I)의 아미노실란은 이소시아네이트기를 포함하는 전중합체와 반응시켜 소위 실란-말단 폴리우레탄 (SPUR; silane-terminated polyurethanes)을 제조하는 데 이용할 수 있다
또한, 유기알콕시실란 조성물은 도포된 접착제나 봉함제의 접착성을 향상시키기 위한 전처리제 또는 이의 성분으로 이용될 수 있다. 이러한 전처리제는 흔히 프라이머라고도 한다. 이러한 프라이머는 1성분이거나 2성분일 수 있다.
이러한 맥락에서, 유기알콕시실란 조성물 또는 유기알콕시실란 조성물을 포함하는 조성물을 접착 결합하거나, 봉함하거나 코팅될 물질에 도포한다. 소위 프래쉬-오프 타임(flash-off time)이 지난 후, 접착제, 봉함제 또는 코팅제를 도포한다. 보다 상세하게는, 여기서 중요한 점은 제형이 이소시아네이트기를 포함하는 폴리우레탄계의 반응성 (즉, 가교성) 접착제, 봉함제 또는 코팅제라는 점이다.
바람직한 2성분 프라이머는, 보다 상세하게는, 성분 K1과 성분 K2로 구성되는 수성 2성분 프라이머이다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 제 1 성분 K1은 유기알콕시실란 조성물을 포함하고, 상기 제 2 성분 K2는 물과 산을 포함한다. 바람직하게는, 성분 K1 과 성분 K2를 혼합하여 pH 2 내지 5, 보다 상세하게는 pH 3.5 내지 4.5를 맞춘다. 이러한 프라이머 조성물을 완전히 단순 쉐이크(shaking)하여 혼합하면, 원치 않는 실록산의 축합과 생성을 막으면서 빠른 속도로 가수분해될 수 있다. 그 결과로서, 수성 프라이머의 혼합과 도포 중 원하지 않는 침전이나 헤이즈 현상이 발생하지 않으면서 양질의 접착이 구현된다.
약어 | 유기알콕시실란 |
A1110 | 3-아미노프로필트리메톡시실란 |
A1120 | N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 |
A1130 | 3-[2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란 |
A1170 | 비스(트리메톡시실릴프로필)아민 |
A187 | 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란 |
MTMS | 메틸트리메톡시실란 |
또한, 반응 생성물 RP1은 A1120 1 몰과 A187 3 몰을 혼합함으로써, 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란과 N-(2-아미노-에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란로부터 제조하였다. 혼합 직후 IR을 이용하여 변화를 확인할 수 있었다. 약 910 cm-1에서 에폭시기의 밴드 특성은 혼합 직후에도 검출할 수 있으며, 빠른 속도로 사라진다.
약어 | 계면활성제 | 제조사 |
"Surfynol" | Surfynol®61 | Air Products |
"Soprophor" | Soprophor BSU | Rhodia, 독일 |
"FM33" | Antarox FM33 | Rhodia, 독일 |
"AE 01" | EnviroGem®AE 01 | Air Products |
"AE 02" | EnviroGem®AE 02 | Air Products |
"Hydropalat 120" | Hydropalat®120 | Cognis, 독일 |
표 3에는 유기알콕시실란과 계면활성제의 비율의 변화를 나타내었다. 유기알콕시실란으로는 반응 생성물 RP1을 사용하였고, 이를 다른 계면활성제와 혼합하였다.
제 1 대조군 Ref . S1 은 계면활성제를 이용하지 않았다. 즉, 유기알콕시실란만으로 구성하였다. 제 2 대조군 Ref . S2 및 제 3 대조군 Ref . S3 은 비율이 각각 20 : 1 및 10 : 1이었다.
미리 200℃의 오븐에서 하루 건조한 후, 실온으로 식히고 상대 습도가 25℃/50%인 유리 용기(직경: 12 mm, 길이: 4 cm, 부피: 약 4.5 ml, 플라스틱 나사 뚜껑 구비)에 반응 생성물 RP1 2.5 g에 넣고, 각 계면활성제를 첨가하였다. 이어서, 이러한 방법으로 충진한 용기의 뚜껑을 닫고 50℃에서 공기 회전하면서 오븐(Ehret, TK/L 4061)에 저장하였다. 30일간, 시료를 매일 관찰하였다. 표 3은 안정성을, 보다 상세하게는, 시료의 겔화가 관찰될 때까지 경과된 일수를, 상세하게 나타낸다. 시료가 30일 후에도 완벽하면(결함이 없으면), ">30"으로 나타내었다.
RP1: 계면활성제 [g:g] | |||||||
계면활성제 | 1:0 | 20:1 | 10:1 | 5:1 | 2:1 | 1:1 | 1:2 |
Ref . S1 | Ref . S2 | Ref . S3 | BS1 | BS2 | BS3 | BS4 | |
Surfynol® | 1 | 1 | 1 | 2 | >30 | >30 | >30 |
Soprophor® | 1 | 1 | 1 | 1 | >10 | >30 | >30 |
AE 01® | 1 | 1 | 3 | 3 | 10 | >30 | >30 |
Hydropalat 120® | 1 | 1 | 1 | 2 | >30 | >30 | >30 |
조성물에 대한 S의 비율 [중량%] | 100 | 95 | 91 | 83 | 66 | 50 | 33 |
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 전체 조성물의 총 중량에 대하여, 68 중량%의 유기알콕시실란 S에 대응하는, 2.125 : 1의 S:T 비율로 다른 실란과 다른 계면활성제는 상술한 바와 같이 혼합하였다. 그러나, 이러한 실험에서는, 비-투과성 팩(pack)을 자극하기 위해 드릴(drill)을 이용하여 1 mm 구멍을 뚫었다. 표 3의 실험에 대하여, 저장 안정성을 평가하였다. 비교 실험군 Ref . S4 은 계면활성제를 첨가하지 않았다. 즉, 유기알콕시실란만으로 구성하였다.
BS5 | BS6 | BS7 | REF . S4 | |
계면활성제 | Surfynol® | AE 01® | Hydropalat 120® | - |
A1130 | 7 | 1 | 6 | 1 |
A1170 | 1 | 4 | 1 | 1 |
MTMS | > 30 | > 30 | 10 | 1 |
다른 실험군에서, 아미노실란 및 에폭시실란과 다른 계면활성제와의 반응생성물을 포함하는 조성물의 저장 안정성을 비교하였다.
이러한 실험군으로서 상술한 반응 생성물 RP1을 이용하였다. 또한, 반응 생성물 RP2은 A1130 1 몰과 A187 6.6몰을 혼합함으로써, 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란과 3-[2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란로부터 제조하였다.
표 5에 나타낸 바와 같이, RP1 또는 RP2은 상술한 바와 같이, 전체 조성물의 총 중량에 대하여 68 중량%의 유기알콕시실란 S에 해당하는, S : T = 2.125:1의 혼합비로 다른 계면활성제와 혼합하였다. 본 실험군에서는 밀폐된 뚜껑이 구비된 유리 용기(표 4에서 구멍이 없는)를, 이미 언급한 바와 같이, 50℃의 오븐이나 23℃/50%의 상대 습도 조건 하에 저장하였다. 표 3의 실험에 대하여 안정성을 결정하였다. 비교 실험군 Ref.S5 은 계면활성제를 첨가하지 않았다. 즉, 유기알콕시실란으로만 구성하였다.
RP1 | RP2 | ||||
계면활성제 | 23℃ | 50℃ | 23℃ | 50℃ | |
BS8 | Surfynol | > 90 | > 90 | > 90 | > 90 |
BS9 | Soprophor | 84 | > 90 | 84 | > 90 |
BS10 | FM33 | 25 | > 90 | 74 | 74 |
BS11 | AE 01 | > 90 | 29 | > 90 | 1 |
BS12 | AE 02 | > 90 | 1 | > 90 | > 90 |
BS13 | Hydropalat 120 | > 40 | > 40 | > 40 | > 40 |
Ref . S5 | 계면활성제 없음 | 9 | 1 | 32 | 8 |
수성
프라이머의
제조
A1110과 다양한 계면활성제를 표 6에 나타낸 비율로 혼합하여 유기알콕시실란 조성물을 제조하여, 수성 프라이머의 제 1 성분 K1으로 이용하였다. 제 2 성분 K2는 물과 1 중량% 아세트산으로 구성된다. 제 2 성분 K2 49 g에 1 성분 K1 1.05 g을 첨가하여 얻은 혼합물을 쉐이킹하였다.
그 후에, 상기 혼합물을 적신 셀룰로즈 직물 (Tela® Tela-Kimberly Switzerland GmbH)을 이용하여 Splintex사의 Mitsubishi Space Wagon의 VSG 전면 바람막이 (windshield)의 세라믹 가장자리에 상기 혼합물을 도포하였다. 10분의 플래쉬-오프 타임(flash-off time) 후, 원형 비드로서, 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 전중합체를 포함하고 Sika Schweiz AG사에서 제조되는 1성분 수분-경화 폴리우레탄 접착제인 Sikaflex®250 DM-2 또는 Sikaflex®250 HMW-2+를 카트리지 프레스와 노즐을 이용하여 도포하고, 23℃/ 50%의 상대 습도 조건하에서 4일간 경화하였다.
접착 시험 (
비드
시험)
비드 시험을 이용하여 접착제의 접착력을 시험하였다. 이러한 시험에서는, 비드의 접착면 바로 위 말단을 절단하였다. 절단된 비드 말단을 말단 모양이 둥근 핀셋으로 잡아, 기판으로부터 당긴다. 이러한 기동은 핀셋의 첨부 위에 비드를 조심스럽게 굴리고, 비드를 잡아당기는 방향에 수직 방향으로 벗겨진 기판 하단부를 절단하여 수행한다. 비드 제거 속도는 약 3초마다 절단되도록 결정된다. 시험 비드의 길이는 적어도 8 cm에 이른다. 비드가 벗겨진 후 기판상에 남은 접착제 (점착성 부분)을 평가한다. 접착력은 접착면의 점착성 부분을 다음과 같이 추정하여 평가하였다:
1 = 점착성 부분 > 5%
2 = 점착성 부분 75-95%
3 = 점착성 부분 25-75%
4 = 점착성 부분 < 25%
5 = 점착성 부분 0% (전면이 접착 부분)
시험 결과가 4 또는 5 등급이면 바람직하지 않은 것으로 본다.
접착력 시험 결과는 표 6 및 7에 나타내었다.
Sikaflex® 250 DM-2 | |||||
A1110: 계면활성제 [g:g] | |||||
계면활성제 | 1:0 | 2:1 | 1:1 | 1:2 | 1:10 |
Ref . S6 | BS14 | BS15 | BS16 | Ref . S7 | |
Surfynol® | 2 | 1 | 2 | 3 | 3 |
Soprophor® | 2 | 1 | 2 | 2 | 3 |
Hydropalat 120® | 2 | 1 | 2 | 2 | 3 |
K1 성분에 대한 S의 비율 [중량%] | 100 | 66 | 50 | 33 | 9 |
Sikaflex® 250 HMV-2+ | |||||
A1110: 계면활성제 [g:g] | |||||
계면활성제 | 1:0 | 2:1 | 1:1 | 1:2 | 1:10 |
Ref . S8 | BS17 | BS18 | BS19 | Ref . S9 | |
Surfynol® | 4 | 4 | 4 | 3 | 5 |
Soprophor® | 4 | 1 | 2 | 4 | 4 |
Hydropalat 120® | 4 | 3 | 3 | 4 | 4 |
K1 성분에 대한 S의 비율 [중량%] | 100 | 66 | 50 | 33 | 9 |
Claims (16)
- 적어도 하나의 유기알콕시실란 S과 적어도 하나의 무수 계면활성제 T를 포함하는 유기알콕시실란 조성물에 있어서,상기 유기알콕시실란 S의 총 질량은 상기 유기알콕시실란 조성물의 총 질량을 기준으로 33 중량% 이상이고, 유기알콕시실란 S의 총 질량과 무수 계면활성제 T의 총 질량의 비율(S : T)은 5 : 1 내지 1 : 2인 유기알콕시실란 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 계면활성제 T는 비이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유기알콕시실란 S와 상기 무수 계면활성제 T의 질량비(S:T)는 3:1 내지 2:3인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기알콕시실란 S의 총 질량은 유기알콕시실란 조성물의 중량을 기준으로 40 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기알콕시실란 S은 아미노실란인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미노실란은 하기 화학식 (I)인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.상기 식에서, R1은 C1 -8 알킬기이고, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이고, 보다 상세하게는, 메틸기이며;R2는 C1 -5 알킬기이고, 바람직하게는 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이고, 보다 상세하게는, 메틸기 또는 에틸기이며;R3는 C1 -4 선형 또는 가지형 알킬렌기이고, 보다 상세하게는, 프로필렌기이며;R4는 수소 원자(H)이거나, C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 화학식 (II)의 치환기이며;R5는 수소 원자(H)이거나, C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 헤테로원자를 더 포함하는 C1 -10 선형 또는 가지형 알킬기이거나, 화학식 (II)의 치환기이며;α는 0, 1 또는 2이고, 보다 상세하게는 0 또는 1이고, 바람직하게는 0이다.
- 제 6항에 있어서, R5는 CH2CH2NH2인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 5항에 있어서, 상기 아미노실란은 제 6항, 제 7항 또는 제 8항에서 기술한 적어도 하나의 2차 또는 1차 아미노기를 갖는 화학식 (I)의 아미노실란과 1차 또는 2차 아미노기와 반응할 수 있는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 화합물( ARV )의 반응 생성물인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 9항에 있어서, 상기 1차 또는 2차 아미노기와 반응할 수 있는 작용기는 알콕시기인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 5항에 있어서, 상기 아미노실란은 제 8항에서 기술한 화학식 (III) 또는 화학식 (IV)과 에폭시기를 포함한 화합물의 반응 생성물인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 에폭시기를 포함하는 화합물은 에폭시실란이고, 보다 상세하게는, 하기 화학식 (VI)의 에폭시실란인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.상기 식에서, R1'은 C1 -8 알킬기이고, 바람직하게는, 메틸기 또는 에틸기이고, 보다 상세하게는, 메틸기이며;R2'는 C1 -5 알킬기이고, 바람직하게는 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이고, 특히 바람직하게는, 메틸기 또는 에틸기이며;R3'는 C1 -4 선형 또는 가지형 알킬렌기이고, 보다 상세하게는, 프로필렌기이며;α'는 0, 1 또는 2이고, 보다 상세하게는 0 또는 1이고, 바람직하게는 0이다.
- 제 6항 내지 제 12항의 어느 한 항에 있어서, α는 0이고, R2는 메틸이고, R3은 프로필렌인 것을 특징으로 하는 유기알콕시실란 조성물.
- 제 1항 내지 제 13항의 어느 한 항에 따른 유기알콕시실란 조성물의 접착제로서의 용도.
- 기판에 도포되는 접착제 또는 봉함제의 접합력을 향상하기 위해 접착 결합하거나 접착 봉함될 기판의 표면을 전처리하기 위한 전처리제로서의 제 1항 내지 제 13항의 어느 한 항에 따른 유기알콕시실란 조성물의 용도.
- 접착제의 접착력을 향상시키는 수성 전처리제를 제조하기 위한 제 1항 내지 제 13항의 어느 한 항에 따른 유기알콕시실란 조성물의 용도.
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