KR20120093848A - 표면 개질된 규산 세미-겔 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 표면 개질된 세미-겔, 그의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

Description

표면 개질된 규산 세미-겔 {SURFACE MODIFIED SILICIC ACID SEMI-GELS}
본 발명은 신규한 표면 개질된 세미-겔, 그의 제조 방법, 및 그의 용도에 관한 것이다.
SiO2를 기재로 하는 무기 산화물은, 그의 제조 방법 및 그의 특성을 기준으로, 흄드 실리카 (에어로실 (Aerosil)), 침강 실리카, 실리카 졸, 실리카 겔 및 세미-겔로 나누어진다.
실리카 겔 중에서, 히드로겔, 에어로겔 및 크세로겔은 구별된다. 히드로겔 (또는 달리 아쿠아겔)은 물 속에서 제조되며, 따라서 그의 기공이 물로 채워진다. 크세로겔은 물이 제거된 히드로겔이다. 에어로겔은 겔 구조에 단지 최소한의 변경이 있으며 기공 부피가 대부분 유지되도록 액체가 제거된 크세로겔이다.
실리카 겔은 오랫 동안 공지되어 왔다 (문헌 [Iler, "Chemistry of Silica", p. 462 ff, 1979] 참고). 이는 1차 입자 (평균 입자 크기: 1 내지 10 ㎚)의 유착을 촉진시키는 조건하에 제조되므로, 침강 실리카 또는 흄드 실리카와는 달리, 상대적으로 단단한 3차원 네트워크가 형성된다. 결론적으로, 실리카 겔 입자는 침강 실리카 입자와는 분명히 다르다.
실리카 겔의 제조는 당업자에게 널리 공지되어 있으며 예를 들어, US 4,097,303호, DE 41 32 230호 및 EP 0 384 226호에 기재되어 있다. 이는 규산나트륨과 황산을 서로 빠르게 연속적으로 저온의 낮은 pH에서 고농도로 혼합하여 하이드로졸을 형성한 다음, 잠시 후에 히드로겔로 응축시키는 것을 포함한다. 대안적으로, 겔화는 또한 알칼리 조건하에 수행될 수 있다 (예를 들어, GB 1,219,877호 및 GB 1,279,250호, WO 9825 851호 또는 EP 0 588 497호 참고). 추가적 대안은 제EP 0 765 764호에 제안되어 있다.
생성된 히드로겔을 비교적 작은 조각으로 분쇄하고 세척하여 가용성 염 및 불순물을 제거한다. 세척 사이클 동안에, 히드로겔의 기공 구조는 pH (예, 암모니아와 같은 염기 첨가), 온도 및 시간을 변화시킴으로써 조절된다. 이러한 과정은 당업자에게 익히 공지되어 있다. 예를 들어, EP 0 384 226호 또는 WO00 002814호에서 예시를 확인할 수 있다.
세척 사이클 후, 세척한 히드로겔은 실리카 겔 또는 크세로겔을 형성하기 위해 열 장치로 건조시킨다. 건조 성질 및 양태는 실리카 겔의 기공 부피에 상당한 영향을 미친다. 신속하게 건조시키는 경우, 기공 부피는 거의 대부분 유지될 수 있으며, 서서히 건조시키는 경우, 기공 부피는 감소된다. 마지막으로, 실리카 겔은 특정 입자 크기 및 특정 분포로 분쇄 또는 연마될 수 있다.
발연 실리카는 1차 입자의 응집물 (aggregate)로 구성되는 반면, 실리카 겔은 1차 입자의 3차원 네트워크를 특징으로 한다는 점에서 발연 실리카는 실리카 겔과 상이하다. 이러한 구조적 차이는 제조 방법에 기인한다. 발연 실리카 구조에 대한 상세한 정보는 문헌 [Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemistry, page 776]에서 찾을 수 있다.
침강 실리카 역시, 응집물 만이 아니라 특히 또한 집괴물 (agglomerate)을 특징으로 하는 상이한 구조를 갖는다. 이는, 겔 또는 겔-유사 생성물에서의 1차 입자의 3차원 네트워크가 아닌 응집물 및 집괴물을 형성하기 위해 물유리와 산을 반응시키는 소위 습식 공정으로 수득된다. 침강 실리카와 발연 실리카 사이의 구조적 차이는 문헌 [Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemistry]에 기재되어 있다.
무정형 이산화규소의 제4 변형체는 세미-겔로 나타내어진다. 실리카 겔과 비교하여, 세미-겔은 보다 넓은 기공 크기 분포, 보다 낮은 기계적 안정성 및 상이한 프랙탈 차원 (3-D 네트워크)을 갖는다. 반면에 침강 실리카와 비교하여, 세미-겔은 보다 좁은 기공 크기 분포를 가지어, 기공 크기 분포의 관점에서, 세미-겔은 실리카 겔과 침강 실리카 사이에 놓일 수 있다.
제조 방법의 관점에서도 차이점이 있다. 따라서, 실리카 겔은 상기한 바와 같이 일정한 농도의 용해된 콜로이드성 실리카를 사용하여 제조한다. 물유리 및 산을 농도가 더 이상 변하지 않을 때까지 혼합한다. 임의로 숙성 후, 다소 큰 블록의 실리카 겔이 생성된다.
대조적으로, 세미-겔은 일정하게 교반하거나 전단 에너지를 도입하고, 반응 동안 SiO2 농도를 증가시켜 제조되며, 그 결과 결국 "블록"이 아닌 미립자 구조가 수득된다. 세미-겔은 예를 들어, 중국 베이징 하이디안 구역 유콴로 No. 16 소재의 베이징 에어로스페이스 사이 데 파워 머티리얼 테크니컬 사 (Beijing Aerospace Sai De Power Material Technical Company Ltd.)에서 판매된다.
침강 실리카 및 실리카 겔 둘 다 코팅물에서 소광제로서 사용된다. 제US 4,285,846호에 또한 소광제로서 세미-겔의 용도가 개시되어 있다.
그러나, 코팅물의 광택을 감소시키는 장점 이외에, 코팅물 중 소광제의 사용은 또한 문제들을 야기한다. 예를 들어, 특정 코팅 시스템에서, 소광제의 첨가는 바람직하지 않게 그의 점도를 증가시킨다. EP 0 442 325호에 기재된 바와 같이, 특히, 요변성인 통상적 용제형 알키드 코팅물은 그의 유동학 특성의 관점에서 소광시키기 어렵다. 이는 특히 아크릴레이트 또는 아크릴레이트-폴리우레탄 기재의 수성 코팅 시스템 또는 상응하는 하이브리드 시스템과 관련이 있다.
소광제에서 주로 관찰되는 추가적인 문제는 침적하는 경향을 갖는다는 점이다. 코팅물 중에서 소광제가 침적하는 것을 방지하기 위해서, 대부분의 시판되는 통상적 소광제의 표면을 표면 개질제로 코팅한다. 여기서, 유기 성분이 SiO2 표면에 부착된다. 이러한 부착은 화학적이어서 SiO2 표면과 유기 성분 사이에 진정한 화학적 결합이 형성될 수 있고, 또한 물리적 이어서, 즉, 반데르발스 상호작용 또는 수소 결합에 의해 SiO2 표면에 유기 성분이 흡착될 수 있다. 그러나, 표면 개질은 이로 인해 문제가 수반된다. 따라서, 시판되는 통상적 표면 개질된 소광제는 흔히 코팅 물질의 저장 동안에 코팅이 탈착되어 바람직한 효과가 적어도 부분적으로 다시 상실되는 단점이 있다. 이로 인해 코팅 특성이 손상될 수 있다.
문서 WO200342293호에는 실리카 겔에 왁스가 코팅되어 있는 소광제가 개시되어 있다. WO9951692호에는, 실리카 겔을 우레아-우레탄 유도체로 코팅하는 것이 제안되어 있다.
특허 EP 0 442 325호에 따라 실리카 겔을 폴리올로 코팅하면 폴리아미드-개질된 알키드 수지를 기재로 한 코팅 물질 및 잉크의 요변성 거동에 대해, 효과가 (만약 있다면) 매우 낮은 소광제가 제조된다.
그 다음 DE 102004029069호에는 오르가노폴리실록산을 이용한 실리카 겔의 표면 개질이 개시되어 있고, DE 102004012090호에는 오르가노폴리실록산을 이용한 침강 실리카의 표면 개질이 개시되어 있다.
세미-겔과 관련된 한, 현재까지는 표면 개질로서의 왁싱 만이 개시되어 있다. 상응하는 제품은 중국 베이징 하이디안 구역 유콴로 No. 16 소재의 베이징 에어로스페이스 사이 데 파워 머티리얼 테크니컬 사에서 판매된다.
여러 적용을 위해, 매우 다양한 코팅 물질 및 다양한 코팅-재료 조성물이 존재한다. 코팅물의 보다 큰 유연성 및 성능 특성의 개선을 가능하게 하기 위한, 신규한 대안적 소광제에 대한 요구가 계속 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 코팅물 중 소광제로 사용할 수 있는 신규한 표면 개질된 세미-겔을 제공하는 것이었다. 특정한 목적은 당업계에 공지된 왁스-개질된 세미-겔보다 우수한 성능 특성을 갖는 표면 개질된 세미-겔을 제공하는 것이었다.
추가적인 목적은 본 발명의 표면 개질된 세미-겔을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이었다.
명백히 언급되지는 않지만, 후속되는 상세한 설명 및 실시예의 전체 맥락으로부터 추가적인 목적이 제시될 것이다.
놀랍게도, 이러한 목적은, 하기 상세한 설명 및 또한 청구범위 및 실시예에 보다 상세히 정의되는 본 발명의 표면 개질된 세미-겔을 수단으로, 그리고 하기 상세한 설명, 실시예 및 청구범위에 보다 상세히 기재되는 방법을 수단으로 달성됨을 확인했다.
본 발명은 세미-겔의 표면의 적어도 일부가 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산으로 개질된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔을 제공한다.
본 발명은 추가로 세미-겔의 표면의 적어도 일부가 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산으로 개질되었으며, 그들이
- 200 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 210 내지 350 ㎡/g의 BET 표면적,
- 0.95 내지 1.5 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.4 ㎖/g의, 직경이 2 내지 30 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 1.2 내지 1.8 ㎖/g, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 ㎖/g의, 직경이 2 내지 50 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 10 내지 50 ㎚, 15 내지 45 ㎚ 범위의 최대 기공
을 갖는 것을 특징으로 하는 세미-겔을 제공한다.
본 발명은 마찬가지로, 세미-겔의 표면을 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산과 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 본 발명의 표면 개질된 세미-겔을 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
마지막으로 본 발명은, 본 발명의 표면 개질된 세미-겔의, 특히 페이트 및 코팅물 중 소광제로서의 용도를 제공한다.
시판되는 SiO2-기재의 소광제와 비교시, 본 발명의 표면 개질된 세미-겔의 장점에는 다음이 포함된다:
침강 실리카-기재 소광제와 비교시, 세미-겔 기재 소광제는 보다 투명하므로, 코일 코팅 분야에서 장점을 가진다.
폴리실록산으로 코팅된 세미-겔은 왁스-코팅된 이산화규소와 비교시, 물리적 효과가 아닌 진정한 화학적 결합으로 표면 개질제가 부착된다는 점에서 장점을 가진다. 따라서, 표면 개질제가 탈착될 위험이 적다. 또한, 세미-겔 상의 매우 얇은 실록산 층을 실현하여 경제적 장점을 달성할 수 있다.
폴리실록산 내에 탄소-탄소 다중 결합을 갖는 본 발명의 세미-겔은 예를 들어, UV 바니시와 같은 UV 코팅 물질에 사용하는 맥락에서 특히 장점을 가진다. 이러한 시스템은 이산화규소 기재의 시판되는 소광제보다 본 발명의 생성물로 보다 훨씬 효과적으로 소광시킬 수 있다. 임의의 특정한 이론에 얽매이지 않으면서, 본 발명의 발명자들은 다중 결합이 또한 경화 동안 가교결합되어 특히 우수한 부착을 보장하는 것으로 생각한다.
본 발명은 하기에 보다 상세하게 기재된다. 우선 여러 중요한 용어를 정의한다.
본 발명의 목적상 실리카 겔은 겔 공정을 통해 제조되는 SiO2 기재 무기 산화물이다. 실리카 겔은 히드로겔, 에어로겔 및 크세로겔의 군으로 세분된다. 히드로겔 (또는 달리 아쿠아겔)은 물 속에서 제조되며, 따라서 그의 기공이 물로 채워진다. 크세로겔은 물이 제거된 히드로겔이다. 에어로겔은 겔 구조에 단지 최소한의 변경이 있으며 기공 부피가 대부분 유지되도록 액체가 제거된 크세로겔이다.
세미-겔은 실리카 겔과 비교하여 보다 넓은 기공 크기 분포를 가지고, 침강 실리카와 비교하여서는 보다 좁은 기공 크기 분포를 가지는 무정형 이산화규소로서, 기공 크기 분포의 관점에서, 세미-겔은 실리카 겔과 침강 실리카 사이에 놓일 수 있다.
표면 개질은 오르가노폴리실록산 및/또는 개질된 오르가노폴리실록산의 화학적 및/또는 물리적 부착을 의미한다. 환언하면, 표면 개질된 세미-겔에서, 세미-겔 입자의 적어도 일부의 표면의 적어도 일부는 표면 개질제로 코팅된다.
용어 오르가노폴리실록산과 폴리오르가노실록산, 및 개질된 오르가노폴리실록산과 개질된 폴리오르가노실록산은 서로 동의어로 사용된다.
본 발명의 표면 개질된 세미-겔은, 세미-겔의 표면의 적어도 일부가 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산으로 개질된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 표면 개질된 세미-겔은 바람직하게는 하기 물리화학적 파라미터를 가진다:
BET 표면적은 세미-겔의 표면 활성에 영향을 주어, 코팅 시스템 내의 네트워크의 안정화에 영향을 주며, 이는 따라서 상기 시스템의 유동학 특성, 특히 점도에 영향을 준다. 따라서 BET 표면적은 바람직하게는 200 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 200 내지 350 ㎡/g, 보다 바람직하게는 200 내지 300 ㎡/g 범위 내에 있다.
본 발명의 세미-겔의 기공 구조는 그의 코팅 시스템과의 상호작용에 상당한 영향을 준다. 기공이 너무 작거나 기공 부피가 너무 작은 경우, 코팅 물질은 중합체 성분에 충분히 침투할 수 없어, 거의 어떠한 상호작용도 일어나지 않는다. 반면, 기공이 너무 크다면, 중합체가 기공으로부터 다시 쉽게 용해되어 나갈 수 있으므로 상호작용이 역시 너무 약하다. 따라서 본 발명의 세미-겔이 하기 기공 특징:
- 0.7 내지 1.5 ㎖/g, 바람직하게는 0.95 내지 1.4 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.3 ㎖/g의, 직경이 2 내지 30 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 0.9 내지 1.8 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.7 ㎖/g, 보다 바람직하게는 1.1 내지 1.6 ㎖/g의, 직경이 2 내지 50 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 10 내지 50 ㎚, 바람직하게는 15 내지 45 ㎚, 바람직하게는 15 내지 40 ㎚, 매우 바람직하게는 20 내지 35 ㎚ 범위의 최대 기공
을 갖는 것이 바람직하다.
특정 실시양태에서, 본 발명의 세미-겔이 하기 특성 중 하나 이상을 가지는 것이 바람직하다:
본 발명의 세미-겔의 DBP 오일 흡수도가 어느 정도는 소광 효율과 상관관계를 가질 수 있음을 확인했다. 게다가, DBP는 오르가노폴리실록산의 최적의 흡수를 보장하는데 있어서 중요하다. 따라서 본 발명의 세미-겔의 DBP 오일 흡수도는 바람직하게는 150 내지 500 g/100g, 보다 바람직하게는 200 내지 450 g/100g, 특히 바람직하게는 250 내지 400 g/100g 범위이다.
특히 우수한 소광 효과를 수득하면서, 동시에 평활한 코팅 표면이 가능할 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 표면 개질된 이산화규소의 평균 입자 크기 d50는 바람직하게는 1 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 40 ㎛, 매우 바람직하게는 1 내지 30 ㎛, 특히 바람직하게는 2 내지 20 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 3 내지 15 ㎛ 범위 내이다. 평균 입자 크기는 코팅의 필름 두께에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 표면 개질된 세미-겔의 침적 거동은 일반적으로 1 내지 2이다.
모든 상기된 바람직한 범위는 서로 독립적으로 설정될 수 있다.
본 발명의 세미-겔의 특정 특성은 또한, 그의 특정 물리화학적 특성, 특히 표면 개질에 사용되는 중합체에 기인할 수 있다. 본 발명에 따른 특성을 지니는 세미-겔은 바람직하게는 1종 이상의 폴리오르가노실록산 또는 개질된 폴리오르가노실록산으로 처리된 표면을 가진다. 특히 바람직하게는 관련된 세미-겔은 폴리에테르-, 아크릴레이트- 및/또는 폴리아크릴레이트-개질된 폴리오르가노실록산 또는 폴리알콕시실록산으로 처리된 세미-겔이다.
본 발명의 한 특히 바람직한 실시양태에서, 세미-겔은 하기 화학식을 갖는 폴리오르가노실록산으로 처리된 표면을 가진다:
Figure pct00001
상기 식에서,
Y는 -OH, -OR이거나,
Y는 H5C2-O-(C2H4O)m-, H7C3-O-(C3H6O)m-이거나,
Y는
Figure pct00002
이고,
R은 -알킬, 특히 메틸 또는 에틸이고,
R2는 알킬 또는 H이고,
R3은 알킬이고,
R4는 H 또는 알킬이고,
a는 0 내지 100, b는 0 내지 100, c는 0 내지 100, d는 0 내지 100이고,
a + b + c + d의 합은 0이거나 또는 바람직하게는 0이 아니고,
m은 0 내지 100이고, k는 0 내지 100이다.
본 발명의 추가로 바람직한 실시양태에서, 세미-겔의 표면은 하기 화학식을 갖는 폴리오르가노실록산으로 코팅된다:
Figure pct00003
상기 식에서,
R1은 메틸 라디칼이거나,
R1은
Figure pct00004
이고/이거나
R1은
Figure pct00005
이고,
단위 a의 합은 0 내지 100이고, 단위 b의 합은 0 내지 15이고, 메틸 대 알콕시 라디칼 R1의 비는 50:1 미만이고, a = 0이면 b > 1이고, b = 0이면 a > 5이다. 특히 이러한 폴리오르가노실록산의 제조와 관련된 추가적인 상세한 사항은 DE 36 27 782 A1호에서 확인할 수 있다. 상기 특허 출원의 내용도 마찬가지로 본 발명의 대상이다.
용어 "알킬 라디칼"은 1 내지 100, 바람직하게는 1 내지 25, 보다 바람직하게는 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지쇄 알킬 라디칼, 및 또한 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 시클로알킬 라디칼을 포함한다. 알킬 라디칼은 하나 이상의 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함할 수 있으며 개별 원자는 O, N 또는 S와 같은 헤테로원자로 대체될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 실리콘 폴리에테르 아크릴레이트 중합체 또는 실리콘 폴리에테르 메타크릴레이트 중합체가 사용된다. 히드록시-관능성 실록산 및/또는 폴리알킬렌-개질된 실록산의 아크릴산 에스테르 및/또는 메타크릴산 에스테르를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 에스테르화 또는 에스테르교환을 촉매하는 효소의 존재하에서 아크릴산 및/또는 메타크릴산 또는 아크릴산 에스테르 및/또는 메타크릴산 에스테르와 하기 화학식 (I)의 히드록시-관능성 및/또는 폴리옥시알킬렌-개질된 실록산 유도체의 에스테르화 또는 에스테르교환에 의해 수득되는 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 I]
Figure pct00006
상기 식에서,
R1 및/또는 R7은 R2 또는 [R4]w-[R5]x-[R6]y-R8이고,
R2는 R3이거나 R3이 아니며, 이는 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖거나, 24개 이하의 탄소 원자를 갖는 임의로 치환된 페닐 라디칼을 갖는 동일하거나 상이한 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼을 의미하고,
R4는 화학식 O, NH, NR2, S의 2가 라디칼 또는 화학식 (OSi(CH3)2)u의 라디칼이며, 여기서 u는 1 내지 200이고,
R5는 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼 또는
CnH2n - fR2 f-R4-CmH2m -g-R2 g이며, 여기서
f는 0 내지 12이고,
g는 0 내지 12이고,
n은 1 내지 18이고,
m은 1 내지 18이고,
R6은 O-(C2H4 - aR2 aO)b(CcH2cO)d이며, 여기서
a는 0 내지 3이고,
b는 0 내지 100이고,
c는 2 내지 12이고,
d는 0 내지 100이고,
(b + d)의 합은 1 내지 200이고,
개별적 폴리옥시알킬렌 세그먼트 (C2H4 - aR2 aO)b 및 (CcH2cO)d의 순서는 임의로일 수 있으며, 특히 블록 공중합체 예컨대, 랜덤 중합체 및 또한 그의 조합을 포함함, 또는
R6은 Oe-ChH2h-CiH2i - jR9 j이며, 여기서
e는 0 또는 1이고,
h는 0 내지 24이고,
i는 0 내지 24이고,
j는 1 내지 3이고,
(w + e)의 합은 0 내지 1이고,
각 경우 R9는 화학식 O의 2가 라디칼, 히드록실기, 화학식 ChH2h의 라디칼 또는 화학식 CkH2k -l(OH)l의 라디칼이며, 여기서
k는 0 내지 24이고,
l은 1 내지 3이고,
R8은 수소 라디칼 또는 1가 유기 라디칼 (y가 1이면 분자 당 하나 이상의 수소 라디칼이 존재해야 함), 또는 OH기 또는 1가 유기 라디칼 (y가 0이면 분자 당 하나 이상의 OH기가 존재함)이고,
v는 0 내지 200이고,
w는 0 또는 1이고,
x는 0 또는 1이고,
y는 0 또는 1이고,
z는 0 내지 200이고,
(w + x + y)의 합은 1 내지 3이고,
z가 0이면, R1 및/또는 R7은 [R4]w-[R5]x-[R6]y-R8이고,
x가 0이면, w도 또한 0이다.
이는 화합물이 통계 법칙에 의해 본질적으로 좌우되는 분포를 갖는 혼합물 형태로 존재하는 당업자에게 잘 알려진 개념이다. 특히, 지수 b, d, u, v 및 z의 값은 따라서 평균 값을 나타낸다.
본 발명에 따라 아크릴산 및/또는 메타크릴산 또는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 에스테르의 효소적으로 촉매된 에스테르화 또는 에스테르교환에 의해 반응할 수 있는 실록산 유도체의 예는 다음과 같다:
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
아크릴산 및/또는 메타크릴산 또는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 에스테르와 상기 화합물의 저온, 보다 특히 20 내지 100℃, 바람직하게는 40 내지 70℃에서 온화한 조건하의 효소적 에스테르화 또는 에스테르교환은, 생성물의 보다 연한 색, 부산물 형성 회피 (예를 들어, 회피되지 않으면 부산물이 화학적 촉매로부터 유래될 수 있음), 생성물로부터 효소 촉매의 복잡하지 않은 제거 및 원치 않으며 제어되지 않는 아크릴로일 및/또는 메타크릴로일 화합물의 자유-라디칼 중합의 회피의 관점에서 유리하다.
이러한 방식으로 수득가능한 아크릴로일- 및/또는 메타크릴로일-관능성 실록산 유도체는, 원래 존재하는 히드록실기 전체의 5% 내지 100%가 아크릴산 및/또는 메타크릴산 에스테르로 전환되었다는 점에서 주목할 만하다.
아크릴화 및/또는 메타크릴화는, 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 에스테르, 보다 특히 메틸, 에틸 또는 부틸 메타크릴레이트 및/또는 아크릴레이트를 공여 분자로 사용하여 이상적으로 높은 수율로 일어난다.
촉매로서 바람직하게는 사용할 수 있는 효소는 가수분해효소, 특히 에스테라아제, 리파아제 및 프로테아제이다. 그의 특정 예는 노보자임 (Novozym)® 435이다. 효소는 순수한 형태 또는 지지체 상에 화학적 또는 물리적으로 고정된 형태로 사용할 수 있다. 사용되는 개질된 실록산을 기준으로 효소 촉매의 양은, 특히 0.1 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%이다. 반응 시간은 효소 촉매의 사용량 및 활성에 좌우되며 예를 들어, 48시간, 바람직하게는 24시간 이하이다.
단순한 반응 조건하에서 빠르게 높은 정도의 전환율에 도달하기 위하여, 반응 혼합물 중 10 중량% 이상의 아크릴산 및/또는 메타크릴산 및/또는 그의 상응하는 에스테르 (공여자로서)의 과량을 사용하는 것이 유리하다.
생산 시스템은 교반 탱크 반응기 또는 고정층 반응기를 특징으로 할 수 있다. 교반 탱크 반응기에는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 공여자로부터 유리된 알콜, 또는 아크릴산 및/또는 메타크릴산으로부터 유리된 물을 증류제거하기 위한 장치가 장착될 수 있다.
반응은 바람직하게는 목적하는 전환율이 달성될 때까지 계속한다. 반응의 물 또는 반응의 알칸올의 제거가, 반응 평형의 이동에 기인하여 보다 짧은 반응 시간 내에 보다 높은 수율을 야기하므로 동시에 증류시키는 반응 계획이 바람직하다.
전환율 정도를 최대화하기 위하여 반응의 물 또는 알칸올을 제거하는 것이 바람직하다.
반응이 종결된 후, 효소 촉매를 여과 또는 디캔팅과 같은 적합한 수단으로 제거할 수 있으며, 필요시 여러 번 사용할 수 있다.
고정층 반응기는 고정된 효소로 패킹할 수 있으며, 반응 혼합물은 촉매-패킹된 컬럼을 통해 펌핑된다. 지지체 상에 고정된 효소를 사용하여, 유동층 내에서 반응을 수행하는 것 또한 가능하다.
반응 혼합물을 컬럼을 통해 연속적으로 펌핑할 수 있고, 체류 시간 및 그에 따른 목적하는 전환율은 유속을 통해 제어가능하다. 반응 혼합물은, 컬럼을 통해 순환식으로 펌핑하는 것 또한 가능하며, 이 경우 반응의 물 또는 알칸올을 동시에 감압하에서 증류제거할 수 있다.
반응의 물 또는 알칸올을 제거하는 다른 방법 예컨대, 흡수 또는 투과증발 (pervaporation)을 또한 사용할 수 있다.
이러한 실리콘 폴리에테르 아크릴레이트- 또는 실리콘 폴리에테르 메타크릴레이트-폴리실록산-개질된 세미-겔이, UV-경화 코팅 시스템에 사용하기에 특히 적합한데, 이는 중합체 내의 이중 결합이 경화 동안 또한 가교결합 될 수 있기 때문이다.
본 발명의 표면 개질된 세미-겔은 다양한 방법으로 제조할 수 있으며, 각각의 방법에서 세미-겔의 표면은 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산과 접촉된다.
본 발명의 한 실시양태 I에서, 오르가노폴리실록산 및 임의로 전-분쇄된 세미-겔을 강하게 혼합한다. 세미-겔에 걸쳐 균일한 분포를 보장하도록 첨가를 실시한다. 그 후, 혼합물을 바람직하게는 건조시키고 분쇄하며, 필요시 체질하거나 분류한다.
본 발명의 한 실시양태 II에서, 10% 이하의 잔류 수분 함량을 갖는 건조된 세미-겔을 오르가노폴리실록산과 강하게 혼합한다. 세미-겔의 균일한 분포를 보장하도록 오르가노폴리실록산의 첨가를 실시한다. 그 후, 혼합물을 임의로 분쇄하며, 필요시 체질하거나 분류한다.
본 발명의 한 실시양태 III에서, 세미-겔을 분쇄하고, 동시에 표면을 개질한다. 이러한 목적으로, 목적하는 코팅 비율에 도달하는 방식으로 중합체를 밀의 밀링 챔버로 수송한다. 그 후, 생성물을 임의로 체질하거나 분류하며, 필요시 건조시킨다.
방법 변형 I 및 II의 경우에서, 세미-겔을 혼합기에 도입하고, 표면 개질제를 첨가하고, 세미-겔과의 강한 혼합을 수행하는 것이 바람직하다. 혼합기와 관련하여 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 뢰디게 (Loedige) 혼합기 또는 텀블 혼합기를 사용할 수 있다.
세미-겔에 걸쳐 균일한 분포를 보장하는 방식으로 바람직하게 첨가를 실시한다. 이는 예를 들어, 분무 도입 또는 노즐 도입 또는 적가를 통해, 또는 당업자에게 공지된 다른 방법을 통해 가능하다.
건조 세미-겔 및 또한 습윤 세미-겔, 즉, 필터 케이크를 사용하는 것이 가능하다. 세미-겔의 수분 함량은 1 중량% 내지 15 중량%일 수 있다.
방법 변형 I 및 II에서, 세미-겔에 바람직하게는 코팅 전에 전-분쇄 처리를 한다. 건조 세미-겔이 사용되는 경우, 이는 바람직하게는 가속 건조로 건조시킨다. 특히 적합한 것으로 확인된 건조 어셈블리에는, 분무 건조기, 분쇄 건조기, 기압식 건조기 또는 스핀-플래시 건조기가 포함된다. 세미-겔의 수분 함량은 바람직하게는 1 중량% 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 2 중량% 내지 10 중량%, 매우 바람직하게는 3 중량% 내지 5 중량%이다.
방법 변형 3에서, 표면 개질은 밀링 장치 내에서 수행하며, 세미-겔은 바람직하게는 동시에 분쇄, 표면 개질되며, 매우 바람직하게는, 또한 동시에 건조된다. 이러한 변형체에서 또한, 전-분쇄된 세미-겔을 사용하는 것이 가능하나, 예비 분쇄를 수행하지 않는 것이 바람직하다.
상기 방법 변형에서 예비 분쇄를 위해, 모든 종류의 밀이 적합하지만, 기계적 비터 (beater) 밀이 바람직하다.
소광제로서 적용시 요구되는 대로 생성물을 미세하게 분할하는데 필요한, 최종 생성물을 제공하기 위한 미세한 분쇄에, 공기 및 스팀 제트 밀이 특히 적합한 것으로 확인되었다. 미세한 분쇄를 대향형-제트 유동층 밀 상에서 수행하는 것이 특히 바람직하다.
너무 큰 조각 또는 작은 조각이 나오지 않도록 하기 위해, 50 ㎛ 초과, 바람직하게는 30 ㎛ 초과, 특히 20 ㎛ 초과의 직경을 갖는 입자를 제거하는 것이 유리하다. 소광제의 미세 정도에 따라, 이는 예를 들어, 적절한 체 또는 분류 장비를 수단으로 수행할 수 있고, 이는 또한 밀 내에 통합시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 표면 개질은 분쇄 또는 건조 이전, 그 동안 또는 그 후에 수행할 수 있다. 표면 개질제는, 순수한 비희석 형태 또는 희석 형태의 수성 에멀젼으로서 첨가할 수 있다. 세미-겔을 기준으로 바람직하게는 0.2 중량% 내지 12 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%, 매우 바람직하게는 2 중량% 내지 8 중량%, 및 특히 바람직하게는 3 중량% 내지 8 중량%의 오르가노폴리실록산을 첨가한다.
본 발명의 방법에서 사용되는 개질되지 않은 세미-겔 전구체는 공지된 방법으로 제조하거나 시판되는 것을 구할 수 있다. 중국 베이징 하이디안 구역 유콴로 No. 16 소재의 베이징 에어로스페이스 사이 데 파워 머티리얼 테크니컬 사로부터의 세미-겔 SD 500, SD 520, SD 530, SD 538, SD 540, SD 600, SD 640 및 SD 690을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
출발 물질로서, 바람직하게는 세미-겔, 보다 바람직하게는 오르가노폴리실록산으로 표면 개질되지 않은 세미-겔을 사용하며, 이는 하기 물리화학적 특성을 갖는다:
- 200 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 210 내지 350 ㎡/g의 BET 표면적,
- 0.95 내지 1.5 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.4 ㎖/g의, 직경이 2 내지 30 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 1.2 내지 1.8 ㎖/g, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 ㎖/g의, 직경이 2 내지 50 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
- 10 내지 50 ㎚, 15 내지 45 ㎚ 범위의 최대 기공.
이로부터 표면 개질 단계를, 공지된 세미-겔 제조 방법에 부가적 단계로서 통합시킬 수 있거나, 달리 세미-겔 전구체를 획득할 수 있고 방법 변형 I 내지 III 중 하나에 있어서 출발 물질로서 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 방법에서 표면-개질 오르가노폴리실록산으로서 이미 앞서 기재한 폴리오르가노실록산 또는 개질된 폴리오르가노실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면 개질된 세미-겔은 잉크 및 페인트 중 소광제로서 바람직하게 사용된다.
부가적으로, 본 발명의 표면 개질된 세미-겔은 예를 들어, 종이 코팅의 구성성분으로서, 소포제 제제의 구성성분으로서, 실리콘 고무 중 강화제로서, 또는 중합체 제제 중 예를 들어, 블로킹 방지제로서와 같이 세미-겔이 통상 사용되는 모든 적용 분야에서 사용할 수 있다.
본 발명의 표면 개질된 세미-겔의 물리화학적 데이터는 하기 방법으로 측정한다:
BET 표면적의 측정
세미-겔의 BET 표면적은 브루나우어 (Brunauer), 에메트 (Emmett), 텔러 (Teller) (BET)의 질소 흡착 방법을 수단으로 DIN ISO 9277에 따른 방법으로 측정한다. 이 방법은 문헌 [S. Brunauer, P.H. Emmett and E. Teller, J. Am. Chem. Soc., 60, 309 (1938)]의 연구를 기초로 한다.
이 측정은 트리스타 (Tristar) 3000 기구 (마이크로메리틱스 (Micromeritics))에서 수행된다. 분석되는 샘플은 밀폐된 진공하에 샘플에 가한 압력이 30분 동안 일정하게 지속될 때까지 측정하기 전에 160℃에서 진공 (p < 10-3mbar)하에 탈기시킨다.
메조기공 부피의 측정
메조기공 분포는 바렛 (Barret), 조이너 (Joyner) 및 할렌다 (Halenda)의 방법으로 측정하며 문헌 [E. P. Barret, L. G. Joyner and P. H. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373, (1951)]의 연구를 기초로 한다.
측정은 아삽 (ASAP) 2400 기구 (마이크로메리틱스)에서 수행된다. 분석되는 샘플은 밀폐된 진공하에 샘플에 가한 압력이 30분 동안 일정하게 지속될 때까지 측정하기 전에 200℃에서 진공 (p < 10-3mbar)하에 탈기시킨다.
건조시 손실의 측정
세미-겔의 수분 함량 또는 건조시 손실 (LD)은 105℃에서 2시간 동안 건조시킨 후 ISO 787-2에 따른 방법으로 측정한다. 이러한 건조시 손실은 주로 수성 수분에 의한 것이다.
10g의 미분 세미-겔을 정밀 저울 (사르토리우스 (Sartorius) LC621S)에서 건조 유리 비커 안에 넣어 0.1mg의 정확도로 칭량 (초기 질량 E)한다. 유리 비커는 다수의 홀 (Φ 1mm)이 뚫어져 있는 알루미늄 박으로 덮는다. 이러한 방식으로 덮은 유리 비커를 105℃에서 2시간 동안 건조 오븐 속에서 건조시킨다. 이어서, 뜨거운 유리 비커를 적어도 1시간 동안 데시케이터 속 건조제 상에서 실온으로 냉각시킨다.
최종 질량 A를 측정하기 위해, 유리 비커를 정밀 저울에서 0.1mg의 정확도로 칭량한다. 수분 함량 (LD)(%)은 하기 수학식에 따라 결정한다:
LD = (1 - A / E) * 100
상기 식에서, A는 최종 질량 (g)이고, E는 최초 질량 (g)이다.
강열 ( ignition )시 손실의 측정
본 방법에 따라, 세미-겔의 중량 손실을 1000℃에서 DIN EN ISO 3262-1에 따라 측정한다. 이 온도에서, 물리적 및 화학적 결합수 및 기타 휘발성 구성성분들이 제거된다. 조사한 샘플의 수분 함량 (LD)은 상기한 DIN EN ISO 787-2에 따른 "건조시 손실의 측정" 방법으로 측정한다.
0.5g의 세미-겔을 앞서에 소성시킨 자기 도가니 (용기 중량을 잼)에 넣어 0.1mg의 정확도로 칭량 (최초 질량 E)한다. 샘플을 1000±50℃에서 2시간 동안 머플 노에서 가열한다. 자기 도가니를 후속적으로 건조제로서 세미-겔을 사용하여 데시케이터 캐비넷 속에서 실온으로 냉각시킨다. 최종 질량 A는 중량계로 측정한다.
강열시 손실 (LOI)(%)은 하기 수학식에 따라 수득한다:
LOI =(1 - A / F) * 100
상기 식에서, F는 건조 물질을 기준으로 하여, 보정된 초기 질량 (g)이고,
수학식 F = E * (1 - LD / 100)에 따라 계산한다.
계산시, F는 최종 질량 (g)이고, E는 초기 질량 (g)이고, LD = 건조시 손실 (%)이다.
DBP 수의 측정
세미-겔의 흡수성의 척도인 DBP 흡수도 (DBP 수)는 다음과 같이 DIN 53601 기준에 따라 측정한다:
12.50g의 미분 세미-겔 (수분 함량 4±2%)을 브라벤더 흡수계 "E" (토크 센서의 출구 필터를 댐핑하지 않고)의 혼련기 챔버 (품목 번호 279061) 안으로 도입시킨다. 연속해서 혼합하면서 (혼련기 패들은 125rpm의 속도로 회전함), 디부틸 프탈레이트를 브라벤더 T 90/50 도시매트 (Dosimat)를 사용하여 실온에서 4ml/min의 속도로 혼합물에 적가한다. 이를 혼합하여 도입하는 것은 적은 힘만으로 수행되며, 디지털 디스플레이에 의해 모니터링 된다. 측정 말기로 갈수록, 혼합물은 페이스트상으로 되고, 이는 요구되는 힘이 급격하게 증가하는 것으로 표시된다. 디스플레이에 600 디지트 (토크 0.6 Nm)가 표시되면, 전기 접촉으로 혼련기 및 DBP 공급을 모두 폐쇄시킨다. DBP 공급용 동시 모터가 디지털 카운터에 커플링되어 있으므로, DBP의 소비량 (ml)을 판독할 수 있다.
DBP 흡수도는 g/100g로 표시되고, 하기 수학식을 사용하여 계산된다.
Figure pct00021
DBP는 DBP 흡수도 (g/100g)이고,
V는 DBP 소비량 (ml)이고,
D는 DBP 밀도 (g/ml)(20℃에서 1.047g/ml)이고,
E는 세미-겔의 초기 질량 (g)이고,
K는 표 1에 대한 보정값 (g/100g)이다.
DBP 흡수도는 무수의 건조된 세미-겔에 대해 정의된다. 습윤성 세미-겔이 사용되는 경우, DBP 흡수도를 계산하기 위해 보정값 (K)을 고려할 필요가 있다. 이 값은 표 1을 사용하여 측정할 수 있는데, 예를 들어, 수분 함량이 5.8%인 세미-겔은 DBP 흡수도에 대해 33 g/100g을 더함을 의미한다. 세미-겔의 수분 함량은 상기한 "건조시 손실의 측정" 방법에 따라 측정한다.
Figure pct00022
입자 크기의 측정
분말 형태인 고체의 입자 크기 분포의 측정 위한 레이저 회절 적용은, 입자 크기의 함수로서, 입자들이 전방향에서 상이한 강도 패턴으로 단색광 레이저 빔을 산란 (또는 회절)시키는 현상을 바탕으로 한다. 조사된 입자의 직경이 작을 수록, 단색 레이저 빔의 산란 또는 회절 각도가 크다.
샘플 제조 및 측정은 친수성 이산화규소의 경우, 분산용 액체로서 탈이온수를 사용하여 수행되거나, 물로 충분히 적실 수 없는 이산화규소의 경우, 순수 에탄올을 사용하여 수행된다. 측정을 개시하기 전에, 레이저 회절 기구 LS 230 (베크만 콜터 (Beckman Coulter); 측정 범위: 0.04-2000 ㎛) 및 액체 모듈 (스몰 볼륨 모듈 플러스 (Small Volume Module Plus), 120ml, 베크만 콜터)을 2시간 동안 작동시켜 가온하고, 모듈을 탈이온수로 3회 세정한다. 소수성 침강 실리카를 측정하는 경우, 헹굼 조작을 순수한 에탄올을 사용하여 수행한다.
LS 230 레이저 회절 기구의 기구 소프트웨어에서, 미에 (Mie) 이론에 따른 평가와 관련된 하기 광학 파라미터는 .rfd 파일에서 정의된다
분산 액체의 굴절률 B. I. Real물 = 1.332 (에탄올에 있어서는 1.359); 고체 (샘플 재료)의 굴절률 RealSiO2 = 1.46;
허수 = 0.1;
형태 인자 = 1.
부가적으로, 입자 측정과 관련이 있는 하기 파라미터가 설정되어야 한다:
측정 시간 = 60초
측정 횟수 = 1
펌프 속도 = 75%
샘플의 성질에 따라, 분말 고체 형태로 스패튤라를 사용하여, 또는 현탁된 형태로 2ml 1회용 피펫을 사용하여 기구의 액체 모듈 (스몰 볼륨 모듈 플러스)에 직접 도입할 수 있다. 측정시 요구되는 샘플 농도에 도달하면 (최적 광학 쉐이딩), LS 230 레이저 회절 기구의 기구 소프트웨어가 "OK"라고 보고한다. 분쇄된 이산화규소를 액체 모듈 내에 소닉스 (Sonics)로부터의 바이브라 셀 (Vibra Cell) VCX 130 초음파 프로세서와 CV 181 초음파 변환기 및 6mm 초음파 팁을 사용하여 70% 진폭으로 60초 동안 초음파처리하여 분산시키고, 그와 동시에 펌핑 순환시킨다. 분쇄되지 않은 이산화규소의 경우, 분산은 초음파처리 없이, 액체 모듈 내에서 60초 동안 펌핑 순환시키며 수행된다. 측정은 실온에서 수행한다. 원 데이터로부터, 기구 소프트웨어는 미에 이론을 기초로, 입자 크기의 부피 분포 및 d50 값 (중앙값)을 계산을 하기 위해 앞서 정의된 광학 파라미터 (.rfd 파일)를 사용한다.
ISO 13320 "입자 크기 분석 - 레이저 회절 방법에 대한 안내"에는 입자 크기 분포를 결정하기 위한 레이저 회절 방법에 상세히 기재되어 있다.
탄소 함량의 측정
세미-겔의 탄소 함량을 C-매트 500 (스트뢸라인 인스트루먼츠 (Stroehlein Instruments))을 사용하여 측정한다. 샘플을 약 1350℃에서 열처리하고, 산소 스트림을 통해 탄소를 CO2로 산화시킨다. CO2를 적외선 셀 내에서 측정한다.
측정하는 동안, 탄소 함량이 1% 초과인가 미만인가로 구별한다. 균질 샘플의 탄소 함량이 1% 초과인 경우, 측정을 기구의 "높은" 범위에서 수행하고, 1% 미만인 경우, 측정을 "낮은" 범위에서 수행한다.
우선 대조군 샘플을 측정한다. 이러한 목적으로, 0.14 내지 0.18g의 대조군 샘플을 분석용 저울 위에서, 하소시켜 정제한 도자기 보트로 투입하여 칭량하고 실온으로 냉각시킨다. 저울이 C-매트와 결합되어 있기 때문에 시작 버튼을 작동시키면 중량이 이월된다. 보트는 30초 이내에 연소 튜브의 중앙으로 밀어 넣어야 한다. 연소 종료시 측정치를 펄스로 전환시키고, 컴퓨터로 평가한다. 3회 이상의 측정 (동의에 따름)을 수행한다. 기구의 계수 재조정이 필요할 수 있다 (세부사항은 C-mat 500, 스트뢸라인 인스트루먼츠의 작동 지침서 참고). 이 계수는 하기 수학식에 따라 계산한다:
Figure pct00023
후속적으로 세미-겔 샘플을 측정한다. 초기 질량은 0.04 내지 0.05g이다. 자기 보트를 자기 뚜껑으로 덮는다. 편차가 0.005%를 초과하는 경우, 측정을 보다 많이 수행하고 평균을 계산한다.
스트뢸라인 인스트루먼츠 사에서 나온 작동 지침서에 따라 C-매트 500을 작동시킨다.
탄소 함량을 다음과 같이 계산하고 % 단위로 나타낸다:
탄소 함량 = (P * F * 10-8)/E
p = 펄스
F = 계수
E = 초기 질량 (g)
코트 두께의 측정
소광된 코팅 물질의 반사율계 값은, 다른 인자들 중 특히 코팅물의 코트 두께에 의해 영향을 받는다. 따라서 건조된 코팅 필름의 두께를 정확하게 모니터링하는 것이 필요하다.
다음 과정은 오로지 유리 기판 상의 단일 코트 필름의 측정에 대해서만 적용된다. 측정을 수행하기 전에, 초음파 코트 두께 측정 기구 (퀸트소닉 (QuintSonic), 일렉트로 피직 (Elektro Physik))의 프로브는 기구 조작 지침서에 따라 검정되어야 한다. 충분량의 커플링제를 프로브 측정 영역에 적용한 후, 프로브를 코팅 표면 상에 수직으로 위치시키고, 프로브 버튼을 눌러 측정을 개시한다. 잠시 후, 측정된 값이 나타난다. 프로브를 측정 영역으로부터 들어올린다.
측정하고자 하는 대상에 균일하게 분포된 측정 부위에서 5회 이상 측정한다. 이는 측정 부위가 파임, 봉입, 스크래치, 기포 등과 같은 어떠하나 결함, 또는 임의의 얼룩을 지니지 않도록 보장해야 한다.
수득한 측정 데이터로부터 평균을 내고 1 ㎛의 정확도로 반올림한다.
60°및 85° 반사율계 값의 측정
코팅 필름 표면의 의도된 조면화의 결과로서 반사율에 발휘되는 효과는 SiO2를 기재로 한 소광제의 우수한 특성이다. 따라서, 반사율계 값은 소광된 코팅 필름을 특징규명하는 중요한 기준이다.
측정의 전제 조건은 측정하고자 하는 코팅 필름 표면이 평면이고, 깨끗하며 경화되어야 한다는 점이다.
측정은 DIN 67530 (예, 헤이즈-글로스 (Haze-gloss), BYK 인스트루먼츠 (BYK Instruments))에 따른 측정 기하를 이용한 반사율계를 통해 샘플 상의 3개 이상의 대표 부위에서 수행한다. 개별적인 측정이 서로 너무 크게 벗어나면, 일반적으로 대표 부위에서 추가로 측정해야 하거나, 개별적 측정 횟수를 3회 초과로 증가시켜야 한다. BYK 헤이즈-글로스상에서 측정의 표준 편차가 디스플레이에 나타난다. 표준 편차 (s)가 0.5를 초과하는 경우, 위에서 언급한 측정을 수행하는 것이 권고된다. 평균 값은 소수점 첫째 자리까지 기록되어야 한다.
소광된 코팅 필름 표면의 특징규명시, 60°및 85°측정 기하로 측정을 수행하는 것이 적절한 것으로 확인되었다. 따라서, DIN 67530과는 다르게, 소광된 코팅 필름 표면의 반사율계 값은 두 측정 기하를 사용하여 측정된다.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 범주를 제한하지 않으면서 이를 예시하고자 하는 것이다.
본 발명의 실시예 1
하기 표 2와 같은 물리화학적 데이터를 갖는 중국 베이징 하이디안 구역 유콴로 No. 16 소재의 베이징 에어로스페이스 사이 데 파워 머티리얼 테크니컬 사로부터의 세미-겔 SD 500을 아래와 같이 알파인 (Alpine) AFG 50 제트 밀을 사용하여 분쇄하였고, 동시에 50 중량%의 오르가노폴리실록산 테고라드 (TegoRad) 2300 및 50 중량%의 에탄올로 이루어진 현탁액으로 코팅했다:
분류기 속도: 15,000 rpm
분류 공기: 30 ㎥/h (stp)
분쇄 압력: 4 bar
PID 팬: 51%
전체 공기: 82 ㎥/h (stp)
처리량: 0.57 kgSiO2/h
분쇄 시간: 80분
생성물을 후속하여 80℃의 건조 캐비넷 안에서 2.5시간 동안 건조시켰다.
최종적으로 표 2에 보고된 물리화학적 특성을 갖는 표면 개질된 세미-겔을 수득하기 위해 테고라드 2300 현탁액을 첨가했다.
본 발명의 실시예 2
하기 표 2와 같은 물리화학적 데이터를 갖는 중국 베이징 하이디안 구역 유콴로 No. 16 소재의 베이징 에어로스페이스 사이 데 파워 머티리얼 테크니컬 사로부터의 세미-겔 SD 600을 아래와 같이 알파인 AFG 50 제트 밀을 사용하여 분쇄하였고, 동시에 50 중량%의 오르가노폴리실록산 테고라드 2300 및 50 중량%의 에탄올로 이루어진 현탁액으로 코팅했다:
분류기 속도: 15,000 rpm
분류 공기: 30 ㎥/h (stp)
분쇄 압력: 4 bar
PID 팬: 51%
전체 공기: 79 ㎥/h (stp)
처리량: 0.75 kgSiO2/h
분쇄 시간: 80분
생성물을 후속하여 80℃의 건조 캐비넷 안에서 2.5시간 동안 건조시켰다.
최종적으로 표 2에 보고된 물리화학적 특성을 갖는 표면 개질된 세미-겔을 수득하기 위해 테고라드 2300 현탁액을 첨가했다.
Figure pct00024
비교 실시예 1
비교 실시예 1에 있어서, 에보닉 데구사 사 (Evonik Degussa GmbH)로부터의 침강 실리카 에이스매트(ACEMATT)® HK 400을 8 질량%의 테고라드® 2300로 코팅했다.
실시예 4:
흑색 코팅 물질에서 본 발명의 세미- 겔의 코팅 특성의 시험
사용된 흑색 코팅 물질은 허버츠 오스트리아 사 (Herberts Austria GmbH)에서 제조된 듀폰으로부터의 듀플렉스 (Duplex) D 1326이었다. 5.5 g의 각각의 소광제를 도입했다.
60°및 85°반사율계 값을 DIN 67530, ISO 2813 또는 TM 523-78에 따른 방법으로 측정하고, 광휘 (sheen; 즉, 85°반사율계 값 - 60°반사율계 값)를 계산했다 (표 3 참고). 광휘를 알면 여러 관찰 각도에서의 표면 상의 소광 효과에 대한 설명이 가능해진다. 낮은 광휘는 관찰되는 모든 각도에서 표면이 무광으로 보임을 의미한다.
Figure pct00025
표 3의 데이터는 본 발명의 표면 개질된 세미-겔의 소광 효율이, 동일한 표면 개질제 및 소광제로 판매되는 것으로 처리된 침강 실리카와 비교하여 현저히 개선되었음을 나타내며, 이러한 개선은 85°에서의 광택 값과 관련하여 특히 적용된다. 본 발명의 소광제로 소광된 코팅은 광휘로부터 확인되는 바와 같이 대략 50% 개선되어 모든 관찰 각도에서 균일하게 무광으로 보인다.

Claims (13)

  1. 세미-겔의 표면의 적어도 일부가 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산으로 개질된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔.
  2. 제1항에 있어서,
    - 200 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 200 내지 350 ㎡/g, 보다 바람직하게는 200 내지 300 ㎡/g의 BET 표면적,
    - 0.7 내지 1.5 ㎖/g, 바람직하게는 0.95 내지 1.4 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.3 ㎖/g의, 직경이 2 내지 30 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
    - 0.9 내지 1.8 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.7 ㎖/g, 보다 바람직하게는 1.1 내지 1.6 ㎖/g의, 직경이 2 내지 50 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
    - 10 내지 50 ㎚, 바람직하게는 15 내지 45 ㎚, 바람직하게는 15 내지 40 ㎚, 매우 바람직하게는 20 내지 35 ㎚ 범위의 최대 기공
    을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    세미-겔의 표면이 하기 화학식을 갖는 폴리오르가노실록산으로 코팅된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔.
    Figure pct00026

    상기 식에서,
    Y는 -OH, -OR이거나,
    Y는 H5C2-O-(C2H4O)m-, H7C3-O-(C3H6O)m-이거나,
    Y는
    Figure pct00027
    이고,
    R은 -알킬, 특히 메틸 또는 에틸이고,
    R2는 알킬 또는 H이고,
    R3은 알킬이고,
    R4는 H 또는 알킬이고,
    a는 0 내지 100, b는 0 내지 100, c는 0 내지 100, d는 0 내지 100이고,
    a + b + c + d의 합은 0이거나 또는 0이 아니고,
    m은 0 내지 100이고, k는 0 내지 100이다.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    세미-겔의 표면이 하기 화학식을 갖는 폴리오르가노실록산으로 코팅된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔.
    Figure pct00028

    상기 식에서,
    R1은 메틸 라디칼이거나,
    R1은
    Figure pct00029
    이고/이거나
    R1은
    Figure pct00030
    이고,
    단위 a의 합은 0 내지 100이고, 단위 b의 합은 0 내지 15이고, 메틸 대 알콕시 라디칼 R1의 비는 50:1 미만이고, a = 0이면 b > 1이고, b = 0이면 a > 5이다.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    세미-겔의 표면이 실리콘 폴리에테르 아크릴레이트 중합체 또는 실리콘 폴리에테르 메타크릴레이트 중합체, 바람직하게는 히드록시-관능성 실록산 및/또는 폴리알킬렌-개질된 실록산의 아크릴산 에스테르 및/또는 메타크릴산 에스테르, 보다 바람직하게는 에스테르화 또는 에스테르교환을 촉매하는 효소의 존재하에서 아크릴산 및/또는 메타크릴산 또는 아크릴산 에스테르 및/또는 메타크릴산 에스테르와 하기 화학식 (I)의 히드록시-관능성 및/또는 폴리옥시알킬렌-개질된 실록산 유도체의 에스테르화 또는 에스테르교환에 의해 수득되는 오르가노폴리실록산으로 코팅된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세미-겔.
    [화학식 I]
    Figure pct00031

    상기 식에서,
    R1 및/또는 R7은 R2 또는 [R4]w-[R5]x-[R6]y-R8이고,
    R2는 R3이거나 R3이 아니며, 이는 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼, 또는 24개 이하의 탄소 원자를 갖는 임의로 치환된 페닐 라디칼을 의미하고,
    R4는 화학식 O, NH, NR2, S의 2가 라디칼 또는 화학식 (OSi(CH3)2)u의 라디칼이며, 여기서 u는 1 내지 200이고,
    R5는 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼 또는
    CnH2n - fR2 f-R4-CmH2m -g-R2 g이며, 여기서
    f는 0 내지 12이고,
    g는 0 내지 12이고,
    n은 1 내지 18이고,
    m은 1 내지 18이고,
    R6은 O-(C2H4 - aR2 aO)b(CcH2cO)d이며, 여기서
    a는 0 내지 3이고,
    b는 0 내지 100이고,
    c는 2 내지 12이고,
    d는 0 내지 100이고,
    (b + d)의 합은 1 내지 200이고,
    개별적 폴리옥시알킬렌 세그먼트 (C2H4 - aR2 aO)b 및 (CcH2cO)d의 순서는 임의적일 수 있으며, 특히 블록 공중합체 예컨대, 랜덤 중합체 및 또한 그의 조합을 포함함, 또는
    R6은 Oe-ChH2h-CiH2i - jR9 j이며, 여기서
    e는 0 또는 1이고,
    h는 0 내지 24이고,
    i는 0 내지 24이고,
    j는 1 내지 3이고,
    (w + e)의 합은 0 내지 1이고,
    각 경우 R9는 화학식 O의 2가 라디칼, 히드록실기, 화학식 ChH2h의 라디칼 또는 화학식 CkH2k -l(OH)l의 라디칼이며, 여기서
    k는 0 내지 24이고,
    l은 1 내지 3이고,
    R8은 수소 라디칼 또는 1가 유기 라디칼 (y가 1이면 분자 당 하나 이상의 수소 라디칼이 존재해야 함), 또는 OH기 또는 1가 유기 라디칼 (y가 0이면 분자 당 하나 이상의 OH기가 존재함)이고,
    v는 0 내지 200이고,
    w는 0 또는 1이고,
    x는 0 또는 1이고,
    y는 0 또는 1이고,
    z는 0 내지 200이고,
    (w + x + y)의 합은 1 내지 3이고,
    z가 0이면, R1 및/또는 R7은 [R4]w-[R5]x-[R6]y-R8이고,
    x가 0이면, w도 또한 0이다.
  6. 세미-겔의 표면이 1종 이상의 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산, 바람직하게는 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 오르가노폴리실록산 및/또는 1종 이상의 개질된 오르가노폴리실록산과 접촉되는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 표면 개질된 세미-겔의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 표면 개질을 분쇄 조작 이전 및/또는 이후 및/또는 동시에, 바람직하게는 공기-제트 또는 스팀-제트 밀 또는 대향형-제트 유동층 밀을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 오르가노폴리실록산을 순수한 비희석 형태 또는 희석된 형태의 수성 에멀젼으로서 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 사용되는 출발 물질이 하기 물리화학적 특성:
    - 200 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 210 내지 350 ㎡/g의 BET 표면적,
    - 0.95 내지 1.5 ㎖/g, 바람직하게는 1.0 내지 1.4 ㎖/g의, 직경이 2 내지 30 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
    - 1.2 내지 1.8 ㎖/g, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 ㎖/g의, 직경이 2 내지 50 ㎚인 기공에 대한 메조기공 부피,
    - 10 내지 50 ㎚, 15 내지 45 ㎚ 범위의 최대 기공
    을 갖는 세미-겔인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 세미-겔을, 세미-겔을 기준으로 0.2 중량% 내지 12 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%, 매우 바람직하게는 2 중량% 내지 8 중량%, 특히 바람직하게는 3 중량% 내지 8 중량%의 오르가노폴리실록산 또는 개질된 오르가노폴리실록산과 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 세미-겔을, 바람직하게는 분무 건조기 또는 분쇄 건조기 또는 기압식 건조기 또는 스핀-플래시 건조기로 건조시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 표면 개질된 세미-겔 또는 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 표면 개질된 세미-겔의, 페인트 및 코팅물 중 소광제로서, 종이 코팅의 구성성분으로서, 소포제 제제로서, 실리콘 고무 중 강화제로서 및/또는 플라스틱 적용에서 블로킹 방지제로서의 용도.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 표면 개질된 세미-겔 또는 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 표면 개질된 세미-겔을 포함하는 코팅 제제.
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