KR20130096161A - 중합체 코팅용 나노실리카-기반 프라이머를 포함하는 물품 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시 내용은 실리카 나노입자를 포함하는 프라이머 코팅(primer coating)으로 프라이밍된(primed) 기재 상에 중합체 코팅을 포함하는 물품, 및 코팅 방법을 제공한다. 중합체 코팅은 바람직하게는 실리콘-기반 중합체성 물질이다.
Description
우리의 일상 생활에서 실리콘-기반 물질이 종종 사용된다. 예를 들어, 실리콘 엘라스토머는 장기간의 자외선광 노출 하에서 안정성이 있는 것으로 알려져 있다. 실리콘 엘라스토머는 광학적으로 투명하고 강할 수 있으며, 이에 따라 실외용으로 아주 적합하다. 이러한 유형의 물질에서의 통상적인 문제점은 기재 표면에의 점착력이다. 따라서, 매우 다양한 기재 상의 실리콘-기반 물질에 효과적인 프라이머(primer)가 필요하다.
본 개시 내용은 실리카 나노입자를 포함하는 프라이머 코팅(primer coating)으로 프라이밍된(primed) 기재 상에 중합체 코팅을 포함하는 물품, 및 코팅 방법을 제공한다. 중합체 코팅은 바람직하게는 실리콘-기반 중합체성 물질이다.
일 실시 형태에서, 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 및 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품이 있고, 나노입자-함유 프라이머는 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체는 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자는 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있다.
다른 실시 형태에서, 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 나노입자-함유 프라이머 상에 배치된 실리콘 타이층(silicone tie layer), 및 실리콘 타이층에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품이 있고, 타이층은 UV 경화 또는 열 경화 중 적어도 하나로 경화되며, 나노입자-함유 프라이머는 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체는 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자는 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있다.
일부 실시 형태에서, 실리카 나노입자는 구형이고, 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만(바람직하게는, 20 나노미터 미만, 더욱 바람직하게는, 10 나노미터 미만, 및 더욱 더 바람직하게는, 5 나노미터 미만)이다.
일부 실시 형태에서, 코팅된 물품의 기재 표면은 금속 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 유기 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 미러 필름 표면, 플루오로중합체 필름 표면, PVDF/PMMA 중합체 블렌드 필름 표면, 종이 표면, 직물 표면, 또는 그 조합을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 표면-구조화된 실리콘-기반 물질이다. 일부 실시 형태에서, 표면 구조물은 마이크로-크기 구조물, 나노-크기 구조물, 또는 둘 다를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 평탄한 표면을 가진다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 실질적으로 촉매 및 개시제가 없다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 조성물이 촉매 및 개시제를 전혀 포함하지 않거나 "유효량"의 촉매 및/또는 개시제를 포함하지 않는 경우, 조성물은 "실질적으로 촉매 및 개시제가 없다". 촉매 또는 개시제의 양이 조성물의 경화 시간을, 그 촉매 또는 개시제가 없는 동일한 경화 조건에서의 동일한 조성물에 대한 경화 시간에 대해 적어도 10%만큼 감소시키는 경우, 특정의 촉매 또는 개시제가 "유효량"으로 존재한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 비작용기화된(nonfunctionalized) 실리콘-기반 물질이다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 실록산 골격 및 적어도 하나의 작용기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 모든 작용기는 하이드록시 기이다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 실리콘-기반 물질은 실리콘 감압 접착제이다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 실리콘-기반 물질이 발포체(예컨대, 실리콘 발포체)이다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 실리콘-기반 물질은 비점착성 발포체이다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 폴리실록산(예컨대, 폴리(다이알킬 실록산) 또는 폴리(다이메틸실록산))이다. 일부 실시 형태에서, 폴리실록산은 방향족기를 가진다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 점착제(예컨대, MQ 수지 점착제)를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 비점착성 필름이다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 블렌드이다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 플루오로실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드이다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 이형 물질이다. 일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 감압 접착제이다.
본 개시 내용은 또한 2개의 기재, 2개의 기재 각각의 한쪽 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머층, 및 나노입자-함유 프라이머층들 사이에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하고, 그로써 라미네이트를 형성하는 라미네이트된 물품을 제공한다.
본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질의 실시 형태는, 예를 들어, 광 포착, 반사 방지, 광 방향 전환, 광 확산, 소수성 표면, 친수성 표면, 광 유도(light guiding), 광 평행화, 광 집광, 프레넬 렌즈, 재귀 반사, 항력 감소(drag reduction), 에어 블리드 접착제(air bleed adhesive), 이형 라이너, 내마모성, 및 오염 방지의 응용에서 유용하다.
본 개시 내용은 또한 코팅 방법을 제공한다. 일 실시 형태에서, 기재 표면을 코팅하는 방법이 있으며, 이 방법은 프라이밍된 표면을 형성하기 위해 기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 - 기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고, 나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자(바람직하게는, 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 구형 입자)를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -; 및 기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 프라이밍된 표면(바람직하게는 그 위에 Si-OH 기를 가짐)을 실리콘-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계; 및 가교결합된 실리콘-함유 코팅을 형성하기 위해 실리콘-함유 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 추가로 포함한다.
특정의 실시 형태에서, 나노입자-함유 프라이머 코팅 조성물은 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만(더욱 바람직하게는, 10 나노미터 미만, 그리고 더욱 더 바람직하게는, 5 나노미터 미만)인 구형 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하(바람직하게는, 2.5 미만, 더욱 바람직하게는, 1 미만, 그리고 더욱 더 바람직하게는, 0 미만)의 pKa를 갖는 산을 포함한다. 바람직한 나노입자-함유 프라이머는 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 이 응집체는 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자는 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있다.
용어 "포함하는" 및 그 변이형은 이들 용어가 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 나타날 경우 제한적 의미를 갖지 않는다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"은 소정의 환경 하에서 소정의 이득을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 말한다. 그러나, 동일한 또는 다른 상황 하에서 다른 실시예가 또한 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예의 언급은 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시예를 배제하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수형 용어("a," "an," "the"), "적어도 하나" 및 "하나 이상"은 서로 바꾸어서 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, "하나의" 산을 포함하는 프라이머 조성물은 프라이머 조성물이 "하나 이상의" 산을 포함하는 것을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다. "및/또는"이라는 용어는 열거된 요소 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소의 임의의 둘 이상의 조합을 의미한다.
본 명세서에서, 모든 숫자는 "약"이라는 용어로, 바람직하게는 "정확히"라는 용어로 수식되는 것으로 가정된다. 본 발명의 광의의 범위를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사값임에도 불구하고, 특정의 실시예에 기재되어 있는 수치값은 가급적 정확하게 보고되어 있다. 그렇지만, 모든 수치값은 본질적으로 그 각자의 시험 측정에서 구한 표준 편차로부터 꼭 얻어지는 어떤 오차를 포함하고 있다.
또한, 본 명세서에서 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 설명은 그 범위 이내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함함).
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 이하의 기재는 더 구체적으로 예시적인 실시예를 예증한다. 본 출원 전체에 걸쳐 여러 곳에서, 예들의 목록을 통하여 지침이 제공되며, 상기 예들은 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 각각의 경우에, 열거된 목록은 단지 대표적인 군으로서의 역할을 하며, 배타적인 목록으로 해석되어서는 안된다.
<도 1>
도 1은 본 명세서에 기술된 예시적인 표면-구조화된 가교결합된 실리콘이 프라이머층을 갖는 기재에 부착되어 있는 것의 사시도.
[발명의 상세한 설명]
본 개시 내용은 실리카 나노입자를 포함하는 프라이머 코팅으로 프라이밍된 기재 상에 중합체 코팅을 포함하는 물품, 및 코팅 방법을 제공한다.
일 태양에서, 본 개시 내용은 또한 제1 주 표면의 적어도 일부분 상에 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질을 갖는 제1 주 표면을 가지는 기재를 포함하는 물품을 제공한다. 예를 들어, 도 1은 기재(33) 상에 배치된 표면-구조화된 가교결합된 실리콘-기반 물질(31)을 가지는 예시적인 필름(30) - 본 발명의 프라이머 코팅(32)이 가교결합된 실리콘-기반 물질과 기재 표면 사이에 있음 - 의 사시도를 나타낸 것이다. 일부 실시 형태에서, 기재는 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 제2 주 표면의 적어도 일부분 상에 있다. 실리콘-기반 물질의 표면은 평탄하거나 구조화되어 있을 수 있다.
일부 실시 형태에서, 표면 상에 프라이머(본 발명의 프라이머)를 갖는 2개의 기재가 있고, 이들 기재가 가교결합된 실리콘-기반 물질의 층으로 서로 접합되어 라미네이트 물품을 형성한다.
일부 실시 형태에서, 물품은 접착제이고, 여기서 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 기재의 프라이밍된 제1 주 표면의 적어도 일부분에 부착되는 감압 접착제이다.
일부 실시 형태에서, 물품은 이형 라이너이고, 여기서 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 기재의 프라이밍된 제1 주 표면의 적어도 일부분에 부착되는 이형 물질이다.
중합체 코팅
본 발명의 중합체 코팅은 바람직하게는 실리콘-기반 물질을 포함한다. 실리콘은 매우 다양한 형태 및 용도를 갖는 대체로 불활성인 합성 화합물이다. 전형적으로 내열성이고 눌어 붙지 않으며(nonstick) 고무와 같기 때문에, 실리콘은 조리 기구, 의료 적용 분야, 밀봉제, 접착제, 윤활제, 절연물, 및 유방 보형물(breast implant)에서 흔히 사용된다. 어떤 통상의 실리콘의 형태는 오일, 유체, 고무(gum), 그리스(grease), 엘라스토머(예컨대, 실리콘 고무), 및 수지를 포함한다. 실리콘 엘라스토머는 장기간의 자외선광 노출 하에서 안정성이 있는 것으로 알려져 있으며, 실리콘 엘라스토머는 광학적으로 투명하고 강할 수 있으며, 이에 따라 실외용으로 아주 적합하다.
실리콘은 전형적으로 화학식 (RmSi(O)4-m/2)n을 가지며, 여기서 m = 1 내지 3이고 n = 2이다. 가장 흔한 것은 폴리(다이메틸실록산)(PDMS)이다. 실리콘 3차원 네트워크(즉, 가교결합된 실리콘)의 형성을 위해 다음과 같은 몇가지 반응 유형이 일반적으로 이용된다: 과산화물-유도 자유 라디칼 공정(전형적으로 열 순환을 필요로 하기도 함), 수소화규소 첨가 반응(전형적으로 촉매 및 열 사이클을 필요로 함), 및 응축 반응(전형적으로 촉매 및 수분을 필요로 함). 실리콘은 또한 자유 라디칼을 생성하기 위해 또는 광개시 반응을 유도하기 위해 방사(예컨대, e-빔, 감마, UV)를 사용하여 가교결합되었다.
일반적으로, 실리콘-기반 물질의 가교결합된 실록산 네트워크가 작용성 또는 비작용성 실리콘 물질로부터 형성될 수 있다. 유용한 실리콘 물질의 일례는 이전 단락에 열거되어 있는 일반 실리콘 물질은 물론, 다른 실리콘 물질, 예를 들어, 미국 특허 제6,376,569호, 제6,046,250호, 제5,145,886호, 및 제4,916,169호에 개시되어 있는 UV 경화 실리콘; 미국 특허 제6,573,328호에 개시되어 있는 열 경화 실리콘(및 이 특허의 배경 기술에 기재된 실리콘 물질); 미국 특허 제5,858,468호에 개시되어 있는 저표면 에너지 실리콘-기반 보호 물질; 및 미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터의 "SYLGARD 184", Dow Corning으로부터의 "SYLGARD 182", 미국 뉴욕주 워터타운 소재의 Momentive Performance Materials, Inc.로부터의 "RTV615", 미국 오하이오주 트윈스버그 소재의 Silicone Solutions, Inc.로부터의 UV 이중 경화 실리콘 접착제 밀봉제 "SS-5088", Dow Corning Corporation으로부터의 "3112 RTV RUBBER", Dow Corning Corporation으로부터의 "734 FLOWABLE SEALANT" 등의 구매가능한 실리콘-기반 물질을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 비작용기화되어 있을 수 있고, 과산화물 개시제 또는 고에너지 방사(예컨대, 전자 빔 조사)의 사용에 의해 가교결합되어 있을 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 기술한다. 비작용기화된 실리콘-기반 물질은 지방족 및/또는 방향족 치환제를 갖는 실록산 골격을 보여주는 하기의 화학식으로 나타내어지는 선형 물질일 수 있다:
여기서, R1, R2, R3, 및 R4는 알킬 기 및 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 각각의 R5는 알킬 기이고, n 및 m은 정수이고, m 또는 n 중 적어도 하나는 0이 아니다. 일부 실시 형태에서, 알킬 또는 아릴 기 중 적어도 하나가 할로겐 치환제(예컨대, 불소)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 알킬 기 중 적어도 하나가 -CH2CH2C4F9일 수 있다.
일부 실시 형태에서, R5는 메틸 기이다(즉, 비작용기화된 실리콘 물질은 트라이메틸실록시 기로 말단되어 있다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 알킬 기이고, n은 0이다(즉, 이 물질은 폴리(다이알킬실록산)이다). 일부 실시 형태에서, 알킬 기는 메틸 기(즉, 폴리(다이메틸실록산) ("PDMS"))이다. 일부 실시 형태에서, R1은 알킬 기이고, R2는 아릴 기이며, n은 0이다(즉, 이 물질은 폴리(알킬아릴실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1은 메틸 기이고, R2는 페닐 기이다(즉, 이 물질은 폴리(메틸페닐실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 알킬 기이고, R3 및 R4는 아릴 기이다(즉, 이 물질은 폴리(다이알킬다이아릴실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 메틸 기이고, R3 및 R4는 페닐 기이다(즉, 이 물질은 폴리(다이메틸다이페닐실록산) 또는 폴리(메틸페닐실록산)이다).
일부 실시 형태에서, 비작용기화된 실리콘 물질은 분지될 수 있다. 예를 들어, R1, R2, R3 및/또는 R4 기 중 적어도 하나가 알킬 또는 아릴(할로겐화된 알킬 또는 아릴을 포함함) 치환제 및 말단 R5 기를 갖는 선형 또는 분지형 실록산일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "비작용기(nonfunctional group)"는 탄소, 수소, 및, 일부 실시 형태에서, 할로겐(예컨대, 불소) 원자로 이루어진 알킬 또는 아릴 기이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "비작용기화된 실리콘 물질"은 R1, R2, R3, R4, 및 R5 기가 비작용기인 실리콘 물질이다.
일반적으로, 작용성 실리콘계(functional silicone system)는 출발 물질(예컨대, 수소, 하이드록실, 비닐, 알릴, 또는 아크릴 기)의 실록산 골격에 부착되어 있는 특정의 반응성기를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "작용기화된 실리콘 물질"은 화학식 2의 R-기들 중 적어도 하나가 작용기인 실리콘 물질이다.
일부 실시 형태에서, 작용성 실리콘 물질은 R 기들 중 적어도 2개가 작용기인 것이다. 일반적으로, 화학식 2의 R 기들은 독립적으로 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 존재하는 유일한 작용기는 하이드록실 기(예컨대, 실라놀 말단형 폴리실록산(예컨대, 실라놀 말단형 폴리 다이메틸 실록산))이다.
작용성 R-기에 부가하여, R-기는 비작용기(예컨대, 할로겐화된(예컨대, 플루오르화된) 알킬 및 아릴 기를 포함한 알킬 또는 아릴 기)일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 작용기화된 실리콘 물질은 분지될 수 있다. 예를 들어, R 기들 중 적어도 하나가 작용성 및/또는 비작용성 치환제를 갖는 선형 또는 분지형 실록산일 수 있다.
일반적으로, 낮은 분자량, 낮은 점도의 물질은 유체 또는 오일이라고 하는 반면, 높은 분자량, 높은 점도의 물질은 고무라고 하지만, 이들 용어 사이의 엄격한 구분은 없다. 전형적으로, "유체" 및 "오일"이라는 용어는 25℃에서 1,000,000 mPa·sec 이하(예컨대, 600,000 mPa·sec 미만)의 역학 점도(dynamic viscosity)를 가지는 물질을 말하는 반면, 25℃에서 1,000,000 mPa·sec 초과(예컨대, 적어도 10,000,000 mPa·sec)의 역학 점도를 가지는 물질은 "고무"라고 한다.
본 명세서에 기술되어 있는 가교결합된 실리콘-기반 물질은 또한 그 안에 무기 입자(나노입자를 포함함)를 포함할 수 있다. 적당한 무기 물질의 일례는 실리카, 지르코니아, 티타니아, 및 그 조합을 포함한다. 전형적으로, 무기 입자가 2 마이크로미터 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하지만, 더 큰 크기도 역시 유용할 수 있다. 실리카 입자는 바람직하게는 1 마이크로미터 이하이지만, 더 큰 크기도 역시 유용할 수 있다. 바람직하게는, 다른 물질로 이루어진 입자는 나노미터 크기 범위에 있다(예컨대, 약 5 ㎚부터 최대 약 50 ㎚의 범위에 있음). 나노미터 크기 범위의 실리카 입자도 역시 유용할 수 있다. 이러한 입자, 특히 나노입자는 또한 0 중량% 내지 약 60 중량%의 범위에서 실리콘 탄성 중합체 물질에 로드될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 블렌드(예컨대, 플루오르화된 실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드)이다. 예를 들어, 경화성 조성물은 에틸렌계 불포화 플루오로유기폴리실록산 중합체; 평균 적어도 2개의 에틸렌계 불포화 유기기(organic group)를 포함하는 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체; 하이드로실릴화 촉매; 및 적어도 하나의 가교제를 포함할 수 있다. 가교제는 플루오로유기수소폴리실록산 및 유기수소폴리실록산으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이 조성물은 플루오로유기수소폴리실록산 및 유기수소폴리실록산 가교제 둘 다를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체는 60,000 이하 그램 당량의 비닐 당량을 가진다. 일부 실시 형태에서, 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체는 2000 내지 5000 그램 당량의 비닐 당량을 가진다. 일부 실시 형태에서, 에틸렌 불포화 플루오로유기폴리실록산 중합체는 평균 적어도 2개의 에틸렌계 불포화 유기기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로유기폴리실록산 중합체는 실록산 골격, 및 연결기로 골격에 결합되어 있는 펜던트 C1 내지 C6 퍼플루오로알킬 기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 연결기는 적어도 2개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 기이다. 일부 실시 형태에서, 알킬렌 연결기는 - C2H4 -이다. 일부 실시 형태에서, 펜던트 퍼플루오로알킬 기는 -C4F9이다. 일부 실시 형태에서, 하이드로실릴화 촉매는 백금을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화성 이형 조성물은 경화 억제제를 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘 물질은 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 및 제2 플루오로중합체의 블렌드를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제2 플루오로중합체는 선형 플루오로중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 대 선형 플루오로중합체의 중량비는 10:1 이하이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 대 선형 플루오로중합체의 중량비는 1:10 이하이다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 비실리콘 선형 플루오로중합체이다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 플루오로아크릴레이트 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로아크릴레이트 중합체는 적어도 하나의 C4MH 단량체로부터 유도된다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 플루오로올레핀계 중합체이다.
다른 태양에서, 본 개시 내용은 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체와 플루오로올레핀계 중합체의 블렌드를 포함하는 이형 물질을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐 플루오라이드, 및 비닐리덴 플루오라이드로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 단량체의 반응 생성물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 삼중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 탄성 중합체성 플루오로올레핀계 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 열가소성 플루오로올레핀계 중합체이다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 필러를 포함한다. 필러의 일례는 건식 실리카, 용융 실리카 분말, 석영 분말, 유리 버블, 초단 유리 섬유, 탄소, 규조토, 점토, 탄소 나노튜브, 카본 블랙, 금속 산화물(예컨대, 산화철, 산화티타늄, 및 산화세륨) 및 금속 탄산염(예컨대, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 표면-구조화되고 가교결합된 실리콘-기반 물질에 안료, 염료, UV 흡수제, 및/또는 산화방지제를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 감압 접착제이다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 물질은 비점착성이다.
실리콘 물질(예컨대, 실리콘 고무 또는 엘라스토머)을 적절한 점착성 수지와 결합시키고, 얻어진 결합체를 핫멜트 코팅하며, 전자 빔(e-빔) 조사를 사용하여 경화시킴으로서 감압 접착제가 준비될 수 있다. 다른 경화 방법(예컨대, 과산화물, 자유 라디칼, 또는 백금 촉매 이용 실리콘 첨가)을 이용하는 다른 실리콘 감압 접착제 조제도 역시 사용될 수 있다. 일반적으로, 감압 접착제의 조제에 유용한 임의의 공지된 첨가제(예컨대, 염료, 안료, 필러, 난연제, 유동성 변경제, 유동화제, 계면 활성제, 절단 유리 섬유, 및 미소구(예컨대, 팽창성 미소구)도 역시 포함될 수 있다.
일반적으로, 임의의 공지된 점착성 수지가 사용될 수 있다(예컨대, 일부 실시 형태에서, 실리케이트 점착성 수지가 사용될 수 있다). 몇몇 예시적인 접착제 조성물에서, 복수의 실리케이트 점착성 부여 수지를 이용하여 원하는 성능을 달성할 수 있다.
적합한 실리케이트 점착성 부여 수지는 하기 구조 단위 M (즉, 1가 R'3SiO1/2 단위), D (즉, 2가 R'2SiO2/2 단위), T (즉, 3가 R'SiO3/2 단위), 및 Q (즉, 4차 SiO4/2 단위), 및 그 조합으로 구성된 수지를 포함한다. 전형적이고 예시적인 실리케이트 수지는 MQ 실리케이트 점착성 부여 수지, MQD 실리케이트 점착성 부여 수지, 및 MQT 실리케이트 점착성 부여 수지를 포함한다. 이들 실리케이트 점착성 수지는 보통 100 g/몰 내지 50,000 g/몰(예컨대, 500 g/몰 내지 15,000 g/몰) 범위의 수평균 분자 중량을 가지며, 일반적으로 R' 기는 메틸 기이다.
MQ 실리케이트 점착성 부여 수지는 각각의 M 단위가 Q 단위에 결합되고, 각각의 Q 단위가 적어도 하나의 다른 Q 단위에 결합된 공중합체성 수지이다. Q 단위 중 몇몇은 단지 다른 Q 단위에만 결합된다. 그렇지만, 어떤 Q 단위는 하이드록실 라디칼에 결합되어 HOSiO3/2 단위(즉, "TOH" 단위)가 얻어지고, 그로써 실리케이트 점착성 수지의 어떤 규소-결합된 하이드록실 함유량을 참작한다.
MQ 수지에서의 규소 결합된 하이드록실 기(즉, 실라놀)의 레벨이, 실리케이트 점착성 수지의 중량을 기준으로, 1.5 중량% 이하(일부 실시 형태에서, 1.2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 또는 심지어 0.8 중량% 이하)로 감소될 수 있다. 이는, 예를 들어 헥사메틸다이실라잔을 실리케이트 점착성 부여 수지와 반응시킴으로써 성취될 수도 있다. 그러한 반응은, 예를 들어 트라이플루오로아세트산으로 촉매 작용될 수도 있다. 대안적으로, 트라이메틸클로로실란 또는 트라이메틸실릴아세트아미드 등의 트라이메틸실릴화 반응물이 실리케이트 점착성 수지와 반응할 수 있고, 후자의 경우에 촉매가 필요하지 않다.
MQD 실리콘 점착성 부여 수지는 M, Q 및 D 단위를 갖는 삼원공중합체이다. 일부 실시 형태에서, D 단위의 메틸 R' 기들 중 일부가 비닐 (CH2=CH-) 기("DVi" 단위)로 대체될 수 있다. MQT 실리케이트 점착성 부여 수지는 M, Q 및 T 단위를 갖는 삼원공중합체이다.
적당한 실리케이트 점착성 수지는, 예를 들어, Dow Corning Corporation으로부터의 "DC 2-7066" 그리고 Momentive Performance Materials, Inc.로부터의 "SR545" 및 "SR1000"라는 상표명으로 입수가능하다.
실리콘 물질, 점착성 부여 수지, 및 임의의 선택적인 첨가제가, 고온 용융 코팅되고 경화되기 전에 임의의 매우 다양한 공지된 수단에 의해 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 다양한 성분이 통상의 장비(예컨대, 믹서, 블렌더, 분쇄기, 및 압출기)를 사용하여 사전-블렌딩될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고온 용융 코팅 공정은 압출이다. 그러한 실시 형태에서, 다양한 성분들이 다양한 조합물로 또는 개별적으로, 압출기의 하나 이상의 개별 포트를 통하여 함께 첨가되고, 압출기 내에서 블렌딩되고(예를 들어, 용융 혼합되고), 압출되어 고온 용융 코팅된 조성물을 형성할 수 있다. 어떻게 형성되는지에 상관없이, 핫멜트 코팅된 조성물이 전자 빔 조사에 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 개시 내용의 방법 및 물질이 실리콘을 발포시키는 데 사용될 수 있다. 실리콘 발포체는 탄력성, 넓은 서비스 온도 안정성(예컨대, 약 50℃ 내지 약 200℃), 불활성, 및 본연의 난연성을 포함한 고유의 특성을 제공한다. 일반적으로, 실리콘 발포체는 셀 성장 또는 팽창(즉, 발포 공정) 및 셀 안정화(즉, 가교결합 공정)가 동시에 일어나는 공정에서 제조되어 왔다. 실리콘 발포체의 대부분의 통상의 셀 팽창 화학적 특성은 화학적 발포제(blowing agent)(예컨대, 아조 함유 화합물 또는 가교결합 반응으로부터의 응축 가스 부산물)에 의존한다.
이와 달리, 본 개시 내용의 전자 빔(e-빔) 경화 공정의 사용을 통해, 셀 팽창 또는 발포 공정 및 셀 안정화 또는 가교결합 공정이 독립적으로 최적화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이는 폼 셀 크기의 균일한 분포에 의한 셀 구조에 걸친 개선된 제어로 이어질 수 있다. e-빔 경화된 실리콘 발포체는 경성 비중합체성 중공 미소구(예컨대, 유리 버블), 중합체성 미소구(열 팽창성 중합체성 미소구를 포함함) 둘 다를 포함한 미소구로 이루어져 있을 수 있고, 절단 유리 섬유 및/또는 나노입자를 포함할 수 있다.
실리콘 물질, 미소구체, 및 임의의 선택적인 첨가제가, 고온 용융 코팅되고 경화되기 전에 임의의 매우 다양한 공지된 수단에 의해 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 다양한 성분이 통상의 장비(예컨대, 믹서, 블렌더, 분쇄기, 및 압출기)를 사용하여 사전-블렌딩될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고온 용융 코팅 공정은 압출이다. 그러한 실시 형태에서, 다양한 성분들이 다양한 조합물로 또는 개별적으로, 압출기의 하나 이상의 개별 포트를 통하여 함께 첨가되고, 압출기 내에서 블렌딩되고(예를 들어, 용융 혼합되고), 압출되어 고온 용융 코팅된 조성물을 형성할 수 있다. 어떻게 형성되는지에 상관없이, 핫멜트 코팅된 조성물이 e-빔 조사에 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
실리콘-기반 물질이 구조화되어 있는 실시 형태에서, 구조화된 실리콘을 제조하는 절차는 (예를 들어, 전자 빔 방사를 사용하여) 실리콘이 가교결합되기 전에 실리콘 표면에 네거티브 구조물(negative structure)을 부여하는 도구를 이용한다. 이 도구는 각종의 형태 및 물질을 가질 수 있다. 통상적으로, 도구의 형태는 시트, 롤, 벨트 또는 필름의 롤이다. 도구는 일반적으로 금속 또는 중합체의 카테고리에 속하지만 아마도 세라믹을 포함할 수 있는 물질 또는 다른 적당한 물질로 구성되어 있다. 금속 도구의 경우, 표면 구조물을 형성하기 위해, 금속에 대해 일반적으로 다이어몬드-가공, 엠보싱(emboss), 널링(knurl), 샌드블라스트(sandblast), 기타 등등이 행해진다. 중합체 도구의 경우에, 구조화된 중합체 표면은 일반적으로, 표준의 압출 장비를 사용하여 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지가 압출되고 다이를 통해 기계 가공된 금속 도구 롤 및 고무 롤을 갖는 닙(nip)에 피드되는 압출 복제에 의해 형성된다. 용융된 중합체가 도구 표면에 접촉하고 있는 동안에 급냉되고, 이어서 도구 롤로부터 분리되어 롤에 감긴다. 부가의 중합체 도구가 도구에 붙어 있는 아크릴레이트 작용성 수지를 UV-경화하고 이어서 가교결합된 구조화된 필름을 도구로부터 제거함으로써 제조될 수 있다. 다음과 같은 중합체가 중합체 도구에 대해 잠재적으로 선택될 수 있는 것들이다: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌/옥텐, 에틸렌/헥센, 다른 에틸린 공중합체, 프로필렌/에틸렌, 저탄성계수의 프로필렌 공중합체, UV-경화성 아크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리우레탄 또는 기타 적당한 물질.
일반적으로, 닙 롤 또는 플래튼 프레스를 사용하여 도구와 기재 사이의 실리콘 물질을 압착함으로써 비가교결합된 실리콘 물질이 도구 표면에 밀접하게 접촉하게 된다. 최상의 복제 품질을 달성하기 위해, 실리콘이 도구와 접촉해 있는 동안 가교결합되어야만 한다. 따라서, 실리콘이 도구 및 프라이밍된 기재와 여전히 접촉해 있는 동안 전자 빔 유닛을 통과한다. 도구 및 기재의 두께 및 밀도에 따라, 전자 빔 방사가 도구측 또는 기재측을 통과할 수 있다. 일반적으로, 두껍거나 아주 조밀한 물질을 통해 조사하는 것이 바람직하지 않은데, 그 이유는 전자가 실리콘에 도달하여 실리콘을 가교 결합시킬 수 있기 전에 이러한 물질이 전자를 흡수하기 때문이다. 도구가 금속일 때, 실리콘 또는 기재측을 통해 구조체를 조사하는 것이 가장 좋은데, 그 이유는 금속이 보통 너무 조밀하여, 아주 얇지 않는 한, 방사가 통과할 수 없기 때문이다. 기술 분야의 당업자는 도구, 실리콘 및 기재층의 두께를 참작하기 위해 적당한 전자 빔 가속 전압을 선택할 수 있고, 또한 실리콘 물질을 적절히 가교결합시키기 위해 적당한 선량을 선택할 수 있을 것이다.
실리콘이 전자 빔 방사에 의해 가교결합된 후에, 영구적으로 구조화된 실리콘이 도구로부터 제거될 수 있다. 실리콘이 도구로부터 분리되고, 실리콘과 기재 사이에 점착력이 있는 한, 기재에 부착된 채로 있을 것이며, 이 점착력은 적당한 프라이머(본 명세서에서 논의됨)를 사용하여 향상될 수 있다.
표면-구조화된 실리콘-기반 물질에 관한 부가의 상세는 동시 계류 중인 출원 - 2010년 4월 28일자로 출원된 미국 출원 제61/328,943호 및 본 출원과 동일자로 출원된 미국 출원 제61/390,496호 - 에서 찾아볼 수 있다.
프라이머 코팅
기재 표면 상에 코팅되고 건조되는 나노입자-함유 코팅 조성물로부터 프라이머 코팅이 형성된다. 실리카 나노입자는 바람직하게는 표면 개질되지 않는다.
프라이머 코팅 조성물에서 사용되는 실리카 입자는 구형 또는 비구형(예컨대, 바늘 모양, 막대 모양, 실 모양, 목걸이 모양, 나노필라멘트, 긴 입자)을 비롯한 매우 다양한 형상을 가질 수 있다. 비구형 또는 불규칙적인 형상의 나노입자로 인해, 구형 또는 규칙적인 형상의 나노입자의 보이드와 상이한 보이드가 코팅에 형성될 수 있다. 원하는 경우, 구형 및 비구형 실리카 나노입자의 결합이 사용될 수 있다.
이 프라이머 조성물에서 사용되는 실리카 나노입자는 수성 혼합물에 또는 물/유기 용매 혼합물 중의 서브마이크로미터 크기의 실리카 나노입자의 분산물이다. 평균 입자 크기(즉, 입자의 가장 긴 치수(구형 입자의 직경))가 투과 전자 현미경을 사용하여 결정될 수 있다.
일반적으로, 구형 실리카 나노입자는 평균 1차 입자 직경이 40 나노미터(㎚) 미만(바람직하게는, 20 ㎚ 미만, 더욱 바람직하게는, 10 ㎚ 미만, 및 더욱 더 바람직하게는, 5 ㎚미만)이다. 그렇지만, 원하는 경우, 더 큰 나노입자(예컨대, 50 ㎚ 이상의 직경을 갖는 나노입자)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 비구형(즉, 바늘 모양) 콜로이드성 실리카 입자는 적어도 2 ㎚(특정 실시 형태에서, 적어도 5 ㎚) 및 전형적으로 최대 25 ㎚의 균일한 두께를 가질 수 있다. 이들은 적어도 40 ㎚의 길이 D1 및 전형적으로 최대 500 ㎚의 길이(동적 광 산란 방법에 의해 측정됨)를 가질 수 있다. 비구형(즉, 바늘 모양) 콜로이드성 실리카 입자는 5 내지 30의 연신율 D1/D2를 가질 수 있으며, 여기서 D2는 식 D2 =2720/S에 의해 계산되는 직경(단위: ㎚)을 의미하고, S는 입자의 비표면적(specific surface area)(단위: ㎡/g)을 의미하며, 이에 대해서는 미국 특허 제5,221,497호의 명세서에 개시되어 있다.
보다 작은 나노입자(즉, 20 나노미터 미만의 나노입자)가 일반적으로, 산성화될 때, 첨가제(예컨대, 테트라알콕시실란, 계면 활성제 및 유기 용매)를 필요로 하지 않고, 보다 나은 프라이머 코팅을 제공한다. 바람직하게는, 나노입자는 일반적으로 150 ㎡/g 초과(일부 실시 형태에서, 200, 300, 또는 심지어 400 ㎡/g 초과)의 표면적을 가진다.
특정의 실시 형태에서, 입자는 바람직하게는 좁은 입자 크기 분포, 즉 최대 2, 바람직하게는 최대 1.5의 다분산(polydispersity)(즉, 입자 크기 분포)을 가진다. 원하는 경우, 실리카 입자가 선택된 기재 상의 조성물의 코팅성을 유해할 정도로 감소시키지 않는 그리고 투과율 및/또는 친수성을 감소시키지 않는 제한된 양으로 첨가될 수 있다. 따라서, 다양한 크기의 입자가 결합하여 사용될 수 있다. 특정의 실시 형태에서, 입자 크기의 양봉 분포가 사용될 수 있다. 예를 들어, 평균 입자 크기가 적어도 50 ㎚(바람직하게는 50 내지 100 ㎚)인 입자가, 40 ㎚ 이하의 실리카 나노입자의 중량에 대해, 0.2:99.8 내지 99.8:0.2의 비율로 사용될 수 있다. 보다 큰 입자는 바람직하게는 보다 작은 입자에 대해 1:9 내지 9:1의 비율로 사용된다. 특정의 실시 형태에서, 평균 입자 크기가 40 ㎚ 이하인 입자(바람직하게는 0.1 내지 20 중량%) 및 평균 입자 크기가 50 ㎚ 이상인 입자(바람직하게는 0 내지 20 중량%)가 사용될 수 있고, 여기서 2개의 상이한 입자 크기의 합은 0.1 내지 20 중량%이다. 일반적으로, 본 발명의 프라이머 조성물에서의 (크기에 상관없이) 실리카 입자의 총 중량은 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 1 중량%, 및 더욱 바람직하게는 적어도 2 중량%이다. 일반적으로, 본 발명의 프라이머 조성물에서의 (크기에 상관없이) 실리카 입자의 총 중량은 40 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하, 및 더욱 더 바람직하게는 7 중량% 이하이다.
본 발명의 프라이머 조성물은 산성화된다. 이 산성화된 수용성 실리카 나노입자 프라이머 코팅 조성물이, 유기 용매 또는 계면 활성제 없이, 소수성 유기 및 무기 기재 바로 위에 코팅될 수 있다. 소수성 표면 상의 이 무기 나노입자 수성 분산액(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리카보네이트(PC))의 젖음 특성은 분산액의 pH 및 산의 pKa의 함수이다. 프라이머 코팅 조성물은, 일부 실시 형태에서, HCl에 의해 pH = 2 내지 3으로, 및 심지어 4 또는 5로 산성화될 때, 소수성 유기 기재 상에 코팅가능하다. 이와 달리, 수용성 프라이머 코팅 조성물은, 중성 또는 염기성 pH에서, 유기 기재 상에 구슬 모양으로 나타난다.
수성 매질 중의 무기 실리카 졸은 당업계에 잘 알려져 있으며 구매가능하다. 물 또는 물-알코올 용액에서의 실리카 졸은, 예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E.I. duPont de Nemours and Co., Inc.로부터의 "LUDOX"; 미국 매사추세츠주 애쉬랜드 소재의 Nyacol Co.로부터의 "NYACOL"; 및 미국 일리노이즈 오크 브루크 소재의 Ondea Nalco Chemical Co.로부터의 "NALCO"라는 상표명으로 입수가능하다. 하나의 유용한 실리카 졸은 평균 입자 크기가 5 나노미터이고, pH가 10.5이고, 고체 함량이 15 중량%인 실리카 졸로서 이용가능한 NALCO 2326이다. 다른 구매가능한 실리카 나노입자는 NALCO Chemical Co.로부터 구매가능한 "NALCO 1115" 및 "NALCO 1130", 미국 뉴욕주 유티카 소재의 Remet Corp.로부터 구매가능한 "REMASOL SP30", 및 E.I. Du Pont de Nemours Co., Inc.로부터 구매가능한 "LUDOX SM"을 포함한다.
유용한 비구형(즉, 바늘 모양) 실리카 입자는 Nissan Chemical Industries(일본 토쿄 소재)로부터 SNOWTEX-UP이라는 상표명의 수용성 현탁액으로서 입수될 수 있다. 이 혼합물은 20 내지 21 %(w/w)의 비구형 실리카, 0.35%(w/w) 미만의 Na2O, 및 물로 이루어져 있다. 입자는 직경이 약 9 내지 15 나노미터이고, 길이가 40 내지 300 나노미터이다. 현탁액은 점도가 25℃에서 100 mPas 미만이고, pH가 약 9 내지 10.5이며, 비중이 20℃에서 약 1.13이다. 다른 유용한 바늘 모양 실리카 입자는 Nissan Chemical Industries의 SNOWTEX-PS-S 및 SNOWTEX-PS-M이라는 상표명의 수용성 현탁액으로서 입수될 수 있으며, 진주 목걸이의 형태를 가진다. 이 혼합물은 20 내지 21 %(w/w)의 실리카, 0.2%(w/w) 미만의 Na2O, 및 물로 이루어져 있다. SNOWTEX-PS-M 입자는 직경이 약 18 내지 25 나노미터이며, 길이가 80 내지 150 나노미터이다. 입자 크기는 동적 광산란법에 의하면 80 내지 150이다. 현탁액은 점도가 25℃에서 100 mPas 미만이고, pH가 약 9 내지 10.5이며, 비중이 20℃에서 약 1.13이다. SNOWTEX-PS-S는 입자 직경이 10 내지 15 ㎚이고 길이가 80 내지 120 ㎚이다.
비수성 실리카 졸(실리카 유기졸(organosol)로도 불림) 또한 사용될 수 있으며, 이는, 액체 상이 유기 용매 또는 수성 유기 용매인 실리카 졸 분산물이다. 본 개시 내용의 실시에서, 그의 액상이 전형적으로 수용성(또는 덜 바람직하게는) 수용성 유기 용매이도록 실리카 졸이 선택된다. 나트륨 안정화된 실리카 나노입자가, 유기 용매(예컨대, 에탄올)로 희석시키기 전에, 먼저 산성화되어야만 한다는 것이 관찰되었다. 산성화 전에 희석하면, 불량하거나 불균일한 코팅이 수득될 수 있다. 암모늄 안정화된 실리카 나노입자가 일반적으로 임의의 순서로 희석되고 산성화될 수 있다.
프라이머 코팅 조성물은 산 또는 산들의 조합을 포함하며, 각각의 산이 3.5 이하, 바람직하게는 2.5 미만, 더욱 바람직하게는 1 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 0 미만의 pKa (H2O)를 가진다. 유용한 산은 유기산 및 무기산 둘 다를 포함하고, 예로서, 옥살산, 구연산, H2SO3, H3PO4, CF3CO2H, HCl, HBr, HI, HBrO3, HNO3, HClO4, H2SO4, CH3SO3H, CF3SO3H, 및 CF3CO2H가 있을 수 있다. 가장 바람직한 산은 HCl, HNO3, H2SO4, 및 H3PO4를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유기산 및 무기산의 혼합물을 제공하는 것이 바람직하다. 일부 실시 형태에서, pKa가 3.5 이하(바람직하게는 2.5 미만, 더욱 바람직하게는 1 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 0 미만)인 산과, 선택적으로, pKa가 0 초과인 소량의 다른 산을 포함하는 산의 혼합물을 사용할 수 있다. pKa가 4 초과인 보다 약한 산(예컨대, 아세트산)이 바람직한 투과율 및/또는 내구성 특성을 갖는 균일한 코팅을 제공하지 않는 것으로 밝혀졌다. 상세하게는, 보다 약한 산(예컨대, 아세트산)을 갖는 프라이머 코팅 조성물은 전형적으로 기재의 표면 상에 구슬 모양으로 나타난다.
프라이머 코팅 조성물은 일반적으로 5 미만, 바람직하게는 4 미만, 가장 바람직하게는 3 미만의 pH를 제공하기 위해 충분한 산을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 먼저 pH를 실질적으로 5 미만으로 감소시킨 후에, 코팅 조성물의 pH가 pH 5 내지 6으로 조정될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라, pH에 민감한 기재를 코팅할 수 있다.
테트라알콕시 결합제, 상세하게는 테트라알콕시실란(예컨대, 테트라에틸오소실리케이트(TEOS)), 및 올리고머 형태의 테트라알콕시실란(예컨대, 알킬 폴리실리케이트(예컨대, 폴리(다이에톡실록산))도 역시 실리카 나노입자 사이의 결합을 향상시키는 데 유용할 수 있다. 결합제의 최적의 양이 실험적으로 결정되고, 결합제의 성질, 분자량 및 굴절률에 의존한다. 결합제(들)는, 존재하는 경우, 전형적으로 실리카 나노입자 농도의 양에 대해 최대 50 중량 퍼센트(중량%), 종종 최대 20 중량%, 및, 일부 실시 형태에서, 최대 15 중량%의 레벨로 조성물에 첨가된다. 일부 실시 형태에서, 결합제(들)가 실리카 나노입자의 0.1 중량% 내지 50 중량%, 및 더욱 바람직하게는, 1 중량% 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.
프라이머는 전형적으로 그 위에 코팅된 표면에 산-소결된(acid-sintered) 실리카 나노입자 응집체의 연속적인 네트워크를 제공한다. 입자는 바람직하게는 평균 1차 입자 크기가 40 나노미터 미만(바람직하게는 20 나노미터 미만)이다. 평균 입자 크기는 투과 전자 현미경을 이용하여 결정할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연속적인"이라는 용어는 겔화된 네트워크(gelled network)가 도포되어 있는 영역에서 불연속 또는 갭이 거의 없이 기재의 표면을 덮고 있는 것을 말한다. "네트워크"라는 용어는 다공성 3차원 네트워크를 형성하기 위해 서로 연결되어 있는 나노입자의 결집 또는 응집을 말한다. "1차 입자 크기"라는 용어는 응집되지 않은 단일 실리카 입자의 평균 크기를 말한다.
"다공성"이라는 용어는 나노입자가 연속적인 코팅을 형성할 때 생성되는 보이드가 실리카 나노입자 사이에 존재하는 것을 말한다. 바람직하게는, 네트워크가, 건조될 때, 25 내지 45 체적 퍼센트, 더욱 바람직하게는 30 내지 40 체적 퍼센트의 공극률을 가진다. 일부 실시 형태에서, 다공도는 더 높을 수 있다. 다공도는 예컨대, 문헌 [W. L. Bragg, A. B. Pippard, Acta Crystallographica, volume 6, page 865 (1953)]에서와 같이 공고된 절차에 따라서 코팅의 굴절률로부터 산출될 수 있다.
수용성계로부터 소수성 기재 상에 프라이머 조성물을 균일하게 코팅하기 위해, 선택적으로 기재의 표면 에너지를 증가시키고 및/또는 코팅 조성물의 표면 장력을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 표면 에너지는 코로나 방전 또는 화염 처리 방법을 사용하여 코팅하기 전에 기재 표면을 산화시킴으로써 증가될 수 있다. 이들 방법은 또한 기재에 대한 코팅의 점착을 향상시킬 수 있다. 용품의 표면 에너지를 증가시킬 수 있는 그 외의 다른 방법은 예컨대, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)의 얇은 코팅과 같이 프라이머(primer)의 사용을 포함한다. 대안적으로, 코팅 조성물의 표면 장력은 저급 알코올(C1 내지 C8)을 첨가함으로써 감소될 수 있다. 그렇지만, 어떤 경우에, 원하는 특성에 대한 코팅 친수성을 향상시키기 위해 그리고 수용성 또는 수성 알코올 용액으로부터 물품의 균일한 코팅을 보장하기 위해, 습윤제(전형적으로 계면 활성제임)를 프라이머 조성물에 첨가하는 것이 유익할 수 있다.
"계면 활성제"라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 동일한 분자 상에 친수성(극성) 및 소수성(비극성) 영역 - 코팅 용액의 표면 장력을 감소시킬 수 있음 - 을 포함하는 분자를 말한다. 유용한 계면 활성제는 미국 특허 제6,040,053호(Scholz 등)에 개시되어 있는 것을 포함할 수 있다.
실리카 나노입자의 전형적인 농도(예컨대, 총 코팅 조성물에 대해 0.2 내지 15 중량%)에 대해, 대부분의 계면 활성제는 코팅 조성물의 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0.003 내지 0.05 중량%를 포함한다.
얻어진 코팅의 균일성을 향상시키기 위해 첨가될 때, 프라이머 코팅 조성물 내의 음이온성 계면 활성제가 바람직하다. 유용한 음이온성 계면 활성제는 (1) 적어도 하나의 소수성 부분(C6-C20 알킬, 알킬아릴, 및/또는 알켄일 기 등), (2) 적어도 하나의 음이온성 기(황산염, 술폰산염, 인산염, 폴리옥시에틸렌 황산염, 폴리옥시에틸렌 술폰산염, 폴리옥시에틸렌 인산염, 기타 등등), 및/또는 (3) 이러한 음이온성 기의 염 - 상기 염은 알칼리 금속염, 암모늄염, 3차 아민염 등을 포함하는 분자 구조를 갖는 것을 포함한다. 유용한 음이온성 계면 활성제의 대표적인 상업적 일례는 나트륨 라우릴 황산염(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Henkel Inc.로부터의 "TEXAPON L-100"; 및 미국 일리노이주 노스필드 소재의 Stepan Chemical Co.로부터의 "POLYSTEP B-3"라는 상표명으로 입수가능함); 나트륨 라우릴 에테르 황산염(예를 들어, 미국 일리노이주 노스필드 소재의 Stepan Chemical Co.로부터의 "POLYSTEP B-12"라는 상표명으로 입수가능함); 암모늄 라우릴 황산염(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Henkel Inc.로부터의 "STANDAPOL A"라는 상표명으로 입수가능함); 및 나트륨 도데실 벤젠 술폰산염(예를 들어, 미국 뉴저지주 크랜베리 소재의 Rhone-Poulenc, Inc.로부터의 "SIPONATE DS-10"라는 상표명으로 입수가능함)을 포함한다.
프라이머가 계면 활성제를 포함하지 않을 때 또는 개선된 코팅 균일성이 바람직할 때, 수용성 또는 수성 알코올 용액으로부터 표면의 균일한 코팅을 보장하기 위해 다른 습윤제를 첨가하는 것이 유익할 수 있다. 유용한 습윤제의 일례는 폴리에톡실화된 알킬 알코올(예를 들어, ICI Americas, Inc.로부터의 "BRIJ 30" 및 "BRIJ 35; 그리고 Union Carbide Chemical and Plastics Co.로부터의 "TERGITOL TMN-6" SPECIALTY SURFACTANT"라는 상표명으로 입수가능함), 폴리에톡실화된 알킬페놀(예를 들어, Union Carbide Chemical and Plastics Co.로부터의 "TRITON X-100", 미국 뉴저지주 플로럼 파크 소재의 BASF Corp.로부터의 "ICONOL NP-70"라는 상표명으로 입수가능함); 및 폴리에틸렌 글리콜/폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체(예를 들어, BASF Corp.로부터의 "TETRONIC 1502 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT", "TETRONIC 908 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT", 및 "PLURONIC F38 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT"라는 상표명으로 입수가능함)를 포함한다. 일반적으로, 습윤제는 실리카 나노입자의 양에 따라 코팅 조성물의 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 코팅 조성물의 0.003 내지 0.05 중량%의 양으로 사용된다. 과도한 계면 활성제 또는 습윤제를 제거하기 위해, 코팅된 물품을 물로 헹구는 것 또는 물에 담그는 것이 바람직할 수 있다.
프라이머는 바람직하게는 바(bar), 롤(roll), 커튼(curtain), 로토그라비어(rotogravure), 스프레이, 또는 침지 코팅 기술 등의 종래의 기술을 사용하여 표면 상에 코팅된다. 바람직한 방법은 두께를 조절하기 위해 바 및 롤 코팅, 또는 공기 나이프 코팅을 포함한다. 필름의 균일한 코팅 및 젖음을 보장하기 위해, 코로나 방전 또는 화염 처리 방법을 사용하여 코팅 이전에 기재 표면을 산화시키는 것이 바람직할 수 있다. 물품의 표면 에너지를 증가시킬 수 있는 다른 방법은 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC) 등의 프라이머의 사용을 포함한다.
프라이머는, 코팅에서의 눈에 보이는 간섭 색 변동을 방지하기 위해, 바람직하게는 200 옹스트롬(Å) 미만 만큼, 및 더욱 바람직하게는 100 Å 미만 만큼 변하는 균일한 평균 두께로 도포된다. 최적의 평균 건조 코팅 두께는 특정의 프라이머 코팅 조성물에 의존하지만, 일반적으로, 코팅의 평균 두께는 100 Å 내지 10,000 Å, 바람직하게는 500 내지 2500 Å, 더욱 바람직하게는 750 내지 2000 Å, 그리고 더욱 더 바람직하게는 1000 내지 1500 Å(Gaertner Scientific Corp.의 Model No. L115C 등의 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하여 측정됨)이다. 그렇지만, 주목할 점은, 평균 코팅 두께가 바람직하게는 균일하지만, 실제의 코팅 두께가 코팅 상의 한 특정의 지점으로부터 다른 지점까지 상당히 변할 수 있다는 것이다.
원하는 경우, 기재의 양쪽 측면에 프라이머가 코팅될 수 있다. 대안적으로, 프라이머가 기재의 한쪽 측면에 코팅될 수 있다.
코팅되면, 프라이밍된 물품은 전형적으로 재순환 오븐(recirculating oven)에서 20℃ 내지 150℃의 범위의 온도에서 건조된다. 불활성 기체가 순환할 수 있다. 건조 공정의 속도를 높이기 위해 온도가 더 증가될 수 있지만, 기재에 대한 손상을 방지하도록 조심해야만 한다. 무기 기재의 경우, 경화 온도가 200℃ 초과일 수 있다. 프라이머 코팅 조성물이 기재에 도포되고 건조된 후에, 코팅은 바람직하게는 60 내지 95 중량%(더욱 바람직하게는 70 내지 92 중량%)의 실리카 나노입자(전형적으로, 응집되어 있음), 0.1 내지 20 중량%(더욱 바람직하게는 10 내지 25 중량%)의 테트라알콕시실란 및 선택적으로 0 내지 5 중량%(더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%)의 계면 활성제, 및 선택적으로 최대 5 중량%(바람직하게는 0.1 내지 2 중량%)의 습윤제를 포함한다.
기재 및 용도
실리콘-기반 물질이 배치되어 있는 지지체 배킹 또는 기재는 중합체성 물질, 금속, 종이, 유리, 또는 기타 투명한 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 기재의 일례는 중합 필름, 중합 시트, 성형된 중합 부재, 알루미늄 또는 스테인레스강 등의 금속(금속 표면을 포함함)(예컨대, 기상 증착된 금속), 종이, 자외선(UV) 거울, 적외선(IR) 거울, UV에 안정적인 기재, 유리(예컨대, 소다-석회 유리, 저철분 유리, 붕규산염 유리, 또는 석영(용융 실리카)) 기재, 조적물(예컨대, 벽돌, 돌, 콘크리트 등), 자동차의 일부분(예컨대, 후드, 도어, 지붕, 사이드 패널, 트렁크 또는 범퍼), 비행기의 일부분(예컨대, 날개 또는 동체), 열차의 일부분(예컨대, 지붕 또는 측면), 풍력 터빈 블레이드(예컨대, 블레이드의 선단 에지를 포함하는 터빈 블레이드의 임의의 외부 부분), 태양 전지 모듈(연성 태양 전지 모듈 및 집광 태양 전지 모듈을 포함함), 태양열 패널, 보트 선체, 거울, 교통 표지, 디스플레이, 창문(건축용 창문 및 자동차 창문을 포함함), 강화 스크림(reinforcing scrim), 직물, 이형 라이너, 경피 흡수형 피부 패치, 또는 광 생물 배양기 라이너 중 적어도 하나를 포함한다. 기재는 평면, 곡면 또는 형상화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재는 투명하다(즉, 가시 스펙트럼(400-700 ㎚ 파장)의 적어도 일부분에서 입사광의 적어도 85%를 투과시킨다). 투명한 기재는 유색 또는 무색일 수 있다.
중합체성 기재의 일례는 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트), 환상 올레핀 공중합체(COC), 플루오로중합체(예컨대, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), THV), 폴리카보네이트, 알릴다이글리콜카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 등의 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리에테르설론, 호모-에폭시 중합체, 폴리다이아민을 갖는 에폭시 첨가 중합체, 폴리다이티올, 폴리에틸렌 공중합체, 플루오르화된 표면, 셀룰로오스 에스테르(예컨대, 아세테이트 및 부티레이트), 가교결합된 폴리우레탄, 및 아크릴레이트를 포함한다. 원하는 경우, 혼합물, 블렌드, 라미네이트 등을 비롯한 이러한 중합체성 물질의 조합이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재는 연성이고, 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 환상 올레핀 공중합체(COC), 폴리올레핀(예컨대, PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 및 PVC(폴리비닐 클로라이드)이 특히 바람직함)으로 이루어져 있다. 기재 수지를 필름으로 압출 성형하고, 압출 성형된 필름을 임의로 단축 또는 이축 배향하는 것과 같은 종래의 필름제조 기술을 사용하여 기재를 필름으로 형성시킬 수 있다. 대안적으로, 기재는 발포체의 형태로 되어 있을 수 있다.
지지체 배킹도 역시 정전기를 소산시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 지지체 배킹이 지지체 배킹으로 하여금 정전기를 소산시킬 수 있게 해주는 하나 이상의 중합체성 물질을 포함할 수 있다. 정전기를 소산시키기 위해, 투명한 지지체 배킹은 또한 본연의 정전기 소산 중합체(예를 들어, 미국 오하이오주 위클리프 소재의 Lubrizol Corp.로부터의 "STATRITE X5091 POLYURETHANE" 또는 "STATRITE M809 POLYMETHYL METHACRYLATE"라는 상표명으로 입수가능함)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 정전기 소산염(예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터의 "FC4400"라는 상표명으로 입수가능함)이 투명한 지지체 배킹 65(예컨대, PVDF)를 제조하는 데 사용되는 중합체에 블렌딩될 수 있다. 지지체 배킹은 또한 다수의 층으로 이루어져 있을 수 있다.
중합체성 2축 배향 UV 거울이 기재로서 사용될 수 있다. UV 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 UV 거울은 가시광을 통과시키면서 UV 광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. UV 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
중합체성 가시광 거울이 기재로서 사용될 수 있다. 가시광 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 2축 배향 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 가시광 거울은 IR 광을 통과시키면서 가시광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. 중합체성 가시광 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
"SOG(silicone on glass)" 프레넬 렌즈의 일부인 유리가 본 명세서에서의 기재로서 사용될 수 있다. 프레넬 렌즈는 렌즈를 "프레넬 영역(Fresnel zone)"이라고 하는 일련의 동심 환상 섹션으로 분할함으로써 제조된, 종래의 렌즈의 중량 및 체적을 갖지 않는 큰 개구와 짧은 초점 거리의 렌즈이다. 프레넬 렌즈는 통상적으로 태양광을 태양 전지 또는 태양열 모듈에 집속시키는 데 사용되지만, 많은 다른 응용에 사용되어 왔고 사용되고 있다. 프레넬 렌즈는 종종 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리카보네이트로 이루어져 있다. "SOG" 프레넬 렌즈는 보다 최근의 것이며, 구조화된 SOG를 포함한다. 이들 프레넬 렌즈는 증가된 내구성 및 내후성에 대한 잠재력을 제공한다. "SOG" 프레넬 렌즈는, 예를 들어, 하기의 공정에 의해 향상될 수 있다. 반사를 감소시키고 광 포착을 향상시키기 위해, 유리의 한쪽 측면이 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액을 사용하여 프라이밍될 수 있고, 유리의 반대쪽 태양 측면이 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 점착력을 향상시키기 위해 프라이머가 베이킹될 수 있다. 비작용성 폴리(다이메틸실록산)(PDMS) 유체와 비닐-작용성 PDMS 유체의 블렌드가 프레넬 도구 표면에 코팅됨으로써, 특징부가 완전히 채워지고 평탄한 PDMS 블렌드 표면이 얻어지도록 할 수 있다. 채워진 도구는 이어서 PDMS 유체 블렌드를 가교 결합시키는 e-빔 공정을 통과할 수 있다. 예를 들어, 실시예 10에 기술된 것과 같은, UV-개시 Pt 촉매 이용 첨가 경화 실리콘 유체 타이층이, 비용을 최소화하기 위해, 프라이밍된 유리 표면에 아주 얇은 층으로 선택적으로 도포될 수 있다. 롤 코팅, 노치-바 코팅 및 스크린 인쇄 등의 다양한 기술을 사용하여 이 용액이 유리에 도포될 수 있다. 이 층의 두께가 달라질 수 있지만, 라미네이션 이전에 경화하지 않지만 라미네이션 및 UV 노출 이후에 여전히 빠르게 경화하도록 경화 동역학이 고려된다. 실리콘 타이층의 경화 이전에, 실리콘 충전된 도구 필름이 프라이밍된 유리에 라미네이트된다. 이 라미네이션 단계는 라미네이션 위치에 형성할 실리콘의 롤링 뱅크(rolling bank)를 필요로 할 수 있다. 유리 에지에 맞춰 도구 필름 패턴을 위치 맞춤하는 것이 엄격하게 제어될 필요가 있을 수 있다. 이 구조체는 이어서 실리콘 타이층 가교결합을 개시하기 위해 표준의 H 전구 또는 흑체로부터의 UV 방사선으로 조사될 수 있다. 일부 실시 형태에서, UV 램프에의 노출 이후에 보다 빠른 경화를 가능하게 해주기 위해 라미네이션 이전에 타이층을 가열하거나 심지어 부분적으로 경화시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가교결합을 가속시키기 위해 UV 조사에의 노출 이후에 실리콘 타이층을 가열하는 것이 바람직할 수 있다. UV 경화성 실리콘 타이층이 충분히 가교결합된 후에, 프레넬 도구가 제거되어, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬을 유리 시트에 부착된 채로 둘 수 있다.
일부 실시 형태에서, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬 렌즈가, 별도의 실리콘 타이층을 사용하지 않고, 프라이밍된 필름 바로 위에 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 프레넬 도구와 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액으로 프라이밍된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 시트 사이에 PDMS 고무가 압착될 수 있다. 방사선이 먼저 PET 표면을 통과하도록 이 구조체가 e-빔 공정을 통과할 수 있다. 실리콘 고무가 e-빔에 의해 충분히 가교결합된 후에, PMMA 도구가 제거되어, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬 렌즈를 프라이밍된 PET 표면에 부착된 채로 둘 수 있다.
중합체성 IR 거울이 기재로서 사용될 수 있다. IR 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 2축 배향 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 광의 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 IR 거울은 가시광을 통과시키면서 IR 광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. 중합체성 IR 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
각각의 거울이 산성화된 나노-실리카 프라이머로 코팅된 후에 실리콘 접착제를 사용하여 가시광 중합체성 거울을 IR 중합체성 거울에 라미네이트함으로써 광대역 중합체성 거울이 제조될 수 있다.
본 기술 분야에 공지된 UV에 안정적인 기재가 기재로서 사용될 수 있다. 일례는 일반적으로 UV 흡수제, 산화 방지제 및 힌더드 아민 광 안정제의 첨가를 통해 및/또는 중합체의 본연의 내후성(예컨대, 플루오로중합체)을 통해 적어도 10년의 기간 동안 태양광 및 원소에의 실외 노출 동안 그의 광학적 및 기계적 특성을 유지하는 중합체로 제조된 필름 또는 부분을 포함한다.
본 기술 분야에 공지된 태양 전지 모듈이 기재로서 사용될 수 있다. 경성 태양 전지 모듈(예컨대, 결정질 규소 모듈)의 경우, 이들은 모듈의 유리 전면을 포함할 수 있다. 박막 기술을 이용하는 연성 태양 전지 모듈의 경우, 전면 기재는 일반적으로 UV에 안정적인 중합체 필름(예컨대, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌)이다.
본 기술 분야에 공지된 태양열 모듈이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은 태양 에너지를 집광하고 유체를 가열함으로써 열 에너지를 포착한다. 태양열 모듈은 일반적으로 경성이고 유리 전면을 갖는다는 점에서 태양 전지 모듈과 유사하다.
본 기술 분야에 공지된 강화 스크림이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은, 수지로 함침(impregnate)되고 경화될 때, 얻어진 복합물의 연신율을 감소시키고 강도를 증가시킴으로써 개선된 치수 안정성 및 인장 특성을 제공하는 직포 또는 부직포를 포함한다.
본 기술 분야에 공지된 직물이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은 옷, 가방, 가구, 텐트, 우산 등을 제조하는 데 종종 사용되는 천연 섬유 또는 인조 섬유의 네트워크로 이루어진 방향성 연성 물질(directionally flexible material)을 포함한다.
본 발명의 물품은 또한 임의의 유형의 점착성 물질(예컨대, 접착제 또는 마스틱(mastic))에 대해 분리 효과를 제공하는 이형 라이너일 수 있다. 예를 들어, 실리콘-함유 물질은 미국 특허 제5,217,805호에 기술되어 있는 자외선 방사 경화성 제어가능 이형 조성물일 수 있다. 이 조성물은 폴리에폭시폴리실록산, 에폭시폴리실록산과 보통 불상용성인 무실리콘 다작용성 에폭사이드, 및 상용화 일작용성 에폭사이드를 포함한다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 폴리실록산 이형 물질은 본질적으로 25℃에서의 동점도(kinematic viscosity)가 0.05 ㎡/s(50,000 센티스토크) 이하, 예컨대, 0.005 내지 0.05 ㎡/s(5,000 내지 50,000 센티스토크)인 하나 이상의 폴리실록산 유체 - 2009년 10월 29일자로 출원되고 WO 2010/056546로서 공개된 PCT 출원 제PCT/US2009/062608호에 기술되어 있음 - 로 이루어져 있다. 일부 실시 형태에서, 폴리실록산 물질은 폴리(다이메틸실록산)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 조성물 내의 모든 폴리실록산 물질은 비작용성 폴리실록산이다. 일부 실시 형태에서, 각각의 비작용성 폴리실록산은 25℃에서의 동점도가 0.05 ㎡/s(50,000 센티스토크) 이하(예컨대, 0.005 내지 0.05 ㎡/s(5,000 내지 50,000 센티스토크))인 폴리실록산 유체이다.
예시적인 실시 형태
1. 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 및 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
2. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 코팅된 물품.
3. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 코팅된 물품.
4. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 10 나노미터 미만인 코팅된 물품.
5. 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 한 실시 형태에서, 기재 표면이 금속 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 유기 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 미러 필름 표면, 플루오로중합체 필름 표면, PVDF/PMMA 중합체 블렌드 필름 표면, 종이 표면, 직물 표면, 또는 그 조합을 포함하는 것인 코팅된 물품.
6. 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
7. 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 표면-구조화된 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
8. 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 평탄한 표면을 가지는 것인 코팅된 물품.
9. 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
10. 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 비작용기화된(nonfunctionalized) 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
11. 실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 폴리실록산인 코팅된 물품.
12. 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 블렌드인 코팅된 물품.
13. 실시 형태 12에 있어서, 실리콘-기반 물질이 플루오로실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드인 코팅된 물품.
14. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 이형 물질인 코팅된 물품.
15. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13에서, 실리콘-기반 물질이 감압 접착제인 코팅된 물품.
16. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태에서, 기재가 유리이고, 실리콘-기반 물질이 프레넬 렌즈의 일부인 코팅된 물품.
17. 실시 형태 16에 있어서, 유리 기재 표면이 제1 주 표면이고, 기재가 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 유리 기재의 제2 주 표면이 나노입자로 코팅되어 있고, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
18. 2개의 기재, 2개의 기재 각각의 한쪽 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머층, 및 나노입자-함유 프라이머층들 사이에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하고, 그로써 라미네이트를 형성하는 라미네이트된 물품.
19. 실시 형태 18에 있어서, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 것인 라미네이트된 물품.
20. 실시 형태 19에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 라미네이트된 물품.
21. 실시 형태 18 내지 실시 형태 20 중 어느 한 실시 형태에서, 실리카 나노입자가 구형 입자와 비구형 입자의 혼합물인 라미네이트된 물품.
22. 기재 표면을 코팅하는 방법으로서,
프라이밍된 표면을 형성하기 위해 기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 -
기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
프라이밍된 표면을 실리콘-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계; 및
가교결합된 실리콘-함유 코팅을 형성하기 위해 실리콘-함유 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
23. 실시 형태 22에 있어서, 나노입자-함유 코팅 조성물에서 실리카 나노입자의 농도가 0.1 중량% 내지 20 중량%인 방법.
24. 실시 형태 22 또는 실시 형태 23에 있어서, 산이 옥살산, 구연산, H3PO4, HCl, HBr, HI, HBrO3, HNO3, HClO4, H2SO4, CH3SO3H, CF3SO3H, CF3CO2H, 및 그 조합 중에서 선택되는 것인 방법.
25. 실시 형태 22 내지 실시 형태 24 중 어느 한 실시 형태에서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 방법.
26. 실시 형태 22 내지 실시 형태 25 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물이 테트라알콕시실란을 추가로 포함하는 것인 방법.
27. 실시 형태 22 내지 실시 형태 26 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물의 pH가 3 미만인 방법.
28. 실시 형태 22 내지 실시 형태 27 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물이 평균 입자 직경이 40 ㎚ 이하인 0.1 중량% 내지 20 중량%의 실리카 나노입자, 및 평균 입자 직경이 50 ㎚ 이상인 0 내지 20 중량%의 실리카 나노입자를 포함하고, 실리카 나노입자의 총량이 0.1 중량% 내지 20 중량%인 방법.
29. 2개의 기재를 라미네이트하는 방법으로서,
2개의 기재 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 - 2개의 기재 표면 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
2개의 프라이밍된 표면 사이에 실리콘-기반 물질을 코팅하는 단계; 및
가교결합된 실리콘과 라미네이트를 형성하기 위해 실리콘-기반 물질을 경화시켜 2개의 기재의 프라이밍된 표면을 부착시키는 단계를 포함하는 방법.
30. 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 나노입자-함유 프라이머 상에 배치된 실리콘 타이층(silicone tie layer), 및 실리콘 타이층에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 타이층이 UV 경화 또는 열 경화 중 적어도 하나로 경화되고, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
31. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 코팅된 물품.
32. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 코팅된 물품.
33. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 10 나노미터 미만인 코팅된 물품.
34. 실시 형태 30 내지 실시 형태 33 중 어느 한 실시 형태에서, 기재 표면이 금속 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 유기 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 미러 필름 표면, 플루오로중합체 필름 표면, PVDF/PMMA 중합체 블렌드 필름 표면, 종이 표면, 직물 표면, 또는 그 조합을 포함하는 것인 코팅된 물품.
35. 실시 형태 30 내지 실시 형태 34 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
36. 실시 형태 30 내지 실시 형태 35 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 표면-구조화된 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
37. 실시 형태 30 내지 실시 형태 35 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 평탄한 표면을 가지는 것인 코팅된 물품.
38. 실시 형태 30 내지 실시 형태 37 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
39. 실시 형태 30 내지 실시 형태 38 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 비작용기화된(nonfunctionalized) 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
40. 실시 형태 30 내지 실시 형태 39 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 폴리실록산인 코팅된 물품.
41. 실시 형태 30 내지 실시 형태 40 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 블렌드인 코팅된 물품.
42. 실시 형태 41에 있어서, 실리콘-기반 물질이 플루오로실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드인 코팅된 물품.
43. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 이형 물질인 코팅된 물품.
44. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 감압 접착제인 코팅된 물품.
45. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 기재가 유리이고, 실리콘-기반 물질이 프레넬 렌즈의 일부인 코팅된 물품.
46. 실시 형태 45에 있어서, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
47. 실시 형태 45 또는 실시 형태 46에 있어서, 유리 기재 표면이 제1 주 표면이고, 기재가 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 유리 기재의 제2 주 표면이 나노입자로 코팅되어 있고, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 실리콘 타이층에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
본 발명의 이점 및 실시 형태는 하기 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에서 상술되는 특정 재료 및 그 양과, 기타 조건 및 상세 사항은 본 발명을 지나치게 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 모든 부 및 비율은 달리 표시되지 않는 한 중량 기준이다.
실시예
실시예 1
0.3 ㎝(0.13 인치) 두께, 12.7 ㎝(5 인치) 폭 × 30.5 ㎝(12 인치) 길이의 치수를 갖는 유리 플레이트가 폭에 걸쳐 접착 테이프(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "8402"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 마스킹된 5.1 cm(2 인치) 섹션을 가졌다. H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머가 준비되었다. 나노-실리카 프라이머 용액으로 적셔진 소형 와이프(미국 조지아주 로스웰 소재의 Kimberly-Clark으로부터 "KIMTECH"라는 상표명으로 입수됨)로 유리의 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 프라이머 두께가 대략 100 ㎚였다. 마스킹 테이프가 제거되어, 유리의 표면 상에 프라이밍되지 않은 섹션을 남겨 두었다. 6.4 ㎝(2.5 인치) 폭, 19.1 ㎝(7.5 인치) 길이 및 0.16 ㎝(0.063 인치) 깊이의 금속 템플릿이 유리 플레이트 상에 놓여졌으며, 따라서 템플릿의 2.5 ㎝(1 인치)가 유리의 프라이밍되지 않은 부분 상에 위치되었다. 10 그램의 열 경화 실리콘(미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow-Corning Corporation으로부터 "SYLGARD 184"라는 상표명으로 입수됨)이 혼합되어 템플릿에 부어졌다. 이 구조체를 경화를 위해 1시간 동안 100℃ 오븐에 넣어 두었다.
비교 실시예로서, 프라이머 및 실리콘으로 코팅된 제2 유리 플레이트가, 유리가 나노-실리카 프라이머 대신에 유기 용매계 실리콘 프라이머(미국 뉴욕주 워터포드 소재의 Momentive Performance Materials, Inc.로부터 "SS4120"라는 상표명으로 입수됨)로 프라이밍된 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방식으로 준비되었다.
다른 비교 실시예로서, 제3 유리 플레이트가, 유리가 실리콘을 도포하기 전에 프라이밍되지 않았다는 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방식으로 준비되었다.
샘플이 오븐으로부터 제거된 후에, 템플릿이 제거되었고, 그 결과 유리 상에 직사각형의 실리콘이 코팅되었다. 2.5 ㎝ 폭의 스트립이 코팅된 실리콘의 길이를 따라 절단되었다. 프라이밍되지 않은 영역 상에 코팅된 실리콘의 섹션은 실리콘 스트립을 잡아 박리시키는 영역을 가능하게 해준다. 유리 플레이트가 180° 박리 시험을 위해 슬립/박리 시험기(미국 매사추세츠주 어코드 소재의 IMASS, Inc.로부터 "SP2000"라는 상표명으로 입수됨)에 로드되었다. 샘플이 30.5 ㎝/분(12 인치/분)의 박리 속도 및 평균 박리력에 이르기 전에 4초의 지연을 갖는 20초 박리 시간으로 시험되었다.
SS4120 프라이머를 갖는 및 프라이머를 갖지 않는 유리 플레이트 상의 실리콘이 박리 시험될 수 있었는데, 그 이유는 실리콘이 유리의 표면으로부터 박리되었기 때문이다. 본 발명의 나노-실리카 프라이머로 프라이밍된 유리 플레이트가 박리 시험될 수 없었는데, 그 이유는 프라이머가 너무 강한 점착력을 야기하여 실리콘이 프라이밍된 유리로부터 박리되지 않았기 때문이다.
실시예 2
0.6 ㎝(0.25 인치) 두께, 10.2 ㎝(4 인치) 폭 × 15.2 ㎝(6 인치) 길이의 치수를 갖는 250 마이크로미터 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 접착 테이프("3M 8402")를 사용하여 마스킹된 5.1 ㎝(2 인치) 섹션을 가졌다. H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA")의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머가 준비되었다. 나노-실리카 프라이머 용액에 적셔진 소형 와이프("KIMTECH")로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 건조 프라이머 층 두께가 대략 100 ㎚였다. 마스킹 테이프가 제거되어, PET의 표면 상에 프라이밍되지 않은 섹션을 남겨 두었다. 5.1 ㎝(2 인치) × 10.2 ㎝(4 인치)의 치수를 갖는 금속 템플릿이 PET 시트 상에 놓여졌으며, 따라서 템플릿의 2.5 ㎝(1 인치)가 PET의 프라이밍되지 않은 부분 상에 위치되었다. 10 그램의 열 경화 실리콘("SYLGARD 184")이 혼합되어 템플릿에 부어졌다. 5.1 ㎝(2 인치) × 10.2 ㎝(4 인치)의 유리 섬유 직물이 젖은 실리콘 상에 놓여졌고 젖은 실리콘에 자리 잡을 수 있었다. PET 및 실리콘 구조체를 경화를 위해 1시간 동안 100℃ 오븐에 넣어 두었다.
샘플이 오븐으로부터 제거된 후에, 템플릿이 제거되었고, 그 결과 PET 상에 직사각형의 강화 실리콘이 코팅되었다. 2.5 ㎝ 폭의 스트립이 코팅된 실리콘의 길이를 따라 절단되었다. 프라이밍되지 않은 영역 상에 코팅된 실리콘의 섹션은 실리콘 스트립을 잡아 박리시키는 영역을 가능하게 해준다.
본 발명의 나노-실리카 프라이머로 프라이밍된 PET 필름이 박리 시험될 수 없었는데, 그 이유는 프라이머가 너무 강한 점착력을 야기하여 실리콘이 나노-실리카 프라이밍된 PET로부터 박리되지 않았고 강화 스크림이 실리콘으로부터 벗겨졌기 때문이다.
실시예 3
이 실시예에서, 15중량%의 UV 흡수제 마스터배치(UVA)(스위스 Schindellegi 소재의 Sukano Products, Ltd.로부터 "UV MB TA07-07 MB02" 상표명으로 입수됨)와 블렌딩된 85 중량%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 코폴리에스테르(PEGg)(미국 테네시주 킹스포트 소재의 Eastman Chemical Company로부터 "EASTAR GN071"라는 상표명으로 입수됨)의 외부 스킨층을 갖는 미국 특허 출원 공개 제2009/0283144호의 실시예 11에 따라 제조된 중합체성 2축 배향 다층 광학 필름이 사용되었다. 필름의 PETg/UVA 표면이 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA")의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머로 프라이밍되었다. 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 한쪽 PETg 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머가 도포되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
이 실시예에서, 35 중량%의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 Dyneon, LLC.로부터 "PVDF 6008"라는 상표명으로 입수됨)와 65 중량%의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(영국 사우샘프턴 소재의 Lucite International Inc.로부터 "CP-82"라는 상표명으로 입수됨)의 수지 블렌드로 이루어진 외부 스킨층을 갖는 미국 특허 출원 공개 제2009/0283144호의 실시예 11에 따라 제조된 제2 중합체성 2축 배향 다층 광학 필름이 사용되었다. 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 한쪽 PVDF/PMMA 블렌드 스킨층 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머가 도포되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
PET 필름(3M Co.로부터 입수가능함)이 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 PET의 한쪽 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머로 코팅되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
1 그램분의 비작용성 실리콘 고무(미국 미시간주 아드리안 소재의 Wacker Chemical Corp로부터 "EL POLYMER NA"라는 상표명으로 입수됨)의 무게를 달아서 둥근 볼로 형성하였다. 10.2 ㎝ × 10.2 ㎝의 치수로 절단하기 위해 실리콘 고무의 볼이 2개의 PETg/UVA 스킨층 필름의 프라이밍된 표면 사이에 놓여졌다. 실리콘 고무가 48.3 ㎫(7000 psi)의 압력을 사용해 가열되지 않은 플래튼 프레스를 사용하여 필름 사이에서 125 마이크로미터의 두께로 압착되었다. PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름에 대해 상기한 바가 반복되었다. 비교 샘플에 대해, PETg/UVA 스킨 필름, PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름의 프라이밍되지 않은 버전에 대해 상기한 바가 또한 반복되었다.
필름 및 실리콘 구조체가 캐리어 웨브에 테이핑되고, 실리콘 고무를 가교 결합시키기 위해 300 keV의 가속 전압 및 2 MRad의 선량의 전자 빔을 통과하였다. E-빔 유닛은 광대역 커튼형 전자 빔 처리기(PCT Engineered Systems, LLC로부터 입수됨)였다. 라미네이트 샘플이 2.54 ㎝ 폭의 스트립으로 절단되고, 889.6 N(200 lb) 로드 셀, 15 ㎝/분의 박리 속도 및 4.4 ㎝의 박리 길이를 사용하여 T-박리 시험을 위해 인장 시험기(미국 매사추세츠주 노어우드 소재의 Instron로부터의 모델 번호 "1122") 설비를 사용하여 시험되었다.
실시예 4
가교결합된 라미네이션 접착제로서 EL 중합체 NA 실리콘 고무 대신에 플루오로실리콘 고무(미국 뉴욕주 워터포드 소재의 General Electric Company로부터 "FSE2080"라는 상표명으로 입수됨)가 사용된 것을 제외하고는 실시예 3에 따라 나노-실리카 프라이밍된 및 프라이밍되지 않은 PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름 라미네이트가 제조되었다. 샘플이 실시예 3에 따른 동일한 방법에서 시험되었다.
실시예 5
2개의 고무 성분을 250℃로 가열하고 목재 막대를 사용하여 혼합시킴으로써 10 중량%의 플루오로실리콘 고무("FSE2080")와 90 중량%의 실리콘 고무("EL POLYMER NA")의 블렌드가 제조되었다. 완전한 혼합을 보장하기 위해 이 가열, 혼합 사이클이 3회 반복되었다. 가교결합된 라미네이션 접착제로서 플루오로실리콘/실리콘 고무 블렌드를 순수 EL 중합체 NA 실리콘 고무로 대체하여, 실시예 3에 따라 나노-실리카 프라이밍된 및 프라이밍되지 않은 PVDF/PMMA 스킨 필름 및 PET 필름 라미네이트가 제조되었다. 샘플이 실시예 3에 따른 동일한 방법에서 시험되었다.
실시예 6
폴리에스테르 기재에 대한 개선된 점착력을 갖고 실리콘 이형 물질의 향상된 젖음을 나타내는 이형 라이너로서 사용하기에 적당한 샘플이 제조될 수 있었다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "Scotchpar"는 상표명으로 입수됨)이 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 프라이머로 코팅되었다. 나노-실리카 프라이머 용액에 적셔진 소형 와이프("KIMTECH")로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 대략 100 나노미터의 건조 두께로 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 실라놀-말단형 실리콘 유체(미국 펜실페니아주 모리스빌 소재의 Gelest, Inc로부터 "DMS-S31"라는 상표명으로 입수됨)가 75 마이크로미터(0.003 인치)로 설정된 갭을 갖는 노치 바 스타일 코터를 사용하여 PET 필름의 프라이밍된 표면에 코팅되었다. 프라이밍되지 않은 PET가 또한 75 마이크로미터(0.003 인치)로 설정된 갭을 갖는 노치 바 코터를 사용하여 실라놀-말단형 실리콘 유체("DMS-S31")로 코팅되었다. 코팅 후에, 나노-실리카 프라이밍된 PET가 더 나은 코팅 품질을 갖는다는 것이 즉각 명백하였으며, 이는 실리콘의 보다 평탄한 표면 및 보다 적은 탈젖음(de-wet) 영역에 의해 특징지워졌다. 실리콘 코팅된 샘플이 300 keV의 가속 전압 및 36 MRad의 선량의 전자 빔 조사를 사용하여 가교결합될 수 있었다.
실시예 7
압출 복제 공정을 사용하여 미세구조화된 폴리프로필렌 필름이 제조되었다. 폴리프로필렌(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Total Petrochemicals USA, Inc.로부터 "FINA 7825"라는 상표명으로 입수됨)이 필름 압출 다이를 통해, 하나의 고무 롤과 50 마이크로미터 피치를 갖는 54도 피크 및 골을 가지는 선형 프리즘 모양의 그루브를 갖는 기계 가공된 롤로 이루어진 닙 롤 주조 스테이션으로 압출되었다. 폴리프로필렌 압출물 필름이 기계 가공된 롤에 붙어 라이너 프리즘 표면 필름을 형성하는 동안 급냉되고, 이어서 롤에 감겨졌다.
30.5 ㎝(12 인치) 폭의 PET 필름의 롤이 점착 촉진 나노-실리카 프라이머로 프라이밍되었다. 나노-실리카 프라이머가 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어져 있다. 이 프라이머가 약 100 나노미터의 두께로 PET 필름에 코팅되었고, 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)에서 오븐을 통과하였고 이어서 롤에 감겨졌다.
비작용성 실리콘 고무(미국 미시간주 아드리안 소재의 Wacker Chemical Corp로부터 입수가능한 "EL POLYMER NA"라는 상표명으로 입수됨)가 5.1 ㎝(2 인치) 직경 압출기(미국 오하이오주 유니온타운 소재의 Bonnot Company로부터 "BONNOT EXTRUDER"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 191℃(375℉)에서 15.2 ㎝(6 인치) 폭 필름 압출 다이로부터 압출되었다. 이 고무가 곧바로 금속 냉각 롤 및 고무 롤로 이루어진 닙 롤 주조 스테이션으로 압출되었다. 폴리프로필렌 도구 필름 및 나노-실리카 프라이밍된 PET 필름 둘 다는, 실리콘 고무가 이들 사이에 압출되는 동안, 닙에 유입되었으며, 따라서 폴리프로필렌 도구 필름 구조물이 압출된 실리콘 고무의 상부 표면과 밀접하게 접촉되었고, PET 필름의 나노-실리카 프라이밍된 표면이 압출된 실리콘 고무의 하부 표면과 밀접하게 접촉되었다. 이 필름 구조체가 이어서 롤에 감겨졌다. 0.9 미터(3 피트) 길이의 필름 구조체의 섹션이 풀어져 캐리어 웨브에 테이핑되었으며, 이 캐리어 웨브가 300 keV의 가속 전압 및 3 MRad의 선량의 전자 빔을 통과하였다. 전자 빔 유닛은 광대역 커튼형 전자 빔 처리기(미국 아이오와주 대븐포트 소재의 PCT Engineered Systems, LLC로부터 입수됨)였다. 조사 후에, 폴리프로필렌 도구 필름이 제거되어, 나노-실리카 프라이밍된 PET 필름에 부착된 가교결합된 실리콘 필름의 표면에 역상(reverse image)을 남겨 두었다.
디지털 현미경을 사용하여 실리콘 및 도구 필름이 분석되었으며, 가교결합된 실리콘 고무 필름에서의 도구 필름 표면의 우수한 복제를 보여주었다.
실시예 8
유리의 2개의 일반적으로 반대쪽에 있는 주 표면 상에 실리카 나노입자를 포함하는 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
저철분 유리 패널이 세정기(미국 뉴욕주 화이트 플레인즈 소재의 Alconox로부터 "ALCONOX"라는 상표명으로 입수됨)로 세정되고 탈이온수에 보관되었다. 세정된 유리가 수조로부터 제거되고, 압축 공기의 스트림으로 건조되었다. 건조된 유리가 38 ㎜/분의 속도로 코팅 용액에 침지되고 그로부터 제거되었다. 코팅 용액은 제1 3.0 중량%의 수용성 나노실리카 용액(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Nissan Chemical로부터 "SNOWTEX ST-OUP"라는 상표명으로 입수됨)과 제2 3.0 중량%의 수용성 나노실리카 용액(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 1:1 블렌드로 이루어진 산성화된(pH 2) 수용성 나노실리카 용액이었다. 용액으로부터 제거 시에 즉각, 코팅된 유리가 5 내지 10 분 동안 공기 건조되었다. 건조된 코팅된 유리가 120℃에서 10분 동안 가열되었고, 이어서 15분의 냉각 기간이 있은 다음에, 550℃에서 5분 동안 소결되었다.
경화되지 않은 실리콘(독일 뮌헨 소재의 Wacker Chemie AG로부터 "ELASTOSIL601"라는 상표명으로 입수됨)이 이어서 최종적인 렌즈의 역구조물(inverse structure)을 갖는 미세복제된 도구 필름에 코팅되었다. 프레넬 렌즈 패턴을 갖는 황동 반제품을 절단하기 위해 미세복제된 도구 필름이 다이어몬드를 사용하여 제조되었다. 종래의 UV-경화성 아크릴레이트가 프레넬 렌즈 패턴 상에 코팅되고 이어서 미세복제된 도구 필름을 제공하기 위해 UV 램프로 경화되었다. 도구 필름 랜드 영역 상에 실리콘을 허용하지 않으면서 도구 필름을 채우기 위해 코팅이 최소량으로 사용되었다. 경화되지 않은 실리콘을 갖는 이 도구가 이어서 실리콘 롤러에 의해 코팅된 유리의 상부 표면에 라미네이트되었다. 이 구조체가 이어서 20℃에 20 시간 동안 둠으로써 경화될 수 있었다.
400 ㎚ 내지 800 ㎚의 얻어진 물품의 평균 광 투과 스펙트럼이 분광 광도계(미국 매사추세츠주 월섬 소재의 Perkin Elmer로부터 "LAMDA 900"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 측정되었다. 얻어진 물품은 나노입자 코팅을 갖지 않는 프레넬 렌즈보다 1.5% 내지 2% 향상된 광 투과율을 가졌다.
실시예 9
e-빔 경화된 실리콘을 포함하는 다른 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
상기 실시예 8에 기술된 바와 같이, 유리 패널이 제공되고 세정되었다. 나노-실리카 프라이머가 세정된 유리의 주 표면에 도포되었다. 수용성 나노-실리카 프라이머는 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 물에서의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.0의 pH로 됨)를 포함하였다. 나노-실리카 프라이머 용액으로 적셔진 소형 와이프(미국 텍사스주 어빙 소재의 Kimberly-Clark으로부터 "KIMTECH"라는 상표명으로 입수됨)로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 유리 패널의 주 표면에 도포되었다. 약 100 나노미터의 건조 두께로 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다.
50 중량% 비작용성 폴리(다이메틸실록산)(PDMS) 유체(미국 펜실베니아주 모리스빌 소재의 Gelest로부터 "DMS-T43"이라는 상표명으로 입수됨) 및 50 중량%의 비닐 말단형 실리콘 유체(Gelest로부터 "DMS-V42"라는 상표명으로 입수됨)를 포함하는 실리콘 블렌드가 제조되었다. 실리콘 블렌드가 이어서, 도구 특징부가 채워져 평면 상부 표면이 얻어지도록 하는 갭으로 설정된 노치 바 코터를 사용하여, 미세복제된 주광 조명 필름(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "DLRP0022"라는 상표명으로 입수됨)에 코팅되었다. 코팅된 도구 필름이 300 keV의 가속 전압에서 8 MRad에서의 2번의 통과를 통해 16 MRad의 선량을 받는 e-빔 공정을 오픈 페이스로(open face) 통과하였으며, 이는 실리콘을 완전히 가교결합시켰다.
얻어진 구조체가 투명한 열 경화 실리콘 엘라스토머(미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 "SYLGARD 184"라는 상표명으로 입수됨)의 얇은 층을 사용하여 프라이밍된 유리에 라미네이트되었다. 열 경화 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184")가 100℃에서 1시간 동안 경화되었다. 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184") 층이 경화된 후에, 도구 필름이 제거되어, e-빔 경화된 프레넬 구조화된 실리콘을 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184") 타이층을 갖는 유리에 부착된 채로 두었다.
실시예 10
"광경화된 실리콘 타이층"을 포함하는 다른 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
95 중량% 비작용성 폴리(다이메틸실록산) 유체(Gelest로부터 "DMS-T41.2"라는 상표명으로 입수됨) 및 5 중량%의 비닐 말단형 실리콘 유체(Gelest로부터 "DMS-V41"이라는 상표명으로 입수됨)를 포함하는 실리콘 블렌드가 제조되었다. 이 실리콘 블렌드가 이어서 미세복제된 주광 조명 필름("DLRP0022")에 코팅되었다. 코팅된 도구 필름이 300 keV의 가속 전압에서 10 MRad에서의 2번의 통과를 통해 20 MRad의 선량을 받는 e-빔 공정을 오픈 페이스로 통과하였으며, 이는 실리콘을 완전히 가교결합시켰다.
2-부분 광경화성 실리콘이 다음과 같이 준비되었다. 부분 A 대 부분 B의 1:1 비율로 혼합되어 광경화성 실리콘을 제조하도록 2-부분 혼합물이 조제되었다.
부분 A가 다음과 같이 준비되었다. 22.7 리터(5 갤런) 폴리에틸렌 버킷(미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의 Consolidated Container Co. Ltd.로부터 입수됨)에 9.7 ㎏의 약 25 중량%의 비닐 MQ 수지와 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체(Gelest, Inc.로부터 "VQM-135"라는 상표명으로 입수됨)의 혼합물, 5.23 ㎏의 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체(미국 펜실페니아주 모리스빌 소재의 Gelest, Inc.로부터 "DMS-V22"라는 상표명으로 입수됨), 및 2 ㎖ 헵탄(미국 매사추세츠주 뉴베리포트 소재의 Strem Chemical Inc로부터 입수된 촉매)에 용해된 0.98 그램의 트라이메틸(메틸사이클로펜타다이에닐)백금 IV이 첨가되었다. 얻어진 혼합물이, 혼합물이 균질할 때까지, 오버헤드 교반기를 사용하여 30분 동안 교반되었다. 백금 촉매 농도가 2-부분 혼합된 조제물에 대해 20 ppm 백금이도록 설계되었다.
부분 B가 다음과 같이 준비되었다. 22.7 리터(5 갤런) 폴리에틸렌 버킷에 9.7 ㎏의 약 25 중량%의 비닐 MQ 수지와 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체("VQM-135")의 혼합물, 6.4 ㎏의 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체("DMS-V22"), 및 1.39 ㎏의 가교제를 포함하는 실리콘 하이드라이드("Dow Corning Syl-off 7678 Crosslinker"(Dow Corning Corporation으로부터의 Lot# 0002623315)라는 상표명으로 입수됨)가 첨가되었다. 얻어진 혼합물이, 혼합물이 균질할 때까지, 오버헤드 교반기를 사용하여 30분 동안 교반되었다.
"광경화성 실리콘 타이층"이 실시예 8에서 기술된 바와 같이 실리카 나노입자 코팅으로 준비된 유리의 주 표면에 코팅되었다. 채워진 도구 필름이 이어서 프라이밍된 유리에 라미네이트되고, 구조체의 유리측을 통해 350 ㎚ UV 램프에 3 분 동안 노출시킴으로써 부분적으로 경화되었다. 샘플이 이어서 80℃에서 10분 동안 오븐에서 완전히 경화되었다. 열 경화 단계 후에, 도구 필름이 제거되어, e-빔 경화된 프레넬 구조화된 실리콘을 광경화성 실리콘 타이층을 갖는 유리에 부착된 채로 두었다.
본 명세서에 인용된 특허, 특허 문헌, 및 공보의 전체 개시 내용은 각각이 개별적으로 포함된 것처럼 전체적으로 본 명세서에 참조로서 포함된다. 본 발명의 범주 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한하고자 하는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예시의 목적으로 제시되고, 본 발명의 범주는 이하의 본 명세서에 개시된 특허청구범위로만 제한하고자 함을 이해하여야 한다.
도 1은 본 명세서에 기술된 예시적인 표면-구조화된 가교결합된 실리콘이 프라이머층을 갖는 기재에 부착되어 있는 것의 사시도.
[발명의 상세한 설명]
본 개시 내용은 실리카 나노입자를 포함하는 프라이머 코팅으로 프라이밍된 기재 상에 중합체 코팅을 포함하는 물품, 및 코팅 방법을 제공한다.
일 태양에서, 본 개시 내용은 또한 제1 주 표면의 적어도 일부분 상에 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질을 갖는 제1 주 표면을 가지는 기재를 포함하는 물품을 제공한다. 예를 들어, 도 1은 기재(33) 상에 배치된 표면-구조화된 가교결합된 실리콘-기반 물질(31)을 가지는 예시적인 필름(30) - 본 발명의 프라이머 코팅(32)이 가교결합된 실리콘-기반 물질과 기재 표면 사이에 있음 - 의 사시도를 나타낸 것이다. 일부 실시 형태에서, 기재는 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 제2 주 표면의 적어도 일부분 상에 있다. 실리콘-기반 물질의 표면은 평탄하거나 구조화되어 있을 수 있다.
일부 실시 형태에서, 표면 상에 프라이머(본 발명의 프라이머)를 갖는 2개의 기재가 있고, 이들 기재가 가교결합된 실리콘-기반 물질의 층으로 서로 접합되어 라미네이트 물품을 형성한다.
일부 실시 형태에서, 물품은 접착제이고, 여기서 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 기재의 프라이밍된 제1 주 표면의 적어도 일부분에 부착되는 감압 접착제이다.
일부 실시 형태에서, 물품은 이형 라이너이고, 여기서 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 기재의 프라이밍된 제1 주 표면의 적어도 일부분에 부착되는 이형 물질이다.
중합체 코팅
본 발명의 중합체 코팅은 바람직하게는 실리콘-기반 물질을 포함한다. 실리콘은 매우 다양한 형태 및 용도를 갖는 대체로 불활성인 합성 화합물이다. 전형적으로 내열성이고 눌어 붙지 않으며(nonstick) 고무와 같기 때문에, 실리콘은 조리 기구, 의료 적용 분야, 밀봉제, 접착제, 윤활제, 절연물, 및 유방 보형물(breast implant)에서 흔히 사용된다. 어떤 통상의 실리콘의 형태는 오일, 유체, 고무(gum), 그리스(grease), 엘라스토머(예컨대, 실리콘 고무), 및 수지를 포함한다. 실리콘 엘라스토머는 장기간의 자외선광 노출 하에서 안정성이 있는 것으로 알려져 있으며, 실리콘 엘라스토머는 광학적으로 투명하고 강할 수 있으며, 이에 따라 실외용으로 아주 적합하다.
실리콘은 전형적으로 화학식 (RmSi(O)4-m/2)n을 가지며, 여기서 m = 1 내지 3이고 n = 2이다. 가장 흔한 것은 폴리(다이메틸실록산)(PDMS)이다. 실리콘 3차원 네트워크(즉, 가교결합된 실리콘)의 형성을 위해 다음과 같은 몇가지 반응 유형이 일반적으로 이용된다: 과산화물-유도 자유 라디칼 공정(전형적으로 열 순환을 필요로 하기도 함), 수소화규소 첨가 반응(전형적으로 촉매 및 열 사이클을 필요로 함), 및 응축 반응(전형적으로 촉매 및 수분을 필요로 함). 실리콘은 또한 자유 라디칼을 생성하기 위해 또는 광개시 반응을 유도하기 위해 방사(예컨대, e-빔, 감마, UV)를 사용하여 가교결합되었다.
일반적으로, 실리콘-기반 물질의 가교결합된 실록산 네트워크가 작용성 또는 비작용성 실리콘 물질로부터 형성될 수 있다. 유용한 실리콘 물질의 일례는 이전 단락에 열거되어 있는 일반 실리콘 물질은 물론, 다른 실리콘 물질, 예를 들어, 미국 특허 제6,376,569호, 제6,046,250호, 제5,145,886호, 및 제4,916,169호에 개시되어 있는 UV 경화 실리콘; 미국 특허 제6,573,328호에 개시되어 있는 열 경화 실리콘(및 이 특허의 배경 기술에 기재된 실리콘 물질); 미국 특허 제5,858,468호에 개시되어 있는 저표면 에너지 실리콘-기반 보호 물질; 및 미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터의 "SYLGARD 184", Dow Corning으로부터의 "SYLGARD 182", 미국 뉴욕주 워터타운 소재의 Momentive Performance Materials, Inc.로부터의 "RTV615", 미국 오하이오주 트윈스버그 소재의 Silicone Solutions, Inc.로부터의 UV 이중 경화 실리콘 접착제 밀봉제 "SS-5088", Dow Corning Corporation으로부터의 "3112 RTV RUBBER", Dow Corning Corporation으로부터의 "734 FLOWABLE SEALANT" 등의 구매가능한 실리콘-기반 물질을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 비작용기화되어 있을 수 있고, 과산화물 개시제 또는 고에너지 방사(예컨대, 전자 빔 조사)의 사용에 의해 가교결합되어 있을 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 기술한다. 비작용기화된 실리콘-기반 물질은 지방족 및/또는 방향족 치환제를 갖는 실록산 골격을 보여주는 하기의 화학식으로 나타내어지는 선형 물질일 수 있다:
여기서, R1, R2, R3, 및 R4는 알킬 기 및 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 각각의 R5는 알킬 기이고, n 및 m은 정수이고, m 또는 n 중 적어도 하나는 0이 아니다. 일부 실시 형태에서, 알킬 또는 아릴 기 중 적어도 하나가 할로겐 치환제(예컨대, 불소)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 알킬 기 중 적어도 하나가 -CH2CH2C4F9일 수 있다.
일부 실시 형태에서, R5는 메틸 기이다(즉, 비작용기화된 실리콘 물질은 트라이메틸실록시 기로 말단되어 있다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 알킬 기이고, n은 0이다(즉, 이 물질은 폴리(다이알킬실록산)이다). 일부 실시 형태에서, 알킬 기는 메틸 기(즉, 폴리(다이메틸실록산) ("PDMS"))이다. 일부 실시 형태에서, R1은 알킬 기이고, R2는 아릴 기이며, n은 0이다(즉, 이 물질은 폴리(알킬아릴실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1은 메틸 기이고, R2는 페닐 기이다(즉, 이 물질은 폴리(메틸페닐실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 알킬 기이고, R3 및 R4는 아릴 기이다(즉, 이 물질은 폴리(다이알킬다이아릴실록산)이다). 일부 실시 형태에서, R1 및 R2는 메틸 기이고, R3 및 R4는 페닐 기이다(즉, 이 물질은 폴리(다이메틸다이페닐실록산) 또는 폴리(메틸페닐실록산)이다).
일부 실시 형태에서, 비작용기화된 실리콘 물질은 분지될 수 있다. 예를 들어, R1, R2, R3 및/또는 R4 기 중 적어도 하나가 알킬 또는 아릴(할로겐화된 알킬 또는 아릴을 포함함) 치환제 및 말단 R5 기를 갖는 선형 또는 분지형 실록산일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "비작용기(nonfunctional group)"는 탄소, 수소, 및, 일부 실시 형태에서, 할로겐(예컨대, 불소) 원자로 이루어진 알킬 또는 아릴 기이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "비작용기화된 실리콘 물질"은 R1, R2, R3, R4, 및 R5 기가 비작용기인 실리콘 물질이다.
일반적으로, 작용성 실리콘계(functional silicone system)는 출발 물질(예컨대, 수소, 하이드록실, 비닐, 알릴, 또는 아크릴 기)의 실록산 골격에 부착되어 있는 특정의 반응성기를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "작용기화된 실리콘 물질"은 화학식 2의 R-기들 중 적어도 하나가 작용기인 실리콘 물질이다.
일부 실시 형태에서, 작용성 실리콘 물질은 R 기들 중 적어도 2개가 작용기인 것이다. 일반적으로, 화학식 2의 R 기들은 독립적으로 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 존재하는 유일한 작용기는 하이드록실 기(예컨대, 실라놀 말단형 폴리실록산(예컨대, 실라놀 말단형 폴리 다이메틸 실록산))이다.
작용성 R-기에 부가하여, R-기는 비작용기(예컨대, 할로겐화된(예컨대, 플루오르화된) 알킬 및 아릴 기를 포함한 알킬 또는 아릴 기)일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 작용기화된 실리콘 물질은 분지될 수 있다. 예를 들어, R 기들 중 적어도 하나가 작용성 및/또는 비작용성 치환제를 갖는 선형 또는 분지형 실록산일 수 있다.
일반적으로, 낮은 분자량, 낮은 점도의 물질은 유체 또는 오일이라고 하는 반면, 높은 분자량, 높은 점도의 물질은 고무라고 하지만, 이들 용어 사이의 엄격한 구분은 없다. 전형적으로, "유체" 및 "오일"이라는 용어는 25℃에서 1,000,000 mPa·sec 이하(예컨대, 600,000 mPa·sec 미만)의 역학 점도(dynamic viscosity)를 가지는 물질을 말하는 반면, 25℃에서 1,000,000 mPa·sec 초과(예컨대, 적어도 10,000,000 mPa·sec)의 역학 점도를 가지는 물질은 "고무"라고 한다.
본 명세서에 기술되어 있는 가교결합된 실리콘-기반 물질은 또한 그 안에 무기 입자(나노입자를 포함함)를 포함할 수 있다. 적당한 무기 물질의 일례는 실리카, 지르코니아, 티타니아, 및 그 조합을 포함한다. 전형적으로, 무기 입자가 2 마이크로미터 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하지만, 더 큰 크기도 역시 유용할 수 있다. 실리카 입자는 바람직하게는 1 마이크로미터 이하이지만, 더 큰 크기도 역시 유용할 수 있다. 바람직하게는, 다른 물질로 이루어진 입자는 나노미터 크기 범위에 있다(예컨대, 약 5 ㎚부터 최대 약 50 ㎚의 범위에 있음). 나노미터 크기 범위의 실리카 입자도 역시 유용할 수 있다. 이러한 입자, 특히 나노입자는 또한 0 중량% 내지 약 60 중량%의 범위에서 실리콘 탄성 중합체 물질에 로드될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 블렌드(예컨대, 플루오르화된 실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드)이다. 예를 들어, 경화성 조성물은 에틸렌계 불포화 플루오로유기폴리실록산 중합체; 평균 적어도 2개의 에틸렌계 불포화 유기기(organic group)를 포함하는 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체; 하이드로실릴화 촉매; 및 적어도 하나의 가교제를 포함할 수 있다. 가교제는 플루오로유기수소폴리실록산 및 유기수소폴리실록산으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이 조성물은 플루오로유기수소폴리실록산 및 유기수소폴리실록산 가교제 둘 다를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체는 60,000 이하 그램 당량의 비닐 당량을 가진다. 일부 실시 형태에서, 비플루오르화된 유기폴리실록산 중합체는 2000 내지 5000 그램 당량의 비닐 당량을 가진다. 일부 실시 형태에서, 에틸렌 불포화 플루오로유기폴리실록산 중합체는 평균 적어도 2개의 에틸렌계 불포화 유기기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로유기폴리실록산 중합체는 실록산 골격, 및 연결기로 골격에 결합되어 있는 펜던트 C1 내지 C6 퍼플루오로알킬 기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 연결기는 적어도 2개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 기이다. 일부 실시 형태에서, 알킬렌 연결기는 - C2H4 -이다. 일부 실시 형태에서, 펜던트 퍼플루오로알킬 기는 -C4F9이다. 일부 실시 형태에서, 하이드로실릴화 촉매는 백금을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화성 이형 조성물은 경화 억제제를 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 실리콘 물질은 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 및 제2 플루오로중합체의 블렌드를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제2 플루오로중합체는 선형 플루오로중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 대 선형 플루오로중합체의 중량비는 10:1 이하이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체 대 선형 플루오로중합체의 중량비는 1:10 이하이다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 비실리콘 선형 플루오로중합체이다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 플루오로아크릴레이트 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로아크릴레이트 중합체는 적어도 하나의 C4MH 단량체로부터 유도된다. 일부 실시 형태에서, 선형 플루오로중합체는 플루오로올레핀계 중합체이다.
다른 태양에서, 본 개시 내용은 플루오로-작용성 실리콘 이형 중합체와 플루오로올레핀계 중합체의 블렌드를 포함하는 이형 물질을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐 플루오라이드, 및 비닐리덴 플루오라이드로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 단량체의 반응 생성물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 삼중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 탄성 중합체성 플루오로올레핀계 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 플루오로올레핀계 중합체는 열가소성 플루오로올레핀계 중합체이다.
일부 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질은 필러를 포함한다. 필러의 일례는 건식 실리카, 용융 실리카 분말, 석영 분말, 유리 버블, 초단 유리 섬유, 탄소, 규조토, 점토, 탄소 나노튜브, 카본 블랙, 금속 산화물(예컨대, 산화철, 산화티타늄, 및 산화세륨) 및 금속 탄산염(예컨대, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 표면-구조화되고 가교결합된 실리콘-기반 물질에 안료, 염료, UV 흡수제, 및/또는 산화방지제를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 실리콘-기반 물질은 감압 접착제이다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 물질은 비점착성이다.
실리콘 물질(예컨대, 실리콘 고무 또는 엘라스토머)을 적절한 점착성 수지와 결합시키고, 얻어진 결합체를 핫멜트 코팅하며, 전자 빔(e-빔) 조사를 사용하여 경화시킴으로서 감압 접착제가 준비될 수 있다. 다른 경화 방법(예컨대, 과산화물, 자유 라디칼, 또는 백금 촉매 이용 실리콘 첨가)을 이용하는 다른 실리콘 감압 접착제 조제도 역시 사용될 수 있다. 일반적으로, 감압 접착제의 조제에 유용한 임의의 공지된 첨가제(예컨대, 염료, 안료, 필러, 난연제, 유동성 변경제, 유동화제, 계면 활성제, 절단 유리 섬유, 및 미소구(예컨대, 팽창성 미소구)도 역시 포함될 수 있다.
일반적으로, 임의의 공지된 점착성 수지가 사용될 수 있다(예컨대, 일부 실시 형태에서, 실리케이트 점착성 수지가 사용될 수 있다). 몇몇 예시적인 접착제 조성물에서, 복수의 실리케이트 점착성 부여 수지를 이용하여 원하는 성능을 달성할 수 있다.
적합한 실리케이트 점착성 부여 수지는 하기 구조 단위 M (즉, 1가 R'3SiO1/2 단위), D (즉, 2가 R'2SiO2/2 단위), T (즉, 3가 R'SiO3/2 단위), 및 Q (즉, 4차 SiO4/2 단위), 및 그 조합으로 구성된 수지를 포함한다. 전형적이고 예시적인 실리케이트 수지는 MQ 실리케이트 점착성 부여 수지, MQD 실리케이트 점착성 부여 수지, 및 MQT 실리케이트 점착성 부여 수지를 포함한다. 이들 실리케이트 점착성 수지는 보통 100 g/몰 내지 50,000 g/몰(예컨대, 500 g/몰 내지 15,000 g/몰) 범위의 수평균 분자 중량을 가지며, 일반적으로 R' 기는 메틸 기이다.
MQ 실리케이트 점착성 부여 수지는 각각의 M 단위가 Q 단위에 결합되고, 각각의 Q 단위가 적어도 하나의 다른 Q 단위에 결합된 공중합체성 수지이다. Q 단위 중 몇몇은 단지 다른 Q 단위에만 결합된다. 그렇지만, 어떤 Q 단위는 하이드록실 라디칼에 결합되어 HOSiO3/2 단위(즉, "TOH" 단위)가 얻어지고, 그로써 실리케이트 점착성 수지의 어떤 규소-결합된 하이드록실 함유량을 참작한다.
MQ 수지에서의 규소 결합된 하이드록실 기(즉, 실라놀)의 레벨이, 실리케이트 점착성 수지의 중량을 기준으로, 1.5 중량% 이하(일부 실시 형태에서, 1.2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 또는 심지어 0.8 중량% 이하)로 감소될 수 있다. 이는, 예를 들어 헥사메틸다이실라잔을 실리케이트 점착성 부여 수지와 반응시킴으로써 성취될 수도 있다. 그러한 반응은, 예를 들어 트라이플루오로아세트산으로 촉매 작용될 수도 있다. 대안적으로, 트라이메틸클로로실란 또는 트라이메틸실릴아세트아미드 등의 트라이메틸실릴화 반응물이 실리케이트 점착성 수지와 반응할 수 있고, 후자의 경우에 촉매가 필요하지 않다.
MQD 실리콘 점착성 부여 수지는 M, Q 및 D 단위를 갖는 삼원공중합체이다. 일부 실시 형태에서, D 단위의 메틸 R' 기들 중 일부가 비닐 (CH2=CH-) 기("DVi" 단위)로 대체될 수 있다. MQT 실리케이트 점착성 부여 수지는 M, Q 및 T 단위를 갖는 삼원공중합체이다.
적당한 실리케이트 점착성 수지는, 예를 들어, Dow Corning Corporation으로부터의 "DC 2-7066" 그리고 Momentive Performance Materials, Inc.로부터의 "SR545" 및 "SR1000"라는 상표명으로 입수가능하다.
실리콘 물질, 점착성 부여 수지, 및 임의의 선택적인 첨가제가, 고온 용융 코팅되고 경화되기 전에 임의의 매우 다양한 공지된 수단에 의해 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 다양한 성분이 통상의 장비(예컨대, 믹서, 블렌더, 분쇄기, 및 압출기)를 사용하여 사전-블렌딩될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고온 용융 코팅 공정은 압출이다. 그러한 실시 형태에서, 다양한 성분들이 다양한 조합물로 또는 개별적으로, 압출기의 하나 이상의 개별 포트를 통하여 함께 첨가되고, 압출기 내에서 블렌딩되고(예를 들어, 용융 혼합되고), 압출되어 고온 용융 코팅된 조성물을 형성할 수 있다. 어떻게 형성되는지에 상관없이, 핫멜트 코팅된 조성물이 전자 빔 조사에 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 개시 내용의 방법 및 물질이 실리콘을 발포시키는 데 사용될 수 있다. 실리콘 발포체는 탄력성, 넓은 서비스 온도 안정성(예컨대, 약 50℃ 내지 약 200℃), 불활성, 및 본연의 난연성을 포함한 고유의 특성을 제공한다. 일반적으로, 실리콘 발포체는 셀 성장 또는 팽창(즉, 발포 공정) 및 셀 안정화(즉, 가교결합 공정)가 동시에 일어나는 공정에서 제조되어 왔다. 실리콘 발포체의 대부분의 통상의 셀 팽창 화학적 특성은 화학적 발포제(blowing agent)(예컨대, 아조 함유 화합물 또는 가교결합 반응으로부터의 응축 가스 부산물)에 의존한다.
이와 달리, 본 개시 내용의 전자 빔(e-빔) 경화 공정의 사용을 통해, 셀 팽창 또는 발포 공정 및 셀 안정화 또는 가교결합 공정이 독립적으로 최적화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이는 폼 셀 크기의 균일한 분포에 의한 셀 구조에 걸친 개선된 제어로 이어질 수 있다. e-빔 경화된 실리콘 발포체는 경성 비중합체성 중공 미소구(예컨대, 유리 버블), 중합체성 미소구(열 팽창성 중합체성 미소구를 포함함) 둘 다를 포함한 미소구로 이루어져 있을 수 있고, 절단 유리 섬유 및/또는 나노입자를 포함할 수 있다.
실리콘 물질, 미소구체, 및 임의의 선택적인 첨가제가, 고온 용융 코팅되고 경화되기 전에 임의의 매우 다양한 공지된 수단에 의해 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 다양한 성분이 통상의 장비(예컨대, 믹서, 블렌더, 분쇄기, 및 압출기)를 사용하여 사전-블렌딩될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고온 용융 코팅 공정은 압출이다. 그러한 실시 형태에서, 다양한 성분들이 다양한 조합물로 또는 개별적으로, 압출기의 하나 이상의 개별 포트를 통하여 함께 첨가되고, 압출기 내에서 블렌딩되고(예를 들어, 용융 혼합되고), 압출되어 고온 용융 코팅된 조성물을 형성할 수 있다. 어떻게 형성되는지에 상관없이, 핫멜트 코팅된 조성물이 e-빔 조사에 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
실리콘-기반 물질이 구조화되어 있는 실시 형태에서, 구조화된 실리콘을 제조하는 절차는 (예를 들어, 전자 빔 방사를 사용하여) 실리콘이 가교결합되기 전에 실리콘 표면에 네거티브 구조물(negative structure)을 부여하는 도구를 이용한다. 이 도구는 각종의 형태 및 물질을 가질 수 있다. 통상적으로, 도구의 형태는 시트, 롤, 벨트 또는 필름의 롤이다. 도구는 일반적으로 금속 또는 중합체의 카테고리에 속하지만 아마도 세라믹을 포함할 수 있는 물질 또는 다른 적당한 물질로 구성되어 있다. 금속 도구의 경우, 표면 구조물을 형성하기 위해, 금속에 대해 일반적으로 다이어몬드-가공, 엠보싱(emboss), 널링(knurl), 샌드블라스트(sandblast), 기타 등등이 행해진다. 중합체 도구의 경우에, 구조화된 중합체 표면은 일반적으로, 표준의 압출 장비를 사용하여 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지가 압출되고 다이를 통해 기계 가공된 금속 도구 롤 및 고무 롤을 갖는 닙(nip)에 피드되는 압출 복제에 의해 형성된다. 용융된 중합체가 도구 표면에 접촉하고 있는 동안에 급냉되고, 이어서 도구 롤로부터 분리되어 롤에 감긴다. 부가의 중합체 도구가 도구에 붙어 있는 아크릴레이트 작용성 수지를 UV-경화하고 이어서 가교결합된 구조화된 필름을 도구로부터 제거함으로써 제조될 수 있다. 다음과 같은 중합체가 중합체 도구에 대해 잠재적으로 선택될 수 있는 것들이다: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌/옥텐, 에틸렌/헥센, 다른 에틸린 공중합체, 프로필렌/에틸렌, 저탄성계수의 프로필렌 공중합체, UV-경화성 아크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리우레탄 또는 기타 적당한 물질.
일반적으로, 닙 롤 또는 플래튼 프레스를 사용하여 도구와 기재 사이의 실리콘 물질을 압착함으로써 비가교결합된 실리콘 물질이 도구 표면에 밀접하게 접촉하게 된다. 최상의 복제 품질을 달성하기 위해, 실리콘이 도구와 접촉해 있는 동안 가교결합되어야만 한다. 따라서, 실리콘이 도구 및 프라이밍된 기재와 여전히 접촉해 있는 동안 전자 빔 유닛을 통과한다. 도구 및 기재의 두께 및 밀도에 따라, 전자 빔 방사가 도구측 또는 기재측을 통과할 수 있다. 일반적으로, 두껍거나 아주 조밀한 물질을 통해 조사하는 것이 바람직하지 않은데, 그 이유는 전자가 실리콘에 도달하여 실리콘을 가교 결합시킬 수 있기 전에 이러한 물질이 전자를 흡수하기 때문이다. 도구가 금속일 때, 실리콘 또는 기재측을 통해 구조체를 조사하는 것이 가장 좋은데, 그 이유는 금속이 보통 너무 조밀하여, 아주 얇지 않는 한, 방사가 통과할 수 없기 때문이다. 기술 분야의 당업자는 도구, 실리콘 및 기재층의 두께를 참작하기 위해 적당한 전자 빔 가속 전압을 선택할 수 있고, 또한 실리콘 물질을 적절히 가교결합시키기 위해 적당한 선량을 선택할 수 있을 것이다.
실리콘이 전자 빔 방사에 의해 가교결합된 후에, 영구적으로 구조화된 실리콘이 도구로부터 제거될 수 있다. 실리콘이 도구로부터 분리되고, 실리콘과 기재 사이에 점착력이 있는 한, 기재에 부착된 채로 있을 것이며, 이 점착력은 적당한 프라이머(본 명세서에서 논의됨)를 사용하여 향상될 수 있다.
표면-구조화된 실리콘-기반 물질에 관한 부가의 상세는 동시 계류 중인 출원 - 2010년 4월 28일자로 출원된 미국 출원 제61/328,943호 및 본 출원과 동일자로 출원된 미국 출원 제61/390,496호 - 에서 찾아볼 수 있다.
프라이머 코팅
기재 표면 상에 코팅되고 건조되는 나노입자-함유 코팅 조성물로부터 프라이머 코팅이 형성된다. 실리카 나노입자는 바람직하게는 표면 개질되지 않는다.
프라이머 코팅 조성물에서 사용되는 실리카 입자는 구형 또는 비구형(예컨대, 바늘 모양, 막대 모양, 실 모양, 목걸이 모양, 나노필라멘트, 긴 입자)을 비롯한 매우 다양한 형상을 가질 수 있다. 비구형 또는 불규칙적인 형상의 나노입자로 인해, 구형 또는 규칙적인 형상의 나노입자의 보이드와 상이한 보이드가 코팅에 형성될 수 있다. 원하는 경우, 구형 및 비구형 실리카 나노입자의 결합이 사용될 수 있다.
이 프라이머 조성물에서 사용되는 실리카 나노입자는 수성 혼합물에 또는 물/유기 용매 혼합물 중의 서브마이크로미터 크기의 실리카 나노입자의 분산물이다. 평균 입자 크기(즉, 입자의 가장 긴 치수(구형 입자의 직경))가 투과 전자 현미경을 사용하여 결정될 수 있다.
일반적으로, 구형 실리카 나노입자는 평균 1차 입자 직경이 40 나노미터(㎚) 미만(바람직하게는, 20 ㎚ 미만, 더욱 바람직하게는, 10 ㎚ 미만, 및 더욱 더 바람직하게는, 5 ㎚미만)이다. 그렇지만, 원하는 경우, 더 큰 나노입자(예컨대, 50 ㎚ 이상의 직경을 갖는 나노입자)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 비구형(즉, 바늘 모양) 콜로이드성 실리카 입자는 적어도 2 ㎚(특정 실시 형태에서, 적어도 5 ㎚) 및 전형적으로 최대 25 ㎚의 균일한 두께를 가질 수 있다. 이들은 적어도 40 ㎚의 길이 D1 및 전형적으로 최대 500 ㎚의 길이(동적 광 산란 방법에 의해 측정됨)를 가질 수 있다. 비구형(즉, 바늘 모양) 콜로이드성 실리카 입자는 5 내지 30의 연신율 D1/D2를 가질 수 있으며, 여기서 D2는 식 D2 =2720/S에 의해 계산되는 직경(단위: ㎚)을 의미하고, S는 입자의 비표면적(specific surface area)(단위: ㎡/g)을 의미하며, 이에 대해서는 미국 특허 제5,221,497호의 명세서에 개시되어 있다.
보다 작은 나노입자(즉, 20 나노미터 미만의 나노입자)가 일반적으로, 산성화될 때, 첨가제(예컨대, 테트라알콕시실란, 계면 활성제 및 유기 용매)를 필요로 하지 않고, 보다 나은 프라이머 코팅을 제공한다. 바람직하게는, 나노입자는 일반적으로 150 ㎡/g 초과(일부 실시 형태에서, 200, 300, 또는 심지어 400 ㎡/g 초과)의 표면적을 가진다.
특정의 실시 형태에서, 입자는 바람직하게는 좁은 입자 크기 분포, 즉 최대 2, 바람직하게는 최대 1.5의 다분산(polydispersity)(즉, 입자 크기 분포)을 가진다. 원하는 경우, 실리카 입자가 선택된 기재 상의 조성물의 코팅성을 유해할 정도로 감소시키지 않는 그리고 투과율 및/또는 친수성을 감소시키지 않는 제한된 양으로 첨가될 수 있다. 따라서, 다양한 크기의 입자가 결합하여 사용될 수 있다. 특정의 실시 형태에서, 입자 크기의 양봉 분포가 사용될 수 있다. 예를 들어, 평균 입자 크기가 적어도 50 ㎚(바람직하게는 50 내지 100 ㎚)인 입자가, 40 ㎚ 이하의 실리카 나노입자의 중량에 대해, 0.2:99.8 내지 99.8:0.2의 비율로 사용될 수 있다. 보다 큰 입자는 바람직하게는 보다 작은 입자에 대해 1:9 내지 9:1의 비율로 사용된다. 특정의 실시 형태에서, 평균 입자 크기가 40 ㎚ 이하인 입자(바람직하게는 0.1 내지 20 중량%) 및 평균 입자 크기가 50 ㎚ 이상인 입자(바람직하게는 0 내지 20 중량%)가 사용될 수 있고, 여기서 2개의 상이한 입자 크기의 합은 0.1 내지 20 중량%이다. 일반적으로, 본 발명의 프라이머 조성물에서의 (크기에 상관없이) 실리카 입자의 총 중량은 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 1 중량%, 및 더욱 바람직하게는 적어도 2 중량%이다. 일반적으로, 본 발명의 프라이머 조성물에서의 (크기에 상관없이) 실리카 입자의 총 중량은 40 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하, 및 더욱 더 바람직하게는 7 중량% 이하이다.
본 발명의 프라이머 조성물은 산성화된다. 이 산성화된 수용성 실리카 나노입자 프라이머 코팅 조성물이, 유기 용매 또는 계면 활성제 없이, 소수성 유기 및 무기 기재 바로 위에 코팅될 수 있다. 소수성 표면 상의 이 무기 나노입자 수성 분산액(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리카보네이트(PC))의 젖음 특성은 분산액의 pH 및 산의 pKa의 함수이다. 프라이머 코팅 조성물은, 일부 실시 형태에서, HCl에 의해 pH = 2 내지 3으로, 및 심지어 4 또는 5로 산성화될 때, 소수성 유기 기재 상에 코팅가능하다. 이와 달리, 수용성 프라이머 코팅 조성물은, 중성 또는 염기성 pH에서, 유기 기재 상에 구슬 모양으로 나타난다.
수성 매질 중의 무기 실리카 졸은 당업계에 잘 알려져 있으며 구매가능하다. 물 또는 물-알코올 용액에서의 실리카 졸은, 예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E.I. duPont de Nemours and Co., Inc.로부터의 "LUDOX"; 미국 매사추세츠주 애쉬랜드 소재의 Nyacol Co.로부터의 "NYACOL"; 및 미국 일리노이즈 오크 브루크 소재의 Ondea Nalco Chemical Co.로부터의 "NALCO"라는 상표명으로 입수가능하다. 하나의 유용한 실리카 졸은 평균 입자 크기가 5 나노미터이고, pH가 10.5이고, 고체 함량이 15 중량%인 실리카 졸로서 이용가능한 NALCO 2326이다. 다른 구매가능한 실리카 나노입자는 NALCO Chemical Co.로부터 구매가능한 "NALCO 1115" 및 "NALCO 1130", 미국 뉴욕주 유티카 소재의 Remet Corp.로부터 구매가능한 "REMASOL SP30", 및 E.I. Du Pont de Nemours Co., Inc.로부터 구매가능한 "LUDOX SM"을 포함한다.
유용한 비구형(즉, 바늘 모양) 실리카 입자는 Nissan Chemical Industries(일본 토쿄 소재)로부터 SNOWTEX-UP이라는 상표명의 수용성 현탁액으로서 입수될 수 있다. 이 혼합물은 20 내지 21 %(w/w)의 비구형 실리카, 0.35%(w/w) 미만의 Na2O, 및 물로 이루어져 있다. 입자는 직경이 약 9 내지 15 나노미터이고, 길이가 40 내지 300 나노미터이다. 현탁액은 점도가 25℃에서 100 mPas 미만이고, pH가 약 9 내지 10.5이며, 비중이 20℃에서 약 1.13이다. 다른 유용한 바늘 모양 실리카 입자는 Nissan Chemical Industries의 SNOWTEX-PS-S 및 SNOWTEX-PS-M이라는 상표명의 수용성 현탁액으로서 입수될 수 있으며, 진주 목걸이의 형태를 가진다. 이 혼합물은 20 내지 21 %(w/w)의 실리카, 0.2%(w/w) 미만의 Na2O, 및 물로 이루어져 있다. SNOWTEX-PS-M 입자는 직경이 약 18 내지 25 나노미터이며, 길이가 80 내지 150 나노미터이다. 입자 크기는 동적 광산란법에 의하면 80 내지 150이다. 현탁액은 점도가 25℃에서 100 mPas 미만이고, pH가 약 9 내지 10.5이며, 비중이 20℃에서 약 1.13이다. SNOWTEX-PS-S는 입자 직경이 10 내지 15 ㎚이고 길이가 80 내지 120 ㎚이다.
비수성 실리카 졸(실리카 유기졸(organosol)로도 불림) 또한 사용될 수 있으며, 이는, 액체 상이 유기 용매 또는 수성 유기 용매인 실리카 졸 분산물이다. 본 개시 내용의 실시에서, 그의 액상이 전형적으로 수용성(또는 덜 바람직하게는) 수용성 유기 용매이도록 실리카 졸이 선택된다. 나트륨 안정화된 실리카 나노입자가, 유기 용매(예컨대, 에탄올)로 희석시키기 전에, 먼저 산성화되어야만 한다는 것이 관찰되었다. 산성화 전에 희석하면, 불량하거나 불균일한 코팅이 수득될 수 있다. 암모늄 안정화된 실리카 나노입자가 일반적으로 임의의 순서로 희석되고 산성화될 수 있다.
프라이머 코팅 조성물은 산 또는 산들의 조합을 포함하며, 각각의 산이 3.5 이하, 바람직하게는 2.5 미만, 더욱 바람직하게는 1 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 0 미만의 pKa (H2O)를 가진다. 유용한 산은 유기산 및 무기산 둘 다를 포함하고, 예로서, 옥살산, 구연산, H2SO3, H3PO4, CF3CO2H, HCl, HBr, HI, HBrO3, HNO3, HClO4, H2SO4, CH3SO3H, CF3SO3H, 및 CF3CO2H가 있을 수 있다. 가장 바람직한 산은 HCl, HNO3, H2SO4, 및 H3PO4를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유기산 및 무기산의 혼합물을 제공하는 것이 바람직하다. 일부 실시 형태에서, pKa가 3.5 이하(바람직하게는 2.5 미만, 더욱 바람직하게는 1 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 0 미만)인 산과, 선택적으로, pKa가 0 초과인 소량의 다른 산을 포함하는 산의 혼합물을 사용할 수 있다. pKa가 4 초과인 보다 약한 산(예컨대, 아세트산)이 바람직한 투과율 및/또는 내구성 특성을 갖는 균일한 코팅을 제공하지 않는 것으로 밝혀졌다. 상세하게는, 보다 약한 산(예컨대, 아세트산)을 갖는 프라이머 코팅 조성물은 전형적으로 기재의 표면 상에 구슬 모양으로 나타난다.
프라이머 코팅 조성물은 일반적으로 5 미만, 바람직하게는 4 미만, 가장 바람직하게는 3 미만의 pH를 제공하기 위해 충분한 산을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 먼저 pH를 실질적으로 5 미만으로 감소시킨 후에, 코팅 조성물의 pH가 pH 5 내지 6으로 조정될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라, pH에 민감한 기재를 코팅할 수 있다.
테트라알콕시 결합제, 상세하게는 테트라알콕시실란(예컨대, 테트라에틸오소실리케이트(TEOS)), 및 올리고머 형태의 테트라알콕시실란(예컨대, 알킬 폴리실리케이트(예컨대, 폴리(다이에톡실록산))도 역시 실리카 나노입자 사이의 결합을 향상시키는 데 유용할 수 있다. 결합제의 최적의 양이 실험적으로 결정되고, 결합제의 성질, 분자량 및 굴절률에 의존한다. 결합제(들)는, 존재하는 경우, 전형적으로 실리카 나노입자 농도의 양에 대해 최대 50 중량 퍼센트(중량%), 종종 최대 20 중량%, 및, 일부 실시 형태에서, 최대 15 중량%의 레벨로 조성물에 첨가된다. 일부 실시 형태에서, 결합제(들)가 실리카 나노입자의 0.1 중량% 내지 50 중량%, 및 더욱 바람직하게는, 1 중량% 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.
프라이머는 전형적으로 그 위에 코팅된 표면에 산-소결된(acid-sintered) 실리카 나노입자 응집체의 연속적인 네트워크를 제공한다. 입자는 바람직하게는 평균 1차 입자 크기가 40 나노미터 미만(바람직하게는 20 나노미터 미만)이다. 평균 입자 크기는 투과 전자 현미경을 이용하여 결정할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연속적인"이라는 용어는 겔화된 네트워크(gelled network)가 도포되어 있는 영역에서 불연속 또는 갭이 거의 없이 기재의 표면을 덮고 있는 것을 말한다. "네트워크"라는 용어는 다공성 3차원 네트워크를 형성하기 위해 서로 연결되어 있는 나노입자의 결집 또는 응집을 말한다. "1차 입자 크기"라는 용어는 응집되지 않은 단일 실리카 입자의 평균 크기를 말한다.
"다공성"이라는 용어는 나노입자가 연속적인 코팅을 형성할 때 생성되는 보이드가 실리카 나노입자 사이에 존재하는 것을 말한다. 바람직하게는, 네트워크가, 건조될 때, 25 내지 45 체적 퍼센트, 더욱 바람직하게는 30 내지 40 체적 퍼센트의 공극률을 가진다. 일부 실시 형태에서, 다공도는 더 높을 수 있다. 다공도는 예컨대, 문헌 [W. L. Bragg, A. B. Pippard, Acta Crystallographica, volume 6, page 865 (1953)]에서와 같이 공고된 절차에 따라서 코팅의 굴절률로부터 산출될 수 있다.
수용성계로부터 소수성 기재 상에 프라이머 조성물을 균일하게 코팅하기 위해, 선택적으로 기재의 표면 에너지를 증가시키고 및/또는 코팅 조성물의 표면 장력을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 표면 에너지는 코로나 방전 또는 화염 처리 방법을 사용하여 코팅하기 전에 기재 표면을 산화시킴으로써 증가될 수 있다. 이들 방법은 또한 기재에 대한 코팅의 점착을 향상시킬 수 있다. 용품의 표면 에너지를 증가시킬 수 있는 그 외의 다른 방법은 예컨대, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)의 얇은 코팅과 같이 프라이머(primer)의 사용을 포함한다. 대안적으로, 코팅 조성물의 표면 장력은 저급 알코올(C1 내지 C8)을 첨가함으로써 감소될 수 있다. 그렇지만, 어떤 경우에, 원하는 특성에 대한 코팅 친수성을 향상시키기 위해 그리고 수용성 또는 수성 알코올 용액으로부터 물품의 균일한 코팅을 보장하기 위해, 습윤제(전형적으로 계면 활성제임)를 프라이머 조성물에 첨가하는 것이 유익할 수 있다.
"계면 활성제"라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 동일한 분자 상에 친수성(극성) 및 소수성(비극성) 영역 - 코팅 용액의 표면 장력을 감소시킬 수 있음 - 을 포함하는 분자를 말한다. 유용한 계면 활성제는 미국 특허 제6,040,053호(Scholz 등)에 개시되어 있는 것을 포함할 수 있다.
실리카 나노입자의 전형적인 농도(예컨대, 총 코팅 조성물에 대해 0.2 내지 15 중량%)에 대해, 대부분의 계면 활성제는 코팅 조성물의 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0.003 내지 0.05 중량%를 포함한다.
얻어진 코팅의 균일성을 향상시키기 위해 첨가될 때, 프라이머 코팅 조성물 내의 음이온성 계면 활성제가 바람직하다. 유용한 음이온성 계면 활성제는 (1) 적어도 하나의 소수성 부분(C6-C20 알킬, 알킬아릴, 및/또는 알켄일 기 등), (2) 적어도 하나의 음이온성 기(황산염, 술폰산염, 인산염, 폴리옥시에틸렌 황산염, 폴리옥시에틸렌 술폰산염, 폴리옥시에틸렌 인산염, 기타 등등), 및/또는 (3) 이러한 음이온성 기의 염 - 상기 염은 알칼리 금속염, 암모늄염, 3차 아민염 등을 포함하는 분자 구조를 갖는 것을 포함한다. 유용한 음이온성 계면 활성제의 대표적인 상업적 일례는 나트륨 라우릴 황산염(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Henkel Inc.로부터의 "TEXAPON L-100"; 및 미국 일리노이주 노스필드 소재의 Stepan Chemical Co.로부터의 "POLYSTEP B-3"라는 상표명으로 입수가능함); 나트륨 라우릴 에테르 황산염(예를 들어, 미국 일리노이주 노스필드 소재의 Stepan Chemical Co.로부터의 "POLYSTEP B-12"라는 상표명으로 입수가능함); 암모늄 라우릴 황산염(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Henkel Inc.로부터의 "STANDAPOL A"라는 상표명으로 입수가능함); 및 나트륨 도데실 벤젠 술폰산염(예를 들어, 미국 뉴저지주 크랜베리 소재의 Rhone-Poulenc, Inc.로부터의 "SIPONATE DS-10"라는 상표명으로 입수가능함)을 포함한다.
프라이머가 계면 활성제를 포함하지 않을 때 또는 개선된 코팅 균일성이 바람직할 때, 수용성 또는 수성 알코올 용액으로부터 표면의 균일한 코팅을 보장하기 위해 다른 습윤제를 첨가하는 것이 유익할 수 있다. 유용한 습윤제의 일례는 폴리에톡실화된 알킬 알코올(예를 들어, ICI Americas, Inc.로부터의 "BRIJ 30" 및 "BRIJ 35; 그리고 Union Carbide Chemical and Plastics Co.로부터의 "TERGITOL TMN-6" SPECIALTY SURFACTANT"라는 상표명으로 입수가능함), 폴리에톡실화된 알킬페놀(예를 들어, Union Carbide Chemical and Plastics Co.로부터의 "TRITON X-100", 미국 뉴저지주 플로럼 파크 소재의 BASF Corp.로부터의 "ICONOL NP-70"라는 상표명으로 입수가능함); 및 폴리에틸렌 글리콜/폴리프로필렌 글리콜 블록 공중합체(예를 들어, BASF Corp.로부터의 "TETRONIC 1502 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT", "TETRONIC 908 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT", 및 "PLURONIC F38 BLOCK COPOLYMER SURFACTANT"라는 상표명으로 입수가능함)를 포함한다. 일반적으로, 습윤제는 실리카 나노입자의 양에 따라 코팅 조성물의 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 코팅 조성물의 0.003 내지 0.05 중량%의 양으로 사용된다. 과도한 계면 활성제 또는 습윤제를 제거하기 위해, 코팅된 물품을 물로 헹구는 것 또는 물에 담그는 것이 바람직할 수 있다.
프라이머는 바람직하게는 바(bar), 롤(roll), 커튼(curtain), 로토그라비어(rotogravure), 스프레이, 또는 침지 코팅 기술 등의 종래의 기술을 사용하여 표면 상에 코팅된다. 바람직한 방법은 두께를 조절하기 위해 바 및 롤 코팅, 또는 공기 나이프 코팅을 포함한다. 필름의 균일한 코팅 및 젖음을 보장하기 위해, 코로나 방전 또는 화염 처리 방법을 사용하여 코팅 이전에 기재 표면을 산화시키는 것이 바람직할 수 있다. 물품의 표면 에너지를 증가시킬 수 있는 다른 방법은 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC) 등의 프라이머의 사용을 포함한다.
프라이머는, 코팅에서의 눈에 보이는 간섭 색 변동을 방지하기 위해, 바람직하게는 200 옹스트롬(Å) 미만 만큼, 및 더욱 바람직하게는 100 Å 미만 만큼 변하는 균일한 평균 두께로 도포된다. 최적의 평균 건조 코팅 두께는 특정의 프라이머 코팅 조성물에 의존하지만, 일반적으로, 코팅의 평균 두께는 100 Å 내지 10,000 Å, 바람직하게는 500 내지 2500 Å, 더욱 바람직하게는 750 내지 2000 Å, 그리고 더욱 더 바람직하게는 1000 내지 1500 Å(Gaertner Scientific Corp.의 Model No. L115C 등의 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하여 측정됨)이다. 그렇지만, 주목할 점은, 평균 코팅 두께가 바람직하게는 균일하지만, 실제의 코팅 두께가 코팅 상의 한 특정의 지점으로부터 다른 지점까지 상당히 변할 수 있다는 것이다.
원하는 경우, 기재의 양쪽 측면에 프라이머가 코팅될 수 있다. 대안적으로, 프라이머가 기재의 한쪽 측면에 코팅될 수 있다.
코팅되면, 프라이밍된 물품은 전형적으로 재순환 오븐(recirculating oven)에서 20℃ 내지 150℃의 범위의 온도에서 건조된다. 불활성 기체가 순환할 수 있다. 건조 공정의 속도를 높이기 위해 온도가 더 증가될 수 있지만, 기재에 대한 손상을 방지하도록 조심해야만 한다. 무기 기재의 경우, 경화 온도가 200℃ 초과일 수 있다. 프라이머 코팅 조성물이 기재에 도포되고 건조된 후에, 코팅은 바람직하게는 60 내지 95 중량%(더욱 바람직하게는 70 내지 92 중량%)의 실리카 나노입자(전형적으로, 응집되어 있음), 0.1 내지 20 중량%(더욱 바람직하게는 10 내지 25 중량%)의 테트라알콕시실란 및 선택적으로 0 내지 5 중량%(더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%)의 계면 활성제, 및 선택적으로 최대 5 중량%(바람직하게는 0.1 내지 2 중량%)의 습윤제를 포함한다.
기재 및 용도
실리콘-기반 물질이 배치되어 있는 지지체 배킹 또는 기재는 중합체성 물질, 금속, 종이, 유리, 또는 기타 투명한 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 기재의 일례는 중합 필름, 중합 시트, 성형된 중합 부재, 알루미늄 또는 스테인레스강 등의 금속(금속 표면을 포함함)(예컨대, 기상 증착된 금속), 종이, 자외선(UV) 거울, 적외선(IR) 거울, UV에 안정적인 기재, 유리(예컨대, 소다-석회 유리, 저철분 유리, 붕규산염 유리, 또는 석영(용융 실리카)) 기재, 조적물(예컨대, 벽돌, 돌, 콘크리트 등), 자동차의 일부분(예컨대, 후드, 도어, 지붕, 사이드 패널, 트렁크 또는 범퍼), 비행기의 일부분(예컨대, 날개 또는 동체), 열차의 일부분(예컨대, 지붕 또는 측면), 풍력 터빈 블레이드(예컨대, 블레이드의 선단 에지를 포함하는 터빈 블레이드의 임의의 외부 부분), 태양 전지 모듈(연성 태양 전지 모듈 및 집광 태양 전지 모듈을 포함함), 태양열 패널, 보트 선체, 거울, 교통 표지, 디스플레이, 창문(건축용 창문 및 자동차 창문을 포함함), 강화 스크림(reinforcing scrim), 직물, 이형 라이너, 경피 흡수형 피부 패치, 또는 광 생물 배양기 라이너 중 적어도 하나를 포함한다. 기재는 평면, 곡면 또는 형상화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재는 투명하다(즉, 가시 스펙트럼(400-700 ㎚ 파장)의 적어도 일부분에서 입사광의 적어도 85%를 투과시킨다). 투명한 기재는 유색 또는 무색일 수 있다.
중합체성 기재의 일례는 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트), 환상 올레핀 공중합체(COC), 플루오로중합체(예컨대, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), THV), 폴리카보네이트, 알릴다이글리콜카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 등의 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리에테르설론, 호모-에폭시 중합체, 폴리다이아민을 갖는 에폭시 첨가 중합체, 폴리다이티올, 폴리에틸렌 공중합체, 플루오르화된 표면, 셀룰로오스 에스테르(예컨대, 아세테이트 및 부티레이트), 가교결합된 폴리우레탄, 및 아크릴레이트를 포함한다. 원하는 경우, 혼합물, 블렌드, 라미네이트 등을 비롯한 이러한 중합체성 물질의 조합이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기재는 연성이고, 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 환상 올레핀 공중합체(COC), 폴리올레핀(예컨대, PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 및 PVC(폴리비닐 클로라이드)이 특히 바람직함)으로 이루어져 있다. 기재 수지를 필름으로 압출 성형하고, 압출 성형된 필름을 임의로 단축 또는 이축 배향하는 것과 같은 종래의 필름제조 기술을 사용하여 기재를 필름으로 형성시킬 수 있다. 대안적으로, 기재는 발포체의 형태로 되어 있을 수 있다.
지지체 배킹도 역시 정전기를 소산시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 지지체 배킹이 지지체 배킹으로 하여금 정전기를 소산시킬 수 있게 해주는 하나 이상의 중합체성 물질을 포함할 수 있다. 정전기를 소산시키기 위해, 투명한 지지체 배킹은 또한 본연의 정전기 소산 중합체(예를 들어, 미국 오하이오주 위클리프 소재의 Lubrizol Corp.로부터의 "STATRITE X5091 POLYURETHANE" 또는 "STATRITE M809 POLYMETHYL METHACRYLATE"라는 상표명으로 입수가능함)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 정전기 소산염(예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터의 "FC4400"라는 상표명으로 입수가능함)이 투명한 지지체 배킹 65(예컨대, PVDF)를 제조하는 데 사용되는 중합체에 블렌딩될 수 있다. 지지체 배킹은 또한 다수의 층으로 이루어져 있을 수 있다.
중합체성 2축 배향 UV 거울이 기재로서 사용될 수 있다. UV 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 UV 거울은 가시광을 통과시키면서 UV 광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. UV 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
중합체성 가시광 거울이 기재로서 사용될 수 있다. 가시광 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 2축 배향 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 가시광 거울은 IR 광을 통과시키면서 가시광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. 중합체성 가시광 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
"SOG(silicone on glass)" 프레넬 렌즈의 일부인 유리가 본 명세서에서의 기재로서 사용될 수 있다. 프레넬 렌즈는 렌즈를 "프레넬 영역(Fresnel zone)"이라고 하는 일련의 동심 환상 섹션으로 분할함으로써 제조된, 종래의 렌즈의 중량 및 체적을 갖지 않는 큰 개구와 짧은 초점 거리의 렌즈이다. 프레넬 렌즈는 통상적으로 태양광을 태양 전지 또는 태양열 모듈에 집속시키는 데 사용되지만, 많은 다른 응용에 사용되어 왔고 사용되고 있다. 프레넬 렌즈는 종종 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리카보네이트로 이루어져 있다. "SOG" 프레넬 렌즈는 보다 최근의 것이며, 구조화된 SOG를 포함한다. 이들 프레넬 렌즈는 증가된 내구성 및 내후성에 대한 잠재력을 제공한다. "SOG" 프레넬 렌즈는, 예를 들어, 하기의 공정에 의해 향상될 수 있다. 반사를 감소시키고 광 포착을 향상시키기 위해, 유리의 한쪽 측면이 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액을 사용하여 프라이밍될 수 있고, 유리의 반대쪽 태양 측면이 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 점착력을 향상시키기 위해 프라이머가 베이킹될 수 있다. 비작용성 폴리(다이메틸실록산)(PDMS) 유체와 비닐-작용성 PDMS 유체의 블렌드가 프레넬 도구 표면에 코팅됨으로써, 특징부가 완전히 채워지고 평탄한 PDMS 블렌드 표면이 얻어지도록 할 수 있다. 채워진 도구는 이어서 PDMS 유체 블렌드를 가교 결합시키는 e-빔 공정을 통과할 수 있다. 예를 들어, 실시예 10에 기술된 것과 같은, UV-개시 Pt 촉매 이용 첨가 경화 실리콘 유체 타이층이, 비용을 최소화하기 위해, 프라이밍된 유리 표면에 아주 얇은 층으로 선택적으로 도포될 수 있다. 롤 코팅, 노치-바 코팅 및 스크린 인쇄 등의 다양한 기술을 사용하여 이 용액이 유리에 도포될 수 있다. 이 층의 두께가 달라질 수 있지만, 라미네이션 이전에 경화하지 않지만 라미네이션 및 UV 노출 이후에 여전히 빠르게 경화하도록 경화 동역학이 고려된다. 실리콘 타이층의 경화 이전에, 실리콘 충전된 도구 필름이 프라이밍된 유리에 라미네이트된다. 이 라미네이션 단계는 라미네이션 위치에 형성할 실리콘의 롤링 뱅크(rolling bank)를 필요로 할 수 있다. 유리 에지에 맞춰 도구 필름 패턴을 위치 맞춤하는 것이 엄격하게 제어될 필요가 있을 수 있다. 이 구조체는 이어서 실리콘 타이층 가교결합을 개시하기 위해 표준의 H 전구 또는 흑체로부터의 UV 방사선으로 조사될 수 있다. 일부 실시 형태에서, UV 램프에의 노출 이후에 보다 빠른 경화를 가능하게 해주기 위해 라미네이션 이전에 타이층을 가열하거나 심지어 부분적으로 경화시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가교결합을 가속시키기 위해 UV 조사에의 노출 이후에 실리콘 타이층을 가열하는 것이 바람직할 수 있다. UV 경화성 실리콘 타이층이 충분히 가교결합된 후에, 프레넬 도구가 제거되어, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬을 유리 시트에 부착된 채로 둘 수 있다.
일부 실시 형태에서, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬 렌즈가, 별도의 실리콘 타이층을 사용하지 않고, 프라이밍된 필름 바로 위에 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 프레넬 도구와 본 명세서에 기술된 나노-실리카 용액으로 프라이밍된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 시트 사이에 PDMS 고무가 압착될 수 있다. 방사선이 먼저 PET 표면을 통과하도록 이 구조체가 e-빔 공정을 통과할 수 있다. 실리콘 고무가 e-빔에 의해 충분히 가교결합된 후에, PMMA 도구가 제거되어, e-빔 가교결합된 실리콘 프레넬 렌즈를 프라이밍된 PET 표면에 부착된 채로 둘 수 있다.
중합체성 IR 거울이 기재로서 사용될 수 있다. IR 거울은 기술 분야에 공지되어 있으며, UV에 안정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 메틸 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 공중합체(co-PMMA)의 교번하는 층으로 이루어진 2축 배향 다층 광학 필름 - 두께는 이 필름이 반사하는 광의 파장의 1/4임 - 을 포함한다. 이 IR 거울은 가시광을 통과시키면서 IR 광을 반사시키는 두께의 범위에 있는 교번하는 중합체 층을 가진다. 중합체성 IR 거울은 미국 특허 출원 공개 제2009/0283133호 및 제2009/0283144호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
각각의 거울이 산성화된 나노-실리카 프라이머로 코팅된 후에 실리콘 접착제를 사용하여 가시광 중합체성 거울을 IR 중합체성 거울에 라미네이트함으로써 광대역 중합체성 거울이 제조될 수 있다.
본 기술 분야에 공지된 UV에 안정적인 기재가 기재로서 사용될 수 있다. 일례는 일반적으로 UV 흡수제, 산화 방지제 및 힌더드 아민 광 안정제의 첨가를 통해 및/또는 중합체의 본연의 내후성(예컨대, 플루오로중합체)을 통해 적어도 10년의 기간 동안 태양광 및 원소에의 실외 노출 동안 그의 광학적 및 기계적 특성을 유지하는 중합체로 제조된 필름 또는 부분을 포함한다.
본 기술 분야에 공지된 태양 전지 모듈이 기재로서 사용될 수 있다. 경성 태양 전지 모듈(예컨대, 결정질 규소 모듈)의 경우, 이들은 모듈의 유리 전면을 포함할 수 있다. 박막 기술을 이용하는 연성 태양 전지 모듈의 경우, 전면 기재는 일반적으로 UV에 안정적인 중합체 필름(예컨대, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌)이다.
본 기술 분야에 공지된 태양열 모듈이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은 태양 에너지를 집광하고 유체를 가열함으로써 열 에너지를 포착한다. 태양열 모듈은 일반적으로 경성이고 유리 전면을 갖는다는 점에서 태양 전지 모듈과 유사하다.
본 기술 분야에 공지된 강화 스크림이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은, 수지로 함침(impregnate)되고 경화될 때, 얻어진 복합물의 연신율을 감소시키고 강도를 증가시킴으로써 개선된 치수 안정성 및 인장 특성을 제공하는 직포 또는 부직포를 포함한다.
본 기술 분야에 공지된 직물이 기재로서 사용될 수 있다. 이들은 옷, 가방, 가구, 텐트, 우산 등을 제조하는 데 종종 사용되는 천연 섬유 또는 인조 섬유의 네트워크로 이루어진 방향성 연성 물질(directionally flexible material)을 포함한다.
본 발명의 물품은 또한 임의의 유형의 점착성 물질(예컨대, 접착제 또는 마스틱(mastic))에 대해 분리 효과를 제공하는 이형 라이너일 수 있다. 예를 들어, 실리콘-함유 물질은 미국 특허 제5,217,805호에 기술되어 있는 자외선 방사 경화성 제어가능 이형 조성물일 수 있다. 이 조성물은 폴리에폭시폴리실록산, 에폭시폴리실록산과 보통 불상용성인 무실리콘 다작용성 에폭사이드, 및 상용화 일작용성 에폭사이드를 포함한다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 폴리실록산 이형 물질은 본질적으로 25℃에서의 동점도(kinematic viscosity)가 0.05 ㎡/s(50,000 센티스토크) 이하, 예컨대, 0.005 내지 0.05 ㎡/s(5,000 내지 50,000 센티스토크)인 하나 이상의 폴리실록산 유체 - 2009년 10월 29일자로 출원되고 WO 2010/056546로서 공개된 PCT 출원 제PCT/US2009/062608호에 기술되어 있음 - 로 이루어져 있다. 일부 실시 형태에서, 폴리실록산 물질은 폴리(다이메틸실록산)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 조성물 내의 모든 폴리실록산 물질은 비작용성 폴리실록산이다. 일부 실시 형태에서, 각각의 비작용성 폴리실록산은 25℃에서의 동점도가 0.05 ㎡/s(50,000 센티스토크) 이하(예컨대, 0.005 내지 0.05 ㎡/s(5,000 내지 50,000 센티스토크))인 폴리실록산 유체이다.
예시적인 실시 형태
1. 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 및 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
2. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 코팅된 물품.
3. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 코팅된 물품.
4. 실시 형태 1에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 10 나노미터 미만인 코팅된 물품.
5. 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 한 실시 형태에서, 기재 표면이 금속 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 유기 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 미러 필름 표면, 플루오로중합체 필름 표면, PVDF/PMMA 중합체 블렌드 필름 표면, 종이 표면, 직물 표면, 또는 그 조합을 포함하는 것인 코팅된 물품.
6. 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
7. 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 표면-구조화된 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
8. 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 평탄한 표면을 가지는 것인 코팅된 물품.
9. 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
10. 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 비작용기화된(nonfunctionalized) 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
11. 실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 폴리실록산인 코팅된 물품.
12. 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 블렌드인 코팅된 물품.
13. 실시 형태 12에 있어서, 실리콘-기반 물질이 플루오로실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드인 코팅된 물품.
14. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 이형 물질인 코팅된 물품.
15. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13에서, 실리콘-기반 물질이 감압 접착제인 코팅된 물품.
16. 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태에서, 기재가 유리이고, 실리콘-기반 물질이 프레넬 렌즈의 일부인 코팅된 물품.
17. 실시 형태 16에 있어서, 유리 기재 표면이 제1 주 표면이고, 기재가 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 유리 기재의 제2 주 표면이 나노입자로 코팅되어 있고, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
18. 2개의 기재, 2개의 기재 각각의 한쪽 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머층, 및 나노입자-함유 프라이머층들 사이에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하고, 그로써 라미네이트를 형성하는 라미네이트된 물품.
19. 실시 형태 18에 있어서, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 것인 라미네이트된 물품.
20. 실시 형태 19에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 라미네이트된 물품.
21. 실시 형태 18 내지 실시 형태 20 중 어느 한 실시 형태에서, 실리카 나노입자가 구형 입자와 비구형 입자의 혼합물인 라미네이트된 물품.
22. 기재 표면을 코팅하는 방법으로서,
프라이밍된 표면을 형성하기 위해 기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 -
기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
프라이밍된 표면을 실리콘-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계; 및
가교결합된 실리콘-함유 코팅을 형성하기 위해 실리콘-함유 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 방법.
23. 실시 형태 22에 있어서, 나노입자-함유 코팅 조성물에서 실리카 나노입자의 농도가 0.1 중량% 내지 20 중량%인 방법.
24. 실시 형태 22 또는 실시 형태 23에 있어서, 산이 옥살산, 구연산, H3PO4, HCl, HBr, HI, HBrO3, HNO3, HClO4, H2SO4, CH3SO3H, CF3SO3H, CF3CO2H, 및 그 조합 중에서 선택되는 것인 방법.
25. 실시 형태 22 내지 실시 형태 24 중 어느 한 실시 형태에서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 방법.
26. 실시 형태 22 내지 실시 형태 25 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물이 테트라알콕시실란을 추가로 포함하는 것인 방법.
27. 실시 형태 22 내지 실시 형태 26 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물의 pH가 3 미만인 방법.
28. 실시 형태 22 내지 실시 형태 27 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 코팅 조성물이 평균 입자 직경이 40 ㎚ 이하인 0.1 중량% 내지 20 중량%의 실리카 나노입자, 및 평균 입자 직경이 50 ㎚ 이상인 0 내지 20 중량%의 실리카 나노입자를 포함하고, 실리카 나노입자의 총량이 0.1 중량% 내지 20 중량%인 방법.
29. 2개의 기재를 라미네이트하는 방법으로서,
2개의 기재 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 - 2개의 기재 표면 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
2개의 프라이밍된 표면 사이에 실리콘-기반 물질을 코팅하는 단계; 및
가교결합된 실리콘과 라미네이트를 형성하기 위해 실리콘-기반 물질을 경화시켜 2개의 기재의 프라이밍된 표면을 부착시키는 단계를 포함하는 방법.
30. 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 나노입자-함유 프라이머 상에 배치된 실리콘 타이층(silicone tie layer), 및 실리콘 타이층에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 타이층이 UV 경화 또는 열 경화 중 적어도 하나로 경화되고, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
31. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 코팅된 물품.
32. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 20 나노미터 미만인 코팅된 물품.
33. 실시 형태 30에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 10 나노미터 미만인 코팅된 물품.
34. 실시 형태 30 내지 실시 형태 33 중 어느 한 실시 형태에서, 기재 표면이 금속 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 유기 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 표면, UV에 안정적인 중합체 미러 필름 표면, 플루오로중합체 필름 표면, PVDF/PMMA 중합체 블렌드 필름 표면, 종이 표면, 직물 표면, 또는 그 조합을 포함하는 것인 코팅된 물품.
35. 실시 형태 30 내지 실시 형태 34 중 어느 한 실시 형태에서, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
36. 실시 형태 30 내지 실시 형태 35 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 표면-구조화된 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
37. 실시 형태 30 내지 실시 형태 35 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 평탄한 표면을 가지는 것인 코팅된 물품.
38. 실시 형태 30 내지 실시 형태 37 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
39. 실시 형태 30 내지 실시 형태 38 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 비작용기화된(nonfunctionalized) 실리콘-기반 물질인 코팅된 물품.
40. 실시 형태 30 내지 실시 형태 39 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 폴리실록산인 코팅된 물품.
41. 실시 형태 30 내지 실시 형태 40 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 블렌드인 코팅된 물품.
42. 실시 형태 41에 있어서, 실리콘-기반 물질이 플루오로실리콘과 비플루오르화된 실리콘의 블렌드인 코팅된 물품.
43. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 이형 물질인 코팅된 물품.
44. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 실리콘-기반 물질이 감압 접착제인 코팅된 물품.
45. 실시 형태 30 내지 실시 형태 42 중 어느 한 실시 형태에서, 기재가 유리이고, 실리콘-기반 물질이 프레넬 렌즈의 일부인 코팅된 물품.
46. 실시 형태 45에 있어서, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
47. 실시 형태 45 또는 실시 형태 46에 있어서, 유리 기재 표면이 제1 주 표면이고, 기재가 제1 주 표면의 일반적으로 반대쪽에 있는 제2 주 표면을 가지며, 유리 기재의 제2 주 표면이 나노입자로 코팅되어 있고, 실리콘-기반 물질이 일반적으로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 실리콘-기반 물질의 제2 주 표면이 실리콘 타이층에 접합되어 있고, 실리콘-기반 물질의 제1 주 표면이 표면-구조화되고 가교결합되어 있는 것인 코팅된 물품.
본 발명의 이점 및 실시 형태는 하기 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에서 상술되는 특정 재료 및 그 양과, 기타 조건 및 상세 사항은 본 발명을 지나치게 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 모든 부 및 비율은 달리 표시되지 않는 한 중량 기준이다.
실시예
실시예 1
0.3 ㎝(0.13 인치) 두께, 12.7 ㎝(5 인치) 폭 × 30.5 ㎝(12 인치) 길이의 치수를 갖는 유리 플레이트가 폭에 걸쳐 접착 테이프(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "8402"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 마스킹된 5.1 cm(2 인치) 섹션을 가졌다. H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머가 준비되었다. 나노-실리카 프라이머 용액으로 적셔진 소형 와이프(미국 조지아주 로스웰 소재의 Kimberly-Clark으로부터 "KIMTECH"라는 상표명으로 입수됨)로 유리의 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 프라이머 두께가 대략 100 ㎚였다. 마스킹 테이프가 제거되어, 유리의 표면 상에 프라이밍되지 않은 섹션을 남겨 두었다. 6.4 ㎝(2.5 인치) 폭, 19.1 ㎝(7.5 인치) 길이 및 0.16 ㎝(0.063 인치) 깊이의 금속 템플릿이 유리 플레이트 상에 놓여졌으며, 따라서 템플릿의 2.5 ㎝(1 인치)가 유리의 프라이밍되지 않은 부분 상에 위치되었다. 10 그램의 열 경화 실리콘(미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow-Corning Corporation으로부터 "SYLGARD 184"라는 상표명으로 입수됨)이 혼합되어 템플릿에 부어졌다. 이 구조체를 경화를 위해 1시간 동안 100℃ 오븐에 넣어 두었다.
비교 실시예로서, 프라이머 및 실리콘으로 코팅된 제2 유리 플레이트가, 유리가 나노-실리카 프라이머 대신에 유기 용매계 실리콘 프라이머(미국 뉴욕주 워터포드 소재의 Momentive Performance Materials, Inc.로부터 "SS4120"라는 상표명으로 입수됨)로 프라이밍된 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방식으로 준비되었다.
다른 비교 실시예로서, 제3 유리 플레이트가, 유리가 실리콘을 도포하기 전에 프라이밍되지 않았다는 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방식으로 준비되었다.
샘플이 오븐으로부터 제거된 후에, 템플릿이 제거되었고, 그 결과 유리 상에 직사각형의 실리콘이 코팅되었다. 2.5 ㎝ 폭의 스트립이 코팅된 실리콘의 길이를 따라 절단되었다. 프라이밍되지 않은 영역 상에 코팅된 실리콘의 섹션은 실리콘 스트립을 잡아 박리시키는 영역을 가능하게 해준다. 유리 플레이트가 180° 박리 시험을 위해 슬립/박리 시험기(미국 매사추세츠주 어코드 소재의 IMASS, Inc.로부터 "SP2000"라는 상표명으로 입수됨)에 로드되었다. 샘플이 30.5 ㎝/분(12 인치/분)의 박리 속도 및 평균 박리력에 이르기 전에 4초의 지연을 갖는 20초 박리 시간으로 시험되었다.
SS4120 프라이머를 갖는 및 프라이머를 갖지 않는 유리 플레이트 상의 실리콘이 박리 시험될 수 있었는데, 그 이유는 실리콘이 유리의 표면으로부터 박리되었기 때문이다. 본 발명의 나노-실리카 프라이머로 프라이밍된 유리 플레이트가 박리 시험될 수 없었는데, 그 이유는 프라이머가 너무 강한 점착력을 야기하여 실리콘이 프라이밍된 유리로부터 박리되지 않았기 때문이다.
실시예 2
0.6 ㎝(0.25 인치) 두께, 10.2 ㎝(4 인치) 폭 × 15.2 ㎝(6 인치) 길이의 치수를 갖는 250 마이크로미터 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 접착 테이프("3M 8402")를 사용하여 마스킹된 5.1 ㎝(2 인치) 섹션을 가졌다. H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA")의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머가 준비되었다. 나노-실리카 프라이머 용액에 적셔진 소형 와이프("KIMTECH")로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 건조 프라이머 층 두께가 대략 100 ㎚였다. 마스킹 테이프가 제거되어, PET의 표면 상에 프라이밍되지 않은 섹션을 남겨 두었다. 5.1 ㎝(2 인치) × 10.2 ㎝(4 인치)의 치수를 갖는 금속 템플릿이 PET 시트 상에 놓여졌으며, 따라서 템플릿의 2.5 ㎝(1 인치)가 PET의 프라이밍되지 않은 부분 상에 위치되었다. 10 그램의 열 경화 실리콘("SYLGARD 184")이 혼합되어 템플릿에 부어졌다. 5.1 ㎝(2 인치) × 10.2 ㎝(4 인치)의 유리 섬유 직물이 젖은 실리콘 상에 놓여졌고 젖은 실리콘에 자리 잡을 수 있었다. PET 및 실리콘 구조체를 경화를 위해 1시간 동안 100℃ 오븐에 넣어 두었다.
샘플이 오븐으로부터 제거된 후에, 템플릿이 제거되었고, 그 결과 PET 상에 직사각형의 강화 실리콘이 코팅되었다. 2.5 ㎝ 폭의 스트립이 코팅된 실리콘의 길이를 따라 절단되었다. 프라이밍되지 않은 영역 상에 코팅된 실리콘의 섹션은 실리콘 스트립을 잡아 박리시키는 영역을 가능하게 해준다.
본 발명의 나노-실리카 프라이머로 프라이밍된 PET 필름이 박리 시험될 수 없었는데, 그 이유는 프라이머가 너무 강한 점착력을 야기하여 실리콘이 나노-실리카 프라이밍된 PET로부터 박리되지 않았고 강화 스크림이 실리콘으로부터 벗겨졌기 때문이다.
실시예 3
이 실시예에서, 15중량%의 UV 흡수제 마스터배치(UVA)(스위스 Schindellegi 소재의 Sukano Products, Ltd.로부터 "UV MB TA07-07 MB02" 상표명으로 입수됨)와 블렌딩된 85 중량%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 코폴리에스테르(PEGg)(미국 테네시주 킹스포트 소재의 Eastman Chemical Company로부터 "EASTAR GN071"라는 상표명으로 입수됨)의 외부 스킨층을 갖는 미국 특허 출원 공개 제2009/0283144호의 실시예 11에 따라 제조된 중합체성 2축 배향 다층 광학 필름이 사용되었다. 필름의 PETg/UVA 표면이 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA")의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 나노-실리카 프라이머로 프라이밍되었다. 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 한쪽 PETg 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머가 도포되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
이 실시예에서, 35 중량%의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 Dyneon, LLC.로부터 "PVDF 6008"라는 상표명으로 입수됨)와 65 중량%의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(영국 사우샘프턴 소재의 Lucite International Inc.로부터 "CP-82"라는 상표명으로 입수됨)의 수지 블렌드로 이루어진 외부 스킨층을 갖는 미국 특허 출원 공개 제2009/0283144호의 실시예 11에 따라 제조된 제2 중합체성 2축 배향 다층 광학 필름이 사용되었다. 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 한쪽 PVDF/PMMA 블렌드 스킨층 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머가 도포되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
PET 필름(3M Co.로부터 입수가능함)이 1.5 kW의 설정에서 코로나 처리된 PET의 한쪽 표면에 대략 100 ㎚의 나노-실리카 층을 코팅하기 위해 에어 나이프 코팅 공정을 사용하여 나노-실리카 프라이머로 코팅되었고, 이어서 프라이머가 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)의 온도로 오븐에서 건조되었다.
1 그램분의 비작용성 실리콘 고무(미국 미시간주 아드리안 소재의 Wacker Chemical Corp로부터 "EL POLYMER NA"라는 상표명으로 입수됨)의 무게를 달아서 둥근 볼로 형성하였다. 10.2 ㎝ × 10.2 ㎝의 치수로 절단하기 위해 실리콘 고무의 볼이 2개의 PETg/UVA 스킨층 필름의 프라이밍된 표면 사이에 놓여졌다. 실리콘 고무가 48.3 ㎫(7000 psi)의 압력을 사용해 가열되지 않은 플래튼 프레스를 사용하여 필름 사이에서 125 마이크로미터의 두께로 압착되었다. PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름에 대해 상기한 바가 반복되었다. 비교 샘플에 대해, PETg/UVA 스킨 필름, PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름의 프라이밍되지 않은 버전에 대해 상기한 바가 또한 반복되었다.
필름 및 실리콘 구조체가 캐리어 웨브에 테이핑되고, 실리콘 고무를 가교 결합시키기 위해 300 keV의 가속 전압 및 2 MRad의 선량의 전자 빔을 통과하였다. E-빔 유닛은 광대역 커튼형 전자 빔 처리기(PCT Engineered Systems, LLC로부터 입수됨)였다. 라미네이트 샘플이 2.54 ㎝ 폭의 스트립으로 절단되고, 889.6 N(200 lb) 로드 셀, 15 ㎝/분의 박리 속도 및 4.4 ㎝의 박리 길이를 사용하여 T-박리 시험을 위해 인장 시험기(미국 매사추세츠주 노어우드 소재의 Instron로부터의 모델 번호 "1122") 설비를 사용하여 시험되었다.
실시예 4
가교결합된 라미네이션 접착제로서 EL 중합체 NA 실리콘 고무 대신에 플루오로실리콘 고무(미국 뉴욕주 워터포드 소재의 General Electric Company로부터 "FSE2080"라는 상표명으로 입수됨)가 사용된 것을 제외하고는 실시예 3에 따라 나노-실리카 프라이밍된 및 프라이밍되지 않은 PVDF/PMMA 블렌드 스킨 필름 및 PET 필름 라미네이트가 제조되었다. 샘플이 실시예 3에 따른 동일한 방법에서 시험되었다.
실시예 5
2개의 고무 성분을 250℃로 가열하고 목재 막대를 사용하여 혼합시킴으로써 10 중량%의 플루오로실리콘 고무("FSE2080")와 90 중량%의 실리콘 고무("EL POLYMER NA")의 블렌드가 제조되었다. 완전한 혼합을 보장하기 위해 이 가열, 혼합 사이클이 3회 반복되었다. 가교결합된 라미네이션 접착제로서 플루오로실리콘/실리콘 고무 블렌드를 순수 EL 중합체 NA 실리콘 고무로 대체하여, 실시예 3에 따라 나노-실리카 프라이밍된 및 프라이밍되지 않은 PVDF/PMMA 스킨 필름 및 PET 필름 라미네이트가 제조되었다. 샘플이 실시예 3에 따른 동일한 방법에서 시험되었다.
실시예 6
폴리에스테르 기재에 대한 개선된 점착력을 갖고 실리콘 이형 물질의 향상된 젖음을 나타내는 이형 라이너로서 사용하기에 적당한 샘플이 제조될 수 있었다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "Scotchpar"는 상표명으로 입수됨)이 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카("NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA")와 제2 콜로이드성 실리카("NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어진 프라이머로 코팅되었다. 나노-실리카 프라이머 용액에 적셔진 소형 와이프("KIMTECH")로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 도포되었다. 대략 100 나노미터의 건조 두께로 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다. 실라놀-말단형 실리콘 유체(미국 펜실페니아주 모리스빌 소재의 Gelest, Inc로부터 "DMS-S31"라는 상표명으로 입수됨)가 75 마이크로미터(0.003 인치)로 설정된 갭을 갖는 노치 바 스타일 코터를 사용하여 PET 필름의 프라이밍된 표면에 코팅되었다. 프라이밍되지 않은 PET가 또한 75 마이크로미터(0.003 인치)로 설정된 갭을 갖는 노치 바 코터를 사용하여 실라놀-말단형 실리콘 유체("DMS-S31")로 코팅되었다. 코팅 후에, 나노-실리카 프라이밍된 PET가 더 나은 코팅 품질을 갖는다는 것이 즉각 명백하였으며, 이는 실리콘의 보다 평탄한 표면 및 보다 적은 탈젖음(de-wet) 영역에 의해 특징지워졌다. 실리콘 코팅된 샘플이 300 keV의 가속 전압 및 36 MRad의 선량의 전자 빔 조사를 사용하여 가교결합될 수 있었다.
실시예 7
압출 복제 공정을 사용하여 미세구조화된 폴리프로필렌 필름이 제조되었다. 폴리프로필렌(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Total Petrochemicals USA, Inc.로부터 "FINA 7825"라는 상표명으로 입수됨)이 필름 압출 다이를 통해, 하나의 고무 롤과 50 마이크로미터 피치를 갖는 54도 피크 및 골을 가지는 선형 프리즘 모양의 그루브를 갖는 기계 가공된 롤로 이루어진 닙 롤 주조 스테이션으로 압출되었다. 폴리프로필렌 압출물 필름이 기계 가공된 롤에 붙어 라이너 프리즘 표면 필름을 형성하는 동안 급냉되고, 이어서 롤에 감겨졌다.
30.5 ㎝(12 인치) 폭의 PET 필름의 롤이 점착 촉진 나노-실리카 프라이머로 프라이밍되었다. 나노-실리카 프라이머가 H2O 중에서 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.5 내지 2.0의 pH로 됨)로 이루어져 있다. 이 프라이머가 약 100 나노미터의 두께로 PET 필름에 코팅되었고, 21℃(70℉) 내지 107℃(225℉)에서 오븐을 통과하였고 이어서 롤에 감겨졌다.
비작용성 실리콘 고무(미국 미시간주 아드리안 소재의 Wacker Chemical Corp로부터 입수가능한 "EL POLYMER NA"라는 상표명으로 입수됨)가 5.1 ㎝(2 인치) 직경 압출기(미국 오하이오주 유니온타운 소재의 Bonnot Company로부터 "BONNOT EXTRUDER"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 191℃(375℉)에서 15.2 ㎝(6 인치) 폭 필름 압출 다이로부터 압출되었다. 이 고무가 곧바로 금속 냉각 롤 및 고무 롤로 이루어진 닙 롤 주조 스테이션으로 압출되었다. 폴리프로필렌 도구 필름 및 나노-실리카 프라이밍된 PET 필름 둘 다는, 실리콘 고무가 이들 사이에 압출되는 동안, 닙에 유입되었으며, 따라서 폴리프로필렌 도구 필름 구조물이 압출된 실리콘 고무의 상부 표면과 밀접하게 접촉되었고, PET 필름의 나노-실리카 프라이밍된 표면이 압출된 실리콘 고무의 하부 표면과 밀접하게 접촉되었다. 이 필름 구조체가 이어서 롤에 감겨졌다. 0.9 미터(3 피트) 길이의 필름 구조체의 섹션이 풀어져 캐리어 웨브에 테이핑되었으며, 이 캐리어 웨브가 300 keV의 가속 전압 및 3 MRad의 선량의 전자 빔을 통과하였다. 전자 빔 유닛은 광대역 커튼형 전자 빔 처리기(미국 아이오와주 대븐포트 소재의 PCT Engineered Systems, LLC로부터 입수됨)였다. 조사 후에, 폴리프로필렌 도구 필름이 제거되어, 나노-실리카 프라이밍된 PET 필름에 부착된 가교결합된 실리콘 필름의 표면에 역상(reverse image)을 남겨 두었다.
디지털 현미경을 사용하여 실리콘 및 도구 필름이 분석되었으며, 가교결합된 실리콘 고무 필름에서의 도구 필름 표면의 우수한 복제를 보여주었다.
실시예 8
유리의 2개의 일반적으로 반대쪽에 있는 주 표면 상에 실리카 나노입자를 포함하는 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
저철분 유리 패널이 세정기(미국 뉴욕주 화이트 플레인즈 소재의 Alconox로부터 "ALCONOX"라는 상표명으로 입수됨)로 세정되고 탈이온수에 보관되었다. 세정된 유리가 수조로부터 제거되고, 압축 공기의 스트림으로 건조되었다. 건조된 유리가 38 ㎜/분의 속도로 코팅 용액에 침지되고 그로부터 제거되었다. 코팅 용액은 제1 3.0 중량%의 수용성 나노실리카 용액(미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Nissan Chemical로부터 "SNOWTEX ST-OUP"라는 상표명으로 입수됨)과 제2 3.0 중량%의 수용성 나노실리카 용액(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 1:1 블렌드로 이루어진 산성화된(pH 2) 수용성 나노실리카 용액이었다. 용액으로부터 제거 시에 즉각, 코팅된 유리가 5 내지 10 분 동안 공기 건조되었다. 건조된 코팅된 유리가 120℃에서 10분 동안 가열되었고, 이어서 15분의 냉각 기간이 있은 다음에, 550℃에서 5분 동안 소결되었다.
경화되지 않은 실리콘(독일 뮌헨 소재의 Wacker Chemie AG로부터 "ELASTOSIL601"라는 상표명으로 입수됨)이 이어서 최종적인 렌즈의 역구조물(inverse structure)을 갖는 미세복제된 도구 필름에 코팅되었다. 프레넬 렌즈 패턴을 갖는 황동 반제품을 절단하기 위해 미세복제된 도구 필름이 다이어몬드를 사용하여 제조되었다. 종래의 UV-경화성 아크릴레이트가 프레넬 렌즈 패턴 상에 코팅되고 이어서 미세복제된 도구 필름을 제공하기 위해 UV 램프로 경화되었다. 도구 필름 랜드 영역 상에 실리콘을 허용하지 않으면서 도구 필름을 채우기 위해 코팅이 최소량으로 사용되었다. 경화되지 않은 실리콘을 갖는 이 도구가 이어서 실리콘 롤러에 의해 코팅된 유리의 상부 표면에 라미네이트되었다. 이 구조체가 이어서 20℃에 20 시간 동안 둠으로써 경화될 수 있었다.
400 ㎚ 내지 800 ㎚의 얻어진 물품의 평균 광 투과 스펙트럼이 분광 광도계(미국 매사추세츠주 월섬 소재의 Perkin Elmer로부터 "LAMDA 900"라는 상표명으로 입수됨)를 사용하여 측정되었다. 얻어진 물품은 나노입자 코팅을 갖지 않는 프레넬 렌즈보다 1.5% 내지 2% 향상된 광 투과율을 가졌다.
실시예 9
e-빔 경화된 실리콘을 포함하는 다른 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
상기 실시예 8에 기술된 바와 같이, 유리 패널이 제공되고 세정되었다. 나노-실리카 프라이머가 세정된 유리의 주 표면에 도포되었다. 수용성 나노-실리카 프라이머는 70:30 중량비의 제1 콜로이드성 실리카(미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1115 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)와 제2 콜로이드성 실리카(Nalco Chemical Company로부터 "NALCO 1050 COLLOIDAL SILICA"라는 상표명으로 입수됨)의 물에서의 5 중량% 블렌드(HNO3에 의해 2.0의 pH로 됨)를 포함하였다. 나노-실리카 프라이머 용액으로 적셔진 소형 와이프(미국 텍사스주 어빙 소재의 Kimberly-Clark으로부터 "KIMTECH"라는 상표명으로 입수됨)로 표면을 와이핑함으로써 나노-실리카 프라이머가 유리 패널의 주 표면에 도포되었다. 약 100 나노미터의 건조 두께로 프라이머가 도포되었다. 프라이머가 실온에서 건조될 수 있었다.
50 중량% 비작용성 폴리(다이메틸실록산)(PDMS) 유체(미국 펜실베니아주 모리스빌 소재의 Gelest로부터 "DMS-T43"이라는 상표명으로 입수됨) 및 50 중량%의 비닐 말단형 실리콘 유체(Gelest로부터 "DMS-V42"라는 상표명으로 입수됨)를 포함하는 실리콘 블렌드가 제조되었다. 실리콘 블렌드가 이어서, 도구 특징부가 채워져 평면 상부 표면이 얻어지도록 하는 갭으로 설정된 노치 바 코터를 사용하여, 미세복제된 주광 조명 필름(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 "DLRP0022"라는 상표명으로 입수됨)에 코팅되었다. 코팅된 도구 필름이 300 keV의 가속 전압에서 8 MRad에서의 2번의 통과를 통해 16 MRad의 선량을 받는 e-빔 공정을 오픈 페이스로(open face) 통과하였으며, 이는 실리콘을 완전히 가교결합시켰다.
얻어진 구조체가 투명한 열 경화 실리콘 엘라스토머(미국 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 "SYLGARD 184"라는 상표명으로 입수됨)의 얇은 층을 사용하여 프라이밍된 유리에 라미네이트되었다. 열 경화 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184")가 100℃에서 1시간 동안 경화되었다. 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184") 층이 경화된 후에, 도구 필름이 제거되어, e-빔 경화된 프레넬 구조화된 실리콘을 실리콘 엘라스토머("SYLGARD 184") 타이층을 갖는 유리에 부착된 채로 두었다.
실시예 10
"광경화된 실리콘 타이층"을 포함하는 다른 "SOG" 프레넬 렌즈가 제조되었다.
95 중량% 비작용성 폴리(다이메틸실록산) 유체(Gelest로부터 "DMS-T41.2"라는 상표명으로 입수됨) 및 5 중량%의 비닐 말단형 실리콘 유체(Gelest로부터 "DMS-V41"이라는 상표명으로 입수됨)를 포함하는 실리콘 블렌드가 제조되었다. 이 실리콘 블렌드가 이어서 미세복제된 주광 조명 필름("DLRP0022")에 코팅되었다. 코팅된 도구 필름이 300 keV의 가속 전압에서 10 MRad에서의 2번의 통과를 통해 20 MRad의 선량을 받는 e-빔 공정을 오픈 페이스로 통과하였으며, 이는 실리콘을 완전히 가교결합시켰다.
2-부분 광경화성 실리콘이 다음과 같이 준비되었다. 부분 A 대 부분 B의 1:1 비율로 혼합되어 광경화성 실리콘을 제조하도록 2-부분 혼합물이 조제되었다.
부분 A가 다음과 같이 준비되었다. 22.7 리터(5 갤런) 폴리에틸렌 버킷(미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의 Consolidated Container Co. Ltd.로부터 입수됨)에 9.7 ㎏의 약 25 중량%의 비닐 MQ 수지와 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체(Gelest, Inc.로부터 "VQM-135"라는 상표명으로 입수됨)의 혼합물, 5.23 ㎏의 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체(미국 펜실페니아주 모리스빌 소재의 Gelest, Inc.로부터 "DMS-V22"라는 상표명으로 입수됨), 및 2 ㎖ 헵탄(미국 매사추세츠주 뉴베리포트 소재의 Strem Chemical Inc로부터 입수된 촉매)에 용해된 0.98 그램의 트라이메틸(메틸사이클로펜타다이에닐)백금 IV이 첨가되었다. 얻어진 혼합물이, 혼합물이 균질할 때까지, 오버헤드 교반기를 사용하여 30분 동안 교반되었다. 백금 촉매 농도가 2-부분 혼합된 조제물에 대해 20 ppm 백금이도록 설계되었다.
부분 B가 다음과 같이 준비되었다. 22.7 리터(5 갤런) 폴리에틸렌 버킷에 9.7 ㎏의 약 25 중량%의 비닐 MQ 수지와 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체("VQM-135")의 혼합물, 6.4 ㎏의 비닐 말단형 폴리(다이메틸실록산) 중합체("DMS-V22"), 및 1.39 ㎏의 가교제를 포함하는 실리콘 하이드라이드("Dow Corning Syl-off 7678 Crosslinker"(Dow Corning Corporation으로부터의 Lot# 0002623315)라는 상표명으로 입수됨)가 첨가되었다. 얻어진 혼합물이, 혼합물이 균질할 때까지, 오버헤드 교반기를 사용하여 30분 동안 교반되었다.
"광경화성 실리콘 타이층"이 실시예 8에서 기술된 바와 같이 실리카 나노입자 코팅으로 준비된 유리의 주 표면에 코팅되었다. 채워진 도구 필름이 이어서 프라이밍된 유리에 라미네이트되고, 구조체의 유리측을 통해 350 ㎚ UV 램프에 3 분 동안 노출시킴으로써 부분적으로 경화되었다. 샘플이 이어서 80℃에서 10분 동안 오븐에서 완전히 경화되었다. 열 경화 단계 후에, 도구 필름이 제거되어, e-빔 경화된 프레넬 구조화된 실리콘을 광경화성 실리콘 타이층을 갖는 유리에 부착된 채로 두었다.
본 명세서에 인용된 특허, 특허 문헌, 및 공보의 전체 개시 내용은 각각이 개별적으로 포함된 것처럼 전체적으로 본 명세서에 참조로서 포함된다. 본 발명의 범주 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한하고자 하는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예시의 목적으로 제시되고, 본 발명의 범주는 이하의 본 명세서에 개시된 특허청구범위로만 제한하고자 함을 이해하여야 한다.
Claims (10)
- 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 및 나노입자-함유 프라이머에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
- 제1항에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만인 코팅된 물품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
- 2개의 기재, 2개의 기재 각각의 한쪽 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머층, 및 나노입자-함유 프라이머층들 사이에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하고, 그로써 라미네이트를 형성하는 라미네이트된 물품.
- 기재 표면을 코팅하는 방법으로서,
프라이밍된 표면을 형성하기 위해 기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 -
기재 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
프라이밍된 표면을 실리콘-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계; 및
가교결합된 실리콘-함유 코팅을 형성하기 위해 실리콘-함유 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 방법. - 2개의 기재를 라미네이트하는 방법으로서,
2개의 기재 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계 - 2개의 기재 표면 각각의 한쪽 표면에 프라이머 코팅 조성물을 도포하는 단계는 기재 표면을 나노입자-함유 코팅 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
나노입자-함유 코팅 조성물은 실리카 나노입자를 포함하는 5 미만의 pH를 갖는 수성 분산액, 및 3.5 이하의 pKa를 갖는 산을 포함함 -;
기재 표면 상에 실리카 나노입자 프라이머 코팅을 제공하기 위해 나노입자-함유 코팅 조성물을 건조시키는 단계;
2개의 프라이밍된 표면 사이에 실리콘-기반 물질을 코팅하는 단계; 및
가교결합된 실리콘과 라미네이트를 형성하기 위해 실리콘-기반 물질을 경화시켜 2개의 기재의 프라이밍된 표면을 부착시키는 단계를 포함하는 방법. - 기재 표면, 기재 표면 상에 배치된 나노입자-함유 프라이머, 나노입자-함유 프라이머 상에 배치된 실리콘 타이층(silicone tie layer), 및 실리콘 타이층에 접합되어 있는 실리콘-기반 물질을 포함하는 코팅된 물품으로서, 타이층이 UV 경화 또는 열 경화 중 적어도 하나로 경화되고, 나노입자-함유 프라이머가 실리카 나노입자의 응집체를 포함하고, 상기 응집체가 실리카 나노입자의 3차원 다공성 네트워크를 포함하며, 실리카 나노입자가 인접한 실리카 나노입자에 접합되어 있는 코팅된 물품.
- 제8항에 있어서, 실리카 나노입자가 구형이고 평균 입자 직경이 40 나노미터 미만이며, 나노입자-함유 프라이머의 두께가 100 Å 내지 10,000 Å인 코팅된 물품.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 실리콘-기반 물질이 실질적으로 촉매 및 개시제가 없는 것인 코팅된 물품.
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