KR20160007649A - 세정 용이성 표면 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160007649A
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제이 에스 슐레슈트
패트릭 제이 헤이거
제프리 알 얀센
폴 디 그레이엄
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 명세서에는 연마 물품을 사용하여 기재 표면을 연삭하여 100 nm 내지 3500 nm 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 연삭된 표면을 제공하고, 연삭된 표면과 코팅가능한 조성물을 접촉시키고, 코팅가능한 조성물로부터 물을 제거하는 것을 포함하는, 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 방법이 개시되어 있다. 상기 코팅가능한 조성물은 실리카 나노입자를 포함하고, 7.5 이하의 pH를 갖는다. 연마 물품 및 코팅가능한 조성물을 포함하는 키트가 또한 개시되어 있다.

Description

세정 용이성 표면 및 그의 제조 방법 {EASY-CLEAN SURFACE AND METHOD OF MAKING THE SAME}
폭넓게 본 개시내용은 세정 용이성 표면 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
차량 소유자가 차량 표면의 외관 및 청결을 유지하도록 도움을 주는 다양한 상업적 제품이 존재한다. 전형적인 이러한 제품으로는, 고광택의 매끄러운 외관을 제공하면서 표면을 환경적 손상으로부터 보호하도록 도움을 준다고 하는 왁스, 페이스트, 및 실란트가 있다. 전형적으로, 이러한 제품은 종종 약 90°의 물 접촉각을 생성하는 소수성 표면을 제공(예를 들어, 카르나우바 왁스, 실리콘 왁스, 및 실란트의 경우)한다. 이 효과는 '수 비딩(water beading)'이라 알려져 있다.
건조 시에, 수 비딩은 물에 존재하는 먼지 또는 기타 오염물의 농도에 의해 야기되는 얼룩 형태의 먼지 잔류물을 남긴다. 이 문제는 예를 들어 슬러쉬, 머드, 또는 도로 분무에서 발견되는 바와 같이, 물이 특히 더러운 경우 더 악화된다.
표면 조도 및 다공도가 웨팅(wetting)에 미치는 영향이 연구된 바 있다 (예를 들어, 문헌 [A. B. D. Cassie and S. Baxter, "Wettability of Porous Surfaces", Trans. Faraday Soc., 1944, Vol. 40, pages 546-551] 참조). 보다 최근에는, 자가 세정 "연잎(lotus) 효과" 유형의 표면을 개발하기 위한 노력으로 정밀 표면 구조화가 연구된 바 있다 (예를 들어, 문헌 [K. J. Kubiak et al., "Wettability versus roughness of engineering surfaces", Wear, 2011, Vol. 271, pp. 523-528] 참조). 그러나, 이러한 표면중 다수는 차량에서 발견되는 복잡한 곡선으로 용이하게 전사되지 못할 수 있는 리소그래피, 에칭, 또는 박막 침착과 같은 공정을 통해 제조되는 것을 고려하면 이들의 대규모 생산은 반드시 간단하지만은 않다.
최근에는 '수 비딩' 거동보다는, 건조 시에 물 얼룩을 감소 또는 제거할 수 있는 '수-시팅(water-sheeting)'을 제공한다고 하는 다양한 상업적 제품이 도입되고 있다. 수-시팅은 물에 의해 효과적으로 웨팅될 수 있어 물이 표면으로부터 방출되게 하는 친수성 표면에서 기인된다. 그러나, 전형적으로 장기 지속성의 내구 수-시팅 표면을 제공하는 현용 제품은 이들을 침착시키는데 허용불가능하게 높은 수준의 용매가 필요한 것과 같은 단점을 갖거나, 또는 번거로운 열 경화 또는 방사선 경화를 필요로 한다.
따라서, 이들의 제조 시 높은 수준의 용매 또는 번거로운 경화 조건을 사용할 필요가 없으면서도 내구 수-시팅 효과를 제공하는 친수성 표면 코팅 및 복잡하지 않은 그의 제조 방법이 요구된다. 또한, 이러한 표면은 외관이 미학적으로 허용되는 것이 바람직하다.
본 개시내용은 특히 수-비딩 표면으로부터 세정 용이성 및/또는 청결 유지성 표면을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 기재 표면을 광택의 감소 및/또는 무광택 외관에 상응하는 특정 조도 (예를 들어, 10 나노미터 (nm) 내지 3500 nm 범위의 Ra)에 달성할 때까지 연삭한 다음, 연삭된 표면에 나노실리카-기재 코팅 조성물 처리하는 것을 포함한다.
예상 밖으로, 본 개시내용에 따른 연삭된 표면 상에 배치된 나노실리카-기재 코팅은 내구 수-시팅의 세정 용이성 및/또는 청결 유지성 표면 (예를 들어, 분진 축적, 먼지 축적의 감소, 및/또는 광택의 보존)을 초래한다. 또한, 본 개시내용에 따른 방법은 3차원 기재와 함께 및/또는 전문화된 장비로의 접근이 제한되는 현장에서 용이하게 사용될 수 있고, 유기 용매를 거의 또는 전혀 사용하지 않고 실시될 수 있다. 유리하게는, 구조화된 연마 제품을 사용함으로써 상기 방법은 가우지(gouge) 및 거친 스크래치(scratch)를 피할 수 있어, 미학적으로 바람직한 균일한 외관을 초래하도록 실시될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시내용은
a) 연마 물품을 사용하여 기재 표면의 적어도 일부를 연삭하여 10 나노미터 (nm) 내지 3500 nm 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 연삭된 표면을 제공하는 단계;
b) 연삭된 표면의 적어도 일부와 코팅가능한 조성물을 접촉시키는 단계이며, 여기서 코팅가능한 조성물은 실리카 입자를 포함하고, 실리카 입자는 100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것인 단계; 및
c) 코팅가능한 조성물로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 단계
를 포함하는, 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 방법을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은
결합제에 의해 배킹에 고정된 연마 입자를 포함하는 연마 물품; 및
100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 실리카 입자를 포함하는 코팅가능한 조성물
을 포함하는 키트를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "세정 용이성"이란 스폰지, 와이퍼, 천(cloth), 및 또는 브러쉬와 같은 세척 도구의 필요 없이 비누 및 물 단독으로 헹굼으로써 실질적으로 세정가능함을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "Ra"는 평균 표면 조도를 지칭하고, 평균 고도로부터의 거리의 절대값의 적분으로서 정의된다. 평균 고도는 높이 프로파일의 산술 평균이다. 함수 z(x)는 평가 길이 l에 걸쳐 측정된 위치 x에서의 평균 고도와 높이 사이의 차이를 지칭한다:
Figure pct00001
본 명세서에 사용되는 용어 "Rq"는 샘플링 길이 l 내에서의 세로좌표 값 z(x)의 제곱 평균(root mean square) 값을 나타낸다.
Figure pct00002
본 명세서에 사용되는 용어 "Rsk"는 샘플링 길이 l 내에서의 세로좌표 값 z(x)의 평균 세제곱 값과 R q 의 세제곱과의 비를 지칭한다.
Figure pct00003
추가로 본 개시내용의 특징 및 이점은 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 특허청구범위를 고려하면 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용에 따라 제조된, 상부에 세정 용이성 수-시팅 표면 코팅을 갖는 일례의 기재의 개략적 도면이다.
도 2는 본 개시내용의 방법을 실시하는데 유용한 연마 물품의 개략적 측면도이다.
관련 기술분야의 숙련자라면 개시내용의 원리의 취지 및 범주 내에 속하는 많은 다른 변경 및 구현예를 고안할 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 일정한 비율로 작성되지 않을 수 있다.
본 개시내용에 따라, 기재 표면은 다음의 단계를 포함하는 방법에 의해 세정 용이성 수-시팅 표면으로 개질될 수 있다: 연마 물품을 사용하여 기재 표면의 적어도 일부를 연삭하여 10 nm 내지 3500 nm 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 연삭된 표면을 제공하는 단계; 및 연삭된 표면의 적어도 일부와 코팅가능한 조성물을 접촉시키는 단계. 도 1은 일례의 이러한 개질된 기재 (10)를 나타낸다. 도 1에서, 세정 용이성 수-시팅 표면 코팅 (15)은 기재 (20)의 연삭된 표면 (12) 상에 배치된다.
바람직하게는, 기재의 표면은 연삭 단계를 시작하기 전에 청결하지만, 이는 필요조건은 아니다. 예를 들면, 연삭 공정 자체로 연삭 동안 표면으로부터 먼지 및 얼룩을 제거할 수 있다. 별도의 세정 단계가 요망되는 경우, 이는 예를 들어 표면을 비누 또는 세제 및 물로 세척하고, 표면으로부터의 임의의 잔류 비누를 물로 완전히 헹구고, 임의로 표면을 와이핑(wiping) 건조시키거나 또는 공기 건조시킴으로써 수행될 수 있다.
연삭은 목적하는 표면 조도 (즉, 10 nm 내지 3500 nm 범위, 바람직하게는100 nm 내지 1000 nm 범위, 보다 바람직하게는 200 nm 내지 600 nm 범위의 표면 조도 평균 Ra)를 달성할 수 있는 임의의 연마 물품을 사용하여 수행될 수 있다. 목적하는 Ra 조도를 갖는 표면은 전형적으로 저광택 (특히 20° 광택) 및/또는 무광택 외관을 갖는다. Ra는 예를 들어 비코 인스투르먼츠 인크.(Veeco Instruments Inc.) (미국 뉴저지주 플레인뷰 소재)의 WYKO NT3300 광학 조면계와 같은 상업적으로 입수가능한 조면계를 사용하여 측정될 수 있다.
바람직하게는, 연삭된 표면의 표면 조도 및/또는 외관은 코팅가능한 조성물로 코팅하고자 하는 기재 표면의 적어도 일부에 걸쳐 실질적으로 균일 (예를 들어, 육안으로 확인가능한 거친 스크래치 및 가우지가 없음)하다.
본 개시내용을 실시하는데 적합한 기재로는 예를 들면 플라스틱 기재, 금속 기재, 페인팅된 기재, 세라믹 기재, 및 유리섬유 기재가 포함된다. 기재는 유리 또는 투명 플라스틱을 포함할 수 있으나, 본 발명에 따라 연삭되는 임의의 투명 기재는 투명성을 손실할 수 있음을 인지할 것이다. 적합한 기재의 예로는 차량 (예를 들어, 버스, 트럭, 자동차, 기동차, 기관차, 밴, 트롤리, 모터 홈(motor home), 비행기, 자전거, 보트, 및 바지선), 교량, 외장 건축 패널, 샤워기, 욕조, 트레일러, 표지판 (예를 들어, 교통 표지판, 광고 표지판, 네온 표지판), 중합체 투명코트(clearcoat)를 갖는 기재, 및 실외 가구 (예를 들어, 플라스틱 또는 금속 의자 및 테이블)이 포함된다. 본 개시내용은 특히 표면이 연삭 단계 전에 이미 무광택 외관을 갖는 경우, 상부에 중합체 투명코트를 갖고/갖거나 페인팅 (예를 들어, 내장 및/또는 외장 벽)된 표면 상에 효과적으로 실시될 수 있다.
연마 물품은 기재 표면을 연삭할 수 있고 10 nm 내지 3500 nm 범위의 표면 조도 Ra를 달성할 수 있는 임의의 연마 물품일 수 있다. 예로는 사포, 부직포 연마제, 구조화된 연마 물품, 및/또는 러빙(rubbing) 화합물이 포함된다. 구조화된 연마 물품은 일반적으로, 배킹에 고정된 형상화된 연마 복합재를 포함한다. 형상화된 연마 복합재는 결합제 물질 (통상적으로 결합제라 알려짐)에 보유된 연마 입자를 포함한다. 형상화된 연마 복합재는 임의의 의도하는 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 제조 공구의 공동 내로의 코팅, 엠보싱, 또는 스크린 인쇄에 이어 결합제 전구체의 경화와 같은 공정에 의해 연마 입자 및 결합제 전구체의 경화성 슬러리로부터 형성될 수 있다.
연마 물품의 제조 동안, 결합제 전구체를 적절한 조건 (즉, 열, 자외선 방사선, 가시광선 방사선, 또는 전자 빔)에 노출시켜 결합제 전구체를 고체 결합제로 전환시킨다. 전형적으로, 결합제 전구체의 고체 (예를 들어, 열경화성 물질) 결합제로의 전환은 중합 및/또는 가교와 같은 경화 공정의 결과이다.
결합제 전구체는 바람직하게는 방사선 에너지 또는 열 에너지에 의해 경화될 수 있다. 방사선 에너지의 공급원은 전자 빔 에너지, 자외광, 가시광, 및 레이저광을 포함한다. 자외광 또는 가시광이 이용되는 경우, 바람직하게는 혼합물에 광개시제가 포함된다. 자외광 또는 가시광에 노출되면, 광개시제는 자유 라디칼 공급원 또는 양이온 공급원을 생성한다. 상기 자유 라디칼 공급원 또는 양이온 공급원은 결합제 전구체의 중합을 개시한다. 광개시제는 전자 빔 에너지의 공급원이 이용되는 경우 선택적이다.
방사선 에너지에 의해 경화될 수 있는 결합제 전구체의 예로는 (메트)아크릴레이트화 우레탄, (메트)아크릴레이트화 에폭시, 에틸렌계-불포화 화합물, 하나 이상의 측쇄 (메트)아크릴 기를 갖는 아미노플라스트 유도체 (즉,
Figure pct00004
(여기서 R5는 수소 또는 메틸임)), 적어도 하나의 측쇄 (메트)아크릴 기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 적어도 하나의 측쇄 (메트)아크릴 기를 갖는 이소시아네이트 유도체, 비닐 에테르, 에폭시 수지, 및 이들의 조합이 포함된다. 용어 (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 지칭한다. 전형적으로, 적절한 자유 라디칼 광개시제(들) 및/또는 양이온 광촉매(들)가 방사선-경화성 결합제 전구체와 함께 사용된다. 적절한 화합물의 선정은 선택된 결합제 전구체(들)에 좌우될 것이고, 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다.
적합한 결합제 전구체의 예로는 폴리이소시아네이트, 이액형 우레탄, 에폭시 수지, 시아네이트 수지, 에틸렌계-불포화 화합물 (예를 들어, 다관능성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트), 비닐 에테르, 아미노플라스트 수지, 페놀계 수지, 및 이들의 조합이 포함된다.
적합한 연마 입자의 예로는 융합된 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 백색의 융합된 산화알루미늄, 열처리된 산화알루미늄, 실리카, 탄화규소, 녹색 탄화규소, 알루미나 지르코니아, 다이아몬드, 세리아, 입방 질화붕소, 가넷(garnet), 트리폴리(tripoli), 및 이들의 조합과 같은 물질을 포함하는 입자가 포함된다. 세라믹 산화알루미늄은 바람직하게는 미국 특허 제4,314,827호 (Leitheiser); 제4,623,364호 (Cottringer 등); 제4,744,802호 (Schwabel 등); 제4,770,671호 (Monroe 등); 제4,881,951호 (Monroe 등); 제5,011,508호 (Wald 등); 및 제5,213,591호 (Celikkaya 등)에 기록된 바와 같은 졸-겔 공정에 따라 제조된다.
세라믹 산화알루미늄 연마 입자는 알파 알루미나, 및 임의로 금속 산화물 개질제, 예컨대 마그네시아, 지르코니아, 산화아연, 산화니켈, 하프니아, 이트리아, 실리카, 산화철, 티타니아, 산화란타늄, 세리아, 산화네오디뮴, 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 세라믹 산화알루미늄은 임의로 기핵제, 예컨대 알파 알루미나, 산화철, 산화철 전구체, 티타니아, 크로미아, 또한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 세라믹 연마 입자는 예를 들면 관련 기술분야에 공지된 바와 같은 표면 코팅을 포함할 수 있다. 표면 코팅은 연마 입자와 결합제 사이의 점착력을 개선시킬 수 있고/있거나 연마 입자의 연삭 특징을 변경시킬 수 있다. 이러한 표면 코팅은 미국 특허 제1,910,444호 (Nicholson); 제3,041,156호 (Rowse 등); 제4,997,461호 (Markhoff 등); 제5,009,675호 (Kunz 등); 제5,011,508호 (Wald 등); 제5,042,991호 (Kunz); 및 제5,213,591호 (Celikkaya 등)에 기록되어 있다. 연마 입자는 또한, 그의 표면 상에 실란 커플링제와 같은 커플링제를 함유할 수 있다.
결합제는 1종의 연마 입자, 2종 이상의 상이한 연마 입자, 또는 적어도 1종의 연마 입자와 적어도 1종의 희석제 물질을 함유할 수 있다. 희석제용 물질의 예로는 탄산칼슘, 유리 버블, 유리 비드, 그레이스톤(greystone), 대리석, 석고, 점토, SiO2, KBF4, Na2SiF6, 빙정석, 유기 버블, 및 유기 비드가 포함된다.
본 개시내용에서 사용을 위해, 다른 입자 크기가 사용될 수도 있지만, 전체적으로 볼 때 연마 입자는 바람직하게는 약 1 마이크로미터 내지 202 마이크로미터, 보다 바람직하게는 3 마이크로미터 내지 75 마이크로미터, 보다 더 바람직하게는 6 마이크로미터 내지 26 마이크로미터 범위의 중간 입자 직경 (즉, D50)을 갖는다. 일례의 연마 입자로는 FEPA (Federation of European Producers of Abrasives, 유럽 연마제 생산자 연맹) 명시 공칭 등급이 P80 내지 P2500인 것들이 포함된다. 이들로는 예를 들어 FEPA P 등급 P80, P150, P180, P220, P240, P280, P320, P360, P400, P500, P600, P800, P1000, P1200, P1500, P2000, 및 P2500; JIS (Japanese Industrial Standard, 일본 공업 규격) 등급 표시 JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, 및 JIS8000; 및 이들의 조합이 포함된다.
배킹은 임의의 통상적인 연마제 배킹일 수 있다. 유용한 배킹의 예로는 중합체 필름, 프라이밍된 중합체 필름, 천, 종이, 부직포 (예를 들어, 스펀본드, 스펀레이스, 또는 멜트 스펀), 및 이들의 조합이 포함된다. 바람직하게는, 배킹은 가요성이다.
배킹은 또한 그의 배면 상에, 생성된 코팅된 연마제가 지지 패드 또는 백-업 패드에 고정될 수 있게 하는 부착 수단을 가질 수도 있다. 부착 수단은 감압성 접착제, 후크 및 루프 부착 시스템의 하나의 표면, 미국 특허 제5,316,812호 (Stout 등)에 기록된 바와 같은 나사절삭된 투영일 수 있다. 대안적으로, 미국 특허 제5,201,101호(Rouser 등)에 기록된 바와 같은 맞물림 부착 시스템이 존재할 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 실시에 유용한 일례의 구조화된 연마 물품을 나타낸다. 이제, 도 2에서, 본 개시내용의 실시에 유용한 일례의 구조화된 연마 물품 (100)은, 배킹 (110)의 제1 주 표면 (125)에 고정되고 그 위에 배치된 형상화된 연마 복합재 (135)를 포함하는 연마 층 (120)을 갖는다. 형상화된 연마 복합재 (135)는 결합제 (150)에 분산된 연마 그레인(grain) (140)을 포함한다. 임의적인 부착 층 계면 (160)은 배킹 (110)의 제2 주 표면 (127) 상에 배치되고, 임의적 감압성 접착제 층 (170) 및 임의적 루프 직물 (175)을 포함한다. 임의적 루프 직물 (175)은, 존재할 경우 임의적 감압성 접착제 층에 의해, 또는 다른 직접 접촉 결합 방법 (예를 들어, 열 적층, 스티치결합(stitchbonding), 초음파 융접)을 통해 제2 주 표면 (127)에 결합될 수 있다.
유용한 구조화된 연마 물품은 예를 들면 시트, 디스크, 또는 벨트의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 비록 필요조건은 아니지만, 구조화된 연마 물품 자체 또는 상기 물품이 탑재되어 있는 백업 패드는 예를 들면 기재 표면의 윤곽을 따르는 표면의 연삭을 가능케 하는 발포체와 같은 탄성 순응성 물질을 포함한다. 구조화된 연마 물품은 수동으로 또는 기계 (예를 들어, 회전 디스크 샌더(sander) 또는 벨트 샌더)에 의해 구동될 수 있다.
임의로, 연삭 공정을 용이하게 하기 위해, 연삭 동안 액체 및/또는 윤활제를 사용할 수 있다. 예로는 오일, 물, 및 세제 용액이 포함된다.
본 개시내용의 실시에 적합한 연마 물품은 예를 들면 쓰리엠 캄파니(3M Company) (미국 미네소타주 세인트 폴 소재)로부터 상표명 TRIZACT로 상업적으로 입수가능하다. 예로는 연마 그릿(grit) 사이징제 P5000, P3000, 및 P1000으로 입수가능한 TRIZACT HOOKIT 발포체 배킹된 디스크가 포함된다.
정밀-형상화된 연마 복합재를 갖는 구조화된 연마 물품 및 그의 제조 방법에 관한 추가 세부사항은 예를 들면 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper 등); 제5,435,816호 (Spurgeon 등); 제5,672,097호 (Hoopman); 제5,681,217호 (Hoopman 등); 제5,454,844호 (Hibbard 등); 제5,851,247호 (Stoetzel 등); 및 제6,139,594호 (Kincaid 등); 및 제8,348,723호 (Woo 등)에서 찾을 수 있다. 스크린-코팅된 구조화된 연마 물품에 관한 추가 세부사항은 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제2001/0041511호 (Lack 등)에서 찾을 수 있다. 이러한 엠보싱 구조화된 연마 물품의 제조를 위한 일반 공정은 예를 들면 미국 특허 제5,833,724호 (Wei 등); 제5,863,306호 (Wei 등); 제5,908,476호 (Nishio 등); 제6,048,375호 (Yang 등); 제6,293,980호 (Wei 등); 및 미국 특허 출원 공개 제2001/0041511호 (Lack 등)에 기술되어 있다.
연삭 정도는 관련 기술분야에 널리 공지된 방법에 따라 조도 시험기를 사용하여 결정될 수 있으나, 일반적으로 저광택 마감재가 얻어질 때까지, 바람직하게는 균일한 무광택 마감재가 얻어질 때까지 본 명세서에 기술된 바와 같이 구조화된 연마 물품으로 연삭함으로써 목적하는 표면 조도를 달성하는 것이 가능하다. 기재 표면을 연삭하여 정확한 표면 조도가 제공되면, 연삭된 표면 상에 코팅가능한 조성물이 코팅된다. 유용한 코팅 방법으로는 예를 들어 분무, 침지, 및 어플리케이터 (예를 들어, 스폰지 또는 천)을 사용한 와이핑이 포함된다.
보다 전형적으로 코팅은 별도의 단계로서 실시될 것이지만, 일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 연삭하고자 하는 표면에 존재할 수 있다.
인간의 눈에는 랜덤 또는 유사-랜덤 와류 마크를 갖는 연삭된 표면이 비-랜덤 패턴보다 미학적으로 더 바람직한 경향이 있다. 따라서, 연삭 방법은 바람직하게는 랜덤 또는 유사-랜덤 패턴의 마모가 얻어지도록 선택된다. 랜덤 또는 유사랜덤 와류 패턴의 생성에 유용한 장치의 예로는 랜덤 궤도 샌더가 포함된다.
일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 실리카 나노입자, 알콕시실란 올리고머, 및 실란 커플링제를 포함하는 수분산물을 포함하는 성분들을 배합함으로써 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 코팅 조성물은, 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자의, 7.5 미만 (바람직하게는 5 미만, 보다 바람직하게는 4 미만)의 pH를 갖는 수분산물; 알콕시실란 올리고머; 실란 커플링제, 및 임의로 금속 β-디카르보닐 착화제를 포함하는 성분들로부터 제조가능하다. 일부 구현예에서, 코팅 조성물은 알콕시실란 올리고머과 실란 커플링제의 반응 생성물을 포함한다.
본 발명의 코팅 조성물은 약 7.5 미만의 임의의 pH 값에서 용이하게 제조 및 적용될 수 있지만, 더 낮은 pH, 특히 약 5 미만의 pH, 바람직하게는 약 4 미만의 pH, 및 더욱 바람직하게는 약 3.5 미만의 pH의 코팅 조성물이 소수성 기재 표면 상에 웨트 아웃되고 확산될 수 있음이 밝혀졌다. 산성화되는 경우, 바람직하게는 코팅 조성물은 5 미만, 바람직하게는 2.5 미만, 가장 바람직하게는 1 미만의 pKa를 갖는 산으로 산성화된다. 실질적으로 수계인 코팅 제형은 저장 동안 개선된 안정성을 나타낸다.
코팅가능한 조성물에 사용되는 실리카 입자 (예를 들어, 실리카 나노입자)는 수성 또는 수성/유기 용매 혼합물 중의 초미세 크기의 실리카 나노입자의 분산물이다. 실리카 나노입자는 100 나노미터 이하, 90 나노미터 이하, 80 나노미터 이하, 70 나노미터 이하, 60 나노미터 이하, 50 나노미터 이하, 40 나노미터 이하, 30 나노미터 이하, 20 나노미터 이하, 또는 심지어 10 나노미터 이하의 평균 입자 직경 (즉, 분포 평균 입자 직경)을 가질 수 있다. 평균 입자 크기는 예를 들어 투과 전자 현미경을 사용하여 결정될 수 있다.
유용한 실리카 나노입자는 전형적으로 약 150 제곱 미터/그램 (m2/g) 초과, 바람직하게는 200 m2/g 초과, 보다 바람직하게는 400 m2/g 초과의 표면적을 갖는다. 상기 입자는 바람직하게는 좁은 입자 크기 분포, 예를 들면 2.0 이하, 바람직하게는 1.5 이하의 다분산도를 갖는다.
수성 매질 중의 실리카 나노입자 (졸)는 관련 기술분야에 널리 공지되어 있고 상업적으로 입수가능하다. 물 또는 알코올 수용액 중의 실리카 졸은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니, 인크.(E. I. du Pont de Nemours and Co., Inc.) (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)의 "LUDOX" (예를 들어, LUDOX SM 실리카 졸); 니아콜 캄파니(Nyacol Co.) (미국 매사추세츠주 애쉬랜드 소재)의 "NYACOL"; 날코 케미칼 캄파니(Nalco Chemical Co.) (미국 일리노이주 나퍼빌 소재)의 "NALCO" (예를 들어, NALCO 1115, NALCO 1130, 및 NALCO 2326 실리카 졸); 및 레멧 코포레이션(Remet Corp) (미국 뉴욕주 우티카 소재)으로부터 상업적으로 입수가능한 "REMASIL" (예를 들어, REMASOL SP30 실리카 졸)과 같은 상표명으로 상업적으로 입수가능하다.
비-수성 실리카 졸 (실리카 오르가노졸(organosol)이라고도 불리움)이 또한 사용될 수 있고, 이는 액체상이 수성 유기 용매를 함유하는 실리카 졸 분산물이다. 본 개시내용의 실시에서, 실리카 졸은 그의 액체상이 수성 또는 수성 유기 용매와 상용성이도록 선택된다. 그러나, 에탄올과 같은 유기 용매로 희석하기 전에 소듐-안정화 실리카 나노입자를 먼저 산성화시켜야 하는 것으로 관찰되었다. 산성화 전에 희석하면 불량한 또는 비-균일한 코팅이 수득될 수 있다. 암모늄-안정화 실리카 나노입자는 일반적으로 임의의 순서로 희석 및 산성화될 수 있다.
목적하는 경우, 보다 큰 실리카 입자가 바람직하게는 연삭된 표면의 친수성에 불리하게 영향을 미치지 않는 양으로 첨가될 수 있다. 이러한 코팅은 이중- 또는 다중-모드 분포의 실리카 입자 크기를 가질 것이다. 이들 부가적인 실리카 입자는 일반적으로 40 초과 내지 100 나노미터, 바람직하게는 50 내지 100 나노미터의 평균 입자 크기를 가지며, 40 나노미터 미만의 실리카 나노입자의 중량에 대해 0.2:99.8 내지 99.8:0.2의 비율로 사용될 수 있다. 보다 큰 입자는 바람직하게는 1:9 내지 9:1의 비율로 사용된다. 일반적으로 조성물 중의 실리카 입자의 총 중량은 총 고체를 기준으로 약 30 내지 95 중량%, 바람직하게는 50 내지 75 중량%이다.
일부 구현예에서는, 표면-개질제를 사용하여 실리카 나노입자를 표면-개질할 수 있다. 표면-개질된 실리카 입자는 입자 표면에 부착된 표면 기를 포함한다. 표면 기는 입자의 소수성 또는 친수성 성질을 개질하나, 바람직하게는 친수성이다. 표면 기는 통계적으로 평균된, 무작위로 표면-개질된 입자를 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 표면 기는 입자 표면 상에 단층, 바람직하게는 연속적 단층을 형성하기에 충분한 양으로 존재한다. 일반적으로, 나노입자가 비개질된 잔류 실란올 표면 기를 통해 실리케이트 매트릭스에 결합되도록, 이용가능한 표면 작용기 (즉, 실란올 기)의 완전하지 못한 개질이 바람직하다.
예를 들어, 나노입자(예를 들어, 분말 또는 콜로이드성 분산물 형태)에 표면-개질제를 첨가하고 표면-개질제가 나노입자와 반응하도록 하는 단계를 포함하여, 나노입자의 표면 개질을 위한 다양한 방법이 이용가능하다. 다른 유용한 표면-개질 공정은 예를 들어 미국 특허 제2,801,185호 (Iler) 및 미국 특허 제4,522,958호(Das 등)에 기술되어 있다. 표면-개질 기는 표면-개질제로부터 유래될 수 있다. 개략적으로, 표면-개질제는 화학식 A 내지 화학식 B (여기서, A 기는 입자 표면에 부착할 수 있는 것 (즉, 실란올 기)이고, B 기는 시스템 (예를 들어, 기재) 내의 다른 성분과 반응하지 않는 상용화 기임)로 나타낼 수 있다. 상용화 기는 입자가 비교적 더 극성, 비교적 덜 극성 또는 비교적 비-극성이 되도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상용화 기는 산 기 (예컨대, -CO2H, -SO3H 및 -PO3H 기), 폴리(옥시에틸렌) 기, 또는 하이드록실 기와 같은 비-염기성의 친수성 기이다.
이러한 임의의 표면-개질제는, 실리카 나노입자의 표면 작용기(Si-OH 기)의 0 내지 100%, 일반적으로 1 내지 90%(존재할 경우)가 작용화되도록 하는 양으로 사용될 수 있다. 작용기의 수는 실험적으로 결정하는데, 이 때 모든 이용가능한 반응성 자리가 표면 개질제로 작용화되도록 분량의 나노입자를 과량의 표면 개질제와 반응시킨다. 이어서, 상기 결과로부터 더 낮은 작용화 백분율을 계산할 수 있다. 일반적으로, 표면 개질제의 양은 무기 나노입자의 중량에 대해 동일한 중량의 표면 개질의 2배까지 제공하기에 충분한 양으로 사용된다. 사용되는 경우, 표면 개질제 대 무기 나노입자의 중량비는 바람직하게는 2:1 내지 1:10이다. 표면-개질 실리카 나노입자가 요망되는 경우, 코팅 조성물로의 혼입 전에 나노입자를 개질시키는 것이 바람직하다.
일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 이산화티타늄 및/또는 그의 전구체를 10 중량% 미만, 5 중량% 미만, 1 중량% 미만, 0.1 중량% 미만, 0.01 중량% 미만 함유하거나, 또는 심지어 함유하지 않을 수 있다. 이는 이산화티타늄을 함유하는 필름이 경시적으로 변색하는 경향이 있을 수 있는 경우 특히 유용할 수 있다.
코팅 조성물은 5 미만, 바람직하게는 2.5 미만, 가장 바람직하게는 1 미만의 pKa (H2O)를 갖는 산을 사용하여 목적하는 pH 수준으로 산성화될 수 있다. 유용한 산으로는 유기 및 무기 산 모두가 포함되며, 옥살산, 시트르산, 벤조산, 아세트산, 포름산, 프로판산, 벤젠술폰산, H2SO3, H3PO4, CF3CO2H, HCl, HBr, HI, HBrO3, HNO3, H2SO4, CH3SO3H, CF3SO3H, 및 CF3CO2H를 예로 들 수 있다. 바람직한 산으로는 HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, 및 이들의 조합이 포함된다. 일부 구현예에서, 유기 및 무기 산의 혼합물을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 구현예에서, pKa가 5 이하 (바람직하게는 2.5 미만, 가장 바람직하게는 1 미만)인 것들을 포함하는 산과 pKas가 5 초과인 미량의 다른 산의 혼합물을 사용할 수 있다. 5 이상의 pKa를 갖는 보다 약산을 사용하면 투과율, 청결 및/또는 내구성을 포함할 수 있는 바람직한 특성을 갖는 균일한 코팅을 제공하지 못할 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 약산을 함유하는 코팅 조성물, 또는 염기성 코팅 조성물은 전형적으로 중합체 기재의 표면 상에 비드 업(bead up)된다.
다수의 구현예에서, 코팅 조성물은 일반적으로 5 미만, 바람직하게는 4 미만, 가장 바람직하게는 3 미만의 pH를 제공하기에 충분한 산을 함유한다. 일부 구현예에서, 코팅 조성물의 pH는 pH를 5 미만으로 감소시킨 후 약 5 내지 약 7.5 범위의 pH로 조정될 수 있음이 밝혀졌다. 이는 낮은 pH에 민감한 물질을 코팅 가능하도록 한다.
코팅 조성물은 알콕시실란 올리고머 (즉, 하나 이상의 알콕시실란 올리고머)를 더 포함할 수 있다. 유용한 알콕시실란 올리고머는 하나 이상의 테트라알콕시실란 및 임의로 하나 이상의 트리알콕시실란 및 임의로 하나 이상의 디알콕시실란의 완전- 또는 부분-가수분해된 축합 반응 생성물이다. 알콕시실란 올리고머는 선형 및 분지형 생성물의 복합 혼합물일 수 있다. 유용한 알콕시실란 올리고머는 또한 화학식 Si(O)o(OR1)p (여기서, 각각의 R1은 개별적으로 H 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, o는 0 초과 및 1.2 미만이고, p는 1.4 초과 및 4 미만임)의 단위 셀로 나타낼 수 있다.
일부 구현예에서, 유용한 알콕시실란 올리고머는 화학식 1 (하기)로 나타낼 수 있다:
[화학식 1]
Figure pct00005
상기 식에서,
각각의 R1은 독립적으로 H, 또는 C1 내지 C4 알킬 기, 알칼리 금속, 및 알칼리 토금속 또는 암모늄이고;
각각의 R2는 독립적으로 C1 내지 C4 알킬 기이고;
x는 2 내지 100 (바람직하게는 3 내지 15)의 정수이고;
y 및 z는 독립적으로 0 이상의 정수이고, 여기서 x는 y + z보다 크고, x + y + z는 2 내지 100 (바람직하게는 3 내지 15)의 범위이다.
화학식 1 (상기)은 화학량비를 나타내도록 의도되지만, 블록 중합체 구조를 나타내는 것은 아니다. 유용한 화학식 I의 알콕시실란 올리고머는 일반적으로 테트라알콕시실란 및 임의로 하나 이상의 트리알콕시실란 및/또는 디알콕시실란의 가수 축합에 의해 제조될 수 있다. 유용한 방법은 미국 특허 출원 공개 제2007/0051274호 (Saito 등), 및 미국 특허 제6,258,969호 (Sawai 등) 및 제6,599,976호 (Kobayashi 등)에 기술되어 있다.
적합한 올리고머 알콕시실란은 또한, MKC SILICATE MS51 및 MKC SILICATE MS56 (테트라메톡시실란의 부분 가수분해/축합 생성물); 미쯔비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corporation) (일본 도쿄 소재)의 MKC SILICATE BTS (테트라부톡시실란의 부분 가수분해/축합 생성물); 및 콜코트 캄파니 리미티드(Colcoat Co., Ltd) (일본 도쿄 소재)의 ETHYL SILICATE ES40 (테트라에톡시실란의 부분 가수분해/축합 생성물)으로서 상업적으로 입수가능하다. 관련 기술분야의 숙련자라면 그의 반복 단위 특징 및 분자량을 비롯한 정확한 올리고머의 성질이 여기에 언급된 상업적 예들로 제한되지 않으나, 본 개시내용의 범주로부터 벗어나지 않고 실질적으로 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 보다 높거나 또는 보다 낮은 분자량의 올리고머 알콕시실란은 다양한 텍스쳐(texture) 또는 표면 에너지를 갖는 표면 상의 코팅의 개선을 가능케 할 수 있어, 적용 시의 성능 및 건조된 코팅 특징을 최적화하도록 정확한 올리고머를 선택한다.
다른 양이 사용될 수도 있지만, 전형적으로 올리고머 알콕시실란은 건조된 코팅 조성물의 1 내지 55 중량%, 바람직하게는 건조된 코팅 조성물의 약 10 내지 45 중량%의 수준으로 코팅 조성물에 첨가된다.
코팅 조성물은 실란 커플링제 (즉, 하나 이상의 실란 커플링제)를 더 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 실란 커플링제는 화학식 2 (하기)로 나타낸다:
[화학식 2]
Figure pct00006
상기 식에서,
Y는 에폭시 기, 산 기, 하이드록실 기, 메르캅토 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 6 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 또는 자유-라디칼 중합성 에틸렌계-불포화 기 중 적어도 하나를 포함하는 1가 유기 잔기를 포함하고;
R3은 공유결합 또는 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징(bridging) 기이고;
R4는 독립적으로 산소, 질소 및/또는 황 원자에 의해 이용가능한 위치에서 임의로 치환된 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고,
b는 1, 2, 또는 3이고;
c는 1 또는 2이고;
d는 1 또는 2이고, 여기서 (b+d) ≤ 4 이다.
바람직하게는, b는 3이고, c는 1이고, d는 1이다.
바람직하게는, R3은 공유결합, 또는 주쇄에 -O-, -C(=O), -S-, -SO2- 및 -NR2- 기 (및 이들의 조합, 예컨대 -C(=O)-O-)로 이루어진 군으로부터 선택된 5개 이하의 잔기를 임의로 포함하는 약 1 내지 20개 탄소 원자의 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징 기이고, 여기서 R2는 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다.
또 다른 구현예에서, R3은 화학식 -(OCH2CH2)n(OCH2CH(R1))m- (여기서, n은 5 이상의 정수이고, m은 0 이상 (바람직하게는 1 이상)의 정수이고, n:m의 몰비는 적어도 2:1 (바람직하게는 적어도 3:1)임)으로 나타내는 폴리(알킬렌 옥시드) 잔기이다. 화학식 2에서, c가 1이면 R3은 공유결합 또는 2가 탄화수소 브릿징 기이고, c가 2이면 R3은 3가 브릿징 기임을 이해할 것이다. 바람직하게는, R3은 2가 알킬렌 기이고, c는 1이다. 바람직하게는, R4는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; b는 1 내지 3이다.
일부 구현예에서, Y는 비-염기성 유기 작용기 Y1이며, 이는 에폭시 기 (예컨대, 글리시딜), 산 기, 에스테르 기, 하이드록실 기, 및 술프히드릴 기로부터 선택될 수 있다. 유용한 에폭시-관능성 실란 커플링제로는 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 5,6-에폭시헥실트리에톡시실란, (3,4-글리시독시프로필)트리에톡시실란, (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란), 및 이들의 조합이 포함된다. 유용한 메르캅토-관능성 실란 커플링제로는 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 및 3-메르캅토프로필트리에톡시실란이 포함된다.
또 다른 구현예에서, Y는 에틸렌계 불포화 기 Y2이며, 이는 비닐, 알릴, 비닐옥시, 알릴옥시, 및 (메트)아크릴옥시를 포함한 에틸렌계 불포화 중합성 기로부터 선택될 수 있다. 에틸렌계 불포화 기를 갖는 실란 커플링제로는 오르가노실란, 예컨대 3-(메타크릴옥시)프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필트리에톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필메틸디메톡시실란, 3-(아크릴옥시프로필)메틸디메톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필디메틸에톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필디에틸에톡시실란, 비닐디메틸에톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리이소프로폭시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리페녹시실란, 트리스(t-부톡시)비닐실란, 비닐트리스(이소부톡시)실란, 비닐트리이소프로펜옥시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직하게는, Y2는 비닐, 알릴, 비닐옥시, 또는 알릴옥시이다.
또 다른 구현예에서, Y는 알킬 기 또는 아릴 기로부터 선택된 비-관능성 하이드로카르빌 기 Y3이다. 유용한 비-관능성 실란 커플링제로는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리프로폭시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 펜틸트리메톡시실란, 펜틸트리에톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 페닐트리프로폭시실란, 페닐트리이소프로폭시실란, 벤질트리메톡시실란, 및 벤질트리에톡시실란이 포함된다.
실란 커플링제는 예를 들면 통상적인 기술에 의해 제조될 수 있거나 또는 예를 들면, 겔레스트 인크.(Gelest, Inc.) (미국 펜실베니아주 모리스빌 소재); 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼스(Momentive Performance Materials) (미국 코네티컷주 윌톤 소재); 및 유나이티드 케미칼 테크놀로지스 인크.(United Chemical Technologies, Inc.) (미국 펜실베니아주 호르샴 소재)와 같은 상업적 공급사로부터 구입할 수 있다. 또한, 미국 특허 제5,204,219호 (Van Ooij 등); 제5,464,900호 (Stofko 등); 및 제5,639,546호 (Bilkadi)를 참고할 수 있다.
다른 양이 허용되지만, 실란 커플링제의 양은 전형적으로 코팅 조성물 중의 총 부가 고체를 기준으로 0.25 내지 35 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 범위이다.
코팅 조성물은 임의로 금속 및 1,3-디옥소프로필렌 기를 갖는 하나 이상의 금속 β-디케톤 착화제를 더 포함할 수 있다. β-디케톤 착화제는 하나 이상의 실리카 나노입자, 알콕시 실란 올리고머 및 실란 커플링제 사이의 결합 형성 시 가수분해 촉매로서 작용할 수 있고, 실란올 기의 탈양성자화를 촉진하여 선형 중축합을 증대시킬 수 있다. 부가적으로, β-디케톤 착화제는 겔화를 지연하여 코팅 조성물의 안정성을 촉진시키고 코팅 전 저장 수명을 증대시킨다.
착화제의 금속 유형은 특별하게 한정되지 않는다. 바람직하게는 β-디케톤 리간드와의 착물 형성 상수가 큰 금속이 사용된다. 이러한 금속 착화제의 예로는 β-디케톤의 금속 킬레이트 화합물, 예컨대 트리스(아세틸아세토네이토)알루미늄(III), 트리스(에틸 아세틸아세테이토)알루미늄(III), 트리스(디에틸말로네이토)알루미늄(III), 비스(아세틸아세토네이토)구리(II), 테트라키스(아세틸아세토네이토)지르코늄(IV), 트리스(아세틸아세토네이토)크로뮴(III), 트리스(아세틸아세토네이토)코발트(III) 및 티타늄(IV) 옥소아세틸아세토네이트 [(CH3COCHCOCH3)2TiO]; 및 희토류 금속과 β-디케톤의 금속 킬레이트 화합물이 포함된다. 바람직하게는, β-디케톤 착화제는 알루미늄 β-디케톤 착화제, 보다 바람직하게는 알루미늄 아세틸아세토네이트로부터 선택된다.
β-디케톤 착화제는 단독으로 또는 그의 임의의 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 첨가되는 착화제의 양은 코팅 조성물의 총 부가 고체를 기준으로 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 보다 더 바람직하게는 약 0.1 내지 5 중량%이다.
용이한 코팅을 가능케 하기 위해, 저분자량 알코올, 특히 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알코올을 첨가하여 코팅 조성물의 표면 장력을 감소시킬 수 있다. 그러나 일부 경우에는, 목적하는 특성을 위해 코팅 친수성을 개선하고 수성 또는 하이드로알코올성 용액으로부터 물품의 균일한 코팅을 보장하기 위하여, 전형적으로 계면활성제인 습윤제를 첨가하는 것이 유익할 수 있다. 습윤제의 사용은 일반적으로 바람직하지 않으며, 이는 이러한 약제가 기재에 대한 코팅의 점착을 감소시킴으로써 내구성을 감소시키고 부가적으로 건조된 코팅에 줄무늬(streak) 및 탁도를 야기하는 것으로 생각되기 때문이다.
본 명세서에 사용되는 용어 "계면활성제"는, 코팅 용액의 표면 장력을 감소시킬 수 있는, 동일한 분자 상에 친수성(극성) 및 소수성(비극성) 세그먼트를 포함하는 분자를 기술한다. 유용한 계면활성제로는 또한 미국 특허 제6,040,053호 (Scholz 등)에 개시된 것들이 포함될 수 있다.
코팅의 반사 방지 특성을 보존하기 위해, 실리카 나노입자의 전형적인 농도(예를 들어, 총 코팅 조성물에 대해 약 0.2 내지 15 중량 퍼센트)에 있어서 대부분의 계면활성제는 코팅 조성물의 약 0.1 중량 퍼센트 미만, 바람직하게는 약 0.003 내지 0.05 중량 퍼센트를 포함한다. 일부 계면활성제에 있어서 목적하는 특성을 달성하기 위해 필요한 농도를 초과하면 얼룩이 있는 코팅이 얻어짐을 유의해야 한다. 특히, 계면활성제는 생성된 코팅의 내구성을 감소시킬 수 있는 것으로 관찰되었다. 바람직하게는, 코팅 조성물이 계면활성제 또는 습윤제를 포함하지 않는다.
생성된 코팅의 균일성을 개선하기 위해 첨가될 경우, 코팅 조성물 내의 음이온성 계면활성제가 바람직하다. 유용한 음이온성 계면활성제로는 예를 들면, (1) 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알킬아릴, 및/또는 알케닐 기와 같은 적어도 하나의 소수성 잔기, (2) 술페이트, 술포네이트, 포스페이트, 폴리옥시에틸렌 술페이트, 폴리옥시에틸렌 술포네이트, 폴리옥시에틸렌 포스페이트 등과 같은 적어도 하나의 음이온성 잔기, 및/또는 (3) 이러한 음이온성 기의, 알칼리 금속 염, 암모늄 염, 및 3차 아미노 염을 비롯한 염을 포함하는 분자 구조를 갖는 것들이 포함된다. 일례의 유용한 음이온성 계면활성제로는 나트륨 라우릴 술페이트, 나트륨 라우릴 에테르 술페이트, 암모늄 라우릴 술페이트, 및 나트륨 도데실벤젠술포네이트가 포함된다.
코팅 조성물이 계면활성제를 포함하지 않는 경우 또는 개선된 코팅 균일성이 바람직한 경우에는, 수성 또는 하이드로알코올성 용액으로부터 물품의 균일한 코팅을 보장하기 위하여, 김서림-방지 내구 특성을 부여하지 않는 것들을 비롯한 또 다른 습윤제를 첨가하는 것이 유익할 수 있다. 유용한 습윤제의 예로는 폴리에톡시화 알킬 알코올, 폴리에톡시화 알킬페놀이 포함된다. 일반적으로, 사용되는 경우 습윤제는 실리카 나노입자의 양에 따라 코팅 조성물의 약 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 코팅 조성물의 약 0.003 내지 0.05 중량%의 양으로 존재한다.
바람직하게는, 코팅 용액의 pH는 약 4 미만 약 1 초과이지만 이는 필요조건은 아니다. 예를 들면, 코팅가능한 조성물의 pH는 2 내지 4 또는 심지어 3 내지 4의 범위일 수 있다.
코팅가능한 조성물의 성분은 임의의 양으로 존재할 수 있으나, 바람직하게는 하기 양으로 존재한다. 일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 고체 중량 기준으로 30 내지 95%의 실리카 나노입자, 1 내지 55%의 알콕시실란 올리고머, 0.25 내지 35%의 실란 커플링제, 및 임의로 0.1 내지 10%의 금속 β-디케톤 착화제를 포함한다.
상기-기술된 코팅 조성물에 (또는 그로서) 사용하기에 적합한 침상 실리카 코팅에 관한 세부사항은 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제2010/0035039 A1호 (Jing 등)에 기술되어 있다.
일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 물, 물에 분산된 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자, 및 5 미만의 pH를 생성하기에 유효한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산을 포함한다. 코팅 조성물에 (또는 그로서) 사용하기에 적합한 수성 코팅 조성물에 관한 추가 세부사항은 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제2012/0276369 A1호 (Jing 등)에 기술되어 있다.
일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 성분 a) 내지 e)의 총 중량을 기준으로,
a) 0.5 내지 99 중량%의 물;
b) 0.1 내지 20 중량%의, 40 nm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자;
c) 0 내지 20 중량%의, 50 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자 (여기서, b) 및 c)의 합은 0.1 내지 20 중량%임);
d) pH를 5 미만으로 감소시키기에 충분한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산; 및
e) b) 및 c)의 합에 대해 0 내지 20 중량%의 테트라알콕시실란을 포함한다. 코팅 조성물에 (또는 그로서) 사용하기에 적합한 코팅 조성물에 관한 추가 세부사항은 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제2011/0033694 A1호 (Jing 등)에 기술되어 있다.
일부 구현예에서, 코팅가능한 조성물은 a) 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자의 7.5 미만의 pH를 갖는 수분산물, b) 알콕시실란 올리고머; c) 실란 커플링제, 및 d) 임의로 금속 베타-디케톤 착화제를 포함한다. 코팅 조성물에 (또는 그로서) 사용하기에 적합한 코팅 조성물에 관한 추가 세부사항은 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제2010/0092765 A1호 (Hager 등)에 기술되어 있다.
코팅가능한 조성물에 물이 존재할 것이지만, 적어도 부분적으로 실리카 나노입자를 포함하는 수분산물로 인해, 비록 바람직하게는 코팅 조성물은 15% 미만, 10% 미만, 5 중량% 미만, 1 중량% 미만, 0.1 중량% 미만의 비-반응성 VOC를 함유하거나 또는 심지어 이러한 용매가 전적으로 없겠으나, 코팅 및/또는 건조를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 수용성 및/또는 수혼화성의 비반응성 휘발성 유기 용매 (VOC)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 비-반응성의 휘발성 유기 용매의 예로는 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, 및 아세톤이 포함된다.
다른 두께가 허용되지만, 코팅가능한 조성물은 바람직하게는 0.2 nm 내지 100 nm 범위의 실질적으로 균일한 두께로 적용된다. 건조된 코팅에서 가시광선 간섭 색상 변화를 피하기 위해, 약 10 nm 미만의 두께를 갖는 건조된 코팅이 도움이 될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 약 2 nm 두께, 바람직하게는 적어도 약 3 nm 두께의 건조된 코팅을 생성하기에 충분한 코팅 조성물이 적용된다. 최적의 평균 건조 코팅 두께는 특정 코팅 조성물에 따라 다를 수 있으나, 일반적으로 코팅의 평균 두께는 바람직하게는 5 내지 100 nm, 바람직하게는 5 내지 50 nm, 보다 바람직하게는 5 내지 25 nm (원자력 현미경 및/또는 표면 형상측정법으로부터 산정)이다. 이 범위 초과의 코팅 두께 변화는 광학 간섭 효과를 야기하여, 더 어두운 기재 상에서 특히 명백한 건조된 코팅의 가시광선 진주광(iridescence) (무지개 효과)을 초래할 수 있다. 이 범위 미만의 코팅 두께는 환경적 마멸에 노출되는 대부분의 코팅에 충분한 내구성을 부여하기에 적절하지 않을 수 있다.
연삭된 표면이 코팅가능한 조성물로 코팅되면, 이를 충분히 건조 (물 및 어떠한 임의의 휘발성 유기 용매의 제거에 의해)시켜 수-시팅 세정 용이성 표면, 바람직하게는 물로 헹구는 경우 적소에 남아있기에 충분한 내구성을 갖는 것을 제공한다. 건조는 공기 건조 (예를 들어, 주위 조건 하에)에 의해 및/또는 가열 장치 (예를 들어, 휴대용 가열기 및 또는 히트 건(heat gun))의 사용에 의해 달성될 수 있다.
전형적으로, 코팅 후에 열, 방사 또는 다른 경화 방법이 필요 없이 주위 온도에서 물품을 건조시킨다. 더 높은 온도는 건조 공정의 속도를 증가시킬 수 있지만, 이러한 온도는 통상적으로 실용적이거나 편리하지 않으며 기재의 손상을 피하기 위해 주의를 기울여야 한다. 코팅 조성물이 기재에 적용되고 건조된 후, 바람직하게는 코팅은 약 30 내지 95 중량% (보다 바람직하게는 약 50 내지 75 중량%)의 실리카 나노입자; 약 1 내지 55 중량% (보다 바람직하게는 약 25 내지 50 중량%)의 알콕시실란 올리고머; 0.25 내지 35 중량%의 실란 커플링제; 및 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 금속 β-디케톤 착화제, 및 임의로 약 0 내지 5 중량% (보다 바람직하게는 0 내지 약 2 중량%)의 계면활성제, 및 약 5 중량% 이하 (바람직하게는 0 내지 2 중량%)의 습윤제를 포함한다.
또한, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물 및 본 개시내용에 따른 적합한 연마 물품을 포함하는 키트를 제공한다. 상기 키트는 적어도 하나의 본 개시내용에 따른 방법을 실시하기 위한 지침을 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 코팅가능한 조성물은 그의 자체 밀봉 용기 (예를 들어, 병 또는 백) 내의 키트에 포함될 것이다. 일부 구현예에서, 전체 키트는 단일 패키지 내에 함유될 수 있다.
본 개시내용의 소정의 구현예
제1 구현예에서, 본 개시내용은
a) 연마 물품을 사용하여 기재 표면의 적어도 일부를 연삭하여 10 나노미터 내지 3500 나노미터 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 연삭된 표면을 제공하는 단계;
b) 연삭된 표면의 적어도 일부와 코팅가능한 조성물을 접촉시키는 단계이며, 여기서 코팅가능한 조성물은 실리카 입자를 포함하고, 실리카 입자는 100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것인 단계; 및
c) 코팅가능한 조성물로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 단계
를 포함하는, 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 방법을 제공한다.
제2 구현예에서, 본 개시내용은 단계 a) 및 b)를 동시에 수행하는, 제1 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제3 구현예에서, 본 개시내용은 단계 a) 및 b)를 연속적으로 수행하는, 제1 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제4 구현예에서, 본 개시내용은 표면 조도 Ra가 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 범위인 것인, 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제5 구현예에서, 본 개시내용은 표면 조도 Ra가 200 나노미터 내지 600 나노미터의 범위인 것인, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제6 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 하기 성분을 배합하여 제조될 수 있는 것인, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다:
a) 실리카 나노입자를 포함하는 수분산물이며, 여기서 실리카 나노입자의 수분산물은 7.5 미만의 pH를 갖고, 실리카 나노입자는 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 수분산물;
b) 알콕시실란 올리고머; 및
c) 실란 커플링제.
제7 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 금속 β-디케톤 착화제를 더 포함하는 것인, 제6 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제8 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
30 내지 95%의 실리카 나노입자;
1 내지 55%의 알콕시실란 올리고머; 및
0.25 내지 35%의 실란 커플링제
를 포함하는 것인, 제6 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제9 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
0.1 내지 10%의 금속 β-디케톤 착화제
를 더 포함하는 것인, 제8 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제10 구현예에서, 본 개시내용은 알콕시실란 올리고머가 하기 화학식으로 나타낸 것인, 제6 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다:
Figure pct00007
상기 식에서,
각각의 R1은 독립적으로 H 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
각각의 R2는 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
x는 2 내지 100의 정수이고;
y 및 z는 독립적으로 0 이상의 정수이고;
여기서 x는 y + z보다 크고, x + y + z는 2 내지 100의 범위이다.
제11 구현예에서, 본 개시내용은 상기 실란 커플링제가 하기 화학식으로 나타낸 것인 제6 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다:
Figure pct00008
상기 식에서,
Y는 에폭시 기, 산 기, 하이드록실 기, 메르캅토 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 6 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 또는 자유-라디칼 중합성 에틸렌계-불포화 기 중의 적어도 하나를 포함하는 1가 유기 잔기를 포함하고;
R3은 공유결합 또는 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징 기이고;
R4는 독립적으로 산소, 질소 및/또는 황 원자에 의해 이용가능한 위치에서 임의로 치환된 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고,
b는 1, 2, 또는 3이고;
c는 1 또는 2이고;
d는 1 또는 2이고, 여기서 (b+d) ≤ 4 이다.
제12 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 30 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제13 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 20 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제14 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 10 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제15 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 수용성 유기 용매를 더 포함하는 것인, 제1 구현예 내지 제14 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제16 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 4 미만의 pH를 갖는 것인, 제1 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제17 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 물, 물에 분산된 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자, 5 미만의 pH를 생성하기에 유효한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산을 포함하는 것인, 제1 구현예에 따른 방법을 제공한다.
제18 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 하기 성분 a) 내지 e)의 총 중량을 기준으로,
a) 0.5 내지 99 중량%의 물;
b) 0.1 내지 20 중량%의, 40 nm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자;
c) 0 내지 20 중량%의, 50 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자 (여기서, b) 및 c)의 합은 0.1 내지 20 중량%임);
d) pH를 5 미만으로 감소시키기에 충분한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산; 및
e) b) 및 c)의 합에 대해 0 내지 20 중량%의 테트라알콕시실란을 포함한다.
제19 구현예에서, 본 개시내용은 기재가 차량(vehicle)을 포함하는 것인, 제1 구현예 내지 제18 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제20 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 배킹에 고정된 형상화된 연마 복합 입자를 포함하고, 여기서 형상화된 연마 복합 입자는 결합제에 보유된 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 약 1 마이크로미터 내지 약 202 마이크로미터 범위의 중간 입자 직경 D50을 갖는 것인, 제1 구현예 내지 제19 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제21 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 압축성 탄성 백업(backup) 패드에 고정된 것인, 제1 구현예 내지 제20 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제22 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 연마 디스크를 포함하는 것인, 제1 구현예 내지 제21 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제23 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 동력 도구에 의해 구동되는 것인, 제1 구현예 내지 제22 구현예 중 어느 하나에 따른 방법을 제공한다.
제24 구현예에서, 본 개시내용은
결합제에 의해 배킹에 고정된 연마 입자를 포함하는 연마 물품; 및
100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 실리카 입자를 포함하는 코팅가능한 조성물
을 포함하는 키트를 제공한다.
제25 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 하기 성분들을 배합하여 제조될 수 있는 것인, 제24 구현예에 따른 키트를 제공한다:
40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자를 포함하는 수분산물;
알콕시실란 올리고머; 및
실란 커플링제.
제26 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이
금속 β-디케톤 착화제
를 더 포함하는 것인, 제25 구현예에 따른 키트를 제공한다.
제27 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
30 내지 95%의 실리카 나노입자;
1 내지 55%의 알콕시실란 올리고머; 및
0.25 내지 35%의 실란 커플링제
를 포함하는 것인, 제25 구현예 또는 제26 구현예에 따른 키트를 제공한다.
제28 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
0.1 내지 10%의 금속 β-디케톤 착화제
를 더 포함하는 것인, 제27 구현예에 따른 키트를 제공한다.
제29 구현예에서, 본 개시내용은 알콕시실란 올리고머가 하기 화학식으로 나타낸 것인, 제25 구현예 내지 제28 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다:
Figure pct00009
상기 식에서,
각각의 R1은 독립적으로 H 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
각각의 R2는 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
x는 2 내지 100의 정수이고;
y 및 z는 독립적으로 0 이상의 정수이고;
여기서 x는 y + z보다 크고, x + y + z는 2 내지 100의 범위이다.
제30 구현예에서, 본 개시내용은 상기 실란 커플링제가 하기 화학식으로 나타낸 것인, 제25 구현예 내지 제29 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다:
Figure pct00010
상기 식에서,
Y는 에폭시 기, 산 기, 하이드록실 기, 메르캅토 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 6 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 또는 자유-라디칼 중합성 에틸렌계-불포화 기 중의 적어도 하나를 포함하는 1가 유기 잔기를 포함하고;
R3은 공유결합 또는 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징 기이고;
R4는 독립적으로 산소, 질소 및/또는 황 원자에 의해 이용가능한 위치에서 임의로 치환된 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고,
b는 1, 2, 또는 3이고;
c는 1 또는 2이고;
d는 1 또는 2이고, 여기서 (b+d) ≤ 4이다.
제31 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 30 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제24 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제32 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 20 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제24 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제33 구현예에서, 본 개시내용은 실리카 나노입자가 10 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인, 제24 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제34 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 수용성 유기 용매를 더 포함하는 것인, 제24 구현예 내지 제33 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제35 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 4 미만의 pH를 갖는 것인, 제24 구현예 내지 제34 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제36 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 물, 물에 분산된 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자, 5 미만의 pH를 생성하기에 유효한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산을 포함하는 것인, 제24 구현예 내지 제35 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제37 구현예에서, 본 개시내용은 코팅가능한 조성물이 하기 성분 a) 내지 성분 e)의 총 중량을 기준으로,
a) 0.5 내지 99 중량%의 물;
b) 0.1 내지 20 중량%의, 40 nm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자;
c) 0 내지 20 중량%의, 50 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자 (여기서, b) 및 c)의 합은 0.1 내지 20 중량%임);
d) pH를 5 미만으로 감소시키기에 충분한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산; 및
e) b) 및 c)의 합에 대해 0 내지 20 중량%의 테트라알콕시실란을 포함한다.
제38 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 배킹에 고정된 형상화된 연마 복합 입자를 포함하고, 여기서 형상화된 연마 복합 입자는 결합제에 보유된 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 약 1 마이크로미터 내지 약 202 마이크로미터 범위의 중간 입자 직경 D50을 갖는 것인, 제24 구현예 내지 제37 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제39 구현예에서, 본 개시내용은 연마 물품이 연마 디스크를 포함하는 것인, 제24 구현예 내지 제38 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
제40 구현예에서, 본 개시내용은
연마 물품을 사용하여 기재 표면을 연삭하여 연삭된 표면을 제공하고;
연삭된 표면의 적어도 일부에 코팅가능한 조성물을 적용하는 것
을 포함하는 방법을 수행하기 위한 지침서
를 더 포함하는 것인, 제24 구현예 내지 제39 구현예 중 어느 하나에 따른 키트를 제공한다.
본 개시내용의 목적 및 이점을 하기의 비-제한적 실시예에 의해 추가로 예시하나, 이들 실시예에서 언급된 특정 물질 및 그의 양뿐만 아니라 기타 조건 및 세부사항이 본 개시내용을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예들
달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.
실시예를 기술하는데 다음의 약어가 사용된다: ℃ = 섭씨 온도; cm = 센티미터; mg = 밀리그램; mL = 밀리리터; mm = 밀리미터; μm = 마이크로미터; nm = 나노미터; ㎪ = 킬로파스칼; psi =제곱 인치 당 파운드; rpm = 분 당 회전수; W= 와트; 및 wt. % = 중량%.
본 명세서에 기술된 다양한 시험 패널을 제조하는데 사용된 연마 디스크 및 부속품은 쓰리엠 캄파니 (미국 미네소타주 세인트 폴 소재)로부터 하기 상표명으로 얻어진 것이었다. 달리 언급되지 않는 한, 디스크 및 부속품은 직경이 15.24 cm (6-인치)였다:
P5000: TRIZACT FOAM DISC 443SA 5000, PART No. 30662.
P3000: TRIZACT FOAM DISC 443SA P3000, PART No. 02085.
P1500: TRIZACT CLEARCOAT SANDING DISC P1500, PART No. 02088.
P1200: P1200 FINISHING FILM DISC 260L, PART No. 00968.
P1000: P1000 FINISHING FILM DISC 260L, PART No. 00969.
P800: P800 FINISHING FILM DISC 260L, PART No. 00970.
P600: P600 FINISHING FILM DISC 260L, PART No. 00971.
백업 패드: 상표명 HOOKIT BACKUP PAD, PART No. 05551.
계면 패드: 상표명 HOOKIT SOFT INTERFACE PAD, PART No. 05777.
연마 샌더: 8 mm 드로우(throw)를 갖는 랜덤 궤도 샌더, 다이나브레이드, 인크.(Dynabrade, Inc.) (미국 뉴욕주 클래런스 소재)의 모델 번호 DYNORBITAL SANDER, PART No. 56964. 라인 압력은 275.8 ㎪ (40 psi)이었음.
컴파운딩 패드: 20.32 cm (8-인치) 발포체 컴파운딩 패드, 상표명 FOAM COMPOUNDING PAD, PART No. 05723.
컴파운딩 백업 패드: 20.32 cm (8-인치) 백업 패드, 상표명 PERFECT-IT BACKUP PAD, PART No. 05718.
컴파운딩 샌더: 드발트 인더스트리얼 툴 캄파니(DeWALT Industrial Tool Company) (미국 매릴랜드주 발티모어 소재)로부터 얻어지는 모델 DW849 샌더/연마기, 1.59 cm (5/8-인치) 어댑터 장착, 1400 rpm으로 작동.
본 명세서에 기술된 시험 패널은 다음과 같았다:
TP1: 우레탄 아크릴레이트 투명 코트를 갖는 45.7 cm × 61 cm (18 × 24 인치) 블랙 페인팅된 저온 롤 강철 시험 패널, 에이씨티 레보러토리즈, 인크.(ACT Laboratories, Inc.) (미국 미시건주 힐스데일 소재)로부터 얻어지는 Part No. RK8148.
TP2: 플라스트콜라이트, 인크.(Plastkolite, Inc.) (미국 오하이오주 콜럼부스 소재)로부터 상표명 "OPTIX"로 얻어지는 76.2 × 76.2 cm × 1.27 mm (30 인치 × 30 인치 × 50 밀)의 투명한 무색 아크릴 시트.
나노입자 현탁액을 제조하는데 사용된 물질은 다음과 같았다:
AAA: 알루미늄 아세틸아세토네이트.
IPA: 이소프로판올.
N1115: 날코 케미칼 캄파니(Nalco Chemical Company) (미국 일리노이주 내퍼빌 소재)로부터 Nalco 1115로서 얻어지는 4 nm 콜로이드성 실리카.
N2327: 날코 케미칼 캄파니로부터 Nalco 2327로서 얻어지는 20 nm 콜로이드성 실리카.
ST-20L 닛산 케미칼 캄파니(Nissan Chemical Company)로부터 SNOWTEX ST-20L로서 얻어지는 45 nm 콜로이드성 실리카.
ST-UP 닛산 케미칼 아메리카 코포레이션(Nissan Chemical America Corporation) (미국 텍사스주 휴스톤 소재)으로부터 품명 SNOWTEX UP-10으로 얻어지는 40 내지 100 nm × 9 내지 15 nm 신장 콜로이드성 실리카.
TEOS: 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Co.) (미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수가능한 테트라에틸 오르토실리케이트.
VTMOS: 훌스 아메리카, 인크.(Huls America, Inc.) (미국 펜실베니아주 브리스톨 소재)로부터 얻어지는 비닐트리메톡시실란.
본 명세서에 기술된 시험 패널을 처리하는데 사용된 친수성 용액은 다음과 같이 제조하였다:
용액 A
교반기, 온도계 및 응축기가 장착된 교반되는 1-리터 둥근 바닥 플라스크에 12.67 g의 이소프로필 알코올에 이어 0.42 g의 테트라에틸 오르토실리케이트, 및 0.08 g의 비닐트리메톡시실란을 첨가하였다. 이어서, 메탄올 (0.16 g) 중의 알루미늄 아세틸아세토네이트의 10 중량% (wt. %) 용액을 교반과 함께 첨가하였다. 다음으로, 81.25 g의 탈이온수와 1.5 g의 1.0 N 염산의 혼합물을 계속되는 교반과 함께 서서히 첨가하였다. 마지막으로, 상기 혼합물에 3.92 g의 N1115를 적가하였다. 계속되는 교반과 함께, 플라스크의 온도를 4시간 동안 60℃로 상승시켰다. 다음으로, 열을 제거하고, 플라스크의 내용물을 냉각시켰다.
용액 B
4.67 g의 N1115와 1.5 g의 ST-20L을 교반과 함께 혼합하여 1.0 wt. %의 콜로이드성 실리카 현탁액을 제조하였다. 상기 혼합물에 92.3 g의 탈이온수와 1.5 g의 1N 염산의 프리믹스(premix)를 신속한 교반과 함께 첨가하여 pH를 대략 3.0으로 조정하였다.
용액 C
4.67 g의 N1115와 0.75 g의 N2327을 교반과 함께 혼합하여 1.0 wt. %의 콜로이드성 실리카 현탁액을 제조하였다. 상기 혼합물에 93.1 g의 탈이온수와 1.5 g의 1N 염산의 프리믹스를 신속한 교반과 함께 첨가하여 pH를 대략 3.0으로 조정하였다.
용액 D
4.67 g의 N1115와 1.5 g의 ST-UP를 교반과 함께 혼합하여 1.0 wt. %의 콜로이드성 실리카 현탁액을 제조하였다. 상기 혼합물에 92.3 g의 탈이온수와 1.5 g의 1N 염산의 프리믹스를 신속한 교반과 함께 첨가하여 pH를 대략 3.0으로 조정하였다.
시험 절차
웨트 오염 보존 시험
도로 스플래쉬(splash) 또는 분무의 조건을 모방하기 위해, 시험 패널을 다음과 같이 오염 적용하였다. 쓰리엠 캄파니로부터 STANDARD CARPET DRY SOIL, Part. No. SPS-2001로서 얻어지는 오염 물질의 2 wt. % 수성 현탁액을 패널로부터 대략 73.66 cm (29 인치)에서 노즐 팁으로, 쓰리엠 캄파니의 3M BODY SCHUTZ APPLICATOR GUN, Part No. 08997에 의해 137.9 ㎪ (20 psi)로 2초 동안 시험 패널 상에 분무하였다. 물/오염 혼합물을 81 cm × 38 cm × 27 cm (32 in × 15 in × 10.5 in) 치수의 탱크에서 계속 교반하였다. 패널을 제거하고, 50℃에서 5분 동안 건조시킨 후, 이어서 오염 분무 및 건조 단계를 반복하였다. 그런 다음, 시험 패널을 84 cm × 41 cm × 36 cm (33 in × 16 in × 14 in) 치수의 별도의 물 탱크 내로 장입하고, 패널로부터 81 cm (32 인치) 거리에서 노즐 팁으로 5초 동안 413.7 ㎪ (60 psi)로 수돗물을 분무하여 세정하고, 50℃에서 5분 동안 건조시킨 후, 그레이 스케일 분석(Gray Scale Analysis) 절차 (하기)에 따라 화상형성 및 분석하여, 오염 및 세정 단계 후 보유되는 오염의 양을 결정하였다. 각각의 선택된 실시예로부터 하나의 대표 패널에 대해 85° 광택을 측정하고, 시험 패널의 표면 상에 보유된 오염으로 인한 85° 광택의 감소를 계산하였다. 이 값은 표 3에서 85° 광택의 % 감소로서 기록하였다.
먼지 보존 시험
쓰리엠 캄파니의 STANDARD CARPET DRY SOIL, Part No. SPS-2001 (10 그램)을 플렉솔라이트, 인크.(Flexolite, Inc.) (미국 미주리주 세인트 루이스 소재)의 AASHTO M247 TYPE I GLASS BEADS로서 얻어지는 유리 비드 (200 그램)를 갖는 1-리터 용기에서 균일하게 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물 및 시험 패널을 25℃/50% 상대 습도에서 24시간 동안 평형화시켰다. 그런 다음, 시험 패널을 오염 혼합물에 완전 침지시키고, 30초 동안 수동 진탕하고, 패널을 제거하고, 한쪽 말단을 태핑하여 느슨하게 결합된 먼지를 제거하였다. 이어서, 패널을 투과율에 대해 평가하였다.
분진 보존 시험
1-리터 용기를 파우더 테크놀로지, 인크.(Powder Technology, Inc.) (미국 미네소타주 번스빌 솔재)로부터 12103-1 A1 ULTRAFINE DUST로서 입수가능한 0 내지 20 μm 표준 시험 분진으로 부분 충전시켰다. 시험 패널 및 시험 분진을 25℃/50% 상대 습도에서 24시간 동안 평형화시켰다. 그런 다음, 패널을 시험 분진에 침지시키고, 30초 동안 수동 진탕하고, 용기로부터 제거하고, 한쪽 말단을 태핑하여 느슨하게 결합된 먼지를 제거하였다. 이어서, 패널을 투과율에 대해 평가하거나 또는 그레이 스케일 분석 절차 (하기)에 따라 화상형성 및 분석하여 오염 및 세정 단계 후 보유되는 오염의 양을 결정하였다.
그레이 스케일 분석
1. 웨트 오염 보존 시험의 경우
TP1 시험 패널을 서두에 기술한 웨트 오염 시험에 적용하고, 건조시키고, 하기에 기술된 바와 같이 촬영하였다. TP1 시험 패널은 블랙이기 때문에, 표면 상의 임의의 잔류 오염은 톤이 더 밝아 블랙 백그라운드보다 더 큰 그레이 스케일 값을 나타낸다. 이어서, 시험 패널의 화상 분석에 의해 잔류 오염과 관련된 그레이스케일 값의 분포가 제공된다. 계수 대 그레이스케일 값의 히스토그램 형태의 각각의 그레이 스케일 분포는 분포의 평균 뿐만 아니라 표준 편차에 대해 분석할 수 있다. 평균 값은 잔류하는 오염의 양에 관한 것으로; 더 높은 수치 값의 분포 평균은 잔류 오염의 양과 관련된다. 표준 편차 값은 샘플의 시각적 균질성에 관한 것으로, 더 높은 값의 표준 편차는 덜 균질한 분포 (즉, 외관이 더 오염됨)와 관련된다. 정확성을 위해, 실시예 당 3개의 패널로부터 취한 풀링(pooled) 표준 편차를 결정하였다. 풀링 값이 작을수록 패널은 보다 균일하고 시각적으로 허용된다. 역으로, 큰 풀링 표준 편차는 덜 바람직한 불균등 및 불균질한 시각적 외관을 나타낸다.
18-70 mm IF-ED AF-S DX 줌 렌즈가 장착된 니콘(Nikon) D70s 카메라 (니콘 코포레이션(Nikon Corp, 일본 도쿄 소재))를 사용하여 시험 패널의 표면 디지털화상 (3008 × 2000 픽셀)을 찍었다. 양쪽 측면에 대략 45도 각도로 조명 암(arm)이 셋팅된 폴라로이드 MP-4 랜드 카메라(Polaroid MP-4 Land Camera) 스테이지 (폴라로이드 코포레이션(Polaroid Corp., 미국 매사추세츠주 노르우드 소재))에 의해 스테이지 조명이 제공되었다. 스테이지 주위의 광 확산 박스 및 스테이지 플랫폼(platform)으로부터 20 cm의 카메라 렌즈로, 패널에 입사하는 약 60도의 전체 각도에 있어서, 암 각도에 대해 약 15도로 4개의 150 W 백열 플러드(flood) 전구를 상승시켰다. 퍼블릭 도메인 이미지제이(ImageJ) 소프트웨어 (미국 국립 보건원(U.S. National Institute for Health, 미국 매릴린드주 베데스다 소재)으로부터 입수가능함)를 사용하여 대표적인 1600 × 1100 픽셀 단면의 사진 화상의 그레이 스케일 분석이 이루어졌다. 그레이 스케일 값은 0 (대부분의 블랙) 내지 255 (대부분의 화이트)의 범위였다. 또한, 상기 기술된 분포의 상한값 "테일(tail)" (100 내지 255의 값들의 합계)을 상기 데이터로부터 계산하고, 표 3에 계수 100 내지 255로서 기록하였다. 이 값이 낮을수록, 헹군 후 더 적은 오염이 잔류한다. 풀링 표준 편차는 표 3에 기록하였다.
2. 분진 보존 시험의 경우
상기 기술된 웨트 오염 보존 시험과 유사하게, TP1 시험 패널을 기술된 바와 같이 처리한 다음, 건조 분진 시험 및 촬영하였다. 디지털 화상으로부터 그레이스케일 분석에 대한 동일한 경로를 수행하고, 평균 (계수 100 내지 255) 및 풀링 표준 편차를 표 4에 기록하였다.
광택
비와이케이 가드너 유에스에이, 인크.(Byk Gardner USA, Inc.) (미국 매릴랜드주 콜롬비아 소재)의 모델 4601 HAZE-GLOSS REFLECTOMETER을 사용하여 광택을 측정하였다. 패널 당 3개의 판독치를 취하고, 평균을 기록하였다. 광택을 20°, 60°, 및/또는 85°에서 측정하였다. 깨끗한 패널의 광택을 측정하고 표 2에 기록하였다.
투과율
브레인 파우어 인코포레이티드(Brain Power Incorporated) (미국 플로리다주 마이애미 소재)의 BPI DUAL COMPUTER-CAL II UV/가시광선 디지털 분광광도계를 사용하여 TP2 패널의 투과율을 측정하였다. 실시예 28을 제외하고는, 각각의 패널에 대해 4개의 판독치를 취하였고, 여기서 각각의 실시예에 대해 3개의 패널을 시험하였고, 생성된 12개의 측정값들을 평균하였다. 실시예 12와 관련하여서는, 단지 2개의 패널에 대해 이루어져, 8개의 측정값들의 평균을 초래하였다.
표면 조도 R a 및 비대칭도( Skewnesss ) R sk
비코 인스투르먼츠 인크. (미국 뉴저지주 플레인뷰 소재)의 와이코(Wyko) NT3300 광학 조면계를 사용하여 표면 형상측정법 측정값들을 얻었다. 사용된 셋팅은 다음과 같았다: 1x 속도 수직 주사 간섭측정법, 풀(full) 해상도, 2% 조정 역치, 0.5 시야각(field of view)을 갖는 50x 대물로 186 × 244 μm2의 단층촬영 맵 영역을 생성. 패널 당 4회 측정값들이 생성되었고, 평균을 기록하였다.
비교예 A
제조사의 지침서에 따라, 쓰리엠 캄파니의 3M CAR WASH SOAP, Part No. 39000로서 얻어지는 자동차 샴푸로 TP1 패널을 세정하였다. 이어서, 패널을 물로 헹구고 와이핑 건조시켰다. 패널 및 연마제에 5 내지 10 그램의 물을 분무한 다음, P5000 연마 디스크를 사용하여, 계면 패드 및 백업 패드가 장착된 DYNORBITAL 샌더로 패널을 대략 60초 동안 고르게 연삭하였다. 샌딩(sanding) 후, 패널을 종이 타월로 와이핑한 다음, 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면으로 컷팅하였다. 각각의 단면을 자동차 샴푸로 세척하고, 수돗물로 1회 헹구고, 탈이온수로 1회 헹구고, 21℃에서 건조시켰다.
비교예 B
P5000 연마 디스크를 P3000으로 교체하여, 비교예 A에 일반적으로 기술된 절차를 반복하였다.
비교예 C 내지 F
패널 및 연마제에 물을 분무하지 않고, P5000 연마 디스크를 다음과 같이 교체하여, 비교예 A에 일반적으로 기술된 절차를 반복하였다: 비교예 C = P1200; 비교예 D = P1000; 비교예 E = P800; 및 비교예 F = P600.
실시예 1
건조 후에 3개의 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면을 용액 A로 다음과 같이 처리한 것을 제외하고는, 비교예 A를 반복하였다. 패널 표면에 대략 1 내지 2 mL의 용액 A를 적가한 다음, 웨트 필름을 유지하면서 쓰리엠 캄파니로부터 3M DETAILING CLOTH, Part No. 06017로서 입수가능한 미세섬유 디테일링 천을 사용하여 패널 표면을 가로질러 상기 용액을 고르게 와이핑하였다. 웨트 필름은 21℃에서 대략 5분 후 건조되었고, 이어서 패널을 21℃에서 16 내지 24시간 동안 건조시킨 후 시험하였다.
실시예 2
TP1 패널을 비교예 B에서와 같이 연삭한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 3
TP1 패널을 비교예 C에서와 같이 연삭한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 4
용액 A 대신에 용액 B를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 5
용액 A 대신에 용액 C를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 6
용액 A 대신에 용액 D를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 7
TP1 패널을 비교예 D에서와 같이 연삭한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 8
TP1 패널을 비교예 E에서와 같이 연삭한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
실시예 9
TP1 패널을 비교예 F에서와 같이 연삭한 것을 제외하고는, 실시예 1을 반복하였다.
비교예 G
21℃에서 건조 후, 제조사의 지침서에 따라, 쓰리엠 캄파니로부터 상표명 MEGUIAR'S 21 MIRROR GLAZE로 얻어지는 자동차 왁스로 패널 단면을 처리한 것을 제외하고는, 비교예 C에 기술된 바와 같이 TP1 패널을 제조하였다.
비교예 H
샌더, 15.24 cm (6-인치) P5000 연마 디스크, 계면 패드 및 백업 패드를 DW849 샌더/연마기 및 20.32 cm (8-인치) 컴파운딩 패드로 교체하고, 쓰리엠 캄파니로부터 PERFECT-IT RUBBING COMPOUND, PART No. 06095로서 입수가능한 러빙 화합물 18 그램으로 패널을 30초 동안 연마한 것을 제외하고는, 비교예 A에 일반적으로 기술된 바와 같이 TP1 패널을 제조하였다. 그런 다음, 패널에 추가의 15 그램의 러빙 화합물을 적용한 후 패널을 30초 동안 더 연마하였고, 이어서 패널을 쓰리엠 캄파니로부터 또한 얻어지는 자동차 접착제 및 타르 제거기로 세정하고, 3M 자동차 세척 비누(Car Wash Soap)로 세척하였다.
실시예 10
컴파운딩 단계 후, 패널의 3개의 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면을 용액 A로 처리한 것을 제외하고는, 비교예 H에 기술된 바와 같이 패널을 제조하였다.
비교예 I
TP1 패널을 비교예 A에서와 같이 3M 자동차 세척 비누로 세척하고, 수돗물로 1회, 탈이온수로 1회 헹구고, 21℃에서 건조시킨 후, 패널로부터 3개의 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면을 컷팅하였다.
비교예 J
건조 단계 후, 패널의 3개의 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면을 용액 A로 처리한 것을 제외하고는, 비교예 I를 반복하였다.
비교예 K
TP2 패널의 한쪽 측면으로부터 보호 라이너를 제거하고, 노출된 패널 표면을, P5000 연마 디스크를 P1500으로 교체한 것을 제외하고는 비교예 A에 기술된 바와 같이 연삭 및 세정하였다. 이어서, 패널의 다른쪽 측면으로부터 보호 라이너를 제거하고, 패널로부터 3개의 7.62 × 10.16 cm (3 × 4 인치) 단면을 컷팅하였다.
실시예 11
연삭 단계 동안 대략 10 mL의 물을 용액 A로 교체하고 이를 연마 디스크 및 패널 표면에 적용한 것을 제외하고는, 비교예 K에서와 같이 패널을 제조하였다.
실시예 12
건조 단계 후 각각의 패널 단편을 용액 A로 처리한 것을 제외하고는, 비교예 K에 일반적으로 기술된 바와 같이 패널을 제조하였다.
실시예 및 비교예를 제조하는데 사용된 다양한 처리의 개요를 표 1 (하기)에 기록하였다.
[표 1]
Figure pct00011
실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 A 내지 비교예 K에 있어서, 상기 언급된 시험 절차에 따른 시험 결과는 표 2 내지 표 5 (하기)에 기록하였다 (여기서 "NM"이란 "측정하지 않음"을 의미함).
[표 2]
Figure pct00012
[표 3]
Figure pct00013
[표 4]
Figure pct00014
[표 5]
Figure pct00015
특허증을 위한 상기 출원에서 모든 언급된 참고문헌, 특허, 또는 특허 출원은 그의 전문이 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함된 참고문헌의 일부와 본 출원간의 불일치 또는 모순의 경우, 서두의 설명의 정보가 우선할 것이다. 관련 기술분야의 숙련자가 청구된 개시내용을 실시 가능하도록 주어진 서두의 설명은 개시내용의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 이는 청구범위 및 이에 대한 모든 등가물에 의해 규정된다.

Claims (40)

  1. a) 연마 물품을 사용하여 기재 표면의 적어도 일부를 연삭하여 10 나노미터 내지 3500 나노미터 범위의 표면 조도 Ra를 갖는 연삭된 표면을 제공하는 단계;
    b) 연삭된 표면의 적어도 일부와 코팅가능한 조성물을 접촉시키는 단계이며, 여기서 코팅가능한 조성물은 실리카 입자를 포함하고, 실리카 입자는 100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것인 단계; 및
    c) 코팅가능한 조성물로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 단계
    를 포함하는, 기재 상에 세정 용이성 수-시팅 코팅을 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 a) 및 b)를 동시에 수행하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계 a) 및 b)를 연속적으로 수행하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 조도 Ra가 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 범위인 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 조도 Ra가 200 나노미터 내지 600 나노미터의 범위인 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 하기 성분을 배합하여 제조될 수 있는 것인 방법:
    a) 실리카 나노입자를 포함하는 수분산물이며, 여기서 실리카 나노입자의 수분산물은 7.5 미만의 pH를 갖고, 실리카 나노입자는 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 수분산물;
    b) 알콕시실란 올리고머; 및
    c) 실란 커플링제.
  7. 제6항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 금속 β-디케톤 착화제를 더 포함하는 것인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
    30 내지 95%의 실리카 나노입자;
    1 내지 55%의 알콕시실란 올리고머; 및
    0.25 내지 35%의 실란 커플링제
    를 포함하는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
    0.1 내지 10%의 금속 β-디케톤 착화제
    를 더 포함하는 것인 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 알콕시실란 올리고머가 하기 화학식으로 나타낸 것인 방법:
    Figure pct00016

    상기 식에서,
    각각의 R1은 독립적으로 H 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
    각각의 R2는 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
    x는 2 내지 100의 정수이고;
    y 및 z는 독립적으로 0 이상의 정수이고;
    여기서 x는 y + z보다 크고, x + y + z는 2 내지 100의 범위이다.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 하기 화학식으로 나타낸 것인 방법:
    Figure pct00017

    상기 식에서,
    Y는 에폭시 기, 산 기, 하이드록실 기, 메르캅토 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 6 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 또는 자유-라디칼 중합성 에틸렌계-불포화 기 중의 적어도 하나를 포함하는 1가 유기 잔기를 포함하고;
    R3은 공유결합 또는 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징(bridging) 기이고;
    R4는 독립적으로 산소, 질소 및/또는 황 원자에 의해 이용가능한 위치에서 임의로 치환된 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고,
    b는 1, 2, 또는 3이고;
    c는 1 또는 2이고;
    d는 1 또는 2이고, 여기서 (b+d) < 4이다.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 30 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 20 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 방법.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 10 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 수용성 유기 용매를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 4 미만의 pH를 갖는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 물, 물에 분산된 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자, 5 미만의 pH를 생성하기에 유효한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산을 포함하는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 하기 성분 a) 내지 e)의 총 중량을 기준으로,
    a) 0.5 내지 99 중량%의 물;
    b) 0.1 내지 20 중량%의, 40 nm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자;
    c) 0 내지 20 중량%의, 50 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자 (여기서, b) 및 c)의 합은 0.1 내지 20 중량%임);
    d) pH를 5 미만으로 감소시키기에 충분한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산; 및
    e) b) 및 c)의 합에 대해 0 내지 20 중량%의 테트라알콕시실란
    을 포함하는 것인 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 기재가 차량(vehicle)을 포함하는 것인 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 배킹에 고정된 형상화된 연마 복합 입자를 포함하고, 여기서 형상화된 연마 복합 입자는 결합제에 보유된 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 약 1 마이크로미터 내지 약 202 마이크로미터 범위의 중간 입자 직경 D50을 갖는 것인 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 압축성 탄성 백업(backup) 패드에 고정된 것인 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 연마 디스크를 포함하는 것인 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 동력 도구에 의해 구동되는 것인 방법.
  24. 결합제에 의해 배킹에 고정된 연마 입자를 포함하는 연마 물품; 및
    100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 실리카 입자를 포함하는 코팅가능한 조성물
    을 포함하는 키트.
  25. 제24항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 하기 성분을 배합하여 제조될 수 있는 것인 키트:
    40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자를 포함하는 수분산물;
    알콕시실란 올리고머; 및
    실란 커플링제.
  26. 제25항에 있어서, 코팅가능한 조성물이
    금속 β-디케톤 착화제
    를 더 포함하는 것인 키트.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
    30 내지 95%의 실리카 나노입자;
    1 내지 55%의 알콕시실란 올리고머; 및
    0.25 내지 35%의 실란 커플링제
    를 포함하는 것인 키트.
  28. 제27항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 고체 중량 기준으로,
    0.1 내지 10%의 금속 β-디케톤 착화제
    를 더 포함하는 것인 키트.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 알콕시실란 올리고머가 하기 화학식으로 나타낸 것인 키트:
    Figure pct00018

    상기 식에서,
    각각의 R1은 독립적으로 H 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
    각각의 R2는 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고;
    x는 2 내지 100의 정수이고;
    y 및 z는 독립적으로 0 이상의 정수이고;
    여기서 x는 y + z보다 크고, x + y + z는 2 내지 100의 범위이다.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 하기 화학식으로 나타낸 것인 키트:
    Figure pct00019

    상기 식에서,
    Y는 에폭시 기, 산 기, 하이드록실 기, 메르캅토 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 6 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 또는 자유-라디칼 중합성 에틸렌계-불포화 기 중의 적어도 하나를 포함하는 1가 유기 잔기를 포함하고;
    R3은 공유결합 또는 2가 또는 3가 탄화수소 브릿징 기이고;
    R4는 독립적으로 산소, 질소 및/또는 황 원자에 의해 이용가능한 위치에서 임의로 치환된 1 내지 8개 탄소 원자의 알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고,
    b는 1, 2, 또는 3이고;
    c는 1 또는 2이고;
    d는 1 또는 2이고, 여기서 (b+d) < 4이다.
  31. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 30 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 키트.
  32. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 20 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 키트.
  33. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 나노입자가 10 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 것인 키트.
  34. 제24항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 수용성 유기 용매를 더 포함하는 것인 키트.
  35. 제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 4 미만의 pH를 갖는 것인 키트.
  36. 제24항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 물, 물에 분산된 40 나노미터 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자, 5 미만의 pH를 생성하기에 유효한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산을 포함하는 것인 키트.
  37. 제24항에 있어서, 코팅가능한 조성물이 하기 성분 a) 내지 e)의 총 중량을 기준으로,
    a) 0.5 내지 99 중량%의 물;
    b) 0.1 내지 20 중량%의, 40 nm 이하의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자;
    c) 0 내지 20 중량%의, 50 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는 실리카 나노입자 (여기서, b) 및 c)의 합은 0.1 내지 20 중량%임);
    d) pH를 5 미만으로 감소시키기에 충분한 양의 <3.5의 pKa를 갖는 산; 및
    e) b) 및 c)의 합에 대해 0 내지 20 중량%의 테트라알콕시실란
    을 포함하는 것인 키트.
  38. 제24항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 배킹에 고정된 형상화된 연마 복합 입자를 포함하고, 여기서 형상화된 연마 복합 입자는 결합제에 보유된 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 약 1 마이크로미터 내지 약 202 마이크로미터 범위의 중간 입자 직경 D50을 갖는 것인 키트.
  39. 제24항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 물품이 연마 디스크를 포함하는 것인 키트.
  40. 제24항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마 물품을 사용하여 기재 표면을 연삭하여 연삭된 표면을 제공하고;
    연삭된 표면의 적어도 일부에 코팅가능한 조성물을 적용하는 것
    을 포함하는 방법을 수행하기 위한 지침서
    를 더 포함하는 키트.
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