KR20200108443A - 결합제 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

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조아침 뮬러
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다우 실리콘즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 결합제로서, 상기 결합제는 규소-결합된 가수분해성 기를 함유하는 실란 및/또는 실록산을 포함하는 하나 이상의 가교결합제 성분을 선택적으로 포함하는, 상기 결합제; 및 하나 이상의 무정형 다공성 친수성 실리카(들), 하나 이상의 친수성 실리카 에어로겔(들) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 친수성 분말 및/또는 겔로서, 상기 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 상기 친수성 실리카 에어로겔은 BET 표면적이 100 m2/g 내지 1500 m2/g 이상이고 20℃ 및 대기압에서의 열전도도가 0.004 내지 0.05 W/m·K인, 상기 친수성 분말 및/또는 겔을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 단열 또는 방음 재료에서의 또는 그로서의 상기 조성물의 용도, 및 그로부터 제조된 코팅, 제품 및 물품에 관한 것이다.

Description

결합제 조성물 및 이의 용도
본 발명은 특히 선박, 코팅, 건물 및 구조물(construction), 그리고 또한 자동차 응용과 같은 응용에서, 단열, 방음 및 배리어 절연(barrier insulation)을 제공할 수 있는 결합제 조성물에 관한 것이다.
다수의 기술적 응용에서 단열 및/또는 방음이 바람직하다.
결합제로서의 수계 아크릴 라텍스로 처리된 중공 유리 구체 또는 소수성 에어로겔과 같은 무기 입자를 포함하는 단열 페인트를 제조하는 것이 알려져 있다. 그러한 재료를 사용하여 얻어지는 단열은 최대 약 120℃의 온도 범위로 제한된다. 또한, 실리콘 화합물에 기초한 필름 형성 결합제 에멀젼으로 처리된 소수성 에어로겔을 포함하는 조성물이 알려져 있으며, 이 조성물은 최대 250℃의 더 높은 열 안정성이 필요한 단열 페인트 응용에 사용될 수 있다. 그러한 조성물의 층에 의해 제공되는 단열은 주로 안전한 터치 또는 에너지 절감을 가능하게 한다.
그러한 공지된 소수성 에어로겔계 조성물은 소수성 에어로겔을 에멀젼 결합제 재료에 첨가함으로써 제조된다. 그 후에, 조성물을 기재(substrate) 상에 도포한다. 그러나, 소수성 에어로겔이 실리콘 필름 형성 결합제 재료로 처리되는 경우, 조성물 점도가 증가하여 얻어지는 건조된 필름에서 균열이 형성되는 것으로 관찰된다. 더욱이, 소수성 에어로겔이 실리콘계 결합제 에멀젼으로 처리되는 경우, 후자는 페인트의 도포 직전에 첨가되어야 한다. 따라서, 두 성분을 따로따로 저장하여야 한다.
국제특허 공개 WO 2016/010253 A1호는 열 유지 특성 및 단열 특성이 개선된 농업용 필름을 기술하며, 여기서 제1 성분으로서의 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 수지가 제2 성분으로서의 표면-개질된 친수성 에어로겔 또는 실릴화 에어로겔, 및 말레산 무수물이 EVA 수지에 그래프팅된, 제3 성분으로서의 중합체(EVA-g-MAH), 및 폴리에틸렌 왁스 및 실리콘-개질된 폴리에틸렌 왁스로부터 선택되는, 제4 성분으로서의 하나 이상의 성분과 혼합된다.
대한민국 특허 출원 공개 제2010/0033396호는 에어로겔 코팅 조성물을 기술한다. 에어로겔의 소수성 표면은 친수성 재료와의 착화에 의해 표면 처리된다. 그렇게 처리된 복합재는 단열 및 방음용 코팅제로서 도포된다.
국제특허 공개 WO 2017/069315 A1호는 친수성 에어로겔의 제조 방법을 기술하는데, 이 방법은 소수성 에어로겔을 제조하는 단계 및 소수성 에어로겔을 소결하여 친수성 에어로겔을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
대한민국 특허 출원 공개 제2010/0002234호는 실리카 에어로겔, 탄소 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 및 티타늄 에어로겔로부터 선택되는 10 내지 35 중량%의 에어로겔, 마이크로 시멘트, 알루미나 시멘트, 및 고로 슬래그 시멘트로부터 선택되는 20 내지 65 중량%의 시멘트를 함유하는 친수성 에어로겔 복합 분말 조성물을 기술한다.
국제특허 공개 WO 2007/021493 A2호는 강도를 부가하고 울퉁불퉁한 환경에서 사용하는 능력을 증가시키기 위한 가교결합제 및 탄성중합체성 또는 탄성중합체-형성 폴리오르가노실록산을 포함하는 조성물의 층 및 에어로겔 재료를 포함하는 코팅된 복합재를 기술한다.
미국 특허 출원 공개 제2004/0077738 A1호는 수성 결합제, 소수성 에어로겔 입자 및 중공 비다공성 입자를 포함하는 에어로겔-중공 입자 결합제 조성물을 기술한다.
유럽 특허 제1 515 796 B1호는 수성 결합제, 소수성 에어로겔 입자 및 중공 비다공성 입자를 포함하는 에어로겔-중공 입자 결합제 조성물을 기술한다.
유럽 특허 제2 663 395 B1호는 외부 PEG 하이드로겔 층에 의해 캡슐화된 소수성 및 에오신 작용화된 실리카 에어로겔 코어로 이루어진 복합재를 기술한다.
미국 특허 제2 893 962 A호는 전체 비골형상(fibular) 구조가 소수성인 실리카 에어로겔 입자를 포함하는 배합된 합성 재료를 포함하는 가요성 연속 필름 또는 시트를 기술하는데, 이는 고무와 유사한 특성을 갖는 라텍스에 의해 함께 접합된다.
미국 특허 제7 144 522 B2호는 단열 층을 형성하기 위한 경화성 코팅 조성물을 기술한다. 이 조성물은 안정제를 함유하는, 아크릴 중합체와 같은 필름 형성 중합체를 포함하는 필름 형성 수지 시스템 및 고도로 다공성인 미립자 에어로겔 재료를 포함한다.
미국 특허 출원 공개 제2004/0142168 A1호는 섬유 및/또는 천 내의 빈 공간을 1 내지 500 nm 크기의 분말형 재료로 충전함으로써 발수성, 난연성 및/또는 단열성으로 되는 섬유 및 섬유로부터 제조된 천을 기술하며, 이러한 재료는 특히 에어로겔 또는 에어로겔-유사 재료, 예를 들어 소수성 실리카 에어로겔로부터 유래될 수 있다.
미국 특허 제2 870 108 A호는 친수성이고 부분 소수성이지만 비친유기성인 실리카 에어로겔, 부분 소수성이고 친유기성인 실리카 에어로겔 또는 완전히 소수성이고 친유기성인 실리카 에어로겔을 기술한다. 실리카 에어로겔은 다양한 응용을 위해, 예를 들어, 래커(lacquer)에서의 평탄화제(flattening agent), 오일을 위한 증점제 또는 실리콘 검(gum)을 위한 보강 충전제로서 사용될 수 있다. 실리콘 검을 위한 보강 충전제로서 사용되는 경우, 실리카 재료가 적어도 부분적으로 소수성으로 될 때 탁월한 특성이 얻어진다. 따라서, 바람직한 실리카 재료는 부분적으로 내지 완전히 소수성인 것들이다.
단열을 개선하기 위한 새로운 재료를 제공할 필요가 있다. 특히, 이전에 가능했던 것들보다 더 높은 온도에 대한 저항성 및 바람직하게는 또한 개선된 방음 및 배리어 절연을 물품에 제공할 수 있는 새로운 재료가 필요하다.
전술된 목적은 청구항 제1항에 정의된 바와 같은 본 발명의 조성물에 의해 해결되는데, 이 조성물은 하나 이상의 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 결합제로서, 상기 결합제는 규소-결합된 가수분해성 기를 함유하는 실란 및/또는 실록산과 같은 하나 이상의 가교결합제 성분을 추가로 포함할 수 있고, 즉 결합제는 전술한 성분들을 조합하여 포함하는 조성물일 수 있는, 상기 결합제; 및
하나 이상의 무정형 다공성 친수성 실리카(들), 하나 이상의 친수성 실리카 에어로겔(들) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 친수성 분말 및/또는 겔로서, 상기 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 상기 친수성 실리카 에어로겔은 BET 표면적이 100 m2/g 내지 1500 m2/g 이상이고 20℃ 및 대기압에서의 열전도도가 0.004 내지 0.05 W/m.K인, 상기 친수성 분말 및/또는 겔을 포함한다.
바람직한 실시 형태가 청구범위의 종속항들에 개시되어 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 본 발명의 조성물의 필수 및/또는 비필수 성분을 포함하는 실시 형태는 필수적인 성분들 및 선택적으로 비필수적인 성분들로 이루어진다.
본 발명은 그러한 조성물을 포함하는 복합재, 예를 들어 친수성 분말 및/또는 겔을 규소 함유 화합물 내로 도입함으로써, 친수성 분말 및/또는 겔을 상기에 정의된 바와 같은 규소 화합물로 처리하는 단계를 포함하는 그의 제조 방법, 및 단열 또는 방음 재료, 페인트, 코팅, 발포 물품, 성형 물품, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관으로서의 그러한 조성물의 용도를 또한 제공한다. 본 발명의 조성물은 사용 전 장기간 안정성을 제공하며, 심지어 고도의 두께의 코팅 및 이를 함유하는 제품에 대해서도, 기재 상에 코팅한 후에 건조된 필름 층의 표면에서의 점도 드리프트(drift) 및 균열을 방지한다. 더욱이, 일부 실시 형태에서 이제 1 성분 접근법이 가능한데, 즉, 예를 들어 페인트 또는 코팅 재료를 형성하기 위해 사용 및 원하는 기재 상의 도포 직전에 조성물의 성분들을 조합할 필요가 더 이상 없다. 더욱이, 전술된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔은 온도 상한이 약 300℃(그 온도에서 분해가 발생함)인 소수성 에어로겔과는 대조적으로 최대 900℃의 온도까지 안정하기 때문에, 본 발명의 조성물은 더 높은 온도에서 사용할 수 있다.
친수성 분말 및/또는 겔 성분
본 발명의 무정형 다공성 친수성 실리카 성분은, 낮은 열전도도, 즉, 20℃ 및 대기압(Patm)에서 결정되는 0.001 내지 0.15 W/m·K 범위, 예를 들어 0.004 또는 0.01 내지 0.10 또는 0.05 W/m·K, 바람직하게는 0.01 내지 0.05, 또는 0.01 내지 0.03 W/m·K 범위의 열전도도를 특징으로 한다는 점에서 에어로겔-유사 재료로 지칭될 수 있는 재료이다.
무정형 다공성 친수성 실리카 재료는 다공성 구조를 가지며, 무정형 친수성 이산화규소에 기초하며, 즉, 재료의 90%(중량%) 초과가 무정형이다.
"친수성"은 재료가 (20℃ 및 Patm과 같은 주위 조건에서) 물에 용이하게 분산가능함을 의미한다. 따라서, 이러한 재료는 물 중에 분산될 때 물 표면 상에서 재료의 층으로 분리되는 이러한 유형의 소수성 이산화규소 재료와는 달리 물과 안정한 분산액을 형성한다. 친수성 특성은 재료의 내부 기공 표면을 포함하는 표면 상의 친수성 기의 존재로 인한 것인 반면, 소수성 재료는 Si-CH3 기와 같은 소수성 기의 존재를 특징으로 한다. 이러한 태양은 당업계에 잘 알려져 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 친수성 재료는 물과 안정한 분산액을 형성하며, 이는 2,750 rpm으로 작동되는 스피드믹서(SpeedMixer)™ DAC 150.1FV 혼합기를 사용하여 20℃에서 1분 동안 플라스틱 병 내에서 1, 2, 5 또는 8 g의 재료, 예를 들어, 쿼트젠(Quartzene)(등록상표) Z1을 60 g의 증류수와 혼합하고, 생성된 혼합물을 60분 동안 정치한 후에, 상 분리 또는 물 표면 상의 별개의 재료 층의 형성이 일어나지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 친수성 실리카 재료의 예는 본 출원의 본 발명 실시예에 사용되는 쿼트젠(등록상표) Z1과 같은 실리카 재료이다. 따라서, 실리카 재료의 친수성 특성은, 예를 들어 상기에 나타낸 조건 하에서 물 중의 그의 분산성과 관련하여, 실리카 재료를 예시된 재료와 비교함으로써 또한 예시되고 결정될 수 있다.
무정형 다공성 친수성 실리카 재료는 높은 온도까지, 즉, Patm에서 약 900℃의 온도까지 안정하다. 이는 표면적(BET)이 약 200 내지 1,500 m2/g, 예를 들어 200 내지 1,000 또는 800 m2/g, 특히 200 내지 500 또는 800 m2/g의 범위인 것을 특징으로 한다. 더욱이, 이는 0.1 내지 100 nm, 예를 들어 0.5 또는 1 내지 80 또는 90 nm, 특히 1 내지 50 nm 범위의 기공 크기 분포를 특징으로 할 수 있다.
상기 재료의 특성은 실리카 에어로겔의 특성과 비슷한데, 둘 모두의 재료가 다공성 실리카로 구성된 골격 구조를 갖고, 밀도가 매우 낮으며 열전도도가 매우 낮다는 점에서 그러하다. 유의미한 물리적 차이는 상기 재료가 졸 겔 공정으로부터의 겔이 아니라 분말로서 생성된다는 것이다. 이는 초임계 건조 또는 초임계 조건에서의 수지-보강/하소 공정에 의해 생성되는 전통적인 에어로겔의 제조에 사용되는 더 고비용의 조건을 피하는 이점과 관련된다.
상기 재료의 제조 방법은, 예를 들어 문헌["Novel hydrophilic and hydrophobic amorphous silica: Characterization and adsorption of aqueous phase organic compounds" by A. L. Tasca, F. Ghajeri and A. J. Fletcher, Adsorption Science & Technology, 2017, 1 - 16, section entitled "Experimental - Adsorbents"]에 기술되어 있으며, 이의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 완전히 포함된다.
용어 "에어로겔"은 액체 성분들이 가스(공기)로 대체된 겔로부터 유래된 합성 고다공성 초경량 재료를 기술하기 위해 사용된다. 다시 말하면, 에어로겔은 분산 매질로서 가스(공기)를 갖는 겔이다. 역사적으로, 가장 일반적인 제조 방법은 임계 온도보다 높은 온도에서 그리고 임계 압력보다 높은 압력에서 습식 졸-겔을 건조시키는 것이었다. 이러한 종류의 건조는 겔 내에 함유된 액체, 예를 들어 물을 제거하고, 겔의 고체 매트릭스 구조를 손상시키지 않으면서 다공성 구조를 생성한다. 에어로겔의 부피의 최대 99.98%는 기공으로 이루어질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 에어로겔의 최대 99.98 부피%, 예컨대 90 내지 98.5 부피% 또는 약 97 부피%가 공기일 수 있다. 에어로겔은 마이크로다공성 또는 나노다공성 개방 셀 고체, 강성 및 건조 재료이다. 전형적으로, 에어로겔은 다공성 고체 네트워크를 포함하며, 그러한 구조로 인해, 초경량이다. 생성된 에어로겔은 저밀도에 더하여 단열 특성, 즉 낮은 열전도도를 갖는다. 이제, 다른 제조 방법이 유사한 제품을 제조하는 데 사용된다.
에어로겔은 무기 또는 유기 재료, 예를 들어 실리카, 마그네시아, 티타니아, 지르코니아, 알루미나, 크로미아, 이산화주석, 이산화리튬, 세리아 및 오산화바나듐, 및 이들의 임의의 둘 이상의 혼합물, 및 유기 탄소 함유 중합체(탄소 에어로겔)에 기초할 수 있다.
본 발명의 에어로겔은 친수성이며, 바람직하게는 친수성 실리카 에어로겔이다.
그러한 친수성 실리카 에어로겔은 전형적으로 알칼리 금속 실리케이트 용액으로부터 실리카를 침전시키고, 침전된 실리카를 헹구고, 헹군 실리카를 수집하고, 초임계 건조 조건 또는 아임계 건조 조건을 사용하여 건조시키거나, 함유된 물을 CO2 또는 적합한 유기 용매, 예를 들어 에탄올로 교환한 후에 전술한 바와 같이 건조시킴으로써 제조된다.
대안적으로, 친수성 실리카 에어로겔은, 예를 들어 미국 특허 제6,365,638호, 특히 컬럼 3, 20 내지 62행 및 컬럼 4, 1 내지 63행의 실시예 1 및 실시예 2에, 특히 실시예 1에 개시된 바와 같이, 아임계 조건 하에서 제조될 수 있다. 이들 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명에 사용하기에 적합한 친수성 분말 및/또는 겔은, 레이저 광 산란(예를 들어, ASTM D4464-15에 따름)에 의해 측정할 때 평균 입자 크기가 3 nm 내지 500 μm, 바람직하게는 1 내지 100 μm, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 μm, 훨씬 더 바람직하게는 1 내지 40 μm인 입자 및/또는 그의 응집체(agglomerate)를 보통 포함한다.
전술된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔은 전형적으로 침전된 다공성 일차 실리카 입자의 집합체(aggregate) 및 응집체를 포함한다.
집합체/응집체의 크기는, 예를 들어 레이저 광 산란(ASTM D4464-15)에 의해 결정할 때, 1 μm 내지 3000 μm의 범위일 수 있다. 집합체/응집체를 형성하는 일차 실리카 입자의 입자 크기는, 예를 들어 광 산란(ASTM D4464-15)에 의해 결정할 때, 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 1 또는 3 내지 50 nm의 범위일 수 있다.
바람직한 태양에 따르면, 본 발명의 무정형 다공성 친수성 실리카 성분은 입자 크기 분포가 약 1 내지 40 μm 이며, 이때 d(10)은 약 2 μm이고, d(50)은 약 4 내지 6 μm이고, d(90)은 약 10 내지 14 μm이다. 바람직하게는, 기공 크기 분포는 약 1 내지 50 μm이다. 추가로, 바람직하게는, 이는 다공도가 약 95 내지 97%이며, 상기 파라미터는 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 결정된다. 바람직하게는, 특성들은 조합되어 존재한다.
전술된 무정형 다공성 친수성 실리카 및 실리카 에어로겔은 전형적으로 밀도가 0.02 내지 0.2 g/㎤이고/이거나, BET 표면적이 전형적으로 100 g/m2 내지 1500 m2/g 이상, 바람직하게는 100 또는 200 내지 1000 m2/g, 더욱 바람직하게는 200 내지 800 m2/g의 범위이고/이거나, 약 20℃ 및 대기압에서 열전도도가 0.001 내지 0.15 W/m·K, 예를 들어 0.005 또는 0.01 내지 0.05 또는 0.1 W/m·K이다.
BET 표면을 결정하는 방법은 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 예를 들어 ISO 9277 방법이다.
분말 및/또는 겔의 기공 크기는 가스 흡착(전형적으로 질소)에 의해 결정될 수 있다. 이들 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 전형적으로, 기공 크기는 마이크로미터 또는 나노미터 범위, 바람직하게는 나노미터 범위이다. 적합한 기공 크기 분포는 0.1 내지 100 nm, 대안적으로 1 내지 75 nm, 대안적으로 1 내지 50 nm이다. 전형적으로 이들 값은 ASTM D4222 - 03(2015)e1 또는 ASTM D4641-12를 사용하여 결정될 수 있다.
상기에 개시된 바와 같이, 본 발명의 친수성 분말 또는 겔 성분은 고도로 다공성이다. 따라서, 전형적으로, 다공도(입자내/입자간 다공도)는 90% 초과이다.
전술된 무정형 다공성 친수성 실리카의 고체 부분은 보통 90% 초과의 무정형 친수성 이산화규소로 이루어진다.
이는 전형적으로 물과 같은 액체 분산 매질 중에 분산될 때 안정한 상을 형성하지만, 단어의 엄격한 의미에서 수용성은 아니다.
반대로, 소수성 실리카계 에어로겔의 고체 부분은 보통 90% 초과의 소수화된 무정형 이산화규소로 이루어진다. 소수성 에어로겔은 수용성도 아니고 수분산성도 아니다. 이는 분리되어 물 표면 상에 층을 형성한다.
실록산 중합체, 실리콘 수지 및/또는 실리콘계 탄성중합체에 기초한 결합제
본 발명에 사용되는 친수성 분말 및/또는 겔은 하나 이상의 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 결합제로 처리/그와 배합된다. 상기 결합제는 규소-결합된 가수분해성 기를 함유하는 실란 또는 실록산과 같은 하나 이상의 가교결합제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 결합제는 조합하여 전술된 성분들 및 선택적으로 하기에 개시된 바와 같은 추가의 성분을 함유하는 조성물일 수 있다.
실록산 중합체는 화학식 1의 다수의 기를 포함하는 직쇄형 및/또는 분지형 유기폴리실록산을 포함할 수 있다:
[화학식 1]
R'eSiO4-e/2
상기 식에서, 각각의 R'는 동일하거나 상이할 수 있으며, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 기, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 치환된 탄화수소 기 또는 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 하이드로카르보녹시 기를 나타내고, e는 평균 1 내지 3, 바람직하게는 1.8 내지 2.2의 값을 갖는다.
본 출원의 목적상, "치환된"은 탄화수소 기 내의 하나 이상의 수소 원자가 다른 치환체로 대체되었음을 의미한다. 그러한 치환체의 예에는, 할로겐 원자, 예를 들어, 염소, 불소, 브롬, 및 요오드; 할로겐 원자 함유 기, 예를 들어, 클로로메틸, 퍼플루오로부틸, 트라이플루오로에틸, 및 노나플루오로헥실; 산소 원자; 산소 원자 함유 기, 예를 들어, (메트)아크릴 및 카르복실; 질소 원자; 질소 원자 함유 기, 예를 들어, 아미노-작용기, 아미도-작용기, 및 시아노-작용기; 황 원자; 및 황 원자 함유 기, 예를 들어, 메르캅토 기가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
R' 기의 특히 바람직한 예에는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 비닐, 사이클로헥실, 페닐, 톨릴 기, 3,3,3-트라이플루오로프로필과 같이 염소 또는 불소로 치환된 프로필 기, 클로로페닐, 베타-(퍼플루오로-부틸) 에틸 또는 클로로사이클로 헥실 기가 포함된다. 바람직하게는 R' 기의 적어도 일부, 더욱 바람직하게는 실질적으로 전부는 메틸이다. 일부 R' 기는 페닐 기 또는 플루오로 기일 수 있다. 하나의 대안에서, 폴리다이오르가노실록산은 주로 분자당 2개 이상의 반응성 기를 갖는 폴리다이알킬실록산 및/또는 폴리다이알킬알킬페닐실록산이다. 반응성 기는 카르비놀 기(C-OH), 실라놀 기(Si-OH), 규소-가수분해성 기, 예를 들어 알콕시 기(Si-OR), 알케닐 기(Si-알케닐, 예를 들어 비닐) 및/또는 규소 결합된 수소 기이다. 본 명세서에 정의된 바와 같은 유기폴리실록산 중합체는 또한 실록산 및/또는 실란 개질된 유기 중합체, 예를 들어 "실리콘 폴리에스테르", "실리콘 아크릴레이트","실리콘 폴리에테르" 및 "실리콘 에폭시"로 지칭되는 것들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 수지는 일반적으로 하기 기의 하기 일반 화학식을 사용하여 표시될 수 있다:
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d (종종 각각 M 단위, D 단위, T 단위, 또는 Q 단위로 지칭됨), 여기서 (a, b, c 및 d가 몰분율인 경우) a+b+c+d = 1이고, 수지는 표준 폴리스티렌을 기준으로 겔 투과 크로마토그래피에 의한 중량-평균 분자량이 약 50 내지 1,000,000, 대안적으로 5000 내지 500,000이다.
수지는 그가 포함될 조성물에 따라 반응성 또는 비반응성일 수 있다. 따라서, 각각의 R1 내지 R6은 독립적으로 1가 탄화수소 기, 카르비놀 기, 알콕시 기(바람직하게는 메톡시 또는 에톡시) 또는 아미노 기로부터 선택된다. 적합한 예시적인 1가 탄화수소 기에는 알킬 기, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 펜틸, 옥틸, 운데실, 및 옥타데실; 알케닐 기, 예를 들어 비닐, 알릴 및 헥세닐, 사이클로알킬 기, 예를 들어 사이클로펜틸 및 사이클로헥실; 및 아릴 기, 예를 들어 페닐, 톨릴, 자일릴, 벤질, 및 2-페닐에틸, 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
이러한 성분 내의 반응성 기는 말단 위치, 펜던트 위치(비-말단) 또는 말단 위치와 펜던트 위치 모두에 위치할 수 있다. 적합한 수지의 예는 실질적으로 오직 M 단위(R1R2R3SiO1/2) 및 Q 단위(SiO4/2)만을 포함하는 MQ 수지이다. 이는 소량의 D 단위(R12R5SiO2/2) 및/또는 T 단위(R6SiO3/2)를 함유할 수 있다.
실리콘계 탄성중합체는 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 실록산 중합체 또는 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 중합체 혼합물, 가교결합제 및 선택적으로 축합 경화 촉매의 반응 생성물인 적합한 실리콘 탄성중합체성 생성물을 포함할 수 있다. 바람직한 대안적인 실리콘계 탄성중합체는 점도가 25℃에서 5,000 내지 500,000 mPa.s인, 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 실록산 중합체 또는 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 중합체 혼합물과, 중합체와 반응성인 하나 이상의 자가 촉매 가교결합제의 반응 생성물이다.
선택적으로 실란 또는 실록산계 가교결합제를 포함하는 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물은 다른 공결합제(co-binder) 및/또는 경질화제(hardener)와 조합하여 사용될 수 있다. 유기 (공)결합제 및/또는 경질화제가 사용되는 경우, 그러한 조합은 또한 하이브리드 결합제 시스템으로 지칭된다.
용어 "결합제", "공결합제" 및/또는 "경질화제"는 그 자체로(결합제), 또는 다른 유사한 결합제(들)와 함께(공결합제) 및/또는 다른 비-유사한 결합제(들)와 함께(경질화제), 필름 형성을 초래하는 네트워크를 (화학 반응 및 물리적 개질에 의해) 생성할 화학물질 및/또는 화학 조성물을 지칭하는 데 사용된다.
본 발명의 조성물에 사용하기에 적합한 결합제는 용해/분산/유화 액체를 함유할 수 있거나(용매-함유로도 지칭됨), 용해/분산/유화 액체가 부재한다(무용매로도 지칭됨).
에멀젼 결합제는 실록산 중합체, 및/또는 물 등의 중의 균질한 실리콘 수지계 액체상 및 선택적으로 계면활성제를 포함할 수 있다. "수중유" 에멀젼에 전형적으로, 균질한 실록산 중합체, 및/또는 실리콘 수지계 액체상은 분산 상을 형성하고, 물 등은 에멀젼의 연속 상을 형성한다.
분산 결합제는 물 또는 유기 용매 또는 비반응성 실리콘계 유체 중의 불균질한 액체상을 포함하며; 불균질한 액체상은 실리콘계 유체(존재하는 경우)에 더하여 하나 이상의 실록산 중합체, 및/또는 실리콘 수지, 및 선택적으로 계면활성제를 함유할 수 있다.
용액 결합제는 실록산 중합체, 물에 용해된 실리콘 수지계 조성물, 상용성 유기 용매 또는 비반응성 실리콘계 유체를 함유한다. 전술된 바와 같은 용액 결합제는 실리콘계 유체(존재하는 경우)에 더하여 하나 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지계 조성물을 함유할 수 있다. 상용성 유기 용매가 이용되는 경우에, 상기 용매는 방향족 또는 비방향족 용매, 특히 자일렌, 메톡시 프로필 아세테이트(PMA), 이염기성 에스테르(DBE), 예를 들어 아디프산, 글루타르산, 및 석신산의 에스테르, 또는 알코올, 예를 들어 에탄올일 수 있다. 실리콘계 유체는, 예를 들어 점도가 25℃에서 100 내지 50,000 mPa.s인 트라이메틸실릴 말단화된(terminated) 폴리다이메틸실록산일 수 있다.
무용매 결합제는 하나 이상의 규소 함유 화합물을 함유하는 균질 액체를 함유한다.
고체 결합제는 하나 이상의 규소 함유 재료를 함유하는 균질한 고체를 함유한다. 이는 분말, 펠렛 또는 블록 형태일 수 있다.
실록산 중합체가 2개 이상의 실라놀 기 및/또는 Si-가수분해성 반응성 기를 포함하는 경우, 해당 결합제는 축합 경화성이며 가교결합 화합물, 축합 경화 촉매 및 선택적으로 보강 충전제 또는 비보강 충전제 및/또는 실리콘 수지를 추가로 포함할 것이다. 충전제는 전술된 바와 같은 친수성 실리카 분말 및/또는 에어로겔을 배제한다.
실록산 중합체가 Si-알케닐 또는 Si-H 반응성 기를 갖는 경우, 해당 결합제는 부가 경화성이고, 가교결합 화합물, 부가 경화 촉매 및 선택적으로 경화 억제제, 보강 충전제 또는 비보강 충전제 및/또는 실리콘 수지를 포함할 것이다. 충전제는 전술된 바와 같은 친수성 실리카 분말 및/또는 에어로겔을 배제한다.
결합제가 실리콘계 탄성중합체를 함유하는 경우, 결합제 조성물은 실리콘 수계 탄성중합체(SWBE) 에멀젼일 수 있다.
일 실시 형태에서, 친수성 분말 및/또는 겔은, 예를 들어 전술한 바와 같은 부가 경화 조성물 또는 실리콘-수계 탄성중합체(SWBE)의 에멀젼에 기초할 수 있는 에멀젼 유형 결합제 내로 도입된다. 그러한 에멀젼 유형 결합제는 바람직하게는 계면활성제, 결합제 및 물로 구성된다.
Si-카르비놀 결합제는 실리콘 및/또는 실록산 화합물에 기초하며 -C-OH(말단-) 기를 갖는다.
하이드로실릴화 실록산 결합제는 전술된 바와 같은 부가 경화 조성물로 구성된다. 이는 사용되는 응용에 따라 열, UV 광/전자 빔(EB)에 의해 경화될 수 있다.
하이브리드 조성물은, 예를 들어 본 명세서에 기술된 바와 같은 규소 함유 재료를 포함할 것이지만, 바람직하게는 아미노 경질화제, 예를 들어 1,6 헥사메틸렌다이아민, 카르복실산, 예를 들어, 살리실산, 아이소시아네이트, 예를 들어, 톨루엔 다이아이소시아네이트, 구체적으로 유기 아민, 유기 에폭시 수지, 비스페놀 A-에피클로로하이드린 에폭시 수지, 유기 카르복실산, 유기 아세탈, 유기 무수물 벤젠-1,2,4-트라이카르복실산 무수물, 유기 알데하이드, 폴리올레핀 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 열경화성 및 열가소성 결합제로부터 선택되는 무기 또는 유기 결합제를 포함하는 적합한 공결합제 또는 경질화제를 또한 함유할 수 있다.
본 발명의 조성물은 1.0 내지 80.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 20.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 바람직하게는 1.0 내지 20.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 80.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 더욱 바람직하게는 5.0 내지 10.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 90.0 내지 95.0 중량%의 결합제를 포함한다.
용액, 분산액 또는 에멀젼 유형 결합제의 경우, 조성물은 결합제의 총 중량을 기준으로 15.0 내지 90.0 중량%, 바람직하게는 30.0 내지 60.0 중량%의 용해/분산/유화 액체를 함유한다.
본 발명은 규소 화합물/조성물계 결합제로 처리된 친수성 분말 및/또는 겔을 포함하는 조성물, 및 절연층을 형성하기 위한 그의 용도에 관한 것이다.
존재하는 경우, 본 발명에 사용하기에 적합한 친수성 에어로겔은 실리카 에어로겔, 마그네시아 에어로겔, 티타니아 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 크로미아 에어로겔, 이산화주석 에어로겔, 이산화리튬, 세리아 및 오산화바나듐, 이들의 임의의 둘 이상의 혼합물, 또는 탄소 에어로겔일 수 있으며, 바람직하게는 실리카 에어로겔이다.
청구항 제1항에 정의된 바와 같은 본 발명의 친수성 분말 및/또는 겔은 바람직하게는 전술된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔이다.
전형적으로 상기 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔은 분말 형태이다. 상기에 언급된 바와 같이, 입자 크기는 1 또는 3 nm 내지 500 μm의 범위이다.
축합 경화성 결합제
축합 경화성 결합제는 (ai) 2개 이상의 말단 하이드록실 또는 가수분해성 기를 가지며, 브룩필드 점도계(Brookfield viscosimeter)와 같은 회전 점도계에 의해 또는 ASTM D-445, IP 71에 기초한 유리 모세관 점도계를 사용하여 결정할 수 있는 바와 같이, 점도가 25℃에서 10 내지 200,000, 대안적으로 2,000 내지 150,000 mPa.s인 실록산 중합체를 포함할 수 있다. 실록산 중합체 (ai)는 하기 분자 화학식 2로 기술될 수 있다:
[화학식 2]
X3-cR7 cSi -O- (R8 ySiO(4-y)/2)z -Si-R7 cX3-c
상기 식에서,
Figure pct00001
c는 0, 1, 2 또는 3이고,
Figure pct00002
b는 0 또는 1이고,
Figure pct00003
z는 300 내지 5000(종점 포함)의 정수이고,
Figure pct00004
y는 0, 1 또는 2, 바람직하게는 2이다.
R1 ySiO(4-y)/2의 97% 이상은 y = 2인 것을 특징으로 한다.
Figure pct00005
X는 하이드록실 기 또는 임의의 가수분해성 기이고,
각각의 R7은 개별적으로 알킬, 아미노알킬, 폴리아미노알킬, 에폭시알킬 또는 알케닐 기, 대안적으로 각각의 경우에 기당 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 아미노알킬, 폴리아미노알킬, 에폭시알킬 기, 또는 각각의 경우에 기당 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기로부터 선택되는 지방족 유기 기로부터 선택되거나, 또는 방향족 아릴 기, 대안적으로 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족 아릴 기이며, 메틸, 에틸, 옥틸, 비닐, 알릴 및 페닐 기가 가장 바람직하다.
각각의 R8은 개별적으로, X, 알킬 기, 대안적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 알케닐 기, 대안적으로 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기, 및 방향족 기, 대안적으로 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 메틸, 에틸, 옥틸, 트라이플루오로프로필, 비닐 및 페닐 기가 가장 바람직하다. 일부 R8 기는 앞서 기재된 바와 같이 말단 기를 가질 수 있는 중합체 골격으로부터 나온 실록산 분지일 수 있는 것이 가능하다.
가장 바람직한 R8은 메틸이다.
실록산 중합체 (ai)의 각각의 X 기는 동일하거나 상이할 수 있으며, 하이드록실 기 또는 축합성 또는 가수분해성 기일 수 있다. 용어 "가수분해성 기"는 실온에서 물에 의해 가수분해되는, 규소에 부착된 임의의 기를 의미한다. 가장 바람직한 X 기는 하이드록실 기 또는 알콕시 기이다. 예시적인 알콕시 기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 아이소프로폭시, 부톡시, 아이소부톡시, 펜톡시, 헥속시, 옥타데실옥시 및 2-에틸헥속시; 다이알콕시 라디칼, 예를 들어 메톡시메톡시 또는 에톡시메톡시 및 알콕시아릴옥시, 예를 들어 에톡시페녹시이다. 가장 바람직한 알콕시 기는 메톡시 또는 에톡시이다.
실록산 중합체 (ai)는 화학식 2로 표시되는 단일 실록산일 수 있거나, 또는 전술된 화학식으로 표시되는 실록산들의 혼합물일 수 있다. 성분 (ai)와 관련하여 용어 "실록산 중합체 혼합물"은 임의의 개별 실록산 중합체 (ai) 또는 실록산 중합체 (ai)들의 혼합물을 포함하는 것을 의미한다.
가교결합제 (bi)
축합 경화성 결합제 내의 가교결합제 (bi)는 아실옥시 기(예를 들어, 아세톡시, 옥타노일옥시, 및 벤조일옥시 기)와 같은 규소 결합된 가수분해성 기; 케톡시미노 기(예를 들어, 다이메틸 케톡시모, 및 아이소부틸케톡시미노); 알콕시 기(예를 들어, 메톡시, 에톡시, 아이소부톡시 및 프로폭시) 및 알케닐옥시 기(예를 들어, 아이소프로페닐옥시 및 1-에틸-2-메틸비닐옥시)를 포함하는 하나 이상의 실란 또는 실록산일 수 있다.
실록산계 가교결합제 (bi)의 분자 구조는, 존재하는 경우, 직쇄형, 분지형, 또는 환형일 수 있다.
존재하는 경우, 가교결합제 (bi)는 바람직하게는, 베이스 성분 내의 실록산 중합체 (ai)의 축합성 기와 반응성인, 규소-결합된 축합성(바람직하게는 하이드록실 및/또는 가수분해성) 기를 분자당 3개 또는 4개 이상 갖는다. 촉매 패키지의 가교결합제 (bi)가 실란인 경우 그리고 실란이 분자당 3개의 규소-결합된 가수분해성 기를 갖는 경우, 네 번째 기는 적합하게는 비-가수분해성 규소-결합된 유기 기이다. 이들 규소-결합된 유기 기는 적합하게는 불소 및 염소와 같은 할로겐으로 선택적으로 치환된 하이드로카르빌 기이다. 그러한 네 번째 기의 예에는 알킬 기(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 및 부틸); 사이클로알킬 기(예를 들어, 사이클로펜틸 및 사이클로헥실); 알케닐 기(예를 들어, 비닐 및 알릴); 아릴 기(예를 들어, 페닐 및 톨릴); 아르알킬 기(예를 들어, 2-페닐에틸) 및 전술한 유기 기 내의 수소 중 전부 또는 일부를 할로겐으로 대체하여 얻은 기가 포함된다. 그러나, 바람직하게는, 네 번째 규소-결합된 유기 기는 메틸이다.
가교결합제로서 사용될 수 있는 실란 및 실록산에는 비스 (트라이메톡시실릴)헥산, 1,2-비스 (트라이에톡시실릴)에탄, 알킬트라이알콕시실란, 예를 들어, 메틸트라이메톡시실란(MTM) 및 메틸트라이에톡시실란, 알케닐트라이알콕시 실란, 예를 들어, 비닐트라이메톡시실란 및 비닐트라이에톡시실란, 아이소부틸트라이메톡시실란(iBTM)이 포함된다. 다른 적합한 실란에는 에틸트라이메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, 페닐트라이메톡시실란, 알콕시트라이옥시모실란, 알케닐트라이옥시모실란, 3,3,3-트라이플루오로프로필트라이메톡시실란, 메틸트라이아세톡시실란, 비닐트라이아세톡시실란, 에틸 트라이아세톡시실란, 다이-부톡시 다이아세톡시실란, 페닐-트라이프로피온옥시실란, 메틸트리스(메틸에틸케톡시모)실란, 비닐-트리스-메틸에틸케톡시모)실란, 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란, 메틸트리스(아이소프로페녹시)실란, 비닐트리스(아이소프로페녹시)실란, 에틸폴리실리케이트, n-프로필오르토실리케이트, 에틸오르토실리케이트, 다이메틸테트라아세톡시다이실록산이 포함된다.사용되는 가교결합제는 또한 상기 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
촉매 (ci)
제3 성분은 경화 반응을 촉매하기에 적합한 축합 촉매이다. 이들은 전형적으로 조성물 내의 다른 성분들에 따라 선택되는 주석계 촉매 또는 티타네이트/지르코네이트 촉매이다. 주석 촉매의 예에는 주석 트라이플레이트, 유기 주석 금속 촉매, 예컨대 트라이에틸주석 타르트레이트, 주석 옥토에이트, 주석 올레에이트, 주석 나프테이트, 부틸주석트라이-2-에틸헥소에이트, 주석부티레이트, 카르보메톡시페닐 주석 트라이수베레이트, 아이소부틸주석트라이세로에이트, 및 다이오가노주석 염, 특히 다이오가노주석 다이카르복실레이트 화합물, 예컨대 다이부틸주석 다이라우레이트, 다이메틸주석 다이부티레이트, 다이부틸주석 다이메톡사이드, 다이부틸주석 다이아세테이트, 다이메틸주석 비스네오데카노에이트, 다이부틸주석 다이벤조에이트, 제1 주석 옥토에이트, 다이메틸주석 다이네오데카노에이트(DMTDN) 및 다이부틸주석 다이옥토에이트가 포함된다.
상기 티타네이트 및/또는 지르코네이트계 촉매는 일반 화학식 Ti[OR22]4에 따른 화합물을 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 R22는 동일하거나 상이할 수 있고 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 선형 또는 분지형일 수 있는 1가, 1차, 2차 또는 3차 지방족 탄화수소 기를 나타낸다. 선택적으로, 티타네이트는 부분적으로 불포화된 기를 함유할 수 있다. 그러나, R22의 바람직한 예에는 메틸, 에틸, 프로필, 아이소프로필, 부틸, 3차 부틸 및 분지형 2차 알킬 기, 예를 들어, 2,4-다이메틸-3-펜틸이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 각각의 R22가 동일한 경우에, R22는 아이소프로필, 분지형 2차 알킬 기 또는 3차 알킬 기, 특히, 3차 부틸이다.
대안적으로, 티타네이트 및/또는 지르코네이트는 킬레이팅될(chelated) 수 있다. 킬레이션은 알킬 아세틸아세토네이트, 예를 들어, 메틸 또는 에틸아세틸아세토네이트와 같은 임의의 적합한 킬레이팅제를 사용하여 행해질 수 있다.
축합 경화성 결합제는 또한 하나 이상의 미분된 보강 충전제 및/또는 비보강 충전제 (di)를 포함할 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위해, 충전제 (di)는 전술된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔을 포함하지 않는다. (di)의 보강 충전제는, 예를 들어, 쌀겨재(rice hull ash)를 비롯하여 탄산칼슘, 고 표면적 건식 실리카 및/또는 습식 실리카를 포함할 수 있다. 축합 경화성 결합제는 또한 파쇄된 석영, 규조토, 황산바륨, 산화철, 이산화티타늄 및 카본 블랙, 활석, 규회석과 같은 하나 이상의 비보강 충전제 (di)를 포함할 수 있다. 단독으로 또는 상기에 더하여 사용될 수 있는 다른 충전제에는 알루미나이트, 황산칼슘(경석고), 석고, 황산칼슘, 탄산마그네슘, 점토, 예컨대 카올린, 삼수산화알루미늄, 수산화마그네슘(수활석), 흑연, 탄산구리, 예를 들어 공작석, 탄산니켈, 예를 들어 자라카이트(zarachite), 탄산바륨, 예를 들어 독중석 및/또는 탄산스트론튬, 예를 들어 스트론티아나이트가 포함된다.
또한, 보강 충전제 및/또는 비보강 충전제 (di)는 이들을 소수성으로 만들기 위해 표면 처리될 수 있다. 그러한 목적을 위해 사용되는 처리제는 충전제(들)가 소수성으로 되게 하여 취급이 더 용이하게 하고 다른 실란트 성분과의 균질한 혼합물을 얻기 위해 지방산 또는 지방산 에스테르, 예를 들어 스테아레이트, 또는 유기실란, 유기실록산, 또는 유기실라잔 헥사알킬 다이실라잔 또는 단쇄 실록산 다이올일 수 있다. 충전제를 표면 처리함으로써 충전제가 실록산 중합체 (ai)에 의해 쉽게 습윤되어, 베이스 성분의 실리콘 중합체 (ai)에 균질하게 혼입될 수 있게 한다. 이는 미경화 조성물의 실온에서의 기계적 특성의 개선을 가져온다.
축합 경화 결합제는 또한 유동학적 개질제; 접착 촉진제, 안료, 열안정제, 난연제, UV 안정제, 사슬 연장제, 전기 및/또는 열전도성 충전제 및/또는 살진균제 및/또는 살생물제를 포함할 수 있다. 축합 경화 결합제는 1 파트 또는 2 파트 유기폴리실록산 실란트 조성물로서 제공될 수 있다. 2 파트 조성물은 제1 파트에 중합체 및 충전제(필요 시)를 그리고 제2 파트에 촉매 및 가교결합제를 포함하는데, 이들은 사용 직전에 적절한 비(예를 들어, 1:1 내지 10:1)로 혼합하도록 제공된다. 추가적인 첨가제가 2 파트 조성물의 제1 파트 또는 제2 파트 중 어느 하나에 제공될 수 있다.
부가 경화성 결합제
부가 경화성 결합제에 사용되는 실록산 중합체 (aii)는 일반적으로 -OH 기 또는 가수분해성 기가 Si-알케닐 기 또는 Si-H 기, 바람직하게는 Si-알케닐 기로 대체된 축합 경화성 결합제에 대한 것과 대체로 동일하다. 전형적으로, 이 중합체는 분자당 2개 이상의 Si-알케닐 기를 가질 것이다.
유기폴리실록산 (aii)의 점도는 25℃에서 전형적으로 10,000 내지 1,000,000 mPa.s, 대안적으로 10,000 내지 500,000 mPa.s, 대안적으로 10,000 내지 100,000 mPa.s의 범위 이내이다. 달리 지시되지 않는다면, 모든 점도는 브룩필드 점도계와 같은 회전 점도계를 사용하여, 또는 모세관 레오미터(capillary rheometer)를 사용하여 측정된다.
사용될 수 있는 유기폴리실록산 (aii)의 예에는 비닐다이메틸실록시-말단 블로킹된 다이메틸실록산-비닐메틸실록산 공중합체, 비닐다이메틸실록시-말단 블로킹된 폴리다이메틸실록산, 비닐메틸하이드록시실록시-말단 블로킹된 다이메틸실록산-비닐메틸실록산 공중합체, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
유기폴리실록산 (aii)는 단 하나의 중합체일 수 있거나, 또는 둘 이상의 상이한 중합체들의 조합일 수 있다.
유기폴리실록산 (aii)는 결합제 성분의 총 중량을 기준으로 5 내지 95%, 대안적으로 결합제 성분의 총 중량을 기준으로 35 내지 85 중량%, 대안적으로 결합제 성분의 총 중량을 기준으로 40 내지 80 중량%, 더 대안적으로 결합제 성분의 총 중량을 기준으로 50 내지 80 중량%의 수준으로 결합제 성분에 존재한다.
부가 경화성 결합제는 분자당 2개 이상의 규소-결합된 수소 원자를 함유하는 유기폴리실록산을 추가로 포함한다. 성분 (bii)의 분자 구조에 대하여 특별한 제한은 없으며, 이는 선형, 분지형, 환형 또는 3차원 망상 분자 구조를 가질 수 있다. 25℃에서의 성분 (aii)의 점도와 관련하여 특별한 제한은 없지만, 이 성분은 25℃에서 1 내지 100,000 mPa·s 범위의 점도를 갖는 것이 추천될 수 있다. 성분 (bii)에 사용되는 규소-결합된 유기 기는 메틸, 에틸, 프로필, 부테닐, 펜테닐, 헥실 또는 유사한 알킬 기; 페닐, 톨릴, 자일릴, 또는 유사한 아릴 기; 3-클로로프로필, 3,3,3-트라이플루오로프로필 또는 유사한 할로겐화 알킬 기로 예시될 수 있으며, 이들 중 바람직한 것은 메틸 및 페닐 기이다.
성분 (bii)는 다음의 화합물로 예시될 수 있다: 양측 분자 말단이 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 메틸하이드로겐폴리실록산; 양측 분자 말단이 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체; 양측 분자 말단이 다이메틸하이드로겐실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산; 양측 분자 말단이 다이메틸하이드로겐실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체; 양측 분자 말단이 다이메틸페닐실록시 기로 캡핑된 메틸페닐실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체; 환형 메틸하이드로겐폴리실록산; (CH3)2HSiO1/2 실록산 단위 및 SiO4/2 단위로 이루어진 공중합체; (CH3)2HSiO1/2 실록산 단위, (CH3)3SiO1/2 실록산 단위 및 SiO4/2 단위로 이루어진 공중합체, 메틸 기의 일부 또는 모두가 에틸, 프로필 또는 유사한 알킬 기; 페닐, 톨릴 또는 유사한 아릴 기; 3,3,3-트라이플루오로프로필 또는 유사한 할로겐화 알킬 기로 치환된 전술한 유기폴리실록산; 또는 전술한 유기폴리실록산 중 2가지 이상의 혼합물.
유기폴리실록산 (bii)는 일반적으로 결합제 성분의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15 중량%의 양으로 결합제 성분에 존재한다.
유기폴리실록산 (bii)는 일반적으로 성분 (bii)의 규소-결합된 수소 원자의 몰수 대 성분 (aii)의 알케닐 기의 몰수의 비가 (0.7:1.0) 내지 (5.0:1.0), 바람직하게는 (0.9:1.0) 내지 (2.5:1.0), 가장 바람직하게는 (0.9:1.0) 내지 (2.0:1.0)의 범위이도록 하는 양으로 결합제 성분에 존재한다.
전형적으로 성분 (aii) 중의 불포화 기의 개수 및 성분 (bii) 중의 Si-H 기의 개수에 따라, 성분 (bii)는 결합제 성분의 0.1 내지 40 중량%, 대안적으로 결합제 성분의 0.5 내지 20 중량%, 대안적으로 결합제 성분의 0.5 내지 10 중량%, 더 대안적으로 결합제 성분의 1 내지 5 중량%의 양으로 존재할 것이다.
성분 (cii)는 원소 주기율표의 백금족 금속, 또는 전이 금속, 예를 들어 백금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴 및 이리듐; 및 이들의 화합물로부터 선택되는 촉매를 포함하는 하나 이상의 부가-반응 촉매이다. 성분 (cii)는, 조성물이 경화될 때, 가교결합된 네트워크를 생성하는 성분 (aii)의 비닐 기와 성분 (bii)의 Si-H 기 사이의 반응을 촉매한다.
본 명세서에서 사용되는 촉매는 바람직하게는 백금계 촉매, 예컨대 염화백금산, 알코올 또는 케톤에 용해된 염화백금산 및 숙성된 이들 용액, 염화백금산-올레핀 착물, 염화백금산-알케닐실록산 착물, 염화백금산-다이케톤 착물, 백금흑, 담체 상에 지지된 백금 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
촉매 (cii)는 조성물에 존재하는 유기폴리실록산 (aii) 및 유기폴리실록산 (bii)를 경화시키기에 충분한 양으로 첨가된다. 예를 들어, 이는 반응성 유기폴리실록산 (aii) 및 (bii)의 총 중량을 기준으로 촉매 (cii) 중에 0.1 내지 500 중량-ppm(part per million), 대안적으로 1 내지 200 중량-ppm, 대안적으로 1 내지 100 중량-ppm의 백금 원자를 제공하는, 백금 원자의 양으로 첨가될 수 있다. 상기 비에 따라, 전형적으로 결합제 성분의 0.01% 내지 10 중량%가 촉매의 형태로, 대안적으로 결합제 성분의 0.01% 내지 5 중량%가 촉매의 형태로, 더 대안적으로 결합제 성분의 0.05% 내지 2 중량%가 촉매의 형태로 있을 것이다.
성분 (dii)는 축합 경화성 결합제와 관련하여 기재된 바와 같은 하나 이상의 미분된 보강 충전제 및/또는 비보강 충전제이다. 앞서 논의된 바와 같이, 그러한 충전제는 미경화 조성물의 실온에서의 기계적 특성을 개선하기 위해 소수성으로 처리될 수 있다. 더욱이, 표면 처리된 충전제는 미처리된 재료 또는 원재료보다 더 낮은 전도율을 제공한다.
전형적으로, 사용되는 충전제는 BET 방법에 의해 측정된 비표면적이 약 50 m2/g 내지 450 m2/g인 미세 분말의 형태일 것이다.
선택적으로, 부가 경화성 결합제는 백금계 촉매의 하나 이상의 선택적인 부가-반응 억제제 (e)를 포함할 수 있으며, 이는 당업계에 잘 알려져 있다. 부가-반응 억제제에는 하이드라진, 트라이아졸, 포스핀, 메르캅탄, 유기 질소 화합물, 아세틸렌 알코올, 실릴화 아세틸렌 알코올, 말레에이트, 푸마레이트, 에틸렌계 또는 방향족계 불포화 아미드, 에틸렌계 불포화 아이소시아네이트, 올레핀성 실록산, 불포화 탄화수소 모노에스테르 및 다이에스테르, 공액 엔-인(conjugated ene-yne), 하이드로퍼옥사이드, 니트릴, 및 다이아지리딘이 포함된다.
전술된 조성물에서 이용될 수 있는 억제제 (e)는 하나 이상의 불포화 결합을 함유하는 아세틸렌 알코올 및 이의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 아세틸렌 알코올 및 이의 유도체의 예에는 1-에티닐-1-사이클로헥산올(ETCH), 2-메틸-3-부틴-2-올, 3-부틴-1-올, 3-부틴-2-올, 프로파르길알코올, 2-페닐-2-프로핀-1-올, 3,5-다이메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐사이클로펜탄올, 1-페닐-2-프로피놀, 3-메틸-1-펜텐-4-인-3-올, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
대안적으로, 억제제는 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 2-메틸-3-부틴-2-올, 3-부틴-1-올, 3-부틴-2-올, 프로파르길알코올, 2-페닐-2-프로핀-1-올, 3,5-다이메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐사이클로펜탄올, 1-페닐-2-프로피놀, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
억제제 (e)는 전형적으로, 하나 이상의 불포화 결합(알케닐 기)이 말단 위치에 있으며 추가로 메틸 또는 페닐 기가 알파 위치에 있을 수 있는 아세틸렌 알코올일 수 있다. 억제제는 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 2-메틸-3-부틴-2-올, 3-부틴-1-올, 3-부틴-2-올, 프로파르길알코올, 2-페닐-2-프로핀-1-올, 1-페닐-2-프로피놀, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
억제제 (e)는 경화성 실리콘 탄성중합체 조성물 내에 10 내지 50,000 중량-ppm의 범위로 첨가될 수 있다.
존재하는 경우, 억제제 (e)는 150:1 내지 900:1, 대안적으로 150:1 내지 700:1, 대안적으로 150:1 내지 600:1의 억제제 대 백금 원자의 몰비를 제공하는 양으로 존재한다.
부가 경화 결합제는 또한 유동학적 개질제; 접착 촉진제, 안료, 열안정제, 난연제, UV 안정제, 사슬 연장제, 전기 및/또는 열전도성 충전제 및/또는 살진균제 및/또는 살생물제를 포함할 수 있다. 부가 경화 결합제는 1 파트 또는 2 파트 유기폴리실록산 실란트 조성물로서 제공될 수 있다. 2 파트 조성물은 제1 파트에 중합체 및 충전제(필요 시)를 그리고 제2 파트에 촉매 및 가교결합제를 포함하는데, 이들은 사용 직전에 적절한 비(예를 들어, 1:1 내지 10:1)로 혼합하도록 제공된다. 추가적인 첨가제가 2 파트 조성물의 제1 파트 또는 제2 파트 중 어느 하나에 제공될 수 있다.
실리콘 수계 탄성중합체(SWBE) 결합제
실리콘 수계 탄성중합체 결합제는
(i)
(i) 점도가 25℃에서 5,000 내지 500,000 mPa.s인, 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 실록산 중합체 또는 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 중합체 혼합물과,
(ii) (i)(i)과 반응성인 하나 이상의 자가 촉매 가교결합제
의 반응 생성물((i)(c) 계면활성제 및 (i)(d) 물을 추가로 포함함)의 가교결합된 폴리실록산 분산액과 함께;
다음 성분들:
(ii) 콜로이드성 실리카, 건식 실리카, 습식 실리카, 규조토, 분쇄 석영, 카올린, 하소된 카올린, 규회석, 하이드록시아파타이트, 탄산칼슘, 수화 알루미나, 수산화마그네슘, 카본 블랙, 이산화티타늄, 산화알루미늄, 질석, 산화아연, 운모, 활석, 산화철, 황산바륨 및 소석회의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 충전제(친수성 분말 및/또는 겔을 배제함);
(iii) 하나 이상의 안정제;
(iv) 하나 이상의 리올로지 조절제
중 하나 이상을 포함할 수 있다.
반응 생성물 (i)은 원위치(in-situ) 수지 보강제 및 pH 안정제와 같은 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 분산액은 상기의 성분들을 충분히 고전단으로 혼합하여 혼합물을 겔 상으로 변환시키고, 이어서 물을 사용하여 겔을 원하는 실리콘 함량으로 희석함으로써 제조된다.
상기 반응 생성물 (i)을 위한 출발 물질로서 사용되는 실록산 중합체 또는 중합체 혼합물 (i)(i)은 ASTM D4287-00(2010)에 따라 2 rpm에서 스핀들 3을 갖는 기록 브룩필드 점도계를 사용하여 점도가 25℃에서 5,000 내지 500,000 mPa.s이다. 실록산 중합체는 하기 분자 화학식 3으로 기술될 수 있다:
[화학식 1]
Z3-nR9 n-AO-(R10 2SiO)z -A-R9 nZ3-n
상기 식에서, n은 0, 1, 2 또는 3 이고, z는 500 내지 5000의 정수이고, Z는 수소 원자, 하이드록실 기 및 임의의 축합성 또는 임의의 가수분해성 기이고, A는 Si 원자 또는 Si-(CH2)m-SiR10 2 기이고, R9는 개별적으로 지방족, 알킬, 아미노알킬, 폴리아미노알킬, 에폭시알킬, 알케닐 또는 방향족 아릴 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, R10은 개별적으로 Z, 지방족, 알킬, 알케닐 및 방향족 기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
실록산 중합체 (i)(i)은 화학식 3으로 표시되는 단일 실록산일 수 있거나, 또는 전술된 화학식으로 표시되는 실록산들의 혼합물 또는 용매/중합체 혼합물일 수 있다. 용어 "중합체 혼합물"은 임의의 이러한 유형의 중합체 또는 중합체들의 혼합물을 포함하는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실리콘 함량"은 실리콘 중합체, 중합체 혼합물, 자가 촉매 가교결합제, 원위치 수지 보강제 및 안정제를 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 공급원으로부터의, 분산액의 분산상 내의 실리콘의 총량을 의미한다.
각각의 Z 기는 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자, 하이드록실 기 및 임의의 축합성 또는 가수분해성 기일 수 있다. 용어 "가수분해성 기"는 실온에서 물에 의해 가수분해되는, 규소에 부착된 임의의 기를 의미한다. 가수분해성 기 Z는 수소 원자, 할로겐 원자, 예를 들어 F, Cl, Br 또는 I; 화학식 -OT(여기서, T는 임의의 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소 기, 예를 들어 메틸, 에틸, 아이소프로필, 옥타데실, 알릴, 헥세닐, 사이클로헥실, 페닐, 벤질, 베타-페닐에틸임)의 기; 임의의 탄화수소 에테르 라디칼, 예를 들어 2-메톡시에틸, 2-에톡시아이소프로필, 2-부톡시아이소부틸, p-메톡시페닐 또는 -(CH2CH2O)2CH3; 또는 임의의 N,N-아미노 라디칼, 예를 들어 다이메틸아미노, 다이에틸아미노, 에틸메틸아미노, 다이페닐아미노, 또는 다이사이클로헥실아미노; NH2; 화학식 -ON=CM1 2 또는 -ON=CM'(여기서, M1은 상기에 T에 나타낸 것과 같은 임의의 1가 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소 라디칼이고 M'는 임의의 2가 탄화수소 라디칼(둘 모두의 원자가가 탄소에 부착됨), 예컨대 헥실렌, 펜틸렌 또는 옥틸렌임)의 임의의 케톡심 라디칼; 화학식 -N(M1)CONM"2(여기서, M1은 상기에 정의되고 M"는 수소 원자 또는 임의의 상기 M1 라디칼임)의 우레이도 기; 화학식 -OOCM1M"(여기서, M1 및 M"는 상기에 정의된 바와 같음)의 카르복실 기 및 화학식 -NM1C=O(M")(여기서, M1 및 M"는 상기에 정의된 바와 같음)의 카르복실산 아미드 라디칼을 포함한다. Z는 또한 설페이트 기 또는 화학식 -OSO2(OM1)(여기서, M1은 상기에 정의된 바와 같음)의 설페이트 에스테르 기; 시아노 기; 아이소시아네이트 기; 및 포스페이트 기 또는 화학식 -OPO(OM1)2(여기서, M1은 상기에 정의되어 있음)의 포스페이트 에스테르 기일 수 있다.
가장 바람직한 X 기는 하이드록실 기 또는 알콕시 기이다. 예시적인 알콕시 기는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 아이소부톡시, 펜톡시, 헥속시 및 2-에틸헥속시; 다이알콕시 라디칼, 예를 들어 메톡시메톡시 또는 에톡시메톡시 및 알콕시아릴옥시, 예를 들어 에톡시페녹시이다. 가장 바람직한 알콕시 기는 메톡시 또는 에톡시이다.R은 개별적으로 지방족, 알킬, 아미노알킬, 폴리아미노알킬, 에폭시알킬, 알케닐 유기 및 방향족 아릴 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 메틸, 에틸, 옥틸, 비닐, 알릴 및 페닐 기가 가장 바람직하다.
R10은 개별적으로 Z, 지방족, 알킬, 알케닐 및 방향족 아릴 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 메틸, 에틸, 옥틸, 트라이플루오로프로필, 비닐 및 페닐 기가 가장 바람직하다.
화학식 3의 실록산 중합체가 자기-촉매성인 분자당 평균 2개 초과의 축합성 또는 가수분해성 기를 갖는 경우, 가교결합된 중합체를 형성하기 위해 개별적으로 존재하는 자가 촉매 가교결합제를 가질 필요가 없다. 상이한 실록산 분자 상의 축합성 또는 가수분해성 기가 서로 반응하여 필요한 가교결합을 형성할 수 있다.
실록산 중합체 (i)(i)은 상이한 종류의 분자들, 예를 들어 장쇄 선형 분자와 단쇄 선형 또는 분지형 분자의 혼합물일 수 있다. 이들 분자는 서로 반응하여 가교결합된 네트워크를 형성할 수 있다. 더 통상적인 가교결합제를 대신할 수 있는 그러한 실록산은 폴리메틸하이드로겐실록산과 같은 저분자량 유기규소 수소화물, 메틸하이드로겐실록시 및 다이메틸실록시 기를 함유하는 저분자량 공중합체, -(OSi(OEt)2)-, (에틸폴리실리케이트), (OSiMeC2H4Si(OMe)3)4 및 (OSi-MeON=CR'2)4(여기서, Me는 메틸이고, Et는 에틸임)로 예시된다.
유리하게는, 실록산 중합체 (i)(i)은 또한 α,ω-하이드록시실록시 말단화된 실록산 및 α,ω-비스(트라이오르가노실록시) 말단화된 실록산의 혼합물, α,ω-하이드록실실록시 말단화된 실록산 및 α-하이드록시, ω-트라이오르가노실록시 말단화된 실록산의 혼합물, α,ω-다이알콕시실록시 말단화된 실록산 및 α,ω-비스(트라이오르가노실록시) 말단화된 실록산의 혼합물, α,ω-다이알콕시실록시 말단화된 실록산 및α,ω-하이드록시실록시 말단화된 실록산의 혼합물, α,ω-하이드록시실록시 말단화된 실록산 및 α,ω-비스(트라이오르가노실록시) 말단화된 폴리(다이오르가노)(하이드로겐오르가노)실록산 공중합체의 혼합물로 예시되지만 이로 한정되지 않는, 화학식 3의 실록산 중합체의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 실록산 중합체는 또한 하기 화학식의 반복 단위들의 조합을 포함하며 0.1 내지 8 중량%의 하이드록실 기를 함유하는 액체, 분지형 메틸폴리실록산 중합체("MDT 유체")와 전술된 바와 같은 화학식 3의 실록산 중합체의 혼합물을 포함할 수 있다:
(CH3)3SiO1/2 ("M")
(CH3)2SiO ("D")
CH3SiO3/2 ("T")
유체는, 예를 들어 미국 특허 제3,382,205호에 기술된 바와 같이, 상응하는 클로로- 또는 알콕시-실란의 동시-가수분해에 의해 제조될 수 있다. 첨가되는 MDT 유체의 비율은, 생성되는 중합체의 개선된 물리적 특성 및 접착성을 달성하기 위해, 화학식 3의 중합체 100 중량부당 50 중량부를 초과하지 않아야 하며, 바람직하게는 1 내지 20 중량부이다.
본 발명의 실록산 중합체는 하기 화학식의 반복 단위들의 조합을 포함하며 0.1 내지 8 중량%의 하이드록실 기를 함유하는 액체 또는 고체, 분지형 메틸실록산 중합체성 수지와 화학식 3의 실록산 중합체의 혼합물을 포함할 수 있고:
(CH3)3SiO1/2 ("M")
(CH3)2SiO ("D")
CH3SiO3/2 ("T")
SiO4/2 ("Q")
유체는, 예를 들어 미국 특허 제2,676,182호에 기술된 바와 같이, 상응하는 클로로- 또는 알콕시-실란의 동시-가수분해에 의해 제조될 수 있다. MDTQ 유체/수지는, 생성되는 중합체의 물리적 특성 및 접착성을 개선하기 위해, 화학식 3의 중합체 100 중량부당 50 중량부를 초과하지 않는 비율, 바람직하게는 1 내지 10 중량부의 비율로 첨가될 수 있다. MDTQ 유체/수지는 또한 MDT 유체 및 화학식 3의 중합체와 혼합될 수 있다.
마지막으로, 실록산 중합체 (i)(i)은 유기 중합체/용매 혼합물을 형성하기 위해, 상용성 유기 용매와 화학식 3의 실록산 중합체의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 유기 용매는 유기포스페이트 에스테르, 알칸, 예를 들어 헥산 또는 헵탄; 더 고차 파라핀; 및 방향족 용매, 예를 들어 톨루엔 또는 벤젠으로 예시된다. 중합체 용매 혼합물은 또한 MDT 유체 및/또는 MDTQ 유체와 함께 화학식 3의 중합체에 첨가될 수 있다. 중합체 또는 중합체/용매의 임의의 혼합물은 유화 전에 성분들을 혼합함으로써 또는 성분들을 개별적으로 유화시키고 이어서 제조된 에멀젼들을 혼합함으로써 제조될 수 있다.
반응 생성물 (i)을 형성하도록 (i)(i)과 반응성인 상기 하나 이상의 자가 촉매 가교결합제 (i)(ii)는 실록산 중합체 100부당 1 내지 5 중량부의 양으로 존재한다. 용어 "자가 촉매 가교결합제"는 촉매 화학종으로서 역할을 하는 하나 이상의 기를 갖는 분자를 의미한다. 소정의 상황에서 원하는 물리적 특성을 갖는 탄성중합체를 제조하기 위해서는 단지 하나의 자가 촉매 가교결합제만이 필요할 수 있지만, 당업자는 2개 이상의 자가 촉매 가교결합제가 반응 혼합물에 첨가되어 탁월한 결과를 달성할 수 있음을 인식할 것이다. 게다가, 자가 촉매 가교결합제 또는 가교결합제들은 통상적인 촉매와 함께 첨가될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시에서는 자가 촉매 가교결합제를 통상적인 촉매와 함께 첨가할 필요가 없으며, 본 발명에 의해 고려되는 조성물에는 사실상 상기 통상적인 촉매가 부재할 수 있다.
전형적인 자가 촉매 가교결합제에는 3작용성 또는 4작용성 화합물, 예를 들어, R-Si-(Q)3 또는 Si-(Q)4가 포함되며, 여기서 Q는 카르복실산, OC(O)R4, 예를 들어 아세톡시이고 R4는 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 알킬 기, 바람직하게는 메틸, 에틸 또는 비닐이다. 다른 바람직한 Q 기는 하이드록실 아민, ON(R4)2(여기서, 각각의 R은 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 기임), 예를 들어 ON(CH2CH3)2이다. Q는 또한 옥심 기, 예를 들어 O-N=C(R4)2(여기서 각각의 R4는 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 기임), 예를 들어, O-N=C(CH3)(CH2CH3)일 수 있다. 추가로, Q는 아민 기, 예를 들어 N(R13)2(여기서, R13은 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 기 또는 환형 알킬 기임), 예를 들어 N(CH3)2 또는 NH(사이클로헥실)이다. 마지막으로, Q는 아세트아미도 기, NRC(O) R4(여기서 R4는 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 알킬 기임), 예를 들어, N(CH3)C(O)CH3일 수 있다.
게다가, 전술한 화합물의 부분 가수분해 생성물은 또한 자가 촉매 가교결합제로서 기능할 수 있다. 이는 이량체, 삼량체, 사량체 등, 예를 들어, 하기 화학식의 화합물을 포함할 것이다:
Figure pct00006
여기서, Q 및 R4는 이전 단락에 정의되어 있다.
폴리다이오르가노실록산 분자의 골격 상에서 펜던트 또는 말단 위치 또는 둘 모두에 위치하는 3개 이상의 (Q) 부위를 함유하는 중합체성 또는 공중합체성 화학종이 자가 촉매 가교결합제로서 또한 유용하다. 펜던트 기의 예는 하기 화학식의 조성물을 포함한다:
Figure pct00007
상기 식에서, R4는 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 기이고, a는 0 또는 양의 정수이고, b는 2 초과의 정수이다. 일반적으로, 펜던트 또는 말단 Q 기를 갖는 중합체성 조성물, 특히 하기 화학식의 화합물이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다:
Q3-nR14 nSiO(R14 2SiO)zSiR14 nQ3-n
상기 식에서, n은 0, 1, 2 또는 3이고, z는 양의 정수이고, R14는 Q이거나, 분자 상에 3개 이상의 Q 기가 존재하기만 한다면, 독립적으로 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 사슬이다. Q는 전술된 바와 같다.
효과적인 자가 촉매 가교결합제는 주석 카르복실레이트 또는 아민과 같은 추가적인 촉매의 부재 하에서 작용성 실리콘 중합체와 혼합될 때 무점착 탄성중합체를 형성하는 화합물이다. 자가 촉매 가교결합제에서, 아세톡시, 옥심, 하이드록실 아민(아미녹시), 아세트아미드 및 아미드 기가 본 발명에 의해 고려되는 반응에서 Si-O-Si 결합의 형성을 촉매한다.
당업자는 출발 중합체 그 자체가 자가 촉매 가교 결합 모이어티(moiety)로 예비-말단 블로킹될 수 있음을 인식할 것이다. 선택적으로, 추가의 자가-촉매 가교결합제가 그러한 조성물에 첨가될 수 있다.
계면활성제 (c)는 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 계면활성제 (c)는 실록산 중합체 (i)(i)의 중량을 기준으로 0.5 내지 10부의 양으로 본 조성물 중에 존재하며, 바람직하게는 2 내지 10부의 양으로 존재한다.
폴리실록산의 유화에 유용한 것으로 당업계에 공지된 비이온성 계면활성제가 가장 바람직하다. 유용한 비이온성 계면활성제는 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌 소르비탄 에스테르, 폴리옥시알킬렌 에스테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르, 에톡실화 아미드 등이다.
폴리실록산의 유화에 유용한 것으로 당업계에 공지된 양이온성 및 음이온성 계면활성제가 또한 본 발명에서 계면활성제로서 유용하다. 적합한 양이온성 계면활성제는 지방족 지방 아민 및 그의 유도체, 예를 들어, 도데실아민 아세테이트, 옥타데실아민 아세테이트 및 탤로우 지방산의 아민의 아세테이트; 지방 사슬을 갖는 방향족 아민의 동족체, 예를 들어 도데실아날린; 지방족 다이아민으로부터 유도된 지방 아미드, 예를 들어 운데실-이미다졸린; 이치환된 아민으로부터 유도된 지방 아미드, 예를 들어 올레일아미노다이에틸아민; 에틸렌 다이아민의 유도체; 4차 암모늄 화합물, 예를 들어, 탤로우 트라이메틸 암모늄 클로라이드, 다이옥타데실다이메틸 암모늄 클로라이드, 다이도데실다이메틸 암모늄 클로라이드 및 다이헥사데실-다이메틸 암모늄 클로라이드; 아미노 알코올의 아미드 유도체, 예를 들어 베타-하이드록시에틸스테아릴 아미드; 장쇄 지방산의 아민 염; 이치환된 다이아민의 지방 아미드로부터 유도된 4차 암모늄 염기, 예를 들어 올레일벤질-아미노에틸렌 다이에틸아민 하이드로클로라이드; 벤즈이미다졸린의 4차 암모늄 염기, 예를 들어 메틸헵타데실 벤즈이미다졸 하이드로브로마이드; 피리디늄 및 그 유도체의 염기성 화합물, 예를 들어 세틸피리디늄 클로라이드; 설포늄 화합물, 예를 들어 옥타데실설포늄 메틸 설페이트; 베타인의 4차 암모늄 화합물, 예를 들어 다이에틸아미노 아세트산과 옥타데실클로로메틸 에테르의 베타인 화합물; 에틸렌 다이아민의 우레탄, 예를 들어, 스테아르산과 다이에틸렌 트라이아민의 축합 생성물; 폴리에틸렌 다이아민 및 폴리프로판올폴리에탄올 아민이다.
적합한 음이온성 계면활성제는 카르복실산, 인산 및 설폰산 및 그의 염 유도체이다. 본 발명에 유용한 음이온성 계면활성제는 알킬 카르복실레이트; 아실 락틸레이트; 알킬 에테르 카르복실레이트; n-아실 사르코시네이트; n-아실 글루타메이트; 지방산-폴리펩티드 축합물; 알칼리 금속 설포리시네이트; 지방산의 설폰화 글리세릴 에스테르, 예를 들어 코코넛 오일 산의 설폰화 모노글리세라이드; 설폰화 1가 알코올 에스테르의 염, 예를 들어 소듐 올레일이세티오네이트; 아미노 설폰산의 아미드, 예를 들어 올레일 메틸 타우라이드의 소듐 염; 지방산 니트릴의 설폰화 생성물, 예를 들어 팔미토니트릴 설포네이트; 설폰화 방향족 탄화수소, 예를 들어 소듐 알파-나프탈렌 모노설포네이트; 나프탈렌 설폰산과 포름알데하이드의 축합 생성물; 소듐 옥타하이드로안트라센 설포네이트; 알칼리 금속 알킬 설페이트, 8개 이상의 탄소 원자의 알킬 기를 갖는 에테르 설페이트, 및 8개 이상의 탄소 원자의 1개 이상의 알킬 기를 갖는 알킬아릴설포네이트이다.
적합한 양쪽성 계면활성제는 글리시네이트, 베타인, 설타인 및 알킬 아미노프로피오네이트이다. 이는 코코암프글리시네이트, 코코암포카르복시글리시네이트, 코코아미도프로필베타인, 라우릴 베타인, 코코아미도프로필하이드록시설타인, 라우릴설라타인 및 코코암포다이프로피오네이트를 포함한다.
본 발명에 유용하며 구매가능한 양쪽성 계면활성제는 미국 오하이오주 더블린 소재의 쉬렉스 케미칼 컴퍼니(SHEREX CHEMICAL CO.)에 의해 생산되는 리우테릭(REWOTERIC)(등록상표) AM TEG, AM DLM-35, AM B14 LS, AM CAS 및 AM LP이다.
계면활성제를 실록산 중합체에 첨가하는 것에 더하여, 혼합물은 또한 미리 결정된 양의 물을 포함한다. 물은 실록산 중합체의 중량을 기준으로 0.5 내지 30부의 양으로 혼합물에 존재하며 바람직하게는 2 내지 10부의 양으로 존재한다. 물은 또한 겔 상을 희석하기 위해, 혼합 후에 임의의 양으로 첨가될 수 있다.
반응 생성물 (i)은 원위치 수지 보강제, 안정제, 예를 들어, pH 안정제, 충전제 등과 같은 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 이들은 또한 혼합물에 첨가될 수 있다. 반응 생성물 (i)은 상기의 성분들을 충분히 고전단으로 혼합하여 혼합물을 겔 상으로 변환시키고, 이어서 물을 사용하여 겔을 원하는 실리콘 함량으로 희석함으로써 제조된다.
(i)(i) 점도가 25℃에서 5,000 내지 500,000 mPa.s인, 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 실록산 중합체 또는 분자당 2개 이상의 -OH 기를 갖는 중합체 혼합물과, (i)(ii) (i)(i)과 반응성인 하나 이상의 자가 촉매 가교결합제의 반응 생성물((c) 계면활성제 및 (d) 물을 추가로 포함함)은; 전형적으로, 첨가제를 제외하고(즉, ((i)(i) + (i)(ii)의 생성물) + (c) + (d)가 100 중량%인 것을 기준으로), 70 내지 90 중량%의, (i)(i) + (i)(ii)의 생성물, 3 내지 10 중량%의 (c) 및 7 내지 20 중량%의 성분 (d)를 포함한다. 대안적으로, 첨가제를 제외하고(즉, ((i)(i) + (i)(ii)의 생성물) + (c) + (d)가 100 중량%인 것을 기준으로), 80 내지 90 중량%의, (i)(i) + (i)(ii)의 생성물, 3 내지 8 중량%의 (c) 및 7 내지 15 중량%의 성분 (d)를 포함한다.
또한, 원위치 수지 보강제, 예를 들어, 메틸트라이메톡시 실란, 비닐트라이메톡시 실란, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 노르말 프로필오르토실리케이트(NPOS)가 자가 촉매 가교결합제와 함께 첨가될 수 있다. 원위치 수지 보강제를 폴리다이오르가노실록산/자가 촉매 가교결합제 혼합물에 첨가하는 것은 고도로 분지되고 가교결합된 구조를 갖는 원위치 수지를 형성하는 것으로 여겨지며, 이는 탄성중합체의 개선된 물리적 특성, 특히 인장, 연신율 및 경도 특성을 야기한다. 이는 또한 생성되는 탄성중합체의 투명도를 개선한다.
안정제가 또한 조성물에 첨가될 수 있다. 이들은 임의의 적합한 안정제, 예를 들어 pH 안정제를 포함할 수 있거나, 또는 중합체성 또는 순수(neat) 아미노실란을 함유하는 임의의 아미노실란이 안정제로서 기능할 것이다. 순수 아미노실란에는 하기 화학식의 화합물이 포함된다:
(R15O)3-nR15 nnSiQ1NR15 yH2-y
상기 식에서, n 및 y는 독립적으로 0, 1 또는 2이고; R15는 1 내지 8개(종점 포함)의 탄소 원자의 동일하거나 상이한 알킬 사슬이고, Q1은 (CH2)b 또는 {(CH2)bN(R15)}w이고, 여기서, b는 1 내지 10의 정수이고 w는 0 내지 3(종점 포함)이다.
실라놀 작용성 실록산 유체와 아미노실란 또는 실라놀 작용성 실록산 유체 및 알콕시실란 및 아미노실란의 반응 생성물과 같은 중합체성 아미노 실란이 또한 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 가지 특히 유용한 중합체성 아미노 실록산은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00008
상기 식에서, z는 3 내지 40이다.
본 발명의 결합제 성분을 제조하기 위하여, 실록산 중합체 (i)(i)과 자가 촉매 가교결합제 (i)(ii)를 혼합한다. 이어서, 물 (d) 및 계면활성제 (c)를 실록산 중합체 (i)(i)에 첨가하고 자가 촉매 가교결합제 (i)(ii)를 고 고형물 겔 상이 형성될 때까지 혼합한다. 터렐로(Turrello)(TM), 노이링거(Neulinger)(TM) 또는 로스(Ross)(TM) 혼합기와 같은 저전단 혼합 장비를 포함하는 임의의 유형의 혼합 장비가 사용될 수 있다. 겔은 또한 탁월한 저장 안정성을 나타낼 것이며, 장기간 동안 저장될 수 있거나 필요한 경우 심지어 운송될 수 있다. 본 조성물의 다른 성분들은 사전 경화된 분산액의 제조 동안 도입될 수 있거나, 대안적으로 사용 전에 그리고 혼합 후에 임의의 적합한 순서로 조성물 내에 첨가될 수 있으며, 생성되는 조성물은 물을 사용하여 원하는 실리콘 함량으로 희석될 수 있다. 분산액 단독 및 조성물 둘 모두는 장시간 동안 저장될 수 있으며, 탁월한 동결/해동 안정성을 나타낼 것이다.
이어서, 가교결합된 폴리실록산 분산액 조성물은 사용 전에 다른 성분들과 혼합되거나 분배될 수 있으며, 물의 증발 시에 탄성중합체성 필름을 형성할 것이다. 기재의 처리 방법은 가교결합된 폴리실록산 분산액을 기재에 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 기재를 처리하는 방법은 가교결합된 폴리실록산 분산액 조성물을 기재에 도포한 후에 가교결합된 폴리실록산 분산액 조성물로부터 물을 증발시켜 기재 상에 실리콘 라텍스 탄성중합체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 물의 증발 단계는 가교결합된 폴리실록산 분산액 조성물이 도포될 때 기재의 위치에서 주위 조건 또는 대기 조건 하에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 물의 증발 단계는 하나 이상의 가열기에 의해 생성되는 인공 가열 조건 하에서 수행될 수 있다.
일단 제조되면, 전술한 반응 생성물 (i)은 임의의 적합한 순서로 결합제 성분의 다른 성분들과 혼합될 수 있다. 중량%로 결정된 모든 결합제 성분은 합계가 총 100 중량%로 되는 것으로 이해될 것이다. 가교결합된 폴리실록산 분산액 결합제 성분은 전형적으로 30 내지 80 중량%, 대안적으로 30 내지 60 중량%, 대안적으로 35 내지 50 중량%의 전술된 바와 같은 반응 생성물 (i)을 포함할 것이다.
가교결합된 폴리실록산 분산액 결합제 조성물은 또한 (친수성 분말 및/또는 겔 이외에) 하나 이상의 충전제를 포함한다. 적합한 충전제에는, 예를 들어, 콜로이드성 실리카, 연소에 의해 제조된 실리카 분말(건식 실리카) 및 침전에 의해 제조된 실리카 분말(습식 실리카), 반-보강제, 예를 들어 규조토 또는 분쇄 석영이 포함된다. 탄산칼슘, 수화 알루미나, 수산화마그네슘, 카본 블랙, 이산화티타늄, 산화알루미늄, 질석, 산화아연, 운모, 활석, 산화철, 황산바륨, 소석회, 카올린, 하소된 카올린, 규회석, 및 하이드록시아파타이트와 같은 비규산질 충전제가 또한 첨가될 수 있다.
단독으로 또는 상기에 더하여 사용될 수 있는 다른 충전제는 본 명세서에 전술된 바와 같은 비보강 충전제를 포함한다. 필요하다면, 충전제를 실록산 중합체와 상용화시키기 위해, 실록산 중합체 (i)(i)에 용해성인 액체 알콕시실란이 또한 충전제와 함께 첨가될 수 있다.
전형적으로, 충전제(들)는, 결합제 조성물에 존재할 때, 실록산 중합체 (i)(i) 100 중량부당 10 내지 200 중량부의 충전제, 대안적으로 실록산 중합체 (i)(i) 100 중량부당 15 내지 100 중량부의 충전제의 양으로 존재한다. 전술한 충전제(들)를 처리하여 전술된 바와 같이 소수성으로 만들기 위해 소수화제가 제공될 수 있다. 휘발성 유기 아민 및 휘발성 무기 염기, 예를 들어, (R7)3-xN(H)x(여기서, x = 0, 1, 2 또는 3이거나, R7은 알킬 또는 아릴 기, 예컨대 (CH3)2NH이거나 R7은 알코올 기, 예컨대 N(CH2CH2OH)3 또는 NH(CH2CH2OH)2임)가 열 안정성 탄성중합체를 산출할 실리카에 대한 안정제로서 유용하다. 휘발성 유기 아민에는 사이클로헥실아민, 트라이에틸아민, 다이메틸아미노메틸프로판올, 다이에틸아미노에탄올, 아미노메틸 프로판올, 아미노부탄올, 모노에탄올아민, 모노아이소프로판올아민, 다이메틸에탄올아민, 다이에탄올아민, 아미노에틸프로판다이올, 아미노메틸프로판시졸, 다이아이소프로판올아민, 모르폴린, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄, 트라이아이소프로판올아민, 트라이에탄올아민, 아닐린 및 우레아가 포함된다. 휘발성 유기 아민에 더하여, 휘발성 무기 염기, 예를 들어 암모니아 및 탄산암모늄이 또한 열 안정성 탄성중합체를 산출한다.
결합제 조성물은 또한 하나 이상의 리올로지 조절제, 예를 들어, 천연 재료 및 변성 천연 재료, 예를 들어 전분, 변성 전분, 셀룰로오스, 변성 셀룰로오스, 단백질, 및 변성 단백질을 함유할 수 있다. 대안적으로, 리올로지 조절제는, 예를 들어 (메트)아크릴산의 단일중합체 및 그와 메타크릴레이트 에스테르의 공중합체, 소수성으로 개질된 에톡실화 우레탄 수지, 이량체성 및 삼량체 지방산 및/또는 이미다졸린의 (선택적으로 소수성으로 처리된) 알칼리 팽윤성 에멀젼을 포함하는 합성 리올로지 조절제일 수 있다. 더욱이, 리올로지 조절제는, 이용될 때, 조성물의 0.25 중량% 내지 5 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 친수성 분말 및/또는 겔은 전술된 바와 같은 임의의 결합제 재료들의 블렌드, 또는 그와 추가적인 공결합제 재료 또는 경질화제로서 기능하는 추가적인 결합제 재료의 조합과 혼합되어 있을 수 있다. 결합제는, 바람직한 대로, 유기 결합제와의 조합으로, 실록산 중합체 조성물 또는 실리콘 수지 조성물을 포함하는 하이브리드 결합제 시스템일 수 있다. 유기 결합제와의 적합한 하이브리드 조합은, 예를 들어 (i) 아민 기를 갖는 유기 아민 및/또는 실리콘 수지 및/또는 아민 기를 갖는 실록산 중합체 및 에폭시 경질화제(들), (ii) 아민 기를 갖는 유기 아민 및/또는 실리콘 수지 및/또는 아민 기를 갖는 실록산 중합체 및 아이소시아네이트 경질화제(들), (iii) 카르비놀 기를 갖는 유기 알코올 및/또는 실리콘 수지 및/또는 카르비놀 기를 갖는 실록산 중합체 및 아이소시아네이트 경질화제(들), (iv) 아민 기를 갖는 유기 아민 및/또는 실리콘 수지 및/또는 아민 기를 갖는 실록산 중합체 및 카르복실산 경질화제(들)이다. 본 발명의 결합제는 용액, 분산액 또는 에멀젼 형태로 친수성 분말 및/또는 겔에 첨가될 수 있으며, 따라서 용해/분산/유화 액체를 함유한다.
결합제가 용액으로서 적용되는 경우, 결합제는 물, 방향족 또는 비방향족 용매, 알코올, 에테르, 오일, 실리콘 또는 실록산 유체, 또는 용해 액체로서의 이들의 조합, 자일렌, 메톡시 프로필 아세테이트(PMA), 이염기성 에스테르(DBE), 예를 들어 아디프산, 글루타르산, 및 석신산의 에스테르 또는 알코올, 예컨대 에탄올, 또는 Si계 유체 중의 용액의 형태일 수 있다. 실리콘계 유체는, 예를 들어 점도가 25℃에서 100 내지 50,000 mPa.s인 트라이메틸실릴 말단화된 폴리다이메틸실록산일 수 있다.
결합제가 분산액 또는 에멀젼으로서 적용되는 경우, 결합제는 분산/유화 액체로서의 알코올, 예를 들어 메탄올, 에탄올 또는 아이소프로판올과 같은 공용매와 조합될 수 있는 물 중의 분산액 또는 에멀젼의 형태일 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 결합제에는 용해/분산/유화 액체가 부재한다. 그러한 결합제는 또한 무용매인 것으로 지칭된다. 바람직하게는, 결합제는 무용매 실록산 또는 실리콘계 결합제이다. 구매가능한 무용매 알콕시 실록산 결합제 제품은 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)(등록상표)의 US-CF-2403 수지이다.
사용 전에 결합제는 1 파트 조성물로서 저장될 수 있지만, 대안적으로 파트들을 함께 혼합하고 예를 들어 기재 상에 직접 도포하거나 또는 예를 들어 페인트 조성물의 추가의 성분들에 도입함으로써 필요할 때 이용하는 경우에 사용 직전까지 둘 이상의 파트로 저장될 수 있다. 각각의 파트는 고체 또는 액체일 수 있다. 결합제가 둘 이상의 파트로 저장되는 경우, 이들 파트는 사용 직전에 함께 혼합되어 경화성 조성물을 형성한다. 둘 이상의 파트는, 가교결합제 및 촉매 둘 모두와 동일한 파트에 있지 않는 반응성 중합체(또는 수지)를 제공하는 임의의 조합으로 결합제 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, 중합체/수지는 전술된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔 및 임의의 보강 충전제 또는 비보강 충전제과 함께 제1 파트 내에 있을 수 있고, 제2 파트는 경화 패키지를 함유할 수 있다. 대안적으로, 중합체의 일부가 제1 파트에서 전술된 바와 같이 친수성 분말 및/또는 겔과 함께 저장되는 3 파트 조성물이 존재할 수 있으며; 제2 파트는 나머지 중합체 및 보강 또는 비보강 충전제를 포함할 수 있고, 제3 파트는 가교결합제 및 중합체를 포함한다.
본 발명의 조성물은 전형적으로 1.0 내지 80.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 20.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 바람직하게는 1.0 내지 20.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 80.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 더욱 바람직하게는 5.0 내지 10.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 90.0 내지 95.0 중량%의 결합제를 포함한다.
유기(무-규소) 공결합제 또는 경질화제가 존재하는 경우, 이들은 총 조성물의 2 내지 40 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
용액, 분산액 또는 에멀젼 유형 결합제의 경우, 조성물은 결합제의 총 중량을 기준으로 15.0 내지 90.0 중량%, 바람직하게는 30.0 내지 60.0 중량%의 용해/분산/유화 액체를 함유한다.
상기에 언급된 성분들, 재료들에 더하여, 조성물은 또한 비다공성 입자를 포함할 수 있다. 바람직한 비다공성 입자는, 예를 들어 건식 실리카의 입자이다. 전술된 친수성 분말 및/또는 겔과는 달리 건식 실리카는 비다공성이며, 페인트 또는 실란트와 같은 응용에서 증점제 및/또는 보강 재료로서 사용된다. 이들 재료는 절연 충전제로서 알려져 있지 않다.
상기에 언급된 성분들에 더하여, 본 발명의 조성물은 증점제, 안료, 추가적인 촉매, 추가적인 보강 및/또는 비보강 충전제(들), 난연제, 추가적인 물 또는 용매, 폼 안정제, 및/또는 임의의 다른 추가적인 절연 충전제(즉, 상기에 정의된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔을 제외함)로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 또한 포함하고, 절연 충전제는 바람직하게는 임의의 적합한 재료, 바람직하게는 유리, 유기 재료, 세라믹, 플라스틱 및/또는 탄소의 중공 구체, 비드 또는 나노튜브를 포함하며, 조성물 중 그러한 첨가제의 양은 총 조성물의 중량을 기준으로 전형적으로 0.1 내지 80%의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 50 중량%의 범위이다. 본 발명의 필수 결합제 및 친수성 분말 및/또는 겔 성분의 전술한 양은 그에 따라 조정될 것이다.
따라서, 본 발명의 조성물은
0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량%의 증점제(들),
0.1 내지 80 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 50 중량%의 안료(들),
0.1 내지 80 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 50 중량%의 추가적인 보강 및/또는 비보강 충전제(들),
0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5.0 중량%의 추가적인 촉매(들),
0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 10.0 중량%의 난연제(들),
추가적인 물 또는 용매,
0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5.0 중량%의 폼 안정제(들),
0.1 내지 60 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20.0 중량%의 추가적인 절연 충전제(들)을 포함할 수 있으며,
중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
추가적인 절연 충전제는 임의의 적합한 재료, 바람직하게는 유리, 유기 재료, 세라믹, 플라스틱 및/또는 탄소의 중공 구체, 비드 또는 나노튜브를 포함한다.
본 발명의 조성물은 액체 또는 고체일 수 있다.
본 발명의 규소계 결합제와 블렌딩될 수 있는 다른 무기 또는 유기 결합제 시스템은 수계 시스템, 용매계 시스템, 무용매 시스템 또는 분산액/에멀젼 시스템일 수 있다. 적합한 용매는 자일렌, 메톡시 프로필 아세테이트(PMA), 이염기성 에스테르(DBE), 예를 들어 아디프산, 글루타르산, 및 석신산의 에스테르, 알코올, 예를 들어 에탄올, 및 유체, 예컨대 Si계 유체로부터 선택될 수 있다. 실리콘계 유체는, 예를 들어 점도가 25℃에서 100 내지 50,000 mPa.s인 트라이메틸실릴 말단화된 폴리다이메틸실록산일 수 있다.
본 발명은 또한 본 명세서에 정의된 바와 같은 친수성 분말 및/또는 겔 및 규소계 결합제의 조성물을 포함하는 복합재를 제공한다.
또한, 본 발명은 청구항 제1항에 정의된 바와 같은 조성물을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은
- 친수성 분말 및/또는 겔을 전술된 바와 같은 규소 화합물을 포함하는 결합제와 혼합하는 단계, 및
- 혼합물을 분산 또는 유화시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 단열 또는 방음 재료, 페인트, 코팅, 발포 물품, 성형 물품, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관으로서의 본 발명의 조성물의 용도를 제공한다.
그러한 절연 조성물이 유리하게 사용될 수 있는 산업에는 선박, 건물 및 구조물과 자동차, 컨테이너 및 카라반 응용을 포함하는 운송이 포함된다. 또한, 전술된 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료를 경화시켜 제품을 형성하는 단계 및 단열 및/또는 방음을 위해 제품을 사용하는 단계를 포함하는 방법이 또한 제공된다. 상기에 나타낸 바와 같이, 단열 및/또는 방음은 페인트, 코팅, 발포 물품, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관으로 이루어진 군으로부터 선택되는 응용에 사용된다. 본 발명의 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료를 상기 기재에 도포하여 얻어지는 코팅된 기재가 또한 제공된다.
또한, 본 명세서에 기재된 바와 같은 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로부터 얻어지는 제품뿐만 아니라 그러한 제품을 포함하거나 그로 이루어진 물품이 또한 제공된다. 후자의 경우에, 제품이 단열 및/또는 방음을 위해 사용되는 경우가 특히 바람직하다. 전술된 바와 같은 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로 표면 코팅된 기재가 또한 본 명세서에서 제공된다.
본 명세서에 기술된 조성물로 이루어지거나 그를 포함하는 코팅 조성물을 기재 상에 도포함으로써, 기재를 단열성 또는 방음성이 되게 제조하는 방법이 또한 제공된다. 코팅 조성물은 페인트, 코팅, 실란트, 접착제 또는 개스킷 등일 수 있다. 물품을 단열성 또는 방음성이 되게 제조하는 방법이 또한 제공되는데, 이 방법은 물품을 제조하기 위한 제형에 전술된 바와 같은 조성물을 조합하고, 이어서 그러한 제형으로 물품을 제조하는 단계를 포함한다. 물품은 개스킷, 방음 타일 등일 수 있다.
조성물의 특성에 따라, 임의의 적합한 도포 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어 코팅 조성물은 혼합, 분무(spraying), 분사(injection), 롤링(rolling), 침지, 스피닝(spinning) 또는 나이프 장치에 의해 도포될 수 있다.
전술된 바와 같은 결합제 조성물이 사용될 수 있으며, 예를 들어 추가 성분 없이 기재 상에 도포될 수 있다. 그러나, 결합제 조성물은 다중-파트 조성물의 단일 파트로서 또한 저장될 수 있다. 예를 들어, 스프레이 건(spray gun)으로 분무하는 경우, 결합제는 다중-조성물의 한 파트로서 스프레이 건에 제공될 수 있고, 이는 기재 상에 도포하기 전에 혼합 챔버 내에서 혼합된다.
본 발명은 또한 본 명세서에 개시된 조성물을 사용하여 제조된 코팅, 제품 및 물품에서의 균열 형성 경향을 감소시키기 위한, 본 명세서에 정의된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 명세서에 정의된 바와 같은 결합제와의 상용성을 개선하기 위한 및/또는 상기 결합제를 사용하여 제조된 코팅, 제품 및 물품에서의 균열 형성 경향을 감소시키기 위한, 본 명세서에 정의된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔의 용도에 관한 것이다.
그 결과, 상기 코팅, 제품 및 물품의 절연 특성이 개선될 수 있다.
코팅, 제품 및 물품에서 균열 형성 경향의 감소, 즉, 다시 말하면, 더 우수한 내균열성은 10 cm의 직경을 갖는 주형과 같은 플라스틱 주형 내에 코팅 재료의 필름을 적용하고 8 mm와 같은 적절한 필름 두께를 사용함으로써 결정될 수 있다. 이어서, 예를 들어, 필름 형성 후에, 예를 들어 필름 적용 및 표준 조건, 즉 주위 온도(20℃) 및 주위 압력(대기압) 및 공기 중 40 내지 60%와 같은 허용가능한 습도에서 저장 1주일 후에 (시각적 검사에 의해) 균열의 수를 관찰함으로써 기술적 효과를 평가할 수 있다.
본 발명의 추가의 태양이 하기 단락들에 개시되어 있다. 번호가 매겨진 단락에 대한 언급은 다음 섹션의 단락에 관한 것이다.
단락 1. 조성물로서, 하나 이상의 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 결합제로서, 상기 결합제는 규소-결합된 가수분해성 기를 함유하는 실란 및/또는 실록산을 포함하는 하나 이상의 가교결합제 성분을 선택적으로 포함하는, 상기 결합제; 및 20℃ 및 대기압에서의 열전도도가 0.001 내지 0.15 W/m·K이고 표면적(SBET)이 200 내지 1500 m2/g인 하나 이상의 무정형 다공성 친수성 실리카(들), 하나 이상의 친수성 에어로겔(들) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 친수성 분말 및/또는 겔을 포함하는, 조성물.
단락 2. 친수성 무정형 다공성 친수성 실리카는 기공 크기 분포가 0.1 내지 100 nm인, 단락 1의 조성물.
단락 3. 친수성 에어로겔은 무기 또는 유기 에어로겔, 특히 실리카 에어로겔, 마그네시아 에어로겔, 티타니아 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 크로미아 에어로겔, 이산화주석 에어로겔, 이산화리튬 에어로겔, 세리아 에어로겔 및 오산화바나듐 에어로겔, 및 이들의 임의의 둘 이상의 혼합물, 또는 유기 탄소 함유 중합체에 기초한 에어로겔(탄소 에어로겔)인, 단락 1 또는 단락 2의 조성물.
단락 4. 결합제는 하나 이상의, 그러나 바람직하게는 2개 이상의 카르비놀 기(C-OH) 또는 실라놀 기(Si-OH) 또는 Si-가수분해성 기 또는 이들의 조합을 갖는 하나 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하는, 전술한 단락 1 내지 단락 3 중 임의의 단락의 조성물.
단락 5. 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지는 2개 이상의 실라놀 기 및/또는 Si-가수분해성 반응성 기를 포함하고, 해당 결합제는 축합 경화성이며 가교결합 화합물, 축합 경화 촉매 및 선택적으로 보강 충전제 또는 비보강 충전제를 추가로 포함하는, 단락 4의 조성물.
단락 6. 결합제는 하나 이상의, 바람직하게는 2개 이상의 알케닐 기(Si-알케닐) 및/또는 규소 결합된 수소(Si-H)를 갖는 하나 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하는, 단락 1, 단락 2, 또는 단락 3의 조성물.
단락 7. 결합제는 하나 이상의, 그러나 바람직하게는 2개 이상의 알케닐 기(Si-알케닐) 및/또는 규소 결합된 수소를 갖는 2개 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하고, 해당 결합제는 부가 경화성이며 가교결합 화합물, Pt족 경화 촉매, 선택적으로 보강 충전제 또는 비보강 충전제를 추가로 포함하는, 단락 6의 조성물.
단락 8. 결합제는 a) 선택적으로 계면활성제를 함유하는, 특히 물, 유기 용매 또는 비반응성 실리콘 또는 실록산 유체 중의 용액, b) 선택적으로 계면활성제를 함유하는 에멀젼, 특히 물 중의 에멀젼, 또는 c) 선택적으로 계면활성제를 함유하는, 특히 물 또는 유기 용매 또는 비반응성 실리콘 또는 실록산 유체 중의, 분산액인, 전술한 단락 1 내지 단락 7 중 임의의 단락의 조성물.
단락 9. 용액, 분산액 또는 에멀젼 유형 결합제는 결합제의 총 중량을 기준으로 15.0 내지 90.0 중량%, 바람직하게는 30.0 내지 60.0 중량%의 용해/분산/유화 액체를 함유하는, 단락 8의 조성물.
단락 10. 결합제는 실리콘계 탄성중합체를 포함하는, 전술한 단락 1 내지 단락 9 중 임의의 단락의 조성물.
단락 11. 결합제는 결합제 및/또는 경질화제로서 사용하기에 적합한 추가적인 무기 또는 유기 성분, 특히 에폭시 수지, 아미노-기 함유 성분, 카르복실산, 아이소시아네이트, 구체적으로 유기 아민, 유기 에폭시 수지, 유기 아이소시아네이트, 유기 카르복실산, 유기 아세탈, 유기 무수물, 유기 알데하이드, 폴리올레핀, 열경화성 및/또는 열가소성 성분을 추가로 포함하는, 전술한 단락 1 내지 단락 10 중 임의의 단락의 조성물.
단락 12. 조성물은 무기 또는 유기 결합제 시스템, 특히 수계 시스템, 용매계 시스템, 무용매 시스템 또는 에멀젼 시스템, 고체 상태 결합제 시스템, 특히 분말 및 펠렛 결합제 시스템과 블렌딩되는, 단락 11의 조성물.
단락 13. 조성물은 1.0 내지 80.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 20.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 바람직하게는 1.0 내지 20.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 80.0 내지 99.0 중량%의 결합제, 더욱 바람직하게는 5.0 내지 10.0 중량%의 친수성 분말 및/또는 겔과 90.0 내지 95.0 중량%의 결합제를 포함하는, 전술한 단락 1 내지 단락 12 중 임의의 단락의 조성물.
단락 14. 친수성 분말 및/또는 겔은 레이저 광 산란(ASTM D4464-15)에 의해 결정할 때 평균 크기가 0.5 μm 내지 3000 μm인 집합체 및/또는 응집체 입자를 포함하는, 전술한 단락 1 내지 단락 13 중 임의의 단락의 조성물.
단락 15. 친수성 분말 및/또는 겔은, 밀도가 0.02 내지 0.2 g/㎤이고/이거나 BET 표면적이 100 g/m2 내지 1500 m2/g 이상, 바람직하게는 200 내지 1000 m2/g의 범위이고/이거나 대기압에서의 열전도도가 0.004 내지 0.05 W/m·K이고/이거나 기공 크기 분포가 1 내지 75 nm인 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔인, 전술한 단락 1 내지 단락 14 중 임의의 단락의 조성물.
단락 16. 조성물은 증점제, 안료, 추가적인 촉매, 추가적인 보강 및/또는 비보강 충전제(들), 난연제, 추가적인 물 또는 용매, 폼 안정제, 및/또는 임의의 다른 추가적인 절연 충전제로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 또한 포함하고, 절연 충전제는 바람직하게는 임의의 적합한 재료, 바람직하게는 유리, 유기 재료, 세라믹, 플라스틱 및/또는 탄소의 중공 구체, 비드 또는 나노튜브를 포함하며, 조성물 중 그러한 첨가제의 양은 총 조성물의 중량을 기준으로 전형적으로 0.1 내지 80%의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 50 중량%의 범위인, 전술한 단락 1 내지 단락 15 중 임의의 단락의 조성물.
단락 17. 단열 또는 방음 재료, 페인트, 코팅, 발포 물품, 성형 물품, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관에서의 또는 그로서의 단락 1 내지 단락 16 중 임의의 단락에 따른 조성물의 용도.
단락 18. 단락 1 내지 단락 16 중 어느 한 단락에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료를 기재 상에 도포함으로써 얻어지는 코팅된 기재.
단락 19. 단락 1 내지 단락 16 중 어느 한 단락에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로부터 얻어지는 제품.
단락 20. 단락 19에 따른 제품을 포함하거나 그로 이루어지는 물품.
단락 21. 단락 1 내지 단락 16 중 어느 한 단락에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로 표면 코팅된 기재.
하기 실시예는 본 발명을 예시한다.
실시예
실시예에서 사용되는 재료는 다음과 같다:
필름-형성 재료:
다우실(DOWSIL)™ 8005 수계 수지: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)으로부터 입수한 수계 탄성중합체성 실록산 에멀젼.
워리크릴(
Figure pct00009
)(등록상표) CH-X 2158: 독일 라우엔부르크 소재의 워리 게엠베하(
Figure pct00010
)로부터 입수한 수성 아크릴 결합제.
다우실™ 2405 수지: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝(등록상표)으로부터 입수한, 점도가 25℃에서 300 mPa.s인 메톡시 작용성 DT 유형 실리콘 수지.
자이아미터(XIAMETER)(등록상표) RBL-1551 파트 A: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션으로부터 입수한 2-파트 부가 경화된 액체 실리콘 고무 조성물의 베이스 파트.
자이아미터(등록상표) RBL-1551 파트 B: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션으로부터 입수한 2-파트 부가 경화된 액체 실리콘 고무 촉매의 경화 패키지.
다우실™ RSN-0804 수지: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션으로부터 입수한 -OH 작용성 실리콘 수지.
에피코트(EPICOTE)(등록상표) 828: 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 헥시온 인크.(Hexion Inc.)로부터 입수한 비개질된 비스페놀 A-에피클로로하이드린 에폭시 수지
워리큐어(WORLㅙECURE)(등록상표) VP 2246: 독일 라우엔부르크 소재의 워리 게엠베하로부터 입수한 저점도 고성능 지환족 아민 중합체
다우실™ 3055 수지: 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션으로부터 입수한 아민 작용성 실리콘 수지.
절연 충전제:
쿼트젠(등록상표) Z1: 본 명세서에 기술된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카의 범주 내의 특성을 갖는 스웨덴 예블레 소재의 스벤스카 에어로겔 아베(Svenska Aerogel AB)로부터 구매가능한 무정형 다공성 친수성 실리카 분말. 구체적으로, 이 재료(CAS No. 112926-00-9)는 2016년 10월 20일자 제품 데이터 시트에서 특징지어진 바와 같이 20℃ 및 Patm에서의 탭 밀도(tapped density)가 0.06 내지 0.10 g/ml이고; 20℃ 및 Patm에서의 열전도도가 0.025 내지 0.03 W/m K이고; 최대 약 900℃까지 안정하며, 표면적(BET)이 200 내지 350 m2/g이고; 입자 크기 분포가 1 내지 40 μm이며, d(10)이 약 2 μm, d(50)이 약 4 내지 6 μm이고 d(90)이 약 10 내지 14 μm이고; 기공 크기 분포가 약 1 내지 50 nm이고; 다공도가 약 95 내지 97%이다.
에노바(ENOVA)(등록상표) IC3120: 미국 매사추세츠주 보스턴 소재의 캐보트 코포레이션(Cabot Corp.)으로부터 입수한 소수성 실리카 에어로겔
3M™ 마이크로스피어 글래스 버블 K 시리즈 K20: 미국 미시간주 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M)으로부터 입수한 유리 미소구체
증점제;
로하지트(ROHAGIT)(등록상표) SD 15: 영국 에세스 소재의 신토머(Synthomer)로부터 입수한 폴리아크릴레이트계 증점제
촉매:
미국 텍사스주 휴스턴 소재의 도르프 케탈 스페셜티 카탈리스츠 엘엘씨(Dorf Ketal Specialty Catalysts LLC)로부터 입수한 티타늄 n-부톡사이드(TnBT)
제조
하기 예에서, 조성물은 다음과 같이 제조하였다:
달리 나타내지 않는 한, 고체 성분(예를 들어, 에어로겔)을 액체 상에 부어서 각각의 예의 성분들을 조합 및 혼합하고, 이어서 미국 뉴저지주 소재의 씨더블유 브라벤더 인스트루먼츠 인크.(CW Brabender Instruments Inc.)로부터의 밴버리(Banbury) 혼합기에서 500 rpm으로 최대 20분 동안 혼합하였다.
예 1
이는 본 발명의 일 예이며, 친수성 분말 및/또는 겔 및 증점제가 도입된 수중실리콘계 에멀젼 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00011
예 2 (비교예)
본 예는 예 1에 대한 비교예이며, 소수성 에어로겔 및 증점제가 도입된 수중실리콘계 에멀젼 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00012
예 3 (비교예)
본 예는 예 1에 대한 비교예이며, 유리 비드 충전제 재료(비-에어로겔) 및 증점제가 도입된 수중실리콘계 에멀젼 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00013
예 4 (비교예)
본 예는 예 1에 대한 비교예이며, 소수성 에어로겔 충전제 재료 및 증점제가 도입된 수성 유기 아크릴계 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00014
예 5 (비교예)
본 예는 예 1에 대한 비교예이며, 친수성 분말 및/또는 겔 충전제 재료 및 증점제가 도입된 수성 유기 아크릴계 에멀젼 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00015
예 6
이는 본 발명의 일 예이며, 친수성 분말 및/또는 겔 및 티타네이트 촉매가 도입된 알콕시 말단화된 실리콘 수지 무용매 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00016
예 7
이는 본 발명의 일 예이며, 친수성 분말 및/또는 겔이 도입된 2 파트 부가 경화 실리콘 조성물 결합제로부터 제조된다.
Figure pct00017
예 8 (비교예)
이는 친수성 분말 및/또는 겔 및 지환족 아민 중합체가 도입된 에폭시 수지를 함유하는 비교예이다.
Figure pct00018
예 9 (비교예)
이는 예 8과 동일한 수지 및 중합체를 함유하지만, 무정형 다공성 친수성 실리카 대신에 소수성 에어로겔 충전제 재료를 함유하는 비교예이다.
Figure pct00019
예 10
이는 무정형 다공성 친수성 실리카, 지환족 아민 중합체 및 실리콘 수지가 도입된 에폭시 수지를 함유하는 본 발명의 하이브리드 예이다.
Figure pct00020
상기 예에 따른 제형 및 비교예 제형을 관련 특성에 대해 시험하였다.
혼화성
밴버리 혼합기에 의한 성분들의 블렌딩의 품질, 즉, 결합제와 다른 성분(들)의 혼화성을 결정하기 위해, 하기 지표를 사용하여 각각의 예에서의 성분들의 혼화성을 시각적으로 평가하였다.
- = 비혼화성
+ = 혼화성이며 3 내지 7일의 기간 동안 점도가 안정하게 유지됨
++ = 혼화성이며 3개월 이상 동안 점도가 안정하게 유지됨
필름 완전성
대략 4 mm 두께의, 각각의 예의 필름을 큐-랩(Q-Lab) R-46 냉간압연강(미국 오하이오주 웨스트레이크 소재) 기재 상에 도포하고, 건조/경화되게 두었다. 주위 온도에서의 건조/경화 3일 후, 필름 외관을 시각적으로 평가하였다;
-- = 강한 균열 (> mm 균열)
- = 균열(0.1 내지 1.0 mm 균열)
++ = 균열 없음
절연 특성
필름 자체의 열전도도를 나타내는 것으로 밝혀진 절연 충전제의 열전도도가 제공된다. 이들 값은 본 문서의 초안을 작성할 때 각 충전제들의 최근 데이터시트로부터 취한 것이다. 그러한 측정은 ASTM E1225-13을 사용하여 결정되는 것으로 이해된다.
필름 열 안정성의 한계 ( o C)
각 예의 조성물의 샘플을 큐-랩 R-46 냉간압연강(미국 오하이오주 웨스트레이크 소재) 기재 상에 4 mm 필름으로 도포하였다. 필름을 24시간의 기간 동안 기재 표면 상에서 경화/건조되게 두었다. 경화/건조 기간 후에, 코팅된 기재를 해리 게스티그카이트 게엠베하(Harry Gestigkeit GMBH)로부터의 고정 온도 핫플레이트 타입 PZ 28-3TD 상에 8시간의 기간 동안 배치하여, 상기 8시간의 기간 동안 필름이 열적으로 안정하게 유지되는지 아닌지의 여부를 결정하였다. 먼저 120℃의 핫플레이트에서 샘플을 측정하였다. 이어서, 대체 샘플을 20℃ 간격으로 최대 300℃까지 측정하고, 8시간의 기간 후에 변색, 탈층 및/또는 균열이 보일 때 필름의 필름 열 안정성의 한계를 기록하였다.
결정된 결과가 하기 결과 표에 제공되어 있다.
결과 표
Figure pct00021
실리콘 조성물은 일반적으로 최상의 혼화성 및 필름 완전성 결과를 제공한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 일부 유기계 시스템이 혼화성 및 필름 완전성에 대해 유사한 결과를 제공하였지만, 열 안정성에 대해서는 현저히 열등하였다.
언급된 바와 같이, 본 발명의 조성물은 페인트, 안전 터치 코팅을 포함하는 코팅, 발포 물품, 파이프, 저장 탱크, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관 응용의 제조에 사용될 수 있다.
이는 단열, 방음 또는 배리어 특성을 제공한다.
본 조성물은 고체 분말 형태 또는 액체 형태일 수 있다.
도포가능한 경우, 본 조성물은 혼합, 분무, 롤링, 침지, 스피닝 또는 나이프 장치를 사용하여 도포될 수 있다. 도포된 코팅은 실온 또는 승온에서 건조될 수 있다.
그러한 절연 조성물이 유리하게 사용될 수 있는 산업에는 선박, 건물 및 구조물과 자동차, 컨테이너 및 카라반 응용을 포함하는 운송이 포함된다.

Claims (22)

  1. 하나 이상의 실록산 중합체, 실리콘 수지, 실리콘계 탄성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 결합제로서, 상기 결합제는 규소-결합된 가수분해성 기를 함유하는 실란 및/또는 실록산을 포함하는 하나 이상의 가교결합제 성분을 선택적으로 포함하는, 상기 결합제; 및
    하나 이상의 무정형 다공성 친수성 실리카(들), 하나 이상의 친수성 실리카 에어로겔(들) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 친수성 분말 및/또는 겔로서, 상기 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 상기 친수성 실리카 에어로겔은 BET 표면적이 100 m2/g 내지 1500 m2/g 이상이고 20℃ 및 대기압에서의 열전도도가 0.004 내지 0.05 W/m.K인, 상기 친수성 분말 및/또는 겔
    을 포함하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친수성 무정형 다공성 친수성 실리카는 기공 크기 분포가 0.1 내지 100 nm인, 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합제는 하나 이상의, 그러나 바람직하게는 2개 이상의 카르비놀 기(C-OH) 또는 실라놀 기(Si-OH) 또는 Si-가수분해성 기 또는 이들의 조합을 갖는 하나 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하는, 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지는 2개 이상의 실라놀 기 및/또는 Si-가수분해성 반응성 기를 포함하고, 해당 결합제는 축합 경화성이며 가교결합 화합물, 축합 경화 촉매 및 선택적으로 보강 충전제 또는 비보강 충전제를 추가로 포함하는, 조성물.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 결합제는 하나 이상의, 바람직하게는 2개 이상의 알케닐 기(Si-알케닐) 및/또는 규소 결합된 수소(Si-H)를 갖는 하나 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하는, 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합제는 하나 이상의, 그러나 바람직하게는 2개 이상의 알케닐 기(Si-알케닐) 및/또는 규소 결합된 수소를 갖는 2개 이상의 실록산 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유하고, 해당 결합제는 부가 경화성이며 가교결합 화합물, Pt족 경화 촉매, 선택적으로 보강 충전제 또는 비보강 충전제를 추가로 포함하는, 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 a) 선택적으로 계면활성제를 함유하는, 특히 물, 유기 용매 또는 비반응성 실리콘 또는 실록산 유체 중의 용액, b) 선택적으로 계면활성제를 함유하는 에멀젼, 특히 물 중의 에멀젼, 또는 c) 선택적으로 계면활성제를 함유하는, 특히 물 또는 유기 용매 또는 비반응성 실리콘 또는 실록산 유체 중의, 분산액인, 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 용액, 분산액 또는 에멀젼 유형 결합제는 상기 결합제의 총 중량을 기준으로 15.0 내지 90.0 중량%, 바람직하게는 30.0 내지 60.0 중량%의 용해/분산/유화 액체를 함유하는, 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 실리콘계 탄성중합체를 포함하는, 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 결합제 및/또는 경질화제로서 사용하기에 적합한 추가적인 무기 또는 유기 성분, 특히 에폭시 수지, 아미노-기 함유 성분, 카르복실산, 아이소시아네이트, 구체적으로 유기 아민, 유기 에폭시 수지, 유기 아이소시아네이트, 유기 카르복실산, 유기 아세탈, 유기 무수물, 유기 알데하이드, 폴리올레핀, 열경화성 및/또는 열가소성 성분을 추가로 포함하는, 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 조성물은 무기 또는 유기 결합제 시스템, 특히 수계 시스템, 용매계 시스템, 무용매 시스템 또는 에멀젼 시스템, 고체 상태 결합제 시스템, 특히 분말 및 펠렛 결합제 시스템과 블렌딩되는, 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 1.0 내지 80.0 중량%의 상기 친수성 분말 및/또는 겔과 20.0 내지 99.0 중량%의 상기 결합제, 바람직하게는 1.0 내지 20.0 중량%의 상기 친수성 분말 및/또는 겔과 80.0 내지 99.0 중량%의 상기 결합제, 더욱 바람직하게는 5.0 내지 10.0 중량%의 상기 친수성 분말 및/또는 겔과 90.0 내지 95.0 중량%의 상기 결합제를 포함하는, 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 친수성 분말 및/또는 겔은 레이저 광 산란(ASTM D4464-15)에 의해 결정할 때 평균 크기가 0.5 μm 내지 3000 μm인 집합체(aggregate) 및/또는 응집체(agglomerate) 입자를 포함하는, 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 상기 친수성 실리카 에어로겔은 밀도가 0.02 내지 0.2 g/㎤이고/이거나 BET 표면적이 200 내지 1000 m2/g의 범위이고/이거나 기공 크기 분포가 1 내지 75 nm인, 조성물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 증점제, 안료, 추가적인 촉매, 추가적인 보강 및/또는 비보강 충전제(들), 난연제, 추가적인 물 또는 용매, 폼 안정제(foam stabilizer), 및/또는 임의의 다른 추가적인 절연 충전제로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 또한 포함하고, 상기 절연 충전제는 바람직하게는 임의의 적합한 재료, 바람직하게는 유리, 유기 재료, 세라믹, 플라스틱 및/또는 탄소의 중공 구체, 비드 또는 나노튜브를 포함하며, 상기 조성물 중 그러한 첨가제의 양은 총 조성물의 중량을 기준으로 전형적으로 0.1 내지 80%의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 50 중량%의 범위인, 조성물.
  16. 단열 또는 방음 재료, 페인트, 코팅, 발포 물품, 성형 물품, 사출 물품, 개스킷, 실란트, 접착제, 선박 및 배관에서의 또는 그로서의 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 용도.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료를 기재(substrate) 상에 도포함으로써 얻어지는 코팅된 기재.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로부터 얻어지는 제품.
  19. 제18항에 따른 제품을 포함하거나 그로 이루어지는 물품.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하거나 그로 이루어지는 재료로 표면 코팅된 기재.
  21. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 사용하여 제조된 코팅, 제품 및 물품에서 균열 형성 경향을 감소시키기 위한, 제1항, 제2항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔의 용도.
  22. 제1항 및 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 결합제와의 상용성을 개선하기 위한 및/또는 상기 결합제를 사용하여 제조된 코팅, 제품 및 물품에서의 균열 형성 경향을 감소시키기 위한, 제1항, 제2항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 무정형 다공성 친수성 실리카 및/또는 친수성 실리카 에어로겔의 용도.
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