TW581797B - Inorganic/organic compositions - Google Patents

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581797 A7 B7_ 五、發明說明（4 發明背景 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明大致上與硬化塗層的技術有關。更清楚的說， 本發明與新穎之儲藏穩定的溶液所產生的新穎的硬化塗層 有關，此溶液含有二種不同的無機成分加上一具有可交聯 的有機官能性之第三成分。 基於本說明書之目的，硬化塗層係指呈現如抗括傷與 抗磨損之良好機械特性的塗層。在此項技術領域中，已知 有許多不同的用以產生硬化塗層之方法。這些硬化塗層處 理可以運用在許多不同的應用中。例如，硬化塗層通常用 於保護像倶，如同保護汽車之不同部份一樣。 在此項技術領域中，已知運用溶膠-凝膠方法與技術 來產生硬化塗層。亦知經由此溶膠-凝膠路線來生成緊密 的純無機塗層需要加熱。此種生成濃的純無機塗層所必需 的熱量，使其無法塗布某些如塑膠基材的材質。除此之外， 由於的高度的（三度空間）無機網狀聯結性，純無機塗層 是易碎的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將有機成分加入溶膠-凝膠組合物，可致使塗層中全 部的無機網狀聯結性減少，同時使得塗層得以在較低溫度 下產生。並且，含有有機成分，使得塗層變得更具可撓黏 彈性（此指，更不易碎）同時保持良好的抗刮傷與抗磨損 性。部分的此種無機/有機塗層，已知有ormosils (有機 修飾石夕酸鹽），ormocer (有機修飾陶曼），或nanomers (毫 微粒子與具有聚合物形式材質的有機成分）。 然而，直到現在這些無機/有機塗層仍有若干缺乏的 - 4 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 581797 A7 ~ '---------— R7 ____ 五、發明綱（2) ^ " 困擾。首先在某些可能的狀況下，產生具有大於百分之仙 的無機部分的塗層，是極端的固難的。具有較少無機成分 的塗層，在許多的應用中將不具足夠的磨損抵抗性或不足 夠的刮傷抵抗性。其次，習知技藝的無機/有機塗層組合 物，不是對水敏感就是無法與水混合，因而需要可能是昂 貴、困難或甚至是用起來危險的有機溶劑。 因此在工業中便存在了 —個可以在低溫下輕易地與 、座濟地產生硬化塗層之需要。本發明說明了這些事情。 、在某方面，本發明是一種可以輕易的應用於產生硬 化塗層的儲藏穩定之溶液。本發明之溶液由以下成分組 成· a) —溶劑；b)實際上均勻地分部於溶液中的無機粒 子，該粒子具有1毫微米到100毫微米的大小；c)實 際上均勻地分布於溶液中的某種無機表面修飾劑，該修飾 劑的重量百分比為b)與c)的總重之1百分比到30百分 比，與d)實際上均勻地分布於溶液中的有機交聯劑；其 中b)與c) 一起構成占的，c)與d)的30重量百分比 到70重量百分比。 在一個較佳的具體例中，本發明的溶液是水溶液。雖 然其他的溶劑也可以用在本發明的溶液中以生成本發明的 塗層’本發明的一個重要優點是本發明的溶液可以僅用水 作為溶劑而產生。 本發明之溶液的成分可由此項技術領域中已知的不同 方式來混合。一個用來混合此成分之較佳的方法，是先分 離溶劑中含有無機表面修飾劑的溶液，然後將該有機交聯 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^ , I----I-- (請先閉讀背面之注意事項再填寫本頁) 581797 A7 B7 五、發明說明（3) =含有該交聯物的溶液’加到含有溶液表面修飾劑的容 ^中。接著’這個含有溶絲轉飾劑财機交聯物的溶 液’再加到含有無機粒子的溶液中。 從本發明的溶液中生成塗層的方法並不是特別重要 的"亥/合液首先被使用到要被塗布的基材上，然後該溶液 被硬化以產生該塗層。本發明的溶液依照所使用的溶劑是 否該被除去，或使用的溶劑是否為一種可反應的溶劑，而 以兩種方法之-硬化。第一種硬化方法是先去除該溶劑， 然後應用適當的刺激（譬如，加熱或uv光線)以交聯 或聚合該有機交聯物。當某種可反應的溶劑被使用時，第 二種硬化本發明溶液的方法，是將該溶劑進行反應而非去 除該溶劑，並應用適當的刺激以交聯或聚合該有機交聯 物。 一種硬化本發明溶液，特別是水溶液的較佳方法，是 利用充分地加熱該溶液以除去此溶劑並進行交聯作用。一 般來說’本發明的溶液可以在低到使本發明的溶液可在彈 性基材上硬化的溫度來進行硬化作用，此基材是由以下成 分所構成，譬如，聚碳酸酯、異戊四醇（PET)、聚2,6-萘 二甲酸以二酯（PEN)、聚氣乙烯（PVC)、聚甲基丙烯酸 甲酯（PMMA)、聚烯、多颯與聚胺基甲酸酯。 然而從另一方面來說，本發明是一種可用來作為抗磨 損塗層的新穎組合物。本發明的組合物包含：a)實際上 均勻地分部於組合物中的無機粒子，該粒子具有1毫微 米到100毫微米的尺寸大小，該無機粒子占組合物體積 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7 五、發明說明（4) 之30體積百分比到70體積百分比；b)實際上均勻地分布於 組合物中的無機修飾劑粒子，所謂的修飾劑微粒相對於所 謂的無機粒子的大小比例在1:50到1:2，所指的修飾劑微 粒由組合物體積之百分之1體積到百分之20體積所組 成；同時c) 一種交聯有機成分，占組合物體積之10體積 百分比到70體積百分比。 本發明的溶液與塗層含有至少兩種不同的無機成分， 同時至少含有一種具有可交聯之有機官能性的第三成分。 基於本說明書之目的，這個第三成分將代表某種有機交聯 物。該交聯物並非全為有機物，但是其本身至少部分是有 機物。因此，本發明的溶液與塗層由於其同時含有無機成 分（這是指某種無機相）與某種有機成分（這是指某種有 機相）而被認為是具有兩種相的。本發明的塗層由於其含 有之兩種無機成分具有不同的大小，而可能被認為是雙模 分布的。除了此無機成分與有機交聯物，本發明的溶液也 包含了一種溶劑。 本發明的溶液是儲藏穩定的。藉著儲藏穩定性，本發 明的溶液可以儲存一段數日甚至數月的時間，然後可以在 不需額外的處理下利用（譬如重新攪拌）。 有兩種對本發明的溶液中有用的溶劑類型。第一種的 溶劑類型被當成另一種溶液成分的載體介質，並且在以這 些溶液生成塗層的過程中，必須自本發明的溶液中除去。 第一種對本發明的溶液有用的溶劑類型包括有水，有機溶 劑與它們的混合物。較佳的溶劑有水，酒精，酮，乙二醇 - 7 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -·ϋ ϋ n I Jl-aii ϋ ΜΊ9 1 · ϋ n ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------- % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 581797 Α7 -------- Β7 五、發明說明（5) 醚，乙二醇酯與它們的混合物。一種特別的較佳溶劑是水。 事實上’本發明的溶液與塗層可以只用水作為溶劑來生 成，是本發明特別有利的方面。 第二種的對本發明的溶液有用的溶劑類型，是不必在 以這些溶液生成塗層的過程中，自本發明的溶液中除去的 〉谷劑。基於本說明書之目的，這些溶劑代表可反應的溶劑。 這些可反應的溶劑，會進行某種交聯或聚合反應，而不是 被自溶液中去除。在某些本發明的具體例中，運用這些可 反應的溶劑的一個優點，是在於用來啟始交聯作用或交聯 物的聚合反應的同一刺激，可同樣用於啟始該溶劑的反 應。在此方式下，利用這些可反應的溶劑，塗層可在一個 單一步驟下自本發明的溶液生成。典型地，uv光線或電 子束可以用來啟始該有機交聯物與該溶劑的刺激。 對本發明的溶液有用的溶劑的例子，包括環氧物、丙 稀酸醋與乙烯畴。較佳的例子包括環脂族、環氧丙稀酸醋 與胺甲酸丙烯酸酯。 本發明的溶液所需之溶劑的數量並不特別重要。在該 溶液中必需存在充足的溶劑以使得其他存在的成分得以實 際上均勻地分布於溶液中。 -般來說，在本發明的溶液中，溶劑由該溶液的至少 H)重量百分率與約不超過9〇重量百分率來組成。典型 地，該溶劑由該溶液的至少約25番旦π \ 里里百分率與不超過約 75百分之重量百分率的溶液來組成。由於上述討論的限 制，本發明的溶液中的存在的溶劑數量，可以被調整以產 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -----— B7__ 五、發明說明（6 ) 生-有所欲之黏滞性的溶液，而不嚴重影響生成的塗層的 化學本質。 、·本發明的溶液中的無機相由兩種不同的無機成分組 成·以微粒的形式存在本發明的塗層的無機表面修飾劑， …、、、機粒子。較佳地，下面討論的這些無機粒子與無機修 飾劑微粒在外形上是接近球形的。除非在本說明書中有另 外說明，本發明所使用的無機粒子或微粒的參考大小，將 是粒子或微粒的平均直徑。 ^ 一此第種無機成分由大小為從1毫微米到1〇〇毫 微米之間的無機粒子組成。具有較溶劑高之密度且大小超 過約10G毫微米的粒子，在儲存—段較長的時間後將會 自低黏滞性的溶液巾賴出來。因此，隸本發明的無機 粒子必須具有小於約1〇〇毫微米的大小，否則這樣的溶 液在儲存時將不是無沉降作用的（這是指，沒有儲存穩定 性）。 S而要透明的塗層時，無機粒子應該具有小於約50 毫微米的大小。較佳的無機粒子將具有不大於約4〇毫微 米的大小。用於本發明之更好的無機粒子，具有不大於約 毫微米的大小。 一般來說，為了使本發明的塗層具有足夠的機械特 性，如良好的抗刮傷性與良好的抗磨損性，所使用的無機 粒子的大小至少必須有一毫微米。用於本發明之較佳的無 機粒子的大小至少要有約5毫微米。 同時，運用實際上大小相同粒子是較佳的。雖然有完 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--------- 581797 A7 B7 五、發明說明（7) 全精確的相同大小之粒子並不是必須的，增加粒子大小的 均勻性卻是較佳的，尤其是當生成的塗層之透明度對所欲 的應用是重要的時。 在本發明的溶液中，此無機粒子應該要實際上均勻地 分布於溶液中，均勻地分布有助於充分的混合所有成分並 得以生成均勻的塗層。 用於具體例中之本發明的無機粒子，包括有天然與合 成的陶瓷、黏土、礦物、金屬、金屬合金、與這些物質的 混合物。有用的陶瓷、黏土與礦物的例子有氧化物、氫氧 化物、碳化物、硼化物、磷化物、鈦酸鹽、鎢酸鹽、氮化 物、矽化物、氟化物、硫化物、碳酸鹽與矽酸鹽。較佳的 無機粒子為具有氧化或氫氧化表面的粒子。更佳的無機粒 子被當成溶劑中的氧化溶液來運用。以矽石、氧化鋁、氫 氧化鋁、鈽氧、鈦白與氧化鍅之水溶液的形式來運用無機 粒子是特別好的。 此無機相的第二種成分，為一種無機表面修飾劑。由 於在本發明之塗層所使用的顯微攝影圖中，圖示此修飾劑 沉澱、附著或鍵結到無機粒子的表面上，基於本說明書之 目的，因而使用“表面修飾劑”這個名詞。 此無機表面修飾劑應該是實際上均勻地分布在本發明 的溶液中。經由實際上均勻地分布，在此意味著表面修飾 劑是實際上均句地分布到全部的溶液並與其他溶液成分混 合。此無機表面修飾劑為可溶於所運用的溶劑中是較佳 的。可溶於溶劑的表面修飾劑可以輕易地分布。 -10 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝--------訂---------*3^^. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7 五、發明說明（8) 此表面修飾劑應由無機相總重的百分之1到百分之 30所構成的（這是指此無機粒子與表面修飾劑的總組成 重量）。此較佳的表面修飾劑是由無機相的1重量百分率 到20重量百分率所構成。 在本發明中有用的無機表面修飾劑，可能包括有與此 溶劑作用以形成在溶劑中之毫微米等級的溶液或膠微粒懸 浮液的種類。舉例來說，金屬氣化物與水反應以生成金屬 氫氧化物溶液。那些可以藉著如離子交換、離子去除、pH 值的改變、修飾劑濃度的改變、溫度的改變、壓力的改變 或其他的物理的、化學的、光學的或機械性刺激的過程， 來沉澱到無機粒子的表面上的修飾劑，是有用的表面修飾 劑。一個用來使得表面修飾劑沉澱到無機粒子的表面上的 較佳方法，是本發明溶液中的溶劑之去除。離子交換技術 也可以用來使修飾劑沉澱到無機粒子的表面上而不需要去 除溶劑。 在本發明中，有用的無機表面修飾劑包括有無機鹽 類、有機金屬化合物、陶兗先質、陶兗、黏土、礦物、金 屬、金屬合金、與這些物質的混合物。對水溶液而言較佳 的表面修飾劑為金屬鹽類，譬如氯化鋁、氯氧化鋁與氯化 錫。 本發明中有用的有機交聯物，包括有有機化合物與有 機金屬化合物以及它們的低聚物、加成物、濃縮液與反應 產物，這些交聯物是實際上均勻地分布在本發明的溶液 中。經由實際上均勻的分布，有機交聯物是實際上均勻地 - 11 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

· n ·ϋ I 1 ϋ H Βϋ 一一aJ n ϋ 1 n ·ϋ I _1 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7 五、發明說明（9) 分布在溶液中，同時與溶液的其他成分混合。本發明中較 佳的有用的有機交聯物是可溶於所利用的溶劑中。藉由 pH值的改變、交聯物濃度的改變、溫度的改變、壓力的 改變或其他的物理的、化學的、光學的、輻射線的或機械 性刺激’此交聯物會變得不可溶，或換句話說是在此溶劑 無法散佈。有用的有機交聯物的例子有環氧物 (epooxides)、丙烯酸醋（acrylates)、胺曱酸乙烯 (urethanes)、有機矽烷（organosilane)、有機鈦酸鹽 (organotitanate)、有機磷酸鹽（〇rgan〇ph〇sphate)、有機矽 醇（沉ganosilanol)、以及含有氫氧基、u乙二醇 (glycol)、氨基或酚之官能性的相同化合物。本發明之水 溶液的較佳交聯物有氫氣基官能化㈣、酸水解環氧石夕 醇、酸水解環氧物、環氧胺加成物、含有的氫氧基丙稀酸 醋、含有胺甲酸的氫氧基、含有氫氧基的環氧物、含有乙 氧化物的丙稀酸醋、含有己氧化物的胺甲酸與 物的環氧物。 存在本發明的溶液中之有機交聯物的數量，應該 相對於，機相（這是指無機粒子加上無機表面修飾劑）存 在的數置而測量而非相對於全部溶液而測量。此交聯物應 =不超過無機粒子、無機表面修飾劑與有機輕物的總重 畺之70重量百分率所組成。一般來說，此交聯物將含有 無機粒子、無機表面修飾劑與有機交聯物的總重量之至少 約25重量百分率。 夕 一般來說，無機相的百分比越高（這是指較少的交聯 - 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ί ----訂----— II-- 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 581797

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 物），塗所得到的布層之抗磨損性越強。同樣地，小的無 ，粒子將具有更多的總表面積，而需要較高百分比之有機 交聯物。球形粒子或具有低長寬比的粒子，對達成本發明 之塗層中的高粒子填充密度是較佳的。 某些無機材料；譬如鈦白、陶瓷、氧化鐵、三氧化 =鉻、氧化釩；具有紫外線（"uv”）散射與吸收能力。藉 著加入這些材料到本發明的溶液中，可以製成對uv_敏 感的基材具有保護作用的塗層（這是指UV阻絕性）。本 發明具有允許大量的這些UV阻絕的無機材料可以均勻地 分布在本發明的塗層之中的獨特的優點。 有用的UV阻絕材料，可以當成無機粒子、當成無 機表面修飾劑或當成有機金屬交聯物的部分，加到本發明 的溶液與塗層中。例如，具有10-50毫微米之粒子大小 的鈦白或陶瓷溶液，可以有利地運用於一個有用的與一種 紹鹽表面修飾劑結合以生成在UV阻絕塗層中之無機 相。其他的例子包括有使用二氧化矽溶液或鈦白溶液，並 且可用於與由鈽化合物或鈽鹽所組成的表面修飾劑結合。 除此之外，一種有機鈦酸鹽交聯物可有利地運用在本發明 的塗層之UV阻絕性上。 無機粒子、表面修飾劑與交聯物的組合，可以用於單 一塗層中或多層連續塗層中以調適或適應UV與可見光 穿透特性、機械特性以及塗層折射率之調整。 本發明的溶液中之成分，可用此項技術領域中的種種 方法來混合。事實上，這些成分可以被輕易的混合與均勻 13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -I I I I n-ϋ ϋ ϊ · ϋ ϋ I H ϋ 1 ϋ 一：eJI ϋ 1 ϋ ϋ >1 I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 581797 A7 ____ B7 五、發明說明（u) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 地分布到溶液中是本發明獨特的優點。這些成分可以被輕 易的混合與均勻地分布到實際上或甚至完全為水溶液之本 發明的溶液中，是更進一步的優點。此表面修飾劑與交聯 物可經由四種不同的方式散佈到溶劑中：a)存在溶液 中；b)存在溶液或膠微粒形式中；c)附著到無機粒子的 表面，在無機粒子的周圍形成某種外層或局部層；以及d) a)， b)，and c)二者的組合。一但此成分混合在一起，如果有 需要的話，可運用諸如 VibraCell 700 Watt ultrasonic horn 的設備（可自Sonics and Materials取得），對本發明的溶 液進行音波震盪以幫助所有成分均勻地分布。 一個用以混合此成分得較佳的方法，是現在此溶劑中 製備含有此無機表面修飾劑的溶液，然後將此有機交聯物 或一種含有此交聯物的溶液，加入此含有此無機表面修飾 劑的溶液中。接著，含有此無機表面修飾劑與此有機交聯 物的溶液，被加到含有此無機粒子的溶液中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此種自本發明的溶液中生成塗層的方法並不是十分重 要的。此溶液首先運用在將被塗布的基材上，然後此溶液 將會硬化以生成塗層。一搬來說，本發明的溶液可以在低 到使本發明的溶液可在彈性基材硬化上的溫度進行硬化作 用’此基材譬是由聚碳酸g旨（P〇lyCab〇nate)、異戊四醇 (PET)、聚氣乙稀（PVC)、聚烯（p〇ly〇lefins)與聚胺甲酸 酯（polyurethane)所製成的。 本發明的溶液，依據此存在的溶劑是否該被除去戋使 用的溶劑是否為一種可反應的溶劑，而以兩種方法之一進 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 581797 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（12) 行硬化作用。第一種硬化方法是先去除該溶劑，然後應用 適當的刺激（譬如，加熱或UV光線）以使交聯物中的 任何可交聯的部分（譬如環氧官能性）進行交聯或聚合的 反應。交聯或聚合反應機制的例子包括有聚縮作用或其他 反應機制。一個用於硬化本發明的溶液的較佳的方法，尤 其是對水溶液，是運用充分的熱量以去除該溶劑並誘發交 聯反應。當應用一種可反應的溶劑被時，第二種硬化本發 明之溶液的方法，是將該溶劑進行反應而非除去該溶劑， 並應用適當的刺激以交聯或聚合該有機交聯物。在本發明 的較佳具體例中，同樣的刺激可以同時反應此溶劑與交聯 或聚合此交聯物。 在此項技術領域中所知的譬如穿透式電子顯微鏡技術 之顯微鏡技術的研究，運用了風乾或真空乾燥但是未交聯 的溶液。這是說，這些研究運用將溶劑去除但是有機交聯 物並不交聯的塗層。相同的研究也運用了完全硬化（這是 指交聯的或聚合的）之塗層。這些研究顯示了，表面修飾 劑在較大的無機粒子之表面上形成了小微粒。這些表面修 飾劑微粒是實際上均勻地分布在此塗層之中。 這些表面修飾劑微粒的大小是實際上比無機相所使用 的無機粒子之大小要來的小。表面修飾劑微粒的大小比上 無機粒子的大小的比例，至少約1:50，而且至少約1:15 是較佳的。表面修飾劑微粒的大小比上無機粒子的大小的 比例，不超過1:2，而且不超過1:5是較佳的。 本發明之塗層同樣含有一種交聯的有機成分。此成分 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--------- %· 581797 A7 B7 五、發明說明（13) 基本上是由上述的有機交聯物所組成，但是在交聯物上的 可交聯的或可聚合的部分是被適當的刺激所交聯或聚合上 是不同的。 本發明之塗層中的成分是緊密地“填充”在一起。因 此，本發明之塗層在塗層的成分之間僅有非常少的間隙或 空間。本發明之塗層的間隙數量，可藉由此項技術領域中 的一種平常的技巧，塗層顯微攝影檢測，而加以測量。本 發明的塗層中無機粒子與表面修飾劑之間大小的不同，可 使此無機相更緊密地“填充”在一起，而導致更高的無機 填充是被確信的，並且因此，而有較佳的抗刮傷能力與較 佳的抗磨損能力。 間隙空間將組成少於本發明之塗層的百分之20的體 積。全部的間隙空間將組成少於百分之10的體積是較佳 的，在本發明的塗層中全部的間隙空間將組成少於百分之 5的體積是更佳的。 在本發明塗層中，無機粒子的體積構成塗層之全部體 積的百分之30到百分之70。此無機粒子的體積構成全 部體積的百分之40到百分之70是較佳的。在本發明的 塗層之中，無機修飾劑微粒的體積構成塗層之全部體積的 百分之1到百分之20。在本發明的塗層之中，交聯有機 成分的體積構成塗層之全部體積的百分之10到百分之 70。交聯有機成分構成的百分之10的體積到百分之50 的體積是較佳的。 本發明的優點之一，是本發明的塗層所能達成的無機 _ 16 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7 14、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 相高填充性。除非在此說明書中有另外提及，此無機“ 充性”將代表存在本發明之塗層中的無機相之曹息真 里Ϊ百分 率。此無機相至少組成本發明之塗層重量的百分之3〇 一般來說，具有較高填充的無機相塗層將比有較4。 充的無機相塗層具有較佳的刮傷與磨損抵抗力。、 些，在某些塗層的較佳具體例中，此無機相將至少級、Q 量的百分之40，同時至少組成重量的百分之B重 <車交佳 的。此無機相組成可能高到塗層重量的百分之75。 藉著使用較大的無機粒子可以達到較高的無機填充性 w 是利用較大的粒子會降低溶液穩定性並且會降低但 的透光性。 ’ 只要此含有之添加劑的數量不要實際上影響其他、 的功能或效果，本發明的溶液與塗層可以含有成分 劑。可以按特定應用之特別需求來挑選不同的添加劑、、: 在此項技術領域中的普通技巧之一。在此項技術領域的= 通技巧之一中所考慮加入本發明的溶液與塗層之添加劑二 包括有表面活性劑、分散劑、黏著處進劑、均染劑、色素、 染料、乳膠、乳液聚合物、稀釋劑、助塑劑、填充劑、增 稠劑、消泡劑、偶合劑、催化劑、堵劑、硬化劑、硬化劑、 流量控制劑、緩衝劑、有機樹脂、殺菌劑、潤濕劑、光引 發劑、UV吸收劑、光安定劑、抗氧化劑、共活化劑與 增校劑。 本發明的溶液有助於用以塗布許多不同的基材。譬 如，本發明的塗層已成功地在塑膠上生成，這些塑膠諸如 17- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 tf- % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 581797 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15) 聚碳酸酯（polycabonate)、異戊四醇（PET)、聚氯乙烯 (PVC)、聚烯（polyolefins)與聚胺甲酸醋（polyurethane); 金屬，譬如鋁箔、黃銅與鐵；木材與玻璃。 本發明之塗層可用於需要障壁性質的應用之中譬如， 本發明之塗層被應用於異戊四醇（PET)基材上。該塗布 基材比起不具異戊四醇（PET)基材的該塗層，展現了令 人注目的較低的氧氣與水蒸氣穿透速率（這是指較高的障 壁性質）。 當本說明書專注於塗層的形成之時，應該要注意本發 明之溶液可以有利地運用在形成其他物質。例如，本發明 之溶液可以運用在形成孤立的薄膜。一個形成某種薄膜的 方法，是在一個可去除的基材上形成一個厚的塗層，然後 將該塗層自該基材移開。另外，本發明的溶液可以藉著傾 倒此至一個鑄模中，然後硬化該溶液來形成三度空間物 體。 資料

許多不同的塗層被製造並用以進行抗磨耗測試。某種 玻璃表面也進行測試以為對比。抗磨損性以在對塗層進行 測試之前與之後測量每個塗層的模糊程度，而加以評估。 在模糊值中較小的改變代表該塗層是較抗磨損的，而在模 糊值中較大的改變代表該塗層是較不抗磨損的。所有的模 糊程度測量是依照ASTM 4060的步驟，藉由HunterLab UltraScan I unit而獲得。除非有另外述及，所有的磨損測 試是用Taber磨光機以500克的磨耗承載重之CS_10F -18 - 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------tr----— II---· 581797 A7

五、發明說明（16) 砂輪（這是指總重1000克，平均分布在砂輪上）作用 1000磨耗周。 下面的樣本1-4全都先製備好，而該製備好的溶液 是由15重量百分率之無機相、25重量百分率之交聯物 與60重量百分率之溶劑所組成。樣品1-4僅在無機相 的組成中有所不同。在所有的四種樣本中，所使用的交聯 物為3-還氧丙基氧基丙基三甲氧基-矽烷（3_ glycidoxypr〇pyitrimethoxy_silane)(可自 Dow Corning 的 Z-6040取得）。在所有四種樣品中，所使用的溶劑為水。 塗層是由四種樣品所製成，並以上述的模糊度測量法 評估抗磨損性。抗磨耗測試的結果如表I所示。 樣本1 以某種氧化鋁溶液（可自Alpha的No.12733之儲料 取得）產生無機相。該氧化鋁溶液為一種佔20重量百分 率在水中的膠體懸浮液，帶有pH 4.0、大小為50毫微 米與帶正電荷的粒子。該氧化鋁溶液與3·還氧丙基氧基 丙基-三甲氧基-石夕烧（3-glycidoxypropyl-trimethoxysilane) 及水混合。該混合液以VibraCell 700 Watt ultrasonic horn (可自Sonics and Materials取得）在設定振幅為百分之30 下，音波震盪2.5秒。該混合液在室溫下不攪拌保存2·5 小時。 該混合液然後應用於電暈處理過的聚碳酸酯 (polycabonate)基材，以旋轉塗布機（可自 Headway Research取得）以900 rpm作用1分鐘。在旋轉塗布 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

I emmmm I 1 _1 一saJa n I an n ·ϋ ϋ ϋ I p 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7 五、發明說明（17) 後，該塗層在Thelco烘箱中以120°C加熱45分鐘， 以硬化此塗布之基材。然後將該塗布之基材氣冷至室溫。 測量該塗布基材之磨損值。以磨損值的百分之0.43 測量。將著，對該塗布樣本進行磨耗測試。再對磨耗測試 產生的耗損痕跡上至少4個不同的點測量該塗布基材之 磨損值。將該磨損測量值加以平均後用以進行比較。在磨 耗測試之後的平均磨損測量為百分之19.80。 樣本2 除了某種石夕石溶液（可用自 DuPont取得的Ludox_ TMAtm)被用來取代氧化鋁溶液外，組合物與塗層以與樣 本1相同的方式製備。該矽石溶液為一種佔百分之34在 水中的膠體懸浮液，pH 4到7，、大小為22毫微米、 140 m2/g的特別表面積與帶負電荷的粒子。 樣本2塗層所使用的磨損測量方式，是以與樣本1 的磨損測量方式相同。在磨耗測試之前的磨損測量值為百 分之0.52而在磨耗測試之後的磨損測量值為百分之 19.61。 樣本3 除了該無機相是由與樣本2 —樣的矽石溶液與某種 鋁鹽混合物來產生，而不是僅使用某種矽石溶液來產生無 機相之外，組合物與塗層以與樣本2相同的方式製備。 該紹鹽為六水合氯化(可自 Aldrich取得）。全部的無 機相維持在全部組合物的15重量百分率，而無機相的95 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

裝--------’訂i丨——P 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 B7_ 五、發明說明（18) 重量百分率是由矽石溶液所提供且無機相的5重量百分 率（以ΑΚν5計算）六水合氣化鋁所提供。 樣本3塗層所使用的磨損測量是以與樣本2磨損測 量的方式相同。在磨耗測試之前的磨損測量值為百分之 0.40而在磨耗測試之後的磨損測量值為百分之3.85。 樣本4 除了利用硝酸鋁與同樣的矽石溶液混合物來產生該無 機相之外，組合物與塗層以與樣本3相同的方式製備。 該石肖酸紹可採用Aldrich的無水确酸紹。當全部的無機 相維持在全部組合物的15重量百分率，無機相的95重 量百分率是由石夕石溶液所產生，而無機相的5重量百分 率是由硝酸鋁所產生。 樣本4塗層所使用的磨損測量是以與樣本3磨損測 量的方式相同。在磨耗測試之前的磨損測量值為百分之 0.36而在磨耗測試之後的磨損測量值為百分之7.32。 樣本5 一份樣本3所使用之相同鋁鹽的重量在室溫下溶解 在3份去離子水中。十五份樣本3所使用之相同交聯物 的混合到該鹽溶液中。持續攪拌5分鐘，該溶液釋放熱 量並且變得澄清。三十份等重的矽石溶液（可使用來自 DuPont的Ludox-Cl)加到混合液中，而其使溫度降到接 近周圍環境。所使用的該矽石溶液，為一種佔30重量百 分率在水中的膠體懸浮液，具有pH 4.5、大小為12毫微 米、230 m2/g的特別表面積與帶正電荷的粒子，。該混 - 21 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tv ' Γ - 1_1 ·ϋ 1· mmmmm emmmm -Bn met ^ ^ -11 mmmme an ·ϋ ϋ ϋ %· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A7 _B7_ 五、發明說明（19) 合液如同樣本3以音波震盪2.5分鐘。 所得到的溶液應用在電暈處理過的聚碳酸酯 (polycabonate)基材上，以800 rpm的旋轉速率下旋轉塗 布1分鐘。該塗布基材以和樣本3相同的方式硬化。 除了運用2000磨耗周而非1000磨耗周之外，抗磨 損性以和樣本3相同的方式進行測試。在磨耗測試之前 的磨損測量值為百分之0.40而在磨耗測試之後的磨損測 量值為百分之2.66。 玻璃樣本 以與樣本1-4的方式相同對1/8英呎（0.3173公分) 的玻璃樣本進行磨損測量。起始的磨損測量值為百分之 0.09而在磨耗測試之後的磨損測量值為百分之1.34。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裝--------tri^------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 581797 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2Q)

表I 磨耗測試前之磨損 磨耗測試後之磨; 玻璃樣本 0.09% 1.34% 6S 先 as 樣本1 0.43% 19.80% 閲 讀 樣本2 0.52% 19.61% 面 樣本3 0.40% 3.83% 注 咅 樣本4 0.36% 7.32% 事 樣本5 0.40% 2.66%* 只 再 * 樣本5的磨耗測試以2000磨耗周進行，而其他樣 本的磨耗測試為以1 〇〇〇磨耗周進行。 賣

I

I tf % 23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 04曰 2. 3. 4. {81797 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第89122135號專利申請案申請專利範圍修正本92年u月 1. 一種塗佈溶液，其包含： a) —溶劑； b) 無機粒子包括天然或合成的陶竞、黏土、礦 物、金屬合金，及其混合物，該無機粒子實際上均 句地分布於溶液中，該粒子的大小在^ 10毫微米； J C)-無機金屬鹽表面修飾劑，該修飾劑包括無機 鹽、有機金屬化合物、陶瓷先質、陶瓷、黏土、礦 物金屬、金屬合金或其混合物，該修飾劑實際: 均勻地分布於料巾，該修關的重量百分比:b) 與C)的總重之1百分比到30百分比；以及 d) —有機交聯劑，其包括有機化合物及有機金 屬化合物，及其募聚物、加合物、濃縮物及反應產 物，其該有機交聯劑實際上均勻地分布於溶液中， 其中b)與c) 一起構成占b)、c)與句之至少約 30重量百分比。 如專利申請範圍第1項之溶液，其中該溶劑為水。 如專利申請範圍第1項之溶液，其中該無機粒子， 疋選自於具有金屬氧化物表面的粒子與具有金屬 氫氧化物表面的粒子所組成的群組中。 如專利申請範圍第1項之溶液，其中該無機粒子， 疋選自於由矽石、氧化鋁、氫氧化鋁、陶瓷、鈦白 與氧化錯組成的群組中。 本紙沬尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2Κ))<297公赀）

   M1797

   5·如專獅請範圍第i項之溶液，其中該無機表面修 飾劑是選自於由金屬鹽類與有機金屬化合物所組 成的群組中。 6.如專利申請範圍第W之溶液，其中該無機表面修 飾劑是選自於由氣化H氧化物！g與氯化錫所組 成的群組 7·如專利申請範圍第1項之溶液，其中該有機交聯劑 係選自於金屬鹽及有機金屬化合物所組成的群袓。 8·如f利申請範圍第W之溶液，其中該有機交聯 物是選自於由氫氧基官能化矽醇、酸水解環氧物、 與含有乙氧化物的丙烯酸酯、胺曱酸與環氧物組成 的群組中。 9. 如專利巾請範圍第丨項之溶液’其中該無機粒子所 具有的大小是自1毫微米到50毫微米。 10. 如專利申請範圍第！項之溶液，其中該無機粒子所 具有的大小是自1毫微米到40毫微米。 11. 如專利申請範圍第W之溶液，其中該無機粒子所 具有的大小是自1毫微米到30毫微米。 12. 如專利中請範圍第！項之溶液，其中該無機表面修 飾劑可溶於該溶劑中。 13. 如專利中請範圍第丨項之溶液’其中該有機交聯物 可溶於該溶劑中。 14·如專利申請範圍第1項之溶液，其中該溶劑為一種 可反應的溶劑。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ --------- ^ .-------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 581797 A8 B8 C8

   請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 Vw^

   裝 訂

   申5青專利範圍 微: 1:2 子所=巾讀15第16項之組合物，其中該無機粒 /、有的大小為自1毫微米到30毫微米。 ^專利中請範圍第16項之組合物，其中該修飾劑 ⑽相對於該無機粒子之大小比例在 1:50 到 ：> 〇 23·，專利申請範圍第16項之組合物，其中該修飾劑 4支粒相對於该無機粒子之大小具有的大小比例在 1:50 到 1:5。 24·如專利巾請範圍第16項之組合物，其中該修飾劑 微粒相對於該無機粒子之大小具有的大小比例在 1:15 到 1:5 〇 ------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）