DE69833192T2 - Zusammensetzung geeignet zur bereitstellung einer abriebfesten beschichtung auf einem substrat - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen und betrifft spezieller Beschichtungszusammensetzungen, ohne auf diese beschränkt zu sein, die beim Härten weitgehend transparente Beschichtungen liefern, die über eine erhöhte Abriebfestigkeit verfügen. In einem der Aspekte betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung mit verbesserter Stabilität, wobei die Beschichtungszusammensetzungen, die sich aus wässrig-organischen Lösemittelgemischen ableiten, wirksame Mengen von epoxyfunktionellen Silanen, tetrafunktionellen Silanen und multifunktionellen Verbindungen enthalten, wie beispielsweise multifunktionelle Carbonsäuren, multifunktionelle Anhydride und Mischungen davon.
  • Nach dem Stand der Technik gibt es eine reichhaltige Menge von Zusammensetzungen, die bei Auftrag auf Substraten und nach dem Härten transparente, abriebfeste Beschichtungen für die Substrate bereitstellen. Derartige Beschichtungen sind besonders nützlich für polymere Substrate, wo es äußerst wünschenswert ist, den Substraten abriebfeste Oberflächen zu vermitteln mit dem eigentlichen Ziel, abriebfeste Oberflächen bereitzustellen, die mit Glas vergleichbar sind. Während die Zusammensetzungen bekannter Ausführung transparente Beschichtungszusammensetzungen mit verbesserten Eigenschaften der Abriebfestigkeit geliefert haben, sind diese Zusammensetzungen bekannter Ausführung im Vergleich zu Glas im Allgemeinen defizitär. Daher besteht seit langem ein Mangel an verbesserten Zusammensetzungen mit verbesserter Stabilität, die beim Auftrag auf ein Substrat, wie beispielsweise einem polymeren Substrat, und nach dem Härten transparente und in hohem Maße abriebfeste Beschichtungen liefern. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf derartige Zusammensetzungen und Verfahren, mit denen diese Zusammensetzungen hergestellt und auf Substrate aufgebracht werden.
  • Die vorliegende Erfindung gewährt Zusammensetzungen mit verbesserter Stabilität, die beim Auftrag auf eine Vielzahl von Substraten und nach dem Härten transparente Beschichtungen mit überlegenen Eigenschaften der Abriebfestigkeit liefern. Im Großen und Ganzen weisen die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ein wässrig-organisches Lösemittelgemisch auf, das etwa 10% bis etwa 99,9 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung eine Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten aus einem epoxyfunktionellen Silan und einem tetrafunktionellen Silan enthält sowie etwa 0,1% bis etwa 30 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung einer multifunktionellen Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus multifunktionellen Carbonsäuren, multifunktionellen Anhydriden und Kombinationen davon. Das epoxyfunktionelle Silan und das tetrafunktionelle Silan liegen in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisch in einem Molverhältnis von etwa 0,1:1 bis etwa 5:1 vor. In die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können ferner etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% einer Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten aus einem oder mehreren Silan-Additiven bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung einbezogen sein und/oder eine Menge von kolloidalem Siliciumdioxid oder eines Metalloxid oder einer Kombination davon, die bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% Feststoffe äquivalent sind.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Beschichtungszusammensetzungen mit verbesserter Stabilität, die beim Härten transparente Beschichtungen ergeben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung stabiler Beschichtungszusammensetzungen, die beim Härten transparente Beschichtungen mit verbesserter Abriebfestigkeit ergeben.
  • Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den angefügten Patentansprüchen offensichtlich.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungszusammensetzungen mit verbesserter Stabilität, die beim Auftrag auf einer Vielzahl von Substraten und nach dem Härten weitgehend transparente abriebfeste Beschichtungen bilden, die eine Bayer-Zahl von mindestens 5 haben, wenn nach der Abänderung des "Schwingschleiftests" nach Bayer (Standard ASTM F735-81) geprüft wird, der nachfolgend beschrieben ist.
  • Beim Prüfen von beschichteten Substraten auf Abriebfestigkeit kann jede beliebige einer Reihe von quantitativen Prüfmethoden zum Einsatz gelangen, einschließlich der "Tabertest" (ASTM D-4060), der "Taumeltest" und der "Schwingschleiftest" (ASTM F735-81). Darüber hinaus gibt es eine Reihe von qualitativen Prüfmethoden, die zur Messung der Abriebfestigkeit zur Anwendung gelangen können, einschließlich dem "Steel Wool Test" (Stahlwolletest) und dem "Eraser-Test" (Kratztest). Beim Stahlwolletest und dem Kratztest wird eine Probe von beschichteten Substraten unter reproduzierbaren Bedingungen angekratzt (konstante Last, Frequenz, usw.). Die angekratzten Testproben werden sodann verglichen und in Bezug auf Standardproben bewertet. Eine halbquantitative Anwendung dieser Testmethoden umfasst die Verwendung eines Instrumentes, wie beispielsweise einem Spektrophotometer oder ein Colorimeter, um die Kratzer auf dem beschichteten Substrat als eine Trübungszunahme zu messen.
  • Die gemessene Abriebfestigkeit einer gehärteten Beschichtung auf einem Substrat unabhängig davon, ob sie mit Hilfe des Bayer-Tests, Tabertests, Stahlwolletests, Kratztests, Taumeltests, usw. gemessen wird, ist zum Teil eine Funktion der Härtungstemperatur und der Härtungsdauer. Generell resultieren höhere Temperaturen und längere Härtungszeiten zu höheren gemessenen Abriebfestigkeiten. Normalerweise werden die Härtungstemperatur und Härtungsdauer auf Kompatibilität mit dem Substrat gewählt, obgleich aufgrund von Beschränkungen hinsichtlich des Prozesses und/oder der Anlage geringere als optimale Härtungstemperaturen und Härtungszeiten gewählt werden. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist leicht erkennbar, dass andere Variablen, wie beispielsweise die Schichtdicke und die Beschaffenheit des Substrats, ebenfalls Einfluss auf die gemessene Abriebfestigkeit haben können. In der Regel wird es für jeden Typ von Substrat und für jede Beschichtungszusammensetzung ein Optimum der Beschichtungsdicke geben. Das Optimum von Härtungstemperatur, Härtungszeit, Schichtdicke und dergleichen lässt sich mühelos vom Fachmann empirisch ermitteln.
  • In der ophthalmologischen Technik findet gegenwärtig der Schwingschleiftest die am weitesten verbreitete Anwendung und ist als eine Methode zur Messung der Abriebfestigkeit anerkannt. Da die ursprüngliche ASTM-Anwendung des "Oscillating Sand Test" zum Prüfen ebener polymerer Flächengebilde vorgesehen war, musste die Prüfmethode zur Anwendung auf ophthalmologische Linsen notwendigerweise modifiziert werden. Gegenwärtig gibt es keinen anerkannten ASTM-Standard (oder einen anderen Industriestandard) für diesen Test in seiner Anwendung auf ophthalmologische Linsen, weshalb es eine Reihe von grundlegenden Abänderungen an dem Schwingschleiftest in der Praxis gibt.
  • In einer der speziellen Abänderungen des Schwingschleiftests wird eine Sand-Wälztrommel so modifiziert, dass er beschichtete Probelinsen und unbeschichtete Vergleichslinsen aufnimmt. Als Vergleichslinsen werden im typischen Fall Linsen aus Poly(diethylenglykol)-bis-allylcarbonat), nachfolgend bezeichnet als ADC-Linsen, verwendet. Die Linsen werden auf der Sand-Wälztrommel so angeordnet, dass ein Bett aus abrasivem Material, entweder Sand oder ein synthetisch hergestelltes Metalloxid, über die Linsen vor und zurück fließen kann, wenn die Sand-Wälztrommel mit einem konstanten Hub, Frequenz und Dauer hin und her schwingt.
  • In der Prüfmethode zur Bestimmung der Abriebfestigkeit der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Prüfmethode wurde als das abrasive Material ein kommerziell verfügbarer Sand verwendet, der von der CGM, Inc., 1463 Ford Road, Bensalem, PA, vertrieben wird. Bei diesem Test werden 877 g durchgesiebter Sand (ein Volumen von 600 ml) in eine mit vier Linsen versehene Sand-Wälztrommel von 9 5/16'' × 6 ¾'' geladen. Der Sand wurde durch ein #5-Mesh-Sieb (Spezifikation ASTM E-11) gesiebt und auf einem #6-Mesh-Sieb aufgefangen. Jeder Satz aus vier Linsen, im typischen Fall zwei ADC-Linsen und zwei beschichtete Linsen, wurde einem 4 inch-Hub (die Hubrichtung fiel mit der Länge der Wälztrommel von 9 5/16'' zusammen) mit einer Frequenz von 300 Hüben pro Minute für insgesamt 3 min unterworfen. Die Linsentrommel wurde sodann durch eine Drehung um 180° erneut in Position gebracht und anschließend einem Test von weiteren 3 min unterworfen. Das Umstellen der Wälztrommel wurde angewendet, um den Einfluss etwaiger Unregelmäßigkeiten im Schwingmechanismus auf ein Minimum herabzusetzen. Bei den ADC-Vergleichslinsen, die verwendet wurden, handelte es sich um 70 mm Silor-FSV-Planlinsen, die von Essilor of America, Inc., St. Petersburg, Florida, erworben wurden.
  • Die auf den Linsen erzeugte Trübung wurde sodann auf einem Gardner XL-835-Colorimeter gemessen. Die Trübungszunahme für jede der Linsen wurde als die Differenz zwischen der Anfangstrübung auf den Linsen und der Trübung nach dem Testen bestimmt. Das Verhältnis der Trübungszunahme auf den ADC-Vergleichslinsen zu der Trübungszunahme auf den beschichteten Probelinsen wurde sodann als die resultierende Abriebfestigkeit des Beschichtungsmaterials aufgezeichnet. Ein Verhältnis, das größer war als 1, zeigt eine Beschichtung, die eine größere Abriebfestigkeit vermittelt als die unbeschichteten ADC-Vergleichslinsen. Dieses Verhältnis wird üblicherweise als das Bayer-Verhältnis oder die Bayer-Zahl oder die Bayer-Zahl bezeichnet, wobei die Abriebfestigkeit der Beschichtung um so höher ist, je höher die Bayer-Zahl ist. Es hat sich gezeigt, dass durch Härten der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nach dem Testen unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Methode des Schwingschleiftests und nach dem Auftrag entweder auf Polycarbonat- oder ADC-Linsen Bayer-Zahlen liefern, die 5 überschreiten. Zum Testen von beschichteten Proben wurden auf ADC-Linsen beschichtete Proben bei einer Temperatur von 120°C für eine Dauer von 3 Stunden gehärtet. Auf Polycarbonat aufgetragene Proben wurden bei einer Temperatur von 129°C für eine Dauer von 4 Stunden gehärtet.
  • Für die Fachwelt ist mühelos erkennbar, dass: (a) sich die hierin beschriebenen Beschichtungssysteme, welche epoxyfunktionelle Silane, tetrafunktionelle Silane, Silan-Additive enthalten, die keine epoxyfunktionelle Gruppe enthalten und die multifunktionelle Komponente auf die Anfangssilane und multifunktionellen Komponenten beziehen, von denen das Beschichtungssystem erzeugt wird; (b) wenn die epoxyfunktionellen Silane, tetrafunktionellen Silane und Silan-Additive, die keine funktionelle Gruppe enthalten, mit dem wässrigen Lösemittel gemisch vereint werden, teilweise oder vollständig hydrolysierte Vertreter resultieren; (c) die resultierenden vollständig oder teilweise hydrolysierten Vertreter sich unter Bildung von Mischungen von multifunktionellen oligomeren Siloxan-Vertretern vereinen; (d) diese Oligomere unter Umständen sowohl Hydroxy-Seitengruppen als auch Alkoxy-Seitengruppen enthalten können und eine Silicium-Sauerstoff-Matrix aufweisen, die sowohl Silicium-Sauerstoff-Siloxanverknüpfungen als auch Silicium-Sauerstoff-Verknüpfungen mit multifunktionellen Komponenten enthalten; (e) es sich bei diesen um dynamische oligomere Suspensionen handelt, die strukturellen Veränderungen unterliegen, welche von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, einschließlich von Temperatur, pH-Wert, Wassergehalt, Katalysatorkonzentration und dergleichen.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung weisen ein wässrig-organisches Lösemittelgemisch auf, das bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung von etwa 10% bis etwa 99,9 Gew.-% eine Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines epoxyfunktionellen Silans und eines tetrafunktionellen Silans enthält und von etwa 0,1% bis etwa 30 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung eine multifunktionelle Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus multifunktionellen Carbonsäuren, multifunktionellen Anhydriden und Kombinationen davon. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass die Menge von epoxyfunktionellem Silan und die Menge von tetrafunktionellem Silan, die zur Schaffung des Gemisches von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten des epoxyfunktionellen Silans und des tetrafunktionellen Silans eingesetzt wird, stark variieren kann und in der Regel von den in der Beschichtungszusammensetzung angestrebten Eigenschaften abhängen wird, von der durch Härten der Beschichtungszusammensetzung erzeugten Beschichtung sowie von der Endanwendung des Substrats, auf das die Beschichtungszusammensetzung aufgebracht wird. In der Regel werden jedoch wünschenswerte Ergebnisse erhalten werden können, wo das epoxyfunktionelle Silan und das tetrafunktionelle Silan in dem wässrigen Lösemittelgemisch in einem Molverhältnis von etwa 0,1:1 bis etwa 5:1 vorliegen. Mehr bevorzugt liegen das epoxyfunktionelle Silan und das tetrafunktionelle Silan in dem wässrigen Lösemittelgemisch in einem Molverhältnis von etwa 0,1:1 bis etwa 3:1 vor.
  • Obgleich das Vorhandensein von Wasser in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisch erforderlich ist, um Hydrolyseprodukte der Silankomponenten des Gemisches zu erzeugen, kann die tatsächliche Menge stark variieren. Eine im Wesentlichen ausreichende Wassermenge wird benötigt, um eine weitgehend homogene Auftragsmischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten des epoxyfunktionellen Silans und des tetrafunktionellen Silans bereitzustellen, die beim Auftrag und nach dem Härten auf einem Artikel eine weitgehend transparente Beschichtung mit einer Bayer-Zahl von mindestens 5 gewährt, wenn die vorstehend beschriebene Methode angewendet wird. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist erkennbar, dass die Wassermenge empirisch ermittelt werden kann.
  • Der Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann jedes beliebige Lösemittel oder eine Kombination von Lösemitteln sein, die mit dem epoxyfunktionellen Silan, mit dem tetrafunktionellen Silan und der multifunktionellen Komponente kompatibel ist. Beispielsweise kann der Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches ein Alkohol sein, ein Ether, ein Glykol oder ein Glykolether, ein Keton, ein Ester, ein Glykoletheracetat sowie Mischungen davon. Geeignete Alkohole lassen sich durch die Formel ROH darstellen, worin R eine Alkyl-Gruppe ist, die von 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält. Einige Beispiele von Alkoholen, die bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind: Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, sec-Butanol, tert-Butanol, Cyclohexanol, Pentanol, Octanol, Decanol sowie Mischungen davon.
  • Geeignete Glykole, Ether, Glykolether können dargestellt werden durch die Formel R1(OR2)x-OR1, worin x Null, 1, 2, 3 oder 4 ist, R1 ist Wasserstoff oder eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, und R2 ist eine Alkylen-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, sowie Kombinationen davon.
  • Beispiele für Glykole, Ether und Glykolether, die die vorstehend festgelegte Formel haben und die als Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind: Di-n-butylether, Ethylenglykoldimethylether, Propylenglykoldimethylether, Propylenglykolmethylether, Dipropylenglykolmethylether, Tripropylenglykolmethylether, Dipropylenglykoldimethylether, Tripropylenglykoldimethylether, Ethylenglykolbutylether, Diethylenglykolbutylether, Ethylenglykoldibutylether, Ethylenglykolmethylether, Diethylenglykolethylether, Diethylenglykoldimethylether, Ethylenglykolethylether, Ethylenglyholdiethylether, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Butylenglykol, Dibutylenglykol, Tributylenglykol und Mischungen davon. Zusätzlich zu den vorgenannten sind cyclische Ether, wie beispielsweise Tetrahydrofuran und Dioxan, geeignete Ether für das wässrig-organische Lösemittelgemisch.
  • Beispiele von Ketonen, die für das wässrig-organische Lösemittelgemisch geeignet sind, sind: Aceton, Diacetonalkohol, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylisobutylketon und Mischungen davon.
  • Beispiele von Estern, die für das wässrig-organische Lösemittelgemisch geeignet sind, sind: Ethylacetat, n-Propylacetat, n-Butylacetat und Kombinationen davon.
  • Beispiele von Glykoletheracetaten, die für das wässrig-organische Lösemittelgemisch geeignet sind, sind: Propylenglykolmethyletheracetat, Dipropylenglykolmethyletheracetat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Ethylenglykolethyletheracetat und Kombinationen davon.
  • Das epoxyfunktionelle Silan, das in der Formulierung der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, kann jedes beliebige epoxyfunktionelle Silan sein, das mit dem tetrafunktionellen Silan und der multifunktionellen Komponente der Beschichtungszusammensetzung kompatibel ist und das eine Beschichtungszusammensetzung bereitstellt, die beim Härten eine weitgehend transparente, abriebfeste Beschichtung mit einer Bayer-Zahl von mindestens etwa 5 unter Einsatz der vorstehend beschriebenen Prüfmethode liefert. Allgemein werden derartige epoxyfunktionelle Silane dargestellt durch die Formel R3 xSi(OR4)4-x, worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist, R3 ist H, eine Alkyl-Gruppe, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, ein Alkylether sowie Kombinationen davon, die von 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten und mindestens eine epoxyfunktionelle Gruppe haben, und R4 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatome enthält, eine Acetyl-Gruppe, eine -Si(OR5)3-yR6 y-Gruppe, worin y eine ganze Zahl von Null, 1, 2 oder 3 ist sowie Kombinationen davon, worin R5 H ist, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatome enthält, eine Acetyl-Gruppe oder eine andere -Si(OR5)3-yR6 y-Gruppe sowie Kombinationen davon, und R6 ist H, eine Alkyl-Gruppe, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, ein Alkylether sowie Kombinationen davon, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten und die auch eine epoxyfunktionelle Gruppe enthalten.
  • Beispiele für derartige epoxyfunktionelle Silane sind: Glycidoxymethyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrihydroxysilan, 3-Glycidoxypropyldimethylhydroxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropyldimethoxymethylsilan, 3-Glycidoxypropyldimethylmethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltributoxysilan, 1,3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxan, 1,3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethoxydisiloxan, 1,3-Bis(glycidoxypropyl)-1,3-dimethyl-1,3-dimethoxydisiloxan, 2,3-Epoxypropyltrimethoxysilan, 3,4-Epoxybutyltri methoxysilan, 6,7-Epoxyheptyltrimethoxysilan, 9,10-Epoxydecyltrimethoxysilan, 1,3-Bis(2,3-epoxypropyl)tetramethoxydisiloxan, 1,3-Bis(6,7-epoxyheptyl)tetramethoxydisiloxan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)tetramethoxydisiloxan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan und dergleichen.
  • Die tetrafunktionellen Silane, die in der Formulierung der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, werden dargestellt durch die Formel Si(OR7)4, worin R7 H ist, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatome enthält, sowie Ether davon, ein (OR7)-Carboxylat, eine -Si(OR8)3-Gruppe, worin R8 H ist, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatome enthält und Ether davon, ein (OR7)-Carboxylat oder eine andere -Si(OR8)3-Gruppe sowie Kombinationen davon. Beispiele für tetrafunktionelle Silane, die dargestellt werden durch die Formel Si(OR7)4, sind Tetramethylorthosilicat, Tetraethylorthosilicat, Tetrapropylorthosilicat, Tetraisopropylorthosilicat, Tetrabutylorthosilicat, Tetraisobutylorthosilicat, Tetrakis(methoxyethoxy)silan, Tetrakis(methoxypropoxy)silan, Tetrakis(ethoxyethoxy)silan, Tetrakis(methoxyethoxyethoxy)silan, Trimethoxyethoxysilan, Dimethoxydiethoxysilan, Triethoxymethoxysilan, Poly(dimethoxysiloxan), Poly(diethoxysiloxan), Poly(dimethoxydiethoxysiloxan), Tetrakis(trimethoxysiloxy)silan, Tetrakis(triethoxysiloxy)silan und dergleichen. Zusätzlich zu den R7- und R8-Substituenten, die vorstehend für das tetrafunktionelle Silan beschrieben wurden, können R7 und R8 zusammengenommen mit Sauerstoff (OR7) und (OR8) Carboxylat-Gruppen sein. Beispiele für tetrafunktionelle Silane mit Carboxylat-Funktionalitäten sind Siliciumtetraacetat, Siliciumtetrapropionat und Siliciumtetrabutyrat.
  • Die multifunktionellen Verbindungen, die in der Formulierung der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen können, können jede beliebige multifunktionelle Carbonsäure sein, multifunktionelles Anhydrid sowie Kombinationen davon, die mit dem epoxyfunktionellen Silan und dem tetrafunktionellen Silan der Beschichtungszusammensetzungen kompatibel sind und die zur Wechselwirkung mit den Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten aus dem epoxyfunktionellen Silan und dem tetrafunktionellen Silan in der Lage sind, um eine Beschichtungszusammensetzung bereitzustellen, die beim Härten eine weitgehend transparente, abriebfeste Beschichtung mit einer Bayer-Zahl von mindestens 5 erzeugt, wenn die vorstehend beschriebene Prüfmethode eingesetzt wird.
  • Beispiele für multifunktionelle Carbonsäuren, die als die multifunktionelle Verbindung in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, schließen ein: Äpfelsäure, Aconitsäure (cis, trans), Itaconsäure, Succinsäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Cyclohexylsuccinsäure, 1,3,5-Benzaltricarbonsäure, 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure, 1,1-Cyclohexandiessigsäure, 1,3-Cyclohexandiessigsäure, 1,3,5-Cyclohexantricarbonsäure und ungesättigte zweibasische Säuren, wie beispielsweise Fumarsäure und Maleinsäure sowie Kombinationen davon.
  • Beispiele für multifunktionelle Anhydride, die als die multifunktionelle Verbindung in den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen die cyclischen Anhydride der vorgenannten zweibasischen Säuren ein, wie beispielsweise Succinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Trimellithsäureanhydrid, Pyromellithsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Maleinsäureanhydrid sowie Kombinationen davon.
  • Die Art der Wechselwirkung zwischen dem epoxyfunktionellen Silan, dem tetrafunktionellen Silan und der multifunktionellen Verbindung und die Wirkung, die eine solche Wechselwirkung auf die Abriebfestigheit der gehärteten Beschichtung ausübt, wird nicht vollständig verstanden. Es wird jedoch angenommen, dass die multifunktionelle Verbindung als mehr als nur ein Hydrolysekatalysator für die Silane wirkt. In diesem Zusammenhang kann man vorschlagen, dass die multifunktionelle Verbindung eine spezifische Wirksamkeit im Bezug auf die Epoxyfunktionalität an dem Silan hat. Die Reaktion der Epoxy-Gruppen mit Carbonsäuren ist gut bekannt und kann entweder unter sauren oder basischen Bedingungen erfolgen. Die Carboxylat-Gruppen an der multifunktionellen Verbindung werden auch sehr wahrscheinlich eine gewisse Wirksamkeit im Bezug auf die Siliciumatome in der Matrix haben, wobei eine solche Wechselwirkung über normale Austauschreaktionen mit restlichen Alkoxid- und Hydroxid-Gruppen erfolgen kann oder alternativ über einen gewissen Hypervalenzzustand an den Siliciumatomen. Die eigentliche Wechselwirkung, welche die multifunktionelle Verbindung umfasst, kann in der Tat eine Kombination aller vorgenannten Möglichkeiten sein, die eine stark vernetzte Matrix zum Resultat haben würden. Damit wird die Matrix durch erweiterte Verbindungen unter Einbeziehung der multifunktionellen Verbindung verstärkt.
  • Als Beispiele für die Bedeutung dieser möglichen Wechselwirkungen zeigen mit nicht multifunktionellen Verbindungen hergestellte Beschichtungen, wie beispielsweise Essigsäure, nicht das gleiche hohe Maß an Stabilität und Abriebfestigkeit, wie es über die Verwendung der multifunktionellen Verbindungen erhalten wird. In diesem Fall würde eine nicht multifunktionelle Säure den gleichen Nutzen in der Beschichtungszusammensetzung wie ein Hydrolysekatalysator für die Silane haben, würde jedoch nicht die erweiterten Verbindungen bereitstellen, die mit den multifunktionellen Verbindungen für möglich gehalten werden.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind außerdem in Bezug auf Alterung sehr stabil und zwar sowohl im Bezug auf Stabilität des Verhaltens als auch im Bezug auf Lösungsstabilität. Die Alterung der Beschichtungszusammensetzungen ist gekennzeichnet durch eine allmähliche Zunahme der Viskosität, durch die die Beschichtungszusammensetzungen eventuell in Folge von Einschränkungen in der Verarbeitung unbrauchbar werden können. Untersuchungen über die Alterung haben gezeigt, dass die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung bei Lagerung bei Temperaturen von 5°C oder darunter über eine verwendbare Gebrauchsfähigkeitsdauer von 3 bis 4 Monaten haben. Während dieser Zeit nimmt die Abriebfestigkeit der Beschichtungszusammensetzung im Verlaufe der Zeit nicht wesentlich ab. Darüber hinaus haben diese Untersuchungen gezeigt, dass eine Stabilität der Beschichtungszusammensetzungen von den relativen Konzentrationen des epoxyfunktionellen Silans, des tetrafunktionellen Silans und der multifunktionellen Verbindung abhängig sind. Allgemein tragen höhere Konzentrationen des epoxyfunktionellen Silans und der multifunktionellen Verbindung zur erhöhten Stabilität des Auftragsgemisches bei. Damit trägt zusätzlich zur Schaffung einer erhöhten Abriebfestigkeit der gehärteten Beschichtungen die multifunktionelle Verbindung zu der Gesamtstabilität der Beschichtungszusammensetzungen bei.
  • Wenngleich die Beschichtungszusammensetzungen, die durch die einzigartige Kombination eines epoxyfunktionellen Silans, eines tetrafunktionellen Silans und einer multifunktionellen Verbindung erzeugt werden, die wesentliche Grundlage für die Beschichtungen mit hoher Abriebfestigkeit bilden, die durch Härten derartiger Beschichtungszusammensetzungen hergestellt werden, können die Beschichtungszusammensetzungen darüber hinaus weitere Materialien enthalten, um: (a) die Stabilität der Beschichtungszusammensetzungen zu erhöhen; (b) die Abriebfestigkeit der gehärteten Beschichtungen zu erhöhen, die mit Hilfe der Beschichtungszusammensetzungen erzeugt werden; (c) die Verarbeitung der Beschichtungszusammensetzungen zu verbessern und (d) den aus den Beschichtungszusammensetzungen erzeugten gehärteten Beschichtungen andere wünschenswerte Eigenschaften zu vermitteln.
  • In die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann ferner bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe der Beschichtungszusammensetzungen etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% einer Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten aus einem oder mehreren Silan-Additiven einbezogen werden (d.h. trifunktionelle Silane, difunktionelle Silane, monofunktionelle Silane und Mischungen davon). Die Silan-Additive, die in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung einbezogen werden können, haben die Formel R9 xSi(OR10)4-x, worin x eine Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R9 ist H oder eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe sowie Kombinationen davon; R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine Acetyl-Gruppe sowie Kombinationen davon. Beispiele für Silan-Additive, die durch die vorstehend festgelegte Formel dargestellt werden sind: Methyltrimethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Butyltrimethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan, Hexyltrimethoxysilan, Octyltrimethoxysilan, Decyltrimethoxysilan, Cyclohexyltrimethoxysilan, Cyclohexylmethyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Allyltrimethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, 2-(3-Cyclohexenyl)ethyltrimethoxysilan, 3-Cyanopropyltrimethoxysilan, 3-Chlorpropyltrimethoxysilan, 2-Chlorethyltrimethoxysilan, Phenethyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, 3-Isocyanopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethuxysilan, 4-(2-Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilan, Chlormethyltriethoxysilan, 2-Chlorethyltriethoxysilan, 3-Chlorpropyltriethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Ethyltriethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Butyltriethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan, Hexyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Decyltriethoxysilan, Cyclohexyltriethoxysilan, Cyclohexylmethyltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Allyltriethoxysilan, [2-(3-Cyclohexenyl)ethyltriethoxysilan, 3-Cyanopropyltriethoxysilan, 3-Methacrylamidopropyltriethoxysilan, 3-Methoxypropyltrimethoxysilan, 3-Ethoxypropyltrimethoxysilan, 3-Propoxypropyltrimethoxysilan, 3-Methoxyethyltrimethoxysilan, 3-Ethoxyethyltrimethoxysilan, 3-Propoxyethyltrimethoxysilan, 2-[Methoxy-(polyethylenoxy)propyl]heptamethyltrisiloxan, [Methoxy(polyethylenoxy)propyl]trimethoxysilan, [Methoxy(polyethylenoxy)ethyl]trimethoxysilan, [Methoxy(polyethylenoxy)propyl]triethoxysilan, [Methoxy(polyethylenoxy)ethyl]triethoxysilan.
  • Die Wahl der Silan-Additive sowie die Menge dieser Silan-Additive, die in die Beschichtungszusammensetzungen eingearbeitet werden, hängen von den speziellen Eigenschaften ab, die der jeweiligen Beschichtungszusammensetzung oder der gehärteten Beschichtungszusammensetzung vermittelt oder als solche verstärkt werden soll. Wenn beispielsweise als das Silan-Additiv das difunktionelle Silan Dimethyldimethoxysilan zum Einsatz gelangt und in die Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 10% oder weniger bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung eingearbeitet wird, wird die Viskositätszunahme während der Alterung der Beschichtungszusammensetzung stark vermindert, ohne die resultierende Abriebfestigkeit der gehärteten Beschichtung in größerem Maße zu beeinträchtigen.
  • In bestimmten Anwendungen ist es nützlich, der Beschichtungszusammensetzung kolloidales Siliciumdioxid zuzugeben. Kolloidales Siliciumdioxid ist kommerziell verfügbar unter einer Reihe von verschiedenen Warenzeichen und einschließend: Nalcoag® (Nalco Chemical Co., Naperville, IL); Nyacol® (Nyacol Products, Inc., Ashland, MA); Snowtex® (Nissan Chemical Industries, Ltd., Tokio, Japan); Ludox® (DuPont Company, Wilmington, Delaware) und Highlink OG® (Hoechst Celanese, Charlotte, NC). Bei dem kolloidalen Siliciumdioxid handelt es sich um eine wässrige oder organische Lösemitteldispersion von partikulärem Siliciumdioxid, wobei die verschiedenen Produkte sich hauptsächlich hinsichtlich der Partikelgröße, der Konzentration des Siliciumdioxids, des pH-Werts, des Vorhandenseins von stabilisierenden Ionen, des Lösemittelaufbaus und dergleichen unterscheiden. Für den Fachmann auf dem Gebiet gilt als selbstverständlich, dass durch die Wahl von unterschiedlichen kolloidalen Siliciumdioxiden stark differierende Produkteigenschaften erhalten werden können.
  • Kolloidales Siliciumdioxid wird, wenn es einer Beschichtungszusammensetzung zugegeben wird, als ein reaktionsfähiges Material betrachtet. Die Oberfläche des Siliciumdioxids ist mit an Silicium gebundenen Hydroxyl-Teilen bedeckt, von denen einige deprotoniert sind, die mit Materialien in der Beschichtungszusammensetzung wechselwirken können. Der Umfang dieser Wechselwirkungen wird von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt, einschließlich das Lösemittelsystem, der pH-Wert, die Konzentration und die Ionenkonzentration. Außerdem beeinflusst der Herstellungsprozess diese Wechselwirkungen. Für den Fachmann auf dem Gebiet gilt daher als anerkannt, dass kolloidales Siliciumdioxid in die Beschichtungsformulierung in unterschiedlichen Möglichkeiten mit unterschiedlichen Ergebnissen zugegeben werden kann.
  • In den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann kolloidales Siliciumdioxid den Beschichtungszusammensetzungen in einer Vielzahl von verschiedenen Weisen zugegeben werden. In einigen Fällen ist es wünschenswert, das kolloidale Siliciumdioxid in dem letzten Schritt der Reaktionsfolge zuzugeben. In anderen Fällen wird kolloidales Siliciumdioxid in dem ersten Schritt der Reaktionsfolge zugegeben. In nach anderen Fällen kann kolloidales Siliciumdioxid in einem Zwischenschritt in der Folge zugegeben werden.
  • Es ist festgestellt worden, dass der Zusatz von kolloidalem Siliciumdioxid zu den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung die Abriebfestigkeit der gehärteten Beschichtungszusammensetzungen weiter erhöhen kann und einen weiteren Beitrag zur Gesamtstabilität der Beschichtungszusammensetzungen leisten kann. Die auffälligsten Ergebnisse sind unter Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid auf wässriger Basis erhalten worden, d.h. wässrige Mischungen von kolloidalem Siliciumdioxid, die einen pH-Wert größer als 7 haben. In diesen Fällen wird der hohe pH-Wert durch eine höhere Konzentration eines stabilisierenden Gegenions erzielt, wie beispielsweise das Natrium-Kation. Gehärtete Beschichtungen, die aus den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung formuliert werden und basische kolloidale Siliciumdioxide enthalten, haben eine Abriebfestigkeit gezeigt, die mit denen einer katalysierten Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung vergleichbar ist (d.h. eine Zusammensetzung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten aus einem epoxyfunktionellen Silan, einem tetrafunktionellen Silan, einer multifunktionellen Verbindung und eines Katalysators, wie beispielsweise Natriumhydroxid), wobei jedoch die Beschichtungszusammensetzungen, die kolloidales Siliciumdioxid enthalten, eine erhöhte Stabilität im Bezug auf die katalysierten Zusammensetzungen haben, die kein kolloidales Siliciumdioxid enthalten.
  • In der gleichen Weise ist es ebenfalls möglich, andere Metalloxide den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zuzusetzen. Derartige Zusätze können anstelle oder zusätzlich zu etwaigen Zugaben von kolloidalem Siliciumdioxid erfolgen. Metalloxide lassen sich den erfindungsgemäßen Beschichtungen zusetzen, um der gehärteten Beschichtung spezielle Eigenschaften zu vermitteln oder diese zu verbessern, wie beispielsweise Abriebfestigkeit, Brechzahl, antistatische Eigenschaften, Antireflexeigenschaften, Wetterfestigkeit, usw. Für den Fachmann auf dem Gebiet gilt als anerkannt, dass ähnliche Überlegungen, die für die Zugaben von kolloidalem Siliciumdioxid gelten, allgemeiner auch für Zugaben des Metalloxids Gültigkeit haben.
  • Beispiele von Metalloxiden, die den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zugegeben werden können, schließen Siliciumdioxid ein, Zirconiumdioxid, Cerdioxid, Zinnoxid und Mischungen davon.
  • Die Menge des in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingearbeiteten kolloidalen Siliciumdioxids kann stark variieren und wird in der Regel von den gewünschten Eigenschaften der gehärteten Beschichtung abhängen, die aus den Beschichtungszusammensetzungen erzeugt wird, sowie von der angestrebten Stabilität der Beschichtungszusammensetzungen. In ähnlicher Weise kann die Menge der in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingearbeiteten Metalloxide stark variieren und wird in der Regel von den gewünschten Eigenschaften der gehärteten Beschichtung abhängen, die von den Beschichtungszusammensetzungen erzeugt wird, sowie von der angestrebten Stabilität der Beschichtungszusammensetzungen.
  • Sofern kolloidales Siliciumdioxid und/oder Metalloxide zugegeben werden, ist es wünschenswert, bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% Feststoffe des kolloidalen Siliciumdioxids und/oder der Metalloxide zuzusetzen. Das kolloidale Siliciumdioxid und/oder die Metalloxide werden in der Regel eine Partikelgröße im Bereich von 2 bis 150 Nanometer Durchmesser haben und, was wünschenswerter ist, eine Partikelgröße im Bereich von etwa 2 bis 50 Nanometer.
  • Obgleich ein Katalysator kein wesentlicher Inhaltsstoff der vorliegenden Erfindung ist, kann die Zugabe eines Katalysators Abriebfestigkeit und andere Eigenschaften der Beschichtung beeinflussen, einschließlich Stabilität, Färbevermögen, Porosität, kosmetische Eigenschaften, Alkalibeständigkeit, Wasserfestigkeit und dergleichen. Die Menge des zur Anwendung gelangenden Katalysators kann stark variieren, wobei die Menge, sofern dieser vorhanden ist, in der Regel ausreichend sein wird, um etwa bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung 0,1% bis etwa 10 Gew.-% bereitzustellen.
  • Beispiele für Katalysatoren, die in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden können, sind: (i) Metallacetylacetonate, (ii) Diamide, (iii) Imidazole, (iv) Amine und Ammoniumsalze, (v) organische Sulfonsäuren und deren Aminsalze, (vi) Alkalimetallsalze von Carbonsäuren, (vii) Alkalimetallhydroxide und (viii) Fluoridsalze. Damit schließen Beispiele derartiger Katalysatoren für die Gruppe (i) solche Verbindungen ein, wie beispielsweise Aluminium-, Zink-, Eisen- und Cobaltacetylacetonate; für die Gruppe (ii) Dicyandiamide; für die Gruppe (iii) solche Verbindungen, wie beispielsweise 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol und 1-Cyanoethyl-2-propylimidazol; für die Gruppe (iv) solche Verbindungen, wie beispielsweise Benzyldimethylamin und 1,2-Diaminocyclohexan; für die Gruppe (v) solche Verbindungen, wie beispielsweise Trifluormethansulfonsäure; für die Gruppe (vi) solche Verbindungen, wie beispielsweise Natriumacetat; für die Gruppe (vii) solche Verbindungen, wie beispielsweise Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; sowie für Gruppe (viii) Tetra-n-butylammoniumfluorid und dergleichen.
  • Eine wirksame Menge eines Einebnungsmittels oder Verlaufmittels kann in die Zusammensetzung eingearbeitet werden, um die Zusammensetzung auf der Oberfläche des Substrats gleichmäßiger auszubreiten oder zu ebnen und einen weitgehend gleichmäßigen Kontakt mit dem Substrat zu schaffen. Die Menge des Einebnungsmittels oder Verlaufmittels kann stark variieren, wird in der Regel jedoch eine ausreichende Menge sein, um der Beschichtungszusammensetzung etwa 10 bis etwa 5.000 ppm des Einebnungsmittels oder Verlaufmittels bereitzustellen. Zum Einsatz kann jedes beliebige konventionelle und kommerziell verfügbare Einebnungsmittel oder Verlaufmittel gelangen, das mit der Beschich tungszusammensetzung und dem Substrat kompatibel ist und das in der Lage ist, die Beschichtungszusammensetzung auf einem Substrat zu ebnen und das Benetzen zwischen der Beschichtungszusammensetzung und dem Substrat verbessert. Die Verwendung von Einebnungsmitteln und Verlaufmitteln ist auf dem Fachgebiet gut bekannt und wurde beschrieben in dem Handbuch "Handbook of Coating Additives" (Herausg. Leonard J. Calbo, Autor Marcel Dekker), S. 119–145.
  • Beispiele für derartige Einebnungsmittel oder Verlaufmittel, die in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden können, schließen organische Polyether ein, wie beispielsweise TRITON X-100, X-405, N-57 von Rohm and Haas, Silicone, wie beispielsweise "Paint Additive 3", "Paint Additive 29", "Paint Additive 57" von Dow Corning, SILWET L-77 und SILWET L-7600 von OSi Specialties und Fluor-Tenside, wie beispielsweise FLUORAD FC-171, FLUORAD FC-430 und FLUORAD FC-431 von der 3M Corporation.
  • Zusätzlich können den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung weitere Additive zugegeben werden, um die Einsatzfähigkeit der Beschichtungszusammensetzungen oder der durch Härten der Beschichtungszusammensetzungen erzeugten Beschichtungen zu verbessern. Beispielsweise können Ultraviolettabsorber, Antioxidantien und dergleichen in die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nach Erfordernis eingearbeitet werden.
  • Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung lassen sich mit Hilfe einer Vielzahl von Prozessen herstellen, um stabile Beschichtungszusammensetzungen zu gewähren, die beim Härten weitgehend transparente Beschichtungen erzeugen, die über eine verbesserte Abriebfestigkeit verfügen. Beispielsweise können das epoxyfunktionelle Silan, das tetrafunktionelle Silan und die multifunktionelle Verbindung der wässrig-organischen Lösemittellösung zugegeben werden und für eine wirksame Zeitdauer gerührt werden, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen, die über eine verbesserte Stabilität verfügt. Nach dem Härten verfügen derartige Beschichtungszusammensetzungen über Bayer-Zahlen im Bereich von etwa 6 bis etwa 8 bei Einsatz der Prüfmethode, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Allerdings werden durch Einbau eines Katalysators in die wässrig-organischen Lösemittelgemische, die das epoxyfunktionelle Silan, das tetrafunktionelle Silan und die multifunktionelle Verbindung enthalten, die Bayer-Zahlen der gehärteten Beschichtungen, die aus derartigen Beschichtungszusammensetzungen erzeugt werden, bis zu einem Bereich von etwa 8 bis etwa 15 bei Einsatz der Prüfmethode erhöht, wie sie vorstehend beschrieben wurde.
  • Wenn ein wässriges Hydrolysat aus dem epoxyfunktionellen Silan mit einer Lösung der multifunktionellen Verbindung gemischt und mit dem tetrafunktionellen Silan vereint wird, wird eine Beschichtungszusammensetzung erzeugt, die nach dem Härten eine Bayer-Zahl von etwa 7 hat, wenn man die vorstehend beschriebene Prüfmethode einsetzt.
  • Wenn ein tetrafunktionelles Silan-Hydrolysat in Gegenwart der multifunktionellen Verbindung oder anderer Säure und dem wässrig-organischen Gemisch erzeugt wird und die epoxyfunktionelle Komponente diesem Gemisch zugegeben wird, wird eine Beschichtungszusammensetzung erhalten, die nach dem Härten eine Bayer-Zahl von etwa 7 liefert, wenn man die hierin beschriebene Prüfmethode einsetzt.
  • Wenn eine Mischung des tetrafunktionellen Silans und der multifunktionellen Verbindung hydrolysiert wird und behandelt wird mit einer wirksamen Menge von Natriumhydroxid und anschließend ein wässriges Hydrolysat des epoxyfunktionellen Silans zugemischt wird, hat die resultierende gehärtete Beschichtungszusammensetzung eine Bayer-Zahl von etwa 14, wenn man die vorstehend beschriebene Prüfmethode einsetzt.
  • Aus dem Vorgenannten wird für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass zahlreiche Methoden zum Herstellen der Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können und dass derartige Zusammensetzungen, wenn sie gehärtet sind, Beschichtungen liefern, die über eine verbesserte Abriebfestigkeit verfügen. Darüber hinaus verfügen die Beschichtungszusammensetzungen über eine gewünschte Stabilität, die deren Gebrauchsfähigkeit verbessert. Allerdings lassen sich durch Abänderung des Verfahrens zum Herstellen derartiger Zusammensetzungen Produkteigenschaften, wie beispielsweise Stabilität und Abriebfestigkeit, d.h. die Bayer-Zahl, beeinflussen.
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch festen Substraten mit Hilfe konventioneller Methoden aufgebracht werden, wie beispielsweise Fließbeschichten, Spritzbeschichten, Vorhangbeschichten, Tauchbeschichten, Schleuderbeschichten, Walzenbeschichten, usw., um einen zusammenhängenden Oberflächenfilm zu erzeugen. Mit den Zusammensetzungen kann jedes beliebige Substrat beschichtet werden, das mit den Zusammensetzungen kompatibel ist, wie beispielsweise Kunststoffmaterialien, Holz, Papier, Metall, bedruckte Oberflächen, Leder, Glas, Keramik, Glaskeramik, Materialien auf Mineralbasis und Textilien. Besonders verwendbar sind die Zusammensetzungen als Beschichtungen für synthetische organische Polymersubstrate in flächiger Form oder Folienform, wie beispielsweise Acrylpolymere, Poly(ethylentere phthalat), Polycarbonate, Polyamide, Polyimide, Copolymere von Acrylnitril/Styrol, Styrol/Acrylnitril/Butadien-Copolymere, Polyvinylchlorid, Butyrate, Polyethylen und dergleichen. Bei diesen Zusammensetzungen beschichtete transparente polymere Materialien sind verwendbar als flache oder gekrümmte Umhäusungen, wie beispielsweise Fenster, Oberlichter und Windschutzscheiben, und speziell für Transporteinrichtungen. Kunststofflinsen, wie beispielsweise ophthalmologische Linsen aus Acrylharz oder Polycarbonat, können ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen beschichtet werden.
  • Durch Wahl einer geeigneten Formulierung, geeigneter Anwendungsbedingungen und Vorbehandlung (einschließlich die Verwendung von Haftvermittlern) des Substrats können die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung auf im Wesentlichen allen festen Oberflächen zum Haften gebracht werden. Abriebfeste Beschichtungen, die über Bayer-Zahlen von mindestens 5 unter Einsatz der vorstehend beschriebenen Prüfmethode verfügen, lassen sich durch Warmhärten bei Temperaturen im Bereich von 50° bis 200°C für eine Dauer von etwa 5 min bis 18 Stunden erhalten. Die Beschichtungsdicke kann mit Hilfe der speziellen Auftragsmethode variiert werden, wobei jedoch im Allgemeinen Beschichtungen genutzt werden, die eine Dicke von 0,5 bis 20 μm und mehr bevorzugt von etwa 1 bis 10 μm haben.
  • Um die vorliegende Erfindung weiter zu veranschaulichen, werden die folgenden Beispiele geboten. Es gilt als selbstverständlich, dass die Beispiele ausschließlich für veranschaulichende Zwecke dienen und nicht als den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung einschränkend auszulegen sind. Die Eigenschaften der Abriebfestigkeit der durch Härten der Beschichtungszusammensetzungen erzeugten Beschichtungen, die entsprechend den folgenden Beispielen hergestellt wurden, wurden unter Anwendung der Abänderung der Schwingschleif-Prüfmethode (ASTM F735-81) ermittelt, wie sie vorstehend beschrieben wurde.
  • Beispiele
  • Prozeduren
    • A. Es wurden geätzte Linsen aus Poly(diethylenglykol-bis-allylcarbonat) (bezeichnet als ADC-Linsen) zum Beschichten und Prüfen verwendet. Die ADC-Linsen wurden für eine Dauer von etwa 10 min durch Kontakt mit einer 10%igen Kaliumhydroxidlösung geätzt, die Propylenglykolmethylether und Wasser enthielt. Der Propylenglykolmethylether und das Wasser waren in der Kaliumhydroxidlösung in einem Volumenverhältnis von 1:1 vorhanden. Die Beschichtung der Linsen mit den Beschichtungszusammensetzungen wurde durch Tauchbeschichten der geätzten Linsen mit einer Herausziehgeschwindigkeit von 6 inch pro Minute erzielt. Die beschichteten Linsen wurden sodann für 3 Stunden bei 120°C gehärtet. Die Linsen wurden unter Anwendung einer Abänderung der Schwingschleif-Prüfmethode, wie sie vorstehend beschrieben wurde, getestet und für jede Beschichtung eine Bayer-Zahl ermittelt.
    • B. Zum Beschichten und Testen wurden grundierte Polycarbonat-Linsen (bezeichnet als PC-Linsen) verwendet. Die PC-Linsen wurden mit SDC-Primer XF-1107 (kommerziell verfügbar bei SDC Coatings, Inc., Anaheim, Kalifornien) unter Anwendung einer Herausziehgeschwindigkeit von 2 inch pro Minuten grundiert, gefolgt von einer Lufttrocknung für 30 min, um eine Grundierungsschicht von etwa 0,5 μm zu schaffen. Das Beschichten der Linsen mit den Beschichtungszusammensetzungen wurde durch Tauchbeschichten der grundierten Linsen mit einer Herausziehgeschwindigkeit von 18 inch pro Minute vorgenommen. Die beschichteten Linsen wurden sodann für 4 Stunden bei 130°C gehärtet. Die Linsen wurden unter Anwendung einer Variation der Schwingschleif-Prüfmethode, wie sie vorstehend beschrieben wurde, getestet und für jede Beschichtung eine Bayer-Zahl ermittelt.
  • Beispiel 1A
  • Es wurden 464 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan langsam zu 767 g deionisiertem Wasser unter Rühren zugesetzt. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch wurde für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Anschließend wurden dem wässrigen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch stromweise 69,6 g Itaconsäure aufgelöst in 767 g Propylenglykolmethylether zugegeben. Das Gemisch wurde sodann für 30 min gerührt und anschließend 1.021 g Tetraethylorthosilicat langsam zugegeben, um einen resultierenden Ansatz zu erhalten, der unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung über Nacht gerührt wurde.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen eine Bayer-Zahl von etwa 6,7 hatten.
  • Beispiel 1B
  • Es wurden 380 g der Beschichtungszusammensetzung von Beispiel 1A mit 0,9 g Benzyldimethylamin behandelt und für etwa 2 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,3 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 8,3 hatten.
  • Beispiel 1C
  • Es wurden 380 g der Beschichtungszusammensetzung von Beispiel 1A mit 1,2 g einer 19%igen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung behandelt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,4 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 10,5 hatten.
  • Die Beispiele 1B und 1C veranschaulichen die zusätzliche Verwendung eines Katalysators mit der Beschichtungszusammensetzung von Beispiel 1A, worin die Abriebfestigkeit verbessert wurde, wenn in die Beschichtungszusammensetzung ein Katalysator einbezogen wurde.
  • Beispiel 2A
    • A) Es wurden 496 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu 820 g deionisiertem Wasser zugesetzt. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch wurde für näherungsweise 1 Stunde gerührt.
    • B) Es wurden 200 g Propylenglykolmethylether und 18,2 g Glutarsäure zu 319 g des wässrigen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisches aus dem vorgenannten Schritt A gegeben und für näherungsweise 15 min gerührt, um einen Ansatz zu erzeugen. Zu diesem Ansatz wurden 264,5 g Tetraethyl orthosilicat gegeben und näherungsweise 17 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 7,9 hatten.
  • Beispiel 2B
  • Es wurden 400 g der Beschichtungszusammensetzung aus Beispiel 2A mit 0,9 g Benzyldimethylamin behandelt und für etwa 6 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 12,2 hatten.
  • Beispiel 3A
  • Es wurden 200 g Propylenglykolmethylether und 13,7 g Succinsäureanhydrid zu 319 g des wässrigen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisches (Schritt A) von Beispiel 2A gegeben und für näherungsweise 15 min rühren gelassen, um einen Ansatz zu erzeugen. Zu diesem Ansatz wurden 264,5 g Tetraethylorthosilicat zugegeben und näherungsweise 17 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 6,2 hatten.
  • Beispiel 3B
  • Es wurden 400 g der Beschichtungszusammensetzung aus Beispiel 3A mit 0,9 g Benzyldimethylamin behandelt und für etwa 6 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 14,4 hatten.
  • Beispiel 4A (Vergleichsbeispiel.
  • Es wurden 116 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan langsam zu 191,8 g deionisiertem Wasser zugesetzt. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch wurde für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Anschließend wurden stromweise 16 g Essigsäure in 191,8 g Propylenglykolmethylether dem wässrigen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch zugegeben. Die Mischung wurde sodann für 15 min gerührt und 255,3 g Tetraethylorthosilicat langsam zugegeben, um einen resultierenden Ansatz zu schaffen, der näherungsweise 17 Stunden unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung gerührt wurde.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 4,4 hatten.
  • Beispiel 4 zeigte im Gegensatz zu den Beispielen 1A, 2A und 3A die Bedeutung der multifunktionellen Verbindung in Bezug auf das Erreichen von Bayer-Zahlen von mindestens 5, wenn derartige Beschichtungszusammensetzungen unter Anwendung der vorstehend beschriebenen modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode getestet wurden.
  • Beispiel 5
  • Es wurden 378 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu 653 g deionisiertem Wasser zugegeben und für etwa 18 Stunden gerührt. Es wurden 30,8 g einer 12 gew.-%igen Lösung Itaconsäure in Propylenglykolmethylether zu 98,5 g des wässrigen 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisches unter Rühren zugesetzt. Sodann wurden 100,8 g Tetra-n-propylorthosilicat zugesetzt. Das Gemisch wurde für 12 Stunden gerührt und 19 g Propylenglykolmethylether zugegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen. Die Beschichtungszusammensetzung wurde für 7 Tage bei 5°C gealtert.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 8,6 hatten.
  • Beispiel 5 veranschaulicht die Verwendung eines anderen tetrafunktionellen Silans als Tetraethylorthosilicat und zeigt die Allgemeingültigkeit der vorliegenden Erfindung im Bezug auf das tetrafunktionelle Silan.
  • Beispiel 6A (Vergleichsbeispiel)
  • Es wurden 116 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu 191,8 g deionisiertem Wasser zugesetzt. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch wurde für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Es wurden 17,4 g Itaconsäure in 191,8 g Propylenglykolmethylether stromweise zugegeben und für näherungsweise 15 min unter Erzeugung eines Ansatzes gerührt. Es wurden 216,6 g Nalco N-1042 als kolloidales Siliciumdioxid zugesetzt und für näherungsweise 17 Stunden gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 3,0 hatten.
  • Beispiel 6B (Vergleichsbeispiel)
  • Es wurden 0,9 g Benzyldimethylamin zu 380 g der Beschichtungszusammensetzung aus Beispiel 6A zugegeben und für etwa 2 Stunden unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung rühren gelassen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 2,4 hatten.
  • Die Beispiele 6A und 6B veranschaulichen die Bedeutung des Vorhandenseins des tetrafunktionellen Silans in den Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung im Bezug auf das Erhalten von Bayer-Zahlen von mindestens 5 auf der gehärteten Beschichtung, wenn diese Beschichtungszusammensetzungen unter Anwendung der modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung getestet wurden.
  • Beispiel 7
  • Es wurden 118,5 g Tetraethylorthosilicat tropfenweise zu 9,1 g Itaconsäure, 100,9 g Wasser und 100,9 g Propylenglykolmethylether gegeben, die unter Erzeugung eines wässrig-organischen Lösemittelgemisches gerührt wurden. Das wässrig-organische Lösemittelgemisch wurde für 4 Stunden gerührt. Es wurden 67,2 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan tropfenweise zugegeben und für etwa 14 Stunden unter Erzeugung eines Ansatzes gerührt. Es wurden 0,03 g eines Silicons als Einebnungsmittel (PA-57 von Dow Corning, Midland, Michigan) in 0,27 g Propylenglykolmethylether unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung zugegeben.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf grundierte PC-Linsen nach der Prozedur B aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die grundierten PC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 6,4 hatten.
  • Beispiel 8
  • Es wurden 86,1 g Tetraethylorthosilicat tropfenweise zu 10,6 g Itaconsäure, 112,5 g Wasser und 112,5 g Propylenglykolmethylether gegeben, die unter Erzeugung eines wässrig-organischen Lösemittelgemisches gerührt wurden. Das wässrig-organische Lösemittelgemisch wurde für 4 Stunden gerührt. Es wurden 78,3 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan tropfenweise zugegeben und für etwa 14 Stunden unter Erzeugung eines Ansatzes gerührt. Es wurden 0,03 g eines Silicons als Einebnungsmittel (PA-57) in 0,27 g Propylenglykolmethylether unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung zugegeben.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf grundierte PC-Linsen nach der Prozedur B aufgetragen, um eine Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 5,3 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die grundierten PC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 5,3 hatten.
  • Beispiel 9
  • Es wurden 74,8 g Tetraethylorthosilicat tropfenweise zu 9,1 g Itaconsäure, 114,6 g Wasser und 114,6 g Propylenglykolmethylether gegeben, die unter Erzeugung eines wässrig-organischen Lösemittelgemisches gerührt wurden. Das wässrig-organische Lösemittelgemisch wurde für 4 Stunden gerührt. Es wurden 84,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan tropfenweise zugegeben und für etwa 14 Stunden unter Erzeugung eines Ansatzes gerührt. Es wurden 0,03 g eines Silicons als Einebnungsmittel (PA-57) in 0,27 g Propylenglykolmethylether unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung zugegeben.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf grundierte PC-Linsen nach der Prozedur B aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die grundierten PC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 5,4 hatten.
  • Die folgenden Beispiele 10A bis 12E veranschaulichen Verfahrensvariationen, die bei der Formulierung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung mit verbesserter Abriebfestigkeit eingesetzt werden können.
  • Beispiel 10A
  • Es wurden 116,0 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 255,3 g Tetraethylorthosilicat, 17,4 g Itaconsäure und 191,8 g Propylenglykolmethylether unter Rühren in einem einzigen Gemisch vereint. Es wurden 191,8 g Wasser zugegeben, um eine resultierende Mischung anzusetzen. Die Mischung wurde sodann für 17 Stunden unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung gerührt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 7,5 hatten.
  • Beispiel 10B
  • Es wurden 0,9 g Benzyldimethylamin zu 380 g der Beschichtungszusammensetzung von Beispiel 10A zugesetzt und für etwa 6 Stunden gerührt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 10,7 hatten.
  • Beispiel 11
  • Es wurden 45,4 g Itaconsäure, 723,1 g Propylenglykolmethylether unter Rühren und unter Erzeugung eines resultierenden Gemisches vereint. Anschließend wurden 375,4 g deionisiertes Wasser unter Erzeugung eines wässrig-organischen Lösemittelansatzes zugesetzt. Es wurden 726,1 g Tetraethylorthosilicat zu dem Ansatz zugegeben und für 24 Stunden gerührt. Sodann wurden 329,6 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zugegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 1,5 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 7,4 hatten.
  • Beispiel 12A
    • A) Es wurden 188,9 g Tetraethylorthosilicat zu einer Mischung von 212 g deionisiertem Wasser, 86,7 g Propylenglykolmethylether und 11,8 g Itaconsäure zugegeben und das resultierende Gemisch für 18 Stunden gerührt und bei 5°C aufbewahrt.
    • B) Es wurden 476,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu 273,7 g deionisiertem Wasser gegeben und das resultierende Gemisch für 18 Stunden gerührt und bei 5°C aufbewahrt.
    • C) Es wurden 67,4 g des in dem vorgenannten Schritt B erzeugten Gemisches zu 250 g des in dem vorgenannten Schritt A erzeugten Gemisches gegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen. Die Beschichtungszusammensetzung wurde für 24 Stunden gerührt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 1,3 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 9,3 hatten.
  • Beispiel 12B
  • Es wurden 10,34 ml einer wässrigen 0,105 M Natriumhydroxidlösung zu 250 g des vorgenannten Gemisches A aus Beispiel 12A bis zu einem End-pH von 3,4 gegeben. Das Gemisch wurde für 18 Stunden gerührt. Es wurden 67,4 g des Gemisches B (Beispiel 12A) sodann zu diesem Gemisch unter Erzeugung eines Ansatzes zugesetzt. Der Ansatz wurde für 24 Stunden gerührt. Sodann wurden 163,9 g-Aliquot des Ansatzes mit 37,3 g Propylenglykolmethylether zur Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung verdünnt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,4 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 13,9 hatten.
  • Beispiel 12C
  • Es wurden 1.312,1 g Tetraethylorthosilicat zu einer Mischung von 82,1 g Itaconsäure, 639,1 g Wasser und 1.005 g Propylenglykolmethylether gegeben, um ein wässrig-organisches Lösemittelgemisch anzusetzen. Dieses Gemisch wurde für 18 Stunden gerührt. 115,4 g des vorgenannten Gemisches B von Beispiel 12A wurden zu 364,6 g des wässrig-organischen Lösemittelgemisches gegeben. Das Gemisch wurde für 18 Stunden unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung gerührt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 8,7 hatten.
  • Beispiel 12D
  • Es wurde Benzyldimethylamin tropfenweise zu der in Beispiel 12C beschriebenen Beschichtungszusammensetzung gegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung mit einem pH-Wert von 4,2 zu erhalten.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 1,8 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 10,1 hatten.
  • Beispiel 12E
  • Es wurde eine 1 M wässrige Natriumhydroxidlösung tropfenweise zu der in Beispiel 12C beschriebenen Beschichtungszusammensetzung gegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung mit einem pH-Wert von 3,6 zu erhalten.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 1,7 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 10,3 hatten.
  • Die Beispiele 12D und 12E veranschaulichen die Verwendung eines Katalysators mit der vollständig angesetzten Beschichtung von Beispiel 12C.
  • Beispiel 13
  • Unter Einhaltung der in Beispiel 1 beschriebenen Prozedur wurden 61,4 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 96,4 g Wasser, 88,7 g Propylenglykolmethylether, 9,2 g Itaconsäure und 128,3 g Tetraethylorthosilicat zu einem Ansatz vereint. Zu diesem Ansatz wurden 13 g Nalco 1115 als kolloidales Siliciumdioxid unter Gießen und Rühren über Nacht zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 1,9 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 9,8 hatten.
  • Beispiel 14
  • Unter Einhaltung der in Beispiel 1 beschriebenen Prozedur wurden 61,9 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 87,2 g Wasser, 87,1 g Propylenglykolmethylether, 9,3 g Itaconsäure und 116,1 g Tetraethylorthosilicat zu einem Ansatz vereint. Zu diesem Ansatz wurden 38,7 g Nalco 1115 als kolloidales Siliciumdioxid unter Gießen und Rühren über Nacht zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,0 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 12,6 hatten.
  • Beispiel 15
  • Unter Einhaltung der in Beispiel 1 beschriebenen Prozedur wurden 61,2 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 75,8 g Wasser, 83,7 g Propylenglykolmethylether, 9,2 g Itaconsäure und 101 g Tetraethylorthosilicat zu einem Ansatz vereint. Zu diesem Ansatz wurden 64,7 g Nalco 1115 als kolloidales Siliciumdioxid unter Gießen und Rühren über Nacht zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 11 hatten.
  • Beispiel 16
  • Es wurden 17,4 g Itaconsäure, 106 g Wasser und 225,9 Propylenglykolmethylether unter Erzeugung eines Gemisches vereint. Anschließend wurden 223,3 g Tetraethylorthosilicat tropfenweise dem Gemisch unter Rühren zur Erzeugung eines ersten Ansatzes zugesetzt. Der erste Ansatz wurde sodann für näherungsweise 2 Stunden gerührt. Unter Gießen wurden rasch 61,4 g Nalco 1115 als kolloidales Siliciumdioxid zugegeben, um einen zweiten Ansatz zu erzeugen. Der zweite Ansatz wurde sodann für etwa 15 min gerührt und 116 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan tropfenweise zugesetzt, um einen resultierenden dritten Ansatz zu schaffen, der für näherungsweise 14 Stunden gerührt wurde. Es wurden 0,06 g eines Silicon-Einebnungsmittels (PA-57) in 0,5 g Propylenglykolmethylether zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 11,6 hatten.
  • Beispiel 17
  • Es wurden 153,1 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan langsam zu 181,1 g Nalco 1115 als kolloidales Siliciumdioxid, 100,5 g Wasser und 5 g Itaconsäure gegeben, die konstant gerührt wurden. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan-Gemisch wurde sodann für eine Stunde gerührt. Es wurden 324,4 g Propylenglykolmethylether und zusätzlich 16 g Itaconsäure zugesetzt. Sodann wurden 220 g Tetraethylorthosilicat zu dem Gemisch zugegeben, gefolgt von weiteren 50 g Propylenglykolmethylether und anschließend über Nacht gerührt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,4 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 13,6 hatten.
  • Beispiel 18
  • Es wurden 153,1 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan langsam zu einer Mischung von 90,5 g Ludox HS-30 als kolloidales Siliciumdioxid (DuPont Company, Wilmington, Delaware), 190 g Wasser und 5 g Itaconsäure zugegeben, die konstant gerührt wurde. Das 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan-Gemisch wurde sodann für näherungsweise 2 Stunden gerührt. Sodann wurden 325,4 g Propylenglykolmethylether und zusätzlich 16 g Itaconsäure zu dem 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilangemisch gegeben und für eine weitere Stunde unter Erzeugung eines Ansatzes gerührt. Es wurden 110 g Tetraethylorthosilicat langsam zu einem 390 g-Aliquot des Ansatzes gegeben, während der Ansatz konstant gerührt wurde. Das resultierende Gemisch wurde über Nacht unter Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung gerührt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,4 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 8,4 hatten.
  • Beispiel 19
  • Es wurden 132,0 g Tetraethylorthosilicat zu einer Lösung von 12,6 g Itaconsäure in einer Mischung von 114,0 g Isopropanol und 114 g deionisiertem Wasser gegeben. Die Mischung wurde für 3 Stunden gerührt. Es wurden 54,3 g Ludox HS-30 als kolloidales Siliciumdioxid zugesetzt, gefolgt von weiteren 80 g Isopropanol. Sodann wurden 91,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan dieser Mischung zugegeben und für etwa 18 Stunden gerührt. Es wurden 75 ppm eines Silicon-Einebnungsmittels (PA-57) zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 3,0 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 7,9 hatten.
  • Die Beispiele 13 bis 19 veranschaulichen die Zugabe von kolloidalem Siliciumdioxid zu den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die aus einem epoxyfunktionellen Silan, einem tetrafunktionellen Silan und einer multifunktionellen Verbindung angesetzt waren, um Zusammensetzungen zu erzeugen, die beim Härten über verbesserte Eigenschaften der Abriebfestigkeit verfügten.
  • Beispiele 16 bis 19 veranschaulichen außerdem die optionale Verwendung zweier unterschiedlicher Typen von basischen kolloidalem Siliciumdioxid und möglichen Variationen in den Mischfolgen.
  • Beispiel 20
  • Es wurden 18,9 g Methyltrimethoxysilan langsam zu 56,3 g Wasser zugegeben, die konstant gerührt wurden. Sodann wurden 19,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu dieser Lösung zugegeben und für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Es wurden zu der Mischung 4,5 g Itaconsäure voraufgelöst in 56,3 g Propylenglykolmethylether zugesetzt und für eine weitere Stunde gerührt. Es wurden langsam 81,3 g Tetraethylorthosilicat zugesetzt, für weitere 2 Stunden gerührt und das Gemisch bei Umgebungstemperatur über Nacht absetzen gelassen. Sodann wurden 1,4 g Benzyldimethylamin dem resultierenden Produkt zur Erzeugung einer Beschichtungszusammensetzung zugesetzt.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 3,4 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 10,8 hatten.
  • Beispiel 20 veranschaulicht den Zusatz eines Silan-Additivs zu den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die aus einem epoxyfunktionellen Silan, einem tetrafunktionellen Silan und einer multifunktionellen Verbindung angesetzt waren.
  • Beispiel 21
  • Es wurden 18,9 g Methyltrimethoxysilan langsam zu 33,5 g Nalco 1042 als kolloidalem Siliciumdioxid zugegeben, das konstant gerührt wurde. Sodann wurden 19,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zu dieser Lösung zugegeben und für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Es wurden zu der Mischung 4,5 g Itaconsäure voraufgelöst in 56,3 g Propylenglykolmethylether zugesetzt. Dieses Gemisch ließ man für eine weitere Stunde vor dem langsamen Zusatz von 40,7 g Tetraethylorthosilicat rühren, um einen Ansatz zu erzeugen, der weitere 2 Stunden gerührt wurde und sich dann über Nach bei Umgebungstemperatur absetzen konnte. Dem Ansatz wurden 1,4 g Benzyldimethylamin zugesetzt, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 3,3 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 6,6 hatten.
  • Beispiel 22
  • Unter Einhaltung der in Beispiel 21 beschriebenen Prozedur wurden 16,8 g Nalco 1042 als kolloidales Siliciumdioxid, 18,9 g Methyltrimethoxysilan, 19,8 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 4,5 g Itaconsäure, 56,3 g Propylenglykolmethylether, 61,0 g Tetraethylorthosilicat und 1,4 g Benzyldimethylamin vereint, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 3,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 9,9 hatten.
  • Beispiel 23
  • Es wurden 37,7 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan langsam zu 82,1 g Wasser gegeben, das konstant gerührt wurde. Das wässrige 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan-Gemisch wurde sodann für näherungsweise 1 Stunde gerührt. Der Mischung wurden 5,2 g Itaconsäure voraufgelöst in 96,6 g Propylenmethylglykolether zugesetzt. Die Lösung wurde sodann für weitere 2 Stunden vor dem Zusatz von 0,54 g Dimethyldimethoxysilan gerührt. Diese Mischung wurde sodann für 30 min gerührt und 77,4 g Tetraethylorthosilicat unter Erzeugung eines Ansatzes zugesetzt, wonach für weitere 2 Stunden gerührt wurde und dieses sich über Nacht bei Umgebungstemperatur absetzen konnte. Dem Ansatz wurden 0,6 g Benzyldimethylamin zugegeben, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 3,1 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 11,5 hatten.
  • Beispiel 24
  • Unter Einhaltung der in Beispiel 23 beschriebenen Prozedur wurden 37,7 g 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 82,1 g Wasser, 5,2 g Itaconsäure, 96,6 g Propylenglykolmethylether, 2,7 g Dimethyldimethoxysilan, 77,4 g Tetraethylorthosilicat und 0,6 g Benzyldimethylamin vereint, um eine Beschichtungszusammensetzung zu erzeugen.
  • Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die geätzten ADC-Linsen nach der Prozedur A aufgetragen, um eine gehärtete Beschichtung zu schaffen, die über eine Dicke von etwa 2,6 μm verfügte. Die beschichteten Linsen wurden sodann einer modifizierten Schwingschleif-Prüfmethode entsprechend der vorstehenden Beschreibung unterworfen und festgestellt, dass die geätzten ADC-Linsen, die mit den unter Einsatz der in diesem Beispiel ausgeführten Prozeduren hergestellten Beschichtungszusammensetzungen beschichtet wurden, eine Bayer-Zahl von etwa 8,6 hatten.
  • Ohne vom Erfindungsgedanken und Geltungsbereich der Erfindung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen festgelegt ist, abzuweichen, lassen sich Änderungen im Aufbau und der Funktion der verschiedenen hierin beschriebenen Komponenten, Elemente und Gruppen vornehmen und lassen sich Änderungen in den Schritten oder der Reihenfolge der Schritte der hierin beschriebenen Verfahren vornehmen.

Claims (28)

  1. Zusammensetzung mit verbesserter Stabilität, die nach dem Auftrag auf ein Substrat und nach dem Härten eine abriebfeste Beschichtung auf dem Substrat gewährt, wobei die Zusammensetzung besteht aus: einem wässrig-organischen Lösemittelgemisch, enthaltend Hydrolyseprodukte und Teilkondensate eines epoxyfunktionellen Silans und eines tetrafunktionellen Silans sowie einer multifunktionellen Verbindung, wobei die multifunktionelle Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus multifunktionellen Carbonsäuren, multifunktionellen Anhydriden und Kombinationen davon und wobei das epoxyfunktionelle Silan zu dem tetrafunktionellen Silan in einem Molverhältnis von etwa 0,1:1 bis etwa 5:1 vorliegt; einer Menge Wasser, die ausreichend ist, um das epoxyfunktionelle Silan und das tetrafunktionelle Silan zu hydrolysieren; sowie wahlweise ferner einbezogen ein oder mehrere der Folgenden: (i) ein Katalysator; (ii) in das wässrig-organische Lösemittelgemisch bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% einer Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines Silan-Additivs, das dargestellt wird durch die Formel: R9 xSi(OR10)4-x worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist, R9 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe und Kombinationen davon, R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe und Kombinationen davon: (iii) einbezogen in das wässrig-organische Lösemittelgemisch ein Verlaufmittel; (iv) einbezogen in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge von kolloidalem Siliciumdioxid, μm bezogen auf die in der Zusammensetzung vorhandenen Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% Siliciumdioxid zu bereitzustellen; (v) Metalloxide, ausgewählt aus Siliciumdioxid, Zirconiumdioxid, Cer(IV)oxid, Zinnoxid und Mischungen davon; (vi) Ultraviolettabsorber; und (vii) Antioxidantien.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Hydrolyseprodukte und Teilkondensate des epoxyfunktionellen Silans und des tetrafunktionellen Silans in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisch in einer Menge von etwa 10% bis etwa 99,9 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Beschichtungszusammensetzung vorliegen und worin die multifunktionelle Verbindung in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisch in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 30 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Beschichtungszusammensetzung vorliegt.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Alkohol, einem Ether, einem Glykol, einem Glykolether, einem Ester, einem Keton, einem Glykoletheracetat und Mischungen davon.
  4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches ein Alkohol mit der allgemeinen Formel ROH ist, worin R eine Alkyl-Gruppe ist, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält.
  5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Lösemittelbestandteil des wässrig-organischen Lösemittelgemisches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Glykol, einem Ether, einem Glykolether und Mischungen davon und die Formel R1-(OR2)x-OR1 hat, worin x eine ganze Zahl von Null, 1, 2, 3 oder 4 ist, R1 ist H oder eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, und R2 ist eine Alkylen-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, sowie Kombinationen davon.
  6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das epoxyfunktionelle Silan zu dem tetrafunktionellen Silan in einem Molverhältnis von etwa 0,1:1 bis etwa 3:1 vorliegt.
  7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das epoxyfunktionelle Silan dargestellt wird durch die Formel R3 xSi(OR4)4-x, worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R3 ist H, eine Alkyl-Gruppe, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, ein Alkylether und Kombinationen davon, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten, und die mindestens eine epoxyfunktionelle Gruppe hat; und R4 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe, eine -Si(OR5)5-yR6 y-Gruppe, worin y eine ganze Zahl von Null, 1, 2 oder 3 ist, sowie Kombinationen davon, worin R5 H ist, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe, eine andere -Si(OR5)3-yR6 y-Gruppe und Kombinationen davon; und R6 ist H, eine Alkyl-Gruppe, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, ein Alkylether und Kombinationen davon, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten.
  8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das tetrafunktionelle Silan dargestellt wird durch die Formel Si(OR7)4, worin R7 H ist, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen und Ether davon, ein (OR7)-Carboxylat, eine -Si(OR8)3-Gruppe, worin R8 ein H ist, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen und Ethern davon, ein (OR8)-Carboxylat, eine andere -Si(OR8)3-Gruppe und Kombinationen davon.
  9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisch vorhandene Wassermenge eine Menge ist, die ausreichend ist, um eine weitgehend homogene Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten des epoxyfunktionellen Silans und des tetrafunktionellen Silans bereitzustellen.
  10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin mindestens ein Teil der Lösemittelkomponente des wässrig-organischen Lösemittelgemisches während der Hydrolyse des epoxyfunktionellen Silans und des tetrafunktionellen Silans erzeugt wird.
  11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin eine wirksame Menge eines Katalysators einbezogen ist, um der durch Härten der Zusammensetzung erzeugten Beschichtung eine erhöhte Abriebfestigkeit zu vermitteln.
  12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, worin die wirksame Menge des Katalysators bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% beträgt.
  13. Zusammensetzung nach Anspruch 11 oder 12, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% eine Mischung aus Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines Silan-Additivs einbezogen sind, das dargestellt wird durch die Formel: R9 xSi(OR10)4-x worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R9 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe und Kombinationen davon; R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe und Kombinationen davon.
  14. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Verlaufmittels zum Ausbreiten des wässrig-organischen Lösemittelgemisches auf einem Substrat einbezogen ist und einen weitgehend gleichförmigen Kontakt des wässrig-organischen Lösemittelgemisches mit dem Substrat gewährt.
  15. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch ferner bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% eine Mischung aus Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines Silan-Additivs einbezogen sind, das dargestellt wird durch die Formel: R9 xSi(OR10)4-x worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R9 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe und Kombinationen davon; R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe und Kombinationen davon.
  16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Verlaufmittels zum Ausbreiten des wässrig-organischen Lösemittelgemisches auf einem Substrat einbezogen ist und ein weitgehend gleichförmiger Kontakt des wässrig-organischen Lösemittelgemisches mit dem Substrat gewählt wird.
  17. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch einbezogen sind: bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% einer Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines Silan-Additivs, das dargestellt wird durch die Formel: R9 xSi(OR10)4-x worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R9 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe und Kombinationen davon; R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe und Kombinationen davon; und eine wirksame Menge von kolloidalem Siliciumdioxid, um der Zusammensetzung bezogen auf die in der Zusammensetzung vorhandenen Gesamtfeststoffe etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% Siliciumdioxid bereitzustellen.
  18. Zusammensetzung nach Anspruch 17, worin eine wirksame Menge eines Katalysators einbezogen ist, um der durch Härten der Zusammensetzung erzeugten Beschichtung erhöhte Abriebfestigkeit zu vermitteln.
  19. Zusammensetzung nach Anspruch 18, worin bezogen auf die Gesamtfeststoffe der Zusammensetzung die wirksame Menge des Katalysators etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% beträgt.
  20. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Verlaufmittels einbezogen ist, um das wässrig-organische Lösemittelgemisch auf einem Substrat auszubreiten und einen weitgehend gleichförmigen Kontakt des wässrig-organischen Lösemittelgemisches mit dem Substrat zu gewähren.
  21. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge von kolloidalem Siliciumdioxid einbezogen ist, um der Zusammensetzung bezogen auf die in der Zusammensetzung vorhandenen Gesamtfeststoffe etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% Siliciumdioxid bereitzustellen.
  22. Zusammensetzung nach Anspruch 21, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Verlaufmittels einbezogen ist, um das wässrig-organische Lösemittelgemisch auf einem Substrat auszubreiten und einen weitgehend gleichförmigen Kontakt des wässrig-organischen Lösemittelgemisches mit dem Substrat zu gewähren.
  23. Zusammensetzung nach Anspruch 21 oder 22, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Katalysators einbezogen ist, um der durch Härten der Zusammensetzung erzeugten Beschichtung eine erhöhte Abriebfestigkeit zu vermitteln.
  24. Zusammensetzung nach Anspruch 23, worin die wirksame Menge eines in dem wässrig-organischen Lösemittelgemisches vorhandenen Katalysators bezogen auf die Gesamtfeststoffe des wässrig-organischen Lösemittelgemisches etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% beträgt.
  25. Zusammensetzung nach Anspruch 23 oder 24, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch bezogen auf die Gesamtfeststoffe des wässrig-organischen Lösemittelgemisches etwa 0,1% bis etwa 50 Gew.-% einer Mischung von Hydrolyseprodukten und Teilkondensaten eines Silan-Additivs einbezogen sind, das dargestellt wird durch die Formel: R9 xSi(OR10)4-x worin x eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist; R9 ist H, eine Alkyl-Gruppe, die 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthält, eine funktionalisierte Alkyl-Gruppe, eine Alkylen-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, eine Alkylether-Gruppe und Kombinationen davon; R10 ist H, eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, eine Acetyl-Gruppe und Kombinationen davon.
  26. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin in das wässrig-organische Lösemittelgemisch eine wirksame Menge eines Verlaufmittels einbezogen ist, um das wässrig-organische Lösemittelgemisch auf einem Substrat auszubreiten und einen weitgehend gleichen Kontakt des wässrig-organischen Lösemittelgemisches mit dem Substrat zu gewähren.
  27. Artikel, aufweisend: ein Substrat; und eine weitgehend transparente, abriebfeste Beschichtung, die auf mindestens einer Seite des Substrats erzeugt wird, wobei die Beschichtung erzeugt wird durch Härten der Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 26.
  28. Verfahren zum Bereitstellen einer weitgehend transparenten, abriebfesten Beschichtung auf einem Substrat, welches Verfahren umfasst: Auftragen einer wirksamen Menge einer Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 auf mindestens einer Seite eines Substrats und Härten der Beschichtungszusammensetzung, um auf dem Substrat eine weitgehend transparente, abriebfeste Beschichtung zu erzeugen.
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