JP7321933B2 - 無機金属酸化物を用いた耐摩耗性コーティング組成物 - Google Patents

無機金属酸化物を用いた耐摩耗性コーティング組成物 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、2017年6月27日に出願された米国特許出願第15/634,102号の優先権および利益を主張し、それは2016年11月30日に出願された米国特許仮出願第62/427,848号の優先権および利益を主張し、その開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
開示される主題は、様々な基材をコーティングするためのコーティング組成物またはシステムに関する。特に、該主題は、例えばハードコート配合物などの耐摩耗性コーティングを提供するコーティング組成物に関する。
従来技術
ポリマー材料、特にポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂は、設計自由度の増大、軽量化、および安全性の向上が高く要求される自動車用途、輸送用途、および建築用グレージング用途を含む様々な用途において構造材料として使用するためのガラスの代替品として有望である。しかしながら、通常のポリカーボネート基材は、それらの磨耗、化学物質、紫外線(UV)、および気候への耐性の欠如によって制限され、したがって、前述の用途での使用に対するポリマー材料の制限を軽減する光学的に透明なコーティングで保護する必要がある。
シリコーンハードコートは、ポリカーボネートおよびアクリルを含む様々なポリマーの耐摩耗性および耐紫外線性を改良するために伝統的に使用されている。これにより、建築用グレージングやヘッドライトやフロントガラスなどの自動車部品を含む、幅広い用途でのポリカーボネートの使用が可能になる。
熱硬化性シリコーンハードコートを添加すると、一般にポリマー基材に耐摩耗性が付与される。シリコーンハードコート層中に有機または無機のUV吸収材料を添加すると、その下にあるポリマー基材の耐候性を向上させることができる。触媒は熱条件下でこれらのコーティングの硬化を改善する。硬化触媒はハードコートの性能を決定するのに重要な役割を果たすことができる。配合物中の触媒添加が不十分であると、コーティングの硬化が不完全になる可能性があり、これはコーティングの耐摩耗性を低下させることになる。しかしながら、より高濃度の触媒を配合することは、熱条件下でのコーティングの長期にわたる耐候性にとってしばしば有害である。触媒添加量が多いと、架橋ネットワークの一部ではないマトリックス中の高レベルの残留材料のために、硬化したコーティングが脆くなる可能性がある。この材料は風化の間に失われるので、これは次に早期の接着不良またはコーティングの亀裂を生じ得る。従来のイオン触媒と比較して、高い活性を有し(したがって最小限の添加量しか必要とせず)そして改良された安定性を示す触媒を見出すことは困難である。
本技術は、硬化性ハードコート組成物と触媒とを含むコーティングシステムを提供し、ここで触媒は、超塩基、超塩基の塩、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される。これらの材料の使用は、特にシリコーン系のハードコート組成物において、最終硬化状態での硬度および弾性率のような最適な磨耗性、接着性および機械的性質を有するコーティング組成物を提供することが判明している。当該触媒は、促進耐候性試験によって測定することができる長期性能を犠牲にすることなく、従来の触媒と比較してより低い添加量で使用することができる。硬化はまた、従来の触媒と比較してより低い温度および/またはより短い時間で達成することができる。
本触媒は、無機UV吸収材料と共に使用することもでき、それでもなお、例えば硬度(H)および低弾性率(E)などの最適な硬化特性、ならびに耐摩耗性および耐候性などの保護コーティング特性を有するコーティングを提供する。耐候性は、透過率、ヘイズ、接着性、および耐摩耗性などの初期コーティング特性を維持しながらの、コーティングされた物品の屋外での耐用年数として定義することができる。それは、ウェザロメーターを使用して、放射線、温度、および湿度の変化を含む加速された気候条件下で行われた風化研究を通して測定することができる。
一態様において、(a)少なくとも1つのシロキサノール樹脂および少なくとも1つのコロイド状金属酸化物の分散体を含む硬化性シリコーン系組成物、および(b)少なくとも1つの触媒を含む硬化性シリコーンハードコートシステムが提供され、ここで触媒は超塩基、超塩基の塩、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択され、一実施形態では、超塩基または超塩基の塩は、約11以上のpKaを有する化合物から選択される。一実施形態では、超塩基または超塩基の塩は、約11から約45のpKaを有する。
一実施形態では、触媒は、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される。
一実施形態では、触媒は下記式の化合物またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択され、


ここで、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、およびR12は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物またはそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン基を有する有機シリコーン化合物から選択され、XおよびYは、窒素、酸素、硫黄、およびリンなどのヘテロ原子から選択され、そしてDは、ハロゲン化物、硫酸塩、アルキル硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、シアン酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、トシレート、カルボン酸塩、ハロゲン化リン、ハロゲン化ホウ素、1以上の負に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物またはそれらの2以上の組み合わせから選択されるペンダントまたはグラフト化のアニオン基を有する有機官能性ケイ素化合物から選択される。
一実施形態では、超塩基は、下記式のイミダゾールから選択され、

ここでR、R、R、R、およびRは、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物またはそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン基を有する有機シリコーン化合物から選択される。
一実施形態では、触媒は、下記式のイミダゾール化合物から選択され、

ここでRは、C-C20アルキレン、1以上のヘテロ原子を含むアラルキレン、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリールであり得、そしてR、R、R、R、R、R、R、およびRは、R-R12に関して上に記載された通りである。
一実施形態では、触媒は、プロパン酸、2-メチルプロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸(吉草酸)、ヘキサン酸(カプロン酸)、2-エチルヘキサン酸、ヘプタン酸(エナント酸)、ヘキサン酸、オクタン酸(カプリル酸)、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキセンカルボン酸、安息香酸、ベンゼン酢酸、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、2-ブテン二酸(マレイン酸)、ラウリン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸(isoanoic acid)、バーサチック酸、ラウリン酸、酢酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、アミノ酸から選択される酸を含む超塩基の塩;または2以上の触媒の組合せからから選択される。
一実施形態では、有機超塩基は、アミジン、グアニジン、多環式ポリアミン、ホスファゼン、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される。
一実施形態では、触媒は、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチル-4-エチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-イソプロピルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2-メチル-イミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、1-アミノエチル-2-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾールまたはそれらの2以上の組合せを含む、1分子あたり1つのイミダゾール環を含む化合物から選択される。
一実施形態では、触媒は、1分子当たり2つ以上のイミダゾール環を含みそして化合物をホルムアルデヒドと縮合させる化合物から選択される。
一実施形態では、コーティングシステムは、無機UV吸収材料、有機UV吸収材料、またはそれらの2つ以上の組み合わせをさらに含む。一実施形態では、コーティングは、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される無機UV吸収材料を含む。
一実施形態では、触媒は、約1ppmから約75ppmの範囲の量で提供される。一実施形態では、触媒は、約10ppmから約70ppmの範囲の量で提供される。
一実施形態では、触媒は、約20ppmから約60ppmの範囲の量で提供される。
一態様において、本技術は、ポリマー基材と、ポリマー基材の表面の少なくとも一部の上に配置された前述の実施形態のいずれかに記載のコーティングとを含むコーティングされた物品を提供する。
一実施形態では、コーティングシステムは、プライマーレスシステムである。
一実施形態では、プライマーは、ポリマー基材とコーティングとの間に配置される。
一実施形態では、コーティングシステムは、コーティングシステムの硬化後のフィルムの乾燥重量の約1重量%から約50重量%の範囲の量で提供される無機UV吸収材料を含む。
一実施形態では、コーティングシステムは、コーティングシステムの硬化後のフィルムの乾燥重量の約5重量%から約40重量%の範囲の量で提供される無機UV吸収材料を含む。
一実施形態では、コーティングシステムは、コーティングシステムの硬化後のフィルムの乾燥重量の約10重量%から約30重量%の範囲の量で提供される無機UV吸収材料を含む。
一実施形態では、コーティングシステムは、コーティングシステムの硬化後のフィルムの乾燥重量の約14重量%から約17重量%の範囲の量で提供される無機UV吸収材料を含む。
一実施形態では、ポリマー基材はポリカーボネート系材料である。
一形態では、硬化性シリコーンハードコート組成物を形成する方法が提供され、該方法は、超塩基、超塩基の塩、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される触媒を、硬化性シリコーン材料を含むシリコーンハードコート組成物に添加することを含む。
さらなる態様では、コーティングされた物品を調製する方法が提供され、該方法は、物品の表面の少なくとも一部にシリコーンハードコート組成物を適用すること、該シリコーンハードコート組成物は(a)少なくとも1つのシロキサノール樹脂および少なくとも1つのコロイド状金属酸化物を含む硬化性シリコーン組成物、および(b)超塩基、超塩基の塩、またはそれらの2つ以上の組み合わせの触媒から選択される少なくとも1つの触媒を含み、ならびに該シリコーンハードコート組成物を硬化させて硬化コーティング層を形成することを含む。
本技術のこれらおよび他の態様および実施形態は、以下の詳細な説明を参照してさらに理解され説明される。
ここで例示的な実施形態を参照するが、その例は添付の図面に示されている。他の実施形態が利用されてもよく、構造的および機能的な変更がなされてもよいことが理解されるべきである。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせたり変更したりすることができる。したがって、以下の説明は例示としてのみ提示されており、例示された実施形態に対して行われ得る様々な代替形態および修正形態を決して限定するものではない。本開示において、多数の具体的な詳細が本開示の十分な理解を提供する。本開示の態様は、本明細書に記載された全ての態様などを必ずしも含まない他の実施形態で実施することができることを理解されたい。
本明細書で使用されているように、「例」および「例示的」という語は、例または実例を意味する。「例」または「例示的」という語は、重要なまたは好ましい態様または実施形態を示すものではない。文脈が他に示唆しない限り、「または」という語は、排他的ではなく包括的であることを意図している。例として、句「AはBまたはCを使用する」は、任意の包括的な置換を含む(例えば、AはBを使用する;AはCを使用する;またはAはBおよびCの両方を使用する)。別の事項として、冠詞「a」および「an」は、文脈上他に示唆しない限り、一般に「1つまたは複数」、「少なくとも1つ」などを意味することを意図している。
本技術は、ハードコート組成物などのコーティング組成物、またはハードコート配合物に使用される従来の触媒に取って代わることができる硬化触媒を有するシステムを提供する。コーティング組成物またはシステムは、耐摩耗性などの優れた短期特性と耐候性などの優れた長期特性の両方を示すことができる。耐候性は、透過率、ヘイズ、接着性、および耐摩耗性などの初期コーティング特性を維持しながら、コーティングされた物品の屋外での耐用年数として定義することができる。それは、ウェザロメーターを使用して、放射線、温度、および湿度の変化を含む加速された気候条件下で行われた風化研究を通して測定することができる。
コーティング組成物は光学的に透明なコーティングを提供し得る。コーティングは、様々な基材をコーティングするために使用することができ、例えば、特定の表面に耐摩耗性を付与するためのトップコートとして使用することができる。
一実施形態では、コーティング組成物は、耐摩耗性コーティングを形成するのに適した材料と、組成物を硬化させるための硬化触媒とを含む。コーティング組成物は、耐摩耗性および/または他の望ましい特性を基材に提供することができる比較的硬いコーティングを提供するように構成することができる。コーティング組成物は、外側(トップコート)層および任意のプライマー層を含むシステムを含み得る。コーティング組成物およびコーティングされることになる基材の性質に応じて、外側保護コーティングまたはトップコート層の接着を促進するために、プライマー層を基材上に適用する必要があり得る。本明細書中で使用される場合、語句「コーティングシステム」は、トップコート層単独を示し得るか、またはプライマー層と組み合わせたトップコート層、ならびに含まれ得る任意の他のさらなる層を示し得る。
触媒は、特定の目的または意図する用途のために望まれるようにトップコート配合物に添加することができる。一実施形態において、触媒は、超塩基、超塩基の塩、またはそれらの2つ以上の組み合わせを含む。一般に、触媒は、例えばコーティングシステムの光学的性質を含むコーティングの物理的性質に影響を及ぼさないかまたは損なわない量だけでなく、特定の用途の性能要件に応じてコーティングに十分な耐候性を与えるのに有効な量でも加えられるべきである。一実施形態において、触媒は、約1ppmから約75ppm;約10ppmから約70ppm;さらには約20ppmから約60ppmの範囲の量で提供される。触媒のppmは、配合物中の固形分(活性成分)の総重量当たりの触媒のモル数を示す。ここで、明細書および特許請求の範囲の他の場所にあるように、数値は組み合わされて新しくそして未特定の範囲を形成し得る。
触媒は、特定の目的または意図された用途のために望まれるように選択されてもよい。一実施形態では、触媒は超塩基を含む。超塩基は、ピリジンまたはトリエチルアミンなどの一般的に使用されるアミンよりも著しく高い塩基度を示す化合物として定義することができる。超塩基はまた、約11を超えるpKa値を有すると定義され得る。実施形態において、超塩基またはその塩は、約15以上、約20以上、約25以上、約30以上、約35以上、さらには約40以上のpKaを有し得る。実施形態において、超塩基は、約11から約45;約15から約40;約20から約35;約25から30のpKa値を有し得る。実施形態において、超塩基は、約20から約25のpKa値を有し得;一実施形態では、約22から約25のpKa値を有し得る。本明細書および特許請求の範囲の他の場所と同様に、数値を組み合わせて、新しくそして未特定の範囲を形成することができる。
超塩基材料またはその塩は、特定の目的または意図された用途のために望まれるように選択されてもよい。好適な材料の例としては、限定されるものではないが、


またはそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられ、ここでR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリールから独立して選択され、XおよびYは、窒素、酸素、硫黄、およびリンなどのヘテロ原子から独立して選択され、そしてDは、ハロゲン化物、硫酸塩、アルキル硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、シアン酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、トシレート、カルボン酸塩、ハロゲン化リン、ハロゲン化ホウ素、1以上の負に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物またはそれらの2以上の組み合わせから選択されるペンダントまたはグラフト化のアニオン性基を有する有機官能性ケイ素化合物から選択される。一実施形態において、R-R14は独立して水素またはC-Cアルキルから選択される。一実施形態において、R-R14はそれぞれ水素である。
超塩基の塩は、任意の適切な対イオンから形成され得る。実施形態では、超塩基の塩は、硫酸塩、アルキル硫酸塩、トシレート、カルボン酸塩、ハロゲン化リン、ハロゲン化ホウ素、1つ以上の負に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物、またはそれらの2つ以上の組み合わせであり得る。塩を形成するのに適したカルボン酸の例には、これらに限定されないが、直鎖、分岐および/または環状カルボン酸が含まれる。一実施形態では、カルボン酸は、C4-C20の直鎖または分岐カルボン酸から選択することができる。超塩基の塩を形成するための適切なイオンの例としては、カルボン酸、ハロイオンなどが挙げられるが、これらに限定されない。実施形態では、塩は有機カルボン酸、例えばプロパン酸、2-メチルプロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸(吉草酸)、ヘキサン酸(カプロン酸)、2-エチルヘキサン酸、ヘプタン酸(エナント酸)、ヘキサン酸、オクタン酸(カプリル酸)、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキセンカルボン酸、安息香酸、ベンゼン酢酸、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、2-ブテン二酸(マレイン酸)、ラウリン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、バーサチック酸、ラウリン酸、または酢酸ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、またはアミノ酸から形成される。実施形態では、塩は塩化物またはヨウ化物によって形成される。
実施形態において、触媒はイミダゾールカチオンを含む。一実施形態では、イミダゾールカチオンは下記式のものであり、
ここでR-Rは上述した通りであり得る。一実施形態では、RおよびRは、1以上のヘテロ原子を含み得る5-10員環を形成するとされ得る。一実施形態では、イミダゾールのRおよびRはベンゼンであるとされる。イミダゾールは、アリール基を含んでもよく、場合によりR基の一部としてヘテロ原子を含んでもよい。
実施形態において、イミダゾール化合物は、連結基を介して互いに結合した2つのイミダゾール環を含み得る。一実施形態では、イミダゾールは下記式の化合物であり、

ここでRは、C-C20アルキレン、またはアラルキレンであり得、ここでRは、任意選択で1つ以上のヘテロ原子む、アルキレン、置換アルキレン、アルケニレン、置換アルケニレン、アルキニレン、置換アルキニレン、炭素環、複素環、アリーレン、またはヘテロアリーレンを含み;そしてR、R、R、R、R、R、R、およびRは、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホジニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物またはそれらの2以上の組み合わせからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン性基を有する有機シリコーン化合物から選択される。実施形態では、R-Rは独立して水素またはC-Cアルキルから選択される。互いにビシニルのR-Rは、飽和または不飽和であり得る環を形成することがなされ得ることが理解されよう。一実施形態では、互いにビシニルのR-Rの任意の2つがフェニルを形成することがなされ得る。実施形態において、塩は有機カルボン酸、例えば、プロパン酸、2-メチルプロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸(吉草酸)、ヘキサン酸(カプロン酸)、2-エチルヘキサン酸、ヘプタン酸(エナント酸)、ヘキサン酸、オクタン酸(カプリル酸)、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキセンカルボン酸、安息香酸、ベンゼン酢酸、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、2-ブテン二酸(マレイン酸)、ラウリン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、バーサチック酸、ラウリン酸、または酢酸ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、またはアミノ酸、およびアニオン、例えば、塩化物、ヨウ化物などから形成される。
イミダゾールは、1分子あたり1個のイミダゾール環を有する化合物、例えば、これらに限定されないが、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチル-4-エチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-イソプロピルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2-メチル-イミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、1-アミノエチル-2-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択され得る。イミダゾールは、ヒドロキシメチル含有イミダゾール化合物、例えば、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾールおよび2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシ-メチルイミダゾール、またはそれらの2つ以上の組み合わせを脱水し、そしてそれらをホルムアルデヒドと縮合させることによって得られる、例えば4,4’-メチレン-ビス-(2-エチル-5-メチルイミダゾール)、1分子あたり2個以上のイミダゾール環を含有する化合物から選択され得る。
適切なイミダゾールのさらに他の例としては、限定されるものではないが、

が挙げられる。
実施形態において、触媒は、アミジン、グアニジン、多環式ポリアミン、ホスファゼン誘導体など、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される超塩基であり得る。
アミジンは、アルファ炭素に隣接してイミン官能基を有するアミン化合物として定義することができる。構造的にこれらはカルボン酸エステルのアミン相当に対応する。アミジンは、下記式の化合物であり得、

ここでR15-R18は独立して、水素および/または直鎖状、分岐状、環状または芳香族であり得るC1-C16アルキル置換基から選択される。さらに、置換基R15-R18は、不飽和化され、ハロゲン化されてもよく、またはヒドロキシル、エーテル、アミン、シアノ、もしくはニトロ官能基などの特定の官能基を有していてもよい。アルキル置換基R15-R18はまた、二環式構造を形成してもよく、ここで環歪みの増加はより強い塩基性をもたらし得る。環状アミジンの例としては、限定されないが、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノン-5-エン(DBN)、2,8,9-トリイソプロピル-2,5,8,9-テトラアザ-1-ホロスファビシクロ[3,3,3]ウンデカン(TITAPBU)、3,3,6,9,9-ペンタメチル-2,10-ジアザビシクロ-[4.4.0]デカ-1-エン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-ウンデカ-7-エン(DBU)が挙げられる。DBUは最も強いアミジン誘導体の一つである。
グアニジンは、a炭素に隣接する2つのイミン官能基を含むアミンとして分類され得る。これらはオルトエステルのアミン相当に対応し、アミン誘導体の中で最も強いブレンステッド塩基性を示す。グアニジンの塩基度は、水系化学で最も強い塩基の1つであるヒドロキシルイオンの塩基度に近い。グアニジンは、下記式の化合物であり得、

ここでR19-R23の各存在は、水素および/または直鎖状、分岐状、環状または芳香族であり得るC1-C16アルキル置換基から独立して選択される。さらに、置換基R19-R23は、不飽和化され、ハロゲン化され、またはヒドロキシル、エーテル、アミン、シアノ、もしくはニトロ官能基などの特定の官能基を有していてもよい。アルキル置換基R19-R23は二環式構造も含むことができ、ここで環歪みが増加するとより強い塩基性がもたらされ得る。グアニジンの例には、これらに限定されないが、1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン(TBD)、N-メチル-1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン(MTBD)、N,N,N’,N’-テトラメチルグアニジン(TMG)、またはN,N,N’,N’,N’’-ペンタメチルグアニジンが含まれる。
ホスファゼンは、3個のアミン置換基および1個のイミン置換基の4個の窒素官能基に結合したリン原子を含む有機超塩基である。ホスファゼンはP塩基として分類され、ここでnは分子中のリン原子の数を表す。ホスファゼンの塩基度は、分子中のリン原子の量が増えるにつれて増加する。P塩基は有機リチウム化合物に並ぶ塩基性を有すると考えられる。ホスファゼンは、下記式の化合物であり得、

ここでR24-R27は、水素および/または直鎖状、分岐状、環状または芳香族であり得るC1-C16アルキル置換基から独立して選択される。さらに、これらのアルキル置換基R24-R27は、不飽和化され、ハロゲン化され、またはヒドロキシル、エーテル、アミン、シアノ、またはニトロ官能基などの特定の官能基を有することができる。アルキル置換基R24-R27は、同一でも様々な組み合わせの混合物でもよい。
超塩基はまた、アザホスファトランであってもよい。アザホスファトランは、以下の式の化合物から選択することができ、

ここでR28、R29、およびR30は独立して、水素、1から10個の炭素原子を含む直鎖または分岐アルキル、および6から12個の炭素原子を含む芳香族基、ならびに窒素を含むかまたは含まない置換リン基から選択され;Aはなしか、水素、R31、または(R3233P-N=)から選択され、ここでR31、R32、およびR33は、水素、1から10個の炭素原子を含む直鎖または分岐のアルキル、および6から12個の炭素原子を含む芳香族基から独立して選択され;そしてtは1から10である。適切なアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、イソプロピル、イソブチルなどが挙げられるが、これらに限定されない。適切な芳香族基は、フェニル、ベンジル、ナフチルなどを含むが、これらに限定されない。
一実施形態では、アザホスファトラン化合物は、以下の式


またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択することができ、ここでR28-R30は上述した通りであり得る。一実施形態では、アザホスファトラン材料は、R31、R32、およびR33がメチル、イソプロピル、イソブチル、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される上記化合物から選択される。
1つの以上の異なるアザホスファトラン材料は触媒材料として使用することができることが理解されるであろう。
さらに他の適切な触媒には、ホスホニウム化合物;ホスホロスリンイミンおよびイリドが含まれる。
触媒は、コーティング組成物に直接添加することができ、あるいは溶媒または他の適切な担体に溶解することができる。溶媒は極性および/または非極性溶媒、例えば、メタノール、エタノール、n-ブタノール、t-ブタノール、n-オクタノール、n-デカノール、1-メトキシ-2-プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ジメトキシエタン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、メチルエチルケトン、そしてプロピレンカーボネートであり得る。
コーティング組成物はUV吸収剤を含んでもよい。UV吸収剤は、無機、有機、またはそれらの2つ以上の組み合わせであり得る。適切な無機UV吸収材料の例としては、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、またはそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一般に、無機材料は、例えばコーティングシステムの光学的性質を含めて、コーティングの物理的性質に影響を与えないまたはそれを損なわない量で添加されるべきである。一実施形態では、無機材料は、コーティングの硬化後のフィルムの乾燥重量に基づいて、約1重量%から約50重量%;約7重量%から約40重量%;約10から約30重量%;約14から約17重量%の範囲の量で提供される。ここで、明細書および特許請求の範囲の他の場所にあるように、数値は組み合わされて新しくそして未特定の範囲を形成し得る。
適切な有機UV吸収剤の例としては、シランと共縮合することができるものが挙げられるが、これらに限定されない。そのようなUV吸収剤は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第4,863,520号、第4,374,674号、第4,680,232号、および第5,391,795号に開示されている。具体例としては、4-[ガンマ-(トリメトキシシリル)プロポキシル]-2-ヒドロキシベンゾフェノンおよび4-[ガンマ-(トリエトキシシリル)プロポキシル]-2-ヒドロキシベンゾフェノンおよび4,6-ジベンゾイル-2-(3-トリエトキシシリルプロピル)レゾルシノールが挙げられる。シランと共縮合することができるUV吸収剤を使用する場合、UV吸収剤は、それを基材に適用する前にコーティング組成物を十分に混合することによって他の反応種と共縮合させるべきである。UV吸収剤を共縮合させることは、風化中に遊離UV吸収剤が環境に浸出することによって引き起こされるコーティング性能の損失を防止する。
コーティング組成物は、特定の目的または意図された用途のため所望の特性をコーティングに提供するために、1つ以上の他の材料または添加剤を含み得る。例えば、組成物は、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、染料、流動調整剤、レベリング剤、および界面活性剤などの添加剤も含み得る。界面活性剤は、コーティング組成物中の流動調整剤/レベリング剤として一般に添加される。適切な界面活性剤の例には、ミネソタ州セントポールの3M Company製のFLUORAD(商標)などのフッ素化界面活性剤、ニューヨーク州ウォーターフォードのMomentive Performance Materials, Inc.から入手可能なSilwet(登録商標)およびCoatOSil(登録商標)という名称のシリコーンポリエーテル、およびBYK(登録商標)-Chemie製のBYK(登録商標)-331などのポリエーテル-ポリシロキサンコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。適切な酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール(例えば、Ciba Specialty Chemicals製のIRGANOX(登録商標)1010)が挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態では、トップコートコーティング組成物は、一実施形態では、トップコートを提供するのに適した材料から選択される。コーティング組成物はシリコーントップコートである。ハードコート組成物を提供するシリコーンコーティングの非限定的な例は、シロキサノール樹脂およびコロイド状金属酸化物分散体の分散体である。一実施形態では、シロキサノール樹脂はシラノールとアルコキシシロキサンの部分縮合物から誘導される。適切なコロイド状金属酸化物の例としては、コロイド状シリカ、コロイド状酸化セリウム、またはそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
シロキサノール樹脂系コロイド状シリカ分散体は、例えば、米国特許出願第13/036,348号、米国特許第8,637,157号、米国特許第5,411,807号、および米国特許第5,349,002号に記載されており、それらの全開示は参照により本明細書にそれらの全体が組み込まれる。
シロキサノール樹脂系コロイド状シリカ分散体は当技術分野において公知である。一般に、これらの組成物は、有機アルコキシシランの部分縮合物の脂肪族アルコール/水溶液中にコロイド状シリカの分散体を有する。適切なオルガノアルコキシシランには、式(R)aSi(OR’)4-aのものが挙げられ、ここでRはC1-C6の一価炭化水素ラジカルであり、R’はRまたは水素であり、そしてaは0から2を含む整数である。一実施形態では、オルガノアルコキシシランはアルキルトリアルコキシシランであり、これはメチルトリメトキシシランであり得るが、これに限定されない。樹脂に適したオルガノアルコキシシランの他の例としては、テトラエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されない。水性コロイド状シリカ分散体は一般に、直径約5から約150ナノメートルの範囲の粒径を有する。これらのシリカ分散体は、当該技術分野において周知の方法により調製され、そして市販されている。最終コーティング組成物中に望まれる固形分パーセントに応じて、追加のアルコール、水、または水混和性溶媒を添加することができる。一般に、溶媒システムは、シラノールの縮合によって形成されるシロキサノールの溶解性を確実にするために約20から約75重量%のアルコールを含有すべきである。所望ならば、少量の追加の水混和性極性溶媒を水-アルコール溶媒システムに添加することができる。この組成物は、シラノールの部分縮合物、すなわちシロキサノールの形成を確実にするために短期間エージングさせる。これらのシラノールのヒドロキシル置換基を生成すると、縮合反応が始まり、ケイ素-酸素-ケイ素結合が形成される。この縮合反応は徹底的なものではない。製造されたシロキサンはある量のケイ素結合ヒドロキシ基を保持しており、それがポリマーが水-アルコール溶媒混合物に可溶である理由である。この可溶性部分縮合物は、ケイ素に結合したヒドロキシル基および-SiO-繰り返し単位を有するシロキサノールポリマーとして特徴付けることができる。より具体的には、オルガノシランの全てのアルコキシ基がシロキサン結合に縮合しているわけではない。縮合の程度は、T/T比によって特徴付けられ、ここでTは、他の3つのアルコキシシラン種またはシラノール種と縮合している3つのシロキサン結合を有するシロキサノールポリマー中のケイ素原子の数を表す。Tは、他の2つのアルコキシシラン種またはシラノール種と縮合している2つのシロキサン結合および残っている1つのアルコキシ基またはヒドロキシ基を有するシロキサノールポリマー中のケイ素原子の数を表す。T/Tの比率は、0(縮合なし)から無限大(完全な縮合)の範囲であり得る。シロキサノール樹脂系コーティング溶液のT/Tは、好ましくは0.2から3.0、より好ましくは約0.6から約2.5である。
水性/有機溶媒含有シロキサノール樹脂/コロイド状シリカ分散体の例は、Clarkの米国特許第3,986,997号に見出すことができ、ここにはpH約3から6のアルコール-水媒体中のコロイド状シリカおよびヒドロキシル化シルセスキオキサンの酸性分散体が記載されている。また、Ubersaxの米国特許第4,177,315号は、約10から70重量%のシリカと約90から30重量%の一般式RSi(OH)の部分重合有機シラノール、ここでRはメチルおよびビニル、フェニル、ガンマ-グリシドキシプロピル、およびガンマ-メタクリルオキシプロピルからなる群から選択される約40%までの基から選択される、を含む約5から50重量%の固形分、ならびに約95から50重量%の溶媒を含むコーティング組成物を開示しており、ここで該溶媒は、約10から90重量%の水と約90から10重量%の低級脂肪族アルコールとを含み、該コーティング組成物は、約6.2より大きく約6.5より小さいpHを有している。Vaughnの米国特許第4,476,281号は、7.1から7.8のpHを有するハードコート組成物を記載している。別の例では、Olsonらの米国特許第4,239,798号は、式RSi(OH)のシラノールの縮合生成物である熱硬化性シリカ充填オルガノポリシロキサントップコートを開示しており、ここでRは、1から3個の炭素原子を有するアルキルラジカル、ビニルラジカル、3,3,3-トリフルオロプロピルラジカル、ガンマ-グリシドキシプロピルラジカルおよびガンマ-メタクリルオキシプロピルラジカルからなる群から選択され、そして該シラノールの少なくとも約70重量%がCHSi(OH)である。上述した特許の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載のシロキサノール樹脂/コロイド状シリカ分散体は、オルガノトリアルコキシシランとジオルガノジアルコキシシランの両方の部分縮合物を含有することができ、そして例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどの1から4個の炭素アルカノール;プロピレングリコールメチルエーテルなどのグリコールおよびグリコールエーテル、ならびにそれらの混合物などの適切な有機溶媒を用いて調製することができる。
適切な市販のシリコーンコーティング材料の例としては、限定されないが、Momentive Performance Materials Inc.から入手可能な、SilFORT(商標)AS4700、SilFORT(商標)PHC587、SilFORT(商標)AS4000、SilFORT(商標)SHC2050、SDC Technologiesから入手可能な、SILVUE(商標)121、SILVUE(商標)339、SILVUE(商標)MP100、CrystalCoat(商標)CC-6000、およびPPGから入手可能な、HI-GARD(商標)1080などが挙げられる。
一実施形態では、シリコーンハードコートシステムは、約10重量%から約50重量%の固形分を含む。一実施形態では、シリコーンハードコートシステムは、約15重量%から約45重量%の固形分を含む。一実施形態では、シリコーンハードコートシステムは、約20重量%から約30重量%の固形分を含む。
本触媒を含むコーティングは、特定の目的または意図される用途のため望まれるように基材に適用され得る。コーティングは、対象となる基材の表面に直接適用することができる。あるいは、コーティングされることになる基材に応じて望まれるまたは必要とされるように、プライマーを基材の表面に配置してよく、そしてコーティングをプライマー層上に配置してもよい。コーティング層またはプライマー層の数もまた、特定の目的または意図される用途のため望まれるように選択され得る。例えば、単一のコーティング層、2つ以上のコーティング層、3つ以上のコーティング層などを使用することが可能であり得る。一実施形態では、ハードコートは、1から5のコーティング層、2から4のコーティング層、または3のコーティング層によって形成されてもよい。第1のコーティング層を適用し、コーティングを十分に乾燥させ、そして隣接するコーティング層の上に次のコーティング層を形成することによって、複数のコーティング層を形成することができる。これは、所望の数のコーティング層を提供するのに必要とされる限り何度でも行うことができる。コーティング層は別のものと同じまたは異なる組成を有してもよいことが理解されよう。同様に、基材へのコーティング層の接着を促進するために複数のプライマー層を使用することができることは本技術の範囲内である。
コーティングは任意の適切な基材に適用することができる。適切な基材の例としては、アクリルポリマーなどの有機ポリマー材料、例えば、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアミド、ポリイミド、アクリロニトリル-スチレンコポリマー、スチレン-アクリロニトリル-ブタジエンターポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート、コポリカーボネート、高温ポリカーボネート、および任意の他の適切な材料が挙げられるが、これらに限定されない。
プライマー層またはコーティングを含む用途では、プライマー組成物は、トップコート材料の基材への接着を容易にするのに適した材料を含む。プライマー材料は特に限定されず、任意の適切なプライマー材料から選択され得る。一実施形態では、プライマーは、アルキルアクリレート、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラール、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、ウレタンヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラール、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、またはそれらの2つ以上の組み合わせのホモポリマーおよびコポリマーから選択される。一実施形態では、プライマーはポリメチルメタクリレートであり得る。適切なプライマーコーティング材料の例には、これらに限定されないが、Momentive Performance Materials Inc.から入手可能な、SilFORT(商標)SHP470、SilFORT(商標)SHP470FT-2050、SilFORT(商標)SHP401、およびSDC Technologiesから入手可能な、CrystalCoat(商標)PR-660などが含まれる。
プライマーコーティングは、フローコート、ディップコート、スピンコート、スプレーコート、または当業者に公知の任意の他の方法によって基材上にコーティングされてもよく、任意の溶媒の除去によって、例えば蒸発によって乾燥させてもよく、それにより乾燥コーティングが残る。プライマーは続いて硬化させることができる。さらに、トップコート(例えば、ハードコート層)は、フローコート、ディップコート、スピンコート、または当業者に知られている任意の他の方法によって乾燥プライマー層の上に適用され得る。任意選択的に、トップコート層をプライマー層なしで基材に直接適用し得る。トップコートはその後硬化され得る。
以下の実施例は、開示された技術による材料の実施形態を例示する。実施例は、開示された技術の態様および実施形態を例示することを意図しており、特許請求の範囲または開示をそのような特定の実施形態に限定することを意図していない。
実施例S-1:酸化セリウム含有シリコーンハードコートゾルの調製。
コロイド状酸化セリウムの溶液(Sigma Aldrich、20重量%セリア、2.5重量%酢酸)中でのメチルトリメトキシシラン(MTMS)の加水分解によって、酸化セリウム含有シリコーンハードコート樹脂溶液を調製した。小さなガラスボトルにコロイド状酸化セリウム溶液を入れた。MTMSを約20分かけて冷却した酸化セリウム溶液に添加した。混合物を室温に放置し、数時間撹拌した。次に、1-メトキシ-2-プロパノール(MP)を混合し、反応物を室温でさらに数日間放置した。次に反応混合物をイソプロパノール(IPA)でさらに希釈し、流動制御添加剤BYK(登録商標)302ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(Byk-Chemie GmbHから入手可能)を添加した。表1は、酸化セリウム含有シリコーンハードコートゾルの配合例を示す。配合物の最終固形分は20.1重量%と計算された。
実施例S-2:酸化セリウム含有シリコーンハードコートゾルの調製。
添加が表2に示されている通りであることを除いて、実施例S-1と同じ手順に従って酸化セリウム含有シリコーンハードコート樹脂溶液を調製した。配合物の最終固形分濃度は21.6重量%と計算された。
実施例S-3.酸化セリウム含有シリコーンハードコートゾルの代替調製
酸化セリウム-シロキサノール加水分解物を、酸化セリウムゾル(Sigma Aldrich、20重量%固形分、2.5重量%酢酸安定化、水性)を三角フラスコに添加し、次いで氷浴中で10℃未満に冷却することによって調製した。次いで、混合物を攪拌し温度を10から15℃に維持しながら、MTMSを30分間かけて冷却CeOゾルに添加した。得られた加水分解物を室温に温め、さらに16時間撹拌した。次いで加水分解物をMPおよびIPAを添加することによって希釈し、そして室温で3日間放置してエージングさせた。次いで、NH溶液を添加することによって加水分解物のpHを5.1に調整した。次いで、流動制御剤BYK(登録商標)331ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(Byk-Chemie GmbHから入手可能)を、酸化セリウム-シロキサノール加水分解物混合物に添加した。表3は、実施例S-3の酸化セリウムシロキサノールコーティングゾルを配合するために使用した添加を示す。この配合物は25.8重量%の測定固形分濃度を有していた。配合物は、触媒による最終配合物の前にさらにエージングされた。
実施例S-4.酸化セリウムとコロイド状シリカの両方を含むシリコーンハードコートゾルの調製
酸化セリウム-シロキサノール加水分解物は、酸化セリウムゾル(Sigma Aldrich、20重量%固形分、2.5重量%酢酸安定化、水性)を三角フラスコに入れ、次いで氷浴中で10℃未満に冷却することによって調製した。次いで、混合物を攪拌し温度を10から15℃に維持しながら、MTMSを30分間かけて冷却CeOゾルに添加した。得られた加水分解物を室温に温め、さらに16時間撹拌した。次いで加水分解物を、MPを添加することによって希釈した。加水分解物を室温で3日間放置することによりエージングさせた。
コロイド状シリカ-シロキサノール加水分解物を、コロイド状シリカゾル(Nalco 1034A、34.7重量%固形分、水性)を三角フラスコに入れ、次いで氷浴中で10℃未満に冷却することによって調製した。次いで、混合物を撹拌しながらMTMSを30分かけて冷却SiOゾルに添加した。得られた加水分解物を室温に温め、さらに16時間撹拌した。次いで加水分解物を、イソプロパノールを添加することにより希釈した。加水分解物を室温で3日間放置することによりエージングさせた。
次に、酸化セリウム含有加水分解物とコロイド状シリカ含有加水分解物とを合わせて攪拌して完全に混合した。次いで、NH溶液を添加することにより、合わせた加水分解物のpHを5.1に調整した。次いで、CeO/SiOシロキサノール加水分解物混合物に、流動制御剤BYK(登録商標)331ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンを添加した。表4は、混合酸化セリウム-コロイド状シリカシロキサノールコーティング溶液を配合するために使用した添加を示し、この配合物は25.6重量%の測定固形分濃度を有していた。加水分解物は、触媒による最終配合の前にさらにエージングさせた。
実施例S-5.コロイド状シリカおよび4-[γ-(トリエトキシシリル)プロポキシル]-2-ヒドロキシベンゾフェノンを含むシリコーンハードコートゾルの調製。
MTMSおよび酢酸を10から15℃の温度で一緒に混合し、10から15℃の間の温度を維持しながら、続いてコロイド状シリカゾル(W.R. Grace & Co.から入手可能なLudox(登録商標)AS40コロイド状シリカ、40重量%固形分、アンモニウム安定化)および追加の水を添加した。溶液を12から20時間混合し、IPAおよびn-ブタノール(NBA)を加え、続いて追加のロットの酢酸を加えることによって加水分解物を希釈した。4-[γ-(トリエトキシシリル)プロポキシル]-2-ヒドロキシベンゾフェノン(SHBP)を混合物に加え、さらに数時間撹拌した。流動制御剤BYK(登録商標)302を混合物に加え、加水分解物を数日間かけて室温に放置することによってエージングさせた。この配合物は20%の測定固形分濃度を有していた。表5は、シリコーンハードコートゾルを配合するために使用された添加を示す。
実施例S-6:コロイド状シリカおよび4,6-ジベンゾイル-2-(3-トリエトキシシリルプロピル)レゾルシノールを含有するシリコーンハードコートゾルの調製。
MTMSおよび酢酸を一緒に混合し、続いて温度を約10から15℃に維持しながら、コロイド状シリカゾル(Ludox(登録商標)AS40コロイド状シリカ、40重量%固形分)および追加の脱イオン水を添加した。溶液を12から20時間混合し、次いで加水分解物をIPAおよびNPA、続いて追加のロットの酢酸を添加することによって希釈した。次いで、希釈した加水分解物に、MP中32重量%溶液として4,6-ジベンゾイル-2-(3-トリエトキシシリルプロピル)レゾルシノール(SDBR)を加え、次いで混合物を数時間撹拌し、続いてBYK302を加えた。次いで加水分解物を室温(20℃)で50から75日間エージングさせた。表6は、シリコーンハードコートゾルを配合するために使用した添加を示す。この配合物は24.7%の測定固形分濃度を有していた。
実施例S-7:コロイド状シリカおよび4,6-ジベンゾイル-2-(3-トリエトキシシリルプロピル)レゾルシノールを含有するシリコーンハードコートゾルの水洗配合物の調製。
MTMSおよび酢酸を10から15℃の温度で一緒に混合し、続いてコロイド状シリカゾル(Ludox(登録商標)AS40コロイド状シリカ、40重量%固形分)および追加の脱イオン水を20分間かけて加えた。得られた加水分解物を室温に温め、12から20時間撹拌した。次いで加水分解物を、IPAおよびNBAを添加し、続いて酢酸の第二部分を添加することによって希釈した。次いで、希釈した加水分解物に、MP中の32重量%溶液としてSDBRを加え、そして反応混合物を数時間撹拌した。次いで加水分解物を室温で30から50日間エージングさせた。次いで加水分解物を等重量の脱イオン水と混合しそして激しく混合した。次いで、水-加水分解物混合物を分液漏斗に移し、60分間静置した後、2層が形成された。底層(シリコーン樹脂相)を引き抜き、上層(水相)から分離した。シリコーン樹脂相は、54.4%の測定固形分濃度を有していた。次いで有機/シリコーン相をメタノール、IPA、NBA、酢酸およびMPの混合物で希釈した。次に混合物を室温(20℃)で30から50日間さらにエージングさせ、その後流動制御剤BYK(登録商標)302ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンを添加した。表7は、シリコーンハードコートゾルを配合するのに用いた添加を示す。この配合物は25.4%の測定固形分濃度を有していた。
実施例S-8:コロイド状シリカおよび4-[γ-(トリエトキシシリル)プロポキシル]-2-ヒドロキシベンゾフェノンを含むプライマーレスシリコーンハードコートゾルの配合物の調製。
MTMSおよび酢酸を10から15℃の温度で一緒に混合し、続いて20分間かけてコロイド状シリカゾル(Ludox(登録商標)AS40コロイド状シリカ、40重量%固形分)および追加の脱イオン水をMTMS-酢酸混合物に加えた。10から25時間後、加水分解物を次いでIPAおよびNBAを添加し、続いて酢酸の第二部分を添加することにより希釈した。次いで、希釈した加水分解物にSHBPを加え、そして反応混合物を数時間撹拌し、そして室温(20℃)で50から60数日間エージングさせた。次いで、加水分解残渣(蒸留ポット中)が34.3%の固形分濃度に達するまで揮発性溶媒を真空蒸留により除去した。濃縮加水分解物をIPAおよびNBAで希釈し、次いでアクリルポリオール(Jonacryl(登録商標)587アクリルポリオール、BASF、フローラムパーク、ニュージャージー州)およびBYK(登録商標)302ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンを加水分解物溶液に溶解した。最終固形分濃度は25.0%と測定された。表8は、シリコーンハードコートゾルを配合するために使用された添加を示す。
表9の触媒を用いて表10から12に示す最終コーティング溶液を配合した。いずれの場合も、シリコーンハードコートゾルをガラスボトルに入れ、次いで触媒を添加した。次に混合物を撹拌して触媒を完全に溶解させた。

実施例1-32および比較例CE-1からCE-16
実施例S-1からS -8より製造した配合物を次に下塗りしたポリカーボネート基材に適用し、そして実施例S-9より製造した配合物を下塗りしていないポリカーボネート基材に適用した。




ポリメチルメタクリレートプライマー配合物の調製
ポリメチルメタクリレート(PMMA)溶液は、85重量%MPおよび15重量%ジアセトンアルコール(DAA)の混合物にPMMA樹脂(Elvacite 2041)を溶解することによって調製した。溶媒希釈は、MP:DAAの85:15混合物を用いて行った。成分を適切な大きさのガラスボトルまたはポリエチレンボトルに入れ、次によく振って混合した。ポリカーボネート基材に適用したときに0.5から3ミクロンの厚さのプライマーコーティング厚を与えるよう、溶液の固形分は2から8重量%固形分であった。コーティング適用の前に、プライマー溶液を少なくとも1時間放置した。
コーティングされたポリカーボネートパネルの調製
以下の手順に従って、プライマー配合物をポリカーボネートプレート上にコーティングした。ポリカーボネート(PC)プラークを、表面に付着しているあらゆるダスト粒子を除去するためにNガスまたは脱イオン空気の流れで洗浄し、続いて表面をIPAまたはMPですすいだ。次にプラークをドラフト内で20分間乾燥させた。次いで、プライマー溶液をフローコーティングによってPCプレートに適用した。プライマーコーティング溶液中の溶媒をドラフト内で約20分間蒸発させ(20から25℃、35から45%相対湿度)、次いで予熱した循環空気オーブンに125℃で20から45分間入れた。ハードコート溶液を適用する前にパネルを室温に冷却した。
表11に記載されている触媒化シリコーンハードコートの例を、フローコーティングによってPMMA下塗PCパネルに適用した。ドラフト内で約20分間乾燥した後(20から22℃、25から45%RH)、コーティングされたプラークを125℃の予熱した循環空気オーブンに45分間置いてコーティングを硬化させた。さらなる分析または試験を行う前に、パネルを室温に冷却した。
表12に記載されている触媒化リコーンハードコートの例を、フローコーティングによってSHP470FT-2050下塗りPCパネルに適用した。ドラフト内で約20分間乾燥した後(20から22℃、25から45%RH)、コーティングされたプラークを105℃から125℃の間の温度および15から90分の間の時間で予熱した循環空気オーブンに置いた。さらなる分析または試験を行う前に、パネルを室温に冷却した。
表13に記載されている触媒化シリコーンハードコートの例を、フローコーティングによって、下塗りされていないPCパネルに適用した。ドラフト内で約20分間乾燥した後(20から22℃、25から45%RH)、コーティングされたプラークを予熱した循環空気オーブンに105℃から125℃の間の温度で15から90分の間の時間で置いた。さらなる分析または試験を行う前に、パネルを室温に冷却した。
実施例1から49および比較例CE1からCE14の分析
光学特性(透過率およびヘイズ)は、BYK Gardner Haze-Gard(商標)機器を用いてASTM D1003に従って測定した。接着力は、ASTM D3200/D3359(クロスハッチ接着試験)に従って測定した。接着力は5Bから0Bの尺度で評価され、5Bは最も高い接着力のレベルを示す。4B未満の評価は、乏しい接着力と見なされる。水浸漬後の接着は、コーティングされたPCプラークを65℃の熱い脱イオン水中に所定の時間浸漬し、続いてクロスハッチ接着試験を行うことによって行った。65℃の水浸漬の10日後に>4Bの接着力を有するサンプルは、良好な水浸漬接着性を有すると考えられる。
スチールウール耐摩耗性試験は、グレード0000のスチールウールを1Kgの重量でコーティングされた基材の表面に擦りつけることによって実施した。コーティングされたサンプルの初期ヘイズ(H)を、スチールウール摩耗の前に測定し、次いで5回前後に擦った後(H)に再び測定した。ヘイズの変化(ΔHsw)は、ΔHsw=H-Hとして計算された。
テーバー磨耗試験はASTM D1003およびD1044に従って行われ、ヘイズ測定はBYK Haze-Gard(商標)およびヘイズメーターを用いて行われ、500サイクルでのΔヘイズ値(ΔH500)が測定された。各実施例の3つの試験片を試験し、平均ΔH500値を報告した。
硬度(H)および相当弾性係数(E)値は、ナノインデンテーション測定から得られた。H/Eの使用は、セラミックと金属のナノコンポジットコーティングの耐摩耗性を予測する手段として文献(J. Coat. Technol. Res., 13(4), 677-690. DOI10.1007/s11998-016-9782-8)に記載されている。ここで報告された試験は、Berkovichジオメトリプローブを備えたHysitron(登録商標)TI900TriboIndenter(登録商標)機器を使用して行われた。試験は変位制御モードで行われ、インデントの最大荷重は、試験される場所におけるトップコートフィルム厚の5.0±0.1%の一貫した接触深さを確実にするように選択された。試験前にサンプルの試験表面をIPAできれいに拭いた。各測定は、3セグメントロード関数、すなわちロードセグメント(ゼロ変位から目標変位までの5秒間の傾斜)、ホールドセグメント(目標変位での5秒間のホールド)、およびアンロードセグメント(ゼロ変位に戻る1秒間のアンロード)から構成された。試験した各試験片について最低7回の測定を行い、各例についてこれらの測定値の平均値を報告する。報告された値に対する平均相対標準偏差は<2%であった。
実施例および比較例の試験結果を表13から15に示す。






上記の説明は多くの詳細を含むが、これらの詳細は本発明の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、単にその好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲および精神の範囲内にある他の多くの可能な変形形態を想定し得る。

Claims (23)

  1. (a)少なくとも1つのシロキサノール樹脂および少なくとも1つのコロイド状酸化セリウムから選ばれるコロイド状金属酸化物の分散体を含む縮合硬化性シリコーン系組成物、ならびに(b)少なくとも1つの触媒を含み、ここで前記触媒は11より大きいpKaを有し、イミダゾール化合物及びその対イオンから選択され、イミダゾール化合物は下式(i)または(ii)、またはそれらの混合物から選ばれる超塩基の塩であり、

    ここでR、R、R、R、R、R、R、およびRは、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物、またはそれらの2以上の組合せからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン基を有する有機シリコーン化合物から独立して選択される、硬化性シリコーンハードコートシステム。
  2. 前記の超塩基または超塩基の塩が、11から45のpKaを有する、請求項1に記載のシリコーンハードコートシステム。
  3. 前記の超塩基または超塩基の塩が、20から30のpKaを有する、請求項1に記載のシリコーンハードコートシステム。
  4. 前記イミダゾール化合物がカルボン酸またはハロ対イオンを含む塩である、請求項1に記載のシリコーンハードコートシステム。
  5. 前記対イオンは、プロパン酸、2-メチルプロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸(吉草酸)、ヘキサン酸(カプロン酸)、2-エチルヘキサン酸、ヘプタン酸(エナント酸)、ヘキサン酸、オクタン酸(カプリル酸)、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、シクロヘキセンカルボン酸、安息香酸、ベンゼン酢酸、ラウリン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、バーサチック酸、ラウリン酸、酢酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、イソアン酸、塩化物、またはヨウ化物から選択される、請求項4に記載のシリコーンハードコートシステム。
  6. 前記超塩基の塩のイミダゾール化合物が、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-メチル-4-エチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-イソプロピルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4-メチルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1)’]-エチル-s-トリアジン、2-メチル-イミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾリウム-イソシアヌル酸付加物、1-アミノエチル-2-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  7. 前記触媒が、1分子当たり2以上のイミダゾール環を含み、ホルムアルデヒドと縮合した化合物から選択される、請求項1から6のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  8. 前記触媒が、1ppmから75ppmの範囲の量で提供される、請求項1から7のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  9. 前記触媒が、10ppmから70ppmの範囲の量で提供される、請求項1から8のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  10. 前記触媒が、15ppmから60ppmの範囲の量で提供される、請求項1から9のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  11. 有機UV吸収材料、無機UV吸収材料またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  12. 前記シリコーンハードコートシステムが、10重量%から50重量%の固形分を含む、請求項11に記載のシリコーンハードコートシステム。
  13. 前記UV吸収材料が、酸化セリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される、請求項1から12のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  14. 前記シロキサノール樹脂が、式RSi(OH)(式中、Rは、1から3個の炭素原子を含むアルキル基である)のシラノールの部分縮合物から誘導される、請求項1から13のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  15. 前記コロイド状金属酸化物が、コロイド状シリカ、コロイド状CeO、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される、請求項1から14のいずれか一項に記載のシリコーンハードコートシステム。
  16. ポリマー基材;ならびに
    前記基材の表面の少なくとも一部の上に配置されたシリコーンハードコート層であって、請求項1から15のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンハードコートシステムを含むシリコーンハードコート層、を含むコーティングされた物品。
  17. 前記基材が、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアミド、ポリイミド、アクリロニトリル-スチレンコポリマー、スチレン-アクリロニトリル-ブタジエンターポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート、コポリカーボネート、またはそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項16に記載の物品。
  18. 前記シリコーンハードコート層と前記ポリマー基材との間に配置されたプライマー層をさらに含む、請求項16または17に記載の物品。
  19. 前記プライマーが、アルキルアクリレートのホモポリマー、アルキルアクリレートのコポリマー、ポリウレタン、ポリカーボネート、ウレタンヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラール、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)、またはそれらの2つ以上の組み合わせから選択される、請求項16から18のいずれか一項に記載の物品。
  20. 前記無機UV吸収材料が、前記シリコーンハードコートシステムの乾燥重量の1重量%から50重量%の範囲の量で存在する、請求項16から19のいずれか一項に記載の物品。
  21. 超塩基の塩から選択される触媒を、少なくとも1つのシロキサノール樹脂および少なくとも1つのコロイド状酸化セリウムから選ばれるコロイド状金属酸化物を含む硬化性シリコーン系組成物に加えることを含む、硬化性シリコーンハードコート組成物を形成する方法。
    ここで、超塩基の塩は、11より大きいpKaを有し、イミダゾール化合物及びその対イオンから選択され、イミダゾール化合物は下式(i)または(ii)、またはそれらの混合物から選ばれる超塩基の塩であり、

    ここでR、R、R、R、R、R、R、およびRは、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物、またはそれらの2以上の組合せからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン基を有する有機シリコーン化合物から独立して選択される。
  22. コーティングされた物品を調製するための方法であって、
    物品の表面の少なくとも一部に硬化性シリコーンハードコート組成物を適用すること、ここで前記シリコーンハードコート組成物は(a)少なくとも1つのシロキサノール樹脂および少なくとも1つのコロイド状酸化セリウムから選ばれるコロイド状金属酸化物を含む硬化性シリコーン組成物、および(b)11より大きいpKaを有し、イミダゾール化合物及びその対イオンから選択され、イミダゾール化合物は下式(i)または(ii)、またはそれらの混合物から選ばれる超塩基の塩であり、

    ここでR、R、R、R、R、R、R、およびRは、水素、アルキル、置換アルキル、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、炭素環、複素環、アリール、またはヘテロアリール、ピリジニウム、イミダゾリウム、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピロリジニウム、モノまたはジアルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、およびそれらの誘導体、四級アミンおよび四級ホスホニウム、少なくとも1つの正に帯電したヘテロ原子を含む複素環式化合物、1つ以上の正に帯電したヘテロ原子を含む有機ケイ素/シラン化合物、またはそれらの2以上の組合せからなる群から選択されるペンダントまたはグラフト化のカチオン基を有する有機シリコーン化合物から独立して選択される、少なくとも1つの触媒、を含み、ならびに
    前記シリコーンハードコート組成物を硬化させて硬化コーティング層を形成することを含む方法。
  23. 前記硬化コーティング層が真空蒸着プロセスによってさらに処理される、請求項22に記載の方法。
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