KR100489325B1 - A)이소시아네이트및nco반응성실란의반응생성물및b)카르보실란수지상체를함유하는혼합물,상기혼합물로부터분말코팅제의제조방법및그의용도 - Google Patents

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Abstract

본발명은 A) 이소시아네이트 및 NCO 반응성 실란으로부터의 반응 생성물 및 B) 카르보실란 수지상체를 함유하는 혼합물, 상기 혼합물로부터 분말 코팅제의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

Description

A) 이소시아네이트 및 NCO 반응성 실란의 반응 생성물 및 B) 카르보실란 수지상체를 함유하는 혼합물, 상기 혼합물로부터 분말 코팅제의 제조 방법 및 그의 용도 {Mixtures Containing A) Reaction Products of Isocyanates and NCO-reactive Silanes and B) Carbosilane Dendrimers, a Process for Preparing Powder Coatings from the Mixtures and Their Use}
본발명은 A) 이소시아네이트와 NCO 반응성 실란의 반응 생성물 및 B) 카르보실란 수지상체(dendrimer)를 함유하는 혼합물, 상기 혼합물로부터 분말 코팅제의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.
락커 분야에서, 실리콘 성분이 내열성, 내UV광성, 내용매성 및 내화학약품성을 증가시킬 뿐만아니라 높은 스크래치 내성을 나타내기 때문에 실리콘 성분의 사용이 크게 증가되고 있다. 따라서, 이소시아네이트기를 함유하는 알콕시실란이 미국특허 제3,632,557호에서 성공적으로 사용된 바 있다. 그러나, 상기 락커 시스템은 용매 사용이 불가피하다. 생태학적인 잇점 때문에, 락커 분야에서는 고형계, 즉 분말 코팅제의 사용이 증가하고 있다. 그러나, 지금까지는 실리콘 함유 바인더를 기재로한 분말 코팅제를 제공하지 못했다.
따라서, 본발명의 목적은 분말로서 사용될 수 있고, 230℃ 미만의 융점을 가지며, 저장될 때 자유 유동성인 채로 있고 특히 코팅제 또는 접착제로서 사용되는 실리콘 함유 혼합물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 이제 A) 이소시아네이트와 NCO 반응성 실란의 반응 생성물 및 B) 카르보실란 수지상체를 함유하는 혼합물이 이러한 성질을 가짐을 밝혀내었다.
따라서, 본발명은 A) 1종 이상의 이소시아네이트와 1종 이상의 하기 화학식 1의 화합물의 1종 이상의 반응 생성물, 및 B) 축합 가교 말단기를 갖는 1종 이상의 카르보실란 수지상체를 함유하는 혼합물을 제공한다.
[화학식 1]
식 중,
Y는 NHR1 또는 OH, 바람직하게 NHR1 (식 중, R1은 H, C1-C18알킬, C5-C8시클로알킬, C6-C10아릴 또는 C7-C12아르알킬, 바람직하게 H임)이고,
R2는 C1-C5알킬렌이고,
R3 및 R4는 C1-C18알킬 또는 탄소수 5이하의 알콕시알킬렌이고,
n은 0, 1 또는 2이다.
이소시아네이트는 예컨대, 페닐 이소시아네이트, 2,4-톨루일렌 디이소시아네이트, 2,6-톨루일렌 디이소시아네이트, 4,4′-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이들과 트리메틸올프로판과 같은 저분자량 폴리올과의 반응 생성물, 2,4- 또는 2,6-톨루일렌 디이소시아네이트를 기재로 한 우레트디온기를 갖는 디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산 (IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 4,4′-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 또는 비우렛기, 이소시안우레이트기, 우레트디온기, 우레탄기, 옥사디아진트리온기 및(또는) 알로파네이트기를 갖는 상기 디이소시아네이트의 유도체와 같은 일작용성, 이작용성 및 다작용성 화합물 또는 그의 혼합물이 바람직하다.
예컨대, 우레트디온, 비우렛트 또는 이소시안우레이트기를 함유하는 폴리이소시아네이트와 같은 HDI 및(또는) IPDI를 기재로한 폴리이소시아네이트가 특히 바람직하다.
본발명의 특히 바람직한 실시양태로, 이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 기재로한 이소시안우레이트, 예컨대 데스모듈(등록상표)N 3300이다.
화학식 1의 NCO 반응성 실란은 바람직하게 아미노실란이고, 특히 3-아미노프로필트리에톡시실란, H2N-CH2CH2CH2-Si(OC2H5)3 및(또는) H2N-CH2CH2CH2-Si(OCH3)3이다.
본발명에 따른 반응 생성물 A)는 미국 특허 제3,632,557호 또는 유럽특허 공개 제676,403호에 따라 이소시아네이트기를 함유하는 화합물과 1차 또는 2차 아미노실란 또는 히드록시실란의 반응에 의해 얻는 것이 바람직하다.
본명세서에서 축합 가교 말단기 B)를 갖는 카르보실란 수지상체는 바람직하게 하기 화학식 2의 화합물이다.
[화학식 2]
식 중, n은 2 내지 10이고, a는 1 내지 3이고, i는 3 또는 4이고, R은 임의로 치환된 C1-C18알킬 및(또는) 임의로 치환된 C6-C10아릴기이며, 상기 분자 중의 n은 동일하거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 동일하며,
X는 OH, [(CH2)nSi(OH)R2], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a]] 이며,
단,
X가 OH이면, a가 1이고,
X가 [(CH2)nSi(OH)R2], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a]]인 경우에, a는 1 또는 3이다.
본명세서에서 "치환된"이란 용어는 예컨대, 할로겐, 알킬, 아미노기 등과 같은 모든 일반적인 치환기를 포괄한다.
상기 요인들을 고려하면, 본발명에 따른 카르보실란 수지상체는 하기 화학식 2a 내지 2d에 상응한다.
[화학식 2a]
[화학식 2b]
[화학식 2c]
[화학식 2d]
본발명의 바람직한 실시양태에서 n은 2이다.
화학식 Si[(CH2)2Si(OH)(CH3)2]4 또는 Si[(CH2)2Si[(CH2)2Si(OH)(CH3)2]3]4의 카르보실란 수지상체가 특히 바람직하다.
본발명의 또다른 변형으로, 카르보실란 수지상체는 예컨대 국제공개 제94/06 807, 미국 특허 제5,378,790호 또는 미국 특허 제5,548,051호에 서술된 바와 같은 가수분해성의 축합가교 말단기를 갖는다. 미국 특허를 포함하여 상기 서술된 모든 공개물은 본발명에 참고문헌으로 인용된다.
가수분해성이고 축합가교 말단기를 갖는 바람직한 카르보실란 수지상체 B)는 하기 화학식 3의 화합물이다.
[화학식 3]
식 중, n은 2 내지 10이고, a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 3이고, i는 3 또는 4이고, R 및 R′은 서로 독립적으로 임의로 치환된 C1-C18알킬 및(또는) 임의로 치환된 C6-C10아릴기이고, 이때 상기 분자 중의 n은 동일하거나 상이하고, 바람직하게는 동일하며,
X는 OR′, [(CH2)nSi(OR′)bR3-b], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OR′)bR3-b]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OR′)bR3-b]a]]이다.
상기 화합물은 본발명에 따른 혼합물에서 사용되기 전에 또는 사용 중에 통상의 방법에 의해 가수분해된다.
본명세서에서 "치환된"이란 용어는 예컨대 할로겐, 알킬, 아미노기 등과 같은 모든 일반적인 치환기를 포괄한다.
OR′ 작용성 카르보실란 수지상체는 바람직하게 임의로 촉매 및(또는) 용매의 존재하에 성분 A)에 첨가하기 전 또는 첨가하는 동안 가수분해되는 것이 바람직하다.
본발명에 따른 혼합물에 사용되는 카르보실란 수지상체는 독일 공개 제19 517 839.4호에 따라, 또는 국제 공개 제94/06 807호, 미국 특허 제5,378,790호 또는 미국 특허 제5,548,051호에 따라 제조된다. 상기 공개 서류 또는 그의 미국 대응 서류의 전체 공개물이 본 출원에서 참고문헌으로 인용된다.
바람직한 실시양태에서, 본발명에 따른 혼합물은 최종 용도에 따라, 예컨대 안료, 예컨대 벤조인과 같은 탈기제 및(또는) 예컨대 무기 또는 유기산과 같은 촉매 또는 예컨대 주석비누과 같은 금속성 유기 화합물, 유동성 조절제, 예컨대 입체 장애 아민 (HALS), 벤즈트리아졸과 같은 광안정화제와 같은 첨가제 C)를 함유한다.
그다음 첨가제 C)로서 사용되는 안료는 A) 및 B)중량의 합에 대하여 0.1 내지 100 중량%, 바람직하게 60 중량% 이하의 양으로 존재하며, 탈기제, 촉매, 유동성 조절제 및(또는) 광안정화제는 0.1 내지 5중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
이소시아네이트를 NCO 반응성 실란과 반응시키는 경우에, 반응성 실란 중 NH2, NHR1 또는 OH기에 대한 이소시아네이트기의 몰비는 바람직하게 1 이하, 보다 바람직하게 0.1 내지 1, 특히 1이다.
본발명에 따른 혼합물에서, 이소시아네이트와 NCO 반응성 실란으로부터의 반응 생성물 A) 양 대 카르보실란 수지상체 B) 양의 비율은 바람직하게 10 대 90 내지 90 대 10이고, 특히 30 대 70 내지 70 대 30이다.
서로 A)와 B)의 비율은 성분 A) 중 Si-OR4 대 성분 B) 중 Si=OH 및(또는) SiOR′기의 비로서, 몰비 OR4/OH 및(또는) SiOR′가 바람직하게 0.1 내지 10이고, 특히 0.8 내지 5이고, 보다 특히 1 내지 2인 것으로 특징으로 한다.
본발명에 따른 혼합물은 A)와 B) 및 임의로 C)를 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 혼합물은 손으로 또는 바람직하게 적당한 분쇄기로 분쇄될 수 있다.
A)와 B) 및 임의로 C)의 혼합물 제조는 바람직하게 압출기내에서 성분들을 균질화한 다음 용융시키고 고형화된 용융물을 분쇄시킴으로써 수행하는 것이 바람직하다.
또한 본발명은 개개의 성분 A), B) 및 임의로 C)을 용융시키고, 액체상태로 완전히 혼합한 다음 냉각시키는 본발명에 따른 혼합물을 기재로한 분말 코팅제의 제조 방법이 제공된다.
본발명은 또한 분말 코팅제로서 및 접착제로서 본발명에 따른 혼합물의 용도를 제공한다.
분말 코팅제로 사용하는 경우에, 성분 A) 및 B)를 예컨대 정전기 분무 장치로써, 코팅될 표면에 분말로서 도포시킨 다음, 경화시켜 고온에서, 바람직하게 120℃ 내지 220℃에서 필름을 형성한다. 또다른 실시방법은 A)와 B)의 혼합물을 120℃에서 용융시킨 다음 적당한 코팅 장치를 사용하여 기판 상에 용융물을 페인팅하고 120℃ 내지 220℃에서 경화시키는 것으로 이루어진다.
경화온도는 예컨대, 120℃ 내지 220℃, 바람직하게는 140℃ 내지 180℃이다.
경화시간은 온도에 따라 변할 수 있으며, 예컨대 10분 내지 180분이다.
얻어진 코팅 제품은 내용매성, 스크래치내성, 및 안료가 없이 투명하고 예컨대 유리, 금속 및 플라스틱 재료 (폴리카보네이트)와 같은 다양한 표면 상에 매우 우수한 접착 거동을 나타낸다.
성분 A)와 B) 및 임의로 C)의 혼합물은 또한 예기치않게 함께 표면들을 점착시키는데 적당하다. 이를 위해서는, 두 개의 표면을 바람직하게 120℃에서 A)와 B) 및 임의로 C)의 용융 혼합물로 코팅한 다음, 코팅된 표면들을 합친다. 상기 언급된 조건하에 경화시킨 후에, 표면이 서로 견고하게 붙는다.
하기 실시예는 본발명을 설명한다.
그러나 본발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다.
실시예
성분 A1의 제조
예비 코멘트
사용된 Si[(CH2)2SiClMe2]4는 독일출원 제19 517 839호에 따라 HSiCl Me2에 의한 테트라비닐실란의 수소화실릴화에 의해 얻어질 수 있으며, 상기 출원에서는 5 방울의 백금 촉매를 실온에서 테트라비닐실란 5g (36.7mmol), 클로로디메틸실란 20.8g (220.1mmol) 및 THF 20ml의 혼합물에 첨가했다. 전체를 초기에 실온에서 30분 동안 교반한 다음 45℃에서 50℃로 가열했다. 자발적인 발열 반응이 몇 분후에 일어나면, 결과에 따라 특정 환경에서는 가열욕을 제거해야 한다. 온도가 떨어지면, 45℃에서 50℃로 2 시간 더 가열했다. 교반하면서 실온으로 20 시간 동안 냉각시킨 후에 모든 휘발 성분을 진공하에 제거했다. 생성물을 무색 왁스로서 얻었다.
데스모듈 (등록상표)N3300 (NCO-당량 195g/mol) 19.5g을 질소 분위기 하에 실온에서 초기에 도입시켰다. 3-아미노프로필-트리에톡실란 22.1 g(0.1 mol)을 교반하면서 10 분의 과정에 걸쳐 적가했다. 반응 혼합물을 100℃에서 3시간 동안 반응열을 사용하여 가열시켰다. 냉각시킨 후에, 담황색의 고상 잔류물이 분리되었고 이를 분쇄시켜 분말을 제조했다.
연화점: 약 100℃
Si 함량 : 6.65% (이론치 6.7%)
IR : NCO기가 감지되지 않음.
수율 : 41g
Si[(CH2)2Si(OH)Me2]4, 성분 B1의 합성
디에틸 에테르 20 ml 중 Si[(CH2)2SiClMe2]4 10.0g (19.5mmol)의 용액을 30분의 과정에 걸쳐 디에틸 에테르 300ml 중 트리에틸아민 8.5g (84.0mmol) 및 물 1.62g (90.0mmol)에 적가시켰다. 그 다음 형성된 트리에틸아민 염산염을 흰색 침전물로서 제조했다. 첨가 절차를 완료한 후에, 부가적으로 1 시간 동안 교반을 계속하고 고형물을 여과했다. 용매를 진공하에 여액으로부터 제거했다. 이 방식으로 얻어진 무색 고형물을 THF에 용해시키고 강력하게 교반하면서 헥산 500ml 중에 천천히 적가했다. 생성물은 미세한 흰색 침전물로 나타났고, 여과하고 헥산으로 한번 세척한 후에는 더이상의 정제를 필요로하지 않았다.
안정한 고형물이 얻어졌다.
융점 144℃
원소 분석
C H O Si
이론치 43.58% 10.06% 14.51% 31.85%
실측치 43.6% 10.1% 14.2% 32.1% (Diff.)
C16H44O4Si5
M=440.951g/mol
NMR: (DMSO-d6)
1H:δ=0.0ppm (s, 6H, SiCH3); 0.39 ppm (m, 4H, Si(CH2)2Si); 5.21 ppm (s, 1H, SiOH).
13C{1H}:δ=-0.63 ppm (s, SiCH3); 1.93 ppm (s, Si(CH2)4; 9.77 ppm (s, Si(OH)CH2).
29Si{1H}:δ=14.26 ppm (s, Si(CH2)4); 16.33 ppm (s, SiOH)
실시예 1
성분 A1 5g (=0.036mol=OC2H5기) 및 성분 B1 3.94g (=0.036 mol OH기)를 미세하게 분쇄하고 100 내지 120℃에서 용융시킨 다음 15㎛ 두께층으로 0.6mm 두께 금속 시트에 도포시켰다. 코팅을 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다.
특성:
크로스 해치 접착 시험 (ISO 2409): 0
에리크센(Erichsen) 깊이 (ISO 1520): 9mm
충격 (ASTM D 2794-93): 80 in.lb
실시예 2
실시예 1로부터의 혼합물을 15㎛ 두께층으로 유리에 도포시키고, 동일한 방식으로 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다.
특성:
크로스 해치 접착 시험 (ISO 2409): 0
진자(Pendulum) 경도 (DIN 53 157): 160초
실시예 3
실시예 1로부터의 혼합물을 15㎛ 두께층으로 폴리카보네이트 표면에 도포시키고 160℃에서 1시간 동안 경화시켰다.
특성:
크로스 해치 접착 시험 (ISO 2409): 0
세사 시험 (ASTM D 1003에 따른 헤이즈): 5.3%
비교용의 비코팅 폴리카보네이트 표면: 35%
실시예 4
실시예 1로부터의 혼합물을 15㎛ 두께층으로 두개의 알루미늄 표면에 도포했다. 두개의 표면을 합하고 160℃의 일정 온도에서 1시간 동안 유지했다. 냉각 후에, 두개의 알루미늄 조각은 견고하게 서로 붙었다.
본발명의 A) 이소시아네이트 및 NCO 반응성 실란의 반응 생성물 및 B) 카르보실란 수지상체를 함유하는 혼합물은 분말로서 사용될 수 있고, 230℃ 미만의 융점을 가지며, 저장될 때 자유 유동성인 채로 존재하며 특히 코팅제 또는 접착제로서 사용된다.

Claims (14)

  1. A) 1종 이상의 이소시아네이트와 하기 화학식 1의 1종 이상의 NCO 반응성 실란으로부터의 1종 이상의 반응 생성물, 및 B) 축합 가교 말단기를 갖는 1종 이상의 카르보실란 수지상체를 포함하는 혼합물.
    <화학식 1>
    Y-R2-Si(R3)n(OR4)3-n
    식 중,
    Y는 NHR1 또는 OH 로서, 여기서 R1은 H, C1-C18알킬, C5-C8시클로알킬, C6-C10아릴 또는 C7-C12아르알킬이고,
    R2는 C1-C5알킬렌이고,
    R3 및 R4는 C1-C18알킬 또는 탄소수 5이하의 알콕시알킬렌이고,
    n은 0, 1 또는 2이다.
  2. 제1항에 있어서, 1종 이상의 이소시아네이트가 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및(또는) 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산을 기재로한 폴리이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 혼합물.
  3. 제1항에 있어서, 1종 이상의 NCO 반응성 실란이 NH2-CH2CH2CH2-Si(OC2H5)3 및(또는) NH2-CH2CH2CH2-Si(OCH3)3인 것을 특징으로 하는 혼합물.
  4. 제1항에 있어서, 축합 가교 말단기를 갖는 1종 이상의 카르보실란 수지상체가 하기 화학식 2의 화합물인 것을 특징으로 하는 혼합물.
    <화학식 2>
    R4-iSi[(CH2)nSiXaR3-a]i
    식 중, n은 2 내지 10이고, a는 1 내지 3이고, i는 3 또는 4이고, R은 임의로 치환된 C1-C18알킬 및(또는) 임의로 치환된 C6-C10아릴기이며, 상기 분자 중의 n은 동일하거나 상이할 수 있고,
    X는 OH, [(CH2)nSi(OH)R2], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a]] 이며,
    단,
    X가 OH이면, a가 1이고,
    X가 [(CH2)nSi(OH)R2], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OH)R2]a]]인 경우에, a는 1 또는 3이다.
  5. 제1항에 있어서, 1종 이상의 카르보실란 수지상체가 Si[(CH2)2Si(OH)(CH3)2]4 또는 Si[(CH2)2Si[(CH2)2Si(OH)(CH3)2]3]4인 것을 특징으로 하는 혼합물.
  6. 제1항에 있어서, 축합가교 말단기를 갖는 1종 이상의 카르보실란 수지상체 B)가 성분 A)의 첨가 전에 또는 첨가 중에 가수분해되는 하기 화학식 3의 화합물들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 혼합물.
    <화학식 3>
    R4-iSi[(CH2)nSiXaR3-a]i
    식 중, n은 2 내지 10이고, a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 3이고, i는 3 또는 4이고, R 및 R′은 서로 독립적으로 임의로 치환된 C1-C18알킬 및(또는) 임의로 치환된 C6-C10아릴기이고, 이때 상기 분자 중의 n은 동일하거나 상이할 수 있으며,
    X는 OR′, [(CH2)nSi(OR′)bR3-b], [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OR′)bR3-b]a] 또는 [(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSiR3-a[(CH2)nSi(OR′)bR3-b]a]]이다.
  7. 제1항에 있어서, 안료, 탈기제, 유동성 조절제, 광안정화제 및 촉매로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제 C)를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 혼합물.
  8. 제1항에 있어서, A) 대 B)양의 비가 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하는 혼합물.
  9. 개별 성분 A), B) 및 임의로 C)을 용융시키고, 액체로서 아주 완전히 혼합한 다음 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제7항에 따른 혼합물로 이루어진 분말 코팅제 혼합물의 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 혼합물을 분말 코팅제로서 기판에 도포하는, 상기 혼합물의 사용 방법.
  11. 제1항에 따른 혼합물을 접착제로서 기판의 표면에 도포하는, 상기 혼합물의 사용 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 첨가제 C)가 A) 및 B)의 중량의 합에 대하여 0.1 내지 100 중량%의 양으로 존재하는 안료인 혼합물.
  13. 제7항에 있어서, 상기 첨가제 C)가 탈기제, 촉매, 유동성 조절제 및 광 안정화제로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 첨가제의 각각이 A) 및 B)의 중량의 합에 대해 0.1 내지 5중량%의 양으로 존재하는 혼합물.
  14. 제9항에 있어서, 개별 성분 A), B) 및 임의로 C)가 약 120℃의 온도에서 용융되는 방법.
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