KR101541106B1 - 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 금속에 도포하는 방법 및 그 결과로 얻은 코팅된 금속 - Google Patents

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Abstract

금속의 노출된 표면의 적어도 일부분의 코팅 방법은: a) 하나 또는 그보다 많은 하이드록실 기들 그리고, 선택적으로, 하나 또는 그보다 많은 유기질소 기들(organonitrogen groups)을 가지며, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해되고, 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된, 적어도 하나의 실란의 하나의 수용액을 포함하여 구성되는 경화성 코팅 조성물을 상기 표면에 도포하는 단계; 그리고 b) 상기 금속 표면 위의 상기 경화성 코팅 조성물을 경화시켜서 상기 금속 표면 위에 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하는 단계;를 포함하여 구성되며, 상기 하이드록실 기(들)와 선택적인 유기질소 기(들)는, 상기 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해되고 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된 실란의 규소 원자에 그러한 기(들)를 결합시키는(linking) 하나의 브리징 기(bridging group)의 다른 탄소 원자들에 결합된다.

Description

내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 금속에 도포하는 방법 및 그 결과로 얻은 코팅된 금속{METHOD OF APPLYING AN ANTI-CORROSION AND/OR ADHESION PROMOTING COATING TO A METAL AND RESULTING COATED METAL}
발명의 분야
본 발명은, 내부식성 및/또는 점착성-증진 특성들을 나타내는 코팅들을 금속 표면들에 도포하는 방법 그리고 그 표면의 적어도 일부분에 그러한 코팅들을 갖는 금속들에 관한 것이다.
선행기술의 상세한 설명
대부분의 금속들은 어떤 형태의 부식, 특히, 대기 부식(atmospheric corrosion)에 취약하며, 그 결과로서 다양한 종류들의 녹들이 형성된다. 그러한 부식은 금속의 품질에 크게 영향을 줄 수 있다. 표면 부식(superficial corrosion)은 대개 금속 표면들로부터 제거될 수 있으나, 그 제거를 위한 공정들은 시간이 많이 소모되고 비용이 많이 드는 경향이 있으며, 금속의 완전성(integrity)에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 코팅들이 금속 표면들에 도포되는 경우에, 금속의 부식은 코팅과 금속 표면 사이에 불충분하거나 효과적이지 않은 점착성을 가져올 수 있다. 코팅과 이 코팅이 도포되는 금속 표면 사이의 점착성 감소는 또한 금속의 부식을 일 으킬 수 있다.
금속 합금들, 금속 박판들(laminates), 금속 복합물들(composites), 및 그 동등물을 포함하는 여러 가지 종류들의 금속들이 제조업과 건축업에 광범위하게 사용된다. 어떤 종류의 금속들, 특히, 철 및 강철과 같은 철 금속들(ferrous metals)은 흔히 저장 및 선적(shipment) 동안에 녹을 발생시킨다. 녹["storage stain"이라고도 함]은, 금속의 표면 위에 응축되어 금속 또는 금속 위의 금속 코팅과 반응하는 수분에 의해 야기되는 것이 일반적이다. 녹은 미학적으로 매력이 없으며, 흔히 금속의 능력을 손상시켜서 다음 단계의 처리 공정들(processing operations)을 직접적으로 겪게 한다. 따라서, 여하한 다음 단계의 처리 공정들을 수행하기에 앞서, 금속 표면으로부터 그리고 녹이 재형성되는 것을 막도록 처리된 금속 표면으로부터 녹을 자주 제거할 필요가 있다. 선적과 저장 동안에 금속에 녹이 형성되는 것을 막기 위해서 뿐만 아니라 금속이 다음 단계의 처리 공정들을 거친 후에 녹이 형성되는 것을 막기 위해서 현재 여러 가지 방법들이 사용된다.
금속들의 저장, 선적 및 사용 동안에 금속들에 녹이 형성되는 것을 방지하는 것은, 크로메이트(chromate)와 같은 박막(thin film)을 금속들의 표면들에 도포함으로써 달성될 수 있음이 잘 알려져 있다. 크로메이트 코팅들이 녹 형성에 대한 저항성을 제공하기는 하나, 크롬은 매우 독성이 강하고 환경적으로 바람직하지 않다. 또한, 크롬 층은, 거기에 도포된 여하한 다음 층의 점착성을 향상시키는 데 아무런 도움이 못될 수 있다.
따라서, 바람직한 내부식성과 점착성 특성들을 제공하면서도, 크롬을 사용하 지 않는, 금속을 코팅하기 위한 방법이 필요하다.
발명의 간단한 설명
본 발명에 의하면,
a) 하나 또는 그보다 많은 하이드록실 기들 그리고, 선택적으로, 하나 또는 그보다 많은 유기질소 기들(organonitrogen groups)을 가지며, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해되고, 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된, 적어도 하나의 실란의 수용액을 포함하여 구성되는 경화성 코팅 조성물(curable coating composition)을 금속의 노출된 표면에 도포하는 단계; 그리고
b) 상기 금속 표면 위의 상기 경화성 코팅 조성물을 경화시켜서 상기 금속 표면 위에 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하는 단계;를 포함하여 구성되며,
상기 하이드록실 기(들)와 선택적인 유기질소 기(들)가, 상기 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해되고 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된 실란의 규소 원자에 그러한 기(들)를 결합시키는(linking) 브리징 기(bridging group)의 다른 탄소 원자들에 결합되는, 금속의 노출된 표면의 적어도 일부분을 코팅하기 위한 방법이 제공된다.
상기 하이드록실 기(들)와 선택적인 유기질소 기(들)는, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해된 실란을 제공하는 가수분해와, 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하는 그 다음 단계의 실란의 경화에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 경화된 코팅에 계속 남아있다. 경화된 코팅은, Si-O-Si 결합들을 갖는 폴리실록산이다. 또한, 기재 금속(substrate metal)이 하이드록실 기들을 포함할 때, 이들은 또한 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해되고 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된 실란의 실라놀 기들과 반응하여 경화된 코팅을 위한 앵커링 사이트들(anchoring sites)의 역할을 하는 Si-O-금속 결합들을 제공할 수 있다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물의 실란 성분의 하이드록실 기 그리고 선택적인 유기질소 기[존재하는 경우]는, 아마도, 물과의 수소 결합에 대한 이러한 극성 기들의 더 큰 친화력(affinity)으로 인해, 그 용해도와 그 가수분해 및 축합 생성물들의 용해도를 증가시킨다. 이러한 더 큰 용해도는, 그 원인이 무엇이든지, 그로 인해 축합 생성물들의 침전을 감소시키거나 제거하고 그에 따라 실란의 수용액들의 저장 안정성 (또는 저장-수명)을 증가시키는데, 이것은 본 발명의 코팅 방법에 그들을 성공적으로 사용하는데 있어 매우 중요한 실제적 고려사항(practical consideration)이다. 또한, 하이드록실 기들은, 거기에 선택적으로 도포될 수 있는 어떤 종류의 추가 코팅들이 갖는 상호 반응성 기들(mutually reactive groups)과 반응할 수 있다. 따라서, 선택적인 부가적 코팅의 도포 및 건조 동안에 하이드록실-포함 가수분해성 실란(hydroxyl-containing hydrolyzable silane)과 선택적인 부가적 코팅 사이에 일어나는 공유 결합 또는 다른 상호 작용은, 밑에 있는 실란-유도(derived) 코팅에 대한 선택적인 부가적 코팅의 점착성을 증진시킬 수 있다.
본 명세서에 사용된 "경화(curing)"라는 용어는, 본 발명에 따른 경화성 코팅 조성물의 부분적으로 그리고/또는 실질적으로 완전히 가수분해되고 그리고 선택적으로 부분적으로 축합된 실란 성분(들)이, 새롭게 도포된 코팅 조성물의 졸화 단계(solation stage)로부터 겔화 단계(gelation stage)로 변화하여 불용성의 단단하게 굳은 코팅 층을 만드는, 점진적인 화학적 변화를 가리킨다.
Figure 112014086746875-pct00001
기들의 그들 자신과의 축합 [또는 그것은 중축합(polycondensation)이라고 부를 수도 있음]에 의해 야기되어 오르가노폴리실록산들(organopolysiloxanes)의 특성인
Figure 112014086746875-pct00002
결합들을 형성하는 이러한 화학적 변화는, 코팅 조성물로부터의 물의 제거를 포함한다. 본 명세서에서 "코팅"이라는 용어는, 부분적인, 또는 불완전한, 경화 그리고 실질적으로 완전한 경화를 포함한다. 경화를 가져오는 축합은, 대기 온도 조건들(ambient temperature conditions) 하에 일어날 것이며, 열 그리고/또는 진공의 적용에 의해 촉진될 수 있다.
실시예들(working examples) 또는 달리 나타낸 경우를 제외하고, 본 명세서와 특허청구범위에 명시된, 물질들의 양들, 반응 조건들, 기간들(time durations), 물질들의 정량화된 특성들(quantified properties) 등을 나타내는 모든 수들은, "약" 이라는 용어에 의해 모든 경우들에서 가감되는(modified) 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 기술된 여하한 숫자로 표시된 범위는 그 범위내에 있는 모든 하위-범위들(sub-ranges)을 포함하도록 의도되는 것으로 또한 이해될 것이다.
구조적으로, 조성적으로 그리고/또는 기능적으로 관련된 화합물들, 재료들 또는 물질들의 군(group)에 속하는 것으로 명세서에 명확히 또는 암시적으로 개시되고 그리고/또는 특허청구범위에 기술된, 여하한 화합물, 재료 또는 물질이 그러한 군의 개개의 예들(individual representatives)과 그 모든 조합들(combinations)을 포함하는 것으로 또한 이해될 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 방법에 사용되는 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해된 실란은, 하이드록실-포함, 그리고 선택적으로 유기질소 기-포함, 가수분해성 실란을, 부분적이거나 실질적으로 완전한 가수분해에 처하게 하여 얻는다.
하나의 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은 일반식 (1)에 해당하며:
Figure 112014086746875-pct00003
(1)
상기 식에서:
R1 및 R2 의 각각(each occurrence)은, 독립적으로 1가 하이드로카빌 기(hydrocarbyl group), 예컨대, 하나 또는 그보다 많은 에테르 산소(etheric oxygen) 원자들을 선택적으로 포함하는, 20 까지의 탄소 원자들의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기 또는 아실 기이고;
R3 및 R4 의 각각은, 독립적으로 2가 하이드로카빌렌 기, 예컨대, 12 까지의 탄소 원자들의 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌(arenylene), 아릴렌 또는 아르알킬렌(aralkylene) 기이며;
R5 의 각각은, 독립적으로 2가 또는 다원자가 하이드로카빌렌 기, 예컨대, 12 까지의 탄소 원자들의 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌, 아릴렌 또는 아르알킬렌 기인데, b 가 0 일 때, c 가 0 이고, 그리고 d 가 1 이면, R5 가, R3 과 -OH 기 사이의 화학 결합(chemical bond)일 수 있는 것을 조건으로 하고;
R6 의 각각은, 독립적으로 수소, 1가 하이드로카빌 기, 예컨대, 8 까지의 탄소 원자들의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기, -C(=O)A1R5(OH)d 기 또는 -R5(OH)d 기이며;
R7 의 각각은, 독립적으로 수소, 1가 하이드로카빌 기, 예컨대, 8 까지의 탄소 원자들의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴, 및 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기 또는 -R8(OH)f 기이고;
R8 의 각각은, 독립적으로 2가 또는 다원자가 하이드로카빌렌 기, 예컨대, 12 까지의 탄소 원자들의 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌, 아릴렌 또는 아르알킬렌 기이며;
A1 의 각각은, 독립적으로 2가 산소 (-O-) 또는 구조 -NR9- [여기서, R9 는, 수소, 1가 하이드로카빌 기, 예컨대, 8 까지의 탄소 원자들의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기 또는 -R8(OH)f 기임]의 질소이고; 그리고,
첨자들 a, b, c, d, e 및 f 의 각각은, 독립적으로 정수이며, 여기서, a 는, 0 내지 2 이고; b 는, 0 내지 20 이며; c 는, 0 또는 1 이고; d 는, 1 내지 4 이며; e 는, 0 또는 1 이고; 그리고, f 는, 1 내지 4 이다.
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란과 관련하여 본 명세서에 사용된, "알킬"은, 선형(straight), 가지형 및 고리형 알킬 기들을 포함하고; "알케닐"은, 하나 또는 그보다 많은 탄소-탄소 이중 결합들을 포함하는 여하한 선형, 가지형, 또는 고리형 알케닐 기[여기서 치환 위치(site of substitution)는, 만약 있다면, 탄소-탄소 이중 결합에 또는 그 기(the group)의 다른 곳에 있을 수 있음]를 포함하며; "아릴"은, 하나의 수소 원자가 제거된 임의의 방향족 탄화수소를 포함하고; "아르알킬"은, 하나 또는 그보다 많은 수소 원자들이 동일한 수의 같은 그리고/또는 상이한 (본 명세서에 정의된 바와 같은) 아릴 치환기들(substituents)에 의해 치환된, 여하한 전술한 알킬 기들을 포함하며; "아레닐"은, 하나 또는 그보다 많은 수소 원자들이 동일한 수의 같은 그리고/또는 상이한 (본 명세서에 정의된 바와 같은) 알킬 치환기들에 의해 치환된, 여하한 전술한 아릴 기들을 포함하고; "알킬렌"은, 선형, 가지형 및 고리형 알킬렌 기들을 포함하며; "알케닐렌"은, 하나 또는 그보다 많은 탄소-탄소 이중 결합들을 포함하는 여하한 선형, 가지형, 또는 고리형 알케닐렌 기[여기서 치환 위치는, 만약 있다면, 탄소-탄소 이중 결합에 또는 그 기의 다른 곳에 있을 수 있음]를 포함하고; "아릴렌"은, 둘 또는 그보다 많은 수소 원자들이 제거된 여하한 방향족 탄화수소를 포함하며; "아르알킬렌"은, 하나 또는 그보다 많은 수소 원자들이 동일한 수의 같은 그리고/또는 상이한 (본 명세서에 정의된 바와 같은) 아릴 치환기들에 의해 치환된, 여하한 전술한 알킬렌 기들을 포함하고; "아레닐렌"은, 하나 또는 그보다 많은 수소 원자들이 동일한 수의 같은 그리고/또는 상이한 (본 명세서에 정의된 바와 같은) 알킬 치환기들에 의해 치환된, 여하한 전술한 아릴렌 기들을 포함하며; "하이드로카빌"은, 하나의 수소 원자가 제거되어 1가 기를 형성하는 임의의 탄화수소를 포함하고; 그리고 "하이드로카빌렌"은, 적어도 두 개의 수소 원자들이 제거되어 2가 또는 다원자가 기를 형성하는 여하한 탄화수소를 포함한다.
알킬의 구체적인 예들은, 메틸, 에틸, 프로필 및 이소부틸을 포함한다. 알케닐의 구체적인 예들은, 비닐, 프로페닐, 알릴, 메탈릴(methallyl), 에틸리데닐(ethylidenyl) 노보네인(norbornane), 에틸리덴 노보닐(norbornyl), 에틸리데닐 노보넨(norbornene) 및 에틸리덴 노보네닐(norbornenyl)을 포함한다. 아릴의 구체적인 예들은, 페닐과 나프탈레닐을 포함한다. 아르알킬의 구체적인 예들은, 벤질과 페네틸을 포함한다. 아레닐의 구체적인 예들은, 톨릴과 크실릴(xylyl)을 포함한다. 알킬렌의 구체적인 예들은, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 및 이소부틸렌을 포함한다. 알케닐렌의 구체적인 예들은, 에테닐렌, 프로페닐렌, 메탈릴렌(methallylene), 에틸리데닐렌 노보네인, 에틸리덴 노보닐렌, 에틸리데닐렌 노보넨 및 에틸리덴 노보네닐렌을 포함한다. 아릴의 구체적인 예들은, 페닐렌과 나프탈레닐렌을 포함한다. 아르알킬렌의 구체적인 예들은, 페네틸렌과 페닐메틸렌을 포함한다. 아레닐렌의 구체적인 예들은, 톨릴렌과 크실릴렌을 포함한다.
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란들과 관련하여 본 명세서에 사용된, "고리형 알킬", 및 "고리형 알케닐"은 또한 이중고리형, 삼중고리형, 그리고 고차(higher) 고리형 구조들을, 알킬 및/또는 알케닐 기들로 더 치환된 전술한 고리형 구조들과 함께 포함한다. 이러한 구조들의 대표적인 예들은, 노보닐(norbornyl), 노보네닐, 에틸노보닐, 에틸노보네닐, 에틸사이클로헥실, 에틸사이클로헥세닐, 사이클로헥실사이클로헥실, 및 사이클로도데카트리에닐을 포함한다.
가수분해는 물이 가수분해성 실릴 기(hydrolyzable silyl group), 예컨대,
Figure 112014086746875-pct00004
와 반응할 때 일어나며, 이러한 가수분해는 그 기(group)의 가수분해성 모이어티(hydrolyzable moiety)를 HO- 로 대체하여 실라놀,
Figure 112014086746875-pct00005
, 기를 제공한다. 축합은 실릴옥시 기,
Figure 112014086746875-pct00006
가, 알콕시 또는 하이드록시 기를 대체할 때 일어나서 실록산,
Figure 112014086746875-pct00007
, 기를 제공한다. 가수분해의 정도는, 식 (I)을 사용하여 계산될 수 있으며:
가수분해 퍼센트 = [100%] [1-(A/(A + B + C))] (I)
상기 식에서, A는 가수분해성 실릴 기들의 수이고; B는 실라놀 기들의 수이며; 그리고 C는 규소 원자에 결합된 실릴옥시 기들의 수이다.
A와 B에 대해 숫자로 표시된 값들은, 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 스펙트럼들을 입수하여, 데이터를 해석하는 것을 포함하는, 29Si 핵 자기 공명법(Nuclear Magnetic Resonance: NMR)에 의해 결정될(determined) 수 있다. 이러한 절차(procedure)에 따라, 하이드록실-포함 가수분해성 실란 또는 그 수용액을, 로킹(locking) 목적들을 위해 첨가된 아세톤-d6을 포함하는 모세관을 구비한 10 mm NMR 튜브(tube)에 넣는다. 그러한 화학적 이동들(chemical shifts)은 29Si NMR에 있어서의 테트라메틸실란에 외부 참조된다(externally referenced). 인버스 게이트 디커플링 펄스 시퀀스(inverse gated decoupling pulse sequence)가 29Si 원자에 대해 45-도(degrees)의 펄스 폭(pulse width)으로 사용된다. 360 초의 지연(delay)이 스캔들(scans) 사이에 사용된다. 7.05T의 전계 강도(field strength)에서 동작하는 29Si NMR에 있어서 획득 시간(acquisition time)은 1.4 초이다. 29Si 원자에 대한 59.6 MHz는, 11627 Hz의 스위프 폭(sweep width) 그리고 32K의 사이즈(size)와 서로 관련이 있다. 스펙트럼 데이터는 2 Hz의 라인 밴드(line band)를 사용하여 프로세싱된다(processed). 29Si NMR 스펙트럼들에 대한 데이터는 48 시간 동안 수집된다. 실란의 가수분해는, 알콕시 기, 예컨대, 메톡시 기가 하이드록실 기로 대체되어 실라놀 기가 생김에 따라, 화학적 이동이 약 1 ppm 증가하는 것을 관찰함으로써 모니터링된다. 가수분해된 실란의 축합은, 실릴옥시 기
Figure 112014086746875-pct00008
로 대체된 알콕시 기 마다 화학적 이동이 약 10 ppm 감소하는 것으로 관찰된다. 알콕시 기가, 예를 들어, 메톡시에서 에톡시로 크기가 증가됨에 따라, 화학적 이동 차이는 증가하며, 이것은 실험적으로 측정될 수 있다.
등가량(equivalent amount) 보다 적은 양의 물이 가수분해성 실릴 기와 반응할 때, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은 부분적으로 가수분해된다. 실란은, 가수분해 퍼센트가 1 내지 94 퍼센트의 범위내에 있을 때 부분적으로 가수분해되는 것으로 여겨진다. 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 가수분해 퍼센트가 95 내지 100 퍼센트의 범위내에 있을 때 실질적으로 완전히 가수분해되는 것으로 여겨진다. 부분적으로 가수분해된 하이드록실-포함 가수분해성 실란은 수용액에서 더 우수한 안정성을 가지는데, 이는 R1O-Si 기가 실라놀 축합의 중합 반응을 종결시키고, 하이드록실-포함 가수분해성 실란으로부터 유도된 하급 평균 분자량 올리고머 컴포지션(lower average molecular weight oligomeric composition)을 유지시키기 때문이다. 하급 분자량 올리고머 컴포지션은, 금속 기재(metal substrate) 위에 더 균일하게 흡착하여 더 우수한 점착성을 가져온다.
다른 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란 그리고/또는 하이드록실-포함 유기규소 컴포지션(hydroxyl-containing organosilicon composition)의 수용액은, 식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란으로부터 유도된 올리고머들과 같은 올리고머들을 포함하여 구성될 수 있다. 몇몇 올리고머들은, 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 하이드록실 기의, 다른 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 실릴 에스테르 기와의 분자간 에스테르 교환반응(inter-molecular transestification)의 결과로서 만들어진다. 다른 올리고머들은, 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 가수분해로부터, 그리고 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 가수분해 생성물들 (실라놀들)의, 본 명세서에 설명되어 있는 것들과 같은 다른 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 실라놀과의 분자간 축합으로부터 만들어진다. 하나의 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란 그리고/또는 하이드록실-포함 유기규소 컴포지션의 수용액은, 식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 에스테르 교환반응에 의해 유도된 올리고머들, 식 (1)의 모노머들 그리고 식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 부분적인 또는 완전한 가수분해 및 축합으로부터 유도된 올리고머들을 포함한다.
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란으로부터 유도된 올리고머들은, 대기의 또는 대기보다 낮거나(sub-ambient) 상승된 온도에서, 대기의 또는 대기보다 저하되거나 상승된 압력 하에 그리고 용제 및/또는 촉매 없이 또는 용제 및/또는 촉매의 존재 하에 실란을 에스테르 교환반응시킴으로써 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 에스테르 교환 반응은, 0.1 내지 2000 mm Hg의 절대 압력에서, 0 내지 150℃, 바람직하게는 25 내지 100℃ 그리고 더욱 바람직하게는 60 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다. 다른 구체예에서, 온도는, 1 내지 80 mm Hg의 절대 압력을 유지하면서, 30 내지 90℃의 범위내에 있을 수 있다. 모노알코올 또는 카르복실산과 같은 낮은 비등점의(lower boiling) R1O-H 화합물(들)이 만들어짐에 따라, 그것은/그들은 증류에 의해 반응 혼합물로부터 제거될 수 있으며 그것으로 반응을 완료시키는데 도움을 줄 수 있다. 필요하다면, 에스테르 교환반응은, 5.0 보다 낮은 pKa 를 갖는 강한 양성자 산들(protic acids), 5.0 보다 낮은 pKb 를 갖는 강한 염기들, 그리고 전이 금속 착물들, 예컨대, 주석, 철, 티타늄 및/또는 다른 금속들의 착물들(complexes)과 같은 에스테르 교환반응 촉매들로 촉진될(catalyzed) 수 있다. 이러한 그리고 다른 적합한 촉매들은, 예를 들어, 그 전체 내용들이 본 명세서의 참고문헌을 이루는, "실록산 결합, 물리적 특성들 및 화학적 변형들(The Siloxane Bond, Physical Properties and Chemical Transformations), M. G. Voronkov, V. P. Mileshkevich and Yu. A. Yuzhelevskii, Consultants Bureau, a division of Plenum Publishing Company, New York (1978), Chapter 5"에 개시되어 있다. 산, 염기 또는 금속 촉매들은, 일반적으로 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 전체 시작 중량(total starting weight)에 대해, 10 ppm 내지 2 중량 퍼센트, 바람직하게는 20 내지 1000 ppm, 그리고 더욱 바람직하게는 100 내지 500 ppm의 레벨(level)에서 사용될 수 있다.
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 가수분해 및 다음 단계의 축합으로부터 유도된 올리고머들은, 물 또는 포름산과 같은 카르복실산을 실란에 첨가하여 제조될 수 있다. 반응된 물의 양은, 반응 조성물의 전체 중량에 대해 0.1 내 지 99.9, 바람직하게는 1 내지 99, 더욱 바람직하게는 5 내지 95, 그리고 가장 바람직하게는 10 내지 20 중량 퍼센트의 물의 범위내에 있을 수 있다. 반응은 0.1 내지 2000 mm Hg의 절대 압력을 유지하면서, 0 내지 150℃, 바람직하게는 25 내지 100℃ 그리고 더욱 바람직하게는 60 내지 80℃의 온도의 범위 내에서 수행될 수 있다. 모노알코올 또는 카르복실산과 같은, 낮은 비등점의(lower boiling) R1O-H 기가 만들어짐에 따라, 그것은 증류에 의해 반응 혼합물로부터 제거될 수 있고 그것으로 반응들을 완료시키는데 도움을 줄 수 있다. 반응들은, 그 pKa 가 5.0 보다 낮은 강한 양성자 산들, 그 pKb 가 5.0 보다 낮은 강한 염기들, 주석, 철, 티타늄의 착물들과 같은 전이 금속 착물들 및 다른 금속 촉매들인 가수분해 및 축합 촉매 중에서 적합한 것들을 사용하여 선택적으로 촉진될 수 있다. 이러한 촉매들은, 그 전체 내용들이 본 명세서의 참고문헌을 이루는, "실록산 결합, 물리적 특성들 및 화학적 변형들(The Siloxane Bond, Physical Properties and Chemical Transformations), M. G. Voronkov, V. P. Mileshkevich and Yu. A. Yuzhelevskii, Consultants Bureau, a division of Plenum Publishing Company, New York (1978), Chapter 5"에 개시되어 있다. 산, 염기 또는 금속 촉매들은, 하이드록실-포함 가수분해성 실란과 물의 전체 합계 중량에 대해, 10 ppm 내지 2 중량 퍼센트, 바람직하게는 20 내지 1000 ppm, 그리고 더욱 바람직하게는 100 내지 500 ppm의 범위내에 있는 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 올리고머들은 또한 그 전체 내용들이 본 명세서의 참고문헌을 이 루는, 미국 특허 제6,391,999호에 기술되어 있는 반응 조건들과 이온 교환 수지들(ion exchange resins)을 사용하여 제조될 수 있다.
다른 특정한 구체예에서, 실란의 가수분해성 실릴 기의 각 R1O- 모이어티(moiety)은, 독립적으로 알킬옥시, 아실옥시, 알콕시알킬옥시, 알콕시아릴옥시, 아실옥시알킬옥시, 아실옥시아릴옥시 및 아릴옥시와 같은, 동일하거나 상이한 모이어티이다. R1O- 모이어티들의 예들은, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 1-{2-[2-(2-메톡시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-프로폭시, 및 그 동등물이다.
본 발명의 또 다른 특정한 구체예에서, 각 R3, R4, R6 및 R8 기는, 1 내지 12의 탄소 원자들, 바람직하게는 2 내지 8의 탄소 원자들, 그리고 더욱 바람직하게는 3 내지 6의 탄소 원자들의 선형, 가지형 또는 고리형 알킬렌 기이다. 그러한 기들의 예들은, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌, 펜틸렌, 이소펜틸렌, 헥실렌, 이소헥실렌, 및 그 동등물이다.
본 발명의 또 다른 특정한 구체예에서, 각 R1 및 R2 기는, 1 내지 4의 탄소 원자들의 알킬 기이고; 각 R3, R4, R5 및 R8 기는, 1 내지 12의 탄소 원자들, 바람직하게는 2 내지 8의 탄소 원자들, 그리고 더욱 바람직하게는 3 내지 6의 탄소 원자들의 선형 알킬렌 기이며; 각 R6 은, 독립적으로 수소, 1 내지 4의 탄소 원자들의 선형 알킬 기, -R5(OH)d 기 또는 -C(=O)A1R5(OH)d 기 [여기서, 각 R5, R8 및 d 는 위 와 같이 정의되며, A1 은, -NR9- 이고, 여기서, R9 는, 수소임]이고; 그리고, R7 은, 독립적으로 수소, 1 내지 4의 탄소 원자들의 선형 알킬 기 또는 -R8(OH)f 기이다.
또 다른 구체예에서, A1 은, -O- 또는 -NR9- [여기서, R9 는, 수소, 1 내지 4의 탄소 원자들의 알킬 기 또는 -R5(OH)d 기이며, 여기서, R5 는, 1 내지 6의 탄소 원자들의 알킬렌 기임]이고, b 는, 0 또는 1 이며, c 는 1 이고, d 는 1 이며, 그리고 e 는, 1 이고; 바람직하게는 A1 은, -NR9- [여기서, R9 는, 수소, 1 내지 4의 탄소 원자들의 알킬 기 또는 -R5(OH)d 기이며, 여기서, R5 는, 1 내지 6의 탄소 원자들의 알킬렌 기임]이며, b 는, 0 또는 1 이고, c 는 1 이며, d 는 1 이고, 그리고 e 는 1 이며; 그리고, 더욱 바람직하게는 A1 은, -NR9- [여기서, R9 는, 수소 또는 -R5(OH)d 기임]이고, d 는 1 이며 그리고 e 는 1 이다.
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 하나 또는 그보다 많은 질소-포함 유기 기능성 기들(nitrogen-containing organofunctional groups)을 가질 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그보다 많은 아미노, 우레이도 및/또는 카바메이토(carbamato) 기들이, 이를테면, b 가, 1 내지 20 일 때, e 가, 0 또는 1 이고 그리고 R6 이, 수소 또는 -C(=O)A1R5(OH)d 기이며, 여기서, A1 은 -O- 또는 -NR9- 이고, R9 는, 수소, 1 내지 8의 탄소 원자들의 1가 하이드로카빌 기, 예컨대, 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기 또는 -R8(OH)f 기이며, 여기서, R1, R2, R3, R8, a 및 f 는 전술한 의미들을 가지는 그러한 실란에 존재할 수 있다.
상술한 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 예를 들어, 각각 식 (I)과 식 (II)에 따른, 분자내 그리고/또는 분자간 에스테르 교환반응을 겪을 수 있는, 순수 하이드록시-포함 실란들(neat hydroxy-containing silanes)을 포함하여 구성될 수 있는 것으로 이해될 것이며:
Figure 112014086746875-pct00009
Figure 112014086746875-pct00010
상기 식에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, A1, a, b, c, d 및 e 는, 상술한 의미들을 가진다. 가수분해성 실란의 하나 또는 그보다 많은 하이드록실 기들은, 식 III에 나타나 있는 바와 같이, 분자내 그리고/또는 분자간 반응을 하여, 하나 또는 그보다 많은 고리형 구조들 그리고/또는 하나 또는 그보다 많은 브리징 구조들(bridging structures)을 형성할 수 있는 것으로 또한 이해될 것이다:
Figure 112014086746875-pct00011
Figure 112014086746875-pct00012
다른 특정한 구체예에서, 분자간 에스테르 교환반응은, 본 명세서에 설명되어 있는 것들과 같은 올리고머들의 생성을 일으켜서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란(들)의 분자량과 점성도의 증가를 가져올 수 있다. 그러나, 그러한 올리고머들은, 가수분해될 때, 그들을 포함하는 수성 매질들(aqueous media)에서 더 낮은 점성도들과 더 높은 용해도들을 나타내는 더 작은 분자들로 분해될 수 있다.
본 발명의 하나의 특정한 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 적어도 하나의 하이드록실 기 그리고, 선택적으로, 적어도 하나의 치환된 질소 기를 포함하는 실란이며, 상기 실란은, 적어도 하나의 아미노알콕시실란, 우레이도알콕시실란, 에폭시알콕시실란 및 할로알콕시실란의 유도체이다.
본 발명의 다른 특정한 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 적어도 하나의 하이드록실 기를 포함하는 실란이며, 이 실란은, 적어도 하나의 하기 실란들의 유도체이다: 3-브로모프로필트리메톡시실란, 2-클로로에틸메틸다이메톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필다이메틸에톡시실란, 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리스(메톡시에톡시-에톡시)실란, 아미노이소부틸메틸다이메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(감마-트리메톡시실릴프로필) 아민, N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-(아미노 에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노메틸트리에톡시실란, 아미노메틸다이에톡시실란, 감마-아미노이소부틸트리메톡시실란, 4-아미노부틸트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리스(2-에틸헥스옥시)실란, 3-아미노프로필다이이소프로필에톡시실란, 3-N-메틸아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필페닐다이에톡시실란, 3,3'-아미노비스(프로필트리에톡시실란), N-(3-트리에톡시실릴프로필)다이부틸 아스파르테이트(aspartate), 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, 4-우레이도부틸트리에톡시실란, N-(2-우레이도에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(6-우레이도헥실)3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필다이메틸에톡시실란, 3-우레이도프로필메틸다이에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리스(메톡시에톡시-에톡시)실란, 우레이도이소부틸메틸다이메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, N, N'-비스-(3-트리메톡시실릴프로필) 우레아, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 그 조합들(combinations).
식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란들을 제조하기 위한 방법들이 이 기술 분야에, 예를 들면, 그 전체 내용들이 본 명세서의 참고문헌을 이루는 미국 특허 제5,587,502호 및 제5,371,262호에, 공지되어 있다.
본 발명의 다른 특정한 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 비스-(2-하이드록시에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(2-하이드록시에틸)아미노프로필트리메톡시실란, 하이드록시에틸아미노프로필트리에톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-메틸아미노프로필트리메톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-메틸아미노프로필트리에톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-부틸아미노프로필트리메톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-부틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)아미노프로필트리메톡시실란, 하이드록시프로필아미노프로필트리에톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-메틸아미노프로필트리메톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-메틸아미노프로필트리에톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-부틸아미노프로필트리메톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-부틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(하이드록시에틸)아미노프로필메틸다이에톡시실란, 비스-(2-하이드록시에틸)아미노프로필메틸다이메톡시실란, 하이드록시에틸아미노프로필메틸다이에톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-메틸아미노프로필메틸다이메톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-메틸아미노프로필메틸다이에톡시실란, N-(하이 드록시에틸)-N-부틸아미노프로필메틸다이메톡시실란, N-(하이드록시에틸)-N-부틸아미노프로필메틸다이에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)아미노프로필메틸다이에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)아미노프로필메틸다이메톡시실란, 하이드록시프로필-3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-메틸아미노프로필메틸다이메톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-메틸아미노프로필메틸다이에톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-부틸-3-아미노프로필메틸다이메톡시실란, N-(하이드록시프로필)-N-부틸-3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, N-(하이드록실에틸)-N-에틸-3-아미노-이소부틸트리메톡시실란, N-(하이드록실에틸)-N-에틸-3-아미노-이소부틸-트리에톡시실란, N-(하이드록실에틸)-N-에틸-3-아미노-이소부틸메틸다이메톡시실란, N-(하이드록실에틸)-N-에틸-3-아미노-이소부틸메틸다이에톡시실란, 비스(2-하이드록시에틸)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리메톡시실란, 비스-(2-하이드록시에틸)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리메톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리에톡시실란, 비스-(2-하이드록시에틸)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이메톡시실란, 비스-(2-하이드록시에틸)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이에톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이메톡시실란, 비스-(하이드록시프로필)-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이에톡시실란, 2-하이드록시에틸-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리메톡시실란, 2-하이드록시에틸-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리에톡시실란, 하이드록시프로필-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리메톡시실란, 하이드록시프로필-4-아미노-3,3-다이메틸부틸트리에톡시실란, 2-하 이드록시에틸-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이메톡시실란, 2-하이드록시에틸-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이에톡시실란, 하이드록시프로필-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이메톡시실란, 하이드록시프로필-4-아미노-3,3-다이메틸부틸메틸다이에톡시실란, 하이드록시메틸트리메톡시실란, 하이드록시메틸트리에톡시실란, (N-3-트리메톡시실릴프로필-N',N'-비스(2-하이드록시에틸) 우레아), N-3-트리에톡시실릴프로필-N',N'-비스(2-하이드록시에틸) 우레아, N-(3-트리메톡시실라닐-프로필)-카르밤산(carbamic acid) 2-하이드록시-에틸 에스테르, 및, [2-(2-트리메톡시실라닐-에틸아미노)-에틸]-카르밤산 2-하이드록시-에틸 에스테르 중의 적어도 하나이다.
식 (I)의 실란(들)의 올리고머(들)는, 적어도 하나의 식 (I)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란과 적어도 하나의 하이드록실 관능기(hydroxyl functionality)가 없는 가수분해성 실란을 포함하는 실란들의 혼합물의 가수분해 그리고 다음 단계의 축합에 의해 얻을 수 있다. 상기 혼합물에서 식 (I)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 양들은, 식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란과 하이드록실 관능기가 없는 가수분해성 실란의 합계 중량들에 대해 5 내지 99, 바람직하게는 10 내지 95 그리고 더욱 바람직하게는 50 내지 90 중량 퍼센트의 범위내에 있다. 상기 혼합물에서 하이드록실 관능기가 없는 가수분해성 실란의 양들은, 식 (1)의 하이드록실-포함 가수분해성 실란과 하이드록실 관능기가 없는 가수분해성 실란의 합계 중량들에 대해 1 내지 95, 바람직하게는 5 내지 90 그리고 더욱 바람직하게는 10 내지 50 중량 퍼센트의 범위내에 있다. 후자의 예들은, 예를 들어, 비닐 알콕시실란들, 알릴알콕시실란들, 황-포함 알콕시실란들, 테트라알콕시실란들, 알킬 알콕시실란들, 할로알킬 알콕시실란들, 아릴 알콕시실란들, 알카릴(alkaryl) 알콕시실란들, 아르알킬 알콕시실란들, 아크릴로일 및 메타크릴로일(methacryloyl) 알콕시실란들, 메르캅토알콕시실란들 및 아미노알콕시실란들을 포함한다. 하이드록실 관능기가 결여된 몇몇 구체적인 실란들은, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라이소프로폭시실란, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시 실란, 헥실트리에톡시실란, 사이클로헥실트리메톡시실란, 1,1,1-트리플루오로에틸트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 페닐메틸다이에톡시실란, 페닐메틸다이메톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 2-페닐에틸트리메톡시실란, 벤질트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 트리메틸메톡시실란, 다이에틸다이메톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 다이비닐다이메톡시실란, 메틸비닐다이메톡시실란, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 비스(트리에톡시실릴)에탄, 부테닐트리메톡시실란, 3-브로모프로필트리메톡시실란, 2-클로로에틸메틸다이메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 1,2-비스-(트리메톡시실릴)에탄, 1,6-비스-(트리알콕시실릴)헥산, 1,6-비스-(트리메톡시실릴)헥산, 1,2-비스-(트리에톡시실릴)에틸렌, 1,4-비스-(트리메톡시실릴에틸)벤젠, 및 1,2-비스-(트리메톡시실릴프로필)아민, 4-아미노부틸트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(6-아미노헥실)아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필다이메틸에톡시실란, 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리스(메톡시에톡시-에톡시)실란, 아미노이소부틸트리메톡시실 란, 아미노이소부틸메틸다이메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(감마-트리메톡시실릴프로필) 아민, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 비닐트리이소프로폭시실란, 비닐트리부톡시실란, 비닐아세톡시실란, 비닐메틸트리메톡시실란, 비닐에틸트리메톡시실란, 비닐프로필트리메톡시실란, N-2-(비닐벤질아미노)-에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-(아미노 에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노메틸트리에톡시실란, 아미노메틸다이에톡시실란, 감마-아미노이소부틸트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필메톡시실란, 비닐-트리스(2-메톡시에톡시) 실란, 메르캅토프로필 실란, 아미노알콕시 실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리스(2-에틸헥스옥시)실란, 3-아미노프로필다이이소프로필에톡시실란, 3-N-메틸아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필페닐다이에톡시실란, 3,3'-아미노비스(프로필트리에톡시실란), N-(3-트리에톡시실릴프로필)다이부틸 아스파르테이트 및 3-아미노프로필메틸다이에톡시실란이다.
본 발명의 금속 코팅 방법에 사용되는 수용액에 존재하는 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 양은, 거기에 존재하는 모노머들, 올리고머들 및/또는 부분적으로 축합된 올리고머들의 양 그리고/또는 종류(type), 물의 양 그리고/또는 종류 그리고 계면활성제, 촉매, 조용제(cosolvent), 유기 산(organic acid), 등과 같은 여하한 부가적인 성분(들)의 양 그리고/또는 종류에 따라 크게 달라질 수 있다. 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 양은 또한 실란의 표면 장력, pH, 안정성 및 가수분해의 바람직한 레벨들에 따라 달라질 수 있다.
실란의 적합한 양들은, 예를 들어, 수용성 조성물의 전체 중량에 대해, 0.01 내지 50, 바람직하게는 0.1 내지 30, 그리고 더욱 바람직하게는 0.5 내지 16 중량 퍼센트를 포함한다. 50 중량 퍼센트 보다 아주 더 큰 실란의 농도들(concentrations)은, 비교적 두꺼운 [스퀘어 면적당 질량의 두께(thickness in mass per square area)를 가리킴] 금속 코팅을 결과로서 가져올 수 있다. 그러한 코팅들은 일반적으로 제조하는데 비용이 더 많이 들며, 깨지기 쉬울 수 있고, 그리고 그에 따라 실용적이지 않을 수 있다. 더욱이, 두꺼운 코팅들은 또한 그들이 도포되는 금속의 미세-거칠기(micro-roughness)를 감소시킬 수 있으며, 이것은 금속의 표면적을 감소시키고, 그리고 점착성 증진 코팅과 거기에 추가로 도포되는 여하한 코팅 사이의 상호작용을 약화시킬 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 코팅 조성물은, 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.05 내지 2, 그리고 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 마이크로미터의 건조 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 수성 매질들에서 비교적 높은 용해도를, 선택된 수용성 조성물들과 완전히 혼화되는 정도까지도 가질 수 있다. 몇몇 유리한 용해도들은, 리터 당 600 그램 (grams per liter: g/l)까지, 바람직하게는 400 g/l 까지, 그리고 더욱 바람직하게는 300 g/l 까지를 포함한다. 본 발명의 다른 특정한 구체예에서, 하이드록실-포함 가수분해성 실란은, 열역학적으로 유리한 축합 공정들에도 불구하고 장기 안정성(long-term stability)을 갖도록 만들어질 수 있다. 또 다른 특정한 구체예에서, 실란의 올리고머들은, 상술한 레벨들 중의 하나인 높은 용해도를 나타낼 수 있다.
하이드록실-포함 가수분해성 실란의 수용액은, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 가수분해될 수 있으며, 그 결과로서 얻은 가수분해 생성물들은, 그 후에 부분적으로 축합하여, 실록산 결합들 (Si-O-Si)의 생성을 통해 올리고머들을 만들 수 있다. 이러한 부분적으로 축합된 생성물들은 물에 더 적게 용해되는 것이 일반적이다. 만약 축합의 정도가 너무 커지면, 올리고머들 또는 그들의 상당 부분(a significant portion)이 불용성이 될 수 있고, 그렇기 때문에, 본 발명의 금속 코팅 방법에 사용하기에 부적합하게 될 수 있다.
축합의 정도는, 식 (II)을 사용하여 상술한 29Si 핵 자기 공명법에 의해 측정될 수 있으며:
축합 퍼센트 = [100%] [C/(A + B + C)] (II)
상기 식에서, A 는, 가수분해성 실릴 기들의 수이고, B 는, 실라놀 기들의 수이며 그리고 C 는, 알콕시 또는 하이드록시 기를 대체한 실릴옥시 기들의 수이다.
유용한 수용성 코팅 매질들은, 0 내지 95, 바람직하게는 1 내지 80, 그리고 더욱 바람직하게는 2 내지 50 퍼센트의 하이드록실-포함 가수분해성 실란 성분(들)의 축합 레벨을 가지는 것이 일반적이다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물은, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 지방산 염, 알킬 설페이트 에스테르 염, 알킬 벤젠 설포네이트, 알킬 포스페이트, 알킬알릴 설페이트 에스테르 염, 폴 리옥시에틸렌 알킬포스페이트 에스테르, 4차 암모늄 염, 긴 사슬 알킬 트리메틸암모늄 염, 긴 사슬 알킬 벤질 다이메틸 암모늄 염, 다이(긴 사슬 알킬) 다이메틸 암모늄 염, 에톡실화(ethoxylated) 노닐 페놀, 폴리비닐 알코올, 등과 같은 적어도 하나의 계면활성제를 선택적으로 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제들의 구체적인 예들은, "Dow Chemical Company"에 의해 제조된 Triton X-100 그리고 "Momentive Performance Materials"에 의해 제조된 Silwet* L-77 (후자의 경우에, 계면활성제는 중성 pH에서 존재함)을 포함한다. 사용되는 계면활성제의 양은, 하이드록실-기능성 카바모일 유기규소 화합물의 양 그리고/또는 종류, 물의 양 그리고/또는 종류 그리고 촉매, 조용제 및 유기 산과 같은 사용된 부가적인 성분(들)의 양 그리고/또는 종류에 따라 크게 달라질 수 있다. 계면활성제의 양은 또한 코팅 조성물의 실란 성분(들)의 표면 장력, pH, 안정성 및 가수분해의 바람직한 레벨들에 따라 달라질 수 있다. 계면활성제가 존재할 경우에 그것의 적합한 양들은, 수용성 코팅 조성물의 전체 중량에 대해 0.0001 내지 5, 바람직하게는 0.001 내지 2, 그리고 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.1 중량 퍼센트이다.
본 발명의 수용성인 경화성 코팅 조성물의 안정성은 흔히 유기 조용제를 거기에 첨가함으로써 증대될 수 있으며, 이러한 유기 조용제는, 비(non)-VOC, 비-HAP, 예컨대, 3-{2-[2-(2-메톡시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-프로판-1-올 또는 3-[2-(2-부톡시-프로폭시)-프로폭시]-프로판-1-올과 같은 알코올, 아세톤 또는 메틸 에틸 케톤과 같은 케톤, 헥실렌 글리콜 또는 2-메틸-1,3-부탄다이올과 같은 글리콜, 아세트산 3-[2-(2-부톡시-프로폭시)-프로폭시]-프로필 에스테르와 같은 에스테르, 및 그 동등물인 것이 바람직하다. 사용된 조용제들의 양은, 하이드록실-포함 가수분해성 실란 성분(들)의 양 그리고/또는 종류, 올리고머들 그리고/또는 그로부터 유도된 부분 축합물들의 양 그리고/또는 종류, 물의 양 그리고/또는 종류들, 계면활성제, 촉매 및 유기 산과 같은 여하한 선택적 성분(들)의 양 그리고/또는 종류, 그리고 실란 성분(들)의 표면 장력, 안정성 및 가수분해의 바람직한 레벨들에 따라 상당히 넓은 범위들에 걸쳐 달라질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 조용제의 양은, 수용성 코팅 조성물의 전체 중량에 대해 0.1 내지 50, 바람직하게는 0.5 내지 30, 그리고 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량 퍼센트의 범위내에 있을 수 있다. 하이드록실-포함 가수분해성 실란이 가수분해될 때, 적당한 양(moderate amount)의 알코올 부산물(들)이 만들어질 수 있으며, 이것은 별도의 조용제의 개별적인 첨가 없이 가수분해된 생성물(들)의 안정성을 증가시키기에 충분할 수 있다. 그러한 알코올 부산물(들)은, 수용성 코팅 조성물의 전체 중량의 0.1 내지 50, 바람직하게는 0.1 내지 20, 그리고 더욱 바람직하게는 0.2 내지 6 중량 퍼센트를 나타낼 수 있다.
수용성인 경화성 코팅 조성물의 pH는, 그것의 실란 성분(들)의 축합의 속도를 최소화하고 그리고 그 결과로서 하이드록실-포함 가수분해성 실란 성분(들)을 포함하여 구성되는 수용성 코팅 매질의 안정성을 최대화하도록 유리하게 제어된다. 수용성인 경화성 코팅 조성물은, 대기 온도 조건들(ambient temperature conditions) 하에서 적어도 3개월, 바람직하게는 적어도 4개월, 더욱 바람직하게는 적어도 5개월, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 6 개월의 안정성을 나타낼 수 있다. 시간 경과에 따라 수용성 코팅 조성물의 안정성을 최적화하는 것은, 예를 들어, 2 내지 9, 바람직하게는 3 내지 8, 더욱 바람직하게는 3 내지 7, 그리고 가장 바람직하게는 3.5 내지 6의 pH를 제공하도록 pH 조절제(modifier)를 거기에 첨가함으로써 촉진될 수 있다. 몇몇 적합한 pH 조절제들에는, 아세트산, 포름산, 구연산 및 인산이 포함된다. pH 조절제는 또한 하이드록실-포함 가수분해성 실란의 선택적인 아미노 기와 반응하여 염을 형성할 수 있다. 이 염은 수성 매질에서 더 높은 용해도와 더 우수한 안정성을 가진다. 이러한 그리고 동종의 pH 조절제들은, 예를 들어, 수용성 코팅 조성물의 전체 중량에 대해 0.001 내지 2, 바람직하게는 0.001 내지 1, 그리고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량 퍼센트로 존재할 수 있다.
본 발명의 다른 특정한 구체예에서, 상술한 pH 범위들 중의 하나의 범위내에서 실란의 가수분해성 기들의 가수분해를 돕기 위해 상술한 유기 산들이 사용될 수 있다.
필요하다면, 코팅의 경화 동안에 축합을 촉진하기 위해 촉매가 사용될 수 있다. 이러한 목적에 적합한 촉매들은, 다이부틸틴 다이라우레이트(dilaurate), 다이부틸틴 다이아세테이트, 다이부틸틴 말리에이트(maleate), 다이라우릴틴 다이아세테이트, 다이옥틸틴 다이아세테이트, 다이부틸틴-비스(4-메틸아미노벤조에이트), 다이부틸틴다이라우릴 메르캅티드(mercaptide) 및 다이부틸틴-비스 (6-메틸아미노카프로에이트)와 같은 주석(tin) 촉매들을 포함한다. 축합 촉매는, 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅의 저장 수명(shelf life)을 감소시킬 수 있다. 잠재성 촉매들(latent catalysts)이 사용되는 것이 바람직하다. 잠재성 촉매들은, 저장 동안에 불활성이며, 그리고 경화 공정 동안에 열, 방사선, 또는 증발에 의해 활성화된다. 그 예들은, 암모니아 또는 아민과 같은, 가스 상태의 유기 염기들 또는 높은 증기압의 [예를 들어, 대기압에서 20-760 mmHg의 증기압들] 유기 염기들로부터 만들어진 염들, 그리고 프탈라틱 산(phthalatic acid)과 같은, 낮은 증기압의 [예를 들어, 1 mmHg 보다 낮은 증기압들] 카르복실산들을 포함한다. 축합 촉매의 양은, 예를 들어, 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅 조성물의 전체 중량에 대해 0.001 내지 1, 바람직하게는 0.001 내지 0.5, 그리고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.2 중량 퍼센트로 폭넓게 달라질 수 있다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물을 도포하는 방법은, 코팅 조성물을 원하는 금속 표면에 도포하는 단계, 상기 표면 위의 상기 조성물을 경화시키는 단계, 그리고, 선택적으로, 또 다른 코팅, 예컨대, 페인트를, 상기 경화된 코팅에 도포하는 단계를 포함하여 구성된다. 하이드록실-포함 가수분해성 실란으로부터 유도된 경화된 코팅의 하이드록실 기들은, 예를 들어, 수소 결합들 또는 공유 결합들의 형성을 통해, 또 다른 코팅과 서로 작용할 수 있다. 본 명세서에서 "페인트"라는 용어는, 본 명세서에 설명되어 있는 실란-포함 코팅이 아닌 모든 코팅들, 예컨대, 기재들을 보호하고 그리고/또는 장식하기 위해 사용되는, 에폭시들(epoxies), 에나멜들, 라텍스들, 프라이머들(primers), 베이스코트들(basecoats), 클리어코트들(clearcoats), 래커들(lacquers), 바니시들(varnishes), 셸락들(shellacs), 폴리우레탄 피니쉬들(finishes), 등을 가리키는 것으로 이해될 것이다. 제2 코팅으로서 본 발명에 특히 유용한 페인트는, "Sherwin Williams"로부터 구입가능한 Permaclad 2400과 같은 폴리에스테르 베이스 페인트(polyester based paint)이다. 크리피 지(creepage) [코팅의 내부식성 성능의 척도(measure)]의 정도는, 사용된 특정 페인트, 노출 시간(exposure time), 밑에 있는 실란-베이스 코팅(silane-based coating)의 특성과 같은 요인들, 그리고 이 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 잘 알려져 있는 다른 요인들에 의거하여 크게 달라질 수 있다. 페인트 외에, 본 발명의 경화된 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅 조성물에 도포될 수 있는 다른 조성물들은, 러버들(rubbers), 접착제들(adhesives), 실란트들(sealants), 플라스틱들, 하드 코트들(hard coats), 및 그 동등물을 포함한다.
금속은 시트(sheet), 바아(bar), 로드(rod), 와이어(wire), 호일(foil), 등의 형태로 제공될 수 있다. 적합한 금속들은, 구리, 은, 황동, 티타늄, 티타늄 합금, 금, 주석, 니켈, 크롬, 탄탈, 철, 표면 냉간압연강재(surface cold-rolled steel), 아연도금강(galvanized steel), 용융아연도금강(hot dip galvanized steel), 프라임 강철(prime steel); 아연, 아연 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 등의 적어도 하나로 코팅된 강철 및 알루미늄을 포함한다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물은, 롤-코팅(roll-coating), 구체적으로 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 딥-코팅(dip-coating), 플러드 코팅(flood coating), 스프레이 및 드로우다운 기술(drawdown technique) 등과 같은 여하한 공지되거나 통상적인 절차(procedure)에 의해 금속 표면에 도포될 수 있다.
내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅 조성물들은 수상(water phase)의 제거에 의해 경화된다. 경화 공정은, 절대 압력을 0.1 내지 2000 mm Hg의 범위내로 유지하면서, 15 내지 150℃, 바람직하게는 20℃ 내지 50℃ 그리고 더욱 바람직하게는 25 ℃ 내지 30℃의 범위내에 있는 온도에서 수행될 수 있다. 열은 컨벡션 오븐(convection oven)과 같은 오븐, 또는 온열 램프들(heat lamps)을 사용하여 제공될 수 있다. 다른 구체예에서, 온도는, 절대 압력을 1 내지 80 mm Hg의 범위내로 유지하면서, 20℃ 내지 50℃의 범위내에 있을 수 있다. 공기 스트림(stream of air)을, 공기가 구체적으로는 0.1 내지 25 미터/시간(meters/hour) 그리고, 더욱 구체적으로는, 1 내지 15 미터/시간의 범위내에 있는 속도를 갖도록 하여, 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 포함하는 금속 기재(metal substrate)의 표면 위로 통과시키는 것은, 물의 증발과 경화 공정에 도움을 줄 것이다.
금속 표면에 도포한 후에, 코팅 조성물의 실란 성분(들)은, 만약 금속 하이드록실 기들이 금속 표면에 존재한다면, 금속 하이드록실 기들과 반응하여 실란(들)을 금속 표면에 정착시키는(anchoring) 공유 결합들을 형성할 수 있다. 이러한 공유 결합들은 그에 따라 경화된 코팅의 피처리 금속(treated metal)의 표면에 대한 점착 접합(adhesive bonding)을 크게 향상시키는 역할을 할 수 있다.
새로 도포된 코팅 조성물의 실란 성분(들)의 경화는, 물의 생성을 동반하는, 실란 분자의 실라놀의, 다른 실란 분자의 실라놀과의 반응을 포함한다. 경화된 코팅의 축합 퍼센트는, 예를 들어, 30 내지 100, 바람직하게는 60 내지 99, 그리고 더욱 바람직하게는 65 내지 95 퍼센트의 범위내에 있을 수 있다.
페인트와 같은, 추가적으로 도포된 코팅의 점착성은, 만약 밑에 있는 실란-베이스 층(silane-based layer))의 축합이 60 내지 99, 그리고 바람직하게는 65 내지 95 퍼센트의 범위내에 있다면, 개선될 수 있다. 이러한 개선된 점착성은, 완전 히 축합되지 않은 실란-베이스 코팅을 함침시키고(wet-out), 밑에 있는 부분 축합 코팅에 침투하거나 그것을 팽창시키는, 추가 도포 코팅의 능력으로 인한 것일 수 있다. 부분적으로 축합된 코팅은, 잔류 하이드록실 (HO-) 및/또는 알콕시 (R1O-) 기들 때문에 어느 정도 더 큰 극성을 가지며 그리고/또는 더 낮은 가교 밀도(crosslink density)를 가지는 경향이 있다. 이러한 하이드록실 및/또는 알콕시 기들은, 경화된 필름의 습윤도(wettability) 및 팽창성(swellability)을 증대시킬 수 있다.
추가로 도포된 코팅은, 여하한 공지된 통상적인 절차들, 예컨대, 롤 코팅, 딥 코팅, 플러드 코팅, 스프레이 및 드로우다운 기술(drawdown techniques) 등에 의해 경화된 실란-베이스 코팅에 도포될 수 있다. 추가로 도포된 코팅의 건조 필름 두께는, 0.1 내지 100 마이크로미터, 그리고 바람직하게는 1 내지 500 마이크로미터의 범위내에 있다.
아래에 나타나 있는 실시예들은 본 발명의 실례가 된다.
실시예들에 사용된 금속은, "ACT Laboratories"에 의해 공급된 15.2 센티미터(cm) x 10.16 cm x 0.08128 cm의 치수를 갖는 무광, 절단 냉간압연강재 패널들[unpolished, cut cold rolled steel (CRS) panels]의 형태로 제공되었다. 코팅하기에 앞서, 시험 패널들을 통상적인 방식으로 알칼리 클리너(alkaline cleaner)로 깨끗이 씻고, 증류수로 헹구어내고 그리고 질소 가스로 강풍-건조시켰다(blow-dried). 코팅 조성물들을 매우 가느다란 드로우다운 선재(drawdown wire rod) ["Gardco"의 사이즈(size) #3]로 시험 패널들에 직접 도포하였다. 코팅된 패널들을 수직으로 건조시켜서 과량의 코팅을 각 패널들의 하부 가장자리로부터 제거하였다. 그 다음에 패널들 위의 코팅들이 경화되었으며, 이 경화된 코팅들에 흰색 H67WC55 하이 솔리드 폴리에스테르 백킹 에나멜 (white H67WC55 high solids polyester backing enamel; Permaclad 2400, Sherwin Williams)을 1.2 밀(mils)의 건조 두께로 칠하였다. 그 다음에 각 패널에 대해 ASTM B 117 가속 부식성 시험(accelerated corrosion test)을 하였으며, 이 시험은 패널을 250 시간동안 중성 염 스프레이에 노출시키는 것을 포함하였다. 그 다음에 각 패널의 내부식성 성능을 ASTM D 1654에 따라 평가하였다. 실시예들의 패널들 위의 코팅 조성물들의 점착성 성능을 크롬-실링 액침 인산 아연-처리 대조구 시험 패널(chromium-sealed immersion zinc phosphate-treated control test panel)의 것과 비교하였다. 특히, 이 비교 평가는 스크라이브(scribe) (금속 패널)를 동일한 길이의 10 구간들로 나누는 것으로 이루어졌다. 스크라이브를 따라서 불균일한 크리피지 때문에, 그러한 구간들의 끝부분들에서 크리피지를 측정하였다. 크리피지는, 밀리미터로 나타낸 스크라이브로부터의 최소, 최대 그리고 평균 거리로서 보고되었으며, 이것은 표 1에 각각의 시험 패널들에 대해 제공되어 있다.
실시예들에 사용된 다양한 실란들의 화학적 구조들은 다음과 같다:
Figure 112014086746875-pct00013
실시예 1
Figure 112014086746875-pct00014
실시예 2
Figure 112014086746875-pct00015
실시예 3
Figure 112014086746875-pct00016
실시예 4
Figure 112014086746875-pct00017
실시예 5
실시예 1
62 중량% (EtO)3Si(CH2)3N(CH2CH2OH)2의 에탄올 용액을 "Gelest"로부터 입수하였다. 50 mg의 비-이온성 계면활성제 (Triton X-100), 1.61 g의 상기 62 중량% 용액, 그리고 46.72 그램의 증류수를 혼합하여 2 중량% 비스-(하이드록시에틸)아미노프로필트리에톡시실란의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제조하였다. 두 개의 피처리(treated) 패널들, A와 B를 페인트 칠하기에 앞서 120 ℃에서 20분 동안 경화시켰다. 코팅된 시험 패널들 위의 페인트의 크리피지를 측정하여, 통상적으로 처리된 대조구(control)와 비교하였으며, 이것은 밀리미터로 나타낸 스크라이브로 부터의 최소, 최대 그리고 평균 거리로서 보고되어, 표 1에 요약되어 있다.

패널 설명		 크리피지, mm
평균 최소 최대

(EtO)3Si(CH2)3N(CH2CH2OH)2 (패널 A)
0.8
0.3
2.0

(EtO)3Si(CH2)3N(CH2CH2OH)2 (패널 B)
0.9
0.3
2.5

크롬 실링 인산 아연 (대조구)
1.6
1.0
2.0
실시예 2
50 중량% (EtO)3SiCH2OH의 에탄올 용액을 "Gelest"로부터 입수하였다. 50mg의 비-이온성 계면활성제 (Triton X-100), 50 mg의 아세트산, 2 g의 상기 50 중량% 실란 에탄올 용액, 그리고 47.9 g의 증류수를 혼합하여 2 중량%의 하이드록시메틸트리에톡시실란의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제조하였다. 그 결과로서 얻은 혼합물을 맑은 용액이 얻어질 때까지 약 48 시간 동안 교반하였다. 한 쌍의 피처리 패널들, A와 B를, 페인트 칠하기에 앞서 120 ℃에서 20분 동안 경화시켰다. 두 번째 쌍의 피처리 패널들, A와 B를, 페인트 칠하기에 앞서 실온에서 경화시켰다. 코팅된 시험 패널들 위의 페인트의 크리피지를 측정하여, 통상적으로 처리된 대조구와 비교하였으며, 이것은 밀리미터로 나타낸 스크라이브로부터의 최소, 최대 그리고 평균 거리로서 보고되어, 표 2에 요약되어 있다.

패널 설명
경화 조건들		 크리피지, mm
평균 최소 최대

(EtO)3SiCH2OH (패널 A)
20℃ / 1시간
0.8
0.3
3.0

(EtO)3SiCH2OH (패널 B)
20℃ / 1시간
0.9
0.5
1.5

(EtO)3SiCH2OH (패널 A)
120℃ / 20분
0.8
0.3
3.0

(EtO)3SiCH2OH (패널 B)
120℃ / 20분
0.8
0.3
2.5

크롬 실링 인산 아연 (대조구)
N/A
1.9
1.5
2.5
실시예 3
5.12 g (48.71 mmol)의 다이에탄올아민을 10 g (48.71 mmol)의 3-이소시아나토프로필트리메톡시실란(3-isocyanatopropyltrimethoxysilane)에 교반하면서 천천히 첨가하여 (MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2를 합성하였다. 이러한 첨가 후에, 1 시간 동안 계속 교반하였다. 그 다음에 이 생성물을 정치시켰으며(left standing), 이것은 수일 후에 겔화된 것으로 밝혀졌다. 50 mg의 비-이온성 계면활성제 (Triton X-100), 50 mg의 아세트산, 1 g의 (MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 실란, 48.9 g의 증류수 그리고, 0.335 g (15 중량%)의 콜로이드성 세륨 아세테이트(colloidal cerium acetate)를 혼합하여 2 중량%의 (MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제조하였다. 한 쌍의 피처리 패널들, A와 B를, 페인트 칠하기에 앞서 120 ℃에서 20분 동안 경화시켰다. 두 번째 쌍의 피처리 패널들, A와 B를, 실온에서 경화시켰다. 코팅된 시험 패널들 위의 페인트의 크리피지를 측정하여, 통상적으로 처리된 대조구와 비교하였으며, 이것은 밀리미터로 나타낸 스크라이브로부터의 최소, 최대 그리고 평균 거리로서 보고되어, 표 3에 요약되어 있다.

패널 설명
경화 조건들		 크리피지, mm
평균 최소 최대

(MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 (패널 A)
20℃ / 1시간
2.9
1.0
5.0

(MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 (패널 B)
20℃ / 1시간
2.1
1.3
2.5

(MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 (패널 A)
120℃ / 20분
1.8
0.5
5.0

(MeO)3Si(CH2)3NHCON(CH2CH2OH)2 (패널 B)
120℃ / 20분
1.1
1.0
1.5
실시예 4
3-아미노프로필트리메톡시실란 (20 g, 111.55 mmol)을 프로필렌 카보네이트 (11.39 g, 111.55 mmol)와 느리게 교반하면서 혼합하였다. 이 혼합물은 약간 따뜻해졌다. 이를 24 시간 동안 계속 교반하여 실릴우레탄을 얻었다. 실릴우레탄 (15 g), 메탄올 (5 g), 및 아세트산 (0.1 g)의 혼합물에 증류수 (18 g)를 교반하면서 방울 방울(drop-wise) 첨가하여 탁한 용액을 얻었다. 이를 12 시간 동안 계속 교반하여 맑은 물-혼화성(water-miscible) 액체 (39.37 중량%의 실란)를 결과로서 얻었다.
실시예 5
3-아미노프로필트리메톡시실란 (20 g, 111.55 mmol)을 에틸렌 카보네이트 (9.82 g, 111.55 mmol)에 첨가하였다. 이 혼합물을 교반하면서 균질화시켰으며, 이것은 그 다음에 약간 따뜻해졌다. 이를 24 시간 동안 계속 교반하여 실릴우레탄 화합물을 얻었다. 실릴우레탄 (15 g), 메탄올 (5 g), 및 아세트산 (0.1 g)의 혼합물에 증류수 (18 g)를 교반하면서 방울 방울 첨가하여 탁한 용액을 얻었다. 이를 12 시간 동안 계속 교반하여 맑은 물-혼화성 액체 (39.37 중량%의 실란)를 결과로서 얻었다.
실시예 6
비-이온성 계면활성제 (Triton X-100) 50 mg, (MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH(Me)OH 또는 (MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH2OH의 39.37 중량% 수용액 2.54 그램, 그리고 증류수 47.41 그램을 첨가하여 2.5 중량% (MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH(Me)OH 및 (MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH2OH 실란들의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅들을 제조하였다. 피처리 패널들을 페인트 칠하기에 앞서 20 분 동안 건조시켰다.
스크라이브를 따라서 불균일한 크리피지 때문에, 스크라이브를 10개의 동일한 구간들로 나누고, 그러한 구간들의 끝부분들에서 크리피지를 측정하였다. 크리피지는, 밀리미터로 나타낸 스크라이브로부터의 최소, 최대 그리고 평균 거리로서 보고되어, 표 4에 요약되어 있다.

패널 설명		 크리피지, mm
평균 최소 최대

(MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH(Me)OH (패널 A)
0.9
0.5
1.5

(MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH(Me)OH (패널 B)

1.2
0.5
2.0

(MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH2OH (패널 A)
1.2
0.5
1.5

(MeO)3Si(CH2)3NHCOOCH2CH2OH (패널 B)
1.2
0.5
2.5

크롬 실링 인산 아연 (대조구)
2.0
1.5
2.5
각 실시예들에서 수용성 하이드록실 기능성 실란 점착성 증진 코팅은, Zn-P-Cr 대조구와 동등하거나 이보다 더 우수한 성능을 나타낸다.
상기 설명은 많은 세부사항들을 포함하나, 이러한 세부사항들이 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 단지 그 특정 구체예들의 예시들로서만 해석되어야 하는 것으로 이해될 것이다. 이 분야의 통상적 지식을 가진 자들은 본 명세서에 첨부되어 있는 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위와 정신내에서 많은 다른 구체예들을 구상하게 될 것이다.

Claims (43)

  1. a) 하나 이상의 하이드록실 기와 하나 이상의 유기질소(organonitrogen) 기를 가지며 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란이며, 상기 하이드록실 기와 상기 유기질소 기를 상기 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란의 규소 원자에 연결 결합하는 브리징 기(bridging group)의 다른 탄소 원자들에 상기 하이드록실 기와 상기 유기질소 기가 결합되는 상기 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란 1종 이상의 수용액을 포함하여 구성되는 경화성 코팅 조성물을 금속의 노출된 표면의 적어도 일부분에 도포하는 단계; 및
    b) 상기 금속 표면상에서 상기 경화성 코팅 조성물을 경화시켜서 상기 금속 표면상에 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하는 단계;를 포함하여 구성되며,
    상기 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란이 하기 일반식 (1)의 가수분해성 실란 1종 이상으로부터 얻어지는, 금속 표면의 코팅 방법:
    Figure 112014086746875-pct00018
    (1)
    {상기 식에서:
    R1 및 R2 의 각각은 독립적으로 1 내지 20개의 탄소 원자를 가지는 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기이고;
    R3 및 R4 의 각각은 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌, 아릴렌 또는 아르알킬렌 기이고;
    R5 의 각각은 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 2가 또는 다가의 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌, 아릴렌 또는 아르알킬렌 기이고;
    R6 의 각각은 독립적으로 수소, 1 내지 8개의 탄소 원자를 가지는 1가의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴 또는 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기, -C(=O)A1R5(OH)d 기 또는 -R5(OH)d 기이고;
    R7 의 각각은 독립적으로 수소, 1 내지 8개의 탄소 원자를 가지는 1가의 알킬, 알케닐, 아레닐, 아릴, 또는 아르알킬 기, -R3SiR2 a(OR1)3-a 기 또는 -R8(OH)f 기이고;
    R8 의 각각은 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 2가 또는 다가의 알킬렌, 알케닐렌, 아레닐렌, 아릴렌 또는 아르알킬렌 기이고;
    A1 의 각각은 독립적으로 -O-, 또는 -NR9- [여기서, R9 는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 알킬기, 또는 -R5(OH)d (여기서, R5는 1 내지 6개의 탄소원자를 가지는 알킬렌기)임]이고;
    첨자들 a, b, c, d, e 및 f 의 각각은 독립적으로 정수이며, 여기서 a 는 0 내지 2 이고; b 는 0 이고; c 는 1 이고; d 는 1 이고; e 는 1 이고; f 는 1 내지 4 임}.
  2. 제1항에 있어서, 각 R1O- 기가, 독립적으로 가수분해성 알킬옥시 또는 아릴옥시 기인, 금속 표면의 코팅 방법.
  3. 제1항에 있어서, 각 R3, R4, R6 및 R8 기가, 독립적으로 2 내지 8개의 탄소 원자를 가지는 선형, 가지형 또는 고리형 알킬렌 기인, 금속 표면의 코팅 방법.
  4. 제1항에 있어서, 각 R1 및 R2 기가, 독립적으로 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 알킬 기이고; 각 R3, R4, R5 및 R8 기가, 독립적으로 3 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 선형 알킬렌 기이며; 각 R6 기가, 독립적으로 수소, 1 내지 4개 탄소 원자를 가지는 선형 알킬 기, -R5(OH)d 기 또는 -C(=O)A1R5(OH)d 기 [여기서, 각 A1 은, -NR9- 이며, 여기서, R9 는 수소임]이고; 그리고, 각 R7 기가, 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 선형 알킬 기 또는 -R8(OH)f 기인; 금속 표면의 코팅 방법.
  5. 제1항에 있어서, 각 A1 이 독립적으로 -O- 이고; 그리고, b 가 0 이며, c 가 1 이고, d 가 1 이며, 그리고 e 가 1 인, 금속 표면의 코팅 방법.
  6. 제2항에 있어서, 각 A1 이 독립적으로 -NR9- 이고, 여기서 R9 가 수소 또는 -R5(OH)d 기이며, 여기서 R5 가 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌 기이고; 그리고, b 가 0 이며, c 가 1 이고, d 가 1 이며, 그리고 e 가 1 인, 금속 표면의 코팅 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란이 (N-3-트리메톡시실릴프로필-N',N'-비스(2-하이드록시에틸) 우레아), 및 N-3-트리에톡시실릴프로필-N',N'-비스(2-하이드록시에틸) 우레아로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가수분해성 실란으로부터 얻어지는, 금속 표면의 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 부분적으로 또는 전체적으로 가수분해된 실란이, 물과 완전 혼화(full miscibility) 되는 용해도를 갖는 가수분해성 실란으로부터 얻어지는, 금속 표면의 코팅 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물이, 계면활성제, 촉매, 조용제, 또는 pH 조절제로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 부가 성분을 더 포함하여 구성되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  10. 제1항에 있어서, (b) 단계의 결과로서 얻은 경화된 실란-베이스 코팅에 추가 코팅을 도포하는 단계를 포함하여 구성되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  11. 제10항에 있어서, 경화 단계 (b)가, 60 내지 99 퍼센트의 축합 레벨을 갖는, 경화 단계(b)의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하기 위해 수행되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  12. 제10항에 있어서, 경화 단계 (b)가, 65 내지 95 퍼센트의 축합 레벨을 갖는, 경화 단계(b)의 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅을 제공하기 위해 수행되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 추가 코팅의 적어도 하나의 성분이, 경화 단계(b)의 상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅의 실란-베이스 성분의 하이드록실 기와 공유 결합 및/또는 수소 결합을 형성하는 기를 갖는, 금속 표면의 코팅 방법.
  14. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 추가 코팅의 적어도 하나의 성분이, 경화 단계(b)의 상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅의 실란-베이스 성분의 하이드록실 기와 공유 결합 및/또는 수소 결합을 형성하는 기를 갖는, 금속 표면의 코팅 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 추가 코팅이 페인트인, 금속 표면의 코팅 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 추가 코팅이 페인트인, 금속 표면의 코팅 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 금속이 시트(sheet), 바아(bar), 로드(rod), 와이어(wire), 호일(foil)로 구성되는 군으로부터 선택되는 형태를 가지며; 상기 금속이 구리, 은, 황동, 티타늄, 티타늄 합금, 금, 주석, 니켈, 크롬, 탄탈, 철, 표면 냉간압연강(surface cold-rolled steel), 아연도금강(galvanized steel); 및 아연 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중의 적어도 하나로 코팅된 강철로 구성되는 군으로부터 선택되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 경화성 코팅 조성물이 3 개월 이상의 안정성을 갖는, 금속 표면의 코팅 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅이 0.01 내지 5 마이크로미터의 두께를 가지고, 상기 추가 코팅이 0.1 내지 100 마이크로미터의 건조 두께를 가지며,
    상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅과 상기 추가 코팅을 갖는 금속 표면의 ASTM D 1654에 의거 측정된 크리피지값(creepage value)이
    0.01 내지 5 마이크로미터 두께의 크롬 실링 인산 아연 코팅(chromium sealed zinc phosphate coating)과 0.1 내지 100 마이크로미터 두께의 동일한 추가 코팅을 갖는 동일한 금속 표면의 동일하게 측정된 크리피지값에 비해
    10 퍼센트 이상의 크리피지값 감소율을 나타내는, 금속 표면의 코팅 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅이 0.01 내지 5 마이크로미터의 두께를 가지고, 상기 추가 코팅이 0.1 내지 100 마이크로미터의 건조 두께를 가지며,
    상기 내부식성 및/또는 점착성 증진 코팅과 상기 추가 코팅을 갖는 금속 표면의 ASTM D 1654에 의거 측정된 크리피지값이
    0.01 내지 5 마이크로미터 두께의 크롬 실링 인산 아연 코팅과 0.1 내지 100 마이크로미터 두께의 동일한 추가 코팅을 갖는 동일한 금속 표면의 동일하게 측정된 크리피지값에 비해
    10 퍼센트 이상의 크리피지값 감소율을 나타내는, 금속 표면의 코팅 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 추가 코팅이 페인트인, 금속 표면의 코팅 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 추가 코팅이 페인트인, 금속 표면의 코팅 방법.
  23. 제1항에 있어서, 경화되면 0.01 내지 5 마이크로미터의 코팅 두께를 제공하는 양의 경화성 코팅 조성물이 상기 금속 표면에 도포되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  24. 제1항에 있어서, 경화되면 0.1 내지 1 마이크로미터의 코팅 두께를 제공하는 양의 경화성 코팅 조성물이 상기 금속 표면에 도포되는, 금속 표면의 코팅 방법.
  25. 제1항의 방법의 결과로서 얻은 경화된 실란-베이스 코팅을 갖는 금속.
  26. 제2항의 방법의 결과로서 얻은 경화된 실란-베이스 코팅을 갖는 금속.
  27. 제9항의 방법의 결과로서 얻은 경화된 실란-베이스 코팅을 갖는 금속.
  28. 제10항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  29. 제11항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  30. 제12항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  31. 제13항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  32. 제14항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  33. 제15항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  34. 제16항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅과 추가 코팅을 갖는 금속.
  35. 제17항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅을 갖는 금속.
  36. 제18항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅을 갖는 금속.
  37. 제19항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅을 갖는 금속.
  38. 제20항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅을 갖는 금속.
  39. 제21항의 방법의 결과로서 얻은 단계(b)의 내식성 및/또는 점착 증진 코팅을 갖는 금속.
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