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KR20040083490A - 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물 - Google Patents

엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물 Download PDF

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KR20040083490A
KR20040083490A KR10-2004-7011777A KR20047011777A KR20040083490A KR 20040083490 A KR20040083490 A KR 20040083490A KR 20047011777 A KR20047011777 A KR 20047011777A KR 20040083490 A KR20040083490 A KR 20040083490A
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KR
South Korea
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epoxy
group
elastomer
resin
weight
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KR10-2004-7011777A
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하루지사쿠가와
Original Assignee
아메론 인터내셔날 코포레이션
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Publication date
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Abstract

본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시-폴리실록산 조성물은 실리콘 중간체, 에폭시 수지, 엘라스토머계 수지 중간체, 다작용성 아민, 임의의 유기금속 촉매, 및 임의의 충전제, 안료, 및 가공제의 조합에 의하여 제조된다. 상기 조성물은, 폴리실록산의 가수분해 및 그러한 가수분해에 의하여 제조된 실란올의 중축합을 촉진하는 충분한 양의 물을 사용해 제조된다. 경화된 형태에서, 에폭시 및/또는 폴리실록산 폴리머 중 하나 또는 둘 모두와 가교결합된 분산 배열의 에폭시-폴리실록산은, 종래의 에폭시 시스템에 비하여 상당히 개선된 내충격성, 가요성, 내균열성, 및 내마모성을 가지는 코팅 및 바닥재를 제공하도록 변형된 엘라스토머이다. 상기 조성물은 연속적인 폴리실록산 폴리머 사슬인 균일한 선형 에폭시 사슬 단편을 나타낸다.

Description

엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물 {ELASTOMER-MODIFIED EPOXY SILOXANE COMPOSITIONS}
코팅 재료로서 도포에 유용한 에폭시 실록산 조성물은 공지된 것으로서, 보수, 선박, 건설, 건축, 항공, 및 제품 마감 시장에서 강, 알루미늄, 아연도금(galvanizing), 목재, 및 콘크리트에 대한 보호 및 장식 코팅으로서 상업적 수요가 증가하고 있다. 에폭시계 조성물은 오랫동안 기재에 대하여 바람직한 특성인 양호한 부착성, 내식성 및 내화학성, 및 내후성을 가지는 것으로 알려져 있으나, 내후성 및 관련된 광택 유지능에 있어서는 이상적인 특성에 미치지 못해왔다. 에폭시 실록산 조성물은, 바람직한 내식성 및 내화학성을 희생시키지 않고, 개선된 내후성 및 광택 유지 특성을 제공하도록 개발되었다.
미국 특허 제4,250,074호에는 얽혀 짜인(intertwined) 에폭시 폴리머 및 폴리실록산 폴리머의 상호침투성(interpenetrating) 폴리머 네트워크(IPN)를 포함하는 기지의 에폭시 실록산 조성물이 개시되어 있다. 상기 조성물은, 실질적으로 균형 잡힌 반응 속도로 에폭시 수지 및 실란기의 혼합물을 동시에 중합하여, 얻어진 코팅을 통해 중합된 에폭시 및 폴리실록산의 2개의 얽혀 짜인 네트워크를 형성함으로써 제조된다. 중합된 에폭시 네트워크를 형성하는 데에는 아민 경화제가 사용되며, 실란기의 가수분해성 중축합을 통해 폴리실록산을 형성하는 혼합물 전반에는 물이 분포한다. 이러한 에폭시 실록산 코팅 조성물은, 통상의 비실록산-함유 에폭시 수지 조성물에 비해서는 개선된 내후성, 내식성, 및 내화학성을 나타내지만, 다소 취성이며, 몇몇 도포에 대해서는 내충격성, 가요성 및 내마모성이 원하는 수준에 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.
미국 특허 제5,618,860호에는 코팅으로서 사용하기 위한 기지의 에폭시 폴리실록산 조성물이 개시되어 있다. 상기 조성물은 비방향족 에폭시 수지와 이작용성 아미노실란 경화제(hardener), 유기주석(organotin) 촉매, 및 임의의 안료를 조합하여 제조한다. 그렇게 형성된 에폭시 폴리실록산 조성물은, 통상의 비실록산-함유 에폭시 수지 조성물에 비하여 개선된 내후성, 내화학성 및 내식성, 및 내충격성을 제공하였다. 이러한 에폭시 실록산 코팅 조성물은, 상술한 에폭시 실록산 조성물과 같이 상기와 같은 개선된 성능 특성을 제공하지만, 이 역시 다소 취성이며, 몇몇 도포에 대해서는 내충격성, 가요성 및 내마모성이 원하는 수준에 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 에폭시 실록산 조성물과 관련된 바람직한 내후성, 내식성 및 내화학성을 제공하면서, 동시에 개선된 내충격성, 가요성 및 내마모성을 제공하는 에폭시 실록산 조성물이 요구된다. 본 발명의 에폭시 실록산 조성물은 코팅 형태로 도포되는 경우, 개선된 내균열성 및 내박리성을 제공한다는 점이 바람직하다.
본 발명은 보호 코팅(protective coating) 등에 유용한 에폭시 수지계 조성물, 보다 구체적으로 개선된 가요성(flexibility), 내후성(weatherability), 및 내화학성을 가지는 엘라스토머-변형(elastomer-modified) 에폭시 실록산 조성물에 관한 것이다.
발명의 개요
본 발명에 따르면, 물의 존재 하에 하기 성분들의 조합에 의하여 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물이 제조된다:
(1) 바람직하게는 알콕시 또는 실란올-작용성 폴리실록산 형태의 실리콘 중간체와;
(2) 바람직하게는 분자당 1개 이상의 1,2-에폭사이드기, 및 100 내지 약 5,000 범위의 에폭사이드 당량 중량을 가지는 에폭시 수지;
(3) 하이드록실, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체; 및
(4) 다작용성 아민 경화제.
실온 조건에서 경화를 촉진하기 위하여 임의의 유기금속 촉매가 사용될 수 있다.
엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 약 1 내지 40 중량% 범위의 실리콘 중간체, 1 내지 15 중량% 범위의 다작용성 아민, 5 내지 60 중량% 범위의 에폭시 수지, 및 1 내지 25 중량% 범위의 엘라스토머계 수지 중간체를 포함할 수 있다.
상기 성분들은, 물의 존재 하에 조합되는 경우 가수분해 및 중축합 반응을 진행하여, 엘라스토머계 수지 중간체의 종류에 따라 엘라스토머-변형 에폭시 폴리머 또는 엘라스토머-변형 폴리실록산 폴리머를 형성하며, 이는 폴리실록산 폴리머 및/또는 에폭시 폴리머와 공중합하여, 완전 경화된 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 폴리머 조성물을 형성한다. 궁극적으로, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 화학적 및 물리적 특성은 에폭시 수지, 실리콘 중간체, 다작용성 아민 경화제, 및 안료의 적절한 선택에 의하여 영향을 받는다. 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 혼입된 엘라스토머가 이들로부터 형성된 최종 경화된 코팅에 대하여 가요성, 내충격성, 내균열성, 및 내마모성을 제공한다는 점에서, 통상의 에폭시 폴리실록산 조성물에 비하여 독특하다. 이러한 개선된 특성은 내후성, 내화학성 및 내식성의 원하는 특성을 저하시키지 않고 제공된다.
발명의 상세한 설명
일례에 따르면, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 에폭시-함유 성분과, 폴리아민 또는 아미노실란 성분을 반응시켜 경화된 에폭시실란 폴리머를 형성시키는 단계, 및 상기 아미노실란 성분과 실리콘 중간체를 반응시켜 폴리실록산 폴리머를 형성시키는 단계에 의하여 제조된다. 본 발명의 에폭시 실록산 조성물은, 엘라스토머계 수지 작용기의 유형에 따라 엘라스토머계 수지와 에폭시-함유 성분, 실리콘 중간체, 또는 아미노실란 또는 폴리아민의 추가적인 반응에 기인하여, "엘라스토머-변형된" 것으로 일컬어진다. 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 통상의 비엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물에 비하여개선된 내충격성, 가요성, 및 내마모성을 제공한다.
본 발명에 따르면, 엘라스토머-변형제 에폭시 실록산 조성물은, 물의 존재 하에 하기 성분을 조합하여 제조하다:
(a) 적어도 2개의 1,2-에폭사이드기를 가지는 방향족 또는 비방향족 에폭시 수지와;
(b) 알콕시 또는 실란올-작용성 실리콘 중간체;
(c) 다작용성 아민;
(d) 반응성 엘라스토머계 수지 중간체; 및
(e) 임의의 유기금속 촉매.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 임의의 안료 및/또는 용매, 레올로지 변형제, 가소제, 요변성제(thixotropic agent), 소포제, 및 용매와 같은 기타 성분, 및 사용자가 추구하는 바람직한 특성을 달성하기 위한 기타 성분을 추가로 함유할 수 있다.
상기 에폭시 수지 성분에 관하여, 유용한 에폭시 수지는 몰당 1개 이상의 1,2-에폭시기를 포함하며, 포화되거나 불포화된 지방족, 사이클로지방족, 또는 헤테로사이클일 수 있다. 상기 에폭사이드 수지는 일반적으로 글리시딜 에스테르 또는 글리시딜 에테르기를 함유하며, 100 내지 5,000의 에폭사이드당 중량(즉, 에폭사이드 당량 중량)을 가지며, 약 2의 반응성(reactivity)을 갖는다. 상기 에폭시 수지는 고체 형태보다는 액체 형태로서 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물의 형성에 유용한 에폭시 수지의 예로는, 에피할로하이드린, 예컨대 에피클로로하이드린, 및 폴리하이드릭 페놀로부터 유도되는 폴리하이드릭 페놀류의 글리시딜 폴리에테르가 포함된다. 이러한 폴리하이드릭 페놀류의 예로는 레조르시놀, 하이드로퀴논, 비스(4-하이드록시페닐)-2,2-프로판, 또는 통상명으로서 비스페놀 A, 4,4'-디하이드록시벤조페논, 비스(4-하이드록시페닐)-1,1-에탄, 비스 (4-하이드록시페닐)-1,1-이소부탄, 비스(4-하이드록시-페닐)-2,2-부탄, 비스(2-디하이드록시나프틸)메탄, 플로로글루시놀(phloroglucinol), 비스(4-하이드록시페닐)술폰이 포함된다. 추가적인 폴리하이드릭 페놀로는, 2개 이상의 페놀 또는 치환된 페놀을 함유하며 메틸렌 가교(bridge)를 통해 연결된 노발락 수지, 및 할로겐화된, 예컨대 블롬화 및 염소화된 페놀계 화합물이 있다.
추가적인 유용한 에폭시 수지는, 산성 촉매, 예컨대 보론 트리플루오라이드를 이용하여 폴리하이드릭 알코올과 에피할로하이드린을 반응시킨 후, 얻어진 산물을 알칼리성 탈할로겐화제(alkaline dehydrohalogenating agent)로 처리함으로써 제조되는 폴리하이드릭 알코올의 글리시딜 폴리에테르를 포함한다. 이러한 폴리에폭사이드의 제조에 사용될 수 있는 폴리하이드릭 알코올 중에는, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 헥산디올, 헥산트리올, 트리메틸롤 프로판, 트리메틸롤 에탄, 펜타에리트리톨 등이 포함된다.
에폭시 수지 및 그의 제법은, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제2,467,171호, 제2,615,007호, 제2,615,008호, 제2,801,227호, 제2,538,072호, 및 제3,033,803호에 개시되어 있다.
그 밖의 다른 에폭시 수지의 예로는, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제3,859,314호 및 제3,576,827호에 개시된 절차를 이용하여 에피할로하이드린 및 폴리카르복시산으로부터 유도되는 폴리카르복시산의 글리시딜 에스테르가 포함된다. 폴리카르복시산의 예로는, 프탈산 또는 그의 무수물, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라하이드로프탈산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 아디프산, 다이머화 지방산, 아크릴산 및 불포화 지방산으로부터 제조되는 이염기산(dibasic acid) 등이 포함된다.
내후성 코팅 조성물의 제조에 유용한 에폭시 수지로는, 켄터키주 루시빌 소재 Rhone-Poulenc사의 Epirez 505; 텍사스주 휴스턴 소재 Resolution Performance Products사의 Epon DPL-862, Eponex 1510 및 Eponex 1513(수소화 비스페놀 A-에피클로로하이드린 에폭시 수지); 매사추세츠주 스프링필드 소재 Monsanto사의 Santolink LSE-120; 펜실베이니아주 알렌타운 소재 Air Products and Chemicals사의 Epodil 757(사이클로헥산 디메탄올 디글리시딜에테르); 뉴욕주 호손 소재 Vantico사의 Araldite XUGY358 및 PY327; 노쓰 캐롤라이나주 더럼 소재 Reichold사의 Aroflint 393 및 607; 및 뉴욕주 타리타운 소재 Union Carbide사의 ERL422가 포함된다.
내화학성 코팅의 제조에 유용한 에폭시 수지로는, Resolution Epon 828(비스페놀 A-에피클로로하이드린 에폭시 수지)과, 네오펜틸글리콜 디글리시딜에테르, 레조르시놀 디글리시딜에테르, 및 사이클로헥산디메탄올 디글리시딜에테르와 같은 이작용성 에폭사이드 반응성 희석제의 블렌드, 비스페놀 F 에폭시 수지, 즉 Resolution Epon DPL 862(비스페놀 F-에피클로로하이드린 에폭시 수지) 및 에폭시페놀 노발락 수지, 예컨대 뉴저지주 체리 힐 소재 CVC사의 Epalloy 8250(에폭시 노발락 수지); Vantigo사의 Araldite EPN 1139; 및 Dow Chemical사의 DEN432 및 DEN438이 포함된다.
바람직한 에폭시 수지로는, 분자 내에 적어도 2개의 에폭시기를 가지는 에피클로로하이드린-비스페놀 A 에폭시 수지, 에포클로로하이드린 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 A 에피클로로하이드린 에폭시 수지, 글리시딜 메타크릴레이트 수지, 글리시딜 에스테르, 페놀 노발락 에폭시 수지, 및 레조르시놀-변형 에폭시 수지가 포함된다. 이들 에폭시 수지는, 아미노-작용성 화합물 또는 이하에 보다 상세히 제시하는 화합물과의 반응에 의하여 3차원적으로 가교결합된 네트워크를 형성할 수 있기 때문에, 바람직하다.
내화학성 조성물을 제공하는 데 유용한 바람직한 에폭시 수지는, 표준 에피클로로하이드린-비스페놀 A 에폭시 수지와 페놀 노발락 에폭시 수지의 조합물을 포함한다. 내후성, 광택 유지능, 및 색상 유지능을 제공하는 데 유용한 바람직한 에폭시 수지는 수소화 비스페놀 A 에피클로로하이드린 수지 및 글리시딜 메타크릴레이트계 아크릴 수지를 포함한다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 제조하는 데에는, 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 내지 60 중량% 범위의 에폭시 수지 성분이 사용된다. 이 양은, 에폭시 수지 성분 단독 또는 2종 이상의 상이한 에폭시 수지 성분의 조합물을 포함할 수 있는, 상기 조성물을 제조하는 데 사용되는 에폭시 수지 성분의 총량을 반영함을 이해해야 한다.
약 5 중량% 미만의 에폭시 수지를 이용하는 경우에는, 대부분의 코팅 도포에 바람직하지 못한 수준의 내화학성 및/또는 내후성을 가지는 최종 조성물이 제조될 것이다. 약 60 중량% 이상의 에폭시 수지를 이용하는 경우에는, 제한된 양의 엘라스토머계 성분으로 인하여 바람직하지 못한 수준의 가요성, 내충격성, 및 내마모성을 가지는 최종 조성물이 생성될 것이다. 에폭시 수지 성분에 대한 바람직한 중량% 범위는 10 내지 30이다. 특히 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 조성물의 전체 중량을 기준으로 대략 20 중량%의 에폭시 성분을 이용하여 제조된다.
수지 조성물의 제조에 사용되는 실리콘 중간체와 관련하여, 바람직한 실리콘 중간체는, 이들로 제한되는 것은 아니나, 하기 식을 가지는 것들을 포함한다.
상기 식에서, 각각의 R1은 하이드록시기, 산소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴 및 알콕시기로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 각각의 R2는 수소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬 및 아릴기로 이루어지는 군으로부터 선택된다. R1및 R2는 실리콘 중간체의 신속한 가수분해를 촉진하는 6개 미만의 탄소 원자를 가지는 기를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 반응은 가수분해의 알코올 유사체 산물의 휘발에 의하여 진행된다. 6개 이상의 탄소 원자를 가지는 R1및 R2기는, 각각의 알코올 유사체의 상대적으로 낮은 휘발성으로 인하여 실리콘 중간체의 가수분해를 손상시키는 경향이 있다.
"n", 또는 분자 골격 내의 반복되는 Si-O 기의 수는 실리콘 중간체 성분이 약 400 내지 약 10,000 범위의 중량 평균 분자량을 가지도록 선택되는 것이 바람직하다. 약 400 미만의 중량 평균 분자량을 가지는 실리콘 중간체 성분은 실제 코팅 도표용으로는 지나치게 취성인 조성물을 생성할 수 있다. 약 1000 이상의 중량 평균 분자량을 가지는 실리콘 중간체 성분은 20℃에서 약 1,000 내지 15,000 센티포아즈(cP)의 바람직한 범위 밖의 점도를 가지는 조성물을 생성할 수 있으며, 이러한 점도는, 지나치게 점성이어서 현재의 휘발성 유기물질 함량(VOC) 요건을 초과하는 용매를 첨가하지 않고는 도포할 수 없는 조성물을 초래한다.
바람직한 실리콘 중간체 성분은 알콕시 또는 실란올-작용성이다. 특히 바람직한 알콕시-작용성 실리콘 중간체는 메톡시-작용성 폴리실록산로서, 이들로 제한되는 것은 아니나, Dow Corning사의 DC-3074 및 DC-3037; 미시간주 아드리안 소재 Wacker사의 GE SR191, SY-550, 및 SY-231을 포함한다. 바람직한 실란올-작용성 실리콘 중간체는, 이들로 제한되지는 않으나, Dow Corning사의 DC840, Z6018, Q1-2530, 및 6-2230을 포함한다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 제조하는 데에는, 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 40 중량% 범위의 실리콘 중간체 성분이 사용된다. 이 양은 상기 조성물의 제조에 사용되는, 실리콘 중간체 성분 단독 또는 2종 이상의 실리콘 중간체 성분의 조합물을 포함할 수 있는 실리콘 중간체 성분의 총량을 반영한다. 약 1 중량% 미만의 실리콘 중간체를 사용하는 경우에는, 대부분의 코팅 도포용으로는 바람직하지 않은 수준의 내화학성 및/또는 내후성을 가지는 최종 조성물이 생성될 것이다. 약 40 중량% 이상의 실리콘 중간체를 사용하는 경우에는, 경화된 필름에 바람직하지 않은 수준의 취성, 즉 낮은 내충격성을 가지는 최종 산물이 생성될 것이다.
실리콘 중간체 성분의 바람직한 양은 2 및 20 중량%이다. 특히 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 대략 5 중량%의 실리콘 중간체 성분을 사용하여 제조된다.
다작용성 아민 성분과 관련하여, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 형성에 유용한 다작용성 아민 성분은 아미노 작용성 실리콘 화합물 및 아민 작용성 화합물을 포함하며, 일반적인 부류로서 지방족 아민 및 폴리아민, 지방족 아민 부가생성물, 폴리아미도아민, 사이클로지방족 아민 및 폴리아민, 및 사이클로지방족 아민 부가생성물, 방향족 아민, 만니시 염기(Mannich base), 케티민(ketimine), 및 아민-작용성 부타디엔 아크릴로니트릴, 예컨대 Noveon사 시판의 ATBN 중에서 선택될 수 있다.
바람직한 아민 성분은 적어도 이작용성, 즉 적어도 2개의 활성 수소를 가지며, 하기 일반식을 가질 수 있는 아미노실란이다:
Y-Si-(O-X)3
상기 식에서, Y는 H(HNR)a이고, 여기서 "a"는 1 내지 6의 정수이고, R은 아릴, 알킬, 디알킬아릴, 알콕시알킬, 및 사이클로알킬 라디칼로 이루어지는 군으로부터 독립적으로 선택되는 이작용성 유기 라디칼이며, R은 각각의 Y 분자 내에서 가변적일 수 있다. 각각의 X는 동일하거나 상이할 수 있으며, 약 6개 미만의 탄소 원자를 함유하는 알킬, 하이드록시알킬, 알콕시알킬, 및 하이드록시알콕시알킬 기로 한정된다. 아민 성분 내에는, 에폭시 당량당 적어도 0.7당량의 아민 또는 0.2몰의 아미노실란이 존재할 수 있다. 상기 아미노실란은 전체적으로 또는 부분적으로 유기 아민 경화제로 대체될 수 있다.
바람직한 아미노실란은, 이들로 제한되지는 않으나, 아미노에틸 아미노프로필 트리에톡시실란, n-페닐아미노프로필 트리메톡시실란, 트리메톡시실릴프로필 디에틸렌 트리아민, 3-(3-아미노페녹시)프로필 트리메톡시 실란, 아미노 에틸 아미노 메틸 페닐 트리메톡시 실란, 2 아미노 에틸 3 아미노프로필, 트리스 2 에틸 헥스옥시실란, n-아미노헥실 아미노프로필 트리메톡시실란, 트리스아미노프로필 트리스메톡시 에톡시 실란, 감마-아미노프로필트리메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 및 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필메틸디메톡시실란을 포함한다. 이들 아미노-작용성 화합물은 단독으로 사용될 수도 있고, 1종 이상의 아미노-작용성 화합물과 함께 사용될 수도 있다.
본 발명에 유용한 아미노실란의 제조사 및 상품명을 표 1에 기재한다.
< 표 1 > 아미노실란
제조사 제품명
Dow Coming Z6020, XI-6100, XI6150
OSI Specialitis A1100, A1101, A1102, A1108, A1110, A1120
A1126, A1130, A1387, Y9632
Wacker ED117
Sivento A0696, A0698, A0699, A0700, A0710, A0720
A0733, A0733, A0742, A0750, A0750, A0800
PCR 12328-1
바람직한 아민 성분은 적어도 이작용성 실란이다. 특히 바람직한 이작용성 실란은 N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란이다. 이작용성 아미노실란은 2개의 작용기를 가지는, 즉 단지 2개의 아민 수소만을 가지는 아미노실란의 조합물이, 역시 2개의 반응성을 가지는 비방향족 에폭시와 반응하여, 개선된 내후성을 나타내는 비가교결합 에폭시 폴리머를 형성한다는 점에서 바람직하다. 아미노실란 성분의 사용은, 최종 경화된 코팅에 대해 황산 및 아세트산과 같은 산에 대한 내화학성을 제공하는 데 바람직하다.
그러한 바람직한 아민 및 아미노실란은 기판 코팅으로서 도포 시, 색상 및 광택 유지 측면에서 내후성을 나타내는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을생성한다. 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 제조하는 데에는, 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 25 중량% 범위의 아민 성분이 사용된다. 이 양은, 상기 조성물의 제조에 사용되는 아민 성분 단독 또는 2종 이상의 아민 성분의 조합물을 포함할 수 있는 아민 성분의 총량을 반영하는 것으로 이해해야 한다.
약 1 중량% 미만의 아민 성분을 사용하는 경우에는, 대부분 코팅 도포에 적합하지 않은 수준의 내화학성 및/또는 내후성을 가지는 최종 조성물이 생성될 것이다. 약 25 중량% 이상의 아민 성분을 사용하는 경우에는, 바람직하지 못한 수준의 아민 블러쉬(blush)를 가지는 최종 산물이 생성될 것이다. 블러쉬 형성(종종 블루밍(blooming) 또는 엑소데이트(exodate)라 불림)은, 통상 광택 감소, 황변 증가, 재코팅성(recoatability) 부족, 및 코팅간 부착 문제를 초래할 수 있다는 점에서 코팅 성능에 대해 유해한 영향을 준다. 25 중량% 이상의 아민 성분을 사용하는 경우에는 또한, 코팅 표면에 아민, 이산화탄소, 및 물의 영역으로부터 수부 형성(water spotting) 및 카르바메이트 형성을 촉진할 수 있다. 아민 성분에 대한 바람직한 양은 2 내지 20 중량% 범위이다. 특히 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 대략 7 중량%의 아민 성분을 사용하여 제조된다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시-실록산 조성물의 제조에 있어서, 에폭시 수지에 대한 아민 성분의 비율은, 아민이 전반적인 다작용성 아민 부류 또는 상기 일반식의 다작용성 아미노실란, 또는 이들의 임의의 조합 중 어는 것으로부터 선택되든 지의 여부에 관계없이 광범위하게 가변적일 수 있다. 일반적으로, 에폭시 수지 성분은, 1 에폭사이드 당량 중량당 적어도 약 0.7 내지 약 1.2 아민 당량 중량, 또는 에폭사이드 당량 중량당 적어도 0.2몰의 아미노실란을 제공하는 충분한 아민 성분으로써 경화된다. 첨가되는 아민의 양이 에폭사이드 당량 중량당 0.7 아민 당량 중량 미만을 제공하는 경우, 얻어지는 코팅 조성물은 느린 경화 시간 및 열등한 내후성 및 내화학성을 나타낼 수 있다. 첨가되는 아민의 양이 에폭사이드 당량 중량당 1.2 아민 당량 중량 이상을 제공하는 경우, 얻어지는 코팅 조성물은 표면 블러슁 및 기름기(greasiness)를 나타낼 수 있다.
반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분에 관하여, 적합한 반응성 엘라스토머계 수지 중간체는 하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 또는 아민 작용기를 가지는 것들을 포함한다. 반응성 엘라스토머계 수지 중간체의 예로는, 하이드록실-작용성 폴리부텐; 하이드록시-작용성 및 이소시아네이트-작용성 폴리부타디엔 수지, 예컨대 펜실베이니아주 뉴타운 스퀘어 리온델 소재의 ARCO사로부터 제품명 Poly-BD 하에 시판되는 제품; 우레탄-변형 에폭시 수지, 예컨대 노스캐놀라이나주 더럼 소재의 Reichhold사로부터 제품명 Epotuf 95-472 하에 시판되는 제품; 우레탄-변형 아민 경화제, 예컨대 텍사스주 휴스턴 소재 Resolution Performance Products사로부터 제품명 Euredur 70 하에 시판되는 제품; 아민 및 카르복시-작용성 부타디엔-아크릴로니트릴 수지, 예컨대, 스위스 바질 소재의 Vantico사로부터 시판되는 Aradur 70; 예컨대 오하이오주 브렉스빌 소재의 Noveon Speciality Chemicals사로부터 제품명 ATBN 및 CTBN 하에 시판되는 제품;아민 및 카르복시-작용성 부타디엔-아크릴로니트릴 수지의 에폭시 부가생성물, 예컨대 Resolution사로부터 제품명 Epon 58005, 58006, 58042, 및 58901 하에 시판되는 제품, Reichhold사로부터 제품명 Kelpoxy 519-K2-70, Kelpoxy G-272, 및 Kelpoxy G293 하에 시판되는 제품, 및 뉴저지주 메이플쉐이드 소재의 CVC Specialty Chemicals사로부터 제품명 Erisys EMR-95, Erisys EMRA-1340 및 Erisys EMRF-1320 하에 시판되는 제품; 및 메르캅탄 및 에폭시-작용성 폴리설파이드 수지, 예컨대, 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 Rohm & Haas사로부터 제품명 Thiokol LP 하에 시판되는 제품이 포함된다. 본 발명의 실시에 유용한 것으로 밝혀진 기타 엘라스토머계 수지 성분은 Resolution Performance Products사의 아민-작용성 수지 Epi-Cure DPC-3163, Epi-Cure 3164 및 Epi-Cure 3260을 포함한다.
바람직한 반응성 엘라스토머계 수지 중간체는 아민 및 카르복시-작용성 부타디엔-아크릴로니트릴 수지의 에폭시 부가생성물(예컨대, Resolution Epon 58005 및 Reichhold Kelpoxy G272)을 포함한다. 이들 특정한 반응성 엘라스토머계 수지 중간체는, 부가생성된 수지에 대하여 충분한 엘라스토머 함량 및 중량 평균 분자량을 가짐으로써, 코팅 조성물에 대하여 최적의 가요성 및 점도 특성을 제공한다는 점에서 바람직하다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 제조하는 데에는, 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 25 중량% 범위의 반응성 엘라스토머계 수지 중간체가 사용된다. 이 양은, 상기 조성물의 제조에 사용되는 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분 단독 또는 2종 이상의 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분의조합물을 포함할 수 있는 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분의 총량을 반영하는 것으로 이해해야 한다.
약 1 중량% 미만의 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분을 사용하는 경우에는, 대부분 코팅 도포용으로 바람직하지 않은 수준의 가요성, 내충격성, 및 내마모성을 가지는 최종 조성물이 생성될 것이다. 약 25 중량% 이상의 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분을 사용하는 경우에는, 점착성이 지나친 최종 조성물이 생성될 것이며, 이는 25% 이상을 도포하기 어려운 코팅을 만들 것이다.
반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분에 대한 바람직한 중량% 범위는 2 내지 20이다. 특히 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 조성물의 전체 중량을 기준으로 대략 4 중량%의 반응성 엘라스토머계 수지 중간체 성분을 사용하여 제조된다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 통상의 공기(air), 무공기, 공압식(air-assisted) 무공기, 및 정전기 스프레이 기구, 브러쉬, 또는 롤러를 이용한 도표용으로 조제된다. 상기 조성물은 25㎛ 내지 약 2mm 범위의 건조 필름 두께의 강, 아연도금, 알루미늄, 콘크리트, 및 기타 기판에 대한 보호 코팅으로서사용될 목적을 가지며, 약 15 내지 200 mm 범위의 건조 필름 두께를 가지는 통상의 바닥면에 대한 보호 바닥재로서 도포될 수 있다.
착색된 또는 텍스쳐드(textured) 코팅 조성물을 제공하고자 하는 경우에는, 안료 및/또는 충전제가 사용될 수 있다. 유용한 착색 안료는, 이산화티탄, 카본블랙, 램프블랙(lampblack), 산화아연, 천연 및 합성의 적색, 황색, 갈색, 및 흑색산화철, 톨루이딘 및 벤지딘 엘로우, 프탈로시아닌 블루 및 그린, 및 카르바졸 바이올렛을 포함할 수 있는 유기 및 무기 착색 안료로부터 선택될 수 있으며, 증량제 안료는 연마 및 결정형 실리카, 황산바륨, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 마이카(mica), 운모질 산화철, 탄산칼슘, 아연 분말, 알루미늄 및 알루미늄 실리케이트, 석고, 장석 등을 포함한다. 유용한 충전제는 코팅 산업 분야에 공지된 통상의 충전제, 예컨대 실리카 분말, 탈크 (마그네슘 실리케이트), 점토, 예컨대 차이나 클레이(알루미늄 실리케이트), 규회석(칼슘 실리케이트), 칼슘 카르보네이트, 중정석(바륨 설페이트), 바륨 메타보레이트, 알루미늄 트리하이드레이트, 흑연, 아연, 알루미늄, 구리 등을 포함한다.
본 발명의 조성물의 형성에 사용하는 안료의 양은 특정 조성물 도포, 기판 또는 언더코트 상의 하이딩(hiding) 요건에 따라 가변적이며, 투명 또는 무색 조성물이 요구되는 경우에는 0일 수 있다. 회색으로 착색된 코팅이 요구되는 일례에서, 2종의 상이한 안료의 조합물, 예를 들어, 램프블랙과 이산화티탄이 사용될 수 있다. 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 일례는 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 70 중량% 이하의 안료 및/또는 충전제를 포함할 수 있다. 70 중량% 이상의 안료 및/또는 충전제를 사용하면, 도포용으로는 지나치게 점성인 조성물이 생성될 수 있다.
안료 및/또는 충전제는 조성물을 형성하는 수지 성분의 일부로서, 예컨대 에폭시 수지, 실리콘 중간체, 및 반응성 엘라스토머계 수지계 중간체와 함께 첨가될 수 있으며/있거나, 개별적인 분말 성분으로서 첨가될 수 있다. 안료 및/또는 충전제가, 수지 성분의 일부로서 첨가되는 경우, 믹서에 의하여 적어도 3 헤그맨(Hegman) 분말도(fineness)로 분산되거나, 대안적으로 동일한 분말도로 샌드밀된다. 안료 및/또는 충전제의 미세 입경, 약 3 헤그맨 분말도로의 분산 또는 밀링의 선택은 통상의 공기, 공압식 무공기, 무공기, 및 정전기 스프레이 기구에 의한 도포를 위한 혼합된 수지 및 경화 성분의 분무를 가능하게 하며, 도포 후 평활하고 균일한 표면 외관을 제공한다.
물은 본 발명의 중요한 성분으로서, 실리콘 중간체의 가수분해 및 후속의 실란올기의 축합을 일으키기에 충분한 양으로 존재한다. 수원은 주로 대기중의 습기 및 안료 재료 상에 흡착된 수분이다. 추가적인 "자유로운" 물을 첨가해, 건조 환경에서의 코팅 및 바닥재 조성물의 사용과 같이, 주위 온도 조건에 따라 경화를 촉진할 수 있다. 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 가수분해를 촉진하는 화학량론적 양 이하의 물을 포함한다. 물을 첨가하지 않고 제조되는 조성물은 가수분해 및 축합 반응에 필요한 수분의 양을 함유하지 못할 수 있으며, 따라서 불충분한 수준의 내자외선성, 내식성 및 내화학성을 가지는 조성물 산물을 생성한다. 약 1 중량% 이상의 물을 사용하여 제조되는 조성물은 도포 전에 가수분해 및 중합되어 바람직하지 못한 겔을 형성하는 경향이 있다.
원하는 경우, 물은 에폭사이드 수지 성분 또는 다작용성 아민 성분 중 하나에 첨가할 수 있다. 기타 수원은 에폭사이드 수지 성분, 다작용성 아민 성분, 희석 용매, 또는 기타 성분 내에 존재하는 미량의 물을 포함할 수 있다. 물은 또한, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제4,250,074에 개시된 바와 같은 케티민 또는 알코올-용매-물 혼합물을 이용함으로써 혼입될 수 있다.
수원에 상관없이, 사용되는 물의 총량은 가수분해 반응을 촉진하는 데 필요한 화학량론적 양이어야 한다. 상기 화학량론적 양을 초과하는 양의 물은, 과량의 물이 최종 경화된 조성물 산물의 표면 광택을 감소시키는 작용을 하기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명의 코팅 조성물은 약 15 내지 약 200 mm 두께로 바닥재 도포를 위하여 도포될 수 있기 때문에, 충분한 양의 물을 첨가하는 것이 중요하며, 조합된 재료들 중에서 동일하게 균일하게 분포하여, 고도 두께의 도포에 적합한 건조 및 경화를 가능하게 한다. 특히 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 약 0.1 중량% 미만의 물을 사용하여 제조된다.
임의의 유기금속 촉매와 관련하여, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물에 유용한 적합한 유기금속 촉매는, 페인트 산업 분야에 공지된 금속 건조제, 예컨대 각각 옥토에이트, 네오데카네이트 및 나프타네이트 형태의 아연, 망간, 지르코늄, 티타늄, 코발트, 철, 납 및 주석을 포함한다. 적합한 촉매는 하기 일반식을 가지는 유기주석 촉매를 포함한다:
상기 식에서, R5 및 R6은 각각 11개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴, 및 알콕시 에스테르기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, R7 및 R8은 각각 R5 및R6과 동일한 기들로부터 선택되거나, 또는 할로겐, 황, 또는 산소와 같은 무기 원자로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 디부틸 틴 디라우레이트, 디부틸 틴 디아세테이트, 디부틸 틴 디아세틸 아세토네이트, 디부틸 틴 디에틸 헥사노에이트, 오르가노타이타네이트, 소듐 아세테이트, 및 프로필아민, 에틸아미노 에탄올, 트리에탄올아민, 트리에틸아민, 및 메틸 디에탄올 아민을 포함하는 지방족 2급 또는 3급 폴리아민이, 실리콘 중간체와 실란의 가수분해성 중축합을 가속하기 위하여 단독으로 사용되거나 함께 사용될 수 있다. 바람직한 촉매는 디부틸 틴 디라우레이트이다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 신속한 건조 및 경화를 위하여, 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 5 중량% 이하의 유기금속 촉매가 사용된다. 유기금속 촉매는 수지 성분에 첨가될 수도 있고, 완전히 개별적인 성분으로서 첨가될 수도 있다. 이양은, 상기 조성물의 제조에 사용되는 유기금속 촉매 성분의 총량을 반영함을 이해해야 하며, 이는 유기금속 촉매 성분 단독 또는 2종 이상의 상이한 유기금속 촉매 성분의 조합물을 포함할 수 있다. 약 5 중량% 이상의 유기금속 촉매 성분이 사용되는 경우에는, 실제 사용하기에는 짧을 수 있는 저장 수명 또는 유통 기한을 가지는 최종 조성물이 생성될 것이다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 일반적으로 점도가 낮고, 용매의 첨가 없이 스프레이 도포될 수 있다. 그러나, 유기 용매는, 전정기 스프레이 기구에 의한 분무 및 도포를 개선시키기 위하여 첨가될 수 있으며, 브러쉬, 롤러 또는 표준 공기 및 무공기 스프레이 기구에 의해 도포되는 경우 유동성, 레벨링(leveling), 및/또는 외관을 개선시기 위하여 첨가될 수도 있다. 이러한 목적으로 유용한 용매의 예는 에스테르, 에테르, 알코올, 케톤, 글리콜 등을 포함한다. 본 발명의 조성물에 첨가되는 용매의 최대량은, 정부에 의하여 맑은 공기 규정(Clean Air Act) 하에 조성물의 단위 ℓ당 대략 420g의 용매로 제한된다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 또한 레올로지 변형제, 가소제, 소포제, 유동 조절제, 슬립제(slip agent) 및 마르제(mar agent), 요변성제, 안료 습식제, 역청 및 아스팔트 증량제, 항침전제, 희석제, UV광 안정화제, 공기 방출제, 및 분산 보조제를 추가로 함유할 수 있다. 바람직한 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 이러한 변형제들을 약 10 중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 방수 컨테이너 내의 2패키지 시스템으로 공급될 수 있으며, 원하는 경우 이들 패키지 중 하나는 수지 성분, 즉 에폭시 수지, 실리콘 중간체, 및 반응성 엘라스토머계 수지 중간체, 및 임의의 안료 및/또는 충전제, 첨가제, 및 용매를 함유한다. 제2 패키지는 다작용성 아민 성분 및 임의의 촉매 또는 가속화제를 함유한다. 대안적으로, 본 발명의 조성물은 3패키지 시스템으로서 공급될 수 있으며, 여기서 제1 패키지는 수지 성분을 함유하고, 제2 패키지는 다작용성 아민 성분을 함유하고, 제3 패키지는 분말 분, 예컨대 안료 및/또는 충전제를 함유한다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 약 -6℃ 내지 50℃ 범위의 주위 조건에서 도포되어 완전 경화될 수 있다. -18℃ 이하의 온도에서는 경화가 심하게 지연된다. 그러나, 본 발명의 조성물은 150℃ 내지 200℃의 소성 또는 경화 온도 하에 도포될 수 있다.
특정 이론 또는 메커니즘으로 제한하고자 하는 의도는 아니나, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 다음과 같은 반응에 의하여 형성되는 것으로 이해된다. 에폭시 수지 성분은 다작용성 아민 또는 아미노실란 성분의 아민 부분과 반응하여, 에폭시-아민 부가 반응을 진행해, 3차원적으로 가교 결합된 네트워크를 형성한다.
상기 실리콘 중간체가 알콕시-작용성인 경우, 물의 존재 하에 가수분해 반응이 진행되어, 실란올-작용성 실리콘 중간체를 형성하는 것으로 여겨진다. 이어서, 실란올-작용성 실리콘 중간체는 가수분해성 중축합을 진행해, 알코올 및 폴리실록산 폴리머를 생성한다.
상기 반응성 엘라스토머계 수지 중간체는 다음과 같은 방식으로 반응하는 것으로 여겨진다. 엘라스토머계 수지 성분이 하이드록시 또는 카르보닐-작용성인 경우, 이는 실리콘 중간체의 실란올기와 반응하여, 폴리실록산 폴리머 부분을 형성한다. 엘라스토머계 수지 성분이 에폭시-작용성인 경우, 이는 다작용성 아민 또는 아미노실란 성분과 반응하여, 에폭시-실란 폴리머 부분을 형성한다. 엘라스토머계 수지 성분이 메르캅탄 또는 아민-작용성인 경우, 이는 에폭시 수지 성분과 반응하여, 에폭시-실란 폴리머 부분을 형성한다.
이렇게 형성된 엘라스토머-변형 에폭시 폴리머 또는 엘라스토머-변형 폴리실록산 폴리머가 공중합하여, 즉 아미노실란의 실란 부분이 폴리실록산, 폴리실록산폴리머 또는 에폭시 폴리머의 다른 부분과 가수분해성 중축합을 진행하여, 완전 경화된 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 폴리머 조성물을 형성한다. 경화된 형태에서, 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 폴리머 조성물은 연속적인 폴리실록산 폴리머 사슬인 선형 에폭시 사슬 단편들의 균일하게 분산된 배열을 나타내며, 이로써 통상의 폴리실록산 시스템을 능가하는 실질적인 장점을 가지는 비-상호투과성 엘라스토머-변형 폴리머 네트워크(IPN)의 화학 구조가 형성된다.
상기 성분들이 조합되는 경우, 아미노실란 성분의 실란 부분은 실리콘 중간체 성분과 축합되고, 에폭시 수지는 실리콘 중간체 폴리실록산으로부터 매달린 아미노기와의 반응을 통해 사슬 연장을 진행하여, 완전 경화된 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 형성한다. 이상에서 논의한 바와 같이, 폴리실록산 폴리머 또는 에폭시-실란 폴리머 중 하나는, 특정 유형의 엘라스토머 작용기에 따라 변형된 엘라스토머일 수 있다. 그러한 반응에서, 에폭시 수지는, 폴리실론산의 유용한 특징을 감소시키지 않고 조성물의 가교결합 밀도를 증가시키는 가교결합 증강제(enhancer)로서 작용한다.
궁극적으로, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 화학적 및 물리적 특성은 에폭시 수지, 실리콘 중간체, 다작용성 아민 경화제, 및 안료의 적당한 선택에 의하여 영향을 받는다. 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 혼입되는 엘라스토머가 형성되는 최종 경화 코팅에 대하여 개선된 수준의 가요성, 내균열성, 내충격성 및 내마모성을 제공한다는 점에서, 종래의 에폭시 폴리실록산 조성물에 비하여 독특하다. 이렇게 개선된 특성들은 바람직한 내후성,내화학성 및 내식성을 저하시키지 않고 제공된다.
부가적으로, 본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 종래의 에폭시 폴리실록산 조성물에 비하여 감소된 수축성 및 개선된 내균열성 및 내박리성과 같은 개선된 경화 필름 특성을 제공한다. 종래의 에폭시 폴리실록산 조성물은 고도로 가교결합되며, 완전 경화되는 경우 고도의 수축을 나타낸다. 이러한 수축은 강 또는 콘크리트 기판 상의 코팅 또는 바닥재 포뮬레이션의 균열 또는 박리를 초래할 수 있다.
이상에 제시한 본 발명의 특징 및 그 밖의 특징들은 이하의 실시예의 이해 시 보다 명확해질 것이다.
실시예 1
대략 10 g의 에폭시 페놀 노발락 수지 (Epalloy 8250 또는 EPN 9850CH), 0.14 g의 첨가제(BYK080 소포제), 3 g의 이산화티탄 안료, 0.1 g의 램프블랙 안료, 4 g의 실리콘 중간체(DC-3074, SY231 알콕시-작용성 실리콘 중간체), 9 g의 비스페놀 A 에폭시 수지(DER 331), 3 g의 엘라스토머-변형 수지(Kelpoxy G272-100 에폭시-말단 엘라스토머계 코폴리머), 및 0.04 g의 탈이온수를 조합하여 수지 성분을 제조하였다. 상기 수지 성분에, 대략 7 g의 아미노실란(Z6020 아미노실란) 형태의 경화 성분, 및 45 g의 실리카 형태의 분말 성분, 및 19 g의 탈크를 첨가하였다. 상기 수지 성분, 경화 성분, 및 분말 성분을 조합하여, 1분 또는 2분 동안 수동 혼합하였다.
실시예 2
대략 10 g의 에폭시 페놀 노발락 수지(Epalloy 8250 또는 EPN9850CH), 0.14 g의 첨가제(BYK080 소포제), 3 g의 이산화티탄 안료, 0.1 g의 램프블랙 안료, 4 g의 실리콘 중간체(DC-3074, SY231 알콕시-작용성 실리콘 중간체), 7 g의 비스페놀 A 에폭시 수지 (DER331), 7 g의 엘라스토머-변형 수지(Kelpoxy G272-100 에폭시-말단 엘라스토머계 코폴리머), 및 0.04 g의 탈이온수를 조합하여 수지 성분을 제조하였다. 상기 수지 성분에, 대략 7 g의 아미노실란(Z6020 아미노실란) 형태의 경화 성분, 및 45 g의 실리카 형태의 분말 성분, 및 19 g의 탈크를 첨가하였다. 상기 성분들을 조합하고, 1분 또는 2분 동안 수동 혼합하였다. 상기 조성물은, 에폭시 수지의 양이 감소되고, 엘라스토머계 수지계 중간체 성분의 양이 거의 2배라는 점을 제외하고는 실시예 1에 따라 제조된 것과 유사하였다.
상기 실시예 1 및 2의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 1 직경 높이의 크기를 가지는 원통형 압축강도 시편(cylindrical compressive strength test specimen)을 이용하여 제조하였다. 상기 시편을 실온에서 14일 동안 경화시킨 뒤, 진한 황산, 진한 염산, 메탄올, 및 수산화암모늄 용액에 7일 동안 침지시켰다. 그런 다음, 각각의 시편을 코팅 무결성에 대하여 평가한 결과, 만족스러운 코팅 무결성을 나타내었다. 상기 화학물질에 침지하기 전과 후에 ASTM C579에 의하여 압축 강도를 측정하였다. 모든 시편은, 침지 후 그들의 초기 압축 강도를 90% 이상 유지하였다. 이러한 결과는 당 기술분야에 공지된 기타 통상의 에폭시-실록산 조성물에 필적하거나 그를 능가하는 것이다.
실시예 1 및 2의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물을 또한, 온도 사이클링을 목적으로 콘크리트 블록의 표면에 80 내지 120 mm의 필름 두께로 도포하였다. 콘크리트 블록을 또한, 비교 목적으로 동일한 코팅 두께로 종래의 에폭시 폴리실록산 조성물로 코팅하였다. 상기 코팅된 블록을 주위 온도에서 7일 동안 경화시키고, 60℃ 온도에 11일 동안 노출시켰다. 코팅된 블록 중 하나가 콘크리트로부터 박리 또는 균열되기 시작할 때까지, 이 온도 사이클을 반복하였다. 실시예 1 및 2의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은, 종래의 에폭시 폴리실록산으로 코팅된 블록이 균열 및 박리되는 동일 회수의 온도 사이클 내에서 균열 또는 박리의 징후를 전혀 나타내지 않는다는 점에서, 내균열성 및 내박리성을 입증하였다.
본 발명의 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물은 바람직한 특정의 변화형태에 대하여 상당히 자세히 개시하였으나, 기타 변화형태도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구의 범위의 사상 및 범위는 본원에 개시된 바람직한 변이형태로 제한되어서는 아니 된다.

Claims (17)

  1. 물;
    하기 식을 가지는 실리콘(silicone) 중간체;
    (상기 식에서, 각각의 R1은 하이드록시기, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴, 및 알콕시기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 각각의 R2는 수소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬 및 아릴기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, n은 폴리실록산에 대한 중량 평균 분자량이 약 400 내지 10,000의 범위가 되도록 선택됨);
    다작용성(polyfunctional) 아민 경화제(curative agent);
    적어도 2개의 1,2-에폭사이드기를 가지는 에폭시 수지; 및
    하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체(elastomeric resinous intermediate)
    의 조합에 의하여 제조되는 엘라스토머-변형(elastomer-modified) 에폭시 실록산 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다작용성 아민 경화제가 하기 일반식을 가지는 아미노실란인 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물:
    Y-Si-(O-X) 3
    (상기 식에서, Y는 H(HNR)a이고, 여기서 a"는 1 내지 6의 정수이고, R은 아릴, 알킬, 디알킬아릴, 알콕시알킬, 및 사이클로알킬 라디칼로 이루어지는 군으로부터 독립적으로 선택되는 이작용성 유기 라디칼이고, X는 약 6개 미만의 탄소 원자를 함유하는 알킬, 하이드록시알킬, 알콕시알킬 또는 하이드록시알콕시알킬기로 한정됨).
  3. 제1항에 있어서,
    주위 온도에서 경화를 촉진하는 적어도 1종의 금속 촉매를 추가로 포함하며, 상기 촉매가 각각 옥토네이트(octonate), 네오데카네이트(neodecanate), 또는 나프타네이트(naphthanate) 형태의 아연, 망간, 지르코늄, 티타늄, 코발트, 철, 납, 및주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    약 1 내지 40 중량% 범위의 실리콘 중간체, 1 내지 15 중량% 범위의 다작용성 아민, 5 내지 60 중량% 범위의 에폭시 수지, 및 1 내지 25 중량% 범위의 엘라스토머계 수지 중간체를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 중간체가 20℃에서 약 3,000 내지 15,000 센티포아즈(cP)의 점도를 가지는 알콕시 및 실란올-작용성 폴리실록산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 성분이 에피클로로하이드린-비스페놀 A 에폭시 수지, 에포클로로하이드린 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소화된 비스페놀 A 에피클로로하이드린 에폭시 수지, 글리시딜 메타크릴레이트 수지, 글리시딜 에스테르, 페놀 노발락 에폭시 수지, 레조르시놀-변형 에폭시 수지, 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  7. 약 400 내지 10,000 범위의 중량 평균 분자량을 가지는 알콕시 및 실란올-작용성 폴리실록산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 실리콘 중간체;
    하기 일반식을 가지는 아미노실란 경화제:
    Y-Si-(O-X) 3
    (상기 식에서, Y는 H(HNR)a이고, 여기서 "a"는 1 내지 6의 정수이고, R은 아릴, 알킬, 디알킬아릴, 알콕시알킬, 및 사이클로알킬 라디칼로 이루어지는 군으로부터 독립적으로 선택되는 이작용성 유기 라디칼이고, X는 약 6개 미만의 탄소 원자를 함유하는 알킬, 하이드록시알킬, 알콕시알킬 또는 하이드록시알콕시알킬기로 한정됨);
    적어도 2개의 1,2-에폭사이드기를 가지는 에폭시 수지; 및
    하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체
    의 조합에 의하여 제조되는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘 중간체가 하기 식을 가지는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물:
    (상기 식에서, 각각의 R1은 하이드록시기, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴, 및 알콕시기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 각각의 R2는 수소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬 및 아릴기로 이루어지는 군으로부터 선택됨).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 성분이 에피클로로하이드린-비스페놀 A 에폭시 수지, 에포클로로하이드린 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소화된 비스페놀 A 에피클로로하이드린 에폭시 수지, 글리시딜 메타크릴레이트 수지, 글리시딜 에스테르, 페놀 노발락 에폭시 수지, 레조르시놀-변형 에폭시 수지, 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  10. 제7항에 있어서,
    주위 온도에서 경화를 촉진하는 적어도 1종의 금속 촉매를 추가로 포함하며, 상기 촉매가 각각 옥토네이트, 네오데카네이트, 또는 나프타네이트 형태의 아연, 망간, 지르코늄, 티타늄, 코발트, 철, 납, 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  11. 제7항에 있어서,
    약 1 내지 40 중량% 범위의 실리콘 중간체, 1 내지 15 중량% 범위의 다작용성 아민, 5 내지 60 중량% 범위의 에폭시 수지, 및 1 내지 25 중량% 범위의 엘라스토머계 수지 중간체를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  12. 물;
    하기 식을 가지는 실리콘 중간체;
    (상기 식에서, 각각의 R1은 하이드록시기, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴 및 알콕시기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 각각의 R2는 수소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬기 및 아릴기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, n은 폴리실록산에 대한 중량 평균 분자량이 약 400 내지 10,000의 범위가 되도록 선택됨);
    하기 일반식을 가지는 아미노실란 경화제:
    Y-Si-(O-X) 3
    (상기 식에서, Y는 H(HNR)a이고, 여기서 "a"는 1 내지 6의 정수이고, R은 아릴, 알킬, 디알킬아릴, 알콕시알킬, 및 사이클로알킬 라디칼로 이루어지는 군으로부터 독립적으로 선택되는 이작용성 유기 라디칼이고, X는 약 6개 미만의 탄소 원자를 함유하는 알킬, 하이드록시알킬, 알콕시알킬 또는 하이드록시알콕시알킬 기로 한정됨);
    분자당 1개 이상의 1,2-에폭사이드기를 가지며, 100 내지 약 5,000 범위의 에폭사이드 당량 중량을 가지는 에폭시 수지; 및
    하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체
    의 조합에 의하여 제조되는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    주위 온도에서 경화를 촉진하는 적어도 1종의 금속 촉매를 추가로 포함하며, 상기 촉매가 각각 옥토네이트, 네오데카네이트, 또는 나프타네이트 형태의 아연, 망간, 지르코늄, 티타늄, 코발트, 철, 납, 및 주석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 성분이 에피클로로하이드린-비스페놀 A 에폭시 수지, 에포클로로하이드린 비스페놀 F 에폭시 수지, 수소화된 비스페놀 A 에피클로로하이드린 에폭시 수지, 글리시딜 메타크릴레이트 수지, 글리시딜 에스테르, 페놀 노발락 에폭시 수지, 레조르시놀-변형 에폭시 수지, 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    약 1 내지 40 중량% 범위의 실리콘 중간체, 1 내지 15 중량% 범위의 다작용성 아민, 5 내지 60 중량% 범위의 에폭시 수지, 및 1 내지 25 중량% 범위의 엘라스토머계 수지 중간체를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물.
  16. 완전 경화된 열경화성 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 제조 방법에있어서,
    알콕시 또는 실란올-작용성 폴리실록산과,
    에폭시 수지, 및
    하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체
    을 조합하여 수지 성분을 제조하는 단계; 및
    상기 수지 성분에 다작용성 아민 성분 및 유기주석 촉매를 첨가하여 주위 온도에서 물의 존재 하에 상기 수지 성분을 경화시키는 단계
    를 포함하는 완전 경화된 열경화성 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 제조 방법.
  17. 완전 경화된 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 제조 방법에 있어서,
    하기 식을 가지는 폴리실록산과:
    (상기 식에서, 각각의 R1은 하이드록시기, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬, 아릴 및 알콕시기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 각각의 R2는 수소, 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬기 및 아릴기로 이루어지는 군으로부터 선택되고, n은 폴리실록산에 대한 중량 평균 분자량이 약 400 내지 10,000의 범위가 되도록 선택됨),
    분자당 1개 이상의 1,2-에폭사이드기를 가지며, 100 내지 약 5,000 범위의 에폭사이드 당량 중량을 가지는 에폭시 수지, 및
    하이드록실, 에폭시, 이소시아네이트, 카르복실, 에폭시, 메르캅탄, 및 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 작용기를 가지며, 부텐, 폴리부텐, 부타디엔, 폴리부타디엔, 니트릴, 아크릴로니트릴, 폴리설파이드, 및 이들의 조합물로 이루어지는 수지의 군으로부터 선택되는 엘라스토머계 수지 중간체
    를 조합하여 수지 성분을 제조하는 단계; 및
    상기 수지 성분에 유기주석 촉매 및 아미노실란 경화제를 첨가하여 주위 온도에서 물의 존재 하에 상기 수지 성분을 경화시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 완전 경화된 엘라스토머-변형 에폭시 실록산 조성물의 제조 방법.
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