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KR20050044614A - 프라이머를 사용하지 않고 창문을 기판에 결합시키는 방법 - Google Patents

프라이머를 사용하지 않고 창문을 기판에 결합시키는 방법 Download PDF

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KR20050044614A
KR20050044614A KR1020047008189A KR20047008189A KR20050044614A KR 20050044614 A KR20050044614 A KR 20050044614A KR 1020047008189 A KR1020047008189 A KR 1020047008189A KR 20047008189 A KR20047008189 A KR 20047008189A KR 20050044614 A KR20050044614 A KR 20050044614A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
adhesive
glass
weight
bonding
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020047008189A
Other languages
English (en)
Inventor
안돈 사무르카스
지얀 우
숀 씨. 토빈
다니엘 피. 헤버러
Original Assignee
다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23305733&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20050044614(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. filed Critical 다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
Publication of KR20050044614A publication Critical patent/KR20050044614A/ko
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Abstract

본 발명은 기판의 표면에 프라임처리할 필요 없이 기판에 유리를 결합시키는 방법이다. 본 발명의 방법은 먼저 기판의 표면을 에어 플라즈마로 처리하고, 기판의 표면 또는 유리의 표면에, 처리된 기판 및 유리에 결합할 수 있는 접착제를 적용하며, 유리 및 기판을 기판과 유리 사이에 배치된 접착제와 접촉시키고, 접착제를 경화시키는 것을 포함한다. 바람직하게 기판을 코팅제로 코팅한다. 바람직한 접착제는 폴리우레탄 또는 실란 관능성의 탄성 접착제이다. 본 발명의 방법은, 접착제의 적용 전에 기판 상에 프라이머를 사용할 필요 없이 기판에 유리를 결합시키도록 한다. 본 방법은 코팅된 기판, 특히 PPG의 카르바메이트 코팅제 또는 듀폰의 Gen III, IV 및 IV 코팅제와 같은 내산성 코팅제로 코팅된 기판에 대한 유리의 결합을 용이하게 하는데 특히 유효하다.

Description

프라이머를 사용하지 않고 창문을 기판에 결합시키는 방법 {Method of Bonding a Window to a Substrate Without a Primer}
본 발명은 프라이머의 필요 없이, 접착제를 이용하여 창문을 기판에 결합시키는 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 실란트 조성물은 통상 유리와 같은 비다공질 기판을 비다공질 기판에 결합시키는데 사용되며, 이들은 미국 특허 제 4,374,237 호 및 미국 특허 제 4,687,533 호에 기재되어 있다. 미국 특허 제 4,374,237 호는 2 개의 실란기를 함유한 2차 아민 화합물과 더 반응된 우레탄 예비중합체를 함유하는 폴리우레탄 실란트를 기재하고 있다. 미국 특허 제 4,687,533 호는, 3 개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트와 이소시아네이트기와 반응하는 활성 수소 원자를 함유하는 말단기를 갖는 동등량 미만의 알콕시실란을 반응시켜, 2 개 이상의 미반응 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이토실란을 형성시킴으로써 제조된 실란기를 갖는 우레탄 예비중합체를 함유하는 폴리우레탄 실란트를 기재하고 있다. 두 번째 단계에서, 이소시아네이토실란을 추가적 폴리이소시아네이트와 혼합하고, 그 혼합물을 폴리올과 반응시켜, 말단 이소시아네이토기 및 펜던트 알콕시실란기를 갖는 폴리우레탄 예비중합체를 형성시킨다.
그러나, 차량 제조 시의 창문 장착의 경우와 같이, 유리 기판을 도장된 기판에 결합시키는데 상기 실란트를 사용한 경우, 결합된 기판의 전단응력이 안전 목적이나 구조적 목적을 위해 요망되는 값에 미치지 못할 수 있다. 결과적으로, 앞 유리와 뒷 창문을 결합하기 위한 대부분의 차량 어셈블리 작업에서, 실란트를 적용하기 전에, 통상적으로 하나 이상의 실란 또는 이소시아네이트의 용액을 포함하는 별도의 페인트 프라이머를 도장된 기판에 적용한다. 어셈블리 작업에서의 프라이머 사용은, 추가적 단계, 추가적 비용, 원하지 않는 위치에 적하시킨 경우에는 페인트 표면을 훼손시키는 위험을 가져오고, 어셈블리 라인 작업자를 부가적 화학물질에 노출시킨다는 점에서 바람직하지 않다.
자동차 OEM은, 페인트 공급업자가 가혹한 환경 조건에 견디는 더욱 강건한 내산성을 갖는 페인트 시스템을 제공할 것을 요구해왔다. 이 페인트 시스템은, 페인트의 내약품성의 증가로 인해, 결합하기 어렵다. 자동차 상의 상기 페인트 시스템에 결합하는 접착제를 개발함에 있어 한 가지 문제점은, 수가지의 상이한 페인트 화학적 성질(chemistry)이 있다는 것이다. 결합하기 어려운 페인트의 예는, 듀폰(DuPont)의 실란처리된 우레탄 멜라민, PPG 카르바메이트 멜라민 페인트, 및 내산성 아크릴 멜라민 페인트(듀폰)이다. 도장된 기판에 대한 접착제의 접착을 향상시키는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 기판 표면을 프라임처리(prime)하지 않고, 유리를 기판에 결합시키는 방법이다. 그 방법은 먼저, 기판 표면을 에어 플라즈마로 처리하고, 기판 표면 또는 유리 표면에 처리된 기판 및 유리를 결합시킬 수 있는 접착제를 적용시키며, 유리 및 기판을 그 양자 사이에 배치된 접착제와 접촉시키고, 접착제를 경화시키는 것을 포함한다. 바람직하게, 기판은 플라스틱 표면이거나 코팅제로 코팅된다. 바람직한 접착제는 폴리우레탄계 기재 접착제이다.
본 발명의 방법은, 접착제의 도포 전에, 기판상에 프라이머를 사용하지 않고, 유리가 기판에 결합되도록 한다. 본 발명의 방법은, 코팅되거나 플라스틱인 기판, 특히 내산성 코팅제, 예컨대 PPG의 카르바메이트 코팅제 또는 듀폰의 히드록시멜라민, 실란처리된 멜라민 및 실란처리된 우레탄 멜라민 코팅제로 피복된 기판에 유리를 결합시키는 것을 용이하게 하는데 특히 효과적이다.
본원에서 사용되는 에어 플라즈마는, 다량의 에너지로 충전된 에어 스트림을 가리킨다. 에어 플라즈마는 기체와 같이 거동하고, 빛을 발하며, 유리 이온 및 전자를 함유하고, 분자 및 이온은 매우 에너지가 높다. 바람직하게, 에어 스트림이 균질하고, 전압이 제로(0)이며, 플라즈마 빔처럼 화염을 낸다. 에어 플라즈마를 고속으로 목적물 표면에 적용하는 경우, 플라즈마가 표면과 반응하여, 깨끗이 하고 표면을 활성화시킨다. 중합체 사슬을 파단시키고, 극성 기 및 활성 라디칼을 생성시킴으로써, 표면이 활성화되는 것으로 판단된다. 에너지화 플라즈마 내의 산소는 또한, 오염물, 예컨대 기판 표면 상의 탄화수소와도 반응한다. 바람직한 에어 플라즈마의 적용 장치는, 플룸(Flume)TM 플라즈마 시스템 [Plasmatreat North America Inc. (캐나다 온타리오주 미시소거 소재)에서 입수가능] 이다. 플룸TM 플라즈마 시스템은 대기압을 비롯한 대기 조건 하에 개방된 공기 환경에서 적용된다. 제트 내부에 제어된 방전에 의해 플라즈마가 발생된다. 제트 프로젝트를 통한 에어 유동은, 제트 외부의 플라즈마를 기판 표면 상에 조사한다. 바람직하게는 에어 공급물(air feed)은 오일과 물이 없는 압축 에어이다. 제트에서의 방전은 3 내지 5 kV 의 내부 전극, 및 480 또는 600 볼트 3-상, 30 amps 으로 공급되는 1 KW 의 적어도 FG1001 의 플라즈마 발생기를 사용한다. 제트 회전 속도는 바람직하게 1000 rpm 이상이다.
접착제의 기판의 접착을 향상시키기 위한 핵심은, 피복 표면의 표면장력을 증가시키는 것이다. 각 코팅 및 접착제가 상이하기 때문에, 모든 시스템에 대해 특정한 표면장력 역치 수준을 정의할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 40 dyne 초과, 바람직하게는 45 dyne 초과의 표면장력이 유리하다. 처리의 또 다른 목적은, 코팅제의 표면 화학적 성질을 향상시켜, 표면 상에 반응성 부위 수를 증가시키는 것이다. 반응성 부위는, 접착제의 이소시아네이트기와 반응하는 (활성 수소 함유기 또는 히드록시기와 같은) 표면 상에 있는 관능기의 수를 가리킨다. 원하는 목적을 달성하기 위해, 수가지 파라미터를 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 노출 시간이 길어질수록, 표면장력 및 표면 상의 관능기 이용가능성이 증가한다. 한편, 노출 시간이 너무 긴 경우에는, 표면이 손상을 입을 수 있고, 접착제의 접착이 좋지 않은 영향을 받게 된다. 노출 시간은, 이후 라인 속도의 함수로서 논의된다. 접착에 영향을 주는 두 번째 변수는 에어 플라즈마 제트의 노즐과 기판 간의 거리이다. 수용가능한 거리는 이후 정의된다. 노즐이 기판에 지나치게 가까와지면, 접착이 좋지 않은 영향을 받게 되나, 일반적으로는 노즐이 기판에 가까울수록, 접착제의 성능이 좋아지게 된다. 기판이 플라즈마의 황색 부분과 접촉할 것이 요망된다. 접착에 영향을 주는 또 다른 변수는, 플라즈마 제트에 적용된 전력 수준이다. 전력이 커서 코팅제를 손상시키게 되는 점까지 전력을 증가시킴에 따라, 접착이 증가한다. 이 변수들은 독립적이며, 각각에 대한 설정은, 고려되는 다른 것들의 수준과 함께 설정되어야 한다. 또한 접착제는, 피처리 기판에 대한 접착을 향상시키도록 접착제를 선택해야 하며, 그 상세 내용은 이후 논의될 것이다.
본 발명의 방법에서, 플라즈마 스트림을 제트 노즐에서 기판까지의 거리가 3 mm 이상, 바람직하게는 6 mm 이상, 및 바람직하게는 25 mm 이하, 더욱 바람직하게는 20 mm 이하, 가장 바람직하게는 12 mm 이하인 기판에 적용한다. 플라즈마 스트림을, 1.5 미터(m)/분 이상, 바람직하게는 10 미터/분 이상, 및 바람직하게는 75 m/분 이하, 더욱 바람직하게는 25 m/분 이하, 가장 바람직하게는 20 m/분 이하의 속도로 기판에 적용한다. 대안적으로는, 기판을 플라즈마 처리로 다수 회 처리할 수 있다. 원하는 표면장력을 달성하기에 충분한 시간 동안, 기판 표면을 플라즈마 제트에 노출시킨다. 이는, 낮은 라인 속도의 이용, 다중 통과의 이용, 또는 그것들의 병용에 의해 달성될 수 있다. 본원에서 다중이란, 1 회 초과를 의미한다. 1 회 초과의 처리 또는 통과를 사용할 경우, 바람직하게는 2 내지 3 회의 처리 또는 통과, 더욱 바람직하게는 2 회의 처리 또는 통과를 사용한다. 다중 통과 또는 처리는, 기판을 1 회 초과하여 하나 이상의 플라즈마 제트와 접촉시킴을 의미한다. 처리 후, 접착제를 피처리 표면에 적용한다. 접착제를 독립적으로 표면에 적용한 후, 접착제와 접촉한 유리에 적용할 수 있다. 대안적으로는, 접착제를 유리 표면에 적용할 수 있고, 그 후 유리 상의 접착제를 피처리 표면과 접촉시킨다.
플라즈마 스트림을 손으로 기판 표면과 접촉시킬 수 있거나, 로봇에 부착시켜 로봇을 이용하여 적용될 수 있다. 대안적으로는, 기판을 이동 컨베이어 상에 두어, 하나 이상의 정지 또는 회전 플라즈마 제트 하에 통과시킬 수 있다. 플라즈마 스트림은 바람직하게, 사용되는 모델에 따라서, 1/4 인치(6.35 cm) 이상 내지 5 인치(12.7 cm) 이상, 바람직하게는 4 인치(10.16 cm) 이하, 더욱 바람직하게는 1 인치(2.54 cm) 이하의 폭으로 적용된다. 원하는 처리 폭이 1 개 제트의 폭보다 큰 경우, 일련의 1 개 초과의 플라즈마 제트를 기판에 적용할 수 있다.
본 발명의 방법에서 유용한 접착제는, 유리를 기판에 결합시키는 기술 분야에서의 숙련가에게 공지된 임의의 접착제일 수 있다. 유용한 접착제에는, 폴리우레탄계 이소시아네이트 관능성 접착제, 폴리술피드 접착제, 및 실록산 관능성 접착제가 포함된다. 바람직한 폴리우레탄계 이소시아네이트 관능성 접착제들 중, 데 산티스(De Santis)의 미국 특허 제 3,707,521 호; 리즈크(Rizk)의 미국 특허 제 4,625,012 호; 리즈크의 미국 특허 제 4,687,533 호; 리즈크 등의 미국 특허 제 4,758,648 호; 리즈크 등의 미국 특허 제 4,780,520 호; 흥(Hung)의 미국 특허 제 5,063,269 호; 치아오(Chiao)의 미국 특허 제 5,623,044 호; 바트(Bhat)의 미국 특허 제 5,603,798 호; 바트의 미국 특허 제 5,672,652 호; 바트의 미국 특허 제 5,792,811 호; 바트 등의 미국 특허 제 5,922,809 호; 바트 등의 미국 특허 제 5,976,305 호; 리즈크 등의 미국 특허 제 5,817,860 호; 시에(Hsieh) 등의 미국 특허 제 5,852,137 호; 시에 등의 미국 특허 제 6,015,475 호; 시에 등의 미국 특허 제 6,001,214 호; 바트 등의 미국 특허 제 6,133,398 호; 우(Wu) 등의 연계 출원 제 09/498,084 호 (2000년 2월 4일 출원; PCT 공개 번호 제 WO 0046320 호; 발명의 명칭 : "폴리우레탄 실란트 조성물") 에 개시된 것들이 바람직하다. 폴리우레탄 접착제는 바람직하게, 활성 수소 및/또는 이소시아네이트 관능성 기를 가지는 폴리우레탄 예비중합체 및 관능성 기의 경화를 위한 촉매를 포함한다. 많은 폴리우레탄 접착제는, 다른 공지된 경화제를 사용할 수도 있으나, 대기 수분과 반응함으로써 경화한다. 폴리우레탄 접착제는, 당업자에게 공지된 접착 프로모터, UV 안정화제, 카본블랙, 충전제, 가소화제 및 틱소트로프제와 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다.
바람직하게, 접착제는 0.3 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 중량%, 더욱 더 바람직하게는 0.75 중량% 이상, 및 바람직하게는 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 이하의 이소시아네이트 퍼센티지를 가진다.
예비중합체는, 접착제가 유리를 금속, 플라스틱, 복합물 또는 유리섬유와 같은 또 다른 기판에 결합시키기에 충분한 양으로, 접착제 조성물 내에 존재한다. 바람직하게, 기판을 도장되거나 착색된 플라스틱이고, 더욱 바람직하게는 기판은 아크릴 멜라민 실란 변성 코팅제 (듀폰), 멜라민 카르바메이트 코팅제, 2부(two part)-우레탄 코팅제, 또는 산 에폭시 경화 코팅제와 같은 내산성 페인트로 도장된다. 본 발명의 접착제는 특히, 창문을 듀폰 실란처리된 카르바메이트 및 PPG 멜라민 카르바메이트 페인트에 결합시키는데 특히 좋다. 바람직하게 예비중합체는, 접착제의 중량 기준으로, 30 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 40 중량부 이상, 더욱 더 바람직하게는 45 중량부 이상, 가장 바람직하게는 50 중량부 이상의 양으로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 예비중합체는 접착제의 중량 기준으로, 99.8 중량부 이하, 가장 바람직하게는 85 중량부 이하의 양으로 존재한다. 바람직한 구현예에서, 고분자량 중합체 및 저분자량 중합체의 혼합물이 사용된다.
이소시아네이트 퍼센티지로 정의 시, 이소시아네이트 함량이 더 큰 접착제는, 프라임처리되지 않은 피처리 코팅제에 보다 잘 결합한다. 또한, 이소시아네이트-히드록시 단자 반응을 촉진하는 촉매를 사용하면, 프라임처리되지 않은 피처리 코팅된 기판에 대한 접착제의 결합이 증진된다. 이소시아네이트기와 히드록시기의 반응을 촉진하는 바람직한 주석 촉매들 중, 미국 특허 제 5,852,137 호 개시된 주석 촉매, 주석 카르복실레이트 및 디알킬주석 아세틸아세토네이트, 예컨대 디부틸주석 디라우레이트, 제2주석 옥토에이트, 제2주석 옥살레이트; 디부틸주석 옥시드; 디부틸주석 비스(메틸말레에이트), 디부틸주석 비스(아세틸 아세토네이트) 가 있다. 주석 촉매는, 주석 함량에 따라, 실란트 중량 기준으로, 30 ppm 이상, 더욱 바람직하게는 50 ppm 이상의 양으로 존재한다. 유기주석 촉매는, 실란트 중량 기준으로, 주석 함량 1.0 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이하, 가장 바람직하게는 0.1 중량부 이하의 양으로 존재한다.
접착제 제형물은 당업자에게 알려진 접착제 조성물에 통상 사용되는 다른 첨가제들을 함유할 수 있다. 본 발명의 접착제는 접착제 조성물에 사용하기 위한, 당 기술분야에서 자체가 알려져 있는 충전제와 함께 제형될 수 있다. 상기 물질들을 첨가함으로써, 점성, 유동 속도 및 처짐(sag)과 같은 물리적 성질들이 개질될 수 있다. 그러나, 예비중합체의 수분 민감성 기의 조기 가수분해를 방지하기 위해, 그것과 혼합하기 전에 충전제를 철저하게 건조시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 접착제의 선택적 성분에는, 강화 충전제가 포함된다. 상기 충전제는 당업자에게 공지되어 있고, 이에는 카본블랙, 이산화티탄, 탄산칼슘, 표면 처리된 실리카, 산화티탄, 흄드 실리카 및 탈크가 포함된다. 바람직한 강화 충전제는 카본블랙을 포함한다. 한 구현예에서, 하나 초과의 강화 충전제로서 그 중 하나가 카본블랙이고, 충분량의 카본블랙을 사용하여 접착제에 원하는 흑색을 부여하는 강화 충전제를 사용할 수 있다. 강화 충전제는, 접착제의 강도를 증가시키고 접착제에 틱소트로프성을 제공하기에 충분한 양으로 사용된다. 강화 충전제는 바람직하게 접착제 조성물의 1 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 15 중량부 이상, 가장 바람직하게는 20 중량부 이상의 양으로 존재한다. 강화 충전제는 바람직하게 접착제 조성물의 40 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 35 중량부 이하, 가장 바람직하게는 33 중량부 이하의 양으로 존재한다.
접착제 조성물 중의 선택적 물질들 중에는, 클레이가 있다. 본 발명에서 유용한 바람직한 클레이에는, 카올린, 표면 처리된 카올린, 소성 카올린, 알루미늄 실리케이트, 및 표면 처리된 무수 알루미늄 실리케이트가 포함된다. 클레이는 펌프가능한 접착제의 제형을 용이하게 하는 임의의 형태로 사용될 수 있다. 바람직하게, 클레이는 분쇄된 분말, 분무건조된 비이드 또는 미분쇄된 입자의 형태이다. 클레이는 바람직하게 접착제 조성물의 0 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량부 이상, 더욱 더 바람직하게는 6 중량부 이상의 양으로 사용될 수 있다. 클레이는 바람직하게 접착제 조성물의 20 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 15 중량부 이하의 양으로 사용된다.
본 발명의 접착제 조성물은 유동적 성질을 원하는 컨시스턴시로 개질시키기 위해 가소화제를 추가적으로 함유할 수 있다. 상기 물질은 바람직하게 물을 함유하지 않고, 반응성 기에 대해 불활성이며, 접착제에 사용되는 중합체에 대해 상용성을 가진다. 적당한 가소화제는 당 기술분야에 공지되어 있고, 바람직한 가소화제에는, 혼합된 C7, C9 및 C11 알킬기와 직선상인, 디알킬 프탈레이트와 같은 알킬 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트 또는 디부틸프탈레이트, "HB-40" 로 시중 입수가능한 부분 수소첨가된 테르펜, 트리옥틸 포스페이트, 에폭시 가소화제, 톨루엔-술파미드, 클로로파라핀, 아디프산 에스테르, 피마자유, 용제, n-메틸피롤리돈 및 알킬 나프탈렌이 포함된다. 바람직한 가소화제는 프탈레이트이다. 더욱 바람직한 가소화제는, 알킬기가 혼합된 선형 C7, C9 및 C11 인 디알킬 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트 또는 디이소도데실 프탈레이트이다. 접착제 조성물 중 가소화제의 양은, 원하는 유동학적 성질을 부여하고, 시스템 내 촉매 및 기타 성분들을 분산시키기에 충분하며, 원하는 점성을 부여하는 양이다. 본원에 개시된 양에는, 예비중합체 제조 중, 및 접착제와의 화합 중에 첨가된 양이 포함된다. 바람직하게 가소화제가 접착제 조성물에서, 접착제 조성물 중량 기준으로, 0 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 5 중량부 이상, 더욱 더 바람직하게는 10 중량부 이상, 가장 바람직하게는 20 중량부 이상의 양으로 사용된다. 가소화제는 바람직하게 접착제 조성물의 총 중량 기준으로 45 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 40 중량부 이하, 더욱 더 바람직하게는 30 중량부 이하, 가장 바람직하게는 25 중량부 이하의 양으로 사용된다.
본 발명의 접착제는 접착제 조성물을 수분으로부터 보호함으로서, 진전을 억제하고, 접착제 조성물에서 가교결합할 수 있는 중합체의 조기 가교결합을 방지하는 기능을 하는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다. 그러한 안정화제들 중에서, 히드로카르빌 알콕시 실란, 예컨대 비닐 트리메톡시 실란, 디에틸말로네이트, 파라톨루엔 술포닐 이소시아네이트, 벤질 클로라이드, 알킬 오르토 포르메이트 및 알킬페놀 알킬레이트가 포함된다. 상기 안정화제는 바람직하게 접착제 조성물의 총 중량 기준으로 0.1 중량부 이상, 바람직하게는 0.3 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이상의 양으로 사용된다. 상기 안정화제는 접착제 조성물의 총 중량 기준으로 5.0 중량부 이하, 바람직하게는 2.0 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 1.4 중량부 이하의 양으로 사용된다.
임의적으로, 접착제 조성물은 틱소트로프제를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 틱소트로프제는 당업자에게 공지되어 있고, 이에는 알루미나, 석회석(라임스톤), 탈크, 산화아연, 산화황, 탄산칼슘, 진주암(퍼라이트), 슬레이트 분(flour), 염 (NaCl), 및 시클로덱스트린이 포함된다. 틱소트로프제는 원하는 유동학적 성질을 부여하기에 충분한 양으로 접착제에 첨가될 수 있다. 바람직하게 틱소트로프제는 접착제 조성물의 중량 기준으로 0 중량부 이상, 바람직하게는 1 중량부 이상의 양으로 존재한다. 바람직하게는 선택적 틱소트로프제는 접착제 조성물의 중량 기준으로 10 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 2 중량부 이하의 양으로 존재한다.
일부 구현예에서, 조성물에 추가적 접착 촉진제(promoter)를 첨가하는 것이 바람직하다. 유리, 혹은 유리가 결합되는 기판의 표면에 대한 접착을 증진시키기 위해, 접착 촉진제를 첨가할 수 있다. 당업자에게 알려진 접착 촉진제를 사용할 수 있다. 코팅된 표면에 대한 접착을 위한 바람직한 접착 촉진제들, 예컨대 자동차 산업에서 통상 사용되는 Gen IV 페인트로 코팅된 접착 촉진제들 중에는, 비닐 알콕시 실란, 이소시아네이토 알콕시 실란, 이소시아누레이트; 관능성 알콕시 실란 및 지방족 이소시아네이트가 있다. 더욱 바람직한 접착 촉진제에는, 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 감마-이소시아네이토프로틸트리메톡시 실란, 감마-이소시아네이토프로필메틸디메톡시 실란, 감마-이소시아네이토프로필트리에톡시 실란, 베타 (3,4-에폭시시클로-헥실)에틸트리에톡시 실란, 감마-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란, 트리스(감마-트리메톡시실릴프로필)이소시아누레이트, 비닐트리에톡시실란 또는 비닐트리메톡시실란이 포함된다. 접착 촉진제의 바람직한 지방족 이소시아네이트에는, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 및 수소첨가된 MDI (메틸렌 디페닐 이소시아네이트) 의 부가물, 이량체 및 삼량체가 포함된다. 상기 접착 촉진제는, 접착제의 유리 또는 다른 기판에 대한 접착을, 전단응력 및 기판에 대한 결합 실패 양상을 시험함으로써 통상 결정되는 원하는 수준까지 촉진하기에 충분한 양으로 존재한다. 바람직하게는 접착 촉진제의 양은, 접착제의 중량 기준으로 10 중량부 이하; 더욱 바람직하게는 5 중량부 이하, 가장 바람직하게는 3 중량부 이하이다. 바람직하게는 접착 촉진제의 양은 접착제의 중량 기준으로 0.01 중량부 이상; 더욱 바람직하게는 0.1 중량부 이상, 가장 바람직하게는 0.5 중량부 이상이다.
접착제 조성물은 또한 당 기술분야에 알려진 열 안정화제를 함유할 수도 있다. 바람직한 열 안정화제들 중에는, 알킬 치환 페놀, 포스파이트, 세바케이트 및 신나메이트가 있다. 더욱 바람직한 열 안정화제들 중에는, 비스(1,2,2,6,6,-펜타메틸 피페리디닐) 세바케이트, 이르가폭스(Irgafox)-168, 에틸렌 비스(옥시에틸렌) 비스(3-tert-부틸 히드록시(메틸히드로신나메이트), 테트라키스 이소데실 4,4'-이소프로필리덴 디포스파이트, 및 부틸화 히드록시톨루엔이 있다. 바람직한 부류의 열 안정화제는 포스파이트 및 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸 피페리디닐) 세바케이트와 같은 세바케이트이다. 바람직한 포스파이트는 아릴 오르가노포스파이트, 알킬 아릴 오르가노포스파이트 또는 알킬 오르가노포스파이트이며, 알킬 아릴 오르가노포스파이트, 예를 들어 C10 알킬 비스페놀 A 포스파이트 및 페닐 디이소데실 포스파이트가 바람직하다. 바람직하게 열 안정화제의 양은 접착제의 중량 기준으로 5 중량부 이하; 더욱 바람직하게는 2 중량부 이하, 가장 바람직하게는 1.0 중량부 이하이다. 바람직하게 열 안정화제의 양은 접착제의 중량 기준으로 0.01 중량부 이상; 가장 바람직하게는 0.5 중량부 이상이다.
접착제 조성물에 통상 사용되는 다른 성분들을 본 발명의 접착제 조성물에 사용할 수 있다. 상기 물질은 당업자에게 공지되어 있고, 이에는 자외선 안정화제 및 산화방지제가 포함된다.
본원에서 사용되는, 접착제 조성물의 성분들에 대한 중량 모든 중량부는, 접착제 조성물의 총 100 중량부를 기준으로 한 것이고, 모든 중량% 는 접착제 조성물의 중량을 기준으로 한 것이다. 본 발명에서 유용한 실란트 조성물은 당 기술분야에 공지된 수단을 사용하여 성분들을 함께 배합함으로써 제형될 수 있다. 일반적으로 성분들을 적당한 믹서에서 배합한다. 상기 배합은 바람직하게 불활성 대기 중에서, 또한 대기 수분의 부재 하에서 수행하여, 조기 반응을 방지한다. 상기 혼합물이 용이하게 혼합되고 취급될 수 있도록 하기 위해, 예비중합체 제조를 위해 반응 혼합물에 임의의 가소화제를 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 대안적으로, 가소화제는 모든 성분들의 배합 중에 첨가될 수 있다. 실란트 조성물을 제형하는 경우, 그것은 대기 수분으로부터 보호되도록 하기에 적당한 용기에 포장된다. 대기 수분과 접촉하게 되면, 예비중합체의 조기 가교결합이 야기될 수 있다.
플라즈마 스트림으로 기판을 처리한 후, 실란트 조성물을 유기 표면 또는 기타 기판, 바람직하게는 유리 표면에 적용하고, 그 후 2차 기판과 접촉시킨다. 그 후, 접착제를 경화 조건에 노출시킨다. 바람직한 구현예에서, 다른 기판은 임의적으로 도장될 수 있는 플라스틱, 금속, 유리섬유 또는 복합 기판이다. 이 방법은 내산성 페인트로 도장한 기판에 특히 효과적이다. 바람직한 구현예에서, 접착제를 적용하는 표면을 적용 전에 클리닝한다 (참고예 : 미국 특허 제 4,525,511 호; 제 3,707,521 호 및 3,779,794 호). 접착제 조성물을 적용하려고 하는 표면을 클리닝함으로써, 유리를 제조한다. 이를 행하기 위해, 용매로 닦는 것(solvent wipe)을 이용할 수 있다. 일반적으로, 표면 클리닝을 위해 적절한 용매를 묻힌 천이나 기타 장치를 사용한다. 바람직하게는, 플라즈마 처리 및 접착제를 표면에 적용하기 전에, 기판을 프라임 처리하지 않는다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 기판은 빌딩 또는 자동차이다. 접착제는 바람직하게는, 기판에 대해 접착되는 유리의 부분 상에 비이드로서 침착된다. 비이드는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 침착될 수 있다. 한 구현예에서, 비이드는 도부총 혹은 유사 유형의 수동 적용 장치를 이용하여 침착될 수 있다. 또 다른 한 구현예에서, 비이드는 로봇 이용의 압출 장치와 같은 압출 장치에 의해 침착될 수 있다. 접착제는 결합되게 되는 구조와 접촉될 창문의 부분 상에 위치한다. 한 구현예에서, 접착제는 창문의 한 면의 주변에 놓이게 된다. 전형적으로 접착제는 창문의 주변에 위치하는 비이드 형태이다. 바람직하게, 비이드는 단면 평면을 따른 윤곽을 갖는 모양이다. 유리가 자동차용으로 설계된 창문 유리인 구현예에서는, 비이드를 자동차 창문의 플랜지 캡슐화된 몰딩과 접촉하게 되는 유리의 부분에 적용된다. 이어서 창문은 창문, 및 창문이 결합되게 되는 구조의 양자 모두에 대해 접촉하는 접착제를 이용하여, 그 구조에 놓이게 된다. 이 접촉은 당업자에게 공지된 수단에 의해 수행된다. 특히, 유리는 손으로, 혹은 로봇을 이용하여 구조물에 놓일 수 있다. 일반적으로 본 발명의 접착제는 대기 수분의 존재 하에 상온에서 적용된다. 대기 수분에의 노출은 저착제의 경화를 초래하기에 충분하다. 당업자에게 알려진 임의의 수단, 예를 들어 대류 열 또는 마이크로파 가열에 의해 경화 실란트에 열을 적용함으로써, 경화가 더욱 가속화될 수 있다. 본 발명의 실란트는 바람직하게 5 분 이상, 더욱 바람직하게는 10 분 이상의 작업 시간을 제공하도록 제형된다. 작업 시간은 바람직하게 15 분 이하, 더욱 바람직하게는 12 분 이하이다. 또한 본 발명의 접착제는, 360 psi (2.48 mPa) 이상, 더욱 바람직하게는 500 psi (3.45 mPa) 이상의 23 ℃ 및 50 % 상대습도 (RH) 에서 경화하거나, 3 일 후, SAE J1529 에 따라 전단응력을 입증한다. 바람직하게, 본 발명의 접착제는 30 분 이하의 가사시간(tack free time) 을 입증한다. 바람직하게 본 발명의 접착제는 SAE 1722 테스트에 따라, 바디 프라이머를 사용하지 않고 시험 시, 3 시간에서 75 psi (0.52 mPa) 이상의 H-인장을 나타낸다.
본원에 기재된 분자량은 하기 절차에 따라 결정된다 : 워터스(Waters) 모델 590 겔 투과 크로마토그래피를 이용하여 결정됨. 이 유니트를 다중파장 검출기 및 시차 굴절계에 연결하여, 용리 체적을 측정한다. 크기 배제를 위해 스티롤겔 칼럼을 사용하고, 그것은 250 내지 50,000 의 분자량을 결정할 수 있다. 이어서, 상기 용리액으로서 테트라히드로푸란을 사용하여, 상기 컬럼을 통한 용리 체적을 측정함으로써, 예비중합체의 분자량을 결정한다. 이어서, 폴리스티렌 폴리에틸렌 글리콜 칼럼으로부터 수득한 분자량 vs. 용리 체적의 적정 곡선으로부터 분자량을 계산한다. 인용된 분자량은 달리 특정되지 않는 한, 중량 평균 분자량이다.
특정 구현예
하기 실시예들은 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공된 것으로서, 특허청구범위의 범주를 제한하지 않는 것으로 한다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 부 및 퍼센티지는 중량 기준이다. 중량부에 대한 모든 참조는 접착제 제형물 총 100 중량부를 기준으로 한다.
하기 것들은 제조된 실란트에 대해 사용된 시험들이다.
급속 나이프 접착 시험
6.3 mm (폭) x 6.3 mm (높이) x 76.2 mm (길이) 크기의 실란트 비이드를 내산성 페인트 판넬의 101.6 mm x 101.6 mm 조각에 두었고, 어셈블리를 23 ℃ 및 상대습도 50 % 의 조건에서 특정 시간 동안 경화시켰다. 이어서 경화된 비이드를 45 도 각도에서 도장된 표면까지 면도날로 절단하고, 한편 180 도 각도에서 비이드 말단을 뒤로 잡아당겼다. 노치를 도장된 표면 상에 매 3 mm 마다 절단했다. 접착 정도를 접착 파절(AF) 및/또는 응착 파절(CF) 로 평가했다. 접착 파절의 경우, 경화된 비이드를 도장된 표면에서 분리할 수 있고, 반면 응착 파절에서는, 절단과 당김의 결과 실란트 비이드 내에서 분리가 일어났다. 피험 페인트 기판은, 이소판올 (IPA) 또는 나프타(NP) 로 닦음으로써 처리되거나, 플룸(flume) 플라즈마로 처리되거나, 혹은 공급된 상태로 사용될 수 있다. 본 발명의 실란트에 대해서는, 실란트의 접착이 비처리되거나 용매로 닦은 기판보다 플룸 플라즈마에 대해 더 빨리 진전되었다.
실시예 1 내지 8
판넬 (10 cm x 30 cm) 에 듀폰 Gen VI 을 분무하고, 285 ℉ (141 ℃) 에서 30 분간 소성(baking)시켰다. 판넬의 절반을 1 또는 2 회 통과 동안 에어 플라즈마 (PlasmaTreatTM 공급의 FlumeJetTM) 로 처리했고, 다른 절반은 비처리로 두었다. 단일 통과 처리를 도장된 판넬의 분리된 단면들에 대해 다시 한번 평가했다. 판넬을 플라즈마 팁으로부터 약 30 mm 에서 유지시키고, 약 15 cm/s 로 정지상(stationary) 플라즈마 팁을 횡단토록 했다. 대안적으로, 판넬을 정지상으로 유지시킬 수 있고, 플라즈마 팁은 판넬을 횡단토록 할 수 있다. 수분 경화 우레탄 유리 결합 접착제로서, 다우 오토모티브(Dow Automotive) [미시간주 어번힐, 다우 케미칼 컴퍼니(The Dow Chemical Company) 의 사업 단위] 에서 입수가능한 Betaseal 15625 [에섹스 스페셜티 프로덕츠(Essex Specialty Products)의 상표명] 을, 처리판넬에, 처리 직후, 처리 및 비처리 표면 (30 cm 길이의 비이드) 모두를 거쳐 적용했다. 우레탄 비이드를 23 ℃/50% RH 환경에서 2 일 및 4 일 간 경화토록 했다. 접착을 급속 나이프 접착(Quick Knife Adhesion) 시험을 이용하여 평가했다. 접착 결과가 하기 표에 요약되어 있다. 그 결과는, 플라즈마 팁 하에서의 단일 또는 이중 통과 후, 판넬에 대한 접착이 향상됨을 보여준다. 단일 통과의 경우, 접착은 Betaseal 15625 에 의한 접착이 관찰되지 않은 비처리 표면에 대한 접착보다, 상당히 향상되었다. 응착 파절은 접착제가 내부 파절을 겪음을 의미한다. 접착 파절은 접착제가 접착제 기판 계면에서 파절되었음을 의미한다.
실시예 페인트 처리 2일 경화 4일 경화
1*234 Gen VI＂＂＂ 비처리 대조군1/2 판넬, 1회 통과1회 통과2회 통과 0% CF50% CF85% CF90% CF 0% CF50% CF20% CF100% CF
5*678 PPG 카르바메이트＂＂＂ 비처리 대조군1/2 판넬, 1회 통과1회 통과2회 통과 0% CF50% CF25% CF85% CF 0% CF50% CF25% CF100% CF
* 비교예
실시예 9 내지 18
상기 기재한 바와 같은 수개의 판넬을 듀폰 Gen VI 으로 코팅하고, 285 ℉ 에서 30 분간 소성시켰다. 실시예 9 및 14 에서, 접착제를 부가 처리하지 않고 적용했다. 실시예 10 및 15 에서, 판넬을 나프타를 함유하는 도찰물(swab)로 닦음으로써 클리닝하였고, 판넬에 대해 더 이상의 처리를 하지 않았다. 실시예 11 내지 13, 및 16 내지 18 에서, 판넬을 변화하는 라인 속도로 플라즈마 제트에 노출시켰다 (실시예 11 내지 13, 및 실시예 16 내지 18 에서는 용매나 기타 클리닝을 이용하지 않았다). 라인 속도가 빠를수록, 그 결과 노출 시간이 더 적어진다. 그 후, 유리 결합에 유용한 폴리우레탄 접착제로서, 다우 케미칼 컴퍼니에서 입수가능한 Betaseal 15685 를 실시예 9 내지 13 의 판넬에 적용하였고, 기판에 대한 유리 결합에 유용한 폴리우레탄 접착제로서 다우 케미칼 컴퍼니에서 입수가능한 Betaseal 15625 를 실시예 14 내지 18 의 판넬에 적용하였다. 각 샘플을 23 ℃ 및 50% RH 에서 7 일간 경화시켰다. 각 샘플에 대해 3 일 및 7 일째에 급속 나이프 접착 시험을 수행하였다.
결과가 표 2 에 요약되어 있다.
실시예 코팅 처리 3 일 QKA(급속 나이프 접착)CF/AF 7 일 QKA(급속 나)이프 접착)CF/AF
9 비처리 0/100 0/100
10 나프타로 닦음 0/100 15/85
11 10 m/분 0/100 0/100
12 15 m/분 60/40 50/50
13 20 m/분 25/75 25/75
14 비처리 0/100 0/100
15 나프타로 닦음 70/30 70/30
16 10 m/분 80/20 75/25
17 15 m/분 60/40 50/50
18 20 m/분 50/50 40/60

Claims (10)

  1. A) 프라임처리되지 않은 기판의 표면을 에어 플라즈마로 처리하고;
    B) 처리된 기판을 유리에 결합시킬 수 있는 접착제를 적용하며;
    C) 접착제가 프라임처리되지 않은 기판과 유리 사이에 배치되도록, 유리와 프라임처리되지 않은 기판을 접촉시키고;
    D) 접착제를 경화시켜, 유리를 프라임처리되지 않은 기판에 결합시키는 것을
    포함하는, 기판 상에 프라이머를 이용하지 않으면서 기판에 유리를 결합시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 프라임처리되지 않은 기판이 유리 창문을 자동차에 고정시키기 위한 자동차의 플랜지 또는 캡슐화 몰딩인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접착제가 폴리우레탄 접착제인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리우레탄 접착제가 0.3 % 이상의 이소시아네이트 함량을 갖는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 황색 부분이 기판과 접촉하도록 플라즈마 스트림을 적용하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 스트림을 제트 노즐에서 기판까지의 길이 3 내지 25 mm 에서 적용하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리우레탄 접착제가, 접착제의 중량 기준으로 30 ppm 내지 1.0 중량%의 주석을 제공하기에 충부한 양으로 존재하는 주석 촉매를 함유하는 것인 방법
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 30 dyne 이상의 표면장력을 달성하도록 기판 표면을 처리하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 스트림을 1.5 m/분 내지 75 m/분의 속도로 기판에 적용하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여, 자동차 창문 플랜지, 또는 창문 플랜지 상에 있는 캡슐화 몰딩에 하나 이상의 창문이 결합된 자동차.
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