ES2233098T3 - Composicion de recubrimiento resistente a la abrasion y articulos recubiertos. - Google Patents
Composicion de recubrimiento resistente a la abrasion y articulos recubiertos.Info
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Abstract
Una composición de revestimiento que comprende: (a) de 5 a 75 por ciento en peso, en función del peso total de la composición de revestimiento, de monómero(s) de silano: (i) glicidoxi[alquil(C1-C3)]trialcoxi(C1-C4)silano; y (ii) tetraalcoxi(C1-C6)silano, siendo la relación en peso entre (i) y (ii) la comprendida entre al menos 0, 5:1 y 100:1; y (b) una cantidad catalítica de un sol de alúmina ácido acuoso, teniendo dicho sol partículas de alúmina un tamaño de partícula medio no superior a 200 nanómetros; (c) una cantidad disolvente de un disolvente orgánico; (d) una cantidad de nivelación de agente tensioactivo no iónico; y (e) agua en una cantidad suficiente para formar hidrolizados de dichos monómeros de silano, siempre y cuando no se añada un catalizador de curado.
Description
Composición de recubrimiento resistente a la
abrasión y artículos recubiertos.
La presente invención se refiere a composiciones
de recubrimiento utilizadas para formar revestimientos duraderos, es
decir, resistentes a la abrasión y químicamente. En particular, la
presente invención se refiere a un sol-gel, es
decir, recubrimientos en solución-gelificación sobre
sustratos tales como un material polimérico orgánico. Más en
particular, la presente invención se refiere a artículos, como por
ejemplo elementos ópticos, v.g., lentes oftálmicas, láminas y
películas transparentes, que tienen sobre al menos una de sus
superficies, un revestimiento ópticamente transparente duradero
según la presente invención.
El (los) material(es) orgánicos
poliméricos que se utilizan típicamente para obtener elementos
ópticos, láminas y películas transparentes, tiene(n)
superficies que son susceptibles a la abrasión y el ataque químico.
A menudo, dichos materiales se recubren con un revestimiento
protector para mejorar su resistencia a la abrasión.
Los revestimientos protectores en los que se
incorporan monómeros de silano con contenido en epoxi, compuestos de
aluminio y otros monómeros de silano han sido descritos en las
patentes EE.UU. 4.702.773; 4.731.264 y 5.462.806 y la solicitud de
patente japonesa 2.725.441. En la patente EE.UU. 4.702.773 se
describe una composición de revestimiento que contiene una cantidad
resistente a la abrasión eficaz de una dispersión coloidal de un
dispersante insoluble en agua, como por ejemplo óxido de aluminio en
una solución agua-alcohol de organotrialcoxisilanos
seleccionados. En la patente EE.UU. 4.731.264 se describe una
composición de sol-gel de organoalcoxisilano/alúmina
y un método para su producción. En la patente '264, los autores de
la patente describen la hidrolización de un alcóxido de aluminio en
agua para formar un sol al que se añade un organotrialcoxisilano
hidrolizable. En la patente EE.UU. 5.462.806 se describe una lente
plástica que tiene en al menos una de sus superficies una capa de
imprimación, una capa de revestimiento duro y, opcionalmente, una
capa de prevención de la reflexión. Las capas de imprimación y
revestimiento duro, que se preparan a partir de al menos un
compuesto de órganosilicio pueden contener también partículas finas
de óxidos inorgánicos. En JP 2.725.441 se describe un agente de
revestimiento duro que consiste en un alcoxisilano difuncional que
contiene grupo epoxi, un silano tetrafuncional, titania o alúmina
coloidal y un catalizador de curado.
En US-A-5.134.191
se describe una composición de revestimiento duro que comprende un
compuesto de silicio orgánico con contenido en grupo epoxi y
partículas submicrométricas inorgánicas, como, por ejemplo sol de
silice que se puede curar con una mínima cantidad de un compuesto de
antimonio como catalizador de curado.
Se ha descubierto ahora de manera inesperada que
mediante el uso de una cantidad catalítica de un sol de alúmina
ácido en una composición de revestimiento que comprende (i)
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]trialcoxi(C_{1}-C_{4})silano
y (ii)
tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silano,
variando la relación en peso entre (i) y (ii) entre 0,5:1 y 100:1,
así como otros componentes adyuvantes, tal como se describe más
adelante, se puede preparar un revestimiento sin el uso de un
catalizador de curado adicional. El revestimiento de la presente
invención también es más duradero, es decir, es más resistente a la
abrasión, que un revestimiento idéntico en el que se incorpora
alquil trialcoxisilano en lugar del tetraalcoxisilano de la presente
invención. La composición de la presente invención se puede utilizar
para producir un revestimiento curado adherente, de
sol-gel, de una sola capa, duradero sobre materiales
orgánicos poliméricos sólidos utilizando la tecnología de
revestimiento convencional.
La composición de revestimiento de la presente
invención que comprende:
(a) de 5 a 75 por ciento en peso, en función del
peso total de la composición de revestimiento, de monómero(s)
de silano:
- (i)
- glididoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]trialcoxi(C_{1}-C_{4})silano; y
- (ii)
- tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silano, siendo la relación en peso entre (i) y (ii) la comprendida entre al menos 0,5:1 y 100:1; y
(b) una cantidad catalítica de un sol de alúmina
ácido acuoso, teniendo dicho sol partículas de alúmina que tienen un
tamaño de partícula medio no superior a 200 nanómetros;
(c) una cantidad disolvente de un disolvente
orgánico;
(d) una cantidad de nivelación de agente
tensioactivo no iónico; y
(e) agua en una cantidad suficiente para formar
hidrolizados de dichos monómeros de silano, siempre y cuando no se
añada un catalizador de curado.
La suma de todos los componentes en la
composición de revestimiento equivale a 100 por ciento.
A excepción de los ejemplos prácticos, y a no ser
que se indique de otro modo, todos los números que expresan
cantidades de ingredientes o condiciones de reacción utilizados en
el presente documento deben entenderse como modificados en todos los
casos por el término "aproximadamente". En cada uno de los
casos en los que se emplee el término "porcentaje en peso" en
el presente documento en relación con la composición de
revestimiento, debe entenderse que el porcentaje en peso descrito se
basa en el peso total de la composición de revestimiento a no ser
que se indique de otro modo.
El (los) monómero(s) de silano y los
hidrolizados de los mismos pueden estar presentes en la composición
de revestimiento en cantidades de al menos un 5 por ciento en peso,
preferiblemente, al menos 10 por ciento en peso, más
preferiblemente, al menos 20 por ciento en peso, siendo sobre todo
preferible al menos 25 por ciento en peso. La composición de
revestimiento contiene normalmente monómero(s) de silano en
una cantidad no superior a 75 por ciento en peso, preferiblemente no
superior a 70 por ciento en peso, más preferiblemente no superior a
65 por ciento en peso, siendo sobre todo preferible, no superior a
60 por ciento en peso. La cantidad de monómero(s) de silano
en la composición de revestimiento puede oscilar entre cualquier
combinación de estos valores, incluyendo el intervalo citado.
Entre los
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]alcoxi(C_{1}-C_{4})silano
que se pueden utilizar en la composición de revestimiento de la
presente invención se incluyen glididoximetiltrietoxisilano,
alfa-glicidoxietiltrimetoxisilano,
alfa-glicidoxietiltrietoxisilano,
beta-glicidoxietiltrimetoxisilano,
beta-glicidoxietiltrietoxisilano,
alfa-glicidoxipropiltrimetoxisilano,
alfa-glicidoxipropiltrietoxisilano,
beta-glicidoxipropiltrimetoxisilano,
beta-glicidoxipropiltrietoxisilano,
gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano, hidrolizados
de los mismos, o mezclas de dichos monómeros de silano.
Preferiblemente el componente glididoxi silano es
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]alcoxi(C_{1}-C_{2})silano,
siendo sobre todo preferible
\gamma-glididoxipropilmetoxisilano. Entre los
tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silanos
que se pueden utilizar en combinación con el
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]alcoxi(C_{1}-C_{4})silano
en la composición de revestimiento de la presente invención se
incluyen materiales como tetrametoxisilano, tetraetoxisilano,
tetrapropoxisilano, tetrabutoxisilano, tetrapentiloxisilano,
tetrahexiloxisilano y mezclas de ellos. Preferiblemente, se utiliza
un tetraalcoxi(C_{1}-C_{4})silano,
utilizándose más preferiblemente tetrametoxisilano.
En la combinación de monómeros
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]alcoxi(C_{1}-C_{4})silano
y tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silano
utilizada en la composición de revestimiento de la presente
invención, los monómeros pueden estar presentes en una relación en
peso entre
glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]alcoxi(C_{1}-C_{4})silano
y tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silano
comprendida entre al menos 0,5:1 y 100:1, preferiblemente al menos
0,75:1 y 50:1 y más preferiblemente al menos 1:1 y 5:1. La relación
en peso de los monómeros de silano en la composición de
revestimiento puede oscilar entre cualquier combinación de estos
valores, incluyendo el intervalo citado.
La cantidad de sol de alúmina ácido en la
composición de revestimiento de la presente invención es una
cantidad catalítica, es decir, una cantidad necesaria para catalizar
o potenciar el curado de la composición de revestimiento. El sol de
alúmina se caracteriza por tener un pH ácido, es decir, un pH
inferior a 7,0, preferiblemente inferior a 6,0 siendo sobre todo
preferible, menos de 5,0. El sol comprende partículas de alúmina,
es decir, partículas esféricas y/o no esféricas de alúmina que
pueden consistir en alúmina y/o partículas revestidas con alúmina,
v.g., sílice revestida con alúmina que tienen una carga superficial
positiva y un tamaño de partícula medio, es decir, diámetro, no
superior a 200 nanómetros. Tal como se utiliza en la presente
memoria descriptiva y en las reivindicaciones, el término "sol de
alúmina" significa una dispersión coloidal de partículas de
alúmina inorgánicas sólidas finamente divididas en un líquido con
contenido acuoso, v.g., agua. Dichos soles de alúmina se pueden
preparar por hidrolización de un precursor de sal metálica, v.g., un
haluro de aluminio como cloruro de aluminio, durante un período de
tiempo suficiente para formar el tamaño de partícula deseado. En la
patente EE.UU. 3.864.142 se describe un proceso para la preparación
de soles de alúmina y soles de sílice revestido con alúmina.
Alternativamente, se pueden utilizar partículas de alúmina
preformadas con otros componentes que cuando se combinan producen el
sol de alúmina antes descrito.
Cuando se prepara el sol de alúmina a partir de
un precursor de sal metálica como cloruro de aluminio, el sol de
alúmina se caracteriza por tener un nivel de cloruro valorable
químicamente además de un pH ácido. La expresión "nivel de cloruro
valorable químicamente" significa un nivel de cloruro determinado
por valoración potenciométrica con una solución de nitrato de plata
utilizando un sistema de electrodos de vidrio y
plata-cloruro de plata. Dicho método se describe en
CHLORIDE (4500-Cl) Potentiometric Method,
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,
18ª edición, 1992, página 4-51 a
4-52. Típicamente, el nivel de cloruro valorable
químicamente es una cantidad igual o por encima de la concentración
detectable utilizando el método mencionado, es decir superior o
igual a 0,01 por ciento en peso, en función del peso total del sol
de alúmina. El cloruro valorable químicamente puede ser al menos 0,1
por ciento en peso de cloruro, preferiblemente al menos 1,0 por
ciento en peso, más preferiblemente al menos 1,5 por ciento en peso
siendo sobre todo preferible al menos 3,0 por ciento en peso de
cloruro, por ejemplo 3,6 por ciento en peso. El nivel máximo de
cloruro en el sol de alúmina es una cantidad que no causa
inestabilidad de los componentes, v.g. formación de un precipitado o
gel, ni previene la formación de un revestimiento curado
cosméticamente aceptable cuando se utiliza en la composición de
revestimiento. La cantidad de cloruro presente en el sol de alúmina
puede oscilar entre cualquier combinación de estos valores,
incluyendo los intervalos citados.
La cantidad de alúmina ácida en la composición de
revestimiento puede ser al menos 0,25 por ciento en peso,
preferiblemente al menos 0,5 por ciento en peso, más preferiblemente
al menos 1,0 por ciento en peso siendo sobre todo preferible al
menos 2,0 por ciento en peso en función del peso total del (los)
monómero(s) de silano. Típicamente, la cantidad de alúmina
(óxido de aluminio) en la composición de revestimiento no es
superior a un 10 por ciento en peso, preferiblemente no superior a 9
por ciento en peso, más preferiblemente no superior a 8 por ciento
en peso, siendo sobre todo preferible no superior a 7 por ciento en
peso. La cantidad de alúmina en la composición de revestimiento
puede oscilar entre cualquier combinación de estos valores,
incluyendo los intervalos citados.
Entre los ejemplos de soles de alúmina
comerciales que se pueden utilizar en la composición de la presente
invención se incluyen soles coloidales NALCO® (distribuidos por
NALCO Chemical Co.), soles coloidales REMASOL® (distribuidos por
Remet Corp.) y soles coloidales LUDOX® (distribuidos por E.I. du
Pont de Nemours Co., Inc.). Estos productos pueden caracterizarse
según su aspecto, tamaño de partícula medio, porcentaje de alúmina,
pH, peso específico, conductividad, viscosidad, porcentaje de
cloruro y carga superficial. Entre los ejemplos específicos de soles
de alúmina adecuados que se pueden utilizar en la composición de la
presente invención se incluyen sol de sílice revestido con alúmina
NALCO® 1056 y alúmina coloidal NALCO® 8676.
La cantidad de alúmina en el sol de alúmina puede
variar considerablemente, v.g., entre 3 y 30 por ciento en peso,
dependiendo de cómo se haya formado el sol. El tamaño de partícula
medio de la alúmina en el sol de alúmina es un tamaño que no afecta
negativamente a los estándares "cosméticos" aceptables
comercialmente para revestimientos ópticos aplicados a elementos
ópticos. Entre los ejemplos de defectos cosméticos de lentes
revestidas que se deben evitar se incluyen, picaduras, manchas,
inclusiones, grietas y microfisuraciones del revestimiento. El
tamaño de partícula medio de la alúmina puede ser de al menos 1
nanómetro (nm), preferiblemente al menos 2 nm, siendo más preferible
al menos 3 nm. Típicamente, el tamaño de partícula medio no es
superior a 200 nm, preferiblemente no superior a 100 nm, más
preferiblemente no superior a 50 nm, siendo sobre todo preferible no
superior a 30 nm, v.g., 20 nm. El tamaño de partícula medio de la
alúmina en la composición de revestimiento puede oscilar entre
cualquier combinación de estos valores, incluyendo los intervalos
citados.
Los disolventes orgánicos presentes en la
composición de revestimiento de la presente invención se pueden
añadir o formar in situ por hidrólisis del (los)
monómero(s) de silano. Entre los disolventes orgánicos
adecuados se incluyen aquellos que disuelven o dispersan los
componentes sólidos de la composición de revestimiento. La cantidad
de disolvente mínima presente en la composición de revestimiento es
una cantidad de disolución, es decir, una cantidad que sea
suficiente para solubilizar o dispersar los componentes sólidos en
la composición de revestimiento. Por ejemplo, la cantidad de
disolvente presente puede oscilar entre 20 y 90 por ciento en peso
en función del peso total de la composición de revestimiento y
depende, en parte, de la cantidad de monómero de silano presente en
la composición de revestimiento. Entre los disolventes adecuados se
incluyen los siguientes: benceno, tolueno, metil etil cetona, metil
isobutil cetona, acetona, etanol, alcohol tetrahidrofurfurílico,
alcohol propílico, carbonato de propileno,
N-metilpirrolidinona
N-vinilpirrolidinona, N-acetil
pirrolidinona, N-hidroxi-metil
pirrolidinona,
N-butil-pirrolidinona,
N-etilpirrolidinona,
N-(N-octil)-pirrolidinona,
N-(n-dodecil)pirrolidinona, éter
2-metoxietílico, xileno, ciclohexano,
3-metilciclohexanona, acetato de etilo, acetato de
butilo, tetrahidrofurano, metanol, propionato de amilo, propionato
de metilo, éter monobutílico de dietilen glicol, sulfóxido de
dimetilo, dimetil formamida, etilen glicol, éteres mono- y
dialqúilicos de etilen glicol y sus derivados, que se distribuyen en
el comercio como disolventes industriales CELLOSOLVE por Union
Carbide, éter metílico de propilen glicol y acetato de éter metílico
de propilen glicol, que se distribuyen en el comercio como
disolventes DOWANOL® PM y PMA, respectivamente, por Dow Chemical y
mezclas de los disolventes citados.
Está presente una cantidad niveladora de agente
tensioactivo no iónico como componente en la composición de
revestimiento. Una cantidad niveladora es la cantidad suficiente
para permitir que el revestimiento se extienda uniformemente o para
nivelar la composición de revestimiento sobre la superficie del
material, v.g., material orgánico polimérico, al que se aplica, y
proporcionar un contacto uniforme entre el
revestimiento-composición sobre la superficie del
sustrato. Preferiblemente, el agente tensioactivo no iónico es un
líquido en condiciones de uso y se utiliza en cantidades
comprendidas entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 1,0 por
ciento en peso en función de la cantidad de monómero(s) de
silano. En Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,
3ª ed., volumen 22, páginas 360 a 377 se describen agentes
tensioactivos no iónicos adecuados. Otros agentes tensioactivos no
iónicos potenciales incluyen los agentes tensioactivos descritos en
la patente EE.UU. 5.580.819, columna 7, línea 32 a columna 8, línea
46.
Entre los ejemplos de agentes tensioactivos no
iónicos que se pueden utilizar en la composición de revestimiento de
la presente invención se incluyen fenoles alquílicos etoxilados,
tales como agentes tensioactivos IGEPAl® DM u
octil-fenoxipolietoxietanol distribuido como TRITON®
X-100, un diol acetilénico como
2,4,7,9-tetrametil-5-decina-4,7-diol
distribuido como SURFYNOL® 104, dioles acetilénicos etoxilados como
la serie de agentes tensioactivos SURFYNOL® 400, agentes
tensioactivos de flúor, como la serie de agentes tensiaoctivos
fluoroquímicos FLUORAD®, y no iónicos rematados como etoxilatos de
octil fenol rematados con bencilo distribuidos como TRITON® CF87,
los etoxilatos de alquilo rematados con óxido de propileno, que se
distribuyen como la serie PLURAFAC® RA de agentes tensioactivos,
éter octilfenoxihexadeciletoxi bencílico, copolímero de
dimetilpolisiloxano modificado con poliéter en disolvente
distribuido como aditivo BYK®-306 DE Byk Chemie y mezclas de dichos
agentes tensioactivos.
También está presente agua en la composición de
revestimiento en una cantidad suficiente como para formar
hidrolizados de monómeros de silano. La cantidad de agua necesaria
puede suministrarse a través del agua presente en el sol de alúmina.
Si no es así, se puede añadir agua adicional a la composición de
revestimiento de la presente invención para proporcionar la cantidad
adicional requerida necesaria para hidrolizar el monómero de
silano.
La composición de revestimiento de la presente
invención se puede preparar introduciendo todos los monómeros de
silano en un recipiente adecuado que contenga el sol de alúmina y
mezclando o vice versa. Típicamente, se produce una reacción
exotérmica a partir de la hidrólisis de los monómeros de silano. Se
agita la mezcla de reacción resultante durante una hora más al mismo
tiempo que se enfría a temperatura ambiente. A continuación, se
pueden añadir el disolvente (si se requiere) y el agente
tensioactivo y agitar la mezcla resultante hasta que se disuelvan
todos los componentes o se dispersen homogéneamente, v.g., durante
al menos 30 minutos. Se filtra la composición de revestimiento
resultante, v.g., a través de un filtro de cápsula de 0,45
micrómetros nominal y se almacena a 4ºC hasta su uso.
Antes de la aplicación de la composición de
revestimiento de la presente invención, típicamente, se trata la
superficie de los sustratos que se van a revestir con el fin de
limpiar la superficie y favorecer la adherencia. Entre las técnicas
de tratamiento eficaces para plásticos, como por ejemplo los
preparados a partir de monómero de bis(carbonato de alilo) de
dietilen glicol CR-39® o policarbonato
termoplástico, v.g., una resina derivada de bisfenol A y fosfgeno,
se incluyen el limpiado ultrasónico; el lavado con una mezcla acuosa
de disolvente orgánico, v.g., una mezcla 50:50 de isopropanol: agua
o etanol : agua; tratamiento con UV; tratamiento con gas activo,
v.g., tratamiento con plasma o descarga de corona a baja temperatura
y tratamiento químico como, por ejemplo, hidroxilación, es decir,
grabado de la superficie con una solución acuosa de álcali, v.g.,
hidróxido sódico o hidróxido potásico, que también puede contener un
agente tensioactivo de flúor. Véase la patente EE.UU. 3.971.872,
columna 3, líneas 13 a 25; patente EE.UU. 4.904.525, columna 6,
líneas 10 a 48; y patente EE.UU. 5.104.692, columna 13, líneas 10 a
59, en las que se describen tratamientos superficies de materiales
orgánicos poliméricos.
La composición de revestimiento se puede aplicar
sobre la superficie del sustrato a través de un proceso de
recubrimiento como el que se describe en la patente EE.UU.
3.971.872. Se puede emplear cualquier método de revestimiento
convencional adecuado. Entre los métodos de recubrimiento
convencionales se incluyen recubrimiento de flujo, recubrimiento por
inmersión, recubrimiento por centrifugado, recubrimiento con
rodillo, recubrimiento de cortina y recubrimiento por rociado. Para
conseguir unos resultados óptimos en un proceso de recubrimiento por
inmersión, es necesario que se retire el sustrato que se va a
revestir sin vibración. La vibración del sustrato en la interfaz
aire/líquido durante la retirada impedirá la aplicación de un
revestimiento uniforme. Asimismo, se recomienda la filtración
continua de la composición de revestimiento a través de un filtro de
0,45 micrómetros nominal con recirculación a través de una dama para
reducir al mínimo la incorporación de materia en partículas en el
revestimiento. La aplicación de la composición de revestimiento
sobre la superficie del sustrato se puede realizar en un entorno
sustancialmente libre de polvo o agentes contaminantes, v.g., una
sala limpia. Los revestimientos preparados a través del proceso de
la presente invención pueden tener un grosor que puede oscilar entre
0,1 y 50 micrómetros (\mum), preferiblemente entre 2 y 20 \mum,
y más preferiblemente entre 2 y 10 \mum, v.g., 5 \mum. El grosor
del revestimiento puede oscilar entre cualquier combinación de estos
valores, incluyendo el intervalo citado.
Una vez realizada la aplicación de la composición
de revestimiento sobre la superficie del sustrato, se cura el
revestimiento. Por razones de manejo, se puede secar primero el
sustrato revestido y curarlo después. Se puede secar el
revestimiento a temperatura ambiente o a temperaturas por encima de
la temperatura ambiente pero por debajo de las temperaturas de
curado, v.g., hasta 80ºC. A continuación, se calienta la superficie
seca y revestida a una temperatura comprendida entre 80ºC y 130ºC,
v.g., 120ºC, durante un período comprendido entre 30 minutos y 16
horas con el fin de curar el revestimiento. Si bien se ha propuesto
un intervalo de temperaturas para el secado y el curado del
revestimiento, las personas especializadas en este campo reconocerán
que se pueden usar otras temperaturas distintas a las aquí
mencionadas. Otros métodos de curado del revestimiento incluyen la
radiación con infrarrojo, ultravioleta o radiación electrónica.
El sustrato, v.g., un material orgánico
polimérico, puede presentarse en forma de elementos ópticos como
ventanas, lentes oftálmicas de corrección de la visión y lentes
planas, superficies de visión exterior de pantallas de cristal
líquido, tubos de rayos catódicos, v.g., tubos de pantallas de vídeo
para televisiones y ordenadores, películas poliméricas
transparentes, paneles transparentes para automóviles, v.g.,
parabrisas, paneles transparentes para aviones, láminas plásticas,
etc. La aplicación de los revestimientos de la presente invención
sobre una película polimérica en forma de un "aplique" puede
llevarse a cabo utilizando los métodos descritos en la columna 17,
línea 28 a columna 18, línea 57 de la patente EE.UU. 5.198.267.
Entre los ejemplos de materiales orgánicos
poliméricos que se pueden utilizar como sustratos para la
composición de revestimiento de la presente invención se incluyen:
polímeros, v.g., homopolímeros y copolímeros, de monómeros de
bis(carbonato de alilo), monómeros de dimetacrilato de
dietilen glicol, monómeros de diisopropenil benceno, monómeros de
dimetacrilato de bisfenol A etoxilados, monómeros de bismetacrilato
de etilen glicol, monómeros de bismetacrilato de poli(etilen
glicol), monómeros de bismetacrilato de fenol etoxilados, monómeros
de acrilato de alcohol polihidroxílico alcoxilados, tales como
monómeros de triacrilato de trimetilol propano etoxilados, monómeros
de acrilato de uretano, como los descritos en la patente EE.UU.
5.373.033, y monómeros de vinilbenceno como los descritos en la
patente EE.UU. 5.475.074 y estireno; polímeros, es decir
homopolímeros y copolímeros de monómeros de acrilato y/o metacrilato
polifuncionales, v.g., mono-, di- o multifuncionales,
poli(metacrilatos de alquilo de
C_{1}-C_{12}), tales como
poli(metacrilato de metilo), polidimetacrilato de
(oxialquileno), poli(metacrilatos de fenol alcoxilados),
acetato de celulosa, triacetato de celulosa, acetato propionato de
celulosa, acetato butirato de celulosa, poli(acetato de
vinilo), poli(alcohol vinílico), poli(cloruro de
vinilo), poli(cloruro de vinilideno), poliuretanos,
politiuoretanos, policarbonatos termoplásticos, poliésteres,
poli(tereftalato de etileno), poliestireno, poli(alfa
metil estireno), copoli(estireno-metacrilato
de metilo), copoli(estireno-acrilonitrilo),
polivinilbutiral y polímeros, es decir, homopolímeros y
copolímeros, de dialiliden pentaeritritol, en particular copolímeros
con monómeros de polialcohol (carbonato de alilo), v.g.,
bis(carbonato de alilo) de dietilen glicol, monómeros de
acrilato, v.g., acrilato de etilo, acrilato de butilo y mezclas de
ellos. Otros ejemplos de materiales orgánicos poliméricos se
describen en la patente EE.UU. 5.753.146, columna 8, línea 62 a
columna 10, línea 34.
Son igualmente adecuados como sustratos
copolímeros transparentes y mezclas de polímeros transparentes.
Preferiblemente, el sustrato para la composición de revestimiento es
un material orgánico polimerizado ópticamente transparente preparado
a partir de una resina de policarbonato termoplástica, como por
ejemplo una resina unida a carbonato derivada de bisfenol A y
fosgeno, que se distribuye bajo la marca registrada LEXAN; un
poliéster como por ejemplo el material distribuido bajo la marca
registrada MYLAR; un poli(metacrilato de metilo), como por
ejemplo el material distribuido bajo la marca registrada PLEXIGLAS;
polimerizados de un monómero de polialcohol(carbonato de
alilo), sobre todo bis(carbonato de alilo) de dietilen
glicol, monómero que se distribuye bajo la marca registrada
CR-39, y polimerizados de copolímeros de un
polialcohol(carbonato de alilo), v.g., bis(carbonato
de alilo) de dietilen glicol, con otros materiales monómericos
copolimerizables, tales como copolímeros con acetato de vinilo,
v.g., copolímeros de bis(carbonato de alilo) de dietilen
glicol al 80-90 por ciento y acetato de vinilo al
10-20 por ciento, en particular de 80 a 85 por
ciento del bis(carbonato de alilo)y de 15 a 20 por
ciento de acetato de vinilo, y copolímeros con un poliuretano que
tiene una funcionalidad diacrilato terminal, tal como se describe en
las patentes EE.UU. 4.360.653 y 4.994.208; y copolímeros con
uretanos alifáticos, cuya porción terminal contiene grupos con
función alilo o acrililo, tal como se describe en la patente EE.UU.
5.200.483; poli(acetato de vinilo), polivinil butiral,
poliuretano, politiouretanos, polímeros de miembros del grupo que
consiste en monómeros de dimetacrilato de dietilen glicol, monómeros
de diisopropenil benceno, monómeros de dimetacrilato de bisfenol A
etoxilados, monómeros de bismetacrilato de etilen glicol, monómeros
de metacrilato de poli(etilen glicol), monómeros de
bismetacrilato de fenol etoxilados y monómeros de triacrilato de
trimetilol propano etoxilados; acetato de celulosa, propionato de
celulosa, butirato de celulosa, butirato acetato de celulosa,
poliéstrieno y copolímeros de estireno con metacrilato de metilo,
acetato de vinilo, acrilonitrilo y mezclas de ellos.
Más en particular, se contempla el uso de la
composición de revestimiento de la presente invención con
polimerizados ópticamente transparentes, es decir, materiales
adecuados para aplicaciones ópticas como por ejemplo lentes, es
decir lentes planas y oftálmicas, que se preparan a partir de
monómeros de resina orgánicos ópticos. Los polimerizados ópticamente
transparentes pueden tener un índice de refracción que puede oscilar
entre 1,48 y 2,00, v.g., entre 1,495 y 1,75 o entre 1,50 y 1,66.
La presente invención se describe más en
particular en los ejemplos que se exponen a continuación, cuyo
objetivo es meramente ilustrativo, ya que para los especialistas en
este campo serán evidentes muchas modificaciones y variaciones.
Se introdujeron
\gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano, 122
gramos, y tetrametoxisilano, 28 gramos, en un recipiente adecuado y
se agitó. Se añadió alúmina coloidal NALCO® 8676, 91,5 gramos, al
recipiente con agitación. La alúmina coloidal NALCO® 8676 es un
líquido opalescente blanco, que se describe en la bibliografía de
producto de la compañía química NALCO como una suspensión al 10 por
ciento de partículas de alúmina en agua. Las partículas de alúmina
se describen como partículas que tienen una carga superficial
positiva, un tamaño de partícula medio de aproximadamente 2
nanómetros, un pH de aproximadamente 4,7 y un nivel de cloruro
valorable de aproximadamente 3,6 por ciento en peso. Al cabo de diez
minutos, el desprendimiento de calor generado de la hidrólisis de
silanos causó un aumento de la temperatura de la mezcla de reacción
desde aproximadamente 25ºC hasta por encima de 50ºC. Se agitó la
mezcla durante una hora más al mismo tiempo que se enfriaba hasta
aproximadamente 30ºC. Se añadió una proporción en peso 50/50 de
disolventes DOWANOL® PM y PMA, 158,5 gramos, a la mezcla y se agitó.
Se añadió BYK®-306, que se describe como un copolímero de
dimetilpolisiloxano modificado con poliéter en disolvente, 0,4
gramos, y se agitó la mezcla resultante durante al menos 30 minutos.
Se filtró la solución de revestimiento resultante a través de un
filtro de cápsula de 0,45 micrómetros nominal y se almacenó a 4ºC
hasta su uso.
Se introdujeron
\gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano, 240 gramos,
y tetrametoxisilano, 106,5 gramos, en un recipiente sumergido dentro
de un baño con hielo y se agitó. Se añadió alúmina coloidal NALCO®
8676, 205 gramos, al recipiente con agitación. Al cabo de diez
minutos, el desprendimiento de calor generado de la hidrólisis de
los silanos causó un aumento de la temperatura de la mezcla de
reacción desde aproximadamente 5ºC hasta por encima de 25ºC. Se
agitó la mezcla durante 3 horas más al mismo tiempo que se mantenía
la temperatura de la mezcla de reacción próxima a 25ºC. Se añadieron
en una proporción en peso 50/50 disolventes DOWANOL® PM y PMA, 350
gramos, a la mezcla y se agitó. Se añadió aditivo BYK®-306, 0,9
gramos y se agitó la mezcla resultante durante al menos 30 minutos.
Se filtró la solución de revestimiento resultante a través de un
filtro de cápsula de 0,45 micrómetros nominal y se almacenó a 4ºC
hasta su uso.
Se siguió el procedimiento del ejemplo 2 con la
excepción de que se utilizaron los siguientes ingredientes: 208
gramos de \gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano,
149 gramos de tetrametoxisilano, 205 gramos de alúmina coloidal
NALCO® 8676, 339 gramos de disolventes DOWANOL® PM y PMA en una
proporción en peso 50/50, y 0,9 gramos de aditivo BYK® 306.
Se siguió el procedimiento del ejemplo 2 con la
excepción de que se utilizaron los siguientes ingredientes: 160
gramos de \gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano,
213 gramos de tetrametoxisilano y 323 gramos de disolventes DOWANOL®
PM y PMA en una proporción en peso de 50/50.
Se siguió el procedimiento del ejemplo 1 con la
excepción de que se utilizaron los siguientes ingredientes: 133
gramos de disolventes DOWANOL® PM y PMA en una proporción en peso
50/50 y 117 gramos de sol de sílice revestido con alúmina NALCO®
1056. Se utilizó sol de sílice revestido con alúmina NALCO® 1056 en
lugar de alúmina coloidal NALCO® 8676. El sol de sílice revestido
con alúmina NALCO® 1056 es un líquido opalescente azul, que se
describe en la bibliografía de producto de la compañía química NALCO
como una dispersión al 30% en peso que contiene aproximadamente un 4
por ciento de alúmina y aproximadamente 26 por ciento de dióxido de
silicio en agua. Las partículas de sílice revestidas con alúmina se
describen como partículas que tienen una carga superficial positiva,
un tamaño de partícula medio de aproximadamente 20 nm, un pH de
aproximadamente 3,7 y un nivel de cloruro valorable de
aproximadamente 1,15 por ciento en peso.
Ejemplo comparativo
1
Se siguió el procedimiento del ejemplo 1 con la
excepción de que se reemplazó el tetrametoxisilano con 26 gramos de
metiltrimetoxisilano y se utilizaron las cantidades siguientes de
los demás materiales: 122 gramos de
\gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano; 91,5 gramos
de alúmina coloidal NALCO® 8676; y 158,5 gramos de disolventes
DOWANOL® PM y PMA en una proporción 50/50 en peso.
Parte
A
Se limpiaron lentes sin revestir hechas de
monómero bis(carbonato de alilo) de dietilen glicol
CR-39® con acetona; se lavaron con agua jabonosa; se
enjuagaron con agua desionizada; se sumergieron en una solución de
hidróxido sódico al 12,5 por ciento en peso en un baño ultrasónico
mantenido a 50ºC durante 3 minutos; se enjuagaron sucesivamente en
dos baños ultrasónicos que contenían agua desionizada mantenida a
50ºC; se enjuagó con alcohol isopropílico; y se secó en un horno de
convección mantenido a 60ºC.
Parte
B
Se templaron las soluciones de revestimiento de
los ejemplos y el ejemplo comparativo a temperatura ambiente
(aproximadamente 20 a 24ºC) con agitación. Se aplicaron
aproximadamente 3 mililitros (mL) de cada solución de revestimiento
sobre la superficie de las lentes preparadas en la parte A por
recubrimiento con centrífuga a aproximadamente 1100 rpm. Se detuvo
el centrifugado al cabo de 10 segundos para producir un grosor de
revestimiento comprendido entre 2 y 3 micrómetros. Inicialmente, se
mantuvieron las lentes revestidas a 60ºC durante 20 minutos y
después se curaron a 120ºC durante 3 horas.
Parte
C
Se determinó la resistencia a la abrasión de las
lentes revestidas preparadas en la Parte B utilizando el método de
ensayo ASTM F735-81. Se expusieron las muestras de
ensayo a 300 ciclos de oscilación en el método de ensayo ASTM
utilizando o bien arena o bien óxido de aluminio, tal como se
indica. El índice de resistencia a la abrasión Bayer (BARI),
indicado en la tabla 1 para muestras por duplicado, fue calculado
dividiendo el porcentaje de turbiedad de una muestra de ensayo sin
revestir hecha de un homopolímero preparado a partir del monómero
CR-39® por el porcentaje de turbiedad de la muestra
de ensayo revestida. El número resultante es una indicación de cómo
es mucho más resistente a la abrasión la muestra de ensayo revestida
en comparación con el cuadrado de ensayo sin revestir. Se midieron
los resultados de turbiedad y transmisión antes y después del ensayo
de abrasión con un colorímetro modelo DP25P de Hunter Lab.
Se midió la adherencia del revestimiento sobre
las lentes de ensayo aplicando el método de ensayo normal ASTM
D-3359-93 para medir la Adherencia
según el método de ensayo de cinta adhesiva B. Se llevó a cabo el
ensayo antes de la inmersión de las lentes en agua desionizada en
ebullición y después de 60 minutos de inmersión en el agua en
ebullición. La inmersión en agua en ebullición simuló el ataque
químico. Los resultados del ensayo de adherencia no revelaron
ninguna pérdida del revestimiento antes o después de la inmersión en
el agua en ebullición para todos los ejemplos y el ejemplo
comparativo 1.
| Número de ejemplo | BARI (arena) | BARI (óxido de aluminio) |
| 1 | 9,08 | --- |
| 2 | --- | 6,26 |
| 3 | --- | 6,58 |
| 4 | --- | 7,40 |
| 5 | 7,26 | --- |
| Ej.comp.1 | --- | 4,76 |
Los resultados de la tabla 1 demuestra que las
lentes revestidas con el ejemplo comparativo 1 (Ej.comp.1) que
contiene un metiltrimetoxisilano en lugar de un tetrametoxisilano,
fueron menos resistentes a la abrasión que las lentes revestidas con
las composiciones de los ejemplos 1-7.
Si bien la presente invención ha sido descrita
haciendo referencia a detalles específicos de modos de realización
en particular de la misma, no se pretende que dichos detalles sean
considerados como limitaciones del marco de la invención con la
excepción y en el grado en el que quedan incluidas en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Una composición de revestimiento que
comprende:
(a) de 5 a 75 por ciento en peso, en función del
peso total de la composición de revestimiento, de monómero(s)
de silano:
- (i)
- glicidoxi[alquil(C_{1}-C_{3})]trialcoxi(C_{1}-C_{4})silano; y
- (ii)
- tetraalcoxi(C_{1}-C_{6})silano,
siendo la relación en peso entre
(i) y (ii) la comprendida entre al menos 0,5:1 y 100:1;
y
(b) una cantidad catalítica de un sol de alúmina
ácido acuoso, teniendo dicho sol partículas de alúmina un tamaño de
partícula medio no superior a 200 nanómetros;
(c) una cantidad disolvente de un disolvente
orgánico;
(d) una cantidad de nivelación de agente
tensioactivo no iónico; y
(e) agua en una cantidad suficiente para formar
hidrolizados de dichos monómeros de silano,
siempre y cuando no se añada un catalizador de
curado.
2. La composición de revestimiento de la
reivindicación 1 en la que el (los) monómero(s) de silano
constituyen entre 10 y 60 por ciento en peso de la composición y son
glicidoxi(alquil(C_{1}-C_{3}))trialcoxi(C_{1}-C_{2})silano
y tetralacoxi(C_{1}-C_{4})silano
en una proporción en peso comprendida entre 0,75:1 y 50:1.
3. La composición de revestimiento de la
reivindicación 1 en la que el (los) monómero(s) de silano
constituyen entre 20 y 50 por ciento en peso de la composición y son
\gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano y
tetrametoxisilano en una proporción en peso comprendida entre 1:1 y
5:1.
4. La composición de revestimiento de la
reivindicación 1 en la que el tamaño de partícula medio de la
alúmina oscila entre 1 y 100 nanómetros y la cantidad de alúmina en
dicha composición de revestimiento oscila entre 0,25 por ciento en
peso y 10 por ciento en peso.
5. La composición de revestimiento de la
reivindicación 4 en la que el tamaño de partícula medio de la
alúmina oscila entre 2 y 30 nanómetros y la cantidad de alúmina en
dicha composición de revestimiento oscila entre 1 por ciento en peso
y 7 por ciento en peso.
6. La composición de revestimiento de la
reivindicación 1 en la que la cantidad disolvente del disolvente
orgánico comprende hasta un 90 por ciento en peso de la composición
de revestimiento.
7. Un artículo que comprende en combinación un
material orgánico polimérico y, sobre al menos una superficie del
mismo, un revestimiento preparado por curado de la composición de
revestimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. El artículo de la reivindicación 7 en el que
el material orgánico polimérico se selecciona entre poliacrilatos,
polimetacrilatos, poli(metacrilatos de
alquilo(C_{1}-C_{12})),
polioxi(metacrilatos de alquileno), poli(metacrilatos
de fenol alcoxilados), acetato de celulosa, triacetato de celulosa,
propionato acetato de celulosa, butirato acetato de celulosa,
poli(acetato de vinilo), poli(alcohol vinílico),
poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno),
policarbonatos termoplásticos, poliésteres, poliuretanos,
poliuretanos, poli(tereftalato de etileno), poliestireno,
poli(alfa metil estireno),
copolímero(estireno-metacrilato de metilo),
copolímero(estireno-acrilonitrilo),
polivinilbutiral y polímeros de monómeros de polialcohol (carbonato
de alilo), monómeros de acrilato polifuncionales, monómeros de
metacrilato polifuncional, monómeros de dimetacrilato de dietilen
glicol, monómeros de diisopropenil benceno, monómeros de alcohol
polihidroxílico alcoxilados, monómeros de dialilideno pentaeritritol
o mezclas de ellos.
9. El artículo de la reivindicación 8 en el que
el material orgánico polímerico es un homopolímero o copolímero de
monómero(s) seleccionados entre acrilatos, metacrilatos,
metacrilato de metilo, bismetacrilato de etilen glicol,
dimetacrilato de bisfenol A etoxilado, acetato de vinilo,
vinilbutiral, uretano, tiouretano, bis(carbonato de alilo) de
dietilen glicol, dimetacrilato de dietilen glicol, diisopropenil
benceno, trialcrilato de trimetilol propano etoxilado o mezclas de
ellos.
10. El artículo de cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9 en el que el artículo es un elemento
óptico.
11. El artículo de la reivindicación 10 en el que
el elemento óptico es una lente.
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