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JP5952905B2 - 除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品 - Google Patents

除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品 Download PDF

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Description

本明細書中で別段に示さない限り、この節で説明した材料は本願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、また、この節に含まれることにより従来技術と認められるものではない。
工業用熱可塑性物品は通常、質感、色彩および寿命を向上させるために別のポリマーで被覆される。良質の再生品を得るためには通常、コーティングを除去する必要があることから、被覆熱可塑性物品の再利用には課題がある。コーティングが除去されない場合、再生品は通常、その商業的価値が低下し、および/または合成木製品等の低付加価値の用途で使用される。
塗布されたコーティングはUV保護、耐擦傷性を付与することができ、透明性を維持することができる。例えばコーティング層の機能化用のシリコーン化合物を使用する熱硬化プロセスにより、硬質コーティングが塗布されている。最近では、UV硬化プロセスによる有機−無機ハイブリッドコーティングが次第に使用されている。
主題は具体的に指摘され且つ明細書の最終部分で明確に主張される。本開示の前述および別の特徴は、添付図面と併せて読むことにより以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるだろう。これらの図面は本開示に従っていくつかの実施形態のみを表現しており、そのため本開示の範囲を限定することを意図するものではなく、本開示は、添付図面の使用により更に具体的に且つ詳細に説明されるであろうと理解される。
除去可能なコーティングおよび界面層を有する被覆熱可塑性部物品を形成するためのコーティングプロセスを示すブロック図である。 図1の被覆熱可塑性物品に関するコーティング除去プロセスを示すブロック図である。 官能性モノマーを示す図である。 超分子ポリマーの主鎖内での官能性モノマー間の非共有相互作用を示す図である。 除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品の製造方法を示す図である。 本開示の実施形態に従って全て決められた、被覆熱可塑性物品からのコーティング層の除去方法を示すフロー図である。
特許請求した主題を十分に理解させるために、以下の説明は具体的な内容と共に様々な例を示す。本明細書に開示したいくつかのまたはより多くの具体的な内容なしに、特許請求した主題を実施することができることを当業者は理解するであろう。更に、状況によっては、公知の方法、手順、システム、部品および/または回路は、特許請求した主題を不必要に不明瞭にすることを避けるために詳細には説明されていない。以下の詳細な説明では、その説明の一部を成す添付図面が参照される。図面では、特に文脈が指示しない限り類似の符号は通常、類似の部品を識別する。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲で説明される例示的実施形態は限定的であることを意味しない。本明細書で提示した主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、別の実施形態を利用することができ且つ別の変更を行なうことができる。全てが明確に意図され且つ本開示の一部を成す多種多様な異なる構成において、本明細書で一般に説明され且つ図面において例示される本開示の態様をアレンジし、置換し、組み合わせ、および設計することができることが容易に理解されるであろう。
除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品に関する方法、装置、物品およびシステムが説明される。本明細書に説明されているように、自動車および別の産業で使用される熱可塑性物を、界面により熱可塑性物にカップリングする除去可能なコーティングで被覆することができ、除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品が生じる。熱および/または機械的力を印加することにより、除去可能なコーティングから熱可塑性物を分離することができる。熱を印加することにより、加熱時に界面を固体相から低融解粘度相に変化させることができる。適切な界面、ならびに熱可塑性物への界面およびコーティングの塗布と被覆熱可塑性物品からの界面およびコーティングの除去とが以下に伴う本文に例示されるとともに更に説明されている。
本開示は、界面を介して熱可塑性物にカップリングした除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品を説明する。そのような被覆熱可塑性物品の一例は、熱可塑性物、熱可塑性物の外面上に配置された超分子ポリマー界面層、および超分子ポリマー界面層を被覆するコーティング層を含むことができる。超分子ポリマー界面層は第1の融点を有することができ、熱可塑性物は、第1の融点よりも高い第2の融点を有することができる。超分子ポリマーは、少なくとも1つの柔軟なリンカーおよび/またはアルコキシ基(例えばケイ素アルコキシ基)を有する複数の官能性モノマーを含むことができる。アルコキシ基はコーティング層にカップリングすることができる。いくつかの例において、コーティング層は有機−無機コーティング層を含むことができる。
本開示はまた、除去可能なコーティングおよび界面層を有する被覆熱可塑性物品の製造方法も説明する。いくつかの例示的方法は、熱可塑性物の外面に超分子ポリマーを塗布すること、塗布した超分子ポリマーを冷却して熱可塑性物の界面層を形成すること、および界面層にコーティングを塗布することを含むことができる。超分子ポリマーを第1の塗布温度で熱可塑性物に塗布することができる。第1の塗布温度は、超分子ポリマーの融点以上であることができる。第1の塗布温度はまた、熱可塑性物の融点よりも低くなることができる。次に、塗布された超分子ポリマーを超分子ポリマーの融点よりも低い第2の塗布温度に冷却して界面層を形成することができる。熱可塑性物は超分子ポリマーの融点よりも高い融点を有することができる。
コーティングは有機−無機ハイブリッドコーティングを含むことができる。界面層にコロイド懸濁液を塗布することによりコーティングを塗布することができる。コロイド懸濁液はシリカを含むことができる。いくつかの方法は、固体界面上のコロイド懸濁液にUV光を照射することを含むことができる。いくつかの方法において、超分子ポリマーを塗布することは、熱可塑性物の外面上に第1の塗布温度で超分子ポリマーを噴霧することを含むことができる。同様に、界面層にコロイド懸濁液を塗布することは、界面層にコロイド懸濁液を噴霧することを含むことができる。超分子ポリマーは、少なくとも1つの柔軟なリンカーおよび/またはアルコキシ基を有する複数の官能性モノマーを含むことができる。アルコキシ基は、固体界面上のコロイド懸濁液へのUV光の照射に反応してコーティング層に結合することができる。
本開示はまた、被覆熱可塑性物品からのコーティング層の除去方法も説明する。被覆熱可塑性物品は、熱可塑性部分(即ち熱可塑性物)、コーティング層、およびコーティング層を熱可塑性物の外面にカップリングさせている超分子ポリマー界面を含むことができる。熱可塑性部分は第1の融点を有することができ、超分子ポリマーは第1の融点よりも低い第2の融点を有することができる。いくつかの例示的な方法は、被覆熱可塑性物品に熱を印加すること、および被覆熱可塑性物品のコーティング層に力を印加することを含むことができる。被覆熱可塑性物品に熱を印加することは、超分子ポリマー界面を第2の融点以上であり且つ第1の融点未満である第3の温度に加熱することを含むことができる。いくつかの例において、被覆熱可塑性物品に熱を印加することは、例えば被覆熱可塑性物品に1つまたは複数のレーザービームを照射することにより超分子ポリマー界面に電磁放射を印加することを含むことができる。また、被覆熱可塑性物品に熱を印加することは、被覆熱可塑性物品に加熱流体を当てることを含むことができる。コーティング層に力を印加することは、機械的力を印加して超分子ポリマー界面および/または熱可塑性部分からコーティング層を脱カップリングさせることを含むことができる。いくつかの例において、超分子ポリマー界面の面に沿って力を印加することができる。別の例において、被覆熱可塑性物品に熱および機械的力を印加することは、加熱チャンバ内において、被覆熱可塑性物品を転動させることを含むことができる。
本明細書で使用するとき、「熱可塑性物質」は、最初の成型/成形後に軟化し且つ再成型/再成形可能な任意のポリマーであることができる。熱可塑性物質は、加熱により軟化することができ且つ冷却により硬化することができる任意のポリマーを含むことができる。熱可塑性物質は、ポリマーのガラス転移温度を超える温度で粘性流を示し、またはポリマーの融点(例えば結晶融点)を超える温度で粘性流を示すポリマーであることができる。熱可塑性物質の例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー、アクリロニトリル、アクリロニトリルスチレンアクリル酸エステルコポリマー、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアセタール(polycetal)、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルホン、不飽和ポリエステル樹脂、およびポリウレタンが挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で使用するとき、「熱可塑性物」を、1つもしくは複数の熱可塑性表面領域を含む層、材料、部品、または別の物品、例えば固体もしくは中空の熱可塑性物品、物品の熱可塑性部分、物品/物体上の熱可塑性コーティングまたは熱可塑性シート/フィルムに関して使用することができる。その一方、用語「被覆熱可塑性物品」を、「熱可塑性物」、界面層および「コーティング」または「コーティング層」を含む物品に関して使用することができる。「被覆熱可塑性物品」の一部である「熱可塑性物」を、被覆熱可塑性物品の「熱可塑性部分」と見なすこともできる。
本明細書で使用するとき、「ポリマー」は、化学結合によりカップリングされる2つ以上の構造的に類似/同一の官能性モノマーを有する複数の分子を備える任意の材料であることができる。化学結合は、共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用および/または当分野で公知の別の化学結合であることができる。本明細書で使用するとき、ポリマーの「モノマー」は、少なくとも2つの別の類似/同一の分子との化学結合を形成して繰り返し単位の配列を形成可能な任意の分子であることができる。「モノマー」としてモノマー種、例えばオレフィン、プロピレン、エーテル、スチレン、エチレン、フルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、エチレンプロピレン、エステル、カーボネート、ウレタン、塩化ビニル、塩化酢酸ビニル、アミド、イミド、アセタール、メチルペンテン、メタクリル酸メチル、スルホン、ウレタン、アクリル、スチレンアクリル、アクリロニトリルおよび当分野で公知の任意の別のモノマー種を挙げることができるがそれらに限定されない。「モノマー」として、上記で名前を挙げられた、または名前を挙げられていないモノマー種のいずれかの内の1つもしくは複数をベースとする構造を有するモノマー種、または該モノマー種のいずれかの内の1つもしくは複数の修飾である構造を有するモノマー種も挙げることができる。
本明細書で使用するとき、「ポリマー」は任意および全ての種類の「コポリマー」を含むこともでき、コポリマーは少なくとも2つの異なるモノマー種AおよびB(例えばエーテルおよびプロピレン)を有する任意のポリマーであることができ、モノマー種AおよびBを何らかの方法(例えばAおよびBモノマーを交互に並べる、AおよびBポリマーを交互に並べる、繰り返し配列、ランダム配置、ブロック配列等)で配列することができる。本明細書で使用するとき、「ポリマー」は、少なくとも3つの異なるモノマー種を有する任意のポリマーであることができる「ターポリマー」、および任意の配列で4つ以上の異なるモノマー種を有する任意の分子を包含することができる。本明細書で使用するとき、「ポリマー」は、任意および全ての二次、三次および/もしくは四次構造または側基を有するポリマーを包含することができる。
本明細書で使用するとき、「官能性モノマー」は、別の官能性モノマーの末端基と非共有結合を形成して超分子ポリマーの主鎖を形成することができる1つまたは複数の末端基にカップリングされた柔軟な有機鎖(即ちリンカー)を含むモノマーであることができる。末端基の例として、ウレイド−s−トリアジン、ウレイド−s−ピリミジノン、ウレイド−ピリミジン−4−オール、別のウレイドピリミジノン、ウレイドピリドピリミジノンもしくはウラゾール単位、および/またはグアニンもしくはグアノシン誘導体が挙げられるがそれらに限定されない。官能性モノマーは2つの末端基を有することができ、各末端基は主鎖の別の官能性モノマーの末端基と1つまたは複数の非共有結合を形成することができる。別の官能性モノマーは同一種または異なる種であることができる。同様に、2つの異なる末端基を有する官能性モノマーは、対応する末端基を有する2つの異なる官能性モノマーと非共有結合を形成することができる。
本明細書で使用するとき、用語「超分子ポリマー」は、繰り返し単位(即ち官能性モノマー)により線状の主鎖が形成されている任意のポリマーを指すことができ、任意のポリマーは、主鎖のモノマーが1つまたは複数の共有結合によりカップリングされた従来のポリマーとは対照的に非共有相互作用(「鎖内結合」)により自己組織化する。鎖内結合の強度は、主鎖間の非共有相互作用(「鎖間結合」)の強度を超えることができる。非共有相互作用として、静電力、ドナー−アクセプター相互作用、クーロン力の相互作用、配位、パイ−パイ相互作用、水素結合、イオン結合、および/またはファンデルワールス相互作用を挙げることができるがそれらに限定されない。「超分子ポリマー」は、超分子ポリマーの融点以上の温度で第1の相を有することができ、より低い温度で第2の相を有することができる。第1の相は、低粘度液相または半固相であることができ、第2の相は固相であることができる。
超分子ポリマーは、主鎖型であることができ、側鎖型であることができ、分岐することができ、および/または架橋することができる。主鎖型超分子ポリマーは、2つの同一末端基を有する官能性モノマーから形成されるホモポリマーであることができる。また、異なる末端基を有する官能性モノマーまたはコポリマーから主鎖型超分子ポリマーを形成することができる。側鎖型超分子ポリマーにおいて、いくつかの分子は、従来の共有結合ポリマーの主鎖上の相補的な基(complementary group)に接続される単一の末端基を有することができる。線状分子(例えばリンカー)と、3つ以上の同一末端基を備える様々な異なるサブユニット(例えば官能性モノマー/コポリマー)との様々な組み合わせから、分岐(2次元)および架橋した超分子ポリマーを形成することができる。いくつかの例において、官能性モノマーの1つまたは複数の末端基と相互作用して鎖の更なる成長を阻害する単官能性ユニット(即ち「連鎖停止剤」)を添加することにより、主鎖の長さを制御または調整することができる。様々な強度で非共有的に相互作用する末端基を使用することにより(例えば、分子量が増加した超分子ポリマーを得るために比較的高い結合定数を有する末端基を使用することより)、および/またはコロイド懸濁液/溶液の濃度を調整することにより、平均重合度を調整することができる。
末端基の例として、ウレイドピリミジノン、2,6−ビス(1’−メチルベンズイミダゾリル)ピリジン(Mebip)およびそれらの誘導体が挙げられる。
本明細書で使用するとき、「結合界面」は2つの層、物体または物質が物理的/化学的に結合する面または位置であることができる。例えば、結合界面は、(例えば化学結合により)共通の境界で直接的にカップリングされる2つの層、物体または物質の間の共通の境界であることができる。「界面層」は、2つの層の間に境界を形成し、結合界面により一方または両方の層に直接的にカップリングすることができる層、物体または物質であることができる。例えば、熱可塑性物とコーティングとの間に配置された界面層により、第1の結合界面に沿って界面層に熱可塑性物を直接的にカップリングさせることができ、第2の結合界面に沿ってコーティング層に界面層を直接的にカップリングさせることができる。
本明細書で使用するとき、「コーティング」または「コーティング層」はUV硬化性シリコーンコーティングを指すことができる。「コーティング」は、汎用プラスチック上に塗布された様々な入手可能な硬質シリカコーティングのいずれかを包含することができる。いくつかの例において、ゾルゲルプロセスによりコーティングの少なくとも一部を形成することができる。コーティングは「ハイブリッドコーティング」または「有機−無機ハイブリッドコーティング」とも称される有機−無機コーティングであることができ、1つまたは複数の無機成分、例えばコロイドシリカ、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)またはオルトケイ酸テトラメチル(TMOS)、および1つまたは複数の有機成分、例えば3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMS)、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)、ビニルトリエトキシシラン(VTES)またはメチルトリエトキシシラン(MTES)を使用してコーティングを形成することができる。いくつかの例において、コーティングの形成に1つまたは複数の「ハイブリッド材料」(即ち、無機材料に化学的に結合した有機材料)を使用することができる。そのようなハイブリッド材料の例として、ORMOSIL(有機修飾シリカ)、ORMOCER(有機修飾セラミック)および/またはCERAMER(セラミックポリマー)が挙げられ、それらに限定されない。
化学的に結合した有機および無機材料のコロイド懸濁液から有機−無機コーティングを形成することができ、有機−無機コーティングがゾルゲルプロセスを受けて、有機バインダ系における相互貫入ネットワークとしてのケイ素系ポリマー構造が形成される。ゾル(即ち液体中の無機粒子から成るコロイド懸濁液)は1つまたは複数のケイ素系前駆体、例えばアルコキシシランを含むことができる。(例えば酸またはアルカリ性触媒による)アルコキシシランの加水分解は重縮合反応を引き起こし、有機バインダ内にケイ素系ゾルを形成することができる。ゾル粒子の大きさ、粒子間の架橋、およびゾルの安定性は変数、例えばpHおよび水対アルコキシシランの比によって変化することができる。
ゾルは、架橋の結果として3次元ネットワーク(即ちゲル)になる低粘度液体であることができる。有機−無機コーティングの調製中、基材(例えば熱可塑性物)上への有機−無機コーティングの塗布後、および/または硬化プロセス中に重合反応が生じることができる。いくつかの例において、1つまたは複数の光開始剤をゾルに添加することができる。UV硬化系で使用される光開始剤は当分野で公知である。光開始剤の例として、アルファヒドロキシケトンファミリー(例えば、Irgacure184、Irgacure2959およびCiba(登録商標)Darocur1173)の光開始剤、およびビスアシルホスフィンオキシド(BAPO)型(例えばIrgacure819)またはモノアシルホスフィンオキシド(MAPO)型の光開始剤が挙げられるがそれらに限定されない。光開始剤は、UV光の照射に反応してゾル内の成分を架橋させることができる。
例えば、有機−無機コーティングは、以下の文献で説明されたコーティングのいずれかであることができる:Lee,S.H.他、”Organic−Inorganic Hard Coating Layer Formation on Plastic Substrate by UV Curing Process”、Macromolecular Research、第18巻、第1号、40〜46頁(2010);Karatas他、”Preparation and characterization of sol−gel derived UV−curable organo−silica−titania hybrid coatings”、Progress in Organic Coatings60、140〜147頁(2007);Wouters,M.E.L.他、”Transparent UV curable antistatic hybrid coatings on polycarbonate prepared by the sol−gel method”、Progress in Organic Coatings51、312〜320頁(2004);Han,Y.他、”Scratch resistance and adherence of novel organic−inorganic hybrid coatings on metallic and non−metallic substrates”、Surface&Coatings Technology203、2871〜2877頁(2009);Han,Y.他、Surface&Coatings Technology202、1859〜1868頁(2008);Schottner,G.、”Hybrid Sol−Gel−Derived Polymers:Applications of Multifunctional Materials”、Chem.Mater.13、3422〜3435頁(2001);およびChen,D.”Anti−reflection(AR) coatings made by sol−gel processes:A review”、Solar Energy Materials&Solar Cells68 313〜336頁(2001)。
以下で更に説明されているように、コーティング層を加える前に熱可塑性物に超分子ポリマー界面層を塗布することができる。超分子ポリマー界面に熱を印加して超分子ポリマーを低粘度液体、ゲルまたは半固体状態に戻させることにより、コーティング層をその後除去することができる。従って、(例えば熱可塑性物を再利用するための)熱可塑性物からのコーティング層の除去を比較的低コストで、および場合によっては有毒の可能性がある化学溶液を使用することなく行なうことができる。
図1は、本開示の様々な実施形態に従って、除去可能なコーティングおよび界面層を有する被覆熱可塑性物品を形成するためのコーティングプロセスを図示する。示すように、被覆熱可塑性物品100は、熱可塑性物101、界面層103およびコーティング層105を含むことができる。
熱可塑性物101は、熱可塑性材料のシート、熱可塑性物質で構成された物体の内/外壁、または熱可塑性物質で構成された任意の物体であることができる。上述したように、熱可塑性物101は1つまたは複数のポリマーを含むことができ、ポリマーは、ガラス転移温度を超える温度で革状、ゴム状、または粘性流を示すか、または融点および/もしくは結晶融点を超える温度で粘性流を示す。最初の成型/成形後に再溶融および/または再成形可能な1つまたは複数のポリマーから熱可塑性物101を構成することができる。熱可塑性物101のポリマーの内の1つまたは複数は、半結晶および/または無定形の固体状態であることができる。いくつかの例において、熱可塑性物101はポリプロピレンおよび/またはポリエーテルを含むことができる。熱可塑性物101は任意の形状および/または大きさであることができ、熱可塑性物101を自動車/電子機器の部品として構成することができる。
超分子ポリマー界面層103は任意の超分子ポリマー(例えばUpy修飾ポリ(エチレン−co−ブチレン))を含むことができる。低粘度溶液として超分子ポリマー界面層103を熱可塑性物101の外面に塗布することができる(矢印107で示される塗布プロセス)。任意選択で、塗布前に熱可塑性物101を適切な溶媒、例えばアルコールで洗浄することができる。第1の塗布温度で低粘度溶液として超分子ポリマー界面層103を塗布することができる。低粘度溶液は官能性モノマーを含む(例えば図3参照)。超分子ポリマーを第1の塗布温度に加熱することにより、予め作成した固体状、または半固体状の超分子ポリマーから低粘度溶液を調製することができる。また、官能性モノマー(即ち、超分子ポリマーの融点未満で超分子ポリマーに自己組織化することができるモノマー)を溶媒に添加することにより低粘度溶液を調製することができる。
第1の塗布温度は、超分子ポリマーの融点(「第1の融点」)以上であり且つ熱可塑性物101の融点(「第2の融点」)未満であることができる。第1の融点は50℃〜120℃、60℃〜110℃、70℃〜100℃、50℃〜60℃、60℃〜70℃、70℃〜80℃、80℃〜90℃、90℃〜100℃、100℃〜110℃、110℃〜120℃、120℃〜130℃、または130℃〜180℃の範囲内であることができる。第1の融点の具体例として、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約110℃、約120℃、約130℃、約140℃、約150℃、約160℃、約170℃、約180℃、およびこれらの値の内の任意の2つの間の範囲が挙げられる。第1の塗布温度は、60℃〜110℃、70℃〜100℃、50℃〜60℃、60℃〜70℃、70℃〜80℃、80℃〜90℃、90℃〜100℃、100℃〜110℃、110℃〜120℃、120℃〜130℃、130℃〜140℃、140℃〜150℃、150℃〜160℃、160℃〜170℃、170℃〜180℃、180℃〜190℃、190℃〜200℃、200℃〜220℃、200℃〜250℃、250℃〜300℃、または300℃〜400℃の範囲内であることができる。第1の塗布温度の具体例として、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約110℃、約120℃、約130℃、約140℃、約150℃、約160℃、約170℃、約180℃、約190℃、約200℃、約250℃、約300℃、約350℃、約400℃、およびこれらの値の内の任意の2つの間の範囲が挙げられる。第1の塗布温度での超分子ポリマーの粘度は1〜2Pas、2〜3Pas、3〜4Pas、4〜5Pas、5〜6Pas、6〜7Pas、7〜8Pas、8〜9Pas、9〜10Pas、10〜12Pas、12〜15Pas、1〜8Pas、8〜15Pas、または15〜25Pasの範囲内であることができる。粘度の具体例として、約1Pas、約2Pas、約3Pas、約4Pas、約5Pas、約6Pas、約7Pas、約8Pas、約9Pas、約10Pas、約12Pas、約15Pas、約20Pas、約25Pas、およびこれらの値の内の任意の2つの間の範囲が挙げられる。
噴霧、浸漬もしくはスピンコーティングにより、メニスカスコーティングプロセスおよび/もしくは側方からのフローコーティングプロセスにより、または任意の別の適切な塗布技術により溶液を塗布することができる。次いで、塗布した溶液を超分子ポリマーの融点未満の第2の塗布温度に冷却することができる。
超分子ポリマーの官能性モノマーは、1つまたは複数のアルコキシ基、例えばアルコキシケイ素基を有する少なくとも1つの柔軟な有機鎖(「リンカー」)を含むことができる。柔軟なリンカーは、非共有結合を介して別の官能性モノマーの末端基とエンドオンエンド配位することができる1つまたは複数の末端基に(例えば1つまたは複数の共有結合により)カップリングすることができ、その結果、重合が起きる(例えば図3および4参照)。溶液が第2の塗布温度に冷えると官能性モノマーの重合、固化、および第1の結合界面104に沿った熱可塑性物101への結合が進行することができ、超分子ポリマー界面層103が形成される。いくつかの例において、製造プロセス中に複数の熱可塑性物が搬送されるときに、一連の熱可塑性物101に超分子ポリマー界面層103を連続的に塗布することができる。
超分子ポリマー界面層103上にコーティング層105を塗布することができる(矢印109で示される塗布プロセス)。コーティング層105は有機−無機ハイブリッドコーティング、例えば硬質シリカコーティングであることができ、噴霧、浸漬、スピンコーティングもしくはローリングにより、メニスカスコーティングプロセスおよび/または側方からのフローコーティングプロセスにより、または任意の別の適切な塗布技術によりコーティング層105をコロイド懸濁液として塗布することができる。塗布されたコロイド懸濁液は、ゾルゲルプロセスを受けて熱可塑性物101上にゲルを形成することができる。コーティング層105の塗布は、ゾルゲルにUV光を照射して硬質シリカコーティングを形成するUV硬化プロセスを含むことができる。コーティング層105は、ゾルゲルプロセス中、UV硬化プロセス中、またはその両方で第2の結合界面106に沿ってポリマー界面層103のリンカーのアルコキシ基に結合することができる。更に、製造プロセス中に複数の熱可塑性物が搬送されるとき、界面層103の形成後の一連の熱可塑性物101にコーティング層105を塗布することができる。
上記に示したように、コーティング層105の形成に使用されるコロイド懸濁液に1つまたは複数の光開始剤が含まれることができる。複数の光開始剤およびそれらの組み合わせを、使用用途に依存的であることができる要因、例えば樹脂系化学(例えばUPES、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート)、官能性モノマー(例えば単官能性もしくは多官能性アクリレートモノマー)または使用される別のモノマーの種類、UVランプの種類および配向性、所望の硬化速度、ならびに所望のコーティング層の特性に基づいて選択することができる。例えば、比較的厚いコーティング層に、および/またはより早い硬化用に光開始剤の組み合わせを使用することができる。
コーティング層の形成に使用されるコロイド懸濁液は、UV光のより長い波長(例えば430nm超)に反応することができる第1の光開始剤および光のより短い波長(例えば200nm〜430nm)に反応することができる第2の光開始剤を含むことができ、UV硬化プロセスは、コーティング層へのUV光のより長い波長およびより短い波長の両方の照射を含むことができる。このことにより、より厚いコーティング層を比較的速やかに硬化させることができる。例えば、コーティング層105の形成に使用されるコロイド懸濁液は、BAPO型光開始剤および1つまたは複数のアルファヒドロキシケトン型光開始剤を含むことができ、UV硬化プロセスは、より深い硬化用に350〜450nm(BAPO型光開始剤)の範囲内のUV/近可視光、および表面硬化用に210〜350nm(アルファヒドロキシケトン型光開始剤)の範囲内のUV光をコーティング層に照射することを含むことができる。いくつかの例において、1つまたは複数のUV吸収剤をコーティング層105に含ませてコーティング層の耐候性を向上させることができる。
コーティング層の硬化に使用することができるUV光源として、無電極UVランプ、H型電球、D型電球、V型電球、F型電球および発光ダイオード(LED)が挙げられるがそれらに限定されない。例えば、350〜430nmの範囲で光を放射するLEDアレイを、BAPO型光開始剤を含むコーティング層の硬化に使用することができる。また、コーティング層の硬化に、1つまたは複数のLED源を別のUV光源、例えば無電極UVランプと組み合わせて使用することができる。
図2は、本開示の様々な実施形態に従って、図1の被覆熱可塑性物品からコーティング層を除去するための除去プロセスを図示する。被覆熱可塑性物品100からコーティング層105と超分子ポリマー界面層103の一部または全てとを除去することにより、熱可塑性物101を再利用することができる。
図示した例において、熱可塑性物101の融点を超分子ポリマー界面層103の融点よりも高くすることができる。被覆熱可塑性物品100、またはコーティング層105、超分子ポリマー界面層103および熱可塑性物101の内の任意の1つもしくは複数に熱を印加することができる(矢印113で示される加熱プロセス)。加熱プロセスは、超分子ポリマー界面層103の温度を、超分子ポリマー界面層103の融点を超えるが熱可塑性物101の融点未満である温度に高めることができる。任意選択で、熱伝導手段を超分子ポリマー界面層103に当てて除去プロセス中での加熱を促進することができる。熱伝導手段は例えばレーザーであることができる。一例において、超分子ポリマー界面層103は、レーザーの照射または電磁放射の別の形態時に加熱された状態になる金のナノ粒子または別の固体を含むことができる。
超分子ポリマー界面層103がその融点に近づくと、超分子ポリマー層103は、非共有鎖間結合の破壊に起因して第1の相(固体相)から第2の相(低粘度オイル、ゲルまたはより柔軟な固体相)へ変化することができる。この非共有結合の破壊は超分子ポリマーの主鎖を分解させることができ、結合界面104に沿って超分子ポリマー界面層105(即ち、融解した超分子ポリマー界面層111)と熱可塑性物101との間の結合の破壊を促進することができる。
融解した超分子ポリマー界面層111は、相変化の結果として、結合界面104に沿って熱可塑性物101から部分的に、または完全に分離することができる。このことにより、熱可塑性物101からコーティング層105が部分的に、または完全に分離することができる。いくつかの例において、超分子ポリマーのアルコキシ基のコーティング層105への結合に起因して、融解した超分子ポリマー界面層111は、結合界面106に沿ってコーティング層105に部分的に、または完全にカップリングしたままであることができる。別の例において、融解した超分子ポリマー界面層111は、コーティング層105から完全に、または部分的に分離する低粘度オイルであることができる。
力を印加して被覆熱可塑性物品100からのコーティング層105の除去を向上または促進することもできる(矢印115として示される力の印加)。様々な形態、例えば機械的撹拌(例えば振動、超音波処理もしくは転動)または剥離で力を印加することができる。熱および力を組み合わせて印加することにより、被覆熱可塑性物品100からコーティング層105を外すことができる。印加された熱および力は、融解した超分子ポリマー界面層111の一部または全てを熱可塑性物101から除去することもできる。いくつかの例において、融解した超分子ポリマー界面層111は、少なくとも部分的にコーティング層105にカップリングしたままである柔軟な固体または半固体であることができ、熱および力を組み合わせることにより、超分子ポリマー界面層111およびコーティング層105を単一の構成単位として熱可塑性物101から剥離することができる。
一例において、回転、振とう、または振動容器内で被覆熱可塑性物品を転動させることができる。加熱流体、例えば空気または水を転動前/転動中の容器に加えることができ、熱および機械的力を組み合わせることにより、コーティング層105と、融解した超分子ポリマー界面層111の一部または全てとを熱可塑性物101から除去させることができる。別の例において、例えばレーザーエネルギー照射およびそれに続く撹拌または剥離により、熱および力を連続して印加することができる。
図3は、本開示の実施形態に従って、超分子ポリマー界面層の形成に使用することができる官能性モノマーの一例を図示する。図示したように、官能性モノマーは柔軟なリンカー223を有することができ、同様にリンカー223は1つまたは複数のアルコキシ基225を含むことができる。この図において、1つのアルコキシ基225が角括弧で示されている。アルコキシ基225はケイ素アルコキシ基であることができ、柔軟なリンカー223は有機鎖、例えば炭化水素またはその誘導体であることができる。「R」を水素、ヒドロキシ、メチル、エチル、プロピル、オクチル、フェニルまたは別のアルコキシ部分の中から独立して選択することができる。官能性モノマー中のアルコキシ基225の数(「n」)は3〜10、5〜15、10〜20または10〜50であることができる。「n」の具体例として、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45、50およびこれらの値の内の任意の2つの間の範囲が挙げられる。
末端基227は、柔軟なリンカー223の一方または両方の末端に結合することができる。いくつかの例において、末端基227は、第2のサブユニット220にカップリングした第1のサブユニット221を含むことができる。末端基227の例として、2−ウレイド−4[1H]−ピリミジノン(UPy)および2,6−ビス(1’−メチルベンゾイミダゾリル)ピリジン(Mebip)が挙げられるがそれらに限定されない。本例において、末端基は2,6−ビス(1’−メチルベンゾイミダゾリル)ピリジン(Mebip)配位子である。モノマーの超分子集合はZn(NTfの添加時に生じ、Zn(NTfが末端に結合して官能性モノマーを繋ぐことにより重合が生じる(NTfはビストリフルイミドである)。
図4に図示したように、複数の官能性モノマーの末端基227が互いに非共有的に結合して超分子ポリマーの主鎖を形成することができる。本例において、末端基227(例えばUPy末端基)間に4つの水素結合241を形成し、主鎖の2つの自己相補的な官能性モノマーを直接繋げることができる。また、カップリング分子、例えば第1のモノマーの末端基および第2のモノマーの末端基に結合するビストリフルイミド(NTf)含有ユニットを介して官能性モノマーの末端基227を繋げることができる。例えば、末端基227は2,6−ビス(1’−メチルベンゾイミダゾリル)ピリジン(Mebip)配位子であることができ、カップリング分子はZn(NTfであることができる。
アルコキシ基225はシリカコーティング、例えばコーティング層105に結合することができる。しかしながら、柔軟なリンカー223はコーティングに結合せず、または下層の熱可塑性物101に結合しない。超分子ポリマーが(例えば超分子ポリマーの融点と熱可塑性物101の融点との間の温度に)加熱される場合、柔軟なリンカー223により、非共有結合した末端基227を分離することができ、結合界面104の分解が生じる。別の例において、2つの官能性モノマーの末端基の間に、5個、6個、7個、8個または8個を超える水素結合および/または別の種類の非共有結合を様々な組み合わせで形成することができる。
図5は、本開示の様々な実施形態に従って、除去可能なコーティングを有する被覆熱可塑性物品の製造方法を図示する。1つまたは複数のブロック501、503、505および/または507で図示したように、方法500は1つまたは複数の作業、作用または動作を図示する。いくつかの例において、様々なブロックが削除され、更なるブロックに分割され、および/または様々なブロックを別のブロックと組み合わせることができることが理解されるであろう。
方法500をブロック501で始めることができる。ブロック501において、第1の塗布温度で熱可塑性物の外面に超分子ポリマーを塗布することができる。第1の塗布温度は超分子ポリマーの融点以上であることができる。超分子ポリマーは、少なくとも1つの柔軟なリンカーおよびアルコキシ基を有する複数のモノマーを含むことができる。上述したように、任意の適切な方法、例えば噴霧、浸漬、スピンコーティング、ローリング、メニスカスコーティングおよび/またはフローコーティングにより、超分子ポリマーを液体、ゲルまたは半固体として塗布することができる。超分子ポリマーの塗布は、熱可塑性物をアルコール、水、または別の洗浄剤で予め処理することを含むことができる。また、超分子ポリマーの塗布前に1つまたは複数の表面に沿って熱可塑性物を砂で磨いて、または研磨して接合力を高めることができる。いくつかの例において、熱可塑性物は超分子ポリマーの融点よりも高い融点を有することができる。
ブロック501から、方法500をブロック503に進めることができる。ブロック503において、塗布された超分子ポリマーを超分子ポリマーの融点よりも低い第2の塗布温度に冷却して熱可塑性物の界面層を形成することができる。界面層が形成されるまで(即ち、塗布された超分子ポリマーが固化するまで)被覆熱可塑性物を静止させることにより、塗布された超分子ポリマーを受動的に冷却することができる。また、冷凍、気流(例えば指向性気流により、および/もしくは被覆熱可塑性物をコンベアに沿って移動させることにより)ならびに/または塗布した超分子ポリマーに冷却した流体を当てることにより、塗布した超分子ポリマーの冷却を促進することができる。
ブロック503から、方法500をブロック505に進めることができる。ブロック505において、界面層にコーティングを塗布することができる。コーティングは有機−無機ハイブリッドコーティングであることができ、または有機−無機ハイブリッドコーティングを含むことができる。コーティングを、シリカを含むことができるコロイド懸濁液として界面層に塗布することができる。いくつかの例において、任意の適切な方法、例えば噴霧、浸漬、スピンコーティング、ローリング、メニスカスコーティングおよび/またはフローコーティングにより、コーティングを液体、ゲルまたは半固体として塗布することができる。
ブロック505から、方法500をブロック507に進めることができる。ブロック607において、界面層上のコロイド懸濁液にUV光を照射することができる。界面層における超分子ポリマーのアルコキシ基は、UV光に反応してコーティング層に結合することができる。更に、UV光照射はコーティング層を架橋、固化および/または硬化させることができる。UV光照射後に、1つまたは複数の付加的な処理(例えば溶媒による洗浄)またはコーティングプロセス(例えば第2のコーティング層の追加)を続けることができる。ブロック505および507を繰り返して熱可塑性物上に多層コーティングを製造することができる。
図6は、本開示のいくつかの実施形態に従って、被覆熱可塑性物品からのコーティングの除去方法を図示する。上述したように、被覆熱可塑性物品は、コーティング層、例えば硬質シリカコーティング、および熱可塑性部分(即ち、熱可塑性物)を含むことができる。更に、コーティング層と被覆熱可塑性部分の外面との間に超分子ポリマー界面を配置することができる。超分子ポリマー界面は、コーティング層を熱可塑性部分の外面にカップリングさせることができる。熱可塑性物は第1の融点を有することができ、超分子ポリマーは、第1の融点よりも低い第2の融点を有することができる。
方法600をブロック601で始めることができる。ブロック601において、被覆熱可塑性物品に熱を印加することができる。熱を印加することは、超分子ポリマー界面を第2の融点以上であり且つ第1の融点未満である第3の温度に加熱することを含むことができる。いくつかの例において、被覆熱可塑性物品の任意の部分に加熱流体、例えば液体または気体を当てることにより超分子ポリマー界面を加熱することができる。(例えば加熱流体の噴出により)加熱流体(単数または複数)をコーティング上に指向させることができる。また、被覆熱可塑性物品を浸漬させることができ、恒温放置することができ、または別の方法によりその全体で熱源に曝すことができる。別の例において、放射、例えば電磁放射の形式で、被覆熱可塑性物品(またはコーティング)に熱を印加することができる。このことは1つまたは複数のレーザービームの形式であることができる。また、電磁放射は別の種類、例えばマイクロ波放射であることができる。代わりに、被覆熱可塑性物品の加熱に1つまたは複数の別の加熱方法、例えば対流加熱、伝導加熱、蒸気処理または火炎処理(flaming)を使用することができる。上述したように、超分子ポリマー界面は、印加された熱に反応して相変化することができる。結果として、「融解した」超分子ポリマー界面は、より柔軟な固体状、ゲル状および/またはオイル状になることができる。
ブロック601から、方法600をブロック603に進めることができる。ブロック603において、被覆熱可塑性物品のコーティング層に力を印加することができる。機械的力を印加して熱可塑性部分の外面からコーティング層および超分子ポリマー界面を脱カップリングさせることができる。例えば、超分子界面層の面に沿ってコーティング層に力を印加することができる。また、例えばコーティング層および/または被覆熱可塑性物品に対して可動部分を繰り返し当てることにより、下向きの力、横向きの力、上向きの力、斜め向きの力および/または剪断力を印加することができる。使用可能な別の種類の力として、音波、加圧流体および摺動/回転圧縮が挙げられるがそれらに限定されない。ブロック601において熱を印加した後、超分子ポリマー界面はオイル、ゲルまたは半固体であることができ、コーティング層への力の印加は、下層の熱可塑性物からコーティング層および少なくとも部分的に融解した超分子ポリマー界面を脱カップリングさせるのに十分であることができる。
いくつかの実施形態において、ブロック601および603は同時に起こることができる。例えば、被覆熱可塑性物品に熱も印加する転動機、撹拌機、音波処理機、振動誘発装置、撹拌機または別の撹拌装置内で、被覆熱可塑性物品に力および熱を印加することができる。熱を加熱液体として装置内に供給することができ、または装置が1つもしくは複数の加熱要素、例えばバーナーまたは加熱コイルを含むことができる。被覆熱可塑性物品と装置内との間の衝突という形で、装置内での別の物品もしくは物体との衝突という形で、または液圧もしくは機械的な撹拌により力を供給することができる。コーティング層と少なくとも部分的に融解した超分子ポリマー界面層の一部または全てとが熱可塑性部分から分離した後、熱可塑性物を再利用することができる。
様々な実施形態において、方法600をブロック605に進めることができる。ブロック605において、コーティング層を熱可塑性部分から除去することができる。超分子ポリマー界面の一部または全てを、コーティング層と共に熱可塑性部分から除去することができる。いくつかの例において、ブロック601および603の後、コーティング層と超分子ポリマー界面層の一部とは、熱可塑性部分に少なくとも部分的にカップリングしたままであることができる。従って、コーティング層および超分子ポリマー界面層の除去は、別の装置により、またはブロック601および/もしくは603を繰り返すことによるかのいずれかにより熱および/または力を再び印加することを含むことができる。また、コーティング層に対して加熱および/または加圧流体を直接噴霧することによりコーティング層を除去することができる。
様々な実施形態において、方法600をブロック603または605からブロック607に進めることができる。ブロック607において、少なくとも部分的に融解した界面層の超分子ポリマーをコーティング層から除去することができる。コーティング層を再び加熱し且つコーティング層を剥離、回転または別の方法で撹拌して残余の超分子ポリマーの一部または全てを除去することにより、熱可塑性部分から(超分子ポリマー界面と共に)コーティング層を除去した後に、このことを実現することができる。また、コーティング層を溶媒で洗浄することにより残余の超分子ポリマーを除去することができる。いくつかの例において、溶媒によるコーティング層の洗浄および溶媒の回収は、官能性モノマーおよび/または超分子ポリマー界面の別の成分の少なくとも一部を回収して再利用する機会を提供することができる。同様に、コーティング層から超分子ポリマーを除去することによりコーティング層を再利用させることができる。コーティング層、超分子ポリマーおよび/または熱可塑性部分を様々な特性、例えば重量、形状、大きさまたは溶媒への溶解性に従って分類することができる。
本明細書で説明した方法、システムおよび物品を、除去可能なコーティングを有する熱可塑性物品の調製および続いてそのようなコーティングの除去に使用することができる。自動車の内装トリム部品への具体的な応用を説明する下記の実施例は単に例示の目的で記載されており、限定することを目的としていない。また、多種多様な製品、例えば自動車の外装品(例えばプラスチック製の窓およびバンパー)、電気および電子部品(例えばモバイルワイヤレス装置、コンピュータ、テレビおよび家庭用機器の筐体)、建築材料ならびに多数の別の物品に除去可能なコーティングを塗布することができ、およびそれらからコーティングを除去することができる。
典型的な自動車は、約44lbsの被覆プラスチック製内装トリム部品を含む。このトリム部品に一般的に使用されるプラスチックの種類として、ポリプロピレン(PP)、アクリロニトリルまたはアクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー(ABS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール(polycetal)、およびポリ塩化ビニル(PVC)が挙げられる。内装トリム部品は、UV安定性および耐衝撃性を高めるために被覆されている。また、コーティングは、表面光沢を増加または低下させるために、および色彩を付与するためにも使用される。しかしながら、通常の方法で塗布されたコーティングの除去は困難であり、費用がかかり、および毒性のある化学物質の使用を必要とするかもしれない。
除去可能なコーティングを有する自動車の内装トリム部品の調製
除去可能なコーティングを熱可塑性物、例えば自動車用のカップホルダに塗布することができる。本実施例において、射出成型によりポリプロピレンからカップホルダを製造し、カップホルダは約160℃の融点を有する。
任意選択で、除去可能なコーティングの塗布前にカップホルダを洗浄することができる。例えば、超音波洗浄装置内の溶媒(例えばメタノール)中にカップホルダを浸漬することができる。5分にわたって超音波エネルギーを印加し、次いでカップホルダを完全に乾燥させることができる。また、5〜40分にわたってカップホルダを溶媒蒸気中に降ろし、続いてカップホルダから溶媒が蒸発する乾燥領域に移動させることができる。別の有機溶媒、例えばイソプロピルアルコール、シクロヘキサン、エタノールまたはアセトンをメタノールの代わりに使用することができる。代替として、洗剤および/または湿潤剤を含む水性洗浄溶液中にカップホルダを浸漬させて撹拌させることができる。任意選択で水性または有機溶液中においてカップホルダを濯ぎ且つ乾燥させることができる。
(例えば図4に示すように)ケイ素アルコキシ連結を含有する超分子ポリマーを超分子ポリマーの融点を超える第1の塗布温度に加熱することができ、低粘度溶液が形成される。また、(例えば図3に示すように)官能性モノマーを溶媒に添加することにより、低粘度溶液を調製することができる。本実施例において、超分子ポリマーの融点は80℃〜90℃の範囲内であり、第1の塗布温度は120℃である。第1の塗布温度において、溶液の粘度は1〜3Pasの範囲内であることができる。
5μm〜30μmの厚さでカップホルダの外面に溶液を塗布する。カップホルダ上に溶液を噴霧することにより、またはカップホルダを溶液中に浸漬することにより溶液を塗布することができる。次いで、塗布した超分子ポリマーを超分子ポリマーの融点未満である第2の塗布温度(例えば室温)に冷却することができる。溶液が冷えると官能性モノマーの末端基の間の水素結合により溶液が重合および固化する。これにより、カップホルダの外面上に超分子ポリマー界面層が形成される。
有機−無機ハイブリッドコーティング材料を超分子ポリマー界面層上に塗布することができる。第2の成分、例えば脱イオン水、塩酸、工業用変性アルコールおよび光開始剤に加えて、TEOS(テトラエトキシシラン)、MPTMA(3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート)およびウレタンアクリレート(それぞれ75.3、22.6および2.1重量%)の配合からコーティング材料を作成することができる。このハイブリッドコーティングの合成手順はWO/2001/025343で説明されている。簡単に言うと、ビーカー内で32.4gのメタノール、2.9gの蒸留水および0.2gの36%塩酸の完全混合物を33.4gのテトラエトキシシラン(TEOS)に添加して1時間にわたって混合し、4.5gのチタンイソプロポキシドを添加して少なくとも12時間混合し、2,9gの蒸留水を添加して1時間にわたって撹拌し、および0.57gの蒸留水を添加することにより成分Aを調製する。ビーカー内で5.9gのメタノールおよび0.87gの蒸留水ならびに0.2gの36%塩酸の完全混合物を8.0gの3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート(MPTMA)に添加して成分Bを調製する。次に、約30分にわたり密封したビーカー内で成分AおよびBを別々に撹拌し、その後、それらを混合し、密封したビーカー内で約30分にわたって撹拌する。次いで、得られるゾルを密封した容器内で少なくとも24時間にわたって室温で静置し、無機ネットワークを成長させる。次に、溶液に7.2gの蒸留水を緩やかに添加する。次いで、90.0gの溶液を、0.8gのUV硬化性脂肪族ウレタンアクリレートモノマー(Akcros chemicalsから製品コード260GP25で販売される)および光開始剤としての0.1gの50%1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン:50%ベンゾフェノン混合物と混合する。得られる溶液を、使用するまで暗所(例えば暗い保管庫)中において密封した容器内で保管することができる。
最終コーティング厚は傾斜基材の角度の関数である傾斜フローコーティング法を使用して、界面上に溶液を堆積させる。堆積後に、コーティングを5分にわたって50℃で乾燥させ、二色性IRフィルタを有していないH型電球を使用して46.3mWcmのUV密度で10〜20分にわたってUV硬化させることができる。本実施例において、光源はマイクロ波励起中圧水銀プラズマ光源である。そのような光源は、約366nmで最も重要な放射を有する連続UV源である。この光源の1つの特徴は240nm未満でのスペクトルの連続であり、その一部はオゾン(O)生成に寄与する。また、光源は1つまたは複数の発光ダイオード(LED)を含むことができる。
除去可能なコーティングを有する自動車の計器パネルカバーの調製
除去可能なコーティングを、ポリカーボネートで構成されている自動車の部品、例えば計器パネルカバーに塗布することができる。任意の保護箔(単数もしくは複数)または保護フィルム(単数もしくは複数)の除去後に、ポリカーボネート成分をアセトンで取り除くことができる。実施例1で説明したように、ケイ素アルコキシ連結を含有する超分子ポリマーをその融点に加熱することができ、低粘度溶液としてポリカーボネート部品の外面に5μm〜30μmの厚さに塗布して室温に冷却することができる。溶液が冷えると溶液が固化して超分子ポリマー界面層が形成される。
Karatas他、Progress in Organic Coatings60:140〜147頁(2007)により実施例に関して説明されているように、ケイ素前駆体溶液、チタン前駆体溶液およびコントロール配合物の混合物を塗布することにより、ゾル−ゲル無機−有機ハイブリッドコーティングを調製する。簡単に言うと、25.0gのオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、3.85gのメタノール、蒸留水、およびp−トルエンスルホン酸を混合してケイ素溶液を調製し、室温で約10時間にわたって部分的に加水分解させる。チタンテトライソプロポキシド(Ti−(O−i−Pr);14.7mL、0.05mol)およびアセチルアセトン(acac;5.2mL、0.1mol)を12mLのメタノールに溶解させ、室温で10時間にわたって撹拌して黄色透明のTi:acac溶液を得ることにより、チタン前駆体を調製する。次いで、1.8mLの蒸留水(0.1mol)および0.04gのp−トルエンスルホン酸を24.0gのTi:acacに添加し、続いて室温で10時間にわたって部分的に加水分解させる。
ビニルトリメトキシシラン(2%)、photomer4006F(2%)、メチルメタクリレート(2%)、Irgacure184−819混合物(3%)およびBYK331湿潤剤(0.02g)をオリゴマー、即ちエポキシアクリレート(91%)中に添加してコントロール配合物(「CF」)を調製する。次いで、CF(5.0g)から有機−無機ハイブリッドコーティング材料の配合物を調製し、該配合物は所望のゾル−ゲル含有量に応じてシリカ/チタニア前駆体の量を変えている。ワイヤ測定バーアプリケータ(wire gauged bar applicator)を使用してケイ素/チタン前駆体の混合物およびコントロール配合物の混合物を塗布し、超分子ポリマー界面層の表面上に30μmの濡れ厚を得る。基材上15cmに位置する(720mJ/cmの放射線量)中圧水銀ランプ[120W/cm、λ最大:365nm(320〜390nm)、全ランプ電力=3.24kW]を使用して180秒にわたってUV光を印加することにより、コーティング層を硬化させる。
また、Wouters他、Progress in Organic Coatings51:312〜320頁、(2004)により説明されているように、アクリレート(成分A)の混合物およびオルガノシラン(成分B)の混合物から出発してコーティングを調製することができる。簡単に言うと、様々な重量比で1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA、UCB Chemicals)およびHDDA中の脂肪族ポリウレタンジアクリレート(EBC284、UCB Chemicals)から成分Aを構成する。オルトケイ酸テトラエチル(TEOS、Aldrich、98%)および3−メタ−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTMS、Aldrich、98%)の加水分解混合物から成分Bを構成する。16時間の期間にわたって酸性水(pH3)中でTEOSおよびMPTMSを加水分解させる。酢酸(HAc、Aldrich、98%)を添加することにより、または本質的に導電性であるポリマーの懸濁液(ICP、Agfa Gevaert、1.04重量%水懸濁液、pH2で安定化)を添加することにより水のpHを調整する。光開始剤(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(Darocur1173、Ciba Speciality Chemicals))により成分AおよびBを混合し、得られる混合物を超分子ポリマー界面層に塗布する。F型ランプを使用し、1375mJ/cmの放射線量を与えてコーティング層を硬化させる。
更に別の代替として、Lee他、Macromolecular Research18(1):40〜46頁(2010)により説明されているようにコーティングを調製することができる。簡単に言うと、シランカップリング剤でコロイドシリカを処理して表面を修飾し、有機材料および開始剤を配合して有機−無機コーティング溶液を作成した。15nmの大きさのコロイドシリカを有するコロイドシリカ溶液(8.89gのメタノール中に3.81gのSiO)を室温で77.6gのイソプロピルアルコールに添加し、機械的撹拌器で混合する。1時間にわたる滴下により、7.48gのメタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MAPTMS)、即ちシランカップリング剤を添加する。反応温度を70℃に上昇させ、撹拌反応器内で3時間にわたりカップリング反応を行なう。凝固、ゲル化および粒子の凝集を防止するため、二官能性1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)および三官能性トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA,MIRAMER M300)を反応性希釈剤として添加し、コーティング溶液の粘度を制御する。カップリング反応後に残留する溶媒および未反応MAPTMSを70℃における真空蒸留により除去する。
5時間にわたって室温で有機材料(二官能性ウレタンアクリレート(MIRAMER PU−280、50重量%)/HDDA(25重量%)/TMPTA(25重量%))をコロイドシリカおよび光開始剤(単数または複数)(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(HCPK、Irgacure184)、フェニルグリオキシル酸メチルエステル(PGAME、DarocurMBF)および2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン(MMMP、Irgacure907))と混合してコーティング溶液を形成する。任意選択で、30分にわたってコーティング溶液を超音波処理して混合効率を高めることができる。
メタノール中で5分にわたって超音波洗浄プロセスにより基材を洗浄し、使用前に完全に乾燥させることができる。コーティング溶液を基材上に滴加し、続いて1,500rpmで30秒にわたってスピンコーティングする。365nmで40mW/cmの光強度を有する高圧水銀ランプを使用することにより、800Wで2分にわたって溶液被覆基材をUV硬化させる。
コーティング層についての本実施例において、異なる吸収バンドを有する3つの光開始剤を使用して硬化用に広範囲のUV波長を利用する。別のコーティングは、1つの光開始剤、2つの開始剤、または3つ以上の光開始剤を含むことができる。
熱および機械的力を使用する、被覆した自動車のカップホルダからのコーティング層の除去
上述したように、被覆熱可塑性物品、例えば自動車のカップホルダは、下層の熱可塑性物の表面とコーティングとの間に配置された超分子ポリマー界面層を有することができる。超分子ポリマー界面層を加熱し且つ機械的力を印加することにより、自動車のカップホルダからコーティングを除去することができる。対流、伝導または放射により、超分子ポリマー界面層を、超分子ポリマー界面層の融点(第1の融点)以上であるが熱可塑性物の融点(第2の融点)未満であるコーティング除去温度(「第3の温度」)に加熱することができる。例えば被覆物品をオーブン、加熱炉または加熱した液体/気体の容器内に置くことにより、被覆物品全体に熱を印加することができる。また、加熱したローラ、プレートまたはモールドを押し当てることにより、熱をコーティング層に印加することができる。
コーティング除去温度は、第1の塗布温度(即ち超分子ポリマー界面層が熱可塑性物に塗布された温度)未満であることができる。例えば、第1の融点は80℃であることができ、第1の塗布温度は120℃であることができ、コーティング除去温度は90℃〜115℃であることができる。超分子ポリマー界面層は、第1の塗布温度で半固体または比較的粘性のある液体を形成することができる。また、コーティング除去温度は第1の塗布温度以上であることができる。超分子ポリマー界面層は、その温度で低粘度液体を形成することができる。コーティング除去温度は50℃〜60℃、60℃〜70℃、70℃〜80℃、80℃〜90℃、90℃〜100℃、100℃〜110℃、110℃〜120℃、120℃〜130℃、130℃〜140℃、140℃〜150℃、150℃〜160℃、160℃〜170℃、170℃〜180℃、180℃〜190℃、190℃〜200℃、200℃〜220℃、200℃〜250℃、250℃〜300℃または300℃〜400℃の範囲内であることができ、および少なくとも一部を熱可塑性物の融点に基づいてコーティング除去温度を選択することができる。
また、機械的な除去方法、例えば切断、摘取、砂による研磨、剥離、熱水噴射または転動も使用して、被覆物品に機械的力を印加することができる。超分子ポリマー界面層の軟化または融解は、コーティング層の除去に必要とされる機械的力を最小にし、下層の熱可塑性物へのダメージを最小にすることもできる。例えば被覆物品を加熱流体、例えば水または空気を有するチャンバ内で転動させることにより、熱および機械的力を同時に印加することができる。また、例えばオーブン中を通って、次いで加圧流体の蒸気中を通って被覆物品を搬送することにより、機械的力の前に熱を印加することができる。機械的力を印加することにより、コーティング層を熱可塑性物から分離させることができる。任意選択で、上述したように、更に熱および/または力を1回または複数回印加することによりコーティング層または熱可塑性物を処理して超分子ポリマー界面層の任意の残存部分を除去することができる。
放射を使用する、被覆した自動車の計器制御パネルカバーからのコーティング層の除去
本実施例において、被覆物品、例えば自動車の計器制御パネルカバーの超分子ポリマー界面層は、Zn(NTfを介して連結される2,6−ビス(1’−メチルベンゾイミダゾリル)ピリジン(Mebip)末端基を有する官能性モノマーを含む。また、官能性モノマーは、柔軟なリンカー、例えば炭化水素鎖を介して末端基に繋がるケイ素アルコキシ基の鎖も含む。コーティング層は上述した任意の透明なシリカ含有コーティングであることができる。
コーティング層が透明であることにより、UV光の印加によってコーティングを除去することができる。超分子ポリマー界面層が軟化するまで、320〜390nmの波長および950mWcmの強度でUV光をコーティング層または被覆物品に印加する。
任意選択で、UV光の印加中または印加後に、被覆物品に機械的力を印加してコーティングの除去を高めることができる。例えばUV光照射チャンバ内で被覆物品を転動させることにより、UV光および機械的力を同時に印加することができる。また、例えば並んだUV光中を通り、次いで並んだ高圧水噴射中を通って被覆物品を搬送することにより、機械的力の前にUV光を印加することができる。UV光および機械的力を組み合わせることにより、熱可塑性物からコーティング層を分離させることができる。任意選択で、コーティング層または熱可塑性物をその後、上述したように熱および/または更なる機械的力で処理して超分子ポリマー界面層の任意の残存部分を除去することができる。
本明細書における実質的に全ての複数形および/または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および/または用途に適切なように、複数形から単数形に、および/または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形/複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲(例えば、添付の特許請求の範囲の本体部)において使用される用語は、全体を通じて「オープンな(open)」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう(例えば、用語「含む(including)」は、「含むがそれに限定されない(including but not limited to)」と解釈されるべきであり、用語「有する(having)」は、「少なくとも有する(having at least)」と解釈されるべきであり、用語「含む(includes)」は、「含むがそれに限定されない(includes but is not limited to)」と解釈されるべきである、など)。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者には更に理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも1つの(at least one)」および「1つまたは複数の(one or more)」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「1つまたは複数の」または「少なくとも1つの」および「a」または「an」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「a」または「an」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に1つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない(例えば、「a」および/または「an」は、通常、「少なくとも1つの」または「1つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである)。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう(例えば、他の修飾語なしでの「2つの記載(two recitations)」の単なる記載は、通常、少なくとも2つの記載、または2つ以上の記載を意味する)。更に、「A、BおよびC、などの少なくとも1つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B、およびCの少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBを共に、AおよびCを共に、BおよびCを共に、ならびに/またはA、B、およびCを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない)。「A、B、またはC、などの少なくとも1つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B、またはCの少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBを共に、AおよびCを共に、BおよびCを共に、ならびに/またはA、B、およびCを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない)。2つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および/または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方(one of the terms)、当該用語のいずれか(either of the terms)、または両方の用語(both terms)を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者には更に理解されよう。例えば、句「AまたはB」は、「A」または「B」あるいは「AおよびB」の可能性を含むことが理解されよう。
本明細書において、望ましい実施形態を説明することを目的として特定の実施形態が図示および説明されているが、同じ目的を達成するように意図された多種多様な代替および/または等価な実施形態もしくは実施を開示の範囲から逸脱することなく図示され且つ説明された実施形態と置き換えることができることは当業者に理解されるであろう。当業者は、本開示の実施形態を非常に多種多様な方法で実施することができることを容易に理解するであろう。本開示は、本明細書で論じた実施形態のいかなる翻案または変形を包含するように意図されている。従って、本開示の実施形態が特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定されることが明白に意図されている。

Claims (20)

  1. 熱可塑性物と、
    前記熱可塑性物の外面上に配置されたポリマー界面層であって、該ポリマー界面層が第1の融点を有し、前記熱可塑性物が第2の融点を有し、該第2の融点が前記第1の融点よりも高いポリマー界面層と、
    前記ポリマー界面層を被覆する除去可能なコーティング層と、
    を含み、
    前記ポリマーが、複数のモノマーの配位結合によって形成された線状の主鎖を有しており、
    前記モノマーが、炭化水素またはその誘導体からなる線状の有機鎖である少なくとも1つのリンカーおよび前記コーティング層にカップリングしているアルコキシ基を有し、または、前記コーティング層が有機−無機ハイブリッドコーティングを含む、
    熱可塑性物品。
  2. 前記アルコキシ基がケイ素アルコキシ基を含む、
    請求項1記載の熱可塑性物品。
  3. 前記熱可塑性物が、自動車の計器パネルカバー、自動車の計器調整用つまみ、および自動車の内装トリムの内の選択された1つを含む、
    請求項1記載の熱可塑性物品。
  4. 除去可能なコーティングを有する熱可塑性物品の製造方法であって、
    第1の塗布温度で前記熱可塑性物の外面にポリマーを塗布することであって、該ポリマーが前記第1の塗布温度よりも低い融点を有することと、
    塗布した前記ポリマーを融点よりも低い第2の塗布温度に冷却して前記熱可塑性物の界面層を形成することと、
    前記界面層に前記コーティングを塗布することと、
    を含み、
    前記ポリマーが、複数のモノマーが配位結合によって線状に形成された主鎖を有しており、
    前記コーティングが有機−無機ハイブリッドコーティングを含み、または、前記モノマーが、UV光の照射により前記コーティングにカップリングするアルコキシ基を有する、
    方法。
  5. 前記コーティングを塗布することが、前記界面層にコロイド懸濁液を塗布することを含む、
    請求項4記載の方法。
  6. 前記コロイド懸濁液が、シリカを含む、
    請求項5記載の方法。
  7. 前記界面層上の前記コロイド懸濁液にUV光を照射することを更に含む、
    請求項5記載の方法。
  8. 前記ポリマーを塗布することが、前記熱可塑性物の外面上に前記第1の塗布温度で前記ポリマーを噴霧することを含む、
    請求項4記載の方法。
  9. 前記界面層に前記コロイド懸濁液を塗布することが、前記コロイド懸濁液を前記界面層に噴霧することを含む、
    請求項5記載の方法。
  10. 前記熱可塑性物が、前記ポリマーの融点よりも高い融点を有する、
    請求項4記載の方法。
  11. 前記熱可塑性物が、自動車の計器パネルカバー、自動車の計器調整用つまみ、および自動車の内装トリムの内の選択された1つを含む、
    請求項4記載の方法。
  12. 被覆熱可塑性物品からのコーティング層の除去方法であって、
    前記被覆熱可塑性物品に熱を印加することと、
    前記被覆熱可塑性物品の前記コーティング層に力を印加することと、
    を含み、
    前記被覆熱可塑性物品の熱可塑性部分が、前記コーティング層と前記熱可塑性部分の外面との間に配置されたポリマー界面にカップリングしており、
    前記ポリマーが、複数のモノマーの配位結合によって形成された線状の主鎖を有しており、
    前記モノマーが、炭化水素またはその誘導体からなる線状の有機鎖である少なくとも1つのリンカーおよび前記コーティング層にカップリングしているアルコキシ基を有し、
    前記ポリマーが第1の融点を有し、前記熱可塑性部分が前記第1の融点よりも高い第2の融点を有し、
    前記被覆熱可塑性物品に熱を印加することが、前記ポリマー界面を前記第1の融点以上であり且つ前記第2の融点未満である第3の温度に加熱することを含み、
    前記被覆熱可塑性物品に熱を印加することが、前記ポリマー界面に電磁放射を印加することを含む、
    方法。
  13. 被覆熱可塑性物品からのコーティング層の除去方法であって、
    前記被覆熱可塑性物品に熱を印加することと、
    前記被覆熱可塑性物品の前記コーティング層に力を印加することと、
    を含み、
    前記被覆熱可塑性物品の熱可塑性部分が、前記コーティング層と前記熱可塑性部分の外面との間に配置されたポリマー界面にカップリングしており、
    前記ポリマーが、複数のモノマーの配位結合によって形成された線状の主鎖を有しており、
    前記モノマーが、炭化水素またはその誘導体からなる線状の有機鎖である少なくとも1つのリンカーおよび前記コーティング層にカップリングしているアルコキシ基を有し、
    前記ポリマーが第1の融点を有し、前記熱可塑性部分が前記第1の融点よりも高い第2の融点を有し、
    前記被覆熱可塑性物品に熱を印加することが、前記ポリマー界面を前記第1の融点以上であり且つ前記第2の融点未満である第3の温度に加熱することを含み、
    前記コーティング層に力を印加することが、機械的力を印加して前記コーティング層を前記熱可塑性部分の外面から脱カップリングさせることを含む、
    方法。
  14. 前記ポリマー界面に電磁放射を印加することが、前記被覆熱可塑性物品に1つまたは複数のレーザービームを照射することを含む、
    請求項12記載の方法。
  15. 前記熱可塑性物品に熱を印加することが、前記被覆熱可塑性物品に加熱流体を当てることを含む、
    請求項12記載の方法。
  16. 前記被覆熱可塑性物品に熱および機械的力を印加することが、前記被覆熱可塑性物品を加熱チャンバ内で転動させることを含む、
    請求項13記載の方法。
  17. 前記被覆熱可塑性物品に力を印加することが、前記ポリマー界面の面に沿って前記コーティング層に機械的力を印加することを含む、
    請求項13記載の方法。
  18. 前記熱可塑性部分から前記コーティング層および前記ポリマー界面を除去することを更に含む、
    請求項13記載の方法。
  19. 前記コーティング層から前記ポリマーを除去することを更に含む、
    請求項18記載の方法。
  20. 前記被覆熱可塑性物品が、自動車の計器パネルカバー、自動車の計器調整用つまみ、および自動車の内装トリムの内の選択された1つを含む、
    請求項12記載の方法。
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