JP7766599B2 - One-component water-based self-healing epoxy formulation - Google Patents
One-component water-based self-healing epoxy formulationInfo
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Description
[0001]本出願は、とりわけその全体が参照によって本明細書に組み込まれる、2020年1月3日に出願された米国特許仮出願第62/957,022号のより早期の出願日の優先的利益を主張する。 [0001] This application claims priority benefit of the earlier filing date of, among other things, U.S. Provisional Patent Application No. 62/957,022, filed January 3, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.
[発明の分野]
[0002]本明細書の実施形態は、エポキシコーティングの分野に、より詳細には、エポキシ樹脂を含むマイクロカプセル化修復剤と組み合わせた場合、分解後に驚くべき接着維持及び耐食性を示す、エポキシ-アミン付加物樹脂をベースとする一成分水系エポキシコーティングに関する。
FIELD OF THE INVENTION
[0002] Embodiments herein relate to the field of epoxy coatings, and more particularly to one-component waterborne epoxy coatings based on epoxy-amine adduct resins that exhibit surprising adhesion retention and corrosion resistance after degradation when combined with microencapsulated healing agents comprising epoxy resins.
[背景]
[0003]適用するのが容易であり、広範囲の腐食環境で資財を保護することができる低揮発性有機成分(VOC)コーティングに対する需要が、着実に増大している。水系コーティングは、これらのVOCを削減するために所望される手法である。しかしながら、水系コーティングは、伝統的に溶媒系コーティングの性能に比較可能な性能レベルを示すことができない。
[background]
[0003] There is a steadily increasing demand for low volatile organic content (VOC) coatings that are easy to apply and can protect assets in a wide range of corrosive environments. Waterborne coatings are a desirable approach to reducing these VOCs. However, waterborne coatings have traditionally been unable to exhibit performance levels comparable to those of solvent-based coatings.
[0004]それにもかかわらず、水系コーティングは、害がより少なく環境によりやさしい、溶媒含有コーティングに対する代替法を提供するにつれて広範囲の基材の保護のためのコーティング市場の割合がより大きく増大しつつある。また、水系配合物の使用によって、より容易な設備浄化の付加的利益をもたらし、伝統的な溶媒系コーティングの使用に伴う、健康、安全及び環境のリスクを劇的に低減する。 [0004] Nevertheless, water-based coatings are representing a larger and growing portion of the coatings market for the protection of a wide range of substrates as they offer a less hazardous and more environmentally friendly alternative to solvent-borne coatings. The use of water-based formulations also offers the added benefit of easier equipment cleanup, dramatically reducing the health, safety, and environmental risks associated with the use of traditional solvent-based coatings.
[0005]実施形態は、以下の詳細な説明を、添付の図面及び添付された特許請求の範囲と組み合わせることによって容易に理解されよう。実施形態は例として図示されるが、添付の図面の図に限定されるものではない。 [0005] Embodiments will be readily understood from the following detailed description in combination with the accompanying drawings and appended claims. Embodiments are illustrated by way of example, but not by way of limitation, in the figures of the accompanying drawings.
[開示される実施形態の詳細な説明]
[0019]以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成し、実施され得る例証の実施形態によって示される添付の図面が参照される。範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、構造的又は論理的な変更がなされ得ることは理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明が限定的な意味に捉えられてはならない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE DISCLOSED EMBODIMENTS
In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and which show by way of illustration illustrative embodiments that may be practiced. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope. Therefore, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense.
[0020]様々な動作は、実施形態の理解に有用であり得る方式で幾つかの個別の動作として順番に記載することができるが、しかしながら、説明の順序は、これらの動作が順序依存性であることを含意すると解釈されるべきではない。 [0020] Various operations may be described sequentially as several separate operations in a manner that may be useful in understanding the embodiments; however, the order of description should not be construed to imply that these operations are order dependent.
[0021]本記載は、上/下、後/前及び頂/底などの斜視図法に基づいた説明を使用することができる。そのような記載は単に議論を容易にするために使用され、開示の実施形態の適用を制限するようには意図されない。 [0021] The present description may use perspectives such as top/bottom, back/front, and top/bottom. Such descriptions are used merely for ease of discussion and are not intended to limit the application of the disclosed embodiments.
[0022]「連結された」及び「接続された」という用語が、それらの派生語とともに使用される場合がある。これらの用語は、互いの同義語を意図するものではないことが理解されるべきである。むしろ、特定の実施形態において、「接続された」は、2つ以上の要素が互いに直接物理的に接触していることを示すために使用される場合がある。「連結された」は、2つ以上の要素が直接物理的に接触していることを意味する場合がある。しかし、「連結された」は、2つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として互いに協同する又は相互作用することを意味する場合もある。 [0022] The terms "coupled" and "connected," along with their derivatives, may be used. It should be understood that these terms are not intended as synonyms for each other. Rather, in particular embodiments, "connected" may be used to indicate that two or more elements are in direct physical contact with each other. "Coupled" may mean that two or more elements are in direct physical contact. However, "coupled" may also mean that two or more elements are not in direct contact with each other, but still cooperate or interact with each other.
[0023]説明の目的として、「A/B」の形態又は「A及び/又はB」の形態の語句は、(A)、(B)又は(A及びB)を意味する。説明の目的として、「A、B及びCのうちの少なくとも1つ」の形態の語句は、(A)、(B)、(C)、(A及びB)、(A及びC)、(B及びC)又は(A、B及びC)を意味する。説明の目的として、「(A)B」の形態の語句は、(B)又は(AB)、つまり、Aは任意選択の要素であることを意味する。 [0023] For purposes of description, a phrase in the form "A/B" or "A and/or B" means (A), (B), or (A and B). For purposes of description, a phrase in the form "at least one of A, B, and C" means (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B, and C). For purposes of description, a phrase in the form "(A)B" means (B) or (AB), i.e., A is an optional element.
[0024]説明では、それぞれ同じ又は異なる実施形態のうちの1つ又は複数を指すことがある「実施形態(embodiment)」又は「実施形態(embodiments)」という用語を使用する場合がある。さらに、実施形態に関して使用される「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する」などの用語は同義であり、一般に「オープン」という用語として意図される。(例えば、「含む(including)」という用語は、「~を含むが~に限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は、「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む(includes)」という用語は「~を含むが~に限定されない」と解釈されるべきである、など)。 [0024] The description may use the terms "embodiment" or "embodiments," which may each refer to one or more of the same or different embodiments. Furthermore, terms such as "comprising," "including," and "having" when used with respect to embodiments are synonymous and generally intended as "open" terms. (For example, the term "including" should be interpreted as "including but not limited to," the term "having" should be interpreted as "having at least," the term "includes" should be interpreted as "including but not limited to," etc.)
[0025]本明細書において、任意の複数及び/又は単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈及び/又は用途に好適となるように複数から単数に及び/又は単数から複数に翻訳することができる。様々な単数/複数の入替は、本明細書において明瞭さのために明白に述べられる場合がある。 [0025] With respect to the use of any plural and/or singular terms herein, those skilled in the art may translate from plural to singular and/or from singular to plural as appropriate to the context and/or application. Various singular/plural permutations may be expressly stated herein for clarity.
[0026]本明細書において、実施形態は、自己修復コーティング配合物を提供する。自己修復コーティング配合物は、基材へ塗布すると、固まって保護コーティング又はシーラントを形成することができる。自己修復コーティング配合物は、一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂系及びマイクロカプセル化修復剤で構成されてもよい。一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂系及びマイクロカプセル化修復剤は、下にある基材を晒すコーティング系へのあるレベルの損傷(例えば、分解)の後に、コーティング配合物がコーティングの改善された接着維持及び耐食性を示すような、互いと相乗的であり得る。 [0026] Embodiments herein provide self-healing coating formulations. The self-healing coating formulations, when applied to a substrate, can harden to form a protective coating or sealant. The self-healing coating formulation may be comprised of a one-component water-based epoxy-amine adduct resin system and a microencapsulated healer. The one-component water-based epoxy-amine adduct resin system and the microencapsulated healer may be synergistic with each other such that the coating formulation exhibits improved adhesion retention and corrosion resistance of the coating after a certain level of damage (e.g., degradation) to the coating system exposing the underlying substrate.
[0027]実施形態において、これらのベース構成要素(例えば、一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂系及びマイクロカプセル化修復剤)を含むコーティング系は、接着維持及び耐食性の観点でマイクロカプセル化修復剤を含まず樹脂を単独で含む別の配合物の性能を超える。 [0027] In embodiments, coating systems containing these base components (e.g., a one-component waterborne epoxy-amine adduct resin system and a microencapsulated healing agent) exceed the performance of alternative formulations containing the resin alone, without the microencapsulated healing agent, in terms of adhesion maintenance and corrosion resistance.
[0028]本開示の一成分水系樹脂系はエポキシアミン付加物樹脂系を含んでいてもよい。この樹脂化学は、低いpHで水中で安定化させた、事前反応させたエポキシ基を含む一成分エポキシシステムに基づく。この安定化事前反応樹脂系が基材に塗布され、マトリックス中の水がシステムから蒸発すると、これらの事前反応粒子は融合し、迅速に硬化するエポキシコーティングマトリックスを形成する。このことで、次には、エポキシコーティングを作るために2つの別個の成分を配合する必要を取り除き、現場で塗布前に2つの成分を混合する必要を取り除く。利点としては、万能の、より単純な、より容易な、それほど危険でないコーティングを含む。 [0028] The one-component waterborne resin system of the present disclosure may include an epoxy amine adduct resin system. This resin chemistry is based on a one-component epoxy system containing pre-reacted epoxy groups stabilized in water at low pH. When this stabilized pre-reacted resin system is applied to a substrate and the water in the matrix evaporates from the system, these pre-reacted particles coalesce to form a fast-curing epoxy coating matrix. This, in turn, eliminates the need to formulate two separate components to create an epoxy coating and eliminates the need to mix the two components in the field prior to application. Advantages include versatile, simpler, easier, and less hazardous coatings.
[0029]例として、一成分は、水の蒸発又は除去で活性化される不活性化アミンを用いて自己硬化する水系エポキシドを含んでいてもよい。本明細書において検討されるアミンは単純なアミン及びポリアミンを指してもよい。そのような組成物は、アルカリ性アミンを含む媒体中でエポキシドを第1の乳化重合によって発生させてもよい。次いで、反応はアミンの中和及び不活性化によって停止されてもよい。結果として得られた組成物の薄膜層中での広がり、及び水の後続の蒸発によって、エポキシを硬化させる組成物中のアミンを活性化することができる。本開示の一成分水系樹脂系が、顔料又は他の微粒子の物質、反応性又は非反応性の樹脂及びポリマー、流れ制御剤、顔料粉砕助剤などをさらに含むことは本開示の範囲内である。 [0029] As an example, one component may include a waterborne epoxide that self-cures using a deactivated amine that is activated upon evaporation or removal of water. The amines discussed herein may refer to simple amines and polyamines. Such compositions may be prepared by first emulsion polymerization of the epoxide in an alkaline amine-containing medium. The reaction may then be stopped by neutralization and deactivation of the amine. Spreading of the resulting composition in a thin film layer and subsequent evaporation of the water can activate the amine in the composition that cures the epoxy. It is within the scope of this disclosure for the one-component waterborne resin systems of the present disclosure to further include pigments or other particulate materials, reactive or non-reactive resins and polymers, flow control agents, pigment grinding aids, and the like.
[0030]マイクロカプセル化系の自己修復コーティングは、新規のクラスのスマートコーティング技術である。これらの技術は、コーティングの損傷のその場の自律的修理によってコーティング系及びそれらが保護する下にある基材の使用寿命を増加させることができる。本明細書の実施形態は、一成分エポキシコーティング配合物への特定のマイクロカプセル化修復剤配合物の組み込みによって実現される自己修復官能基を対象とする。本明細書において、水系エポキシコーティング配合物への自己修復官能基の添加によって損傷部位でのコーティング系の接着維持を容易にし、驚いたことに、損傷領域でフィルムの接着強度を高めさえし得ることが示される。 [0030] Microencapsulated self-healing coatings are a novel class of smart coating technology. These technologies can increase the service life of coating systems and the underlying substrates they protect through in-situ autonomous repair of coating damage. Embodiments herein are directed to self-healing functionality achieved through the incorporation of specific microencapsulated healer formulations into one-component epoxy coating formulations. It is shown herein that the addition of self-healing functional groups to water-based epoxy coating formulations can facilitate adhesion maintenance of the coating system at the damaged site and, surprisingly, can even increase the adhesive strength of the film in the damaged area.
[0031]したがって、実施形態は、一成分水系樹脂系、及びマイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含む自己修復コーティング配合物を含む。自己修復コーティング配合物は、基材に塗布されると、固まって保護コーティング又はシーラントを形成することができる。 [0031] Accordingly, embodiments include a self-healing coating formulation that includes a one-component water-based resin system and a healing agent encapsulated in microcapsules. The self-healing coating formulation, when applied to a substrate, can harden to form a protective coating or sealant.
[0032]そのような自己修復コーティング配合物と関連して任意の数(例えば、複数)のマイクロカプセルがあり得ることは理解することができる。例として、マイクロカプセルはシェル壁(例えば、ポリマーシェル壁)で構成される。例として、シェル壁は、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素、ポリ(エチレン-co-マレイン無水物)、及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されてもよい。例として、マイクロカプセル(複数可)は5~50ミクロンの間の平均直径のものである。幾つかの例において、平均直径は25ミクロン以下である。 [0032] It can be understood that there can be any number (e.g., multiple) of microcapsules associated with such a self-healing coating formulation. By way of example, the microcapsules are comprised of a shell wall (e.g., a polymeric shell wall). By way of example, the shell wall may be comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, poly(ethylene-co-maleic anhydride), and polyurethane. By way of example, the microcapsule(s) are of an average diameter between 5 and 50 microns. In some examples, the average diameter is 25 microns or less.
[0033]自己修復コーティング配合物の例として、修復剤は、エポキシ樹脂、溶媒(例えば、極性の非プロトン性溶媒)及びアルコキシシランのうちの1種又は複数をさらに含んでいてもよい。アルコキシシランは、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数であってもよい。特定の例において、アルコキシシランはグリシジルアルコキシシランである。例えば、グリシジルアルコキシシランは3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランの一方又は両方であってもよい。本明細書において検討される、アルコキシシランは、接着促進剤及び腐食防止剤を含む。幾つかの例において、自己修復コーティング配合物に対応する修復剤は、アルコキシシランを除外してもよい(例えば、含まない)が、自己修復コーティング配合物が本明細書において検討される自己修復性を保持することは可能である。例えば、本明細書においてアルコキシシランを除いた本開示の自己修復コーティング配合物は、腐食しない表面に使用されてもよいことが企図される。 [0033] In an example of a self-healing coating formulation, the healer may further include one or more of an epoxy resin, a solvent (e.g., a polar aprotic solvent), and an alkoxysilane. The alkoxysilane may be one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane. In certain examples, the alkoxysilane is a glycidylalkoxysilane. For example, the glycidylalkoxysilane may be one or both of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane. As discussed herein, alkoxysilanes include adhesion promoters and corrosion inhibitors. In some examples, the healer corresponding to the self-healing coating formulation may exclude (e.g., not include) an alkoxysilane, while the self-healing coating formulation may retain the self-healing properties discussed herein. For example, it is contemplated that the self-healing coating formulations disclosed herein, excluding alkoxysilanes, may be used on surfaces that do not corrode.
[0034]自己修復コーティング配合物の例において、極性の非プロトン性溶媒は疎水性であってもよい。例として、極性の非プロトン性溶媒は以下の性質のうちの1つ又は複数を含んでいてもよい。例として、極性の非プロトン性溶媒は、5g/L以下、例えば3~5g/L、又は1~3g/L、又は1~5g/L、又は0.1~5g/L、又は0.1~3g/L、又は0.1~1g/L、又は0.1~0.5g/L、又はさらに0.1g/L未満の水と混和性を有してもよい。少なくとも5g/L未満の混和性は、本明細書において検討された自己修復コーティング配合物の観点で、修復剤のマイクロカプセル化のために水中油型乳剤を安定させることに対して有利であり得る。とりわけ、溶媒混和性が増大するにつれて、カプセル化効率は減少し得る。 [0034] In example self-healing coating formulations, the polar aprotic solvent may be hydrophobic. By way of example, the polar aprotic solvent may have one or more of the following properties: By way of example, the polar aprotic solvent may have a miscibility with water of 5 g/L or less, e.g., 3-5 g/L, or 1-3 g/L, or 1-5 g/L, or 0.1-5 g/L, or 0.1-3 g/L, or 0.1-1 g/L, or 0.1-0.5 g/L, or even less than 0.1 g/L. Miscibility of at least 5 g/L or less may be advantageous for stabilizing oil-in-water emulsions for microencapsulation of healing agents in the context of the self-healing coating formulations discussed herein. Notably, as solvent miscibility increases, encapsulation efficiency may decrease.
[0035]例として、極性の非プロトン性溶媒は190℃以上の沸点を有してもよい。例えば、非プロトン性溶媒の沸点は190℃及び300℃の間、例えば190℃及び250℃の間の範囲となるように選択されてもよい。少なくとも190℃を超える沸点は、高い表面温度を有する資財の有用性を保証することができる。 [0035] By way of example, the polar aprotic solvent may have a boiling point of 190°C or greater. For example, the boiling point of the aprotic solvent may be selected to be in the range between 190°C and 300°C, e.g., between 190°C and 250°C. A boiling point above 190°C can ensure the usefulness of assets with high surface temperatures.
[0036]例として、極性の非プロトン性溶媒、25℃で0.5mmHg以下の蒸気圧を有していてもよい。例えば0.1~0.5mmHgの間、又は0.05mmHg及び0.5mmHgの間、又はさらに0.05mmHg未満。25℃で0.5mmHg以下の蒸気圧は、マイクロカプセルが破裂すると、修復剤が、自己修復応答を容易にするための分解の部位へ流れ込むのに十分な時間を可能にし得る。言いかえれば、25℃で0.5mmHgを超える蒸気圧を有する溶媒は、分解部位に到達/接近する修復剤の能力を下げる率で蒸発してそれによってコーティング配合物の自己修復性を下げることがある。 [0036] By way of example, the polar aprotic solvent may have a vapor pressure of 0.5 mmHg or less at 25°C, such as between 0.1 and 0.5 mmHg, or between 0.05 mmHg and 0.5 mmHg, or even less than 0.05 mmHg. A vapor pressure of 0.5 mmHg or less at 25°C may allow sufficient time for the healing agent to flow to the site of degradation upon rupture of the microcapsules to facilitate a self-healing response. In other words, a solvent with a vapor pressure greater than 0.5 mmHg at 25°C may evaporate at a rate that reduces the ability of the healing agent to reach/approach the degradation site, thereby reducing the self-healing properties of the coating formulation.
[0037]例として、極性の非プロトン性溶媒は、5を超える誘電率を有していてもよい。とりわけ、本明細書において検討される自己修復コーティング配合物に関係する溶媒の誘電率は、極性の尺度として使用される。極性の増加は、コーティング網目の浸透鎖のからみ合いの促進、及び入手可能なアミン官能基との反応性のうちの1つ又は複数の観点で有利である。 [0037] By way of example, polar aprotic solvents may have a dielectric constant greater than 5. The dielectric constant of solvents relevant to the self-healing coating formulations discussed herein, among others, is used as a measure of polarity. Increased polarity is advantageous in terms of one or more of promoting entanglement of the interpenetrating chains in the coating network and reactivity with available amine functional groups.
[0038]幾つかの例として、極性の非プロトン性溶媒は、上記の性質をすべて、とりわけ、5g/L以下の水との混和性、190℃以上の沸点、25℃で0.5mmHg以下の蒸気圧、及び5以上の誘電率を含んでいてもよい。しかしながら、他の例において、極性の非プロトン性溶媒が、前述の性質のすべてを含むとは限らず、前述の性質のうちの唯1つ、又は2つだけ、3つだけを含んでいてもよいことは本開示の範囲内である。 [0038] In some examples, the polar aprotic solvent may include all of the above properties, particularly miscibility with water of 5 g/L or less, a boiling point of 190°C or greater, a vapor pressure of 0.5 mmHg or less at 25°C, and a dielectric constant of 5 or greater. However, it is within the scope of this disclosure that in other examples, the polar aprotic solvent may not include all of the above properties, but may include only one, two, or three of the above properties.
[0039]したがって、例として、極性の非プロトン性溶媒は、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、酢酸フェネチル、及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数を含んでいてもよい。他の例において、極性の非プロトン性溶媒は、少なくとも酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、酢酸フェネチル、ニトロベンゼン、テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド(DMA)及びジメチルホルムアミド(DMF)のうちの1種又は複数を含んでいてもよい。 [0039] Thus, by way of example, the polar aprotic solvent may include one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, phenethyl acetate, and nitrobenzene. In other examples, the polar aprotic solvent may include at least one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, phenethyl acetate, nitrobenzene, tetrahydrofuran (THF), dichloromethane, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, dimethylacetamide (DMA), and dimethylformamide (DMF).
[0040]自己修復コーティング配合物の例として、エポキシ樹脂はビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂をさらに含んでいてもよい。とりわけ、樹脂は、エピクロロヒドリン及びビスフェノールAを合わせて、ビスフェノールAジグリシジルエーテルエポキシ樹脂を与えることによって生成されてもよい。ビスフェノールAの代わりに、他のビスフェノール(例えば、ビスフェノールF)又は臭素化ビスフェノール(例えば、テトラブロモビスフェノールA)が本開示のエポキシ樹脂を形成するために使用することができることは本開示の範囲内である。 [0040] In an example of a self-healing coating formulation, the epoxy resin may further include bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin. Specifically, the resin may be produced by combining epichlorohydrin and bisphenol A to provide a bisphenol A diglycidyl ether epoxy resin. It is within the scope of the present disclosure that, instead of bisphenol A, other bisphenols (e.g., bisphenol F) or brominated bisphenols (e.g., tetrabromobisphenol A) may be used to form the epoxy resins of the present disclosure.
[0041]例として、修復剤は、5重量%及び95重量%の間(例えば、5~10重量%、又は10~20重量%、又は20~30重量%、又は30~40重量%、又は40~50重量%、又は50~60重量%、又は60~70重量%、又は70~80重量%、又は80~90重量%、又は90~95重量%)のエポキシ樹脂を含んでいてもよい。例として、修復剤は、5重量%及び95重量%の間(例えば、5~10重量%、又は10~20重量%、又は20~30重量%、又は30~40重量%、又は40~50重量%、又は50~60重量%、又は60~70重量%、又は70~80重量%、又は80~90重量%、又は90~95重量%)の極性の非プロトン性溶媒を含んでいてもよい。例として、修復剤は、0重量%及び10重量%の間(例えば、0~1重量%、又は1~2重量%、又は2~3重量%、又は3~4重量%、又は4~5重量%、又は5~6重量%、又は6~7重量%、又は7~8重量%、又は8~9重量%、又は9~10重量%)のアルコキシシランを含んでいてもよい。 [0041] By way of example, the healing agent may comprise between 5% and 95% by weight (e.g., 5-10% by weight, or 10-20% by weight, or 20-30% by weight, or 30-40% by weight, or 40-50% by weight, or 50-60% by weight, or 60-70% by weight, or 70-80% by weight, or 80-90% by weight, or 90-95% by weight) of an epoxy resin. By way of example, the healing agent may comprise between 5% and 95% by weight (e.g., 5-10% by weight, or 10-20% by weight, or 20-30% by weight, or 30-40% by weight, or 40-50% by weight, or 50-60% by weight, or 60-70% by weight, or 70-80% by weight, or 80-90% by weight, or 90-95% by weight) of a polar aprotic solvent. For example, the healing agent may contain between 0% and 10% by weight (e.g., 0-1%, or 1-2%, or 2-3%, or 3-4%, or 4-5%, or 5-6%, or 6-7%, or 7-8%, or 8-9%, or 9-10%) of alkoxysilane.
[0042]例として、一成分水系樹脂系は、エポキシアミン付加物樹脂系をさらに含んでいてもよい。本明細書において検討される、そのような水系樹脂系(例えば、エポキシアミン付加物樹脂系)は、水中でのエポキシ樹脂の乳化、続いてアミンとの1回又は複数回の反応、次いで酸を使用する安定化により調製されてもよい。そのようなエポキシアミン付加物システムは、例えば米国特許第6,121,350号に記載されている。 [0042] By way of example, the one-component waterborne resin system may further include an epoxy amine adduct resin system. Such waterborne resin systems (e.g., epoxy amine adduct resin systems) discussed herein may be prepared by emulsifying an epoxy resin in water, followed by one or more reactions with an amine, and then stabilizing using an acid. Such epoxy amine adduct systems are described, for example, in U.S. Pat. No. 6,121,350.
[0043]別の実施形態は、基材を保護する方法を含む。方法は、一成分水系樹脂系、及び1つ又は複数のマイクロカプセル(例えば、複数のマイクロカプセル)内にカプセル化された修復剤を含む配合物を基材に塗布する工程を含んでいてもよい。配合物は基材に塗布すると固まって保護材料を形成することができる。保護材料の分解は、分解部位でのマイクロカプセルの破裂及び修復剤の放出をもたらすことができる。 [0043] Another embodiment includes a method of protecting a substrate. The method may include applying to the substrate a formulation including a one-component water-based resin system and a healing agent encapsulated in one or more microcapsules (e.g., a plurality of microcapsules). Upon application to the substrate, the formulation can harden to form a protective material. Degradation of the protective material can result in rupture of the microcapsules at the degradation site and release of the healing agent.
[0044]そのような方法において、一成分水系樹脂系はエポキシアミン付加物樹脂系をさらに含んでいてもよい。修復剤は、エポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びアルコキシシランをさらに含んでいてもよい。 [0044] In such methods, the one-component water-based resin system may further include an epoxy amine adduct resin system. The restorative agent may further include an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane.
[0045]そのような方法の例として、マイクロカプセル破裂に応答する修復剤の放出は、エポキシアミン付加物樹脂系のオリゴマーの成分の非共有結合性のからみ合いを促進することができる。修復剤の放出は、加えて又は代替として修復剤中に存在するエポキシ樹脂、及び保護材料中の利用可能なアミン基の間の共有結合架橋反応を促進することができる。 [0045] As an example of such a method, the release of a healing agent in response to microcapsule rupture can promote non-covalent entanglement of the oligomeric components of the epoxy amine adduct resin system. The release of the healing agent can additionally or alternatively promote a covalent cross-linking reaction between the epoxy resin present in the healing agent and available amine groups in the protective material.
[0046]そのような方法の例として、エポキシ樹脂はビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)をさらに含んでいてもよい。極性の非プロトン性溶媒は、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、酢酸フェネチル、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド(DMA)、及びジメチルホルムアミド(DMF)のうちの1種又は複数であってもよい。アルコキシシランは、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン、及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数であってもよい。 [0046] In one example of such a method, the epoxy resin may further include bisphenol A (epichlorohydrin). The polar aprotic solvent may be one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, phenethyl acetate, nitrobenzene, chlorobenzene, tetrahydrofuran (THF), dichloromethane, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, dimethylacetamide (DMA), and dimethylformamide (DMF). The alkoxysilane may be one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
[0047]そのような方法の例として、マイクロカプセルはポリマーシェル壁をさらに含んでいてもよい。ポリマーシェル壁は、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素、ポリ(エチレン-co-マレイン無水物)、及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されてもよい。例として、マイクロカプセル(複数可)の平均直径は5~50ミクロンであってもよい。幾つかの例において、マイクロカプセルの平均直径は25ミクロン未満であってもよい。 [0047] In one example of such a method, the microcapsules may further comprise a polymeric shell wall. The polymeric shell wall may be comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, poly(ethylene-co-maleic anhydride), and polyurethane. By way of example, the average diameter of the microcapsule(s) may be between 5 and 50 microns. In some examples, the average diameter of the microcapsules may be less than 25 microns.
[0048]そのような方法の例として、分解は、保護材料の機械的な破損、引っ掻き、亀裂、切り傷、又は一体性の他の欠損のうちの1つ又は複数をさらに含んでいてもよい。幾つかの例において、分解部位でのマイクロカプセルの破裂及び修復剤の放出は、カプセル化修復剤を欠く保護材料と比較して湿分及び電解質の進入を制限することにより、腐食を低減する。例として、基材は、鋼鉄、アルミニウム、コンクリート及び木材のうちの1つである。 [0048] In examples of such methods, degradation may further include one or more of mechanical failure, scratching, cracking, nicking, or other loss of integrity of the protective material. In some examples, rupture of the microcapsules and release of the healing agent at the degradation site reduces corrosion by limiting the ingress of moisture and electrolytes compared to a protective material lacking the encapsulated healing agent. By way of example, the substrate is one of steel, aluminum, concrete, and wood.
[0049]1つの例として、基材への配合物の塗布は、無機コーティング結合剤を含むプライマーを用いて基材を被覆して第1のコーティング層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。配合物の塗布は、有機コーティング結合剤を含む有機コーティングを用いてプライマーを被覆して第2のコーティングする層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。次いで、その配合物はオーバーコート層として第2のコーティング層の上に塗布されてもよい。そのような例において、プライマーはさらにジンクリッチプライマーを含んでいてもよい。本明細書において検討されるジンクリッチプライマーは無機又は有機コーティングに関係し得て、亜鉛含有率は、20重量%を超え、30重量%を超え、40重量%を超え、50重量%を超え、60重量%を超え、70重量%を超え、80重量%を超え、又はさらに90重量%を超えることもある。幾つかの例において、プライマーはそれに加えて、カプセル化修復剤で構成されるマイクロカプセル(複数可)を含むが、しかし、他の例において、プライマーは、それに加えて、本開示の範囲から逸脱することなくマイクロカプセル(複数可)含まない。幾つかの例において、無機コーティング結合剤はシリケート結合剤(例えば、ケイ酸アルキル結合剤)であってもよい。幾つかの例において、有機コーティング結合剤は、以下の硬化剤のうちの1種又は複数によって硬化させられたエポキシ樹脂であってもよい:アミン、ポリアミン、無水物、アミノシロキサン、イミダゾール、ポリアミド、ケタミン、アミン及び他の化合物の反応生成物である変性アミン、メルカプタン及びポリメルカプタン、ポリスルフィド、チオール、三フッ化ホウ素アミン錯体、有機酸ヒドラジド、光及び紫外線硬化剤。例として、第1のコーティングは第2のコーティングを用いてミスト被覆される(例えば、水で希釈され、希薄なコーティングで塗布される)。 [0049] In one example, applying the formulation to the substrate may further include coating the substrate with a primer including an inorganic coating binder to form a first coating layer. Applying the formulation may further include coating the primer with an organic coating including an organic coating binder to form a second coating layer. The formulation may then be applied over the second coating layer as an overcoat layer. In such an example, the primer may further include a zinc-rich primer. The zinc-rich primers discussed herein may relate to inorganic or organic coatings, and the zinc content may be greater than 20 wt%, greater than 30 wt%, greater than 40 wt%, greater than 50 wt%, greater than 60 wt%, greater than 70 wt%, greater than 80 wt%, or even greater than 90 wt%. In some examples, the primer additionally includes microcapsule(s) comprised of an encapsulated healing agent; however, in other examples, the primer additionally does not include microcapsule(s) without departing from the scope of the present disclosure. In some examples, the inorganic coating binder may be a silicate binder (e.g., an alkyl silicate binder). In some examples, the organic coating binder may be an epoxy resin cured with one or more of the following curing agents: amines, polyamines, anhydrides, aminosiloxanes, imidazoles, polyamides, ketamines, modified amines that are reaction products of amines and other compounds, mercaptans and polymercaptans, polysulfides, thiols, boron trifluoride amine complexes, organic acid hydrazides, and light and ultraviolet curing agents. For example, a first coating may be mist coated with a second coating (e.g., diluted with water and applied as a thin coat).
[0050]別の実施形態において、保護材料の分解の後で保護材料の基材への接着を維持する方法は、マイクロカプセル(例えば複数のマイクロカプセル)内にカプセル化された修復剤を含む水系エポキシコーティング配合物を基材に塗布する工程を含み、ここで、水系エポキシコーティング配合物は基材にそれを塗布すると固まって保護材料を形成する。保護材料の分解は、分解部位でのマイクロカプセル(複数可)の破裂及び修復剤の放出をもたらし、それによって保護材料の基材への接着を維持する。 [0050] In another embodiment, a method for maintaining adhesion of a protective material to a substrate after degradation of the protective material includes applying to the substrate a water-based epoxy coating formulation including a healing agent encapsulated in microcapsules (e.g., a plurality of microcapsules), wherein the water-based epoxy coating formulation hardens to form the protective material upon application thereof to the substrate. Degradation of the protective material results in rupture of the microcapsule(s) at the degradation site and release of the healing agent, thereby maintaining adhesion of the protective material to the substrate.
[0051]そのような方法の例において、保護材料の分解は、保護材料の機械的な破損、引っ掻き、亀裂、切り傷、又は一体性の他の欠損のうちの1つ又は複数に起因し得る。 [0051] In examples of such methods, degradation of the protective material may result from one or more of mechanical breakage, scratches, cracks, cuts, or other loss of integrity of the protective material.
[0052]そのような方法の例において、水系樹脂系は、エポキシアミン付加物樹脂系であり、修復剤はエポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びアルコキシシランをさらに含む。 [0052] In an example of such a method, the water-based resin system is an epoxy amine adduct resin system, and the restorative agent further comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane.
[0053]そのような方法の別の例において、マイクロカプセルの破裂及び修復剤の放出は、エポキシアミン付加物樹脂系に対応するアミン基、及び修復剤のエポキシ樹脂の間の化学反応を介して保護材料の基材への接着、及び保護材料のオリゴマー樹脂成分間のからみ合いを可能にする非プロトン性溶媒によって保護材料の膨潤を維持する。 [0053] In another example of such a method, the rupture of the microcapsules and release of the healing agent maintains the swelling of the protective material with an aprotic solvent, which allows adhesion of the protective material to the substrate and entanglement between the oligomeric resin components of the protective material through a chemical reaction between the amine groups corresponding to the epoxy amine adduct resin system and the epoxy resin of the healing agent.
[0054]方法の例において、エポキシ樹脂はビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)をさらに含む。極性の非プロトン性溶媒は、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、酢酸フェネチル、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン,N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド(DMA)、及びジメチルホルムアミド(DMF)のうちの1種又は複数であってもよい。アルコキシシランは、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数であってもよい。マイクロカプセル(複数可)は、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素、ポリ(エチレン-co-マレイン無水物)、及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されるポリマーシェル壁をさらに含んでいてもよい。マイクロカプセルの直径は25ミクロン未満であってもよい。 In an example method, the epoxy resin further comprises bisphenol A-(epichlorohydrin). The polar aprotic solvent may be one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, phenethyl acetate, nitrobenzene, chlorobenzene, tetrahydrofuran (THF), dichloromethane, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, dimethylacetamide (DMA), and dimethylformamide (DMF). The alkoxysilane may be one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane. The microcapsule(s) may further comprise a polymeric shell wall composed of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, poly(ethylene-co-maleic anhydride), and polyurethane. The microcapsules may have a diameter of less than 25 microns.
[0055]一成分水系エポキシコーティングの使用を介して、本明細書の実施形態は、マイクロカプセル化修復剤と、エポキシアミン付加物樹脂系のオリゴマー成分の新規の溶媒促進したからみ合い、並びに修復事象時に利用可能なアミン基によって破裂したマイクロカプセルから放出されたエポキシ樹脂の架橋の間の相乗作用にてこ入れする一成分コーティングである低揮発性有機化合物(VOC)システムを提供する。例として、VOCはコーティング配合物の50g/L未満に維持される。例えば、45g/L以下、又は40g/L以下、又は35g/L以下、又は30g/L以下、又は25g/L以下、又は20g/L以下、又は15g/L以下、又は10g/L以下、又は5g/L以下の、又はさらにVOCを放出しない配合物は本開示の範囲内である。 [0055] Through the use of a one-component waterborne epoxy coating, embodiments herein provide a low volatile organic compound (VOC) system that is a one-component coating that leverages the synergy between the microencapsulated healing agent and the novel solvent-promoted entanglement of the oligomeric component of the epoxy amine adduct resin system, as well as the crosslinking of the epoxy resin released from the ruptured microcapsules by the available amine groups during a healing event. By way of example, VOCs are maintained below 50 g/L of the coating formulation. For example, formulations that emit 45 g/L or less, or 40 g/L or less, or 35 g/L or less, or 30 g/L or less, or 25 g/L or less, or 20 g/L or less, or 15 g/L or less, or 10 g/L or less, or 5 g/L or less, or even no VOCs, are within the scope of this disclosure.
[0056]本明細書において検討される修復剤もまたコア配合物と称されてもよい。特定の実施形態において、コア配合物は、エポキシ樹脂、疎水性の極性の非プロトン性溶媒、及びアルコキシシラン、より詳細には、グリシジルアルコキシシラン、及びさらにより詳細には(3-グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシランで構成される。 [0056] The healing agents discussed herein may also be referred to as core formulations. In certain embodiments, the core formulation is comprised of an epoxy resin, a hydrophobic polar aprotic solvent, and an alkoxysilane, more specifically, a glycidylalkoxysilane, and even more specifically, (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane.
[0057]マイクロカプセルが一成分水系エポキシコーティングに組み込まれる実施形態において、一成分水系エポキシコーティングは、下にある金属基材(又は木材、プラスチック、コンクリートなどを含む他の基材)との接着を維持することができる。一成分水系エポキシコーティングへのカプセルの組み込みは、また損傷(例えば分解)の後のコーティングの障壁性を改善することができる。 [0057] In embodiments in which microcapsules are incorporated into a one-component water-based epoxy coating, the one-component water-based epoxy coating can maintain adhesion to the underlying metal substrate (or other substrates, including wood, plastic, concrete, etc.). Incorporation of capsules into a one-component water-based epoxy coating can also improve the barrier properties of the coating after damage (e.g., degradation).
[0058]実施形態において、上に記載のマイクロカプセルを組み込んだコーティング又はコーティング系(例えば、自己修復コーティング系)は、下にある基材を晒す分解の後に接着維持及び耐食性における改善を示す。 [0058] In embodiments, coatings or coating systems (e.g., self-healing coating systems) incorporating the microcapsules described above exhibit improved adhesion retention and corrosion resistance after degradation exposing the underlying substrate.
[0059]実施形態において、上に記載のマイクロカプセルを組み込んだコーティング又はコーティング系(例えば、自己修復コーティング系)、並びに一成分水系エポキシアミン付加物樹脂系は、ブラスト処理鋼鉄表面、軽く研削した冷延鋼鉄、軽く研削したアルミニウム基材、及び他の調製が不十分な金属基材を含むが、これらに限定されない一連の金属表面の損傷の後に接着維持及び耐食性における改善を示す。 [0059] In embodiments, coatings or coating systems (e.g., self-healing coating systems) incorporating the microcapsules described above, as well as one-component waterborne epoxy amine adduct resin systems, exhibit improvement in adhesion retention and corrosion resistance after damage to a range of metal surfaces, including, but not limited to, blasted steel surfaces, lightly ground cold-rolled steel, lightly ground aluminum substrates, and other poorly prepared metal substrates.
[0060]実施形態において、上に記載のコーティング系は、下にある基材を晒すあるレベルの損傷の後に、コンクリート表面の接着の改善された維持を示す。 [0060] In embodiments, the coating systems described above exhibit improved maintenance of adhesion to concrete surfaces after a level of damage that exposes the underlying substrate.
[0061]実施形態において、上に記載のコーティング系は、下にある基材を晒すあるレベルの損傷の後に、木材表面への接着維持の改善を示す。 [0061] In embodiments, the coating systems described above exhibit improved adhesion retention to wood surfaces after a level of damage that exposes the underlying substrate.
[0062]検討されるように、本明細書の実施形態は、修復剤と硬化エポキシ-アミン付加物樹脂系との間の相乗作用を提供する。実施形態は、エポキシ-アミン付加物樹脂系、並びにエポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びグリシジルアルコキシシラン溶液でさらに構成されるマイクロカプセル化修復剤配合物で構成される自己修復水系エポキシ配合物を提供する。硬化した配合物が損傷を受けると、埋め込まれたマイクロカプセルは破裂し、カプセル内に存在する修復剤は損傷部位へ放出され、それが樹脂系のオリゴマー成分の非共有結合性のからみ合い、並びに修復剤中に存在し損傷部位へ放出されるエポキシ樹脂と、硬化した樹脂系中の利用可能なアミン基との間の共有結合架橋反応を促進する。 [0062] As discussed, embodiments herein provide a synergistic effect between a healing agent and a cured epoxy-amine adduct resin system. The embodiments provide a self-healing waterborne epoxy formulation comprising an epoxy-amine adduct resin system and a microencapsulated healing agent formulation further comprising an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and a glycidylalkoxysilane solution. When the cured formulation is damaged, the embedded microcapsules rupture, releasing the healing agent present within the capsules to the damage site, which promotes non-covalent entanglement of the oligomeric components of the resin system and covalent crosslinking between the epoxy resin present in the healing agent and released to the damage site and available amine groups in the cured resin system.
[0063]エポキシ樹脂を含むマイクロカプセル化修復剤とエポキシ-アミン付加物で構成される樹脂系との間のこの独特の相乗作用は、硬化エポキシ-アミン付加物樹脂系中に埋め込まれたマイクロカプセル、又は樹脂系で構成されるコーティング配合物が、硬化した樹脂又はコーティングが損傷されたら、破裂し損傷部位へ修復剤を放出するという事実から始まる。修復剤は、損傷部位にある場合、硬化エポキシアミン付加物樹脂系と相互作用する。修復剤及び硬化した樹脂系のこの相互作用は、損傷部位で接着が改善され、通常損傷部位で腐食を引き起こす湿分及び電解質の進入を最小限にする役目をする2つのメカニズムで構成される。これらの2つのメカニズムの第1は、損傷部位に移動した、硬化エポキシ-アミン付加物中で利用可能なアミン基とエポキシ樹脂との間の反応を含む。第2のものは、硬化エポキシアミン付加物材料を膨潤する極性の非プロトン性溶媒の能力を含み、樹脂系内に利用可能なオリゴマー樹脂成分間の新規のからみ合いを可能にする。一緒に、これらの2つのメカニズムは独特な高性能の自己修復応答に組み合わせる。 [0063] This unique synergy between a microencapsulated healing agent comprising an epoxy resin and a resin system comprised of an epoxy-amine adduct begins with the fact that microcapsules embedded in the cured epoxy-amine adduct resin system, or a coating formulation comprised of the resin system, rupture and release the healing agent to the damage site when the cured resin or coating is damaged. The healing agent interacts with the cured epoxy-amine adduct resin system when present at the damage site. This interaction between the healing agent and the cured resin system comprises two mechanisms that serve to improve adhesion at the damage site and minimize the ingress of moisture and electrolytes that normally cause corrosion at the damage site. The first of these two mechanisms involves the reaction between the epoxy resin and available amine groups in the cured epoxy-amine adduct that have migrated to the damage site. The second involves the ability of polar aprotic solvents to swell the cured epoxy-amine adduct material, allowing for novel entanglements between the oligomeric resin components available within the resin system. Together, these two mechanisms combine to produce a unique, high-performance self-healing response.
[0064]第1のメカニズム、修復剤中に存在するエポキシ樹脂と反応する、硬化エポキシ-アミン付加物樹脂系中に存在するアミンの能力に関する証拠は、図1に示される示差走査熱量測定法(DSC)実験からのデータによって提供される。結果は以下の実施例1に概説された手順によって得られた。データは、硬化一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂101又はビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂102のいずれに対しても有意な発熱が観察されないことを示す。しかしながら、2つが組み合わされた103である場合、ビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂中に存在するエポキシド官能基の架橋と矛盾しない顕著な発熱がある。また、このメカニズムは、エポキシアミン付加物樹脂がアミンと事前反応するエポキシ樹脂によって生成されるという事実と矛盾しない。次いで、この反応は、水中で酸の使用を用いて停止し安定化する。この樹脂が薄膜中で適用される場合、水は蒸発し、反応を進めて硬化したフィルムを形成する。しかしながら、残余のアミン基は利用可能なままであり、これを修復剤によって活用して損傷部位で熱硬化性フィルムを形成することができる。 Evidence for the first mechanism, the ability of the amine present in the cured epoxy-amine adduct resin system to react with the epoxy resin present in the curing agent, is provided by data from a differential scanning calorimetry (DSC) experiment shown in Figure 1. Results were obtained according to the procedure outlined in Example 1 below. The data show that no significant exotherm is observed for either the cured one-component waterborne epoxy-amine adduct resin 101 or the bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin 102. However, when the two are combined 103, there is a significant exotherm consistent with crosslinking of the epoxide functional groups present in the bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin. This mechanism is also consistent with the fact that the epoxy-amine adduct resin is produced by pre-reacting the epoxy resin with an amine. This reaction is then quenched and stabilized using an acid in water. When the resin is applied in a thin film, the water evaporates, driving the reaction to form a cured film. However, residual amine groups remain available and can be utilized by the healing agent to form a thermosetting film at the damaged site.
[0065]第2のメカニズムは、硬化エポキシ-アミン付加物樹脂系を膨潤する溶媒の能力を含み、再融合し、それによって新規の鎖のからみ合いの形成を促進することを可能にする。この第2のメカニズムに関する支持は、実施例2で概説された実験及び図2A~2Bに得られる結果によって提供される。図2Aは、一連の溶媒添加直後の硬化一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂系の試料を、溶媒添加のない硬化エポキシ-アミン付加物を含む対照とともに示す。4時間後(図2B)、曝露されなかった又は水のみに曝露されたエポキシアミン付加物は、なお個々薄片として残り、一緒に融合することは観察されなかった。しかしながら、溶媒に晒されたエポキシアミン付加物は軟化し、一緒に融合し、このことは添加された溶媒による可塑化及び融合の促進を示唆する。図2A~2Bのそれぞれに対して、硬化した樹脂の1部は9部の指定された溶媒と混合された。樹脂/溶媒試料は、左から右まで、以下のとおりである:対照(溶媒無し)、水、酢酸ベンジル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル及び酢酸フェニルエチル。 [0065] The second mechanism involves the ability of the solvent to swell the cured epoxy-amine adduct resin system, allowing it to re-fuse and thereby promote the formation of new chain entanglements. Support for this second mechanism is provided by the experiment outlined in Example 2 and the results obtained in Figures 2A-2B. Figure 2A shows a series of samples of the cured one-component waterborne epoxy-amine adduct resin system immediately after solvent addition, along with a control containing the cured epoxy-amine adduct without solvent addition. After 4 hours (Figure 2B), the epoxy amine adducts that were not exposed or exposed only to water still remained as individual flakes and were not observed to fuse together. However, the solvent-exposed epoxy amine adducts softened and fused together, suggesting plasticization and promotion of fusion by the added solvent. For each of Figures 2A-2B, 1 part of the cured resin was mixed with 9 parts of the indicated solvent. Resin/solvent samples, from left to right, are: control (no solvent), water, benzyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, and phenylethyl acetate.
[0066]別個の実験において、硬化エポキシ-アミン付加物樹脂系は、重ね接合に成形され、修復剤配合物(配合物はカプセル内に含まれていた)及び個々の成分によって得られたオリゴマー鎖のからみ合い及び架橋の程度を求めるために硬化させられた。実験は、実施例3で詳細に記載され、重ね接合の構造を示す模式図は、図3A~3Cに示される。 [0066] In a separate experiment, the cured epoxy-amine adduct resin system was molded into lap joints and cured to determine the degree of oligomer chain entanglement and crosslinking achieved by the healer formulation (which was encapsulated) and the individual components. The experiment is described in detail in Example 3, and a schematic diagram showing the structure of the lap joint is shown in Figures 3A-3C.
[0067]これらの試料を用いて実行された重ね剪断実験の結果は図4に要約される。結果は、硬化エポキシアミン付加物樹脂系で被覆された2つの鋼鉄基材間の修復剤配合物の導入によって、エポキシアミン付加物樹脂系(対照1)の剪断強度と等しく、一緒に合わせた2つの硬化したフィルム(対照2)より強い剪断強度をもたらすことを示した。さらに、修復剤を組み込んだ試料は、任意の単数の成分が導入された場合により強い接合を示すことがわかった。対照1は番号405によって表わされ、対照2は番号406によって表わされ、修復剤配合物を含む接合は番号407によって表わされ、ビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂接合は番号408によって表わされ、酢酸ベンジルを含む接合は番号409によって表わされ、酢酸ヘキシルを含む接合は番号410によって表わされ、酢酸オクチルを含む接合は番号411によって表わされ、酢酸フェニルエチルを含む接合は番号412によって表わされる。 [0067] The results of lap shear experiments performed with these samples are summarized in Figure 4. The results showed that the introduction of the healer formulation between two steel substrates coated with a cured epoxy amine adduct resin system resulted in a shear strength equal to that of the epoxy amine adduct resin system (Control 1) and stronger than that of the two cured films combined together (Control 2). Furthermore, samples incorporating the healer were found to exhibit stronger bonds than any single component incorporated. Control 1 is represented by reference numeral 405, Control 2 is represented by reference numeral 406, the bond containing the healer formulation is represented by reference numeral 407, the bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin bond is represented by reference numeral 408, the bond containing benzyl acetate is represented by reference numeral 409, the bond containing hexyl acetate is represented by reference numeral 410, the bond containing octyl acetate is represented by reference numeral 411, and the bond containing phenylethyl acetate is represented by reference numeral 412.
[0068]上記の相乗作用は、カプセル化修復剤をエポキシ-アミン付加物をベースとするコーティング配合物へ組み込むことによって利用され実用化される。修復剤がカプセル化されるプロセスは実施例4で提供される。結果として得られたマイクロカプセルは、乾燥形態又はスラリー形態のいずれかのコーティングに組み込むことができ、乾燥形態及び含湿形態でカプセルを、エポキシ-アミン付加物樹脂系をベースとするコーティング配合物に添加するのに使用されるプロセスは、実施例5及び実施例6でそれぞれ提供される。実際上、コーティングが損傷されるまで、修復剤は、沈黙形態の硬化したフィルム中のカプセル内に残る。コーティングの損傷によって、埋め込まれたカプセルは破裂し、損傷部位へ修復剤を放出する。損傷部位において、修復剤配合物がエポキシ-アミン付加物コーティングを可塑化すれば、それによって、上に検討されたように、再融合及び架橋を促進し、損傷部位での損傷を修理し、接着及び保護を維持する。コーティング配合物の性能は、鋼鉄(図5A~5D)、アルミニウム、コンクリート及び木材の基材(図6A~6B)で評価された。 The above synergistic effect can be exploited and implemented by incorporating an encapsulated healing agent into a coating formulation based on an epoxy-amine adduct. The process by which the healing agent is encapsulated is provided in Example 4. The resulting microcapsules can be incorporated into the coating in either dry or slurry form; processes used to add the capsules in dry and wet forms to a coating formulation based on an epoxy-amine adduct resin system are provided in Examples 5 and 6, respectively. In effect, the healing agent remains within the capsules in the cured film in a silent form until the coating is damaged. Upon coating damage, the embedded capsules rupture, releasing the healing agent to the damage site. At the damage site, the healing agent formulation plasticizes the epoxy-amine adduct coating, thereby promoting re-coalescence and cross-linking, as discussed above, repairing the damage and maintaining adhesion and protection at the damage site. The performance of the coating formulation was evaluated on steel (Figures 5A-5D), aluminum, concrete, and wood substrates (Figures 6A-6B).
[0069]エポキシ-アミン付加物をベースとするコーティング系の腐食性能へのカプセル化エポキシ修復剤配合物の効果を求めるために、乾燥及び含湿形態のマイクロカプセルを様々な装填で組み込んだコーティング配合物が調製され試験された。評価したコーティング系を表わす模式図は、図5A~5Dに提供される。硬化後、コーティング系はスクライブされ、指定された曝露期間塩霧に曝露された。これらの試験の結果は、図13で表1300に見ることができる。マイクロカプセル化修復剤を組み込んだ配合物は、マイクロカプセル化修復剤を除き、他の点では同一の配合物より実質上良好に機能した。性能向上は、研削された冷延鋼鉄基材(CRS、SSPC-SP3基材調製物)に対して63%~79%、ブラスト処理鋼鉄基材(SSPC-SP10基材調製物)に対して55%及び82%の間の範囲であった。マイクロカプセル化修復剤を除いた配合物(対照)及びマイクロカプセル化修復剤を組み込んだバージョン(発明の配合物)を比較する画像の代表的な組が、図7A~7B(CRS)にそれぞれ、図8A~8B(ブラスト処理鋼鉄)にそれぞれ提供される。含湿及び乾燥形態で組み込まれたマイクロカプセルを含む配合物が評価されたが、これらの配合物は同等に機能した。 [0069] To determine the effect of encapsulated epoxy healer formulations on the corrosion performance of epoxy-amine adduct-based coating systems, coating formulations incorporating various loadings of microcapsules in dry and wet forms were prepared and tested. Schematics representing the evaluated coating systems are provided in Figures 5A-5D. After curing, the coating systems were scribed and exposed to salt fog for the specified exposure periods. The results of these tests can be seen in Table 1300 in Figure 13. Formulations incorporating the microencapsulated healer performed substantially better than otherwise identical formulations, excluding the microencapsulated healer. Performance improvements ranged from 63% to 79% for ground cold-rolled steel substrates (CRS, SSPC-SP3 substrate formulation) and between 55% and 82% for blasted steel substrates (SSPC-SP10 substrate formulation). A representative set of images comparing a formulation excluding the microencapsulated healing agent (control) and a version incorporating the microencapsulated healing agent (inventive formulation) are provided in Figures 7A-7B (CRS), respectively, and Figures 8A-8B (blasted steel), respectively. Formulations with incorporated microcapsules in wet and dry form were evaluated, and these formulations performed comparably.
[0070]本配合物の使用及び多用性をさらに例証するために、配合物試料が、ジンクリッチプライマーで下塗りした鋼鉄基材、アルミニウム2024-T3、コンクリート及び木材基材でさらに評価された。ジンクリッチ下塗り処理基材の場合には、本配合物は、エポキシ-アミン付加物コーティング配合物と下にあるジンクリッチプライマーとの間の被膜間接着の改善を容易にし、その結果、一般に耐食性が改善された(図9A~9B)。耐食性もまた、比較配合物に対して本配合物を用いて被覆されたアルミニウム2024-T3基材について改善されることがわかった(図10A~10B)。コンクリート基材の場合、本配合物は、7日の湛水曝露の後の接着が比較配合物に対して改善されることを示した(図11A~11B)。被覆された木材基材については、本配合物は、より密着力のある一体性を維持することが観察されたが、比較例はコーティングへのスクライブ損傷のまわりに著しい亀裂を示した(図12A~12B)。 To further illustrate the use and versatility of the present formulations, formulation samples were further evaluated on zinc-rich primer-primed steel substrates, aluminum 2024-T3, concrete, and wood substrates. In the case of the zinc-rich primed substrate, the present formulations facilitated improved intercoat adhesion between the epoxy-amine adduct coating formulation and the underlying zinc-rich primer, resulting in generally improved corrosion resistance (Figures 9A-9B). Corrosion resistance was also found to be improved for aluminum 2024-T3 substrates coated with the present formulations relative to the comparative formulations (Figures 10A-10B). In the case of concrete substrates, the present formulations demonstrated improved adhesion relative to the comparative formulations after 7 days of waterlogged exposure (Figures 11A-11B). For coated wood substrates, the present formulations were observed to maintain more cohesive integrity, while the comparative formulations exhibited significant cracking around scribe damage to the coating (Figures 12A-12B).
[0071]実施例1.示差走査熱量測定法
[0072]示差走査熱量測定法評価のために以下のように試料を作成した:Tzeroアルミニウムパンへ標準ビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂を秤量(measured)した。硬化一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シート上に最初にエポキシ-アミン付加物樹脂を流延し、続いて60℃で16時間かけて硬化させることにより調製した。次いで、PTFEシートから結果として得られたポリマーフィルムを取り出し、乳鉢と乳棒によって粗粉に砕いた。次いで、Tzeroアルミニウムパンへこの粉末を秤量した。ビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)エポキシ樹脂及び一成分水系エポキシ-アミン付加物樹脂の1:1混合物を、60秒間別個の容器中で、等しい重量部の標準エポキシ樹脂及び硬化一成分水系エポキシ樹脂を混合し、続いてTzeroアルミニウムパンへ秤量することによって調製した。常温で開始し10℃/minの速度で300℃まで勾配を付ける勾配法によってこれらについて別個のDSC実験を実行した。次いで、これらの試験からのデータをプロットし比較した(参照:図1)。
[0071] Example 1. Differential Scanning Calorimetry
[0072] Samples were prepared for differential scanning calorimetry evaluation as follows: Standard bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin was measured into a Tzero aluminum pan. Cured one-component water-based epoxy-amine adduct resin was prepared by first casting the epoxy-amine adduct resin onto a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet, followed by curing at 60°C for 16 hours. The resulting polymer film was then removed from the PTFE sheet and crushed into a coarse powder with a mortar and pestle. This powder was then weighed into a Tzero aluminum pan. A 1:1 mixture of bisphenol A-(epichlorohydrin) epoxy resin and one-component water-based epoxy-amine adduct resin was prepared by mixing equal parts by weight of the standard epoxy resin and the cured one-component water-based epoxy resin in separate containers for 60 seconds, followed by weighing into a Tzero aluminum pan. Separate DSC experiments were performed on these using a gradient method starting at ambient temperature and ramping at a rate of 10° C./min up to 300° C. The data from these tests were then plotted and compared (see FIG. 1).
[0073]実施例2.膨潤溶媒の評価
[0074]1組の硬化エポキシ-アミン付加物樹脂フィルムについて、エポキシ-アミン付加物乳化樹脂をPTFEシート上にまず流延し、60℃で16時間かけて硬化することによって、溶媒膨潤実験を実行した。硬化後、ポリマーフィルムをPTFEシートから取り出し、乳鉢と乳棒によって粗粉に砕いた。次いで、バイアルにこの粉末を指定された重量で添加した。各バイアルに指定された溶媒(水、酢酸ベンジル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル又は酢酸フェニルエチル)を添加して1対9の比の樹脂と溶媒を作成した。30秒間舌圧子を使用して、これらの成分を一緒に混合し、次いで、蓋を用いて密封した。結果として得られた混合物を周囲の実験室温度に平衡させた、経時的に観察した。
[0073] Example 2. Evaluation of swelling solvents
[0074] For one set of cured epoxy-amine adduct resin films, solvent swell experiments were performed by first casting the epoxy-amine adduct emulsion resin onto a PTFE sheet and curing it at 60°C for 16 hours. After curing, the polymer film was removed from the PTFE sheet and crushed into a coarse powder using a mortar and pestle. This powder was then added to vials at the specified weight. To each vial, the specified solvent (water, benzyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, or phenylethyl acetate) was added to create a 1:9 ratio of resin to solvent. These components were mixed together using a tongue depressor for 30 seconds and then sealed with a lid. The resulting mixtures were allowed to equilibrate to ambient laboratory temperature and observed over time.
[0075]実施例3.重ね接合の調製及び試験。
[0076]1” x 4” x 0.032”の冷延鋼鉄(CRS)基材を使用して、重ね剪断試験に使用する重ね接合を調製した。1インチに設定したノギスが作成される刻み目によってこれらの基材に印を付けた。次いで、パネルの縁から刻み目までのこれらの基材に水系エポキシ-アミン付加物樹脂の試料を塗布し、各基材に1” x 1”の被覆表面を作った。重ね接合を組み立てるために、これらの基材の2つを合わせて一対にした。第1の対照(対照1)の評価のために、水系エポキシ-アミン付加物を用いて成分基材をコーティングした直後に被覆基材を組み立てて重ね接合を形成した。第2の対照(対照2)のために、被覆成分基材を3日間常温で硬化させた後、重ね接合を組み立てた。修復剤又は成分の評価のために、1”x 1”の被覆領域の対の1つの基材に0.1gの各配合物を塗布した。次いで、第2の基材の被覆領域を、各基材の1”x 1”の被覆領域のみが接触するように第1の上に配置し、直角度を確実にし、被覆領域を合致させた。小さなバインダークリップによって、調製した重ね接合をすべて一緒に保持し、常温で3日間放置して平衡させた。次いで、バインダークリップを取り除いて、その後ASTM D1002による荷重フレームで試験した。
[0075] Example 3. Lap joint preparation and testing.
Lap joints for use in lap shear testing were prepared using 1" x 4" x 0.032" cold rolled steel (CRS) substrates. These substrates were marked with a notch made with a caliper set at 1 inch. A sample of the waterborne epoxy-amine adduct resin was then applied to these substrates from the edge of the panel to the notch, creating a 1" x 1" coated surface on each substrate. Two of these substrates were paired together to assemble the lap joints. For evaluation of the first control (Control 1), the coated substrates were assembled to form a lap joint immediately after coating the component substrates with the waterborne epoxy-amine adduct. For the second control (Control 2), the coated component substrates were allowed to cure at ambient temperature for three days before assembling the lap joints. For evaluation of the healer or component, 0.1 g of each formulation was applied to one substrate of the 1" x 1" coated area pair. The coated area of the second substrate was then applied to the 1" x 1" coated area of each substrate. One was placed on top of the first so that only the 1" coated area was in contact, ensuring perpendicularity and matching of the coated areas. Small binder clips held all of the prepared lap joints together and allowed to equilibrate at room temperature for 3 days. The binder clips were then removed and then tested in a load frame per ASTM D1002.
[0077]実施例4.修復剤配合物のマイクロカプセル化
[0078]清浄な1000mL容器へ脱イオン化したH2O200mLを測り入れた。5重量%ポリ(エチレン-co-マレイン無水物)(E400 EMAコポリマー)の、先に調製しておいた溶液50mLを容器に添加した。次いで、尿素5g、0.5gのNH4Cl、及び0.5gのレゾルシノール(先に粉砕しておいた)を容器に添加し、成分がすべて完全に溶解するまで、溶液を混合した。2.3及び2.4の間になるように溶液のpHを測定し、NaOHの5重量%溶液を滴下することにより、3.5にそれを調節した。次いで、プログラム可能なホットプレートに容器を水浴中に設置した。容器に混合器羽根又はホモジナイザーを配置し、指定の速度で溶液に剪断を印加し始めた(25ミクロンのカプセルに2000RPM、及び10ミクロンのカプセルに6000RPM)。次いで、本明細書において記載の修復剤を容器に添加して乳剤を形成した。乳剤粒径が所望の範囲にあることを保証するために顕微鏡を使用して、それを測定した。10~15分間の摩砕の後、ホルムアルデヒドの37重量%水溶液12.77gを容器に添加した。オクタノール10~15滴を、発泡を防止するために規則的な間隔で添加した。ホットプレートを始動して反応混合物の温度を1℃/min(60℃/h)の速度で55℃に上げた。次いでタイマーを4時間に設定した。反応完了後、室温に反応混合物を冷却し、その後マイクロカプセルの単離プロセスを開始した。反応混合物を徹底的に洗浄して過剰界面活性剤及びすべての未反応成分を取り除いた。洗浄したマイクロカプセルを、脱イオン水を用いて再度スラリー化し、噴霧乾燥して乾燥粉末形態の、又は50重量%固形分の含湿スラリー形態に維持されたマイクロカプセルが得られた。
[0077] Example 4. Microencapsulation of restorative formulations
[0078] 200 mL of deionized H2O was measured into a clean 1000 mL container. 50 mL of a previously prepared solution of 5 wt% poly(ethylene-co-maleic anhydride) (E400 EMA copolymer) was added to the container. 5 g of urea, 0.5 g of NH4Cl , and 0.5 g of resorcinol (previously ground) were then added to the container, and the solution was mixed until all ingredients were completely dissolved. The pH of the solution was measured to be between 2.3 and 2.4, and adjusted to 3.5 by dropwise addition of a 5 wt% solution of NaOH. The container was then placed in a water bath on a programmable hot plate. A mixer blade or homogenizer was placed on the container and began to shear the solution at the specified speed (2000 RPM for 25 micron capsules and 6000 RPM for 10 micron capsules). A restorative agent as described herein was then added to the vessel to form an emulsion. The emulsion particle size was measured using a microscope to ensure it was within the desired range. After 10-15 minutes of milling, 12.77 g of a 37 wt % aqueous solution of formaldehyde was added to the vessel. 10-15 drops of octanol were added at regular intervals to prevent foaming. The hot plate was started to raise the temperature of the reaction mixture to 55°C at a rate of 1°C/min (60°C/h). A timer was then set for 4 hours. After the reaction was complete, the reaction mixture was cooled to room temperature, after which the microcapsule isolation process began. The reaction mixture was thoroughly washed to remove excess surfactant and any unreacted components. The washed microcapsules were reslurried with deionized water and spray-dried to obtain microcapsules in dry powder form or maintained in a wet slurry form at 50 wt % solids.
[0079]実施例5.乾燥カプセルのコーティング配合物への組み込み。
[0080]本コーティング配合物(例えば、エポキシアミン付加物樹脂系)に乾燥した最終形態のマイクロカプセルを2.5重量%、4重量%又は5重量%の装填で必要量のマイクロカプセル(2.5g、4g又は5g)を、まず、完全配合のコーティング(48.75g、48g又は47.5g)の半分に添加することによって組み込んだ。櫂形ミキサーを用いて中位速度(約800~1000RPM)で穏やかに60秒間その混合物をブレンドした。次いで、コーティング配合物(48.75g、48g又は47.5g)の残りの半分を混合物に添加し、続いて既に記載の同じ混合手順を使用して追加混合をした。次いで、結果として得られたコーティング配合物を目標基材に塗布した。
[0079] Example 5. Incorporation of dried capsules into coating formulations.
[0080] The dried, final microcapsules were incorporated into the coating formulation (e.g., epoxy amine adduct resin system) by first adding the required amount of microcapsules (2.5 g, 4 g, or 5 g) at a loading of 2.5 wt%, 4 wt%, or 5 wt% to half of the fully formulated coating (48.75 g, 48 g, or 47.5 g). The mixture was gently blended for 60 seconds using a paddle mixer at medium speed (approximately 800-1000 RPM). The remaining half of the coating formulation (48.75 g, 48 g, or 47.5 g) was then added to the mixture, followed by additional mixing using the same mixing procedure previously described. The resulting coating formulation was then applied to the target substrate.
[0081]実施例6.コーティング配合物への含湿カプセル(水中50重量%)の組み込み
[0082]本コーティング配合物(例えば、エポキシアミン付加物樹脂系)に含湿最終形態(水中50重量%カプセル)のマイクロカプセルを2.5重量%、4重量%又は5重量%の装填で必要量のマイクロカプセル(5g、8g又は10g)を、まず、完全配合のコーティング(48.75g、48g又は47.5g)の半分に添加することによって組み込んだ。櫂形ミキサーを用いて中位速度(約800~1000RPM)で穏やかに60秒間その混合物をブレンドした。次いで、コーティング配合物(48.75g、48g又は47.5g)の残りの半分を混合物に添加し、続いて既に記載の同じ混合手順を使用して追加混合をした。次いで、結果として得られたコーティング配合物を目標基材に塗布した。
[0081] Example 6. Incorporation of moist capsules (50% by weight in water) into coating formulations
[0082] Microcapsules were incorporated into the present coating formulations (e.g., epoxy amine adduct resin systems) in their wet final form (50 wt% capsules in water) by first adding the required amount of microcapsules (5 g, 8 g, or 10 g) at a loading of 2.5 wt%, 4 wt%, or 5 wt% to half of the fully formulated coating (48.75 g, 48 g, or 47.5 g). The mixture was gently blended for 60 seconds at medium speed (approximately 800-1000 RPM) using a paddle mixer. The remaining half of the coating formulation (48.75 g, 48 g, or 47.5 g) was then added to the mixture, followed by additional mixing using the same mixing procedure previously described. The resulting coating formulation was then applied to the target substrate.
[0083]実施例7.鉄製基材の調製、コーティング塗布、スクライブ及び試験
[0084]4方向の80グリットのベルトサンダーを使用して基材の研削によってSSPC-SP3 CRS鋼鉄基材を調製した。次いで、基材はリントフリーの布を使用してアセトンを用いて浄化した。次いで、基材にわたって圧縮空気を当てて、残存するダスト粒子を取り除いた。SSPC-SP6及びSSPC-SP10基材をブラスト処理済みとして取得した。これらの基材は、単純にアセトン及びリントフリーの布を使用して浄化した。次いで、基材にわたって圧縮空気を当てて、残存するダスト粒子を取り除いた。
[0083] Example 7. Preparation of Iron Substrate, Coating Application, Scribing and Testing
[0084] SSPC-SP3 CRS steel substrates were prepared by grinding the substrate using a four-way 80-grit belt sander. The substrates were then cleaned with acetone using a lint-free cloth. Compressed air was then blown across the substrate to remove any remaining dust particles. SSPC-SP6 and SSPC-SP10 substrates were obtained as blasted. These substrates were simply cleaned using acetone and a lint-free cloth. Compressed air was then blown across the substrate to remove any remaining dust particles.
[0085]本明細書の実施形態による一成分水系エポキシ-アミン付加物配合物を、1.8mmのノズル及び60psiの空気圧を有する重力供給式の従来のスプレーガンを介して塗布した。同じ設定を使用して重力供給式の従来のスプレーガンを介してトップコートを塗布した。一般に、1被膜、2被膜又は3被膜のいずれであっても、試験したコーティング系は、コーティングを塗布した後、損傷前に7日間硬化させた。各パネルは、Erichsenモデル639のパネルスクラッチャーに取り付けた、156μmのvan Laarスクライブ工具及び500μmのSikkensタイプスクライブ工具を使用してスクライブすることにより損傷させた。スクライブは別々に長さ1インチ及び2インチであった。24時間室温でパネルを平衡させた。パネルの被覆していない領域を、透明なポリエステル封止テープを使用して封止した。次いで、パネルを2000時間以内のASTM B117試験にかけた。ASTM B117の試験後に、接着の喪失についてCRSパネルを、ASTM D1654, Procedure A, Method 2に概説されるように評価した。パネル表面に垂直かつスクライブに平行に保持した丸いスパチュラを使用して緩く接着したコーティングを除去した。スライドノギスを、スクライブに沿った6点による接着の喪失を測定するのに使用した。各曝露継続期間で試験した各配合物について3枚のパネルを評価し、すべての測定の平均を報告した。 [0085] One-component waterborne epoxy-amine adduct formulations according to embodiments herein were applied via a gravity-fed conventional spray gun with a 1.8 mm nozzle and 60 psi air pressure. The topcoat was applied via a gravity-fed conventional spray gun using the same settings. Generally, the tested coating systems, whether one, two, or three coats, were allowed to cure for 7 days after coating application before being damaged. Each panel was damaged by scribing using a 156 μm van Laar scribe tool and a 500 μm Sikkens-type scribe tool attached to an Erichsen Model 639 panel scratcher. The scribes were 1 inch and 2 inches long, respectively. The panels were allowed to equilibrate at room temperature for 24 hours. The uncoated areas of the panels were sealed using clear polyester sealing tape. The panels were then subjected to ASTM B117 testing for up to 2000 hours. After ASTM B117 testing, CRS panels were evaluated for adhesion loss as outlined in ASTM D1654, Procedure A, Method 2. Loosely adhered coatings were removed using a rounded spatula held perpendicular to the panel surface and parallel to the scribe. A sliding caliper was used to measure adhesion loss at six points along the scribe. Three panels were evaluated for each formulation tested at each exposure duration, and the average of all measurements was reported.
[0086]実施例8.アルミニウム基材の調製、コーティング塗布、スクライブ及び試験
[0087]リントフリーの布を使用してアセトンで浄化し、続いて表面にわたって圧縮空気を当てて塗布の前に残存するダスト粒子を取り除くことによってアルミニウム2024-T3基材を調製した。一成分水系エポキシ-アミン配合物を、1.8mmのノズル及び60psiの空気圧を有する重力供給式の従来のスプレーガンを介して塗布した。試験するコーティング系は、損傷前に周囲条件で7日硬化させた。各パネルは、Erichsenモデル639のパネルスクラッチャーに取り付けた、500μmのSikkensタイプスクライブ工具を使用してスクライブすることにより損傷させた。各パネルは、長さ2.5インチの1つのスクライブを受けた。損傷後、室温で24時間パネルを平衡させ、被覆していない領域をすべて、透明なポリエステル封止テープを使用して封止し、次いで、1500時間以内のASTM B117試験にかけた。ASTM B117の試験後に、接着の喪失についてパネルを、ASTM D1654, Procedure A, Method 2に概説されるように評価した。パネル表面に垂直かつスクライブに平行に保持した丸いスパチュラを使用して緩く接着したコーティングを除去した。結果として得られた接着喪失の代表的な画像を得た。
[0086] Example 8. Aluminum Substrate Preparation, Coating Application, Scribing and Testing
[0087] Aluminum 2024-T3 substrates were prepared by cleaning with acetone using a lint-free cloth, followed by blowing compressed air across the surface to remove any remaining dust particles prior to application. A one-component waterborne epoxy-amine formulation was applied via a gravity-fed conventional spray gun with a 1.8 mm nozzle and 60 psi air pressure. The coating systems to be tested were allowed to cure for 7 days at ambient conditions before damage. Each panel was damaged by scribing with a 500 μm Sikkens-type scribe tool attached to an Erichsen Model 639 panel scratcher. Each panel received one scribe measuring 2.5 inches in length. After damage, the panels were allowed to equilibrate at room temperature for 24 hours, and all uncoated areas were sealed using clear polyester sealing tape and then subjected to ASTM B117 testing within 1500 hours. After ASTM B117 testing, the panels were evaluated for adhesion loss as outlined in ASTM D1654, Procedure A, Method 2. A round spatula held perpendicular to the panel surface and parallel to the scribe was used to remove loosely adhered coatings. Representative images of the resulting adhesion loss were obtained.
[0088]実施例9.コンクリート基材の調製、コーティング塗布、スクライブ及び試験
[0089]コンクリート基材を、基材にわたって圧縮空気を当ててダスト粒子を取り除くことにより調製した。一成分水系エポキシ-アミン配合物を、1.8mmのノズル及び60psiの空気圧を有する重力供給式の従来のスプレーガンを介して塗布し、損傷前に7日間硬化させた。Erichsenモデル639のパネルスクラッチャーに搭載されたカミソリ刀を使用して、各パネルを損傷させた。スクライブは長さ1インチであり90度の交線を有し、Xのパターンを作成した。直径2インチ高さ3インチのプラスチック円筒を、パネルの表面に接着し、損傷直後にシリコーンコーキング材を使用して、損傷を受けた領域を囲んだ。次いで、24時間室温でパネルを平衡させた。この期間の後、円筒に100mlの水を添加し、円筒の開いた端部をカバーした。浸漬7日後に、水は捨て、円筒を取り除き、試料を24時間乾燥した。次いで、パネルのスクライブ領域のまわりのコーティングの接着をスクライブ領域にわたって感圧性接着テープを当てて迅速にテープを取り除くことによって評価した。次いで、接着喪失の証拠を文書化するためにパネルを撮影した。
[0088] Example 9. Concrete Substrate Preparation, Coating Application, Scribing and Testing
[0089] Concrete substrates were prepared by blowing compressed air across the substrate to remove dust particles. A one-component waterborne epoxy-amine formulation was applied via a gravity-fed conventional spray gun with a 1.8 mm nozzle and 60 psi air pressure and allowed to cure for 7 days before scratching. Each panel was scratched using a razor blade mounted on an Erichsen Model 639 panel scratcher. The scribe was 1 inch long with 90-degree intersecting lines, creating an X pattern. A 2-inch diameter, 3-inch high plastic cylinder was adhered to the surface of the panel, and immediately after scratching, silicone caulk was used to surround the damaged area. The panels were then allowed to equilibrate at room temperature for 24 hours. After this period, 100 ml of water was added to the cylinder and the open end of the cylinder was covered. After 7 days of immersion, the water was discarded, the cylinder was removed, and the samples were allowed to dry for 24 hours. The adhesion of the coating around the scribed area of the panel was then evaluated by applying pressure-sensitive adhesive tape across the scribed area and quickly removing the tape. The panels were then photographed to document evidence of adhesion loss.
[0090]実施例10.木材基材の調製、コーティング塗布、スクライブ及び試験
[0091]木材粒有り無し両方で80グリット紙やすりを用いてサンディング、それに続いて圧縮空気を使用してダスト粒子を取り除くことにより、木材基材を調製した。一成分水系エポキシ-アミン配合物を、1.8mmのノズル及び60psiの空気圧を有する重力供給式の従来のスプレーガンを介して塗布し、損傷前に7日間硬化させた。Erichsenモデル639のパネルスクラッチャーに搭載されたカミソリ刀を使用して、各パネルを損傷した。スクライブは長さ1インチであり90度の交線を有し、Xのパターンを作成した。損傷の後、室温で24時間パネルを平衡させた。次いで、水にパネルを水没させ、8時間浸漬し、次いで水から取り出し、16時間冷凍機に入れた。最後に、パネルを冷凍機から取り出し、解凍して72時間乾燥した。次いで、フィルムの性質の変化を記録するためにカメラ及び光学顕微鏡を使用してパネルを画像化した。
[0090] Example 10. Wood Substrate Preparation, Coating Application, Scribe and Testing
[0091] Wood substrates were prepared by sanding with 80-grit sandpaper, both with and without wood grain, followed by the use of compressed air to remove dust particles. One-component water-based epoxy-amine formulations were applied via a gravity-fed conventional spray gun with a 1.8 mm nozzle and 60 psi air pressure and allowed to cure for 7 days before marring. Each panel was scratched using a razor blade mounted on an Erichsen Model 639 panel scratcher. The scribe was 1 inch long with 90-degree intersecting lines, creating an X pattern. After marring, the panels were allowed to equilibrate at room temperature for 24 hours. The panels were then submerged in water and allowed to soak for 8 hours, then removed from the water and placed in a freezer for 16 hours. Finally, the panels were removed from the freezer, thawed, and dried for 72 hours. The panels were then imaged using a camera and optical microscope to document changes in film properties.
[0092]この方法において、エポキシアミン付加物樹脂系を含む一成分水系樹脂系に、基材(例えば、鋼鉄、アルミニウム、木材、コンクリート、他の金属など)への接着有効性及び耐食性に関係する、改善された性質を与えることができる。修復剤が装填されたマイクロカプセルが組み込まれた一成分水系樹脂系を包含する保護材料のある量が分解したら、性質の改善が実現される。とりわけ、保護材料の分解は、分解部位でのマイクロカプセルの破裂、そしてその結果、修復剤の放出の原因となる。次いで、修復剤の成分は保護材料の1つの成分と反応して保護材料の、基材との少なくとも接着及び耐食性を改善する。これらの改善は、保護材料が保護するように意図される表面に関して保護品質を改善する観点で有利である。これらの改善は、加えて、さもないとより伝統的な溶媒含有コーティングの使用に随伴する、環境へのそのようなコーティングの塗布の影響を低減(例えばVOCの低減)し、健康、安全性及び環境上のリスクを低減することにより、水系コーティングに対する需要が成長しているので有利である。したがって、本明細書において開示のように、水系コーティングの保護品質を改善することにより、そのような水系コーティングの使用は伝統的な溶媒含有コーティングと比較して増やすことができ、次には前述の理由で有利になり得る。 [0092] In this manner, one-component waterborne resin systems containing epoxy amine adduct resin systems can be imparted with improved properties related to adhesive effectiveness and corrosion resistance to substrates (e.g., steel, aluminum, wood, concrete, other metals, etc.). The improved properties are realized upon degradation of a certain amount of a protective material comprising a one-component waterborne resin system incorporating microcapsules loaded with a healing agent. Specifically, degradation of the protective material causes rupture of the microcapsules at the degradation site, resulting in the release of the healing agent. A component of the healing agent then reacts with one component of the protective material to improve at least the adhesion and corrosion resistance of the protective material to the substrate. These improvements are advantageous in terms of improving the protective qualities of the protective material with respect to the surface it is intended to protect. These improvements are also advantageous given the growing demand for waterborne coatings by reducing the impact of the application of such coatings on the environment (e.g., reduced VOCs) and reducing health, safety, and environmental risks otherwise associated with the use of more traditional solvent-borne coatings. Thus, by improving the protective qualities of water-based coatings, as disclosed herein, the use of such water-based coatings can be increased compared to traditional solvent-borne coatings, which in turn can be advantageous for the reasons discussed above.
[0093]水系コーティングの保護品質を改善する技術的な効果は、本明細書において開示のように修復剤を含む特定の成分、及び水系コーティング配合物によって実現される。とりわけ、技術的な効果は、修復剤の放出で、硬化した保護材料のエポキシ-アミン付加物樹脂系に対応する遊離アミンと、修復剤の一部として含まれるエポキシ樹脂との間の反応(例えば、架橋)を介して実現される。技術的な効果は、硬化エポキシアミン付加物材料の膨張を可能にし、次には保護材料のエポキシアミン付加物樹脂系のオリゴマー樹脂成分の新しく確立したからみ合いを可能にする修復剤の一部として極性の非プロトン性溶媒の包含によってさらに実現される。 [0093] A technical effect of improving the protective qualities of waterborne coatings is realized by certain components, including a healing agent, and waterborne coating formulations as disclosed herein. Specifically, the technical effect is realized through the release of the healing agent through a reaction (e.g., crosslinking) between the free amines corresponding to the epoxy-amine adduct resin system of the cured protective material and the epoxy resin included as part of the healing agent. The technical effect is further realized by the inclusion of a polar aprotic solvent as part of the healing agent, which allows for expansion of the cured epoxy amine adduct material and, in turn, allows for newly established entanglement of the oligomeric resin component of the epoxy amine adduct resin system of the protective material.
[0094]本明細書において、ある実施形態が図示され説明されたが、同じ目的を達成するように計画された広範な代替及び/又は等価の実施形態若しくは実施例が、範囲から逸脱することなく示され記載される実施形態に置き換えることができることは当業者によって認識されよう。実施形態は非常に多種多様の方法において実施され得ることを当業者であれば容易に認識するであろう。本出願は、本明細書で考察された実施形態の任意の改変又は変形を包含することを意図する。したがって、実施形態は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
[項目1]
一成分水系樹脂系、及び
マイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含む自己修復コーティング配合物。
[項目2]
前記マイクロカプセルがポリマーシェル壁をさらに含む、項目1に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目3]
前記ポリマーシェル壁が、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されている、項目2に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目4]
前記修復剤が、
エポキシ樹脂、
極性の非プロトン性溶媒、及び
アルコキシシラン
をさらに含む、項目1に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目5]
前記アルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数である、項目4に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目6]
前記アルコキシシランがグリシジルアルコキシシランであり、
グリシジルアルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランの一方又は両方である、
項目5に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目7]
前記極性の非プロトン性溶媒が、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸オクチル及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数である、項目4に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目8]
前記エポキシ樹脂がビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)をさらに含む、項目4に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目9]
前記一成分水系樹脂系がエポキシアミン付加物樹脂系をさらに含む、項目1に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目10]
前記マイクロカプセルが25ミクロン以下の平均直径のものである、項目1に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目11]
基材に塗布された場合、固まって保護コーティング又はシーラントを形成する、項目1に記載の自己修復コーティング配合物。
[項目12]
基材を保護する方法であって、
配合物を前記基材に塗布するステップであり、前記配合物が一成分水系樹脂系、及びマイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含み、前記配合物が前記基材に塗布されると固まって保護材料を形成する、ステップを含み、
前記保護材料の分解が前記分解部位での前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出をもたらす、
方法。
[項目13]
前記一成分水系樹脂系が、エポキシアミン付加物樹脂系をさらに含み、
前記修復剤がエポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びアルコキシシランをさらに含む、
項目12に記載の方法。
[項目14]
マイクロカプセル破裂に応答する前記修復剤の放出が、前記エポキシアミン付加物樹脂系のオリゴマー成分の非共有結合性のからみ合い、及び前記修復剤中に存在する前記エポキシ樹脂と、前記保護材料中の利用可能なアミン基との間の共有結合架橋反応を促進する、項目13に記載の方法。
[項目15]
前記エポキシ樹脂がビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)をさらに含む、項目13に記載の方法。
[項目16]
前記極性の非プロトン性溶媒が、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸オクチル及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数である、項目13に記載の方法。
[項目17]
前記アルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数である、項目13に記載の方法。
[項目18]
前記マイクロカプセルが、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されるポリマーシェル壁をさらに含み、
前記マイクロカプセルの直径が10~50ミクロンである、
項目12に記載の方法。
[項目19]
前記マイクロカプセルの直径が25ミクロン未満である、項目18に記載の方法。
[項目20]
前記分解が、前記保護材料の機械的な破損、引っ掻き、亀裂、切り傷、又は一体性の他の欠損のうちの1つ又は複数をさらに含む、項目12に記載の方法。
[項目21]
分解部位での前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出が、前記カプセル化修復剤を欠く前記保護材料と比較して湿分及び電解質の進入を制限することにより、腐食を低減する、項目12に記載の方法。
[項目22]
前記基材が鋼鉄、アルミニウム、コンクリート及び木材のうちの1種である、項目12に記載の方法。
[項目23]
前記基材への前記配合物の塗布が、
第1のコーティング層を形成するための無機コーティング結合剤を含むプライマーを用いて前記基材を被覆するステップと、
第2のコーティング層を形成するための有機コーティング結合剤を含む有機コーティングを用いて前記プライマーを被覆するステップと、
オーバーコート層として前記第2のコーティング層の上に前記配合物を塗布するステップとをさらに含む、項目12に記載の方法。
[項目24]
前記プライマーがジンクリッチプライマーをさらに含む、項目23に記載の方法。
[項目25]
前記プライマーが、前記修復剤をカプセル化する前記マイクロカプセルをさらに含む、項目23に記載の方法。
[項目26]
前記無機コーティング結合剤がシリケート結合剤である、項目23に記載の方法。
[項目27]
前記有機コーティング結合剤が、以下の硬化剤:アミン、ポリアミン、無水物、アミノシロキサン、イミダゾール、ポリアミド、ケタミン、アミン及び他の化合物の反応生成物である変性アミン、メルカプタン及びポリメルカプタン、ポリスルフィド、チオール、三フッ化ホウ素アミン錯体、有機酸ヒドラジド、光及び紫外線硬化剤のうちの1種又は複数によって硬化したエポキシ樹脂である、項目23に記載の方法。
[項目28]
保護材料の分解の後に、前記保護材料の基材への接着を維持する方法であって、
マイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含む水系エポキシコーティング配合物を前記基材に塗布するステップであり、前記水系エポキシコーティング配合物が、前記基材へのその塗布で固まって前記保護材料を形成する、ステップを含み
前記保護材料の分解が、分解部位での前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出をもたらし、それによって前記保護材料の前記基材への接着を維持する、
方法。
[項目29]
前記保護材料の分解が、前記保護材料の機械的な破損、引っ掻き、亀裂、切り傷又は一体性の他の欠損のうちの1つ又は複数に起因する、項目28に記載の方法。
[項目30]
前記水系樹脂系が、エポキシアミン付加物樹脂系であり、前記修復剤がエポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びアルコキシシランをさらに含む、項目28に記載の方法。
[項目31]
前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出が、前記エポキシアミン付加物樹脂系に対応するアミン基と前記修復剤のエポキシ樹脂との間の化学反応、及び前記保護材料のオリゴマー樹脂成分間のからみ合いを可能にする前記非プロトン性溶媒による前記保護材料の膨潤によって前記保護材料の前記基材への接着を維持する、項目30に記載の方法。
[項目32]
前記エポキシ樹脂がビスフェノールA-(エピクロロヒドリン)をさらに含む、項目30に記載の方法。
[項目33]
前記極性の非プロトン性溶媒が、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸オクチル及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数である、項目30に記載の方法。
[項目34]
前記アルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数である、項目30に記載の方法。
[項目35]
前記マイクロカプセルが、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリレート、ポリ尿素及びポリウレタンのうちの1種又は複数で構成されるポリマーシェル壁をさらに含み、
前記マイクロカプセルの直径が25ミクロン未満である、
項目28に記載の方法。
[0094] While certain embodiments have been shown and described herein, those skilled in the art will recognize that a wide variety of alternative and/or equivalent embodiments or examples designed to achieve the same purpose may be substituted for the embodiments shown and described without departing from the scope. Those skilled in the art will readily recognize that the embodiments may be implemented in a wide variety of ways. This application is intended to cover any modifications or variations of the embodiments discussed herein. Accordingly, it is manifestly intended that the embodiments be limited only by the claims and equivalents thereof.
[Item 1]
One-component water-based resin systems, and
A self-healing coating formulation comprising a healing agent encapsulated within microcapsules.
[Item 2]
2. The self-healing coating formulation of claim 1, wherein the microcapsules further comprise a polymeric shell wall.
[Item 3]
3. The self-healing coating formulation of claim 2, wherein the polymeric shell wall is composed of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, and polyurethane.
[Item 4]
The repair agent is
epoxy resin,
polar aprotic solvents, and
Alkoxysilane
2. The self-healing coating formulation of claim 1, further comprising:
[Item 5]
5. The self-healing coating formulation of claim 4, wherein the alkoxysilane is one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
[Item 6]
the alkoxysilane is a glycidylalkoxysilane,
The glycidylalkoxysilane is one or both of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane;
Item 6. The self-healing coating formulation according to item 5.
[Item 7]
5. The self-healing coating formulation of claim 4, wherein the polar aprotic solvent is one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, octyl acetate, and nitrobenzene.
[Item 8]
5. The self-healing coating formulation of claim 4, wherein the epoxy resin further comprises bisphenol A-(epichlorohydrin).
[Item 9]
2. The self-healing coating formulation of claim 1, wherein the one-component water-based resin system further comprises an epoxy amine adduct resin system.
[Item 10]
Item 10. The self-healing coating formulation of item 1, wherein the microcapsules are of an average diameter of 25 microns or less.
[Item 11]
2. The self-healing coating formulation of claim 1, which when applied to a substrate hardens to form a protective coating or sealant.
[Item 12]
1. A method for protecting a substrate, comprising:
applying a formulation to the substrate, the formulation comprising a one-component water-based resin system and a healing agent encapsulated in microcapsules, the formulation hardening to form a protective material upon application to the substrate;
Degradation of the protective material results in rupture of the microcapsules at the degradation site and release of the healing agent.
method.
[Item 13]
the one-component waterborne resin system further comprises an epoxy amine adduct resin system;
the repair agent further comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane;
Item 13. The method according to item 12.
[Item 14]
14. The method of claim 13, wherein the release of the healing agent in response to microcapsule rupture promotes non-covalent entanglement of the oligomeric components of the epoxy amine adduct resin system and a covalent crosslinking reaction between the epoxy resin present in the healing agent and available amine groups in the protective material.
[Item 15]
14. The method of claim 13, wherein the epoxy resin further comprises bisphenol A-(epichlorohydrin).
[Item 16]
14. The method of claim 13, wherein the polar aprotic solvent is one or more of phenyl acetate, benzyl acetate, ethyl phenylacetate, octyl acetate, and nitrobenzene.
[Item 17]
Item 14. The method of item 13, wherein the alkoxysilane is one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
[Item 18]
the microcapsules further comprise a polymeric shell wall comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, and polyurethane;
The microcapsules have a diameter of 10 to 50 microns.
Item 13. The method according to item 12.
[Item 19]
19. The method of claim 18, wherein the microcapsules have a diameter of less than 25 microns.
[Item 20]
13. The method of claim 12, wherein the degradation further comprises one or more of mechanical breakage, scratches, cracks, cuts, or other loss of integrity of the protective material.
[Item 21]
13. The method of claim 12, wherein rupture of the microcapsules and release of the healing agent at the degradation site reduces corrosion by limiting the ingress of moisture and electrolytes compared to the protective material lacking the encapsulated healing agent.
[Item 22]
13. The method of claim 12, wherein the substrate is one of steel, aluminum, concrete, and wood.
[Item 23]
applying the formulation to the substrate,
coating the substrate with a primer comprising an inorganic coating binder to form a first coating layer;
coating the primer with an organic coating comprising an organic coating binder to form a second coating layer;
13. The method of claim 12, further comprising applying the formulation over the second coating layer as an overcoat layer.
[Item 24]
24. The method of claim 23, wherein the primers further comprise zinc-rich primers.
[Item 25]
24. The method of claim 23, wherein the primer further comprises microcapsules that encapsulate the repair agent.
[Item 26]
24. The method of claim 23, wherein the inorganic coating binder is a silicate binder.
[Item 27]
24. The method of claim 23, wherein the organic coating binder is an epoxy resin cured with one or more of the following curing agents: amines, polyamines, anhydrides, aminosiloxanes, imidazoles, polyamides, ketamine, modified amines that are reaction products of amines and other compounds, mercaptans and polymercaptans, polysulfides, thiols, boron trifluoride amine complexes, organic acid hydrazides, light and ultraviolet curing agents.
[Item 28]
1. A method for maintaining adhesion of a protective material to a substrate after degradation of the protective material, comprising:
applying to the substrate a water-based epoxy coating formulation including a healing agent encapsulated in microcapsules, the water-based epoxy coating formulation hardening upon its application to the substrate to form the protective material.
degradation of the protective material results in rupture of the microcapsules at the degradation site and release of the healing agent, thereby maintaining adhesion of the protective material to the substrate;
method.
[Item 29]
29. The method of claim 28, wherein the degradation of the protective material is due to one or more of mechanical breakage, scratches, cracks, cuts, or other loss of integrity of the protective material.
[Item 30]
29. The method of claim 28, wherein the water-based resin system is an epoxy amine adduct resin system and the healing agent further comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane.
[Item 31]
31. The method of claim 30, wherein the rupture of the microcapsules and release of the healing agent maintains adhesion of the protective material to the substrate by a chemical reaction between the amine groups corresponding to the epoxy amine adduct resin system and the epoxy resin of the healing agent, and swelling of the protective material with the aprotic solvent, which allows entanglement between the oligomeric resin components of the protective material.
[Item 32]
31. The method of claim 30, wherein the epoxy resin further comprises bisphenol A-(epichlorohydrin).
[Item 33]
31. The method of claim 30, wherein the polar aprotic solvent is one or more of phenyl acetate, benzyl acetate, ethyl phenylacetate, octyl acetate, and nitrobenzene.
[Item 34]
31. The method of claim 30, wherein the alkoxysilane is one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
[Item 35]
the microcapsules further comprise a polymeric shell wall comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, and polyurethane;
the microcapsules have a diameter of less than 25 microns;
Item 29. The method according to item 28.
Claims (15)
マイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含み、
前記一成分水系樹脂系がエポキシアミン付加物樹脂を含み、
前記マイクロカプセルがポリマーシェル壁を含み、
前記修復剤が、エポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒、及びアルコキシシランを含む、自己修復コーティング配合物。 a one-component water-based resin system and a restorative agent encapsulated in microcapsules;
the one-component waterborne resin system comprises an epoxy amine adduct resin ;
the microcapsules comprising a polymeric shell wall;
A self-healing coating formulation, wherein the healing agent comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane .
前記極性の非プロトン性溶媒が、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸オクチル及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数であり、
前記アルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数である、請求項1に記載の自己修復コーティング配合物。 the epoxy resin contains bisphenol A-(epichlorohydrin);
the polar aprotic solvent is one or more of benzyl acetate, ethyl phenylacetate, phenyl acetate, octyl acetate, and nitrobenzene;
2. The self-healing coating formulation of claim 1, wherein the alkoxysilane is one or more of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
グリシジルアルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランの一方又は両方である、
請求項3に記載の自己修復コーティング配合物。 the alkoxysilane is a glycidylalkoxysilane,
The glycidylalkoxysilane is one or both of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane;
4. The self-healing coating formulation of claim 3.
配合物を前記基材に塗布するステップであり、前記配合物が一成分水系樹脂系、及びマイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含み、前記配合物が前記基材に塗布されると固まって保護材料を形成する、ステップを含み、
前記保護材料の分解が前記分解部位での前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出をもたらし、
前記一成分水系樹脂系が、エポキシアミン付加物樹脂を含み、
前記マイクロカプセルがポリマーシェル壁を含み、
前記修復剤が、エポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒、及びアルコキシシランを含む、
方法。 1. A method for protecting a substrate, comprising:
applying a formulation to the substrate, the formulation comprising a one-component water-based resin system and a healing agent encapsulated in microcapsules, the formulation hardening to form a protective material upon application to the substrate;
degradation of the protective material results in rupture of the microcapsules at the degradation site and release of the healing agent;
the one-component waterborne resin system comprises an epoxy amine adduct resin;
the microcapsules comprising a polymeric shell wall;
the repair agent comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane ;
method.
前記極性の非プロトン性溶媒が、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸オクチル及びニトロベンゼンのうちの1種又は複数を含み、
前記アルコキシシランが、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルプロピルトリメトキシシラン及びメタクリルプロピルトリエトキシシランのうちの1種又は複数を含む、請求項6に記載の方法。 the epoxy resin contains bisphenol A-(epichlorohydrin);
the polar aprotic solvent comprises one or more of phenyl acetate, benzyl acetate, ethyl phenylacetate, octyl acetate, and nitrobenzene;
7. The method of claim 6, wherein the alkoxysilane comprises one or more of 3 -glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methacrylpropyltrimethoxysilane, and methacrylpropyltriethoxysilane.
前記マイクロカプセルの直径が10~50ミクロンである、
請求項6に記載の方法。 the polymeric shell wall is comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, and polyurethane;
The microcapsules have a diameter of 10 to 50 microns.
The method of claim 6.
第1のコーティング層を形成するための無機コーティング結合剤を含むプライマーを用いて前記基材を被覆するステップであって、前記プライマーがジンクリッチプライマーをさらに含む、及び/又は前記プライマーが、前記修復剤をカプセル化する前記マイクロカプセルをさらに含む、ステップと、
第2のコーティング層を形成するための有機コーティング結合剤を含む有機コーティングを用いて前記プライマーを被覆するステップであって、前記無機コーティング結合剤がシリケート結合剤である、又は前記有機コーティング結合剤が、以下の硬化剤:アミン、ポリアミン、無水物、アミノシロキサン、イミダゾール、ポリアミド、ケタミン、アミン及び他の化合物の反応生成物である変性アミン、メルカプタン及びポリメルカプタン、ポリスルフィド、チオール、三フッ化ホウ素アミン錯体、有機酸ヒドラジド、光及び紫外線硬化剤のうちの1種又は複数によって硬化したエポキシ樹脂である、ステップと、
オーバーコート層として前記第2のコーティング層の上に前記配合物を塗布するステップとを含む、請求項6に記載の方法。 applying the formulation to the substrate,
coating the substrate with a primer comprising an inorganic coating binder to form a first coating layer , the primer further comprising a zinc-rich primer and/or the primer further comprising the microcapsules encapsulating the healing agent;
coating the primer with an organic coating comprising an organic coating binder to form a second coating layer, wherein the inorganic coating binder is a silicate binder or the organic coating binder is an epoxy resin cured with one or more of the following curing agents: amines, polyamines, anhydrides, aminosiloxanes, imidazoles, polyamides, ketamines, modified amines that are reaction products of amines and other compounds, mercaptans and polymercaptans, polysulfides, thiols, boron trifluoride amine complexes, organic acid hydrazides, light and ultraviolet light curing agents;
and applying said formulation over said second coating layer as an overcoat layer.
マイクロカプセル内にカプセル化された修復剤を含む水系エポキシコーティング配合物を前記基材に塗布するステップであり、前記水系エポキシコーティング配合物が、前記基材へのその塗布で固まって前記保護材料を形成する、ステップを含み
前記保護材料の分解が、分解部位での前記マイクロカプセルの破裂及び前記修復剤の放出をもたらし、それによって前記保護材料の前記基材への接着を維持し、
前記マイクロカプセルがポリマーシェル壁を含み、
前記水系エポキシコーティング配合物が水系樹脂系を含み、前記水系樹脂系が、エポキシアミン付加物樹脂であり、前記修復剤がエポキシ樹脂、極性の非プロトン性溶媒及びアルコキシシランを含む、方法。 1. A method for maintaining adhesion of a protective material to a substrate after degradation of the protective material, comprising:
applying to the substrate a water-based epoxy coating formulation comprising a healing agent encapsulated in microcapsules, the water-based epoxy coating formulation hardening upon its application to the substrate to form the protective material, wherein degradation of the protective material results in rupture of the microcapsules at the degradation sites and release of the healing agent, thereby maintaining adhesion of the protective material to the substrate;
the microcapsules comprising a polymeric shell wall;
The method , wherein the waterborne epoxy coating formulation comprises a waterborne resin system, the waterborne resin system being an epoxy amine adduct resin , and the healing agent comprises an epoxy resin, a polar aprotic solvent, and an alkoxysilane.
前記マイクロカプセルの直径が25ミクロン未満である、
請求項12に記載の方法。 the polymeric shell wall is comprised of one or more of urea formaldehyde, melamine formaldehyde, polyacrylate, polyurea, and polyurethane;
the microcapsules have a diameter of less than 25 microns;
The method of claim 12.
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