防水表面组合物及其制备方法和用途技术

在诸如玻璃、塑料、金属、有机聚合物包覆的基体或无机物包覆的基体上生产防水表面的组合物，该组合物包括一全氟烷基烷基硅烷和一可完全水解的硅烷或硅氧烷，前者选自通式Ｒ↓［ｍ］Ｒ′↓［ｎ］ＳｉＸ↓［４－ｍ－ｎ］的化合物，其中的Ｒ为全氟烷基烷基基团，Ｒ′是乙烯基或烷基，ｍ＋ｎ＜４，Ｘ为卤素、烷氧基或酰氧基；后者选自硅烷和硅氧烷，经用与水滴的接触角测定，其不润湿性比不加可完全水解的硅烷或硅氧烷的更经久耐用。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是USSN08/363,803(1994年12月27日提交)的部分继续申请，USSN08/363,803是USSN08/220,353(1994年3月30日提交，现已放弃)的部分继续申请，USSN08/220,353是USSN07/589,235(1990年9月28日提交，现USP5,308,705)的部分继续申请，USSN07/589,235是USSN07/503,587(1990年4月3日提交，现USP4,983,459)的部分继续申请。本专利技术一般涉及表面处理技术，特别是生产在各种基体上的防水表面的技术，更特别是改进这种防水表面的耐久性。Yoneda等人的USP5,314,731叙述了一表面处理基体，它有至少两个处理表面层，第一外部层是用能与水形成至少为70°的接触角的表面的至少含一个Si-NCO基团的化合物处理得到，第二下部层是用选自异氰酸酯硅烷化合物和可水解的硅烷化合物的至少一种反应性硅烷化合物处理得到的。Franz等人的USP4,983,459和4,997,684分别公开了用一全氟烷基烷基硅烷和一氟化烯烃调聚物进行处理在玻璃表面上提供一经久耐用的不湿性表面制品和方法。Franz等人的USP5,308,705叙述了用全氟烷基烷基硅烷和氟化烯烃调聚物处理在玻璃以外的基体上提供不湿表面性质的方法。Goodwin的USP5,328,768公开了一玻璃基体，其表面首先用二氧化硅底层处理，再用全氟烷基烷基硅烷处理。本专利技术提供具有高防水性和高润滑性的基体表面。基体表面的排水和排污物的经久耐用性是在基体表面上施用全氟烷基烷基硅烷化合物和可水解硅烷或硅氧烷化合物得到改进的。可水解硅烷或硅氧烷化合物是能水解缩合形成硅胶的化合物，其功能是用作整体底层化合物。本专利技术的表面处理提高了表面的排水和排污物的耐久性，而不要求有分别的底层。高排水性和高润滑性是由全氟烷基烷基硅烷提供的。可水解硅烷或硅氧烷也给予反应性干燥的溶剂。本专利技术的全氟烷基烷基硅烷和可水解硅烷或硅氧烷表面处理也提高了基体表面的抗磨性。增高的抗湿、抗紫外辐射和机械磨擦性是由可水解缩合成硅胶的硅烷或硅氧烷化合物提供的。在基体表面施用全氟烷基烷基硅烷得到排雨水和污秽物的耐久性，可在施用前将其与能水解成硅胶的硅烷、硅氧烷或硅烷和/或硅氧烷化合物的混合物混合得到提高。按照本专利技术，全氟烷基烷基硅烷和能水解成硅胶的硅烷、硅氧烷或硅烷和/或硅氧烷化合物的混合物混合施用于玻璃表面形成的涂层比没有可水解成硅胶的硅烷、硅氧烷或硅烷和/或硅氧烷化合物混合物形成的涂层更耐久。将全氟烷基烷基硅烷和可水解的硅烷和/或硅氧烷施用于基体表面以生产本专利技术的制品最好是以胶体悬浮体系或溶液的形式，最好是在非质子传递溶剂中，最好是烷烃或烷烃混合物或者氟化溶剂。本专利技术优选溶液可用任何常规技术，诸如浸渍、流挂、擦拭或喷雾法，将其施用于基体表面。硅烷与基体表面反应后，除去过剩的溶液，得到抗磨性改进了的耐久的不湿性润滑表面，本专利技术提供了底层的耐久性优点，而不需要施用分别的底层的附加步骤。使用完全水解的硅烷和/或硅氧烷改进了硅烷表面的耐湿、耐紫外光和耐磨性能，经克利夫兰室、QUV(FS40或B313紫外灯)和湿式滑块磨耗试验，指明产品的使用寿命较长。适合的能水解形成硅胶的硅烷具有通式SiX4，其中的X是可水解基团，一般选自卤素、烷氧基和酰氧基。优选的硅烷是其中的X最好是氯、溴、碘、甲氧基、乙氧基和乙酰氧基的硅烷。优选的可水解硅烷包括四氯硅烷、四甲氧基硅烷和四乙酰氧基硅烷。适合的硅氧烷的通式是SiyOzX4y－2z，其中的X选自卤素、烷氧基和酰氧基，Y为2或大于2，Z为1或大于1。4Y－2Z＞0，优选的可水解硅氧烷包括六氯二硅氧烷、八氯三硅氧烷和高级低聚物氯硅氧烷。可水解硅烷或硅氧烷有两个功能。其一是变成涂层的一部分并使其具有耐气候和耐磨性。另一功能是干燥溶剂。一般说来，烃溶剂可含50-200ppm的水。其它溶剂的含水量可以高得多。例如，含200ppm水的溶剂将有足够的水去部分水解0.5％(重量)浓度的全氟烷基烷基硅烷，可完全水解的硅烷或硅氧烷在加全氟烷基烷基硅烷以前能够消除或减少溶剂的含水量。不然，部分水解的全氟烷基烷基硅烷可能得到不足的涂层沉积或极差的耐久性。优选的全氟烷基烷基硅烷的通式为RmR’nSiX4－m－n，其中的R是全氟烷基烷基基团，m一般是1，n一般是0或1，(m＋n)＜4；R’是乙烯基或烷基，优选甲基、乙基、乙烯基或丙基；X最好是诸如卤素、酰氧基和/或烷氧基的基团。优选全氟烷基烷基中的全氟烷基部分为CF3-C30F61，优选C6F13-C18F37，特别是C8F17-C12F25；其烷基部分最好是乙基。R’最好是甲基或乙基。优选的X包括可水解的氯、溴、碘、甲氧基、乙氧基和乙酰氧基。本专利技术的优选的全氟烷基烷基硅烷包括全氟烷基乙基三氯硅烷、全氟烷基乙基三甲氧基硅烷、全氟烷基乙基三乙酰氧基硅烷、全氟烷基乙基二氯(甲基)硅烷和全氟烷基乙基二乙氧基(甲基)硅烷。这些优选的全氟烷基乙基硅烷似乎与基体表面的结合点在分子基础上进行反应，全氟烷基乙基硅烷的强表面结合力产生了与水滴呈现高接触角的耐久性基体表面，说明了其高防水性。适合的溶剂包括己烷、庚烷、矿油精、丙酮、甲苯和石脑油，优选的溶剂是烷烃或卤代烃溶剂，诸如三氯三氟乙烷、二氯甲烷，和全氟化的有机化合物，诸如全氟化碳。硅烷浓度约为0.005-50％，优选约0.05-5％。溶剂可就在环境温度下在空气中干燥而蒸发，或者最好可用擦拭法除去过剩的溶液。硅烷也可进行交联以形成更耐久的涂层。固化最好用加热硅烷处理的表面来完成。一般，固化温度至少为150°F(约66℃)是优选的，特别200°F以上(约93℃)。适合的约200°F(93℃)下的固化周期为约30分钟。较高的温度和较短的加热时间可能更有效。在400-500°F(约204-260℃)下2-5分钟的固化周期可以是优选的，特别是在约470°F(约243℃)下约3分钟。在硅烷组合物中也可包括一氟化烯烃调聚物，如USP5,308,705所述，其通式最好是CmF2m＋1CH＝CH2，其中m是1-30，优选1-16，更优选4-10。另外，基体表面还可以与蒸气形式的全氟烷基烷基硅烷接触。所说的接触角是用停滴法测定的，使用Lord Manufacturing，Inc.制造的改良的俘泡指示器，装有Gaertner Scientific Goniometer光学部件，被测表面置于水平位置，面朝上，置于光源前。将一滴水置于表面上、光源前，这样能看到静止的水滴的轮廓，用装有圆形分度规校准的测角仪伸缩镜头测定接触角。气候室包括克利夫兰凝聚宝(CCC)和QUV测试器(The Q-Panel Co.产品，Cleveland，OH)。CCC是在室内环境中140°F(60℃)的蒸气温度下工作的，其结果是在试验表面上有恒定的水凝聚。QUV测试器使用黑板温度65-70℃下8小时UV(B313或FS40紫外灯)周期和50℃下4小时凝聚湿度。从下面的具体实施例的叙述，本专利技术将会得到进一步的了解。实施例I将1克四氯硅烷和1克全氟烷基烷基硅烷在40克三氯三氟乙烷(氟里昂RTF溶剂，DuPont公司产品)中混合制备溶液。全氟烷基烷基硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基体上生产防水表面的组合物，该组合物包括全氟烷基烷基硅烷和一选自硅烷和硅氧烷的可完全水解成硅胶的化合物形成的混合物，所说的全氟烷基烷基硅烷是选自具有通式的化合物，式中Ｒ为全氟烷基烷基基团，Ｒ’是乙烯基或烷基，ｍ为１、２或３，ｎ为０、１或２，ｍ＋ｎ＜４，Ｘ选自卤素和酰氧基。２．权利要求１的组合物，其中所说的全氟烷基烷基的全氟烷基。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GB伍德温，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]