反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物、其形成工艺和使用其的组合物制造技术

本文中显示和描述了反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物、其制造方法、和包括其的组合物。所述反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物衍生自可水解的氟烷基官能硅烷。包括反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物的涂料组合物可用于在基底上形成涂层或膜并且赋予疏水和/或疏油性质。与所述可水解的氟烷基官能硅烷相比，所述反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物更疏水和疏油并且显示出更好的耐化学性。水和疏油并且显示出更好的耐化学性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物、其形成工艺和使用其的组合物
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年10月18日提交的、题为“反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物、其形成工艺和使用其的组合物(Reactive Poly(Fluoroalkyl
‑
Functional Siloxane)Oligomers,Process for Forming the Same,and Compositions Using the Same)”的美国临时申请62/923,022的优先权和权益，将其公开内容完全引入本文作为参考。

技术实现思路

[0003]本专利技术涉及衍生自可水解的氟烷基官能硅烷的低聚物、包括此类低聚物的组合物、用于制造此类组合物的工艺、和由此类组合物形成的涂层(涂料，coating)。具体地，本专利技术涉及由将可水解的氟烷基官能硅烷部分地水解和缩合而形成的低聚物、包括此类低聚物的组合物、用于制造此类低聚物的工艺、和由此类低聚物的组合物形成的涂层。

技术介绍

[0004]在许多应用和环境中，可期望赋予表面以疏水和疏油性质以提供水和油排斥性的或者水和油耐受性的表面。疏水和疏油性质可通过将表面用具有疏水和疏油性质的涂层或膜涂覆而实现。当沉积到表面上时，氟烷基官能化合物赋予低表面能性质。
[0005]Z.Chu等人，“Superamphiphobic Surfaces”，Chem.Soc.Rev.2014,43,2784已经研究了通过将涂料旋涂在已经被粗糙化的表面上而沉积氟烷基官能烷氧基硅烷或氟烷基官能氯硅烷。然而，为了实现超双疏性质，必须将表面通过用纳米颗粒功能化、蚀刻(包括酸蚀刻、碱蚀刻或电化学蚀刻)而预先粗糙化。该两步工艺是劳动力密集型的并且经常需要采用昂贵的成分和设备。
[0006]Park,W等人在韩国专利887,573中描述了用于处理玻璃表面的含有具有1
‑
7个重复单元的线型氟烷基官能硅烷醇低聚物的斥水性涂料。所述氟烷基官能硅烷醇低聚物是通过如下制备的：将氟烷基官能硅烷在过量水中和在溶剂中水解以制备线型、低分子量的羟基封端的和悬垂型的硅氧烷二聚体和低聚物。这些组分缺少支化，并且因此不易在玻璃表面上形成交联的三维膜。
[0007]Kazuyuki Matsumura等人的美国专利5,739,369也描述了水溶性表面处理剂。这些试剂是含有氟化聚(氧基亚烷基)官能硅氧基、氨基官能硅氧基和烷基官能硅氧基基团的重复单元的三元共聚物。所述氟化聚(氧基亚烷基)官能硅氧基中的氧原子和所述氨基官能硅氧基的氨基基团使得所述试剂能够溶解于水中，但是由于这些杂原子的存在也使该材料不太疏水和不太疏油。
[0008]日本专利3598520B2中描述了斥水性涂料，其中由重量比为0.1:99.9对10:90的氟烷基官能硅烷和四烷氧基硅烷制备的共聚物溶解于有机溶剂中。水解的四烷氧基硅烷组分提供了富含硅烷醇的表面。硅烷醇是亲水的，从而提高了所涂覆表面的表面能和降低了所涂覆表面的疏水和疏油性质。
[0009]R.W.Avery在美国专利6,300,379中公开了3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8
‑
十三氟辛基三乙氧基硅烷的乳液。这些乳液含有表面润湿剂、表面活性剂，其可降低经处理表面的疏水性质和抑制表面的甲硅烷基化。
[0010]T.S.Haddad在美国专利9,790,377中公开了氟化多面体低聚硅倍半氧烷。将这些低聚硅倍半氧烷旋涂到惰性表面上以赋予该惰性表面以疏水和疏油性质。这些低聚硅倍半氧烷不含有能够与表面形成共价键的反应性基团。缺少将疏水性和疏油性试剂共价键合至表面可导致在老化、尤其是在腐蚀性环境中老化(包括在潮湿地区中风化)时失去疏水和疏油性质。
[0011]仍然需要提供能够在反应性表面上形成如下耐久性膜的试剂、和包括所述试剂的涂料：其呈现出改善的疏水和/或疏油性质和耐化学性，即使在暴露于腐蚀性环境之后也是如此。
技术实现思路

[0012][0013]下文呈现了本公开内容的概要以提供一些方面的基本理解。该概要既不旨在确定重要或关键要素，也不旨在限定实施方式或权利要求的任何限制。此外，该概要可提供可在本公开内容的其它部分中更详细地描述的一些方面的简化概述。
[0014]在一个方面中，提供反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物。所述低聚物包括反应性SiX基团，其中各X独立地为羟基基团或可水解基团。
[0015]在本专利技术的另一方面中，提供聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其具有通式(I)：
[0016]T
1a
T
2b
T
3c
ꢀꢀꢀꢀ
(I)
[0017]其中
[0018]T1独立地为R
F
‑
Q
‑
SiX2O
1/2
；
[0019]T2独立地为R
F
‑
Q
‑
SiXO
2/2
；
[0020]T3独立地为R
F
‑
Q
‑
SiO
3/2
；
[0021]各R
F
独立地为C
n
F
(2n+1)
基团，其中n为1
‑
16；
[0022]各Q独立地为含有1
‑
6个碳原子的二价线型或支化亚烷基基团、或者含有1
‑
6个碳原子和形成醚基团的氧原子或者形成酰氨基亚烷基基团的氧代基团和氨基基团的二价线型或支化亚烷基基团；
[0023]各X独立地为羟基基团或可水解基团；和
[0024]其中a为0
‑
12的整数，b为1
‑
10的整数，并且c为1
‑
10的整数，条件是
[0025](i)T1、T2、或T3单元中与一个硅原子键合的半个氧原子和T1、T2、或T3单元中与一个不同硅原子键合的半个氧原子配对以形成Si
‑
O
‑
Si键；和
[0026](ii)a+b+c之和为5
‑
32。
[0027]在一个实施方式中，T1、T2、和T3中的各R
F
独立地选自CF3‑
、CF3(CF2)2‑
、CF3(CF2)3‑
、CF3(CF2)4‑
、CF3(CF2)5‑
、CF3(CF2)6‑
和CF3(CF2)7‑
。
[0028]在一个实施方式中，T1、T2、和T3中的各X独立地选自羟基基团或含有1
‑
6个碳原子的烷氧基基团。
[0029]在一个实施方式中，T1、T2、和T3中的各Q独立地选自
‑
(CH2)2‑
、
‑
CH2CH(CH3)
‑
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其具有通式(I)：T
1a
T
2b
T
3c
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(I)其中T1独立地为R
F
‑
Q
‑
SiX2O
1/2
；T2独立地为R
F
‑
Q
‑
SiXO
2/2
；T3独立地为R
F
‑
Q
‑
SiO
3/2
；各R
F
独立地为C
n
F
(2n+1)
基团，其中n为1
‑
16；各Q独立地为含有1
‑
6个碳原子的二价线型或支化亚烷基基团、或者含有1
‑
6个碳原子和形成醚基团的氧原子或者形成酰氨基亚烷基基团的氧代基团和氨基基团的二价线型或支化亚烷基基团；各X独立地为羟基基团或可水解基团；和其中a为0
‑
12的整数，b为1
‑
10的整数，并且c为1
‑
10的整数，条件是(i)T1、T2、或T3单元中与一个硅原子键合的半个氧原子和T1、T2、或T3单元中与一个不同硅原子键合的半个氧原子配对以形成Si
‑
O
‑
Si键；和(ii)a+b+c之和为5
‑
32。2.根据权利要求1所述的反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中T1、T2、和T3中的各R
F
独立地选自CF3‑
、CF3(CF2)2‑
、CF3(CF2)3‑
、CF3(CF2)4‑
、CF3(CF2)5‑
、CF3(CF2)6‑
和CF3(CF2)7‑
。3.根据权利要求1或2所述的反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中T1、T2、和T3中的各X独立地选自羟基基团或含有1
‑
6个碳原子的烷氧基基团。4.根据权利要求1所述的反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中T1、T2、和T3中的各Q独立地选自
‑
(CH2)2‑
、
‑
CH2CH(CH3)
‑
、
‑
(CH2)3‑
或
‑
(CH2)4‑
。5.根据权利要求1所述的反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中所述低聚物为具有式(I)的支化的聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中a等于2+c，b为1
‑
10，并且c为1
‑
10。6.根据权利要求5所述的反应性聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中所述支化的聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物具有通式(II)：其中各R
F
独立地为C
n
F
(2n+1)
基团，其中n为1
‑
16；各Q独立地为含有1
‑
6个碳原子的二价线型或支化亚烷基基团；
各X独立地为羟基基团或含有1
‑
6个碳原子的烷氧基基团；和d为1
‑
10的整数，各e独立地为0
‑
2的整数，并且f为1
‑
10的整数，条件是[Si(QR
F
)XO
‑
]重复单元的数量为1
‑
10。7.根据权利要求6所述的支化的聚(氟烷基官能硅氧烷)低聚物，其中所述低聚物具有下式：X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
]Si(QR
F
)X2，其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基并且各X为甲氧基；X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
]2[Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
]Si(QR
F
)X2；其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基并且各X为甲氧基；X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
][SiX(QR
F
)O
‑
]Si(QR
F
)X2；其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基并且各X为甲氧基；X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
]Si(QR
F
)X2，其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟丙基并且各X为乙氧基；X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
]Si(QR
F
)X2，其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟己基并且各X为甲氧基；X2Si(QR
F
)O
‑
[SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
]2[SiX(QR
F
)O
‑
]Si(QR
F
)X2；其中各QR
F
为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基并且各X为甲氧基；或X2Si(QR
F
)O
‑
[Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑
][SiX(QR
F
)O
‑
][Si(QR
F
)(OSi(QR
F
)X2)O
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：H沈，A查维斯，M乌斯克，AH麦金斯特里，
申请(专利权)人：迈图高新材料公司，
类型：发明
国别省市：