亲水性大分子有机硅氧烷化合物和处理剂制造技术

本发明专利技术提供了一种通式(I)所示的大分子有机硅氧烷化合物以及将该化合物作为主要成膜物质的亲水性表面处理剂。该化合物的特征结构为在直链有机硅聚合物的侧链中引入了可水解基团以及亲水性基团，当将该化合物涂敷于被处理物表面时，该化合物中的水解基团水解后可与被涂敷物表面的羟基在室温或加热条件下化学交联固化，使得被涂敷物表面带有强的亲水性能。由于处理剂与被涂敷物表面是通过化学键链接且聚合物主链为聚硅氧烷，所以被涂敷物表面获得的亲水性涂层具有长效性，同时由于聚硅氧烷等有机硅链段以及长链烷基链段的存在，提高了该化合物本身与溶剂的相容性，扩大了其使用范围。范围。范围。

【技术实现步骤摘要】
亲水性大分子有机硅氧烷化合物和处理剂


[0001]本专利技术属于有机硅材料
，具体而言，涉及一种侧链带有亲水链段的大分子有机硅氧烷化合物以及将该化合物作为主要成膜物质的亲水性表面处理剂。

技术介绍

[0002]利用物理或化学的方法对材料表面进行处理，使得材料表面具有超亲水性或超疏水性，以使得材料获得具有防雾或自清洁能力，是目前材料科学领域的热点之一。
[0003]相对于超疏水表面(水接触角大于150
°
)来说，超亲水表面(水接触角小于5
°
)的获得相对容易，且更具有工业量产的可能。
[0004]目前市场上对材料表面的超亲水处理方法主要有物理或化学腐蚀，涂敷超亲水涂层以及对材料表面进行化学接枝改性等。其中，腐蚀或涂敷亲水涂层是通过吸附力或范德华力链接的物理改性方法，其长期稳定性不佳。相比之下，化学改性由于处理剂与材料表面是通过化学键连接，使得处理剂在材料表面的附着更加长效，在需要长期使用稳定性的应用方面，化学改性具有明显优势。
[0005]目前市场上应用于材料表面化学改性的处理剂以小分子处理剂为主，小分子处理剂成膜性较差，使用时往往需要配合成膜性好的聚合物一起使用，限制了其应用范围。
[0006]能够独立成膜的大分子表面处理剂较少。如CN111263765A公开了一种含有亲油性基团的有机硅烷化合物，通过在分子内具有亲油性的末端基，从而在皮脂附着时能够使皮脂在基材上润湿铺展，另外，通过含有亚苯基，从而能够使固化被膜表面的折射率接近皮脂的折射率(约1.5)，由此，采用含有该有机硅烷化合物的表面处理剂处理的物品表面的指纹低可视性优异。CN101508754B公开了一种用于绢云母表面改性的大分子表面改性剂，将绢云母粉体用于橡胶改性，制备橡胶/绢云母复合材料，以提高橡胶的机械强度、电绝缘性，所要解决的技术问题是遴选大分子表面改性剂并对矿物绢云母粉体表面进行包覆改性。然而，现有的能够独立成膜的大分子表面处理剂在材料表面的长效防雾或自清洁方面仍不能满足需求。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术的目的在于开发一种具有独立成膜性能且可通过化学键与材料表面化学交联后，使得材料表面获得长效防雾或自清洁能力的大分子亲水性表面处理剂。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种通式(I)所示的大分子有机硅氧烷化合物，
[0009][0010]其中，下标a为1
‑
100的整数，下标b为0
‑
100的整数，下标c为1
‑
100的整数；
[0011]X为C2‑
10
二价烷基；
[0012]每个R1独立地选自氢原子、C1‑
30
烷基、C6‑
30
芳基或C7‑
30
芳烷基；
[0013]每个R2独立地选自氢原子或C1‑4烷基；
[0014]每个R3独立地选自C1‑
18
烷基或通式(II)所示的结构：
[0015][0016]其中，每个R
31
独立地选自氢原子或C1‑
10
烷基，每个R
32
独立地选自氢原子或C1‑
10
烷基，d为0
‑
10的整数；
[0017]R4为具有亲水基团的有机链段，所述有机链段选自分子量在50至3500之间的非离子链段、阳离子链段、阴离子链段中的一种或多种。
[0018]在本专利技术的一些实施方案中，R4具有通式(III)所示的结构：
[0019][0020]其中，m为1
‑
60的整数，n为0
‑
40的整数，Y选自氢原子、C1‑8烷基、磷酸、磷酸盐或酯、硫酸、硫酸盐或酯、磺酸、磺酸盐或酯，羧酸，羧酸盐或酯中的一种或多种。
[0021]根据本专利技术提供的大分子有机硅氧烷化合物，其中，所述有机硅氧烷化合物重均分子量可以为8000～60000。
[0022]本专利技术对所述大分子有机硅氧烷化合物的制备方法没有特别限定，可以采用本领域公知的合成工艺制备所述大分子有机硅氧烷化合物。
[0023]例如，在一种具体地实施方案中，所述大分子有机硅氧烷化合物的制备方法包括以下步骤：
[0024]将含氢硅油、不饱和三烷氧基硅烷和含烯基聚醚或含烯基聚醚盐投入到反应釜中，加入异丙醇后，通入氮气，开启搅拌，加入卡斯特催化剂在105～115℃下进行硅氢加成反应，反应2～4h，得到产物。
[0025]优选地，所述不饱和三烷氧基硅烷和含烯基聚醚或含烯基聚醚盐之间的摩尔比为1:(0.2～1.5)。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种亲水性处理剂，其包含作为主要成膜物质的本专利技术所述的有机硅氧烷化合物中的至少一种和/或其部分缩合物。
[0027]本专利技术提供的亲水性处理剂可单独使用一种所述有机硅氧烷化合物，也可将两种或两种以上所述有机硅氧烷化合物组合使用，另外，还可包含使该有机硅氧烷化合物的水解性基团全部或部分水解后生成的羟基部分缩合而得到的部分缩合物。
[0028]根据本专利技术提供的亲水性处理剂，其中，该亲水性处理剂还可以包含适当的溶剂。其中，相对于1重量份的所述有机硅氧烷化合物，所述溶剂的量为0.2～1000重量份，优选为1～200重量份。本专利技术中所述的溶剂为本领域技术人员所悉知的常用有机或无机溶剂，本专利技术不做特别规定。例如，所述溶剂可以为醇(如丙二醇单甲基醚、丁醇、异丙醇等)、醚(如二丁基醚、乙醚、四氢呋喃等)、烃(石油精、甲苯、二甲苯等)、酮(丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮等)中的一种或多种。
[0029]在一些实施方案中，所述亲水性处理剂中还可以添加水解缩合催化剂，例如有机锡化合物(如二甲氧基二丁基锡、二月桂酸二丁基锡等)、有机钛化合物(如钛酸四正丁酯等)、有机酸(如醋酸、甲磺酸等)、无机酸(如盐酸、硫酸、磷酸等)中的一种或多种。其中，相对于1重量份的所述有机硅氧烷化合物，所述水解缩合催化剂的添加量可以为0.01～1.5重量份，优选为0.2～1重量份。
[0030]本专利技术的亲水性处理剂中还可包含本领域常用的表面活性剂，以帮助该处理剂在材料表面更好的铺展。
[0031]本专利技术的亲水性处理剂可以采用滚涂、淋涂、浸渍、喷涂、印刷、蒸镀处理等公知的方法施加于被涂敷物表面。将本专利技术所述亲水性处理剂施加于被涂敷物表面后，可以在25～200℃下固化2分钟至48小时。固化后的处理剂干膜厚度可以为0.05～20微米，优选为0.05～10微米，更优选为0.05～1微米。
[0032]在本专利技术的各种实施方案中，施用本专利技术的亲水性处理剂并固化后的被涂敷物表面的水接触角小于35
°
，优选小于25
°
，更优选小于5
°
。水接触角的降低表明材料表面防雾和自清洁的性能提高。例如，在一种具体的实施方案中，本专利技术的亲水性处理剂固化后形成的处理剂干膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通式(I)所示的大分子有机硅氧烷化合物，其中，下标a为1
‑
100的整数，下标b为0
‑
100的整数，下标c为1
‑
100的整数；X为C2‑
10
二价烷基；每个R1独立地选自氢原子、C1‑
30
烷基、C6‑
30
芳基或C7‑
30
芳烷基；每个R2独立地选自氢原子或C1‑4烷基；每个R3独立地选自C1‑
18
烷基或通式(II)所示的结构：其中，每个R
31
独立地选自氢原子或C1‑
10
烷基，每个R
32
独立地选自氢原子或C1‑
10
烷基，d为0
‑
10的整数；R4为具有亲水基团的有机链段，所述有机链段选自分子量在50至3500之间的非离子链段、阳离子链段、阴离子链段中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的大分子有机硅氧烷化合物，其中，R4为具有亲水性聚醚链段的有机链段，优选为单端官能化的亲水性聚醚链段。3.根据权利要求1或2所述的大分子有机硅氧烷化合物，其中，R4具有通式(III)所示的结构：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东明，李信成，李荣银，陈楚宏，
申请(专利权)人：广州硅碳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：