CN102232090A - Ab双嵌段共聚物和使用它们的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及AB嵌段共聚物组合物作为表面涂层的用途,其中该组合物包含(a)AB嵌段共聚物;和(b)液体介质,并且其中所述AB嵌段共聚物包含:(a)基本上疏水性的嵌段A,和(b)基本上亲水性的嵌段B,其中所述疏水性嵌段A包含一种或多种式A的单体,其中R为H或C1至C4烷基;Z为O,P或N;并且R’选自包括以下各项的组:C1至C18直链或非直链烷基;C1至C18烷基氨基烷基;C1至C18烷氧基烷基;C1至C18二羟基烷基;C1至C18甲硅烷基烷基;环氧烷基,磷酰基或磷酰基烷基;苯乙烯类单体;膦酸乙烯酯或磷酸单体;并且其中所述液体介质包含:(i)水;(ii)有机溶剂;(iii)基本上不含水的有机溶剂;或(iv)有机溶剂和水;并且其中:所述液体介质还任选地包含一种或多种添加剂,表面活性剂或润湿剂。
Figure DPA00001380857200011

Description

AB双嵌段共聚物和使用它们的用途
本发明涉及AB双嵌段共聚物及其组合物作为表面处理的用途。更具体地,本发明涉及AB双嵌段共聚物及其组合物在适合的介质中自组装成聚集体结构的新用途,并且涉及适用于使用该AB双嵌段共聚物及其组合物制备表面处理的方法,所述方法提供与易清洁表面处理相关的功能优点,如除污,无污点精整和防雾性能。另外,使用根据本发明的AB双嵌段共聚物处理表面提供附加优点,如抗细菌或抗真菌性能。
发明背景
表面的可控润湿具有许多潜在的用途,如布和织物,混凝土或涂料,窗户和挡风玻璃的防水。另外,可控固液界面性质可以具有产生在诸如泳装,潜水服,船只和船舶,以及微流体装置的领域中使用的低摩擦表面方面的优点。
在“易清洁”表面/涂层领域中的其他用途也是可以的(1,2)。这样的表面通常被设计成通过以下方式促进清洁:使污物的粘附最小和促进防水以使得当水从表面“滚落”时水收集粘附差的脏粒子(3)。通常地,“自清洁表面”如在WO 96/04123中所述的那些称为″荷叶效应″的表面或涂层,并且该技术称为″荷叶效应″技术。这样的“自清洁表面”可以通过不同方式而产生:通过在制备中直接由疏水性聚合物产生表面结构,或通过在制备后产生表面结构(具体地通过印刻或蚀刻,或通过由疏水性聚合物构成的聚合物对表面的粘附)。
在本发明中,术语自清洁,易清洁和保持清洁具有特定的含义。
术语自清洁表面处理或涂层可以用来描述两种可能的情形:
第一个定义涉及通过从处理表面滚落的水滴促进在表面上的灰尘和/或污物移除的自清洁表面处理或涂层。
第二个定义涉及能够使存在于表面上的灰尘和/或污物降解的自清洁表面处理或涂层,并且通过用水漂洗除去这样产生的残留物。
在上述两种情况下,自清洁处理或涂层不是指排斥灰尘/污物的表面;上述两种情形均需要水以从表面除去灰尘和/或污物。
术语‘保持清洁’或‘易清洁’表面处理或涂层都是指排斥灰尘和/或污物的表面。即,防止灰尘和/或污物在处理表面上累积。术语‘保持清洁’也用来指在与水接触后保持光亮的处理表面。因此,‘保持清洁’处理防止水纹和/或水斑点的形成。另外,‘保持清洁’处理或涂层无需要对表面用水来保持清洁和光亮。
基于表面化学性质和表面形貌(6)的控制,各种用于控制表面润湿的方法已经被报道(4,5)。最近,这两种方法的组合已经被使用(3,7)。例如由基本表面润湿理论已知的是,低能表面(具有大于100°的伴随大接触角)趋向于排斥水。结果形成容易从表面滚落的液滴。
美国专利申请公布号2002/0048679(和相关的欧洲专利申请号EP1018531)描述了水容易从其上流下的表面,这样的表面必须是非常亲水或疏水的。亲水性表面具有低的水接触角,这引起水在表面上的快速分布,并且最终使水从所得膜的表面快速流下。相反,疏水性表面通过大的水接触角而形成大的液滴。这些液滴可以从倾斜表面快速滚落。
许多材料已知能够产生防水性。通常,该材料拥有很低的介电常数并且是未带电的有机物。在这些中有这样的材料如卤代有机聚合物,例如,聚四氟乙烯(PTFE)及其衍生物(8)。一种用于产生这样的表面的方法是在感兴趣的表面上直接涂敷具有适合的特性例如外观、耐久性、粘附性和用途要求的新材料的薄层。这样的表面涂层或表面处理应容易和均匀地涂敷;在合理量的时间和工艺限制因素以内建立;具有关于它们的合成和应用的最小环境影响;耐受环境侵袭的影响;和提供良好的经济价值。
迄今这种材料的主要问题包括:
(a)确定最佳方法以将材料沉积在感兴趣的表面上,因为该材料通常可溶于有限数量的有机溶剂中。一种可能性是例如,旋涂方法。但是,该方法通常需要溶剂的自由使用以及相关的成本和环境问题。
(b)当被涂敷并且在‘实际应用’中使用时涂层的耐久性存在问题。涂层由于磨损和严酷的外部条件的影响而受损,这可能损害它们的效率。例如,重新涂敷不仅可能是困难的,而且是昂贵的,并且仍然遇到相同的环境问题。
(c)由太阳光引起的光降解效应也可能损害表面完整性且导致重新涂敷的需要。
通过使用过氧化物或偶氮化合物作为引发剂,使在水混溶性有机溶剂的溶液中的单体的快速共聚而制备的无规氟化的共聚物已经被描述(参见,例如,EP 542598,US 1106630和US 2004026053),并且还描述它们对各种基材的疏水性和亲油性。
US 5,324,566描述了用于产生防水表面的疏水性氟化硅氧烷聚合物的使用。在该专利公开了氟化硅氧烷材料的防水性可以通过在这种材料的表面上形成表面不规则结构而提高。例如,提及的是,表面被改性为具有约0.1微米至可见光波长的高度的不规则结构。同样地,US 5,599,489和EP 0933388 A2描述了结构化表面如何包括含氟聚合物或使用烷基氟硅烷处理。
US 2002/0048679描述了具有光滑的高度疏水性聚合物膜(例如,聚四氟乙烯)的表面,以及具有光滑的高度亲水性的聚合物膜的表面,这些表面作为其中水和污物流下而不形成液滴的实例。US 2002/0048679进一步描述了‘长时间’疏水性涂料可以如何通过在表面上的疏水性涂料下面涂敷某些硅烷衍生物而形成。其它自清洁表面描述于US 2002/0150723,US2002/0150724,US 2002/0150725,US 2002/0150726,US 2003/0013795和US 2003/0147932。
US 3,354,022公开了具有凸部和凹部的粗糙微结构以及基于含氟聚合物的疏水性材料的防水表面。根据一个实施方案,可以通过用悬浮液涂布基材而对陶瓷、砖或玻璃涂敷具有自清洁效果的表面,所述悬浮液包含玻璃珠(直径为3至12微米)和氟烷蜡的悬浮液,该氟烷蜡是乙氧基甲基丙烯酸氟烷基酯聚合物。不幸地,这样的涂层存在的缺点在于,它们具有低的耐磨性和仅仅中等的自清洁效果。
被设计成产生强疏水性表面的表面涂层的进一步发展包括:使用共聚物,聚合物共混物以及聚合物与纳米粒子的混合物(如二氧化钛,如US6800354,US 7112621B2,US 7196043和DE 10016485.4中所述)。例如,使用可以提供高达120°的接触角的氟烷聚合物产生涂敷表面。还将二氧化钛(TiO2)用于这些氟化的表面。已知的是,在UV辐照下,TiO2是光活性的,并且由于水的水解效果可以产生超润湿性(9)。然而,在(氟烷基)硅烷存在下添加TiO2不影响整体材料的疏水性;即,改性的(氟烷基)硅烷保持疏水性。因此,尽管产生自清洁材料,但是由于体系的疏水性,水能够从处理表面漂洗掉任何污物,但是水将在材料的表面上留下水印,从而不能产生既清洁又没有水印的体系。
使用纳米粒子制备这样的表面遇到若干缺点,包括,使用有机溶剂(US 3,354,022)和使用后续加热处理(US 6800354)。因此,需要一种简易的方法,该方法包括产生用水“易清洁”并且光学透明的表面(这样的表面不一定必须是疏水性的,而且也可以是亲水性的,如US 2002/0048679中所述)的水性体系。
近来还已经证明的是,对表面润湿的控制可以通过制备具有充分可控的微尺寸粗糙度的表面来改善(10)。这些粗糙表面特征有助于通过物理方法产生‘超疏水性’基材,所述物理方法包括捕获空气并且减小水滴和表面之间的接触面积。基本的下表面本身应当是疏水性的,并且当与粗糙效应结合时,它导致接触角大于150°的表面,这样的表面是非常疏水的。但是,这样的表面难以制备,它们通常是非常短暂的(fragile),并且容易受损,并且微米级特征可能引起光的衍射效应,因此对于涉及玻璃的应用中的使用可能有问题。
尽管存在上述难题,但是在市场上开始出现基于这样的技术的产品(或其衍生物)。对于其中利用无规的粗糙度来克服衍射问题的“自清洁”玻璃表面尤其是这样。但是,仍然不清楚这些表面随时间的有效性如何。
除具有“易清洁”表面以外,对于该表面还适宜的是,具有美观的光洁度(finish),例如,无污点,无条纹,或持续相当长的时间(例如数周至数月)的发亮光洁度。目前在市场上有大量蜡和其它产品尝试提供无污点光洁度。典型地,这些产品被设计成通过疏水性改变表面使得雨水和自来水在处理表面上‘成珠’。然而,非常显然的是,水在这样的表面上的珠粒化可能实际上增加水污点的形成,因为当水珠干燥时水珠将在表面上留下沉积物。而且,在市场上可获得的产品通常需要在使用后水漂洗。典型地,当水在表面上干燥时,留下了水印,污迹,条纹或污点。这些水印可能是由于水从表面蒸发而留下矿物的沉积物,这些沉积物以在水中的溶解固体形式存在(例如钙,镁,钠离子及其盐)或可能是由于水携带的泥土的沉积物,乃至来自清洁产品的残留物(例如皂渣)。这种问题通常由于一些在清洁过程中改变表面的清洁组合物而进一步加剧,因而在漂洗后,水在表面上形成离散的水滴或水珠,而不是排掉。这些水滴或水珠干燥而留下显著的污点或称为水印的痕迹。已知的解决该问题的方法是在水印形成之前使用布或软皮从表面除去水滴。然而,该干燥过程(即擦拭洗涤和漂洗表面)是耗时的,并且在整个洗涤/清洁过程中需要相当大的身体上的努力。此外,到表面的通路可能是一个问题,因此擦拭表面不是一个可行的选择。
US 5759980(Blue Coral)描述了用于消除汽车上的水印问题的组合物。这里所述的清洁组合物包含:表面活性剂试剂包,其包含氟表面活性剂或硅氧烷表面活性剂及其混合物;和大量的聚合物,其能够结合至表面以使其变得亲水。
DE-A-2161591也描述了用于清洁汽车的组合物,其中表面通过涂敷含氨基共聚物如聚合乙烯亚胺、聚合丙烯酸二甲基氨基乙酯或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯或混合聚合产物而变得亲水。
但是,据认为,在这些文件中所述的聚合物可以在将产物从表面漂洗掉的过程中从表面移除。因此,所声称的由所描述的组合物提供的表面亲水性也可以在第一次漂洗后从表面移除。
US 6846512 B2(Procter和Gamble)也描述了一种用于清洁和/或处理表面并且特别是交通工具外表面的体系和方法,然而该方法需要将非光活性的纳米粒子涂料组合物涂敷至表面上。这样的非光活性的纳米粒子可以是无机纳米粒子(氧化物,硅酸盐,碳酸盐,氢氧化物,层状粘土矿物和无机金属氧化物)。
因此,需要这样的处理,其通过确保除排斥灰尘和污物以外,还防止水污点和/或条纹而使表面具有“易清洁”性,即使表面一旦被漂洗也不用用手擦拭来移除残留水。
尽管许多基于聚合物在有机溶剂中的溶液的商业化表面涂层通过滴落流延或旋涂而制备,但是近来已经讨论了基于聚合物膜的化学接枝的备选方案。使用这种方法,制备了由聚合物的密集刷状膜构成的涂层,所述膜通过化学方式附着至表面。在此详述的聚合物可以具有产生所需的润湿特性的可控化学性质。此外,对合成聚合物化学家可用的固有的化学物种是指:这样的层可以制备成具有许多种物理性质,以及包括刺激响应表面的机会。
刺激响应聚合物(11)是能够响应它们的环境的小变化以及相应的特定物理性质的大变化的聚合物。典型的刺激包括:温度,pH,离子强度,光场,电场和磁场。一些聚合物响应这些刺激中的两种以上的组合。对于涂层或表面处理,刺激响应聚合物具有在其中需要如粘附、润滑和润湿之类性质的可控变化的各种应用中使用的潜力。
GB专利申请号PCT/GB2007/004762描述了新型的AB嵌段共聚物,其包含氟化和非氟化的部分。但是,使用氟化化合物可能导致制备水基处理的难题。另外,存在使用如下所述的这些化合物和它们的制剂的环境影响的问题。
首先,一些商业化产品中,氟化化合物的使用具有与应用相关的环境问题。公众非常担心氟化化合物的使用,并且这可能对使用这些材料的产品的外观具有有害的影响。因此,需要使用更加环境友好的备选表面处理组合物。
其次,通常地,环境问题是指,适宜的是具有水基制剂,或具有很低挥发性的有机组分的制剂。由于可能有时由于氟化材料在水中的低溶解性而难以在水性制剂中使用这些化合物,因此使用非氟化材料提供更多的配方选择。
另外,重要的是,许多可用的非氟化单体是指可以通过不同单体的使用而有效地微调“溶解性”。相比之下,可用的“氟化聚合物”的数量仅限于几种可商购的单体。因此,可以使用非氟化共聚物来提供改进的制剂。
易清洁表面处理必须涂敷在各种基材上。因此,材料与不同的基材的相容性也是一个关键的参数。非氟化的,特别是烷基材料提供更多种表面能,因此,提供“调节”效果的寿命的能力,这对于不同的应用是需要的。例如,建筑产品用途可能需要高达10年的寿命,而在家庭护理用途中,1至4周可能是适宜的。因此,需要具有提供调节这些特性的更好的能力的改进配方。这通过在现有技术中所述的氟化材料是得不到的。
因此,本发明的一个目的是提供一种新型组合物,其在需要或不需要有机溶剂的情况下可以沉积到基材表面上,并且克服了现有组合物在原材料成本、制备成本、环境问题和水基体系中的配方方面的缺陷。
本发明的又一个目的是提供一种促进表面上的可变润湿性能,或换言之,提供“易清洁”表面的新型表面处理,这意味着最终使用者会观察到在表面上的可确定的清洁益处(″更容易清洁″,″更清洁-更长久″,“保持清洁”等)。
本发明的再一个目的是提供新型的组合物,其能够证明对于不同的应用领域适宜的可变效果寿命。
本发明的又一个目的是提供新型的组合物,其能够证明显示出改进的和均匀的水铺展(water sheeting)的耐久的亲水性效果,并且还能够提供均匀干燥的快速干燥表面。
本发明的表面处理既是易清洁处理,又是保持清洁处理(均基于在前面定义的定义),其在与备选的疏水性表面以及与自清洁窗户(后者在例如干燥条件下不起作用)相比时具有显著的优势。在本发明中,当表面湿润时,优异的润湿导致很薄并且连续的水膜。当液体干燥时,水中的任何矿物(例如石灰)以极薄层均匀地铺展在表面上,这提供了无污点光洁度的外观。另外,因为水层如此薄,因此它促进了快速干燥时间,从而有助于无污点光洁度的形成。
因此,根据本发明的第一方面,提供AB嵌段共聚物组合物作为表面涂料的用途,其中该组合物包含(a)AB嵌段共聚物;和(b)液体介质,并且其中所述AB嵌段共聚物包含:
(a)基本上疏水性的嵌段A,和
(b)基本上亲水性的嵌段B,其中
所述疏水性嵌段A包含一种或多种式A的单体
Figure BPA00001380857500081
其中R为H或C1至C4烷基;Z为O,P或N;并且
R’选自包括以下各项的组:C1至C18直链或非直链烷基;C1至C18烷基氨基烷基;C1至C18烷氧基烷基;C1至C18二羟基烷基;C1至C18甲硅烷基烷基;环氧烷基,磷酰基或磷酰基烷基;苯乙烯类单体;膦酸乙烯酯或磷酸单体;并且其中
所述液体介质包含:
(i)水;
(ii)有机溶剂;
(iii)基本上不含水的有机溶剂;或
(iv)有机溶剂和水;并且其中:
所述液体介质还任选地包含一种或多种添加剂,表面活性剂或润湿剂。
在根据本发明使用的AB嵌段共聚物组合物中,亲水性嵌段B包含一种或多种式B的单体
Figure BPA00001380857500082
其中R为H或C1至C4烷基;
Z为O,N或P;并且
R’选自包括以下各项的组:H;具有磷酰基、羟基、甲硅烷基、环氧基或胺基侧基的C1至C17烷基。
当疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸类或丙烯酸酯类单体,并且R为H或C1至C4烷基,R’包含式1中的C1至C18直链或非直链烷基时
Figure BPA00001380857500091
n为1至11,更优选为1至5。
当如式2所示疏水性嵌段A包含式A的单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C18烷基氨基烷基时
R1和R2各自独立地为:H;C1至C6烷基;苯基;苄基或环己基并且n为1至17,更优选地,R1和R2各自独立地为C1烷基且n为1至5。
当如式3a或3b所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸类或丙烯酸酯类单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C18烷氧基烷基时,n为1至18,更优选为1至4且x和y各自独立地为0至16,更优选为0至6。
当如式4a或4b所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸类或丙烯酸酯类单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含二羟基烷基时,在式4a和式4b中x和y分别各自独立地为0至17或0至16,更优选x和y在式4a中各自独立地为0至7或在式4b中各自独立地为0至6。
Figure BPA00001380857500102
当如式5a或5b中所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸类或丙烯酸酯类单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C17甲硅烷基烷基时,R1为H或C1至C4烷基,且x和y各自独立地为0至16,更优选为1至6。
当如式6a或6b中所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸类或丙烯酸酯类单体,且R为H或C1至C4烷基,且R’包含环氧烷基时,x和y各自独立地为0至16,更优选为0至6。
Figure BPA00001380857500112
当如式7a和7b所示疏水性嵌段A包含式A的单体,且R为H或C1至C4烷基,且R’包含磷酰基或磷酰基烷基时,R1为H或C1至C6烷基,更优选为H或C1烷基。
Figure BPA00001380857500113
当如式8中所示亲水性嵌段B包含烷基丙烯酸或丙烯酸时,R为H或C1至C4烷基。
Figure BPA00001380857500121
当如式9a,9b,9c和9d中所示,亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有胺基或酰胺基侧基的C1至C17烷基时,n为0至17,且R1,R2,R3和R4各自独立地为H;直链或非直链C1至C6烷基,苯基,苄基或环己基,最优选R1,R2,R3和R4各自独立地为C1至C4烷基,并且X-选自从以下各项中选出的组:Cl,Br,I,1/2SO4,HSO4和CH3SO3,磺酸根,硫酸根,羧酸根(乙酸根,乙醇酸根),氢氧根或磷酸根。
Figure BPA00001380857500122
当如式10a或10b中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有磷酰基或磷酰基烷基侧基的C1至C17烷基时,R1为H或C1至C6烷基,最优选H或C1烷基。
Figure BPA00001380857500131
当如式11a,11b,11c和11d中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基且R’包含具有羟基侧基的C1至C17烷基时,n为1至16。
Figure BPA00001380857500132
当如式12a和12b中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基且R’包含具有甲硅烷基侧基的C1至C17烷基时,x和y各自独立地为0至16并且n为1至6。
Figure BPA00001380857500141
当如式13a和13b中所示亲水性嵌段B包含式B的烷基丙烯酸酯或丙烯酸酯,R为H或C1至C4烷基且R’包含具有环氧基侧基的C1至C17烷基时,x和y各自独立地为0至16并且n为1至17。
Figure BPA00001380857500142
根据本发明,包括AB嵌段共聚物的聚合物由单体构成,并且构成嵌段共聚物AB的每一种聚合物的单体的比率使得疏水性嵌段A和亲水性嵌段B的体积分数导致有机聚集体的形成。另外,疏水性嵌段A和亲水性嵌段B的体积分数导致胶束的形成。
构成嵌段共聚物AB的单体的比率包括:5至100个A单元;和15至300个B单元。
更优选构成嵌段共聚物AB的单体的比率包括:15至50个A单元;以及80至200个B单元。
还更优选地,构成嵌段共聚物AB的单体的比率包括:15至30个单元A;和100至120个B单元。
如上所述,AB嵌段共聚物包含疏水性(“憎水”)嵌段A和第二亲水性(“亲水”)嵌段B。共聚物性质的变化可以通过如下这样得到:改变单体种类(不同的化学物质),共聚物的分子量(处于两种组分嵌段尺寸的固定比),以及构成嵌段的分子量的比率(处于共聚物的固定总分子量)。
重要的是,为了在水性介质中形成胶束(即,由具有两亲性的分子形成的聚集体),不溶的(或在水中难溶的)疏水性嵌段驱动分子的聚集体形成。聚集体的结构取决于共聚物浓度和共聚物分子的精确性质。在本发明中,使用形成处于所用的浓度的球形聚集体的共聚物。
用于胶束聚集体的冠状化学物质应当使得胶束自由地吸附至各个表面上。
基本上疏水性的嵌段A优选包含选自包括以下各项的组中的一种或多种单体:烷基丙烯酸烷基酯,烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯和丙烯酸甲硅烷基酯。更优选地,基本上疏水性的嵌段A包括烷基丙烯酸烷基酯,所述烷基丙烯酸烷基酯选自包括以下各项的组:甲基丙烯酸酯;甲基丙烯酸丁酯(BuMA)和甲基丙烯酸十八烷基酯(ODA)。更优选地,疏水性嵌段A包括一种或多种根据式A的丙烯酸或烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯(alkylaminoalkylacrylate alkylacrylate)单体;其中所述的丙烯酸或烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯单体包括甲基丙烯酸烷基氨基烷基酯或甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEAEMA)。
当嵌段A包括(烷基)丙烯酸甲硅烷基酯单体时,(烷基)丙烯酸甲硅烷基酯单体优选地包括:三烷氧基甲硅烷基,更优选地,三甲氧基甲硅烷基,最优选甲基丙烯酸(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(TMSPMA)和丙烯酸(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(TMSPA)。
当嵌段A包含苯乙烯衍生物时,苯乙烯衍生物优选地包括苯乙烯,甲基苯乙烯或在邻位、间位和/或对位被取代的苯乙烯衍生物。
另外,嵌段A优选由以下各项构成:
丙烯酸酯衍生物的均聚物;
苯乙烯衍生物的均聚物;和
基于A1A2,A1A3,A1A4,A2A4或A3A4的无规,交替,梯度(gradient)或嵌段共聚物,其中A1为丙烯酸烷基酯;A2为丙烯酸烷基氨基酯;A3为丙烯酸甲硅烷基酯;并且A4是苯乙烯衍生物。
大量的化学品可以用于亲水性组分B,其全部必须是水溶性的。这些化学品的实例包括但不限于选自包括以下各项的组中的一种或多种聚合物:
衍生自以下物质的亲水性有机单体,低聚物,预聚物或共聚物:乙烯醇,N-乙烯基吡咯烷酮,N-乙烯基内酰胺,丙烯酰胺,酰胺,苯乙烯磺酸,乙烯基缩丁醛和N-乙烯基吡咯烷酮的组合,甲基丙烯酸,丙烯酸,乙烯基甲基醚,卤化乙烯基吡啶鎓,三聚氰胺,马来酸酐/甲基乙烯基醚,乙烯基吡啶,环氧乙烷,环氧乙烷吖丙啶(ethyleeneoxide ethylene mine),二醇,乙酸乙烯酯,乙酸乙烯酯/巴豆酸,甲基纤维素,乙基纤维素,羧甲基纤维素,羟乙基纤维素,羟丙基纤维素,羟甲基乙基纤维素,羟丙基甲基纤维素,乙酸纤维素,硝酸纤维素,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,乙二醇(甲基)丙烯酸酯类(例如三甘醇(甲基)丙烯酸酯)和(甲基)丙烯酰胺),N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺,和N,N-二羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N,N-二羟乙基(甲基)丙烯酰胺,醚多元醇,聚环氧乙烷,聚环氧丙烷和聚(乙烯基醚),烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯,具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯,或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基;和相关化合物或其组合。
另外,亲水性嵌段B由选自以下各项组成的组中的单体构成:衍生自以下物质的亲水性有机单体,低聚物,预聚物或共聚物:乙烯醇,N-乙烯基吡咯烷酮,N-乙烯基内酰胺,丙烯酰胺,苯乙烯磺酸,乙烯基缩丁醛和N-乙烯基吡咯烷酮的组合,甲基丙烯酸,丙烯酸,乙烯基甲基醚,卤化乙烯基吡啶鎓,乙烯基吡啶,乙酸乙烯酯,乙酸乙烯酯/巴豆酸,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,乙二醇(甲基)丙烯酸酯(例如三甘醇(甲基)丙烯酸酯)和(甲基)丙烯酰胺),N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟乙基(甲基)丙烯酰胺,和N,N-二羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N,N-二羟乙基(甲基)丙烯酰胺,醚多元醇,聚环氧乙烷,聚环氧丙烷,和聚(乙烯基醚),烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯,具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基。
此外,亲水性嵌段B优选由选自以下各项组成的组中的单体构成:衍生自以下物质的亲水性有机单体,低聚物,预聚物或共聚物:丙烯酰胺,甲基丙烯酸,丙烯酸,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺,烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯和具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基。
更优选地,亲水性嵌段B由从衍生自以下物质的亲水性有机单体,低聚物,预聚物或共聚物的组中选出的单体构成:甲基丙烯酸,丙烯酸,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物。
AB嵌段共聚物可以呈现的形式为:线型嵌段共聚物(二嵌段,三嵌段或多嵌段),多臂(miktoarm)共聚物(星形共聚物),梯型(H形)共聚物,接枝和梳状(共)聚合物;优选直链嵌段共聚物。
此外,在每一个共聚物嵌段内的组分单体的分布为均(共)聚物,无规(共)聚合物,梯度(共)聚合物,交替(共)聚合物,嵌段(共)聚合物,接枝(共)聚合物和梳状(共)聚合物的形式。
还优选的是,嵌段共聚物优选选自包括以下各项的组:AB嵌段,ABA嵌段,ABC嵌段共聚物。
根据本发明,嵌段共聚物包含至少一个吸附至目标表面的嵌段。该组合物还可以包含底涂料(primer)。此外,该组合物可以形成胶束并且组合物的聚集体结构的直径介于3至300nm之间。
在一个优选的实例中,在组合物中使用的聚合物通过可控的活性自由基聚合反应而制备。
此外,在根据本发明使用的组合物中,液体介质可以包括水,水和有机溶剂,有机溶剂,或不含水的有机溶剂,且其中嵌段共聚物优选完全溶解于液体介质中。
有机溶剂优选包括选自包括以下各项的组中的水混容的有机溶剂:C1-6醇,优选地,甲醇,乙醇,正丙醇,异丙醇,正丁醇和仲丁醇;烷基酮,芳基烷基酮,酮醇,环酮,杂环酮,醚,环醚,酯,等以及它们的组合。
液体介质优选包括:水或水/醇的混合物或纯的醇,其中所述醇优选选自包括以下各项的组:甲醇,乙醇,工业甲基化酒精,丙醇,异丙醇,叔丁醇,乙二醇或二醇醚。
在组合物中作为组分(a)的嵌段共聚物AB和作为组分(b)的液体介质的相对比例介于1∶100,000至1∶1之间,更优选1∶10,000至1∶2,并且特别是1∶5,000至2∶10。最优选在组合物中的组分(a)和组分(b)的相对比例介于1∶5,000至1∶10。
另外,该组合物还可以包含选自例如分散剂,香料表面活性剂和稳定剂的其它组分。
该组合物优选用于通过以下方式涂布基材:浸涂,喷涂,擦拭,旋涂,辊涂,幕涂和刷涂。
基材可以选自包括以下各项的组:玻璃,塑料,金属,陶瓷,混凝土,纸,木材,矿物,印刷的和/或涂布的基材,或基材可以在涂敷组合物之前涂布或涂搽(painted)底涂料。
该组合物优选用于形成具有下列性质中的一种或多种的涂层:水铺展,防雾,防尘,抗细菌和抗真菌。
本发明的聚合物可以为例如,均聚,无规,梯度,嵌段(二嵌段,三嵌段或多嵌段)共聚物,接枝和梳状(共)聚合物的形式。在共聚物内的组分单体可以无规地,交替地或以嵌段形式分散。但是,优选共聚物为为嵌段共聚物。
嵌段共聚物优选选自由以下各项组成的组:AB嵌段,ABA嵌段,ABC嵌段,梳状,梯型和星形共聚物。但是,最优选嵌段共聚物包含至少一个能够被吸附至目标表面上的嵌段。
在一些情况下,可以有利的是使用预处理如可以增强聚合物对表面的粘附的底涂料。事实上,底涂料是在涂搽或处理之前设置在材料上的预备涂料。底涂料确保涂料或处理剂/涂层对表面的更好的粘附,增加涂料或处理剂/涂层耐久性,并且提供用于被涂搽或处理/涂敷的材料的另外的保护。底涂料允许精整涂搽或处理以使得粘附性远远好于其单独使用时的粘附性。出于这种目的,设计底涂料以使其粘附至表面,并且形成更好地被制备用于接受涂料或处理剂/涂层的粘结层。因此,可以通过使用底涂料并且控制底涂料的物理性质如孔隙率,粘性和吸水性实现聚合物在基材上的良好的粘附。
还重要的是,材料的结构应当导致胶束(其是由具有两亲特性的分子形成的聚集体;当改变它们的环境中的某些条件,例如pH,盐浓度,温度,溶剂等)时具有聚集成更大尺寸的结构(3至300nm)的趋向的分子)或胶束聚集体(其是聚集成更大尺寸的结构的胶束(3至300nm)在水性介质中的形成。优选地,根据本发明的第一方面的嵌段共聚物通过控制活性自由基聚合以获得窄分子量分布共聚物而制备。适合的合成路线包括但不限于:反向加成-分裂链转移(RAFT),基团转移聚合(GTP)和原子转移自由基聚合(ATRP),电子转移活化再生(ARGET),硝基氧介导的聚合(NMP)。
本发明的嵌段共聚物可以以固体或基本上固体的形式例如粉末的形式获得,或备选地可以以液体的形式获得。
在根据本发明的组合物中,液体介质优选由水和有机溶剂的混合物或不含水的有机溶剂构成,并且嵌段共聚物优选完全溶解于液体介质中。
适用于本发明的组合物的有机溶剂优选由水混溶的有机溶剂构成,所述水混溶的有机溶剂选自:C1-6醇,优选地,甲醇,乙醇,正丙醇,异丙醇,正丁醇和仲丁醇;烷基酮,芳基烷基酮,酮醇,环酮,杂环酮,醚,环醚,酯,等以及它们的组合。
最优选地,溶剂包含水或水/醇的混合物或纯的醇,其中所述醇优选选自包括以下各项的组:甲醇,乙醇,工业甲基化酒精,丙醇,异丙醇,叔丁醇,乙二醇或二醇醚。
用于本发明的组合物的基本上不含水的有机溶剂:有机溶剂优选包括但不限于有机溶剂选自包括以下各项的组:四氢呋喃,二氯甲烷,乙酸乙酯,氯仿,低级醇,酮或二甲亚砜。
另外,当液体介质包含基本上不含水的有机溶剂时,所述组合物优选还包含适合的极性溶剂。
此外,本领域技术人员应理解,在本发明的组合物中,不含水的有机溶剂可以包含单一的有机溶剂或两种以上有机溶剂的混合物。
在本发明的组合物中作为组分(a)的嵌段共聚物AB和作为组分(b)的液体介质的相对比例优选介于1∶100,000至1∶1之间,更优选为1∶10,000至1∶2,并且特别是1∶5,000至2∶10。
最优选地,组合物中的组分(a)和组分(b)的相对比例介于1∶5,000至1∶10之间。
还应理解的是,根据本发明的组合物还可以优选包含另外的组分或助剂,所述另外的组分或助剂选自例如但不限于分散剂,香料,生物杀灭剂和稳定剂,表面活性剂或润湿剂,乳化剂,着色剂,染料,颜料,UV吸收剂,自由基清除剂,抗氧化剂,抗腐蚀剂,光学增亮剂,荧光增白剂,漂白剂,漂白活化剂,漂白催化剂,非活化酶,酶稳定体系,螯合剂,涂料助剂,金属催化剂,金属氧化物催化剂,有机金属催化剂,成膜促进剂,硬化剂,连接促进剂,流动剂,流平剂,消泡剂,润滑剂,消光粒子,流变改性剂,增稠剂,导电或非导电金属氧化物粒子,磁性粒子,抗静电剂,pH控制剂,香料,防腐剂,生物杀灭剂,杀虫剂,防污剂,灭藻剂,杀菌剂,灭菌剂,消毒剂,杀真菌剂,生物作用剂,维生素,药物,治疗剂或其组合。
根据本发明使用的共聚物已经被发现在水溶液中形成胶束。这些胶束的冠状(coronal)性质可以利用触发因素如pH,温度或盐浓度调节,从而提供胶束的可变尺寸和/或与表面的可变粘附性。
在本发明中使用的组合物具有许多潜在的用途。组合物响应触发因素(特别是pH和盐浓度),因此具有用于各种可能的其中需要表面性质如粘附,润滑和润湿的可控变化的用途的潜力。
根据本发明使用的组合物特别适合用作表面涂层或表面处理以形成“易清洁”表面。为此,本发明还提供使用根据本发明的第一方面所述的嵌段共聚物组合物制备的表面涂层或表面处理。
还提供涂敷基材的方法,所述方法包括以下步骤:制备根据本发明的第一方面的组合物;和将基材暴露于水溶液中。
优选地,该方法包括:温和地搅拌共聚物分子以使分子溶解于组合物中。优选地,在涂敷之前使溶液平衡至多24小时。
使基材暴露于组合物中的方法包括:用于由溶液形成涂层的任何已知的技术,如旋涂,浸涂,辊涂,刷涂,凹版式涂布,擦涂,幕流,或喷涂。
可以使用本发明的组合物处理的表面包括但不限于,玻璃,塑料,金属,陶瓷,混凝土,纸,木材,矿物,涂搽和/或涂布的基材。任选地,可以使用纯溶剂如水漂洗基材以除去任何松散保持的共聚物分子。
现在将进一步通过下列实施例和附图描述和举例说明本发明,其中:
实施例1-描述了用于制备嵌段共聚物的方法;
实施例2-研究了实施例1的嵌段共聚物对基材的涂布;
实施例3-研究了使用实施例1的嵌段共聚物处理的基材的“易清洁”性能,特别是,“除污”性能;
实施例4-研究了使用实施例1的嵌段共聚物处理的基材的“水铺展”性能;
实施例5-研究了使用实施例1的嵌段共聚物处理的基材的“防雾”性能;
实施例6-描述了根据本发明的表面处理的“抗污”性能;
实施例7-研究了使用实施例1的嵌段共聚物处理的基材的“抗细菌和抗真菌”性能;
实施例8-描述了使用实施例1的非氟化嵌段共聚物的水基制剂中的共聚物的浓度相对于使用氟化共聚物的水基制剂中的共聚物的浓度的提高;
实施例9-NF-AP(15/120)-基表面处理与由促进保持清洁性能的现有添加剂制备的表面处理的比较;
图1-示出了应用根据本发明的表面处理的基材的“易清洁”性能。
图1a-示出了在一次污物循环后的基材。
图1b-示出了在三次污物循环后的基材。
图1c-示出了在如本发明中所述的五次污物循环后的基材。
图2-是显示通过图1的基材的光谱测量得到的色差ΔE与污物循环次数的图。
图3-是示出根据本发明的表面处理在浴室内的淋浴门上使用的照相图。
图4a,4b和4c-是示出应用了含有根据本发明的聚合物PBuMa15-b-MAA119的表面处理的基材的“水铺展”性能的照相图。
图4a和4b-分别示出采用由纯的醇溶液(乙醇)的表面处理进行了半处理(half treat)的PVC窗框面板和黑色聚酯粉末涂敷的铝面板。
图4c-示出使用水-基表面处理进行了半处理的白色聚酯粉末涂敷的铝面板。
图5a和5b-是示出应用了含有根据本发明的聚合物PBuMa15-b-(TMACMA60-共-DMAEMA61)的表面处理的基材的“水铺展”性能的照相图。
图5a和5b分别示出使用由纯的醇溶液(乙醇)的表面处理进行了半处理的PVC窗框面板和黑色聚酯粉末涂敷的铝面板。
图6a和6b-示出了应用了含有根据本发明的聚合物PBuMa15-b-MAA119的表面处理的基材的“防雾”性能。
图6a和6b-分别示出使用水-基表面处理进行了半处理的聚酯膜和反射镜。
图7-示出了应用了根据本发明的表面处理的基材的“防雾”性能。
图7a-显示了使用含有聚合物PBuMa15-b-(TMACMA60-共-DMAEMA61)的水-基表面处理进行了半处理的聚酯膜。
图8-示出了应用了根据本发明的表面处理的基材的“抗污”性能。
图9,10和11示出使用根据本发明的聚合物进行的试验的结果。
图12示出了与由商购的现有添加剂制备的表面处理相比,使用根据本发明的聚合物进行的润湿试验的结果。
缩写
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实施例1-根据本发明的聚合物和嵌段共聚物的制备
为了制备本发明的AB双嵌段共聚物,需要可控的聚合物或共聚物合成方法以获得具有所需性能例如所需分子量和窄的分子量分布或多分散性的产物。具有窄分子量分布的聚合物能够拥有且表现出与通过常规方法制备的聚合物显著不同的性能。
活性自由基聚合(有时也称为可控的自由基聚合)为具有可预测和良好限定(well-defined)的结构的聚合物的合成提高最大控制程度。近来,可控/活性自由基聚合(CLRP)已经表明是一种用于制备具有精确定制的纳米级和微米级特征的大量多样化的材料的可行技术。
基团转移聚合(GTP),原子转移自由基聚合(ATRP),硝基氧介导的聚合(NMP),可逆加成分裂转移聚合(RAFT)和MADIX全部都构成这些近来开发的技术的一部分,且最近的是电子转移活化再生(ARGET)。这些方法允许合成许多种聚合物结构如嵌段共聚物,接枝共聚物,星形,星形-嵌段,杂臂星形或大分子刷。
重要的是,需要可控聚合方法来控制合成聚合物的分子结构,因此,用于控制在溶液中胶束聚集体的尺寸。实际上,聚合物的聚集体尺寸直接依赖于聚合物的精确性质(即,例如分子量,聚合物长度,以及疏水性与亲水性嵌段之间的比率)。
尽管目前所述的实施例使用RAFT试剂CPDB(4-氰基戊酰基二硫代苯甲酸酯)制备嵌段共聚物,但是应理解,可以使用其它的RAFT试剂。类似地,本发明的嵌段共聚物可以通过如上所述的其它可控活性聚合技术制备。
例如,当使用基团转移聚合(GTP)时,可以遵循如以下文献所述的聚合反应:S.P.Rannard,N.C.Billingham,S.P.Armes和J.Mykytiuk,European polymer Journal(欧洲聚合物杂质),1993,第29卷,第407页,“通过基团转移聚合合成含有甲基丙烯酸链段的单分散嵌段共聚物:保护基团和催化剂的选择(Synthesis of monodisperse block copolymers containingmethacrylic acid segments by group-transfer polymerization:choice ofprotecting group and catalyst)”,该文献的相关部分可以通过引用结合在此。
例如,当使用原子转移自由基聚合(ATRP)时,可以遵循如以下文献所述的聚合反应:Arrainen,Amilcar Pillay;Pascual,Sagrario;Haddleton,DavidM.;Journal of Polymer Science(聚合物科学杂志),Part A(A部分):PolymerChemistry(聚合物化学)(2002),40(4),439-450,“通过活性自由基聚合:合成和聚集行为制备的两亲性双嵌段、三嵌段和星形嵌段共聚物(Amphiphilic diblock,triblock,and star block copolymers by living radicalpolymerization:synthesis and aggregation behaviour)”,该文献的相关部分可以通过引用结合在此。
当使用硝基氧介导的聚合(NMP)时,可以遵循如以下文献所述的聚合反应:WO 2007/057620 A1(Arkema),“用于制备包含甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸酯单元的活性聚合物的方法(Method for preparing a living polymercomprising methacrylic and/or methacrylate units)”,该文献的相关部分可以通过引用结合在此。
但是,本领域技术人员应理解,可以对上述方法进行适当的修改以制备目标聚合物。
PBuMA 15 -b-PMAA 119 的RAFT合成
在第一步骤中,使用下列条件进行目标聚合度为15的PBuMA的合成。将nBuMA(5.01g,35.24mmol),4-氰基戊酰基二硫代苯甲酸酯(CPDB)(0.518g,2.34mmol),AIBN(0.19g,1.18mmol)和丙-2-醇(溶剂,8.45g,60质量%)引入到容纳有磁力搅拌器的250mL圆底烧瓶中。通过在0℃氮气鼓泡20分钟而将反应烧瓶脱气,然后在75℃和在恒温油浴中于氮气氛下加热。在5小时聚合之后,取出样品以通过1H NMR进行分析,从而计算BuMA的转化率。
在第二步骤中,在第二圆底烧瓶中制备含有MAA(24.2g,0.28mmol),AIBN(0.20g,1.25mmol)和丙-2-醇(溶剂,70.2g,75质量%)的溶液。通过在0℃氮气鼓泡20分钟而将该溶液脱气,然后通过导管转移到反应烧瓶中。在70℃搅拌17小时之后,通过冰浴冷却反应以停止聚合。通过在DMSO中的400MHz 1H NMR光谱来测定MAA的总转化率,将一个乙烯基质子(来自MAA的在5.9至6ppm)与对应来自单体和聚合物的COOH的在12.3ppm的峰相比较积分。然后通过在二乙基醚中沉淀而纯化聚合物。将回收的聚合物PBuMA15-b-PMAA119在40℃真空烘箱中干燥过夜。
PBuMA 15 -b-P(TMACMA 60 -共-DMAEMA 61 )的RAFT合成
在第一步骤中,如前所述由nBuMA(2.56g),CPDB(0.26g),AIBN(0.09g)和丙-2-醇(溶剂,4.52g,60质量%)的混合物制备PBuMA15。使聚合在75℃进行5小时,并且通过在CDCl3中的1H NMR得到95%的转化率。
在第二步骤中,通过导管将含有TMACMA(19.72g),DMAEMA(11.43g),AIBN(0.09g)和丙-2-醇(35.23g)的脱气溶液转移到容纳有PBuMA15的反应烧瓶中。在70℃搅拌17小时之后,在冰浴中冷却反应以停止聚合。通过在DMSO中的1H NMR光谱测定TMACMA和DMAEMA的总转化率。然后通过在冷己烷中沉淀而纯化聚合物。将回收的聚合物PBuMA15-b-P(TMACMA60-共-DMAEMA61)在40℃真空烘箱中干燥过夜。
遵循如上所述的相同程序以使用合适的星形材料合成共聚物PBuMA15-b-PDMAEMA120
P(BuMA 15 -共-DEAEMA 15 )-b-PDMAEMA 120 )的RAFT合成
在第一步骤中,改用nBuMA(2.53g),N,N-二乙基氨基乙基甲基丙烯酸酯(DEAEMA,3.36g),CPDB(0.26g),AIBN(0.09g)和丙-2-醇(溶剂,4.25g,60质量%)的混合物,遵循与上述PBuMA15的制备相同的程序制备P(BuMA15 -共-DEAEMA 15 )。使聚合在75℃进行5小时。
在第二步骤中,通过导管将含有DMAEMA(22.13g),AIBN(0.09g)和丙-2-醇(38.75g)的脱气溶液转移到容纳有P(BuMA15--DEAEMA15)的反应烧瓶中。在70℃搅拌24小时之后,在冰浴中冷却反应以停止聚合。通过在DMSO中的1H NMR光谱测定反应物的完成转化率。然后通过在冷己烷中沉淀而纯化聚合物。将回收的聚合物P(BuMA15--DEAEMA15)-b-PDMAEMA120)在40℃真空烘箱中干燥过夜。
PBuMA 15 -b-PMAA 119 的NMP合成
在第一步骤中,使用下列条件进行目标聚合度为15的PBuMA的合成。将nBuMA(15.01g,0.1mol),苯乙烯(1.12g,10.7mmol),BlocBuilder
Figure BPA00001380857500261
(2.68g,7.03mmol)和丙-2-醇(溶剂,8.49g,70质量%)引入到配备有机械搅拌器的500mL圆底烧瓶中。通过在0℃氮气鼓泡20分钟而将反应烧瓶脱气,然后在恒温油浴中于75℃、在氮气氛下加热。在8小时聚合之后,取出样品以通过NMR进行分析,从而计算BuMA的转化率(转化率73%)。
在该步骤结束时,使反应冷却至50℃。然后,添加丙-2-醇(溶剂,171.5g)。在室温下将混合物保持搅拌过夜。
在第二步骤中,将MAA(73.4g,0.85mol),苯乙烯(7.41g,71.2mmol)和AIBN(0.57g,3.48mmol)添加到前述混合物中。通过在0℃氮气鼓泡20分钟而将反应混合物脱气。在75℃搅拌4小时之后,通过在DMSO中的400MHz的1H NMR光谱测定MAA中92%的总转化率,与对应来自单体和聚合物的COOH的在12.3ppm的峰相比较,对一个乙烯基质子(来自MAA的在5.9至6ppm)积分。将IPA蒸发,将回收的聚合物PBuMA15-b-PMAA119在40℃真空烘箱中干燥过夜。
P(BuMA 15 -共-DEAEMA 15 )-b-PDMAEMA 120 )的NMP合成
在第一步骤中,除了改用nBuMA(13.6g),苯乙烯(1.1g),BlocBuilder
Figure BPA00001380857500271
(2.42g)和丙-2-醇(溶剂,5.8g,75质量%)的混合物以外,遵循与上述PBuMA15的制备相同的程序制备PBuMA15。使聚合在75℃进行8小时。
在第二步骤中,将DMAEMA(59.7g),TMACMA(105.2g),苯乙烯(7.3g),AIBN(0.52g)和丙-2-醇(溶剂,155.7g)添加至反应烧瓶中。通过在0℃氮气鼓泡20分钟而将混合物脱气。在75℃搅拌4小时之后,停止聚合。将IPA蒸发,并且将回收的聚合物PBuMA15-b-PMAA119在40℃真空烘箱中干燥过夜。
使用适合的起始材料遵循如上所述的相同程序合成共聚物PBuMA15-b-PDMAEMA120
表1.
实施例2-描述根据本发明的表面处理的制备和应用的方法
可以通过任何已建立的涂布方法,例如但不限于例如喷涂法,将根据本发明制备的聚合物或聚合物组合物涂敷到如下所述优选的基材上。通常地,处理方法涉及下列步骤:
步骤(1):将共聚物分子在所需pH和盐浓度以及温和搅拌下溶解在醇/水的混合物中。典型地,使该体系平衡24小时。
所选择的共聚物通常不是高分子量的(例如共聚物典型地具有在2000至100000g/mol之间的范围),并且在溶解于水溶液或醇/水的混合物中时,这样的分子快速平衡。
适用于本发明的组合物的溶剂优选是如上所述的。
在下面的实验程序中,将共聚物体系静置24小时仅是为了确保体系充分平衡。但是,该体系也被发现在短得多的时间范围内平衡。例如,在纯的乙醇中,在搅拌仅2小时后准备使用共聚物体系。在水(92重量%)和乙醇(8重量%)的混合物中,必须首先充分将聚合物溶解在乙醇中2小时,然后将聚合物加入到水中,并且再次混合体系至少另外1小时。
在溶解和混合的过程中需要搅拌共聚物体系,但是未发现这是关键性的,并且发现仅仅缓慢地搅拌共聚物体系就足够了。搅拌的时间长度依赖于溶剂体系。
步骤(2):将所关注的基材暴露于共聚物溶液中,即,将溶液涂敷至所需的基材上。
尽管不希望受到任何具体理论的限制,但是本发明的证据表明,在几分钟后吸附是完全的。将基材暴露于溶液中的方法包括:例如,任何用于由溶液形成涂层的已知技术,如旋涂,浸涂,辊涂,刷涂,幕流,或喷涂,辊涂,绕线棒涂布,挤出涂布,气刀涂布,幕涂,滑动涂布。更优选浸渍和喷涂确保表面的每一个部分都被处理组合物润湿。
可以将处理应用于内表面和外表面。
步骤(3):干燥已处理的表面
优选必须在涂敷处理组合物之后干燥已处理表面。这可以在室温或更高的温度下实现,但是使用更高的温度,干燥时间应当缩短。应当指出,干燥温度不提高涂布性能;而是,它缩短处理的干燥时间。在环境条件下干燥仅仅延长干燥时间。
基材
可以处理各种表面,包括例如金属,金属合金,玻璃,塑料,橡胶,瓷料,陶瓷,砖,上釉器具,聚氨酯,聚酯,聚丙烯酸类,三聚氰胺/酚树脂,聚碳酸酯,涂搽的表面,天然表面如木材,纤维素基材,等。
1)金属或金属合金物体或制品可以由选自包括以下各项的组的金属或金属合金构成:铝,镁,铍,铁,锌,不锈钢,镍,镍-钴,铬,钛,钽,稀土金属,银,金,铂,钨,钒,铜,黄铜,青铜等或其组合或衍生物或其镀敷的制品。
2)塑料物体或制品可以由选自包括以下各项的组的聚合物构成:透明或不透明聚氨酯,聚碳酸酯,聚醚,聚酯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,聚乙烯,聚乙酸乙烯酯,有机硅橡胶,橡胶胶乳,聚碳酸酯,纤维素酯聚碳酸酯,聚酯-聚醚共聚物,甲基丙烯酸亚乙基酯,聚烯烃,等,硅氧烷,天然和合成橡胶,尼龙,聚酰胺或其组合。
3)玻璃物体或制品可以至少部分地由以下各项构成:玻璃,如光学玻璃,光学透镜,偏振玻璃,反射镜,光学反射镜,棱镜,石英玻璃,陶瓷等或其组合。
基材可以包括外表面或制品构件,如:建筑的窗框,结构构件或窗玻璃;交通工具如汽车,铁路车辆,飞行器和船只的外部构件或涂层;机器,设备或制品的外部构件,防尘盖,或涂层;以及交通标志、各种显示装置和广告塔的外部构件或涂层,这些由例如金属,塑料,玻璃,其组合和其它材料制成。
基材的实例,包括但不限于:医疗装置,防护罩,窗户板,窗玻璃,温室壁,冷冻机门,食品包装箔和印刷纸。
1)金属物体可以包括例如:冷冻机门,反射镜,冷凝器管,船体,水下作业车,水下弹射器,飞机,风轮机叶片,等等。
2)塑料物体可以包括例如:面罩,盔式护罩,游泳护目镜,手术面罩,食品包装,塑料箔,温室壁,温室屋顶,反射镜,防风罩,水下移动物体,飞机窗户,罩,等等。
3)玻璃物体可以包括例如:窗户玻璃,温室,玻璃,玻璃片,面罩,光学玻璃,光学透镜,偏振玻璃,反射镜,光学反射镜,棱镜,石英玻璃,抛物面天线,汽车头部光束灯玻璃,汽车风罩,飞机控制灯玻璃,太阳能面板,跑道灯,等等。
还可以将涂层涂敷在澄清塑料或玻璃上,所述塑料或玻璃用作例如保护罩,窗户,防风罩,温室面板,食品包装箔,护目镜,光学玻璃,接触透镜,等等。
同样地,该涂层可以被涂敷在例如望远镜透镜,特别是望远镜瞄准器,测定点位观测仪器(spotting scope)或双目筒的外表面以上,以降低在透镜上的水分的积累所引起的起雾或扭曲的可能性,而不显著降低在可见光范围内透过透镜的光传输。即,运动员用、军用等的观测仪器。
建筑的外部或内部部件也可以受益于该涂层,例如:窗玻璃,盥洗室,浴室,盥洗池,照明器材,厨房用具,餐具,水槽,烹饪炉灶,厨房排风罩和排风扇,它们由金属,玻璃,陶瓷,塑料,其组合,其层压体或其它材料制成。
实施例3:根据本发明的表面处理的“易清洁”和污物/灰尘排斥”性能
将含有聚合物PBuMA30-b-PMAA119的表面处理被应用到聚酯粉末涂敷的铝面板的一个侧面的一半上。然后将该面板放置在容纳有土壤物质(例如具有几种组分如粘土,砂,甲酸,来自植物的有机残留物的混合物的花园土壤)的箱子底部。将面板完全放置在土壤物质下面。将箱子安装到电子轨道摇晃器上,并且以640转/分钟的速率摇晃30秒。然后从箱子中取出面板,并且在硬表面上拍打两次,以除去过量的土壤。记录照相图和视觉观察结果(图1a,1b和1c)。然后使用20ml自来水喷射而漂洗面板,并且使其干燥。该过程被认为一次污物循环并且重复至多5次。
如在图1中看到的,处理侧(图片的下部)看起来比面板的未处理侧(图片上部)更干净。事实上,可以清楚地看到,已经沉积并且堆积在未处理侧上的污物/灰尘仍然存在,而在面板的处理部分上没有沉积物。
除图1中看到的视觉观察结果和图片以外,还在每一次污物循环后用分光光度计记录颜色测量结果,以评价暴露于污物之前的表面(即,清洁表面)与暴露于污物之后的表面(即变脏的表面)之间的色差ΔE。
在两个表面之间的差别示出在图2中,图2显示了污染面板的总色差ΔE的比较。色差由CIE 1964颜色体系计算。该体系考虑光亮度(lightness)L*,红-绿值a*和黄-蓝值b*
ΔE = ( ΔL 2 + Δa 2 + Δ b 2 ) 1 2 方程1
其中
ΔL=L1-L2,Δa=a1-a2,Δb=b1-b2
并且
ΔL,Δa,Δb是CIE L*a*b*色域中的色差
L1,a1,b1是样品1(在被污染之前的清洁面板)的L*a*b*
L2,a2,b2是样品2(在被污染或漂洗之后的面板)的L*a*b*值。
在污染后,已处理面板的色差ΔE小于未处理面板的色差ΔE。这对应在已处理面板上的更少的初始土壤粘附,即使在五次污物循环。这清楚地表明,根据本发明的表面处理一旦被应用到表面上,相对于未涂敷表面,提供了“污物排斥”性能。
图9示出了性能或聚合物覆盖度的视觉评价与水漂洗次数的关系,表明应用了表面处理的聚酯粉末涂敷的铝面板的“润湿效应”的寿命。图9还示出了几种聚合物的结果。
从图9可以看出,非氟化(阴离子或阳离子)(NF-AP或NF-CP)共聚物表现与氟化共聚物衍生物一样好。即,使用更容易分散或溶解于水(参见用于氟化和非氟化共聚物的溶解性比较的实施例8)的共聚物没有性能方面的损失并且解决环境/健康问题。
另外,可以看出,通过‘调节’根据目标用途使用的聚合物的组成,可以‘调节’效果的寿命。
在图9中,F CP(30/120)是PTFEMA30-b-PDMAEMA120
NF CP(30/120)是PBuMA30-PDMAEMA120
NF CP(15,15/120)是(P(BuMA15-共-DEAEMA15)-b-PDMAEMA120
NF CP(15/60,61)是PBuMA15-b-P(TMACMA60-共-PDMAEMA61)
F AP是PTFEMA30-PMAA120
NF AP是PBuMA30-PMAA120
图10示出了所选择的聚合物在两种基材上的润湿性能:
i)聚酯粉末涂敷的铝面板,和
ii)载玻片。
使用含有聚合物BuMA30-MAA119的表面处理剂处理两种基材。在图10中可以清楚地看到,根据所选择的基材并因此根据目标用途,可以调节效果的寿命。
图11示出了根据本发明的表面处理与商购产品相比较的性能。下面列举的是已知的产品A和B的组成。
商购产品A具有下列成分:
水,丙二醇丁基醚,醇Denat.,乙醇胺,可可酰氨基丙基羟基磺基甜菜碱(sultaine),Parfum,氯化苄烷铵,烷基二甲基乙基苄基,氯化铵,酒石酸盐,氯化钠
商购产品B具有下列成分:
水,C9-11烷醇聚醚(pareth)-3,枯烯磺酸钠,碳酸钠,parfum,二亚乙基三胺五亚甲基膦酸钠,棕榈仁油酸钠,十二烷基苯磺酸钠,柠檬酸钠,丙烯酸敌草快(diquat)共聚物,二丙二醇,月桂基氧化胺,苯并异噻唑啉酮,丁氧基二甘醇,氢氧化钠,氯化钠,着色剂,香叶醇,柠檬油精,里哪醇。
然后用以下物质处理聚酯粉末涂敷的铝面板:
1.仅用已知的产品A
2.仅用已知的产品B
3.已知产品A和聚合物PBuMA30-b-PDMAEMA120的浓度为0.5g/L的混合物
4.已知产品B和聚合物PBuMA30-b-PDMAEMA120的浓度为0.5g/L的混合物
然后全部面板使用喷射自来水漂洗30秒。进行视觉评价。5的等级表示非常良好的润湿性,1的等级是指差的润湿性。
从图11可以看出,根据本发明的聚合物的使用提供了改善的性能。
如在图3中所示,还在浴室中测试了表面处理。在图3中,淋浴门使用含有聚合物PBuMa15-b-(TMACMA60-共-DMAEMA61)的水基处理进行了半处理。
在暴露于其中使用香波和香皂的淋浴之后,清楚地观察到,处理侧(在图3的左侧)比未处理侧(图3的右侧)更清洁得多。事实上,可以观察到,有机残留物(来自香波和香皂)和不溶性矿物沉积物(来自硬水)已经在淋浴门的未处理侧粘附和干燥,而在已处理表面上不存在沉积物或‘积累’物质。因此,这说明表面处理降低了当使水从主要为硅酸表面和非硅酸表面上蒸发时不溶性矿物沉积物、石灰垢、铁锈和皂渣的出现,形成,粘附和积累。
因此,清楚的是,根据本发明的表面处理提供了优良的“易清洁”结果。
实施例4:根据本发明的表面处理的“水铺展行为”
首先将面板在皂溶液中清洁,用去离子水漂洗,然后用无棉绒的织物干燥。面板使用包含聚合物PBuMA15-PMAA119的表面处理进行半处理。
将已处理基材暴露于连续的水喷射中30秒。在观察时,无论什么基材,处理侧都完全被水润湿,并且显示聚合物的均匀覆盖,而没有性能的下降,如在图4a(PVC基材)和图4b(聚酯粉末涂敷的铝面板)上所见的。
如在图5a(PVC基材)和图5b(涂搽的铝面板)中看到的,使用含有阳离子聚合物PBuMA15-b-P(TMACMA60-共-PDMAEMA61)的处理获得类似的结果。
因此,还清楚的是,根据本发明的表面处理使得基材具有良好的“水铺展”行为。
实施例5-根据本发明的表面处理的“防雾”性能
将包含聚合物BuMA15-MAA119的表面处理应用在用于食品包装(图6a)的聚酯膜以及玻璃反射镜(图6b)上。将已处理的基材暴露于从在85℃加热的容纳有自来水的烧杯中腾起的水蒸汽中。清楚地观察到,表面的处理侧完全是无雾的(即,它完全是透明的),而在表面的未处理侧,形成了小的液滴,这使得透过膜的可见性差。
如图7(聚酯膜)中看到的,使用包含阳离子聚合物PBuMA15-b-P(TMACMA60-共-DMAEMA61)的处理得到类似的结果。
因此,显然,根据本发明的表面处理提供了“防雾”性能。
实施例6-根据本发明的表面处理的“抗污”性能
图8示出了与图4b中相同的面板,但是该面板是在室温垂直干燥之后的。在未处理侧(右边),观察到干水印,这导致令人不愉快的外观或光亮度;而在处理侧(左边),不存在干水印。这表明通过使用根据本发明的表面处理提供了“无污点光亮度效应”。
实施例7-研究使用实施例1的嵌段共聚物处理的基材的“抗细菌和抗真 菌”性能
对PBuMA15-b-P(TMACMA60-共-DMAEMA61)(NF CP 15/60,60)在乙醇中的溶液作为抗细菌和/或抗真菌表面处理进行评价,除此之外评价了其促进水铺展(图9)的能力。
按如下进行测试。在层流橱柜中使用醇将瓷砖(100x100mm)消毒。然后使用2ml NF CP共聚物的溶液不受限制地涂敷2个经消毒瓷砖,并且使其风干。然后如下评价已处理瓷砖和未处理对比瓷砖对表面受到微生物侵蚀的保护。
如下所详述,在层流橱柜中对1个已处理瓷砖和2个未处理瓷砖表面接种1ml细菌。使用消毒的L形喷液器将接种体铺展在瓷砖表面上,并且使其风干。擦拭1个未处理的瓷砖以通过连续稀释和平血计数(plate counting)来确定按瓷砖计的菌落形成单位的数量。然后通过将100ml消毒水倒在瓷砖表面上而洗涤已处理和未处理的瓷砖,并且通过连续稀释和平血计数来确定存活细菌的数量。然后擦拭已洗涤的瓷砖表面,将其连续稀释并且进行平血计数,以确定在瓷砖上剩余的菌落。使用如下表2中详述的真菌体系重复该程序。
表2
Figure BPA00001380857500361
表3:细菌
Figure BPA00001380857500362
表4:真菌
Figure BPA00001380857500363
表5:
上面的结果表明:
涂敷到瓷砖表面上的样品导致在洗涤和擦拭后恢复(存活)的菌落数量更低。菌落的数量的总降低量对于细菌为54.32%,而对于真菌为28.05%。
在对比瓷砖上表明,细菌没有减少,而真菌的降低量较低,为15.53%。
因此,实验室测试表明,当根据本发明将聚合物涂层以表面涂层形式应用至瓷砖上时,这似乎对接种到表面上的细菌和真菌的含量有影响。
实施例8-相对于氟化共聚物,使用实施例1的非氟化嵌段共聚物,分析 共聚物在水基制剂中的浓度
与氟化共聚物相比,非氟化共聚物的使用促进完全水性制剂的制备。事实上,尽管PTFEMA30-b-PMAA120(F-AP 30/120)不溶于水中,但可以在不使用例如乙醇或表面活性剂的情况下将PBuMA15-b-PMAA120(NF-AP15/120)直接溶解于水中。
根据表面处理的使用,所需的共聚物的浓度可以变化。使用非氟化共聚物可以导致在水基表面处理剂中可用的浓度的更宽范围。
下表给出了共聚物F-AP和NF-AP在变性乙醇(IMS)和水-基制剂中的最高浓度(g/L)。水基制剂通过将5mL的共聚物在乙醇中的浓度最高的溶液加入到45mL水中而制备。因此,水基制剂含有10重量%醇。非氟化聚合物在水基制剂中的最大使用浓度可以为氟化聚合物的最大使用浓度的8倍。
表6.
Figure BPA00001380857500371
实施例9-NF-AP(15/120)-基表面处理与由促进保持清洁性能的现有添加 剂制备的表面处理的比较
使用NF-AP(15/20),F-AP(30/120),以及作为比较使用不同的商购现有添加剂,并且使用两种表面活性剂Brij 30和Glucopone CS 215制备水基表面处理剂,以促进处理剂在测试的基材上铺展,所述基材在该实验中为白色粉末涂敷的铝Q-面板。每一种表面活性剂的浓度为0.5g/L。现有添加剂以5g/L的浓度使用,该浓度是供应商建议的推荐浓度。本发明的共聚物在含有8重量%乙醇的水基制剂中以十分之一的浓度即0.5g/L使用。表7概括了在该比较中使用的每一种表面处理制剂的含量。
表7
Figure BPA00001380857500381
通过应用的流涂方法将每一种制剂涂敷至Q-面板上,并且在干燥后,遵循与实施例4中所述相同的程序将自来水喷射到表面上。5的等级是指很好的润湿性并且水容易铺展在面板上,1的等级是指差的润湿性和在面板上有水珠。
12个润湿循环的结果显示在图12中。图12显示了包含NF-AP(15/120)二嵌段共聚物的表面处理剂在水润湿性能方面表现与F-AP(30/130)共聚物一样,并且不具有F-AP(30/130)的任何环境约束。
比较使用竞争添加剂制备的制剂,包含添加剂1的表面处理是唯一获得与NF-AP(15/120)类似的等级的制剂。但是,这仅仅是通过使用比NF-AP(15/120)共聚物浓度高得多的添加剂浓度实现的。
与使用NF-AP(15/120)的表面处理相比,使用添加剂2和3制备的制剂显示出更小的润湿效果,并且特别是,显示出更短的寿命。
非氟化产物NF-AP的水铺展性能表现与氟化产物F-AP一样,并且不具有与使用氟化产物相关的任何环境约束。唯一显示出与NF-AP类似的性能的竞争产品是使用添加剂1制备的制剂。但是,该添加剂的使用比率为NF-AP的10倍,因此,它的使用对环境有着更大的负面影响。该比较表明,存在改进保持清洁表面处理产品的可能性和需求。
因此,本发明提供能够在水、水/醇混合物或纯的醇分散体中自组装成聚集体结构的AB嵌段共聚物用于制备提供功能涂层的表面处理的新用途,该功能涂层包括下列性能和优点,并且提供赋予一个或多个功能效果的表面涂层或表面处理:
(i)排斥灰尘和污物的涂层,即,涂层降低粘附,因此降低土壤/灰尘和污物的积累/沉积,以使涂敷表面具有更清洁的外观,以及更容易清洁的涂层。
(ii)具有改善的水铺展性能的涂层,是指水在表面上不去润湿(de-wet)或不经历水珠化,而水形成连续的薄层,是指表面容易被水润湿;换言之,提供良好的水润湿性。
(iii)一旦被涂敷至表面上的涂层防止结晶尺度沉积物的积累,以及随着石灰垢的积累而可见的相关表面结垢效应。
表面处理能够降低外观性,并且防止石灰垢的积累和沉积。由水中存在的化学品引起的结晶沉积物的形成也减少,这些结晶沉积物在一定时间内积累,特别是在浴室,盥洗室,水槽中,特别是在有家用自来水流动的地方。
(iv)能够提供‘防雾’性能的涂层
雾,薄雾或雾气被定义为在导致表面透明度降低的水蒸汽的存在下,在透明表面上的形成的小水滴。因此,术语“防起雾”,“抗薄雾”,“防薄雾”,“耐雾气性”或“无雾气”性能都是指经过了如下这样的方式处理的透明表面在水蒸汽的存在下的性能:
(1)水珠不能形成在表面上,而相反,与表面接触的水蒸汽在透明表面以膜的形式形成的薄的连续薄层;或
(2)水在与表面接触时被排斥,导致具有容易从表面滚落的能力的水珠。在两种情况下,在水蒸汽的存在下由小的水滴在表面上的形成所导致的薄雾减少。
更具体地,根据本发明的亲水性表面处理的使用是指:当将涂层涂敷至表面例如但不限于金属,玻璃或塑料表面上时,表面涂层或表面处理防止当该表面暴露于可以导致表面的‘起雾’的条件下时水滴形成在所选择的表面上。这样的条件包括例如:将表面暴露于高湿度的空气中,将表面暴露于水蒸汽中,或将表面从低温环境向较高温环境转移而使表面‘起雾’,即,表面由于由落在表面上的水的冷却形成的冷凝而变浑浊。
涂敷的本发明的亲水性表面处理可用于防止水在金属、塑料和玻璃表面等上的冷凝或起雾。即,涂敷的本发明的亲水性表面处理不防止水冷凝,而是已经冷凝的水形成连续的薄层,而非水珠。另一方面,当所选择的表面涂层或表面处理是澄清的塑料或玻璃时,涂敷至表面上的处理确保这些特定的表面保持良好的透明度。
(v)另外,已经发现,本发明的聚合物表面涂层或表面处理的持久的亲水性效果和快速而均匀的干燥效果的结合使得被处理的基材具有‘抗污’性能,因此使被处理表面具有美学上令人愉快的光洁度,即,被处理的表面具有‘无污点’光洁度,更具体地,未显示水印的外观的被处理表面,即使在被处理表面随后的时间点与水接触之后。
目前要求保护的表面涂层或表面处理的另外的特征在于,可以将处理应用至许多基材表面上,例如但不限于:塑料,金属或其它材料。
已经发现,本发明的亲水性表面处理‘牢固地’附着至例如包括以下各项的表面:金属,金属合金,玻璃,塑料,橡胶,瓷料,陶瓷,砖,瓷釉器具,聚氨酯,聚酯,聚丙烯酸类,三聚氰胺/酚树脂,聚碳酸盐,涂搽的表面和木材。
因此,本发明的亲水性表面处理在诸如以下各项的许多应用领域中找到特定的用途:建筑和DIY处理,要处理内部和外部金属和玻璃的汽车工业,浴室和潮湿房间的器具,以及通常的家用表面清洁产品。
所述处理还找到了在其它应用领域中的用途,例如但不限于:食品包装和箔工业,以及作为保护罩。
起雾是在食品包装和农业部门中的塑料膜的用途中通常观察到的现象。在本文中所用的术语‘雾’描述了水蒸汽以小的离散水滴形式冷凝,从而当被包围的空气物质冷却至低于其露点的温度时在塑料膜表面上产生半透明外观。该现象的程度取决于被包围的空气物质的实际温度和相对湿度,以及塑料膜的温度。由该现象引起的问题的实例包括:在冷藏室中的食品包装的起雾以及在温室组合结构(complex)内的冷凝。
食品包装必须卫生和美观地呈现其内含物。起雾降低消费者看到产品的能力,并且给人一种质量低下的印象。在一些用途中,水在包装内的冷凝可能导致质量实际降低。
在农业部门中,起雾的不适宜效果包括例如,在温室中的总的光传输降低,以及可能导致植物损害的滴水。另外的植物损害可能由水滴的集中效应而引起,相当于如同将太阳能集中在树叶上的透镜的阵列。对于食品制造商,所有这些作用的最终结果是更低的潜在收率和降低的产品质量。
在当今的工业环境中,眼睛保护也是日益重要的。最佳的实践显示,暴露于眼睛危害例如气载沉降物,火焰乃至过度的湿气中的工作人员必须佩戴护目镜,罩或安全玻璃。不幸的是,这些眼睛保护系统通常受到起雾的困扰。起雾通常导致受挫的工作人员停止佩戴他们的眼睛保护装置(eyeprotection),从而使他们暴露于潜在的损害之下,并且随之带来要求赔偿工人的诉讼。当护目镜,罩或安全玻璃不提供足够的起雾和冷凝保护时,工作人员可能浪费有价值的生产时间而不断地去清除这些透镜上的雾水。保护性的眼睛佩戴物通常可用玻璃,塑料和聚碳酸酯透镜获得。然而,这些中没有一个提供足够的防雾性。如本发明中所述的“防雾”表面处理的使用将适用于聚碳酸酯透镜和其它塑料透镜如存在于高端安全眼睛佩戴物中的那些,并且将有助于保持保护性的眼睛佩戴物没有雾水并且保持清楚的可见性。
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Claims (48)

1.AB嵌段共聚物组合物作为表面涂层的用途,其中所述组合物包含(a)AB嵌段共聚物;和(b)液体介质,并且其中所述AB嵌段共聚物包含:
(a)基本上疏水性的嵌段A,和
(b)基本上亲水性的嵌段B,其中
所述疏水性嵌段A包含一种或多种式A的单体
Figure FPA00001380857400011
其中R为H或C1至C4烷基;Z为O,P或N;并且
R’选自包括以下各项的组:C1至C18直链或非直链烷基;C1至C18烷基氨基烷基;C1至C18烷氧基烷基;C1至C18二羟基烷基;C1至C18甲硅烷基烷基;环氧烷基,磷酰基或磷酰基烷基;苯乙烯类单体;膦酸乙烯酯或磷酸单体;并且其中
所述液体介质包括:
(i)水;
(ii)有机溶剂;
(iii)基本上不含水的有机溶剂;或
(iv)有机溶剂和水;并且其中:
所述液体介质还任选地包含一种或多种添加剂、表面活性剂或润湿剂。
2.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中所述亲水性嵌段B包含一种或多种式B的单体:
Figure FPA00001380857400021
其中R为H或C1至C4烷基;
Z为O,N或P;并且
R’选自包括以下各项的组:H;具有磷酰基、羟基、甲硅烷基、环氧基或胺基侧基的C1至C17烷基。
3.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸或丙烯酸酯单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含式1中的C1至C18直链或非直链烷基时,
Figure FPA00001380857400022
n为1至11,更优选为1至5。
4.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式2所示,疏水性嵌段A包含式A的单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C18烷基氨基烷基时,
Figure FPA00001380857400031
R1和R2各自独立地为:H;C1至C6烷基;苯基;苄基或环己基,并且n为1至17,更优选地,R1和R2各自独立地为C1烷基且n为1至5。
5.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式3a或3b所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸或丙烯酸酯单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C18烷氧基烷基时,n为1至18,更优选为1至4且x和y各自独立地为0至16,更优选为0至6,
Figure FPA00001380857400032
6.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式4a或4b所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸或丙烯酸酯单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含二羟基烷基时,在式4a和式4b中x和y分别各自独立地为0至17或0至16,更优选x和y在式4a中各自独立地为0至7或在式4b中各自独立地为0至6,
Figure FPA00001380857400041
7.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式5a或5b中所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸或丙烯酸酯单体,并且R为H或C1至C4烷基,且R’包含C1至C17甲硅烷基烷基时,R1为H或C1至C4烷基,且x和y各自独立地为0至16,更优选为1至6,
Figure FPA00001380857400042
8.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式6a或6b中所示疏水性嵌段A包含式A的烷基丙烯酸或丙烯酸酯单体,且R为H或C1至C4烷基,且R’包含环氧烷基时,x和y各自独立地为0至16,更优选为0至6,
Figure FPA00001380857400051
9.根据权利要求1所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式7a和7b中所示疏水性嵌段A包含式A的单体,且R为H或C1至C4烷基,且R’包含磷酰基或磷酰基烷基时,R1为H或C1至C6烷基,更优选为H或C1烷基,
Figure FPA00001380857400052
10.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式8中所示亲水性嵌段B包含烷基丙烯酸或丙烯酸时,R为H或C1至C4烷基,
Figure FPA00001380857400053
11.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式9a,9b,9c和9d中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有胺基或酰胺基侧基的C1至C17烷基时,n为0至17,且R1,R2,R3且R4各自独立地为H;直链或非直链C1至C6烷基、苯基、苄基或环己基,最优选R1,R2,R3且R4各自独立地为C1至C4烷基并且X-选自从以下各项中选出的组:Cl,Br,I,1/2SO4,HSO4和CH3SO3,磺酸根,硫酸根,羧酸根(乙酸根,乙醇酸根),氢氧根或磷酸根,
Figure FPA00001380857400061
12.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式10a或10b中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有磷酰基或磷酰基烷基侧基的C1至C17烷基时,R1为H或C1至C6烷基,最优选为H或C1烷基,
Figure FPA00001380857400071
13.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式11a,11b,11c和11d中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有羟基侧基的C1至C17烷基时,n为1至16,
14.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式12a和12b中所示亲水性嵌段B包含式B的单体,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有甲硅烷基侧基的C1至C17烷基时,x和y各自独立地为0至16并且n为1至6,
15.根据权利要求2所述的AB嵌段共聚物组合物的用途,其中当如式13a和13b中所示亲水性嵌段B包含式B的烷基丙烯酸酯或丙烯酸酯,R为H或C1至C4烷基,且R’包含具有环氧基侧基的C1至C17烷基时,x和y各自独立地为0至16并且n为1至17,
Figure FPA00001380857400082
16.根据权利要求1至15中任一项所述的组合物的用途,其中包括所述AB嵌段共聚物的聚合物由单体构成,并且其中构成嵌段共聚物AB的每一种聚合物的单体的比率是使得疏水性嵌段A和亲水性嵌段B的体积分数导致有机聚集体的形成的比率。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的组合物的用途,其中疏水性嵌段A和亲水性嵌段B的体积分数导致胶束的形成。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的组合物的用途,其中构成所述嵌段共聚物AB的单体的比率包括:
5至100个A单元;和15至300个B单元。
19.根据权利要求18所述的组合物的用途,其中构成所述嵌段共聚物AB的单体的比率包括:
15至50个A单元;以及80至200个B单元。
20.根据权利要求18所述的组合物的用途,其中构成所述嵌段共聚物AB的单体的比率包括:
15至30个单元A;和100至120个B单元。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的组合物的用途,其中疏水性嵌段A包括选自包括以下各项的组中的一种或多种单体:烷基丙烯酸烷基酯,烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯和丙烯酸甲硅烷基酯。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的组合物的用途,其中所述基本上疏水性的嵌段A包含烷基丙烯酸烷基酯,所述烷基丙烯酸烷基酯选自包括以下各项的组:甲基丙烯酸酯;甲基丙烯酸丁酯(BuMA)和甲基丙烯酸十八烷基酯(ODA)。
23.根据权利要求22所述的组合物的用途,其中所述疏水性嵌段A优选包含一种或多种根据式A的丙烯酸或烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯单体;其中所述丙烯酸或烷基丙烯酸烷基氨基烷基酯单体包括甲基丙烯酸烷基氨基烷基酯或甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(DEAEMA)。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的组合物的用途,其中当嵌段A包含(烷基)丙烯酸甲硅烷基酯单体时,所述(烷基)丙烯酸甲硅烷基酯单体包括:甲基丙烯酸三烷氧基甲硅烷基酯,更优选地,甲基丙烯酸三甲氧基甲硅烷基酯,最优选甲基丙烯酸(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(TMSPMA)和丙烯酸(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(TMSPA)。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的组合物的用途,其中当嵌段A包含苯乙烯衍生物时,苯乙烯衍生物优选包括苯乙烯,甲基苯乙烯或在邻位、间位和/或对位被取代的苯乙烯衍生物。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的组合物的用途,其中嵌段A优选由以下各项构成:
丙烯酸酯衍生物的均聚物;
苯乙烯衍生物的均聚物;和
基于A1A2,A1A3,A1A4,A2A4或A3A4的无规,交替,梯度或嵌段共聚物,其中A1为丙烯酸烷基酯;A2为丙烯酸烷基氨基酯;A3为丙烯酸甲硅烷基酯;并且A4是苯乙烯衍生物。
27.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中嵌段B优选由选自包括以下各项的组中的一种或多种聚合物构成:
衍生自以下物质的亲水性有机单体、低聚物、预聚物或共聚物:乙烯醇,N-乙烯基吡咯烷酮,N-乙烯基内酰胺,丙烯酰胺,酰胺,苯乙烯磺酸,乙烯基缩丁醛和N-乙烯基吡咯烷酮的组合,甲基丙烯酸,丙烯酸,乙烯基甲基醚,卤化乙烯基吡啶鎓,三聚氰胺,马来酸酐/甲基乙烯基醚,乙烯基吡啶,环氧乙烷,环氧乙烷吖丙啶,二醇,乙酸乙烯酯,乙酸乙烯酯/巴豆酸,甲基纤维素,乙基纤维素,羧甲基纤维素,羟乙基纤维素,羟丙基纤维素,羟甲基乙基纤维素,羟丙基甲基纤维素,乙酸纤维素,硝酸纤维素,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,乙二醇(甲基)丙烯酸酯(例如三甘醇(甲基)丙烯酸酯)和(甲基)丙烯酰胺),N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺,和N,N-二羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N,N-二羟乙基(甲基)丙烯酰胺,醚多元醇,聚环氧乙烷,聚环氧丙烷和聚(乙烯基醚),烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯,具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯,或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基;和相关化合物或其组合。
28.根据权利要求27所述的组合物的用途,其中亲水性嵌段B由选自以下各项组成的组中的单体构成:衍生自以下各项物质的亲水性有机单体、低聚物、预聚物或共聚物:乙烯醇,N-乙烯基吡咯烷酮,N-乙烯基内酰胺,丙烯酰胺,苯乙烯磺酸,乙烯基缩丁醛和N-乙烯基吡咯烷酮的组合,甲基丙烯酸,丙烯酸,乙烯基甲基醚,卤化乙烯基吡啶鎓,乙烯基吡啶,乙酸乙烯酯,乙酸乙烯酯/巴豆酸,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,乙二醇(甲基)丙烯酸酯(例如三甘醇(甲基)丙烯酸酯)和(甲基)丙烯酰胺),N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟乙基(甲基)丙烯酰胺,和N,N-二羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N,N-二羟乙基(甲基)丙烯酰胺,醚多元醇,聚环氧乙烷,聚环氧丙烷,和聚(乙烯基醚),烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯,具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯,或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基。
29.根据权利要求28所述的组合物的用途,其中亲水性嵌段B由选自以下各项组成的组中的单体构成:衍生自以下各项物质的亲水性有机单体、低聚物、预聚物或共聚物:丙烯酰胺,甲基丙烯酸,丙烯酸,(烷基)丙烯酸羟烷基酯,如(甲基)丙烯酸羟乙酯,(甲基)丙烯酸羟丙酯,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物,N-烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N-甲基(甲基)丙烯酰胺和N-己基(甲基)丙烯酰胺),N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(例如N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N,N-二丙基(甲基)丙烯酰胺),N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺聚合物,如聚-N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和聚-N-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺,烷基乙烯基砜,烷基乙烯基砜-丙烯酸酯和具有含磷侧基如乙烯基膦酸酯、乙烯基膦酸、乙烯基氧化膦的(烷基)丙烯酸酯或具有酯官能-COOR的任何(烷基)丙烯酸酯,如R是CxH2xPO3R2,其中x为2至10,最优选x为2,且R为氢或具有1至4个碳原子的烷基,优选甲基。
30.根据权利要求28所述的组合物的用途,其中亲水性嵌段B由选自衍生自以下各项物质的亲水性有机单体、低聚物、预聚物或共聚物的组中的单体构成:甲基丙烯酸,丙烯酸,(烷基)丙烯酸烷基氨基烷基酯,甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯,甲基丙烯酸2-(N-吗啉基)乙酯,或其衍生物。
31.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中AB嵌段共聚物为以下形式:线型嵌段共聚物(二嵌段,三嵌段或多嵌段),杂臂共聚物(星形共聚物),梯型(H形)共聚物,接枝和梳状(共)聚合物;优选直链嵌段共聚物。
32.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中在每一个共聚物嵌段内的组分单体的分布为均(共)聚物,无规(共)聚合物,梯度(共)聚合物,交替(共)聚合物,嵌段(共)聚合物,接枝(共)聚合物和梳状(共)聚合物的形式。
33.根据权利要求31或32所述的组合物的用途,其中嵌段共聚物优选选自包括以下各项的组:AB嵌段,ABA嵌段,ABC嵌段共聚物。
34.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中嵌段共聚物包含至少一个吸附至目标表面的嵌段。
35.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中所述组合物还包含底涂料。
36.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中所述组合物形成胶束。
37.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,所述组合物包含直径介于3至300nm之间的聚集体结构。
38.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中所述聚合物通过可控的活性自由基聚合反应而制备。
39.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中当液体介质包括水,水和有机溶剂,有机溶剂,或不含水的有机溶剂时,其中嵌段共聚物优选完全溶解于所述液体介质中。
40.根据前述权利要求中任一项所述的组合物的用途,其中所述有机溶剂优选包含选自包括以下各项的组中的水混溶的有机溶剂:
C1-6醇,优选地,甲醇,乙醇,正丙醇,异丙醇,正丁醇和仲丁醇;烷基酮,芳基烷基酮,酮醇,环酮,杂环酮,醚,环醚,酯等以及它们的组合。
41.根据权利要求1至40中任一项所述的组合物的用途,其中所述液体介质优选包括:
水或水/醇的混合物或纯的醇,其中所述醇优选选自包括以下各项的组:甲醇,乙醇,工业甲基化酒精,丙醇,异丙醇,叔丁醇,乙二醇或二醇醚。
42.根据权利要求1至41中任一项所述的组合物的用途,其中在所述组合物中作为组分(a)的嵌段共聚物AB和作为组分(b)的液体介质的相对比例为1∶100,000至1∶1之间,更优选1∶10,000至1∶2,并且特别是1∶5,000至2∶10。
43.根据权利要求1至42中任一项所述的组合物的用途,其中在所述组合物中的组分(a)和组分(b)的相对比例为1∶5,000至1∶10。
44.根据权利要求1至43中任一项所述的组合物的用途,其中所述组合物还包含选自例如分散剂、香料表面活性剂和稳定剂中的另外的组分。
45.根据权利要求1至44中任一项所述的组合物的用途,所述组合物用于通过以下方式涂布基材:浸涂,喷涂,擦拭,旋涂,辊涂,幕涂和刷涂。
46.根据权利要求44或45中任一项所述的组合物的用途,其中所述基材选自包括以下各项的组:玻璃,塑料,金属,陶瓷,混凝土,纸,木材,矿物,涂搽的和/或涂布的基材。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的组合物的用途,其中所述基材在涂敷组合物之前用底涂料涂布或涂搽。
48.根据权利要求1至47中任一项所述的组合物的用途,所述组合物用于形成具有下列性质中的一种或多种的涂层:水铺展,防雾,防尘,抗细菌和抗真菌。
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