CN104540909A - 水分可固化的聚硅氧烷涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水分可固化聚硅氧烷组合物,其基本上由以下组成:(a)至少一种聚有机硅氧烷、氟化的聚有机硅氧烷、或它们的组合,其包含含有至少一个氢甲硅烷基部分的反应性硅烷官能团;以及(b)至少一种碱,其选自脒、胍、磷腈、前氮磷川以及它们的组合;其中所述可固化组合物是不起泡的并且具有大于2的平均可缩合固化的反应性硅烷官能度。
Description
优先权声明
本申请要求2012年6月27日提交的美国临时申请61/665146的优先权,所述专利的内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及含有反应性硅烷官能团的可固化涂料组合物,并且在其它方面,涉及用于涂覆该组合物的方法以及由此制备的制品。
背景技术
水分可固化聚硅氧烷组合物在水分的存在下固化以形成交联材料,诸如可用于许多行业中的隔离涂层和表面处理。例如,通常选择聚硅氧烷或氟化聚硅氧烷来提供适于与压敏粘合剂使用的水分可固化隔离涂层。用于固化的水分通常得自大气环境或其上已施加组合物的基材,但其也可以添加至组合物中(例如,用于实现在深度或禁闭中固化)。
水分可固化的聚硅氧烷组合物通常包含具有可在存在水分的情况下反应以形成固化的(即交联的)材料的基团(例如,烷氧基甲硅烷基或酰氧基甲硅烷基部分)的硅氧烷聚合物。包含烷氧基甲硅烷基或酰氧基甲硅烷基官能团的水分可固化组合物通常以两个反应固化。在第一个反应中,烷氧基甲硅烷基或酰氧基甲硅烷基基团在存在水分和催化剂的情况下水解以形成具有羟基甲硅烷基基团的硅烷醇化合物。在第二个反应中,羟基甲硅烷基在存在催化剂的情况下与其它羟基甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、或酰氧基甲硅烷基缩合以形成--Si--O--Si--键。一旦生成硅烷醇化合物,两个反应基本上同时进行。两个反应的常用催化剂包括布朗斯台德酸和路易斯酸(Bronsted and Lewis acids)。单一材料可催化这两个反应。
优选地,水解和缩合反应在水分可固化组合物已施加到例如基材之后迅速进行。然而同时,反应不能过早(例如在加工或储存期间)进行。
这些特性之间的良好平衡经常难以获得,因为迅速反应性和储存稳定性是彼此相背的特性。例如,诸如四烷基钛酸酯的高度反应性催化剂迅速加快水分固化反应,但同时可使在进料槽、涂覆设备和其它制造和处理设备中无过早胶凝风险地加工材料变得困难。水分量的控制可能十分关键,太少的水分潜在地导致很慢或不完全固化而太多水分导致过早固化。
已使用多种方法用于提供具有可接受的固化速率而没有加工和储存困难的水分可固化组合物。例如,已经开发出两部分体系(一部分包含官能化硅氧烷聚合物,而另一部分包含催化剂),其中在使用之前迅速混合所述两个部分。虽然这种方法已用于小规模应用,但其对于大规模制造不那么有效,其中由必须混合两个部分所造成的延迟一直是不期望的。此外,涂覆操作必须在组合物于罐中固化之前迅速完成,并且这在使用大表面积基材或大体积的组合物工作时一直是困难的。
已经开发出铵盐催化剂,该铵盐催化剂在充分加热以释放引发水分固化反应的酸化合物之前一直为惰性的。酸的释放也产生胺,然而所述胺必须通过蒸发移除。另外,用于活化所述催化剂的热量可损坏其上已施加了组合物的热敏基材。
已使用其它材料(例如,盐,诸如锍盐和碘盐)来在照射(例如,使用紫外光照射)时于原位产生酸物质。这类材料不需要热活化并因而使得能够使用热敏基材而没有损坏(并且不会产生需要移除的不期望物质),但是所述材料相对昂贵,已在一些基材上显示具有固化抑制、并且需要水分控制以及使用具有照射能力的涂覆设备。
诸如二月桂酸二丁基锡的常规锡催化剂可提供稳定的可固化聚硅氧烷组合物,该组合物可进行加工和涂覆而不会过早胶凝。除了典型的水分可固化体系之外,已经发现的是包含氢甲硅烷基和羟基甲硅烷基基团形式的双重反应性硅烷官能团的可固化组合物(可脱氢固化体系)可通过使用锡催化剂来固化。所述组合物已广泛用于压敏粘合剂和脱模剂应用,但有时遭受相对短的罐藏期。此外,锡催化剂的使用变得尤其有问题,因为通常用作催化剂的有机锡化合物现在被视为毒物学上有异议的。
在存在重力水的情况下,使用铂催化剂以聚合五甲基环五硅氧烷(D5 H)来形成刚性且易碎的固体。在存在重力水或醇的情况下,使用基于金属的催化剂(具体地讲为过渡金属催化剂),以及一些酸性和碱性催化剂,以脱氢偶联聚氢甲基硅氧烷(polyhydridomethylsiloxane)来改善其室温固化性(据说不足以用于形成保护涂层)。
已通过将化合物如二有机亚砜、咪唑和胺(包括脒和取代的胍)与各种硅氧烷组合物(包括室温固化硅氧烷组合物和脱氢固化的硅氧烷组合物)中的锡催化剂(并且在一些情况下,仅胺化合物)组合使用来实现加速固化。还已经提出,将包括脒的胺化合物在不存在锡催化剂的情况下用于固化水分可固化的甲硅烷基官能化有机聚合物,但烷氧基甲硅烷基官能化有机聚合物的实用固化性和可接受的对基材的粘附力仅使用强碱性胺(在水溶液中显示具有至少13.4的pH的那些)才能实现。
发明内容
因此,我们认识到存在对可提供可接受的固化速率而没有显著加工和储存困难(例如,由于过早胶凝所导致)的可固化聚硅氧烷组合物的持续需要。优选地,这些组合物将为可有效加工的(例如,无需在固化之前混合两部分体系),将采用不产生需要移除的物质的催化剂,和/或将不需要热活化(从而使得能够在相对低的温度下固化和/或使用热敏基材)。理想的是,组合物将采用这样的催化剂,该催化剂相对无毒,提供溶液中相对较稳定但在干燥时相对快速固化的组合物,在相对低浓度下有效,和/或在相对低水分条件下有效。
简而言之,在一个方面,本发明提供水分可固化聚硅氧烷组合物。可固化组合物基本上由以下组成:
(a)至少一种聚有机硅氧烷、氟化的聚有机硅氧烷或它们的组合,它们包含含有至少一个氢甲硅烷基部分(即,包含与硅原子直接键合的氢原子的一价部分)的反应性硅烷官能团;以及
(b)至少一种碱,其选自脒、胍、磷腈、前氮磷川以及它们的组合;
其中可固化组合物为不起泡的并且具有大于二的平均可缩合固化的(优选地,水分可固化的;更优选地,水分可固化的且以氢甲硅烷基部分的形式的)反应性硅烷官能度。
组分(a)优选包含至少一种聚有机硅氧烷(更优选地,至少一种聚烷基硅氧烷(即,至少一种聚烷基(氢)硅氧烷、聚二烷基硅氧烷、或它们的组合);最优选地,至少一种聚甲基硅氧烷(即,至少一种聚甲基(氢)硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、或它们的组合)),该聚有机硅氧烷包含含有至少一种氢甲硅烷基部分的反应性硅烷官能团。优选地,组分(a)具有至少三的平均可缩合固化的(优选水分可固化的;更优选地,水分可固化且以氢甲硅烷基部分的形式的)反应性硅烷官能度。
碱优选地包含至少一种脒或胍(更优选地,至少一种脒;最优选地,1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU))。可通常(并且优选地)以100%固体(无溶剂)的形式来使用组合物,但是任选地,其可进一步包含至少一种非质子溶剂(例如,非质子有机溶剂诸如庚烷)。组合物优选地为基本上无水的。
已发现,与标准胺碱诸如三乙胺(其无效)不同,上述碱可有效地催化聚硅氧烷组合物的水分固化,该聚硅氧烷组合物包含呈氢甲硅烷基部分的形式的反应性硅烷官能团。碱可甚至在低至环境温度(例如约23℃)下,提供相对快速的固化(例如,在去除任何溶剂时,固化可在短至约1分钟的时间段内发生),而无需热活化。因此,包含碱的聚硅氧烷组合物可适于在工业环境中在高速涂覆和固化操作中使用,不需加热。尽管这种有效固化性,该组合物可以100%固体形式或在多种溶剂(例如,庚烷、甲基乙基酮、或它们的组合)中展现相对良好的贮存稳定性(例如,在封闭容器中数周)和/或相对长的罐藏期(例如,大约8小时或更长),不需在使用之前立即混合两部分体系。
令人惊讶地是,所述碱在基本不存在其它水分固化催化剂,和/或在基本不存在重力水的情况下,可以相对较小的量(例如浓度低至约0.5重量%或更少(例如约0.1重量%至约0.15重量%),基于组分(a)和(b)的总重量)在本发明的可固化聚硅氧烷组合物中有效。可将碱用作常规金属催化剂的替代品以提供不含有机金属催化剂、可固化的聚硅氧烷组合物,其可在仅存在大气水分的情况下令人惊讶地快速固化。碱的至少一些(例如DBU)为相对无毒的并且因此适于在制备相对环境友好的或“绿色”聚硅氧烷组合物中使用。
可将本发明的可固化聚硅氧烷组合物固化以提供交联网络,该交联网络具有可根据各种不同应用的需求进行调整的特性(例如,通过改变起始组分(a)的反应性硅烷官能团的性质和/或程度)。因此,可固化聚硅氧烷组合物可用于提供具有多种可用于许多涂层应用(例如,用作保护涂层、压敏粘合剂的隔离涂层、斥水和/或斥油涂层或表面处理等)的表面特性的涂层。
本发明的可固化聚硅氧烷组合物可特别适用于制备相对硬、经目测相对透明的保护涂层。可固化聚硅氧烷组合物还可用于需要仔细和/或定制控制表面特性的相对敏感的应用(例如隔离涂层应用),因为碱催化剂似乎不产生需要去除的物质,并且在一些实施例中,碱催化剂具有充分挥发性以在加工期间从组合物中蒸发,从而在固化材料中基本无催化剂污染(与常规锡催化剂的金属污染相比,所述金属污染可能在电子器件的区域中特别难以解决)。
根据上述,本发明的可固化聚硅氧烷组合物的至少一些实施例符合上述存在的对可固化组合物的需要,该可固化组合物可提供可接受的固化速度而无显著的加工和储存困难(例如,在溶液中相对较稳定但在干燥时相对快速固化),同时还可有效加工(例如,无需在固化之前混合两部分体系,无需去除污染物,和/或无需热活化)。可固化聚硅氧烷组合物的至少一些实施例也采用相对无毒的催化剂,同时在相对低浓度下和/或在相对低水分条件下有效。
在另一方面,本发明还提供一种涂覆方法,其包括:
(a)提供本发明的上述可固化聚硅氧烷组合物;
(b)提供至少一种具有至少一个主表面的基材;
(c)将可固化聚硅氧烷组合物施加到基材的至少一个主表面的至少一部分;以及
(d)允许或诱导可固化聚硅氧烷组合物固化以形成涂层(优选地,通过将组合物暴露于外在水分;更优选地,通过将组合物暴露于大气水分;最优选地,通过将组合物暴露于大气水分而不向组合物添加重力水)。
在另一方面,本发明提供包含至少一种具有至少一个主表面的基材的制品,所述基材在至少一个主表面的至少一部分上具有通过上述涂覆方法制备的涂层。
具体实施方式
在以下详细说明中,描述了各组数值范围(例如,特定部分中的碳原子数的数值范围、特定组分的量的数值范围等等),并且在每组数值范围内,范围的任何下限可与范围的任何上限配对。这种数值范围另外旨在包括包含在该范围内的所有数(例如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等)。
如本文所用,术语“和/或”意指所列要素的一个或全部,或所列要素中的任何两个或更多个的组合。
术语“优选的”和“优选地”是指本发明的实施例在某些情况下可提供一定的益处。然而,其他实施例在相同或其它情况下也可能是优选的。此外,对一个或多个优选实施例的表述并不暗示其它实施例是不可用的,且并非意图将其它实施例排除在本发明范围之外。
当术语“包括”及其变型出现在说明书和权利要求中时,这些术语不具有限制的意思。
本文所用的“一种(个)”、“所述(该)”、“至少一种(个)”以及“一种或多种(一个或多个)”可互换使用。
上述“发明内容”部分并非旨在描述本发明的每个实施例或每种实施方式。以下具体实施方式更具体地描述了示例性实施例。在整个具体实施方式中,通过实例的列表提供指导,这些实例可以各种组合使用。在每种情况下,所述列表仅用作代表性的组类,并且不应解释为排他性列表。
定义
如本专利申请中所用的:
“链中杂原子”是指取代碳链中的一个或多个碳原子的除碳之外的原子(例如氧、氮或硫)(例如,以便形成碳-杂原子-碳链或碳-杂原子-杂原子-碳链);
“基本上由...组成”(涉及本发明的可固化组合物)意指组合物可包含不改变其基本实质的其它组分,该组分包括常规添加剂(例如,隔离改性剂,如硅酸盐树脂,该硅酸盐树脂包括MQ、Q、T和MT硅酸盐树脂等;增粘剂,如三烷氧基硅烷;和不具有反应性硅烷官能团的聚硅氧烷组分(例如,聚二甲基硅氧烷),但组合物不包含羟基官能硅酸盐树脂之外的含羟基甲硅烷基组分;
“固化”意指转变成交联聚合物网络(例如通过催化);
“氟”(例如,涉及基团或部分,如“氟代亚烷基”或“氟代烷基”或“氟烃”的情况)或“氟化”是指仅部分氟化,使得存在至少一个键合碳的氢原子;
“含氟化合物”指氟化的或全氟化的;
“杂有机”是指含有至少一个杂原子(优选至少一个链中杂原子)的有机基团或部分(例如烷基或亚烷基基团);
“氢甲硅烷基”是指包含直接键合到氢原子的硅原子的一价部分或基团(例如,氢甲硅烷基部分可为式–Si(Ra)3-m(H)m,其中m为整数1、2或3,并且Ra为除羟基以外的可水解基团或不可水解基团(优选地,不可水解基团)诸如烷基或芳基);
“羟基甲硅烷基”是指包含直接键合到羟基基团的硅原子的一价部分或基团(例如,羟基甲硅烷基部分可为式–Si(Rb)3-m(OH)m,其中m为整数1、2或3,并且Rb为可水解或不可水解基团(优选地,不可水解的)诸如烷基或芳基);
“不起泡的”(涉及可固化组合物)意指组合物固化以提供涂层或膜,该涂层或膜不为泡沫(优选地,基本不含含气体孔的涂层或膜);
“低聚物”是指包含至少两个重复单元并且分子量小于其缠结分子量的分子;与聚合物不同,当除去或加入一个重复单元时,上述分子在特性上表现出显著的改变;
“氧基”指式–O-的二价基团或部分;
“全氟”(例如,涉及基团或部分,如“全氟亚烷基”或“全氟烷基”或“全氟化碳”的情况)或“全氟化”是指完全氟化,以使得除非另外指明,否则不存在可由氟置换的键合碳的氢原子;
“全氟醚”是指具有两个与氧原子连接的饱和或不饱和全氟化碳基团(直链的、支链的、环状的(优选脂环的)或它们的组合)的基团或部分(即存在一个链中氧原子);
“全氟聚醚基团(或链段或部分)”是指具有三个或更多个与氧原子连接的饱和或不饱和全氟化碳基团(直链、支链、环状的(优选脂环的)或者它们的组合)的基团或部分(即存在至少两个链中氧原子);以及
“基本上无水的”(例如,涉及组合物)意指不包含添加的重力水(优选地,具有不大于1重量%的含水量(更优选地,不大于0.1重量%),基于组合物的总重量)。
组分(a)
适用于作为本发明可固化组合物的组分(a)的聚硅氧烷包括聚有机硅氧烷、氟化的聚有机硅氧烷(优选地,氟代烷基取代的聚有机硅氧烷、氟代烷基醚取代的聚有机硅氧烷、或它们的组合)、以及它们的组合,其包含含有至少一个氢甲硅烷基部分(即,包含直接键合到硅原子的氢原子的一价部分)的反应性硅烷官能团。聚硅氧烷可为小分子、低聚物、聚合物,或它们的组合。优选地,聚硅氧烷为低聚物或聚合物。聚硅氧烷可为无环的(直链或支链的)、环状的、或它们的组合。可用的聚合物包括具有无规、交替、嵌段、或接枝结构,或它们的组合的那些。
根据例如对可固化和/或固化的组合物所期望的特性,聚硅氧烷的分子量和反应性硅烷官能团(包括氢甲硅烷基部分的数目和性质)可以是广泛变化的(并且前提条件是可固化组合物具有大于二的平均可缩合固化的、反应性硅烷官能度)。聚硅氧烷优选地具有约100至约100,000的重均分子量。
优选地,组分(a)具有至少三的平均可缩合固化的、反应性硅烷官能度。组分(a)的当量重量(基于其可缩合固化的(优选地,水分可固化的;更优选地,水分可固化且呈氢甲硅烷基部分的形式)反应性硅烷官能团)通常少于约1000(优选地,少于约750);更优选地,少于约500;最优选地,少于约400)。
无环聚硅氧烷的优选类别包括可由以下通式表示的那些:
R’2R”SiO(R’2SiO)r(HR’SiO)s SiR”R’2 (I)
其中每个R’独立地选自烷基、烯基、氟代烷基、芳基、氟代芳基、环烷基、氟代环烷基、杂烷基、杂氟代烷基、杂芳基、杂氟代芳基、杂环烷基、杂氟代环烷基以及它们的组合;每个R”独立地为氢或R’;r为0至约150(优选地,0至约100;更优选地,0至约20)的整数;并且s为1至约150(优选地,约5至约100;更优选地,约20至约80)的整数。最优选地,每个R”和每个R’为甲基,r为0,和/或s为约40。
环状聚硅氧烷的优选类别包括可由以下通式表示的那些:
环-[(R’2SiO)t(HR’SiO)v] (II)
其中每个R’独立地选自烷基、烯基、氟代烷基、芳基、氟代芳基、环烷基、氟代环烷基、杂烷基、杂氟代烷基、杂芳基、杂氟代芳基、杂环烷基、杂氟代环烷基以及它们的组合;t为0至60(优选地,0至10;更优选地,0至5;甚至更优选地,0至3)的整数;并且v为3至10(优选地,3至8;更优选地,3至5)的整数。最优选地,每个R’为甲基,t为0,和/或v为4或5。
在上述式I和II中,R’中的杂原子可包括氧、硫、氮、磷以及它们的组合(优选地,氧、硫以及它们的组合;更优选地,氧)。优选地,每个R’独立地选自烷基(优选地,具有1至约8个碳原子)、氟代烷基(优选地,具有3至约15个碳原子;更优选地,具有3至约10个碳原子;甚至更优选地,RfCjH2j-,其中j为2至约8(优选地,2或3)的整数,并且Rf为具有1至约12个碳原子(优选地,1至约6个碳原子)的氟化的或全氟化的烷基基团)、杂氟代烷基(优选地,具有3至约50个碳原子;更优选地,具有3至约30个碳原子;甚至更优选地,Rf’CjH2j-,其中j为2至约8(优选地,2或3)的整数并且Rf’为具有1至约45个碳原子(优选地,1至约30个碳原子))的氟化的或全氟化的杂烷基(优选地,醚或聚醚)基团、芳基、以及它们的组合。优选地,Rf为全氟烷基基团;和/或Rf’为全氟醚基团、全氟聚醚基团、或它们的组合(更优选地,Rf’为全氟聚醚基团)。
优选的Rf’基团包括可为直链的、支链的、环状的(优选地,脂环族的)或它们的组合的全氟聚醚基团。全氟聚醚基团可为饱和的或不饱和的(优选地,饱和的)。可用的全氟聚醚基团的代表性实例包括但不限于具有选自--(CpF2p)--、--(CpF2pO)--、--(CF(Z))--、--(CF(Z)O)--、--(CF(Z)CpF2pO)--、--(CpF2pCF(Z)O)--、--(CF2CF(Z)O)--以及它们的组合的全氟化重复单元的那些,其中p为1至约10的整数(优选地,1至约8;更优选地,1至约6;甚至更优选地,1至约4;最优选地,1至约3);Z选自全氟烷基基团、全氟醚基团、全氟聚醚基团和全氟烷氧基基团,这些基团为直链的、支链的、环状的或它们的组合,并具有小于或等于约12个碳原子(优选地,小于或等于约10个碳原子;更优选地,小于或等于约8个碳原子;甚至更优选地,小于或等于约6个碳原子;还更优选地,小于或等于约4个碳原子;最优选地,小于或等于约3个碳原子)和/或小于或等于约4个氧原子(优选地,小于或等于约3个氧原子;更优选地,小于或等于约2个氧原子;最优选地,0或1个氧原子)。在这些全氟聚醚结构中,不同的重复单元可以以嵌段、交替或无规排列进行组合以形成全氟聚醚基团。
全氟聚醚基团的末端基团可为(CpF2p+1)--或(CpF2p+1O)--,例如,其中p的定义同上。可用的全氟聚醚基团的代表性实例包括但不限于C3F7O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)--、C3F7O(CF2CF2CF2O)nCF2CF2--、CF3O(C2F4O)nCF2--、CF3O(CF2O)n(C2F4O)qCF2--和F(CF2)3O(C3F6O)q(CF2)3--(其中n具有0至约50、约1至约50、约3至约30、约3至约15或约3至约10的平均值;并且q具有0至约50、约3至约30、约3至约15或约3至约10的平均值)。
优选地,全氟聚醚基团包含至少一个二价六氟亚丙氧基基团(-CF(CF3)-CF2O-)。优选的全氟聚醚基团包括F[CF(CF3)CF2O]aCF(CF3)-(或者,如上所示,C3F7O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3),其中n+1=a),其中a具有约4至约20的平均值。这种全氟聚醚基团可通过六氟环氧丙烷的低聚化获得,并且可因为它们相对良性的环境特性而为优选的。
因此,在上述式I和式II中,每个R’更优选地独立地选自甲基、F[CF(CF3)CF2O]aCF(CF3)CjH2j-(其中j为2至约8(优选地,2或3)的整数并且具有约4至约20的平均值),C4F9C3H6-、C4F9C2H4-、C4F9OC3H6-、C6F13C3H6-、CF3C3H6-、CF3C2H4-、苯基、C6H5C2H4-、以及它们的组合(甚至更优选地,甲基、F[CF(CF3)CF2O]aCF(CF3)CjH2j-(其中j为2至约8(优选地,2或3)的整数并且具有约4至约20的平均值)、CF3C2H4-、苯基、C4F9C2H4-、C6F13C3H6-、以及它们的组合;最优选地,甲基)。
可用的无环、氢甲硅烷基官能的聚硅氧烷的代表性实例包括以下(其中MW为分子量;R为烷基、芳基、或它们的组合(优选地,烷基;更优选地,甲基);并且Rf”为RfCjH2j-或Rf’CjH2j-,其中j、Rf和Rf’的定义同上):
R3SiO(R2SiO)d(RHSiO)eSiR3(例如具有–
20至99的RHSiO-单元百分比和900至65,000的MW),
R3SiO(RHSiO)eSiR3(例如具有1000至3000的MW),
R3SiO(R2SiO)d[R(Rf”)SiO]f(RHSiO)eSiR3,
R3SiO[R(Rf”)SiO]f(RHSiO)eSiR3,
等,以及它们的组合。
可用的环状的、氢甲硅烷基官能聚硅氧烷的代表性实例包括以下(其中MW为分子量;R为烷基、芳基、或它们的组合(优选地,烷基;更优选地,甲基);并且Rf”为RfCjH2j-或Rf’CjH2j-,其中j、Rf和Rf’的定义同上):
环-(R2SiO)x(RHSiO)y(例如,具有–
10或更大的RHSiO-单元百分比和150至1,000(优选地,150至500)的MW),
环-(RHSiO)y(例如,具有150至1000(优选地,150至500))的MW,
环-(R2SiO)x[R(Rf”)SiO]z(RHSiO)y(例如,具有200至3000的MW),
环-[R(Rf”)SiO]z(RHSiO)y(例如,具有200至3000的MW),
等,以及它们的组合。
优选的氢甲硅烷基官能的聚硅氧烷包括环状的聚甲基(氢)硅氧烷(尤其是1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷(D4 H)、1,3,5,7-四乙基环四硅氧烷(Et-D4 H)和1,3,5,7,9-五甲基环五硅氧烷(D5 H));无环(直链或支链的)聚甲基(氢)硅氧烷;共聚物(无环的、环状的、或它们的组合),其包含甲基(氢)硅氧烷单元和(例如最高至约80摩尔%的)其它单元,所述其它单元选自二烷基硅氧烷单元、(烷基)(甲基)硅氧烷单元、(烷基)(苯基)硅氧烷单元、二(氟代烷基)硅氧烷单元、二(杂氟代烷基)硅氧烷单元、(氟代烷基)(烷基)硅氧烷单元、(杂氟代烷基)(烷基)硅氧烷单元、(杂氟代烷基)(苯基)硅氧烷单元、(氟代烷基)(苯基)硅氧烷单元、二苯基硅氧烷单元、以及它们的组合(其中每个烷基基团独立地选自具有1至约8个碳原子的烷基基团(例如,己基),每个氟代烷基基团独立地选自具有3至约15个碳原子的氟代烷基基团,并且每个杂氟代烷基基团独立地选自具有3至约50个碳原子的杂氟代烷基基团;以及它们的组合。虽然均聚物常常是优选的,但共聚物可以对某些应用是优选的。
更优选的氢甲硅烷基官能的聚硅氧烷包括环状的聚甲基(氢)硅氧烷(尤其是1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷(D4 H)、1,3,5,7-四乙基环四硅氧烷(Et-D4 H)和1,3,5,7,9-五甲基环五硅氧烷(D5 H));无环的(直链或支链的)聚甲基(氢)硅氧烷;共聚物(无环、环状的、或它们的组合),该共聚物包含甲基(氢)硅氧烷单元和(例如,最高至约75摩尔%)选自二甲基硅氧烷单元、(氟代烷基)(甲基)硅氧烷单元、(杂氟代烷基)(甲基)硅氧烷单元以及它们的组合的单元;以及它们的组合。最优选的氢甲硅烷基官能的聚硅氧烷包括1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷(D4 H);1,3,5,7-四乙基环四硅氧烷(Et-D4 H);1,3,5,7,9-五甲基环五硅氧烷(D5 H);无环(优选地,直链的)聚甲基(氢)硅氧烷(优选地,具有约1000至约3000的分子量);共聚物(无环、环状的、或它们的组合),该共聚物包含甲基(氢)硅氧烷单元和(例如,最高至约70摩尔%)选自二甲基硅氧烷单元、(氟代烷基)(甲基)硅氧烷单元、(杂氟代烷基)(甲基)硅氧烷单元以及它们的组合的单元;以及它们的组合。
可用作组分(a)的聚硅氧烷可单独或以不同聚硅氧烷的混合物的形式用在本发明的可固化组合物中。可通过已知的合成方法来制备聚硅氧烷并且许多是可商购获得的(例如,从密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow CorningCorporation,Midland,MI),或从宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司(Gelest,Inc.,Morrisville,PA)(参见例如Silicon Compounds Silanes andSilicones《硅化合物:硅烷和硅氧烷》)第二版,B.Arkles和G.Larson编辑,格雷斯特公司(2008)中描述的聚硅氧烷)。可使用已知的合成方法来制备氟化的聚有机硅氧烷,该合成方法包括氟化烯烃与氢硅氧烷(小分子、低聚物或聚合物)的铂催化加成反应。
组分(b)
适于用作本发明的可固化组合物的组分(b)的碱包括脒、胍(包括取代的胍,诸如双胍)、磷腈、前氮磷川(也称为Verkade碱)以及它们的组合。该碱的自质子化形式(例如,诸如精氨酸的氨基酸)通常不那么适用并且因此被排除,因为该碱的此类形式为自中和的并因此不溶解于可固化组合物中。优选的碱包括脒、胍以及它们的组合(更优选地,脒以及它们的组合;最优选地,环脒以及它们的组合)。
已经发现所列出结构类型的碱可有效催化如上所述组分(a)的水分固化。碱可单独地(个别地)或以一种或多种不同碱的混合物(包括来自不同结构类型的碱)的形式用于可固化组合物中。如果需要,碱可以光潜(photolatent)形式存在(例如,以可活化组合物的形式,其在暴露于辐射或热时在原位产生碱)。
可用的脒包括可由以下通式表示的那些:
其中R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、一价有机基团、一价杂有机基团(例如,包含以基团形式或部分形式存在的氮、氧、磷或硫,该基团或部分优选地通过碳原子键合并且不含酸官能团诸如羧基或磺酸基)以及它们的组合;并且其中R1、R2、R3和R4中的任何两者或更多者任选地可键合在一起形成环状结构(优选五元、六元、或七元环;更优选地,六元或七元环)。有机和杂有机基团优选地具有1至约20个碳原子(更优选地,1至约10个碳原子;最优选地,1至约6个碳原子)。优选地,R4不为氢。
包含至少一个环结构的脒(即,环脒)一般是优选的。包含两个环结构的环脒(即,二环脒)是更优选的。
可用的脒化合物的代表性实例包括1,2-二甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1-乙基-2-甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1,2-二乙基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1-正丙基-2-甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1-异丙基-2-甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1-乙基-2-正丙基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1-乙基-2-异丙基-1,4,5,6-四氢嘧啶、DBU(即1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯)、DBN(即1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯)等等以及它们的组合。优选的脒包括1,2-二甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、DBU(即,1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯)、DBN(即1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯)以及它们的组合,并且DBU、DBN以及它们的组合是更优选的,并且DBU是最优选的。
可用的胍包括可由以下通式表示的那些:
其中R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自氢、一价有机基团、一价杂有机基团(例如,包含以基团形式或部分形式存在的氮、氧、磷或硫,所述基团或部分优选地通过碳原子键合并且不含酸官能团诸如羧基或磺酸基)以及它们的组合;并且其中R1、R2、R3、R4和R5中的任何两者或更多者任选地可键合在一起以形成环结构(优选地,五元、六元或七元环;更优选地,五元或六元环;最优选地,六元环)。有机和杂有机基团优选地具有1至约20个碳原子(更优选地,1至约10个碳原子;最优选地,1至约6个碳原子)。优选地,R5不为氢。
包含至少一个环结构的胍(即,环胍)一般是优选的。包含两个环结构的环胍(即,二环胍)是更优选的。
可用的胍化合物的代表性实例包括1-甲基胍、1-正丁基胍、1,1-二甲基胍、1,1-二乙基胍、1,1,2-三甲基胍、1,2,3-三甲基胍、1,3-二苯基胍、1,1,2,3,3-五甲基胍、2-乙基-1,1,3,3-四甲基胍、1,1,3,3-四甲基-2-正丙基胍、1,1,3,3-四甲基-2-异丙基胍、2-正丁基-1,1,3,3-四甲基胍、2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍、1,2,3-三环己基胍、TBD(即,1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)、MTBD(即,7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)、7-乙基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-正丙基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-异丙基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-正丁基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-异丁基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-叔丁基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-环己基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-正辛基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-2-乙基己基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-癸基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、双胍、1-甲基双胍、1-正丁基双胍、1-(2-乙基己基)双胍、1-正-十八烷基双胍、1,1-二甲基双胍、1,1-二乙基双胍、1-环己基双胍、1-烯丙基双胍、1-正丁基-N2-乙基双胍、1,1'-亚乙基双胍、1-[3-(二乙氨基)丙基]双胍、1-[3-(二丁基氨基)丙基]双胍、N',N″-二己基-3,12-二亚氨基-2,4,11,13-四氮杂十四烷二脒等以及它们的组合。优选的胍包括TBD(即,1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)、MTBD(即,7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯)、2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍、以及它们的组合。更优选的是TBD、MTBD以及它们的组合。
如果需要,脒和胍可选自当根据JIS Z 8802测量时表现出pH值低于13.4的那些(例如,1,3-二苯基胍、DBU、DBN或它们的组合;优选地,DBU、DBN或它们的组合)。通过以下方式进行用于测定水性溶液的pH的参考方法JIS Z 8802:首先通过向100g由重量比为10:3的异丙醇和水组成的混合溶剂中加入5毫摩尔碱来制备碱的水性溶液。所得溶液的pH随后在23℃下使用pH计(例如,Horiba Seisakusho F-22型pH计)测量。
可用的磷腈包括可由以下通式表示的那些:
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、一价有机基团、一价杂有机基团(例如,包含以基团形式或部分形式存在的氮、氧、磷或硫,该基团或部分优选地通过碳原子键合并且不含酸官能团诸如羧基或磺酸基)以及它们的组合;并且其中R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7中的任何两者或更多者任选地可键合在一起以形成环结构(优选地,五元、六元或七元环;更优选地,五元或六元环;最优选地,六元环)。有机和杂有机基团优选地具有1至约20个碳原子(更优选地,1至约10个碳原子;最优选地,1至约6个碳原子)。优选地,R7不为氢。
可用的磷腈化合物的代表性实例包括
等,以及它们的组合。优选的磷腈包括2-叔-丁基亚氨基-2-二乙氨基-1,3-二甲基全氢-1,3,2-二氮杂磷杂苯、磷腈碱P1-t-Bu-三(四亚甲基)、磷腈碱P4-t-Bu以及它们的组合。
可用的前氮磷川碱(Verkade碱)包括可由以下通式表示的那些:
其中R1、R2和R3各自独立地选自氢、一价有机基团、一价杂有机基团(例如,包含以基团形式或部分形式存在的氮、氧、磷或硫,该基团或部分优选地通过碳原子键合并且不含酸官能团诸如羧基或磺酸基)、以及它们的组合(较不优选氢)。有机和杂有机基团优选地具有1至约20个碳原子(更优选地,1至约10个碳原子;最优选地,1至约6个碳原子)。
可用的前氮磷川碱化合物的代表性实例包括
等,以及它们的组合。2,8,9-三异丙基-2,5,8,9-四氮杂-1-磷杂二环[3.3.3]十一烷是优选的前氮磷川化合物。
可固化组合物的制备
可通过合并组分(a)和(b)(优选伴随搅拌或搅动)来制备本发明的可固化组合物。如果需要,组合物可保持为相对耐存储的2部分体系(例如,通过保持组分(b)与组分(a)分开),但是如果需要,1部分体系(包含两种组分)在涂覆或以其它方式施加至组合物之前,在干燥溶剂中或以100%固体的形式也可稳定长达例如约两周的时间(相对长的罐藏期)。
组分(b)(碱催化剂)可以非零的量存在于可固化组合物中,所述非零量的范围最高达约5重量%或10重量%(优选地,约0.01重量%至约3重量%;更优选地,约0.01重量%至约1或2重量%;甚至更优选地,约0.01重量%至约0.5重量%;最优选地,约0.1重量%),以上是基于组分(a)和(b)的总重量的。
任选地,可固化组合物包含至少一种非质子溶剂或稀释剂以有助于贮存稳定性、混合和/或涂覆,特别是当组分(a)为聚合物型时。适用于本发明的可固化组合物的溶剂包括非质子溶剂,诸如芳族溶剂(例如,二甲苯、甲苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯等、以及它们的混合物)、酮(例如,甲基乙基酮(MEK)、环己酮等、以及它们的混合物)、烷基酯(例如,乙酸乙酯、乙酸丁酯等、以及它们的混合物)、烷烃(例如,庚烷、异链烷烃等、以及它们的混合物)、醚(例如,叔丁基甲基醚、四氢呋喃(THF)等、以及它们的混合物)等,以及它们的混合物。优选的溶剂包括芳族溶剂、烷烃、酮以及它们的混合物;其中二甲苯、庚烷、甲基乙基酮、以及它们的混合物是更优选的,并且庚烷、甲基乙基酮、以及它们的混合物是最优选的。
可向该可固化组合物中加入少量的任选组分以赋予特定的固化方法或用途以特定的所需特性。可用的组合物可包含常规添加剂诸如,例如催化剂(包括常规缩合催化剂,诸如锡催化剂,如果需要其可作为共催化剂添加)、引发剂、乳化剂(包括表面活性剂)、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、增粘剂(例如,三烷氧基硅烷)、隔离改性剂(例如,硅酸盐树脂,包括硅酸盐MQ树脂)、着色剂、不具有反应性硅烷官能团的聚硅氧烷(诸如聚二甲基硅氧烷)、增稠剂(例如羧基甲基纤维素(CMC)、聚乙烯丙烯酰胺、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物、聚烯醇)等、以及它们的混合物。
可固化组合物的用途和固化
本发明的可固化组合物可用于各种不同的应用。例如,组合物可用作密封剂、隔离涂层、表面处理、硬涂层等。当用作氟化的表面处理时,可赋予多种基材一定程度的疏水性和/或疏油性(例如,用于表面保护或提高清洁方便性)。
可以通过基本任何已知或以后开发的施加方法,将本发明的可固化组合物(或者其组分)施加至基材(例如,片材、纤维、或成形物)的至少一个主表面的至少一部分以形成多种不同经涂覆制品。可以用可形成可用涂层的基本上任何方式(且以基本任何厚度)施加组合物。
可用的施加方法包括涂覆方法,如浸涂、旋涂、喷涂、擦拭、辊涂、线涂等以及它们的组合。该组合物可以以纯态或者以溶剂溶液(例如,在诸如烷基酯、酮、烷烃、芳烃等以及它们的混合物的溶剂中)的形式施加。当使用溶剂时,组合物的可用浓度可在很广的范围内变化(例如,约1重量%至约90重量%),这取决于组合物的粘度、所采用的施加方法、基材的性质和所需的特性。
适于在制备经涂覆制品中使用的基材包括具有至少一个表面的那些,该表面包含为固体且优选地对任何所使用的涂料或施加溶剂为基本上惰性的材料。优选地,可固化组合物可通过化学相互作用、物理相互作用或它们的组合(更优选的是它们的组合)附着到基材表面。
合适的基材可包含单种材料或不同材料的组合,且性质上可为均质的或异质的。可用的异质基材包括这样的经涂覆基材,其包含承载在物理载体(例如聚合物膜)上的材料(例如,金属或底漆)的涂层。
可用的基材包括以下那些基材:木材、玻璃、矿物(例如人造陶瓷诸如混凝土和天然存在的石头诸如大理石等)、聚合物(例如聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯等)(包括多层聚合物膜)、金属(例如铜、银、金、铝、铁、不锈钢、镍、锌等)、金属合金、金属化合物(例如金属氧化物等)、皮革、羊皮纸、纸材、纺织物、涂漆表面以及它们的组合。优选的基材包括玻璃、矿物质、木材、纸材、金属、金属合金、金属化合物、聚合物以及它们的组合(更优选地,纸材、金属、金属合金、金属化合物、聚合物以及它们的组合)。
优选的基材包括用于压敏粘合剂(PSA)产品的那些。例如,可将可固化组合物施加到合适的柔性或不可挠曲的背衬材料,然后固化。可用的柔性背衬材料包括纸张、牛皮纸、聚烯烃涂覆的纸张、塑料膜(例如聚(丙烯)、聚(乙烯)、聚(氯乙烯))、聚酯(包括聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚酰胺、醋酸纤维素和乙基纤维素)等,以及它们的组合,但可以利用基本上任何需要对粘合剂隔离的表面。因此背衬也可以由诸如棉、尼龙、人造纤维、玻璃或陶瓷材料的合成或天然材料的线加工而成的织造织物制成,或者它们可由例如天然或合成纤维或它们的共混物的气纺纤网的非织造织物制成。另外,合适的背衬可由金属、金属化聚合物膜、或陶瓷片状材料形成。可使用底漆(包括表面处理,例如电晕处理),但它们并不总是必要的。
本发明的可固化组合物可以提供适于在制造PSA涂覆的标签和带材中使用的涂层。在固化时提供的隔离的具体水平可以通过改变例如组合物的组分(a)的分子量和/或反应性硅烷官能团,或通过添加隔离改性剂(例如,硅酸盐树脂,包括硅酸盐MQ树脂)而可控制地进行改变,该隔离改性剂的性质和/或量也可以改变。
可通过暴露于外在水分(优选地,通过使组合物暴露于大气水分;更优选地,通过使组合物暴露于大气水分而不向组合物添加重力水)来固化可固化组合物。优选的固化条件会因具体的应用及其伴随的要求和条件而异。固化一般可在从室温(例如约20℃-23℃)至最高约150℃或更高的温度范围内完成(优选地,温度为约20℃至约125℃;更优选地,约20℃至约100℃;甚至更优选地,约20℃至约80℃;最优选地,约20℃至约50℃)。固化时间可为几分钟(例如在室温下)到几小时(例如在低催化剂条件下)。
通过固化本发明的可固化组合物而获得的隔离涂层通常包含较少或不含会不利地影响与其接触的PSA的粘着性和剥离特性的游离的硅氧烷。本发明的可固化组合物可相对迅速地固化以提供相对牢固地固定的、高度交联的、耐溶剂的、无粘性的涂层,该涂层可与广泛范围的PSA类型(例如,丙烯酸酯类、增粘天然橡胶和增粘合成弹性体)一起使用。
PSA层合物形式的制品(例如,包含隔离衬垫上具有的PSA层)可这样制备,通过干燥层合、湿溶液浇铸使PSA层接触隔离涂层,或甚至将光致聚合型组合物施加至隔离涂层,然后照射以进行光聚合(例如美国专利4,181,752(Martens等人)中所述,其说明以引用方式并入本文中)。这种制品可显示具有相对良好的储存稳定性(如例如通过室温和/或热加速老化试验的结果所证明,该加速老化试验用于评价从隔离涂层释放的水平(剥离力)和/或后续对所需基材粘附的水平的任何改变)。
实例
本发明的目的和优点进一步通过以下实例来说明,但这些实例中列举的特定材料及其量,以及其他条件和细节不应解释为对本发明的不当限制。这些实例仅用于示例性目的,并且无意于限制所附权利要求的范围。
材料
除非另外指明,否则实例以及说明书其余部分中的所有份数、百分数、比例等均按重量计。除非另外指明,否则所有化学品均购自或可得自化学品供应商诸如威斯康星州密尔沃基的奥尔德利奇化学公司(AldrichChemical Company(Milwaukee,WI))。
以下为在所有实例中使用的材料以及其简述和来源的列表。
“D4 H”是指1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷,其具有60的当量重量(eq.wt.),以“D4 H”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司(Gelest,Inc.,Morrisville,Pennsylvania)。
“D5 H”是指1,3,5,7,9-五甲基环五硅氧烷,其具有60的当量重量,以“D5 H”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“Et-D4 H”是指1,3,5,7-四乙基环四硅氧烷,其具有74的当量重量,以“D4 H”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“HMS-991”是指三甲基甲硅烷氧基封端的聚甲基氢硅氧烷,Me3SiO[SiH(CH3)O]nSiMe3,其具有100摩尔百分比(%)的甲基氢硅氧烷单元、1400-1800的分子量和67的当量重量,以“HMS-991”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“HMS-992”是指三甲基甲硅烷氧基封端的聚甲基氢硅氧烷,其具有100摩尔百分比(%)的甲基氢硅氧烷单元、1800-2100的分子量和65的当量重量,以“HMS-992”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“HMS-501”是指甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,其为三甲基甲硅烷氧基封端的,具有50-55摩尔百分比(%)的甲基氢硅氧烷单元、900-1200的分子量和135的当量重量,以“HMS-501”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“HMS-301”是指甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,其为三甲基甲硅烷氧基封端的,具有25-30摩尔百分比(%)的甲基氢硅氧烷单元、1900-200的分子量和245的当量重量,以“HMS-301”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“HMS-151”是指甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,其为三甲基甲硅烷氧基封端的,具有490的当量重量,以“HMS-151”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“DMS-H03”是指氢化物封端的聚二甲基硅氧烷,其具有2的氢硅氧烷官能度、400-500的分子量和225的当量重量,以“DMS-H03”的商品名可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“TMDS”是指1,1,3,3-四甲基二硅氧烷,其具有2的氢硅氧烷官能度和67的当量重量,可购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的格雷斯特公司。
“DBU”是指1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯,可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,Wisconsin)。
“NOVECTM 7100”是指氢氟醚溶剂,其以3MTM NOVECTM ENGINEEREDFLUID 7100的商品名可商购自3M公司(圣保罗市,明尼苏达州,美国)。
“NOVECTM 7200”是指氢氟醚溶剂,其以3MTM NOVECTM ENGINEEREDFLUID 7200的商品名可商购自3M公司(圣保罗市,明尼苏达州,美国)。
“HFPO”是指六氟环氧丙烷,其可购自特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE)。
“ADOGENTM 464”是指甲基三烷基(C8-C10)氯化铵,其以“ADOGENTM464”的商品名可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司。
“MEK”是指2-丁酮,其可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司。
“3SAB PET膜”是指50微米厚的聚酯对苯二甲酸(PET)膜,其以“HostaphanTM 3SAB”的商品名可购自南卡罗来纳州格里尔的三菱聚酯膜公司(Mitsubishi Polyester Film,Greer,SC),所述聚酯对苯二甲酸(PET)膜具有经过化学处理或涂底漆以提高硅氧烷涂层的粘附力的一侧。
用于制备固化涂层的一般方法
在室温下,将根据本发明的实例的少量的涂层制剂在一片6英寸×12英寸(15厘米×31厘米)的3SAB PET膜上布置成线,并且在一次快速运动中使用#3Mayer涂覆杆将线展开成膜。所得膜在环境条件下在室温(约23℃)下固化。
用于测量膜的斥墨性的一般方法
使用黑色细尖永久记号笔(可以“SHARPIE”的商品名购自田纳西州谢尔比维尔的三福公司(Sanford Corp.,Shelbyville,Tennessee)),从未用氢硅氧烷涂覆的膜的区域到用氢硅氧烷涂覆的区域上,画细小的约3厘米长的线。使用以下所示的评级表,基于所得线的外观来分配0(完全可润湿)至5(完全不可润湿)的数值。因此更高的数值代表优异的抗污染性能。
表1.
未涂覆涂层区域中线的外观 | 涂覆涂层区域中线的外观 | 评级 |
粗的且未破裂的 | 粗的且未破裂的 | 0 |
粗的且未破裂的 | 较细的但未破裂的 | 1 |
粗的且未破裂的 | 较细的且轻微破裂的 | 2 |
粗的且未破裂的 | 较细的且中等破裂的 | 3 |
粗的且未破裂的 | 模糊的且中等破裂的 | 4 |
粗的且未破裂的 | 模糊的且严重破裂的(虚线) | 5 |
用于测定铅笔硬度的一般方法
每个测定都基本上根据测试方法ASTM D3363-05(2011)(国际ASTM宾夕法尼亚州的西康舍霍肯市(ASTM International,West Conshohocken,Pennsylvania))的步骤进行。
用于计算氢硅氧烷官能度的一般方法
通过使用美国专利6,204,350(Junkang等人)中描述的方法确定组合物的平均反应性硅烷官能度。通过下列公式定义包含分子a,b,….,n的组合物的平均反应性硅烷官能度:
其中fa,fb,….,fn分别代表分子a,b,….,n的反应性硅烷官能度,并且Na,Nb,….,Nn分别代表分子a,b,….,n的数目。
制备实例1(PE-1)
制备HFPO衍生的甲酯
根据美国专利3,250,808(Moore等人)中所述的方法,由二甘醇二甲醚溶剂中六氟环氧丙烷的金属氟化物引发的低聚反应来制备其中变量a具有7至8范围内平均值的甲酯F(CF(CF3)CF2O)aCF(CF3)C(O)OCH3,MN=1379,将所述文献的描述以引用的方式并入本文。用无水甲醇来处理产物低聚的酰基氟化物从而得到甲酯,将其通过蒸馏纯化以去除低沸组分。
制备实例2(PE-2)
从HFPO衍生的甲酯制备HFPO衍生的醇
F(CF(CF
3
)CF
2
O)
a
CF(CF
3
)CH
2
OH,M
N
=1350
基本通过美国专利申请61/559762(Flynn等人,2011年11月15日提交,代理人案卷号68133US002)的制备实例2中所述的方法,通过用NOVECTM 7100/四氢呋喃溶剂体系中的硼氢化钠还原如以上PE-1中所述制备的甲酯来制备该醇,所述方法以引用的方式并入本文。
制备实例3(PE-3)
从HFPO衍生的醇制备HFPO衍生的烯丙基醚
F(CF(CF
3
)CF
2
O)
a
CF(CF
3
)CH
2
OCH
2
CH=CH
2
,M
N
=1420
基本通过美国专利申请61/559762(Flynn等人,2011年11月15日提交,代理人案卷号68133US0020)的制备实例2中描述的方法,在存在氢氧化钾、水和溴化四丁基铵的情况下,通过将如以上PE-2中所述制备的醇与NOVECTM 7200溶剂中的烯丙基溴化物反应来制备溴丙基醚,所述方法以引用的方式并入本文。
在下列制备实例中,1,3-双(三氟甲基)苯或1,4-双(三氟甲基)苯可互换使用。
制备实例4(PE-4)
HFPO衍生的烯丙基醚与HMS-991的反应产物的制备(对于硅氧烷的
烯丙基醚的1%当量负载)
将HMS-991(20g,0.298当量)和HFPO衍生的烯丙基醚(如以上PE-3中所述的那样制备,MN=1420,4.23g,0.003当量)置于含有1,4-双(三氟甲基)苯(60mL,可购自曼彻斯特州沃德希尔的阿法埃莎公司(AlfaAesar,Ward Hill,Massachusetts))的100mL圆底烧瓶中,并且加热所得混合物。当混合物的温度达到约50℃时,将铂硅氢化反应催化剂[在二甲苯中的铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物溶液(大约2重量%铂,可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司)](0.05g)添加到混合物,并且将所得组合物加热至60℃,保持16个小时。在该时间结束时,通过在55℃且在15托(1.60kPa)的减压下旋转蒸发,从组合物中汽提溶剂。所得产物的H-NMR光谱符合期望的结构并且还显示存在一些未反应的烯丙基醚。
制备实例5(PE-5)
HFPO衍生的烯丙基醚与HMS-991的反应产物的制备(对于硅氧烷的烯
丙基醚的2%当量负载)
以与PE-4所述的基本相同的方式,用以下进料来进行该反应:HMS-991(20g,0.298当量);HFPO衍生的烯丙基醚(MN=1420,8.48g,0.006当量);1,4-双(三氟甲基)苯(82g);以及铂硅氢化反应催化剂(0.05g),在60℃下,保持16个小时,利用如以上PE-4中所述的后处理。所得产物的H-NMR光谱符合期望的结构并且还显示出存在一些未反应的烯丙基醚。
制备实例6(PE-6)
HFPO衍生的烯丙基醚与HMS-991的反应产物的制备(对于硅氧烷的
烯丙基醚的0.5%当量负载)
以与PE-4所述的基本相同的方式,用以下进料来进行该反应:HMS-991(20g,0.298当量);HFPO衍生的烯丙基醚(MN=1420,2.12g,0.0015当量);1,4-双(三氟甲基)苯(80g);以及铂硅氢化反应催化剂(0.05g),在60℃下,保持16个小时,利用如以上PE-4中所述的后处理。
制备实例7(PE-7)
C3F7C(CF3)2CH2CH=CH2的制备
将全氟-4-甲基-2-戊烯(250g,0.83mol,可购自佛罗里达州阿拉楚阿的SynQuest实验室(SynQuest Laboratories,Alachua,Florida))、喷雾干燥的氟化钾(48.3g,0.83mol,可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司,并且将其进一步干燥且保存在125℃烘箱中)、二甲基甲酰胺(330g)、ADOGENTM 464(20g的51%二甘醇二甲醚溶液,已通过共沸蒸馏一些二甘醇二甲醚将其干燥)、碘化钾(5.0g,0.03mol)和烯丙基溴化物(101.4g,0.84mol)置于1L的3-颈圆底烧瓶中,该圆底烧瓶配备有在氮气气氛下的水冷凝器和置顶式搅拌器。将所得混合物加热到45℃,同时剧烈搅拌,保持16个小时,并且然后在55℃再加热搅拌24个小时。在该时间结束时,向混合物添加水(300g),并且使用Dean Stark设备共沸蒸馏所得的组合物。收集所得的含氟化合物下相并且立刻用等体积的水洗涤以获得260g粗产物,通过同心管柱进行蒸馏,收集在119℃的所得馏分。通过在室温下搅拌16个小时,用50mL的40%含水氢氧化钾和250g水来处理馏程118℃-119℃的早期馏分,并且随后将其共沸蒸馏,然后与其它馏分混合。所得产物的纯度为99.7%。
制备实例8(PE-8)
HMS-991与C
3
F
7
C(CF
3
)
2
CH
2
CH=CH
2
的反应
将HMS-991(20g,0.298当量)、C3F7C(CF3)2CH2CH=CH2(10.75g,0.03当量,如以上PE-7中所述制备)和1,3-双(三氟甲基)苯(55g,可购自俄勒冈州波特兰的TCI美国公司(TCI America,Portland,Oregon))混合且加热到60℃,并且添加上述铂硅氢化反应催化剂(0.15g)。在短暂的放热反应至73℃后,将所得混合物在60℃保持18个小时。在55℃和15托(1.60kPa)下,通过旋转蒸发从混合物中去除溶剂。将27.6g的所得产物与82.8g NOVECTM 7100混合以得到25重量%的溶液。溶液的H-1和F-19NMR光谱符合产物的期望的硅氢化反应结构。
制备实例9(PE-9)
D4H与HFPO衍生的烯丙基醚的反应
将D4 H(5.0g,0.0205mol)和1,3-双(三氟甲基)苯(66g)置于250mL的三颈圆底烧瓶中,该三颈圆底烧瓶配备有加料漏斗、顶部具有通向干燥氮气源的三通的水冷凝器、和矿物油鼓泡器。将溶解于1,3-双(三氟甲基)苯(12.5g)的HFPO衍生的烯丙基醚(MN=1420,29.1g,0.0205mol,如以上PE-3中所述的那样制备)置于加料漏斗中。将烧瓶中的混合物加热到50℃并且将上述铂硅氢化反应催化剂(0.05g)添加到混合物。然后将烯丙基醚溶液逐滴添加到所得混合物,同时将混合物在60℃保持四个小时。然后在50℃和15托(1.60kPa)下通过旋转蒸发一个小时来从混合物去除溶剂,以获得32g产物。产物的H-1和F-19NMR光谱符合所期望的硅氢化反应产物结构。无烯丙基醚剩余。
实例1
将10.0g的D4 H置于8打兰(dram)的小瓶中。将一滴(约0.015g)的DBU添加到小瓶。在不存在水分的情况下,在室温搅拌所得混合物15分钟。这产生储存稳定的、100%固体涂层制剂。将几滴制剂置于聚苯乙烯培养皿上。制剂扩展开并且在五分钟内固化成透明的硬涂层。
实例2-8以及比较例A和B
基本上以与实例1相同的方式制备实例2-8以及比较例A和B,不同的是,氢硅氧烷如以下表2所示发生变化。也使用上述用于制备固化涂层的一般方法来制备固化样品,并且通过上述方法针对它们的铅笔硬度和/或斥墨性对固化样品进行测试。下表2总结了实例1-8以及比较例A和B中的每一个中,所使用的氢硅氧烷的当量重量、大约固化时间、感知的固化速度和所得固化涂层特征。
表2:
ND=未测定;
<=小于
实例9-11
基本上以与实例1相同的方式来制备实例9-11,不同的是将各种重量比的D4 H和HMS-151的混合物用作氢硅氧烷,如下表3所示。
实例12-13
基本上以与实例1相同的方式来制备实例12-13,不同的是将各种重量比的D4 H和DMS-H3的混合物用作氢硅氧烷,如下表3所示。
表3也总结了实例1、8-13以及比较例A和B中的每一个中,所使用的氢硅氧烷混合物的当量重量、氢硅氧烷官能度、大约固化时间、感知的固化速度和所得固化涂层特征。
表3
wt%=重量百分比;
>=大于;
<=小于
实例14-18
基本上以与实例1相同的方式来制备实例14-18,不同的是氢硅氧烷是含氟的(如以上制备实例PE-4至PE-6、PE-8和PE-9中所述)并且如下表4所示发生变化。表4也总结了实例14-18的每一个中,所使用的含氟氢硅氧烷的当量重量、大约固化时间和感知的固化速度。
表4
实例号 | 氢硅氧烷 | 当量重量 | 固化时间(分钟) | 固化速度 |
14 | PE-4 | 82 | <30 | 较佳 |
15 | PE-5 | 97 | <30 | 较佳 |
16 | PE-6 | 74 | <30 | 较佳 |
17 | PE-8 | 114 | <30 | 较佳 |
18 | PE-9 | 554 | 未固化 | 未固化 |
<=小于
将本文所引述的专利、专利文献、出版物中包含的参考说明内容以引用的方式全文并入本文,就如同将每一个参考说明内容都单独引入本文一样。对于本领域的技术人员显而易见的是,在不脱离本发明的范围和实质的前提下,可对本发明进行各种不可预料的修改和变动。应当理解,本发明无意于不当地限制于本文所示出的示例性实施例和实例,并且上述实例和实施例仅以举例的方式提出,而且本发明的范围仅受下面本文所示出的权利要求书的限制。
Claims (26)
1.一种可固化组合物,其基本上由以下组成:
(a)至少一种聚有机硅氧烷、氟化的聚有机硅氧烷、或它们的组合,其包含含有至少一个氢甲硅烷基部分的反应性硅烷官能团;以及
(b)至少一种碱,其选自脒、胍、磷腈、前氮磷川以及它们的组合;
其中所述可固化组合物是不起泡的并且具有大于2的平均可缩合固化的反应性硅烷官能度。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述组分(a)包含至少一种聚有机硅氧烷。
3.根据权利要求2或权利要求1所述的组合物,其中所述聚有机硅氧烷包含环状的聚甲基(氢)硅氧烷、无环的聚甲基(氢)硅氧烷、包含甲基(氢)硅氧烷单元和二甲基硅氧烷单元的共聚物,或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的组合物,其中所述组分(a)包含至少一种氟化的聚有机硅氧烷。
5.根据权利要求4或权利要求1所述的组合物,其中所述氟化的聚有机硅氧烷包含氟代烷基取代的聚有机硅氧烷、氟代烷基醚取代的聚有机硅氧烷、或它们的组合。
6.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组分(a)具有至少3的平均可缩合固化的反应性硅烷官能度。
7.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中基于所述可缩合固化的反应性硅烷官能度,所述组分(a)具有少于1000的当量重量。
8.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组分(a)包含至少一种由以下通式表示的无环聚硅氧烷:
R’2R”SiO(R’2SiO)r(HR’SiO)sSiR”R’2 (I)
其中每个R’独立地选自烷基、烯基、氟代烷基、芳基、氟代芳基、环烷基、氟代环烷基、杂烷基、杂氟代烷基、杂芳基、杂氟代芳基、杂环烷基、杂氟代环烷基以及它们的组合;每个R”独立地为氢或R’;r为0至150的整数;并且s为1至150的整数。
9.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组分(a)包含至少一种由以下通式表示的环状聚硅氧烷:
环-[(R’2SiO)t(HR’SiO)v] (II)
其中每个R’独立地选自烷基、烯基、氟代烷基、芳基、氟代芳基、环烷基、氟代环烷基、杂烷基、杂氟代烷基、杂芳基、杂氟代芳基、杂环烷基、杂氟代环烷基以及它们的组合;t为0至60的整数;并且v为3至10的整数。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的组合物,其中每个所述R’独立地选自烷基、氟代烷基、杂氟代烷基、芳基以及它们的组合。
11.根据权利要求10所述的组合物,其中每个所述R’独立地选自甲基、F[CF(CF3)CF2O]aCF(CF3)CjH2j-(其中j为2至8的整数并且a具有4至20的平均值)、C4F9C3H6-、C4F9C2H4-、C4F9OC3H6-、C6F13C3H6-、CF3C3H6-、CF3C2H4-、苯基、C6H5C2H4-、以及它们的组合。
12.根据权利要求8所述的组合物,其中每个所述R’和每个所述R”为甲基;所述r为整数0;和/或所述s为整数40。
13.根据权利要求9所述的组合物,其中每个所述R’为甲基;所述t为整数0;和/或所述v为整数4或5。
14.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组分(b)选自:
(1)由以下通式表示的脒化合物:
(2)由以下通式表示的胍化合物:
(3)由以下通式表示的磷腈化合物:
(4)由以下通式表示的前氮磷川化合物:
以及它们的组合;
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、一价有机基团、一价杂有机基团以及它们的组合;并且其中所述脒、胍和/或磷腈化合物的R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7中的任何两者或更多者任选地可键合在一起以形成环结构。
15.根据权利要求14所述的组合物,其中所述组分(b)选自脒化合物、胍化合物、磷腈化合物以及它们的组合,其各自包含至少一个所述环结构。
16.根据权利要求1或权利要求14所述的组合物,其中所述组分(b)选自1,2-二甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶、1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)、1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯(DBN)、1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(MTBD)、2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍、2-叔丁基亚氨基-2-二乙氨基-1,3-二甲基全氢-1,3,2-二氮杂磷杂苯、磷腈碱P1-t-Bu-三(四亚甲基)、磷腈碱P4-t-Bu、2,8,9-三异丙基-2,5,8,9-四氮杂-1-磷杂二环[3.3.3]十一烷以及它们的组合。
17.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述碱选自脒、胍以及它们的组合。
18.根据权利要求17所述的组合物,其中所述碱选自脒及其组合。
19.根据权利要求18所述的组合物,其中所述脒选自1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)、1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯(DBN)以及它们的组合。
20.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组分(b)基于所述可固化组合物的总重量,以0.01重量%至3重量%的量存在。
21.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组合物是基本上无水的。
22.根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的组合物,其中所述组合物已被固化。
23.一种可固化组合物,其基本上由以下组成:
(a)至少一种聚有机硅氧烷、氟化的聚有机硅氧烷、或它们的组合,其包含含有至少三个氢甲硅烷基部分的反应性硅烷官能团;以及
(b)至少一种碱,其选自1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)、1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯(DBN)以及它们的组合。
24.一种涂覆方法,其包括
(a)提供根据权利要求1或前述权利要求中任何其它项所述的可固化聚硅氧烷组合物;
(b)提供至少一种具有至少一个主表面的基材;
(c)将所述可固化聚硅氧烷组合物施加到所述基材的至少一个所述主表面的至少一部分;以及
(d)允许或诱导所述可固化聚硅氧烷组合物固化以形成涂层。
25.根据权利要求24所述的方法,其中所述允许或诱导通过使所述可固化聚硅氧烷组合物暴露于外来水分来进行。
26.一种制品,其包含至少一种具有至少一个主表面的基材,所述基材在至少一个所述主表面的至少一部分上具有通过权利要求24或25所述的涂覆方法制备的涂层。
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