CN108299636A - 一种全氟聚醚硅烷化合物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全氟聚醚硅烷化合物，所述全氟聚醚硅烷化合物的化学式为：Y‑PFPE‑ORSiX3，其中，PFPE表示全氟聚醚基团；R为桥连基团；Y为X3SiRO‑或CpF2p+1‑，其中，下标p为大于等于1的自然数；X为可水解基团。从而，其既具有全氟聚醚的良好的疏水和疏油的特性，同时又具有硅烷化合物的在玻璃面板上有较强附着力的特性。因此，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得的薄膜既能够防止玻璃面板表面被外界的污物和用户的指纹所污染，又能够更牢固的贴附在玻璃面板上。与现有的全氟聚醚膜相比，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得的薄膜更不容易从玻璃面板表面玻璃，具有更长的使用寿命。

Description

一种全氟聚醚硅烷化合物及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及薄膜领域，具体涉及一种氟硅材料，更具体而言，涉及一种全氟聚醚硅烷化合物及其制备方法与应用。
背景技术
在电容式触控户品中(手机、平板电脑)，玻璃面板表面极易被外界的污物和用户的指纹所污染。因此，如何长期保持玻璃表面的清洁以及如何较容易的清除其表面所粘附的指纹和污物这一技术越来越受到人们的关注。
全氟聚醚防指纹膜是种同时具有疏水性和疏油性两种特性的薄膜，基于良好的疏水性和疏油性，全氟聚醚膜不易粘附外界的灰尘及污物，并且在粘附污物和指纹的情况下，也具有较易除去表而异物的特性。因此，在电容式触控玻璃基材中全氟聚醚膜一直扮演着重要角色。
需要指出的是，全氟聚醚膜与玻璃之间的附着力普遍较差，容易从玻璃表面剥离，且膜层表面平坦度和膜层均匀性都难以把握。因此，如何得到与玻璃表面具有较好附着力和厚度均匀的全氟聚醚膜层已经提上日程。
经实验发现，在全氟聚醚膜与玻璃之间添加一层硅烷化合物，可以在一定程度上增加全氟聚醚膜与强化玻璃面板之间的附着力，从而减缓全氟聚醚膜层从玻璃表面剥离的速度，有利于延长全氟聚醚膜的使用寿命。
为此，本发明提供了一种全氟聚醚硅烷化合物，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得薄膜表面会形成一层硅烷化合物，从而获得在玻璃面板上具有良好附着力的薄膜。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于现有的全氟聚醚膜与玻璃之间的附着力普遍较差，容易从玻璃表面剥离的缺点，提供一种全氟聚醚硅烷化合物及其制备方法和包含其的薄膜，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得薄膜表面会形成一层硅烷化合物，从而获得在玻璃面板上具有良好附着力的薄膜。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一方面，本发明提供一种全氟聚醚硅烷化合物，所述全氟聚醚硅烷化合物的化学式为：
Y-PFPE-ORSiX3，其中，
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
Y为X3SiRO-或CpF2p+1-，其中，下标p为大于等于1的自然数；
X为可水解基团。
在本发明提供的全氟聚醚硅烷化合物中，所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。
在本发明提供的全氟聚醚硅烷化合物中，所述可水解基团为烷氧基。
另一方面，本发明提供了一种如上所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法，所述制备方法包括化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ，其中，
所述化学反应Ⅰ为：
CPF2P+1-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→CPF2P+1-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
所述化学反应Ⅱ为：
HO-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→X3SiRO-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
式中，
下标p为大于等于1的自然数；
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团；
Z为卤素。
在本发明提供的制备方法中，所述化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ在碱性溶液中进行。
在本发明提供的制备方法中，所述卤素为氯元素。
在本发明提供的制备方法中，所述化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ在温度为90-140℃的条件下进行。
同时，本发明还提供了一种薄膜，所述薄膜通过涂布包含有如权利要求1-3中任一项所述的全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得。
相应的，本发明又提供了一种如上所述的薄膜的用途，用作显示器件的抗指纹层。
与现有技术相比，实施本发明，具有如下有益效果：所述全氟聚醚硅烷化合物既具有全氟聚醚的良好的疏水和疏油的特性，同时又具有硅烷化合物的在玻璃面板上有较强附着力的特性，因此，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得的薄膜既能够防止玻璃面板表面被外界的污物和用户的指纹所污染，又能够更牢固的贴附在玻璃面板上。与现有的全氟聚醚膜相比，通过涂布包含有所述全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得的薄膜具有更长的使用寿命。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种全氟聚醚硅烷化合物，所述全氟聚醚硅烷化合物的化学式为：
CPF2P+1-PFPE-ORSiX3，式中的下标p为大于等于1的自然数，其中，
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团。
显然地，所述全氟聚醚硅烷化合物包含全氟聚醚基团(PFPE)因而具有良好的疏水性和疏油性，同时，所述全氟聚醚硅烷化合物包含的硅烷基团(-ORSiX3)可与玻璃直接形成硅氧硅化学键从而稳定提高所述全氟聚醚硅烷化合物与玻璃直接的结合力。因此，所述全氟聚醚硅烷化合物可以用于形成既能够防止玻璃面板表面被外界的污物和用户的指纹所污染又能够更牢固的贴附在玻璃面板上的薄膜。
本实施例中，所述全氟聚醚基团是全氟化基团(即基本上所有的C-H键均被C-F键替代)，可以包括直链、支链和/或环状结构，可以是饱和的或不饱和的。中国专利CN200780030231.5中公开了所述全氟聚醚基团的具体例子，故此不再赘述。
所述可水解基团通常是氯基、烷氧基、酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(OH)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷。本实施例中，所述可水解基团优选为-CH3O。
所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。本实施例中，所述桥连基团优选为-CH2-。
优选的，所述全氟聚醚硅烷化合物的具体实例包括但不限于以下结构：
C2F5-PFPE-OCH2Si(OCH3)3。
综上，以上所述的全氟聚醚硅烷化合物具有全氟聚醚基团(PFPE)和硅烷基团(-OCH2Si(OCH3)3)。因此，本实施例提供的所述全氟聚醚硅烷化合物可以用于形成既能够防止玻璃面板表面被外界的污物和用户的指纹所污染又能够更牢固的贴附在玻璃面板上的薄膜。
实施例二
本实施例提供一种全氟聚醚硅烷化合物，所述全氟聚醚硅烷化合物的化学式为：
X3SiRO-PFPE-ORSiX3，其中，
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团。
本实施例中，所述全氟聚醚基团是全氟化基团(即基本上所有的C-H键均被C-F键替代)，可以包括直链、支链和/或环状结构，可以是饱和的或不饱和的。中国专利CN200780030231.5中公开了所述全氟聚醚基团的具体例子，故此不再赘述。
所述可水解基团通常是氯基、烷氧基、酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(OH)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷。本实施例中，所述可水解基团优选为-CH3CH2O。
所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。本实施例中，所述桥连基团优选为-CH2CH2CH2-。
优选的，所述全氟聚醚硅烷化合物的具体实例包括但不限于以下结构：
(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2O-PFPE-OCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3。
综上，以上所述的全氟聚醚硅烷化合物均具有全氟聚醚基团(PFPE)和硅烷树枝基团(-OCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3)。因此，本实施例提供的所述全氟聚醚硅烷化合物可以用于形成既能够防止玻璃面板表面被外界的污物和用户的指纹所污染又能够更牢固的贴附在玻璃面板上的薄膜。
另外，由于本实施例了提供的全氟聚醚硅烷化合物的一个分子包含两个所述硅烷树枝基团，与实施例一相比，其与玻璃面板的结合能力更强。
实施例三
本实施例提供一种实施例一中所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法，所述制备方法包括化学反应Ⅰ：
CPF2P+1-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→CPF2P+1-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
式中，
下标p为大于等于1的自然数；
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团；
Z为卤素。
本实施例中，所述化学反应Ⅰ在碱性水溶液中进行，反应温度控制在90-140℃。
所述化学反应Ⅰ的原理是：
反应物CH3ONa先夺取反应物CPF2P+1-PFPE-OH端羟基的氢形成CPF2P+1-PFPE-ONa反应式如下，
CPF2P+1-PFPE-OH+CH3ONa
→CPF2P+1-PFPE-ONa+CH3OH；
然后中间产物CPF2P+1-PFPE-ONa与反应物X3SiRZ反应成醚，反应式如下，
CPF2P+1-PFPE-ONa+X3SiRZ
→CPF2P+1-PFPE-ORSiX3+NaZ。
本实施例中，所述全氟聚醚基团是全氟化基团(即基本上所有的C-H键均被C-F键替代)，可以包括直链、支链和/或环状结构，可以是饱和的或不饱和的。中国专利CN200780030231.5中公开了所述全氟聚醚基团的具体例子，故此不再赘述。
所述可水解基团通常是氯基、烷氧基、酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(OH)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷。本实施例中，所述可水解基团优选为-CH3O。
所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。本实施例中，所述桥连基团优选为-CH2-。
所述卤素可以是氟、氯、溴、碘等卤族元素，本实施例中，所述卤素优选为氯元素。
为了更加详细的解释本实施例所提供的方法，以下介绍具体制备某种如实施例一所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法：
首先利用烧杯和电子天平分别称量一定质量的CH3ONa、(CH3O)3SiCH2Cl和C2F5-PFPE-OH，其中，C2F5-PFPE-OH和(CH3O)3SiCH2Cl的总质量为1000克，且C2F5-PFPE-OH和(CH3O)3SiCH2Cl的物质的量的比为1:1。再利用烧杯和量筒称取一定体积的碱性水溶液。然后将称量好的CH3ONa、(CH3O)3SiCH2Cl和C2F5-PFPE-OH加入盛有所述碱性水溶液的玻璃容器中，将所述玻璃容器置于温度为90-100℃的水浴中，待反应24到48小时后，便可以得到C2F5-PFPE-OCH2Si(OCH3)3。其反应过程如下：
C2F5-PFPE-OH+CH3ONa
→C2F5-PFPE-ONa+CH3OH；
C2F5PFPE-ONa+(CH3O)3SiCH2Cl
→C2F5-PFPE-OCH2Si(CH3O)3+NaCl。
综合反应式即为：
C2F5-PFPE-OH+CH3ONa+(CH3O)3SiCH2Cl
→C2F5-PFPE-OCH2Si(OCH3)3+CH3OH+NaCl。
实施例四
本实施例提供一种实施例二中所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法，所述制备方法包括化学反应Ⅱ：
HO-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→X3SiRO-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
式中，
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团
Z为卤素。
本实施例中，所述化学反应Ⅱ在碱性水溶液中进行，反应温度控制在90-140℃。
所述化学反应Ⅱ的原理是：
反应物CH3ONa先夺取反应物HO-PFPE-OH两端端羟基的氢形成NaO-PFPE-ONa反应式如下，
HO-PFPE-OH+CH3ONa
→NaO-PFPE-ONa+CH3OH；
然后中间产物NaO-PFPE-ONa与反应物X3SiRZ反应成醚，反应式如下，
NaO-PFPE-ONa+X3SiRZ
→X3SiRO-PFPE-ORSiX3+NaZ。
本实施例中，所述全氟聚醚基团是全氟化基团(即基本上所有的C-H键均被C-F键替代)，可以包括直链、支链和/或环状结构，可以是饱和的或不饱和的。中国专利CN200780030231.5中公开了所述全氟聚醚基团的具体例子，故此不再赘述。
所述可水解基团通常是氯基、烷氧基、酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(OH)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷。本实施例中，所述可水解基团优选为-CH3CH2O。
所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。本实施例中，所述桥连基团优选为-CH2CH2CH2-。
所述卤素可以是氟、氯、溴、碘等卤族元素，本实施例中，所述卤素优选为氯元素。
为了更加详细的解释本实施例所提供的方法，以下介绍具体制备某种如实施例一所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法：
首先利用烧杯和电子天平分别称量一定质量的CH3ONa、HO-PFPE-OH和(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl，其中，HO-PFPE-OH和(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl的总质量为1000克，且HO-PFPE-OH和(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl的物质的量的比为1:2。再利用烧杯和量筒称取一定体积的碱性水溶液。然后将称量好的CH3ONa、HO-PFPE-OH和(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl加入盛有所述碱性水溶液的玻璃容器中，将所述玻璃容器置于温度为130-140℃的盐浴中，待反应12-24小时后，便可以得到(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2O-PFPE-OCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3。其反应过程如下：
HO-PFPE-OH+CH3ONa
→NaO-PFPE-ONa+CH3OH；
NaO-PFPE-ONa+(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl→
(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2O-PFPE-OCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3+NaCl。
综合反应式即为：
HO-PFPE-OH+(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2Cl+CH3ONa→
(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2O-PFPE-OCH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3+NaCl+CH3OH。
实施例五
本实施例提供一种薄膜，所述薄膜通过涂布包含有实施例一或实施例二中提供的任一种全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得。
具体地，所述表面处理组合物包含其总重量的0.1％-10％的和90％-99.9％的溶剂。根据本领域技术人员惯用的技术手段，所述的溶剂可以是全氟丁基甲基醚、全氟丁基乙基醚、全氟己基甲基醚、氢氟醚中的任意一种，将所述的表面处理组合物稀释至千分之一的固含量浓度稀释液之后，涂布(湿式涂布、物理气相沉积或化学气相沉积)在基材上进行烘烤(温度为80-200℃，时间为10-60分钟)，冷却至室温后获得所述薄膜。
本实施例还对所述薄膜进行了耐摩擦测试，测试过程如下：
将所述薄膜贴附在绝对水平的玻璃面板上，使用注射针将体积为4微升的水滴沉积在所述薄膜上；
使用接触角测量仪(DSA100，由KRUSSAdvancingSurfaceScience制造)测得水滴与所述薄膜表面之间的水滴角大于110度；
利用负重1000g的橡皮擦(也可是钢丝绒)在所述薄膜表面来回擦拭7000次，其中，所述橡皮擦的直径为6mm，擦拭振幅为1cm，擦拭行程为4cm，擦拭频率为45次/min。
再次使用注射针将体积为4微升的水滴沉积在所述薄膜上，并使用所述接触角测量仪测得水滴与所述薄膜表面之间的水滴角大于100度。
由此看来，所述薄膜经耐摩擦测试前后，水滴在所述薄膜上形成的水滴角的角度变化不大，由此可充分证明所述薄膜与玻璃面板之间具有良好的结合力。
综上，本实施例所述的薄膜能够更好的贴附在玻璃面板上，使得所述薄膜不易从玻璃面板上脱落，与现有技术相比，所述薄膜的使用寿命得到了显著的提高。
近年来，以智能手机、平板电脑为代表的电子产品近年来增长迅猛，拥有庞大的消费市场，并且产品更新的速度不断加快。这给防指纹产品带来了庞大的市场。因此，将所述薄膜用作显示器件(手机屏幕、计算机屏幕或电视屏幕)的抗指纹层将将具有广阔的发展空间。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全氟聚醚硅烷化合物，其特征在于，所述全氟聚醚硅烷化合物的化学式为：
Y-PFPE-ORSiX3，其中，
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
Y为X3SiRO-或CpF2p+1-，其中，下标p为大于等于1的自然数；
X为可水解基团。
2.根据权利要求1所述的全氟聚醚硅烷化合物，其特征在于，所述桥连基团为-CfH2f-，式中的下标f为大于等于1的自然数。
3.根据权利要求1所述的全氟聚醚硅烷化合物，其特征在于，所述可水解基团为烷氧基。
4.一种如权利要求1所述的全氟聚醚硅烷化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ，其中，
所述化学反应Ⅰ为：
CPF2P+1-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→CPF2P+1-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
所述化学反应Ⅱ为：
HO-PFPE-OH+X3SiRZ+CH3ONa
→X3SiRO-PFPE-ORSiX3+CH3OH+NaZ；
式中，
下标p为大于等于1的自然数；
PFPE表示全氟聚醚基团；
R为桥连基团；
X为可水解基团；
Z为卤素。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ在碱性溶液中进行。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述卤素为氯元素。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述化学反应Ⅰ或化学反应Ⅱ在温度为90-140℃的条件下进行。
8.一种薄膜，其特征在于，所述薄膜通过涂布包含有如权利要求1-3中任一项所述的全氟聚醚硅烷化合物的表面处理组合物获得。
9.一种如权利要求8所述的薄膜的用途，其特征在于，用作显示器件的抗指纹层。
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