DE60003756T2 - Perfluoropolyethermodifizierte Aminosilane, Oberflächenbehandlungsmittel und Aminosilanbeschichteter Gegenstand - Google Patents

Perfluoropolyethermodifizierte Aminosilane, Oberflächenbehandlungsmittel und Aminosilanbeschichteter Gegenstand Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein neues Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan, das zu einem wasser- und ölabweisenden Film mit Trenneigenschaften und Schmutzabweisevermögen härtet, ein das Aminosilan umfassendes Oberflächenbehandlungsmittel, einen Gegenstand mit einer gehärteten Beschichtung aus dem Aminosilan, Verfahren zur Herstellung der Aminosilane und Behandlungsmittel sowie den Verwendung der Mittel zur Oberflächenbehandlung.
  • HINTERGRUND
  • Perfluorpolyether enthaltende Verbindungen sind aufgrund ihrer sehr geringen Oberflächenenergie im Allgemeinen wasser- und ölabweisend, chemikalienbeständig, schmierfähig, ablösbar und schmutzabweisend. Zur effektiven Nutzung solcher Eigenschaften werden diese Verbindungen in der Industrie gerne als Wasser/Öl-abweisende Verschmutzungsschutzmittel für Papier und Fasern, als Schmiermittel für Magnetaufzeichnungsmedien, als wasserabweisende Stoffe für Präzisionsgeräte, als Trennmittel, als Kosmetika und als Schutzbeschichtungen eingesetzt.
  • Die Perfluorpolyether enthaltenden Verbindungen weisen jedoch auch Eigenschaften wie Nicht-Klebrigkeit und Nicht-Haftung an anderen Substraten auf. Sie können auf die Substratoberfläche aufgetragen werden, können jedoch keine fest am Substrat haftende Beschichtung bilden.
  • Silanhaftvermittler sind allgemein bekannte Mittel zur Herstellung einer festen Bindung zwischen einer Substratoberfläche, wie z.B. Glas oder Stoff, und einer organischen Verbindung. Der Silanhaftvermittler weist eine organische funktionelle Gruppe und eine reaktive Silylgruppe (typischerweise Alkoxysilylgruppe) pro Molekül auf. Die Alkoxysilylgruppe geht eine Selbstkondensationsreaktion mit Luftfeuchtigkeit ein, wodurch sie in ein Siloxan umgewandelt wird, um eine Beschichtung zu bilden. Gleichzeitig bildet der Silanhaftvermittler chemische und physikalische Bindungen mit der Oberfläche von Glas oder Metall, was zu einer dauerhaften, widerstandsfähigen Beschichtung führt.
  • Dank dieser Vorteile wird der Silanhaftvermittler gerne als Beschichtungsmittel für eine Reihe von Substraten eingesetzt.
  • Als typisches Beispiel, das den Vorteil der oben genannten Merkmale nutzt, wird in der JP-A 58-167597 eine Fluoraminosilanverbindung der folgenden Formel (3) offenbart:
    Figure 00020001
    worin R1 und R2 C1-4-Alkyl sind, Q CH2CH2CH2 oder CH2CH2NHCH2CH2CH2 ist, m eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und n = 2 oder 3 ist. Diese Verbindung nutzt jedoch nicht den gesamten Vorteil der Perfluorpolyethergruppe, weil die Perfluorpolyethergruppierung nur 2 bis 5 Monomereinheiten von Hexafluorpropylenoxid (HFPO) lang ist.
  • Die JP-A-58-122979 offenbart eine Verbindung der folgenden Formel (4) als wasser- und ölabweisendes Mittel, das auf eine Glasoberfläche aufgetragen werden kann:
    Figure 00020002
  • Hierin ist Rf eine Polyfluoralkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, die zumindest eine Etherbindung enthalten kann, R1 ist Wasserstoff oder ein Niederalkyl, A ist Alkylen, X ist -CON(R2)-Q- oder -SO2N(R2)-Q- (worin R2 ein Niederalkyl und Q eine zweiwertige organische Gruppe ist), Z ist ein Niederalkyl, Y ist ein Halogen, Alkoxy oder R3COO-(worin R3 Wasserstoff oder ein Niederalkyl ist), n ist eine ganze Zahl von 0 oder 1, a ist eine ganze Zahl von 1 bis 3, und b ist eine ganze Zahl von 0, 1 oder 2. Diese Verbindung ist jedoch nicht zufrieden stellend.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in der JP-A-11-29585 schon früher einen Perfluorpolyether der folgenden Formel (5) vorgeschlagen:
    Figure 00030001
  • Hierin ist X eine hydrolysierbare Gruppe, R1 ist ein Niederalkyl, R2 ist Wasserstoff oder ein Niederalkyl, Q ist CH2CH2CH2 oder CH2CH2NHCH2CH2CH2, m ist eine ganze Zahl von 6 bis 50, n = 2 oder 3, und x und y sind jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 3. Aufgrund der guten Wasser- und Ölabweisefähigkeit, Schmutzabweisevermögen, Chemikalienbeständigkeit, Schmierfähigkeit und Trenneigenschaften kann dieses Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan als Oberflächenbehandlungsmittel eingesetzt werden, in dem es auf die Oberflächen verschiedener Substrate aufgetragen wird. Die Verbindung weist jedoch keine optimale Leistung auf, weil sie eher langsam härtet.
  • Vor allem seit in den letzten Jahrzehnten viele hohe Gebäude gebaut worden sind, ist die Nachfrage nach der Technologie zur Verleihung von "Schmutzabweisevermögen" oder "leichter Schmutzentfernbarkeit" gestiegen, um Glasscheiben wartungsfrei zu halten. Es wäre wünschenswert ein Material zu entwickeln, das dieser Nachfrage nachkommt.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein neues Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan der folgenden allgemeinen Formel (1), das durch ein weiter unten beschriebenes Verfahren erhalten wurde, gute Wasser- und Ölabweisefähigkeit, Schmutzabweisevermögen, Chemikalienbeständigkeit, Schmierfähigkeit und Trenneigenschaften aufweist. Es kann als Oberflächenbehandlungsmittel eingesetzt werden, in dem es auf die Oberfläche verschiedener Substrate aufgetragen wird. Es härtet zu einer Beschichtung, die fest an einem Substrat haftet, so dass die Beschichtung ihre Wirkung über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten kann.
  • Figure 00040001
  • Hierin sind X1 und X2 jeweils eine hydrolysierbare Gruppe, R1 und R2 sind jeweils eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Q1 und Q2 sind jeweils eine zweiwertige organische Gruppe, m ist eine ganze Zahl von 6 bis 50, n = 2 oder 3, und x und y sind jeweils ganze Zahlen von 1 bis 3.
  • Das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan der Formel (1 ), das als Hauptkomponente des Oberflächenbehandlungsmittels dient, enthält eine Amidbindung. Die Amidbindung ist für die effizient Orientierung von modifizierenden Fluorgruppen in Bezug auf die Substratoberfläche wirksam. Auch in diesem Zusammenhang können die hierin offenbarten Oberflächenbehandlungsmittel effektiver sein als Mittel nach dem Stand der Technik.
  • Aufgrund der Aufnahme von zwei hydrolysierbaren Silylgruppen ist das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan der Formel (1) reaktiver als das oben erwähnte Aminosilan der Formel (4) und weist verbesserte Härtungs- und Filmbildungseigenschaften auf.
  • Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein neues Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan der Formel (1); ein Oberflächenbehandlungsmittel, das im Wesentlichen das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan und/oder eine partiell-hydrolytisches Kondensat davon umfasst; und einen Gegenstand, der auf seiner Oberfläche eine gehärtete Beschichtung aufweist, die das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan und/oder ein partiell-hydrolytisches Kondensat davon umfasst, bereit. Außerdem stellt sie Verfahren zur Herstellung des Aminosilans und des Oberflächenbehandlungsmittels sowie zu ihrer Verwendung zur Oberflächenbehandlung bereit.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die einzige Figur,
  • 1, stellt ein IR-Spektrum des in Synthesebeispiel 1 erhaltenen Aminosilans dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan der Erfindung weist die folgende allgemeine Formel (1) auf:
    Figure 00050001
    worin X1 und X2 jeweils eine hydrolysierbare Gruppe sind, R1 und R2 jeweils eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, Q1 und Q2 jeweils eine zweiwertige organische Gruppe sind, m eine ganze Zahl von 6 bis 50 ist, n = 2 oder 3 ist und x und y jeweils ganze Zahlen von 1 bis 3 sind.
  • Genauer gesagt stehen X1 und X2 für hydrolysierbare Gruppen und können gleich oder unterschiedlich sein. Veranschaulichende Beispiele umfassen C1-8-Alkoxygruppen, wie z.B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy und Butoxy, C2-8-Oxyalkoxygruppen, wie z.B. Methoxymethoxy und Methoxyethoxy, Acyloxygruppen, wie z.B. Acetoxy, C2-8-Alkenyloxygruppen, wie z.B. Isopropenoxy, und Halogengruppen, wie z.B. Chlor, Brom und Iod. Davon sind Methoxy, Ethoxy, Isopropenoxy und Chlor zu bevorzugen.
  • R1 und R2 stehen für einwertige C1-6-Kohlenwasserstoffgruppen und können gleich oder unterschiedlich sein. Anschauliche Beispiele umfassen Methyl, Ethyl und Phenyl, wobei Methyl bevorzugt ist.
  • Q1 und Q2 stehen für zweiwertige organische Gruppen und können gleich oder unterschiedlich sein. Die bevorzugten zweiwertige organischen Gruppen sind Alkylengruppen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, die durch eine intervenierende NH-Gruppe, ein Sauerstoffatom oder dergleichen getrennt sein können. Noch bevorzugter stehen Q1 und Q2 für CH2CH2CH2 oder CH2CH2NHCH2CH2CH2 oder ein Gemisch davon.
  • Der Buchstabe m ist eine ganze Zahl von 6 bis 50. Liegt m unter diesem Bereich, bringen die Perfluorpolyethergruppen keine Vorteile. Ein Wert für m über diesem Bereich ist für die Filmbildung unerwünscht, weil der Anteil an Alkoxysilylgruppen im gesamten Molekül extrem gering wird, so dass die Kondensationsreaktion von Alkoxysilylgruppen verzögert wird. Ein Wert für m im Bereich von 15 bis 35 ist besonders wünschenswert für ein gutes Gleichgewicht zwischen Funktion und Reaktivität.
  • Der Buchstabe n ist jeweils 2 oder 3 und kann gleich oder unterschiedlich sein. Ein Gemisch einer Verbindung, in der n = 2 ist, und einer Verbindung, in der n = 3 ist, ist annehmbar. Die Buchstaben x und y sind jeweils ganze Zahlen von 1 bis 3.
  • Beim Aminosilan sollte die Perfluorpolyethergruppierung, die durch F(CxF2xO)mCyF2y dargestellt ist, vorzugsweise die folgende Formel (2) aufweisen:
    Figure 00060001
    worin m wie oben definiert ist. Die hydrolysierbaren Gruppen, die durch X dargestellt sind, sollten vorzugsweise Alkoxygruppen sein.
  • Das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch eine Hydrosilylierungsreaktion zwischen einem Diallylamidderivat eines entsprechenden Hexafluorpropylenoxid- (HFPO)- Oligomers und einem entsprechenden Hydroxysilan hergestellt werden.
  • In zweiten Aspekt der Erfindung enthält ein Oberflächenbehandlungsmittel das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan der Formel (1) und/oder ein partiell-hydrolytisches Kondensat davon als Oberflächenbehandlungskomponente. Falls gewünscht kann ein Katalysator für eine hydrolytische Alkoxysilan-Kondensation zum Oberflächenbehandlungsmittel zugesetzt werden. Beispiele für Katalysatoren umfassen organische Zinnverbindungen (z.B. Dibutylzinndimethoxid und Dibutylzinndilaurat), organische Titanverbindungen (z.B. Tetra-n-butyltitanat), organische Säuren (z.B. Essigsäure und Methansulfonsäure) und anorganische Säuren (z.B. Salzsäure und Schwefelsäure). Davon sind Essigsäure, Tetra-n-butyltitanat und Dibutylzinndilaurat zu bevorzugen. Der Katalysator wird in katalytischen Mengen zugesetzt. Gewöhnlich werden 0,01 bis 5 Gewichtsteile, insbesondere 0,1 bis 1 Gewichtsteile, Katalysator pro 100 Gewichtsteile des Aminosilans der Formel (1) und/oder eines partiell-hydrolytischen Kondensats davon zugesetzt.
  • Das Oberflächenbehandlungsmittel gemäß vorliegender Erfindung kann vor seinem Einsatz mit einem geeigneten Lösungsmittel verdünnt werden. Geeignete Lösungsmittel umfassen fluormodifizierte aliphatische Kohlenwasserstofflösungsmittel (z.B. Perfluorheptan und Perfluoroctan), fluormodifizierte aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel (z.B. m-Xylolhexafluorid und Benzotrifluorid), fluormodifizierte Etherlösungsmittel (z.B. Methylperfluorbutylether und Perfluor(2-butyltetrahydrofuran)), Kohlenwasserstofflösungsmittel (z.B. Petrolether, Lösungsbenzin, Toluol und Xylol) und Ketonlösungsmittel (z.B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon). Unter anderen sind fluormodifizierte Lösungsmittel aufgrund ihrer Löslichkeit und ihre Benetzbarkeit bevorzugt, wobei m-Xylolhexafluorid und Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) insbesondere bevorzugt werden. Diese Lösungsmittel können alleine oder als Gemisch zweier oder mehrerer davon eingesetzt werden. Wünschenswerterweise werden die oben genannten Komponenten gleichmäßig im Lösungsmittel gelöst.
  • Zur Behandlung der Oberflächen verschiedener Substrate mit dem Oberflächenbehandlungsmittel kann jedes beliebige bekannte Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise sind Aufstreich-, Eintauch-, Aufspritz- und Aufdampfverfahren nützlich. Die Behandlungsbedingungen können geeignet gewählt werden. In Bezug auf die Behandlungstemperatur variiert die optimale Temperatur je nach Behandlungsverfahren. Im Falle des Aufstreichens oder Eintauchens, liegt die optimale Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 120°C. In Bezug auf die Behandlungsfeuchte ist eine Behandlung unter feuchten Bedingungen zu bevorzugen, weil die Reaktion so beschleunigt wird.
  • Das Substrat, auf welches das Oberflächenbehandlungsmittel gemäß vorliegender Erfindung aufgetragen werden kann, umfasst eine Reihe von Materialien, wie z.B. Papier, Stoff, Metalle, Glas, Kunststoffe und Keramik.
  • Das Aminosilan der Formel (1) bildet eine gehärtete Beschichtung mit verbesserten Wasser- und Ölabweisefähigkeiten, Trenneigenschaften und Schmutzabweisevermögen. Beispiele für Anwendungen des Oberflächenbehandlungsmittels, die diese Funktionen nutzen, sind wasser- und ölabweisende Stoffe, die auf Papier, Stoff, Metalle, Glas, Kunststoffe und Keramik aufgetragen werden; Trennmittel, die auf Klebestreifen, Harzformen und Walzen aufgetragen werden; und schmutzabweisende Stoffe, die auf Papier, Stoff, Metalle, Glas, Kunststoffe und Keramik aufgetragen werden.
  • Im Folgenden sind veranschaulichende Anwendungen angeführt:
    • – Antifleckenbeschichtung auf der Oberfläche von Antireflexionsfilmen usw.
    • – Beschichtung zur Verhinderung von Fingerabdrücken und Fettflecken auf optischen Elementen, wie z.B. Brillengläsern und Antireflexionsfiltern,
    • – wasserabweisende, schmutzabweisende Beschichtung auf Sanitärkeramik, wie z.B. Badewannen, Waschbecken, Toiletten usw.
    • – schmutzabweisende Beschichtung auf Glas für allgemeine industrielle Anwendungen und auf Fensterglas und Scheinwerferabdeckungen bei Fahrzeugen, wie z.B. Autos, Zügen und Flugzeugen,
    • – wasserabweisende, schmutzabweisende Beschichtung auf Gebäudeaußenseiten,
    • – Beschichtung zur Verhinderung von Ölverschmutzung auf Küchengeschirr,
    • – wasserabweisende, schmutzabweisende Antihaftbeschichtung in Telefonzellen,
    • – wasser- und ölabweisende Antifingerabdruck-Beschichtung auf Kunstobjekten.
  • Die gehärtete Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats oder Gegenstandes, wie sie oben erwähnt sind, weist gewöhnlich eine Dicke von 0,1 nm bis 5 μm, insbesondere 0,1 nm bis 1 μm auf, obwohl diese nicht entscheidend ist. Die exakte Dicke kann je nach Substratart passend gewählt werden.
  • Neben den oben genannten Anwendungen kann ein Aminosilan der Formel (1) auch zur Verbesserung der Fließfähigkeit und der Dispersion von Farbenzusätzen, Harzmodifikatoren und anorganischen Füllstoffen sowie der Gleitfähigkeit von Bändern und Filmen eingesetzt werden.
  • Das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan gemäß vorliegender Erfindung kann eine gehärtete Beschichtung mit guten oder verbesserten Wasser- und Ölabweisefähigkeiten, Trenneigenschaften und Schmutzabweisevermögen bilden.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden zur Veranschaulichung, keineswegs jedoch als Einschränkung, Beispiele der Erfindung angeführt.
  • Synthesebeispiel 1
  • Ein mit einem Thermometer, Rückflusskühler und Rührer ausgestatteter 200-ml-Dreihalskolben wurde mit 87,1 g eines Perfluorpolyether-modifizierten Diallylamids der weiter unten angeführten Formel (6), 40,5 g m-Xylolhexafluorid und 0,094 g einer Toluollösung eines Chlorplatinsäure/Vinylsiloxan-Komplexes (mit 2,40 × 10–6 Mol Pt) befüllt, und das Ganze wurde auf 80°C und gerührt. 7,3 g Trimethoxysilan wurden zum Reaktionsgemisch zugetropft, welche dann 3 Stunden lang bei 85°C gereift wurde. Nachdem das Verschwinden der Allylgruppen der Reaktanden mittels 1N-NMR bestätigt worden war, wurden das Lösungsmittel und überschüssige Trimethoxysilan im Vakuum abdestilliert, wodurch 84,0 g einer farblosen, klaren Flüssigkeit erhalten wurden. Die 1H-NMR- und IR-Spektroskopiedaten der Verbindung sind weiter unten angeführt.
  • Figure 00100001
  • 1H-NMR (TMS als Standard, ppm)
    • -CH2CH2Si≡ 0,6–0,7
    • -CN2CH2CH2- 1,7–1,9
    • -CONCH2CH2- 3,3–3,5
    • -Si(OCH3)3 3,5–3,6
  • IR (KBr-Pressling, Flüssigmembranverfahren, cm–1, siehe 1)
    • 2950–2820 (C-H)
    • 1680 (CON)
    • 1315–1090 (C-F)
  • Anhand dieser Daten wurde die folgende Strukturformel (7) der Verbindung bestimmt:
    Figure 00100002
  • Synthesebeispiel 2
  • Eine Verbindung der folgenden Formel (8) wurde mithilfe desselben Verfahrens wie in Synthesebeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Methyldimethoxysilan anstelle des Trimethoxysilans eingesetzt wurde.
  • Figure 00110001
  • Synthesebeispiel 3
  • Eine Verbindung der folgenden Formel (10) wurde mithilfe desselben Verfahrens wie in Synthesebeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Verbindung der folgenden Formel (9) anstelle des Perfluorpolyether-modifizierten Diallylamids der Formel (6) eingesetzt wurde.
  • Figure 00110002
  • Synthesebeispiel 4 (Vergleich)
  • Eine Verbindung der folgenden Formel (12) wurde mithilfe desselben Verfahrens wie in Synthesebeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Verbindung der folgenden Formel (11) anstelle des Perfluorpolyether-modifizierten Diallylamids der Formel (6) eingesetzt wurde.
  • Figure 00120001
  • Beispiele 1-1 bis 1-3
  • In 97,0 g Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) wurden jeweils 3,0 g der in den Synthesebeispielen 1 bis 3 synthetisierten Perfluorpolyether-modifizierten Aminosilane gelöst. Die Lösung wurde auf eine Glasplatte mit den Maßen 2,5 × 10 × 0,5 cm aufgestrichen und eine Stunde lang unter einer Atmosphäre von 25°C und einer Luftfeuchtigkeit von 70 stehen gelassen, wodurch die Beschichtung härtete. Dieses Probestück wurde den folgenden Tests unterzogen.
  • (1) Wasser- und Ölabweisetest
  • Unter Einsatz eines Randwinkelmessers des Modells A3 (Kyowa Kaimen Kagaku K.K.) wurde der Randwinkel der gehärteten Beschichtung mit Wasser und n-Hexadecan als Maß für die Wasser- und Ölabweisefähigkeit gemessen.
  • (2) Trenntest
  • Ein Cellophan-Klebestreifen (25 mm breit) wurde auf die Oberfläche der gehärteten Beschichtung aufgeklebt. Unter Einsatz eines Zugprüfers wurde am Klebestreifen gezogen und dieser in einem Winkel von 180° mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min abgezogen. Die zum Abziehen erforderliche Kraft wurde als Trennvermögen gemessen.
  • (3) Dauerhaftigkeitsprüfung
  • Die Oberfläche der gehärteten Beschichtung wurde 30 Mal unter einer vorbestimmten Belastung mit Cellulose-Vlies abgewischt. Danach wurde der Randwinkel mit Wasser wie in Test (1) gemessen, wodurch die Dauerhaftigkeit bestimmt wurde.
  • (4) Hydrolyse- (Filmbildungs)- Test
  • In 97,0 g Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) wurden jeweils 3,0 g der in den Synthesebeispielen 1 bis 3 synthetisierten Perfluorpolyether-modifizierten Aminosilane gelöst. Die Lösung wurde auf eine Glasplatte mit den Maßen 2,5 × 10 × 0,5 cm aufgestrichen und eine Stunde lang unter einer Atmosphäre von 25°C und einer Luftfeuchtigkeit von 70 stehen gelassen, wonach der nicht gehärtete Rest auf der Oberfläche mit einem Cellulose-Vlies abgewischt wurde. Der Randwinkel der beschichteten Glasoberfläche mit Wasser wurde als Bewertung der Hydrolyse oder Filmbildbarkeit bestimmt.
  • Die Ergebnisse dieser Tests (1) bis (4) sind in Tabelle 1 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 1-1
  • Eine gehärtete Beschichtung wurde wie in den Beispielen 1-1 bis 1-3 erhalten und getestet, mit der Ausnahme, dass das in Synthesebeispiel 4 synthetisierte Fluoraminosilan anstelle der Fluoraminosilane der Beispiele 1-1 bis 1-3 eingesetzt wurde. Die Testergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 1-2
  • Eine gehärtete Beschichtung wurde wie in den Beispielen 1-1 bis 1-3 erhalten und getestet, mit der Ausnahme, dass eine Verbindung der folgenden Formel (13) anstelle der Fluoraminosilane der Beispiele 1-1 bis 1-3 eingesetzt wurde. Die Testergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.
  • Figure 00140001
  • Tabelle 1
    Figure 00140002
  • Die Beschichtungen der Beispiele weisen eine Wasser- und Ölabweisefähigkeit sowie ein Trennvermögen (Ablösung oder Abtrennung) auf, die mit Beschichtungen nach dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel 1-2) zumindest vergleichbar sind, sowie verbesserte Dauerhaftigkeit und Hydrolyse (oder Filmbildung). Die Beschichtung des Vergleichsbeispiels 1-1 weist eine schlechtere Wasser- und Ölabweisefähigkeit und ein geringeres Trennvermögen auf als die Beschichtungen der Beispiele und ist für den praktischen Einsatz ungeeignet.
  • Somit ist offensichtlich, dass Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilane, wie sie hierin vorgeschlagen sind, eine widerstandsfähige Beschichtung auf einer Substratoberfläche bilden können und als Oberflächenbehandlungsmittel mit einer Kombination aus guter Wasser- und Ölabweisefähigkeit sowie gutem Trennvermögen eingesetzt werden können.
  • Beispiele 2-1 bis 2-3
  • In 495,0 g Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) wurden jeweils 5,0 g der in den Synthesebeispielen 1 bis 3 synthetisierten Perfluorpolyether-modifizierten Aminosilane gelöst. 0,05 g Trifluormethansulfonsäure wurden zur Lösung zugesetzt, und das Ganze wurde gut verrührt. Eine Acrylharzplatte mit den Maßen 10 × 10 × 0,8 cm wurde in die Beschichtungslösung eingetaucht. Die Beschichtung wurde 2 Stunden lang unter einer Atmosphäre von 40°C und einer Luftfeuchtigkeit von 85% stehen gelassen, um die Beschichtung zu härten. Danach wurde die Oberfläche mit einem trockenen Tuch abgewischt. Diese Probe wurde den folgenden Tests unterzogen.
  • (1) Wasserabweisetest
  • Unter Einsatz eines Randwinkelmessers des Modells A3 (Kyowa Kaimen Kagaku K.K.) wurde der Randwinkel der gehärteten Beschichtung mit Wasser als Maß für die Wasserabweisefähigkeit gemessen.
  • (2) Schmutzabweisetest
  • Etwa 30 g von in Tabelle 2 aufgeführten Schmutzstoffen wurden auf die beschichtete Acrylharzplatte gegossen. Untersucht wurde, wie Schmutzstoffe auf der Beschichtung hafteten. Die Platte mit den Schmutzstoffen wurde bei Raumtemperatur 15 Minuten lang getrocknet und dann mit einem trockenen Tuch abgewischt. Danach wurde untersucht, wie gut die Schmutzstoffe wegzuwischen waren. Eine Bewertung wurde nach den folgenden Kriterien vorgenommen.
  • Haftung der Schmutzstoffe
    • O: geringe Haftung
    • Δ: etwas Haftung
    • X: starke Haftung
  • Abwischen der Schmutzstoffe
    • O: leicht abzuwischen
    • Δ: schwer abzuwischen, aber keine bleibenden Spuren
    • X: schwer abzuwischen, bleibende Spuren
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 2-1
  • Eine Beschichtungslösung wurde wie in den Beispielen 2-1 bis 2-3 hergestellt und untersucht, mit der Ausnahme, dass das in Synthesebeispiel 4 synthetisierte Fluoraminosilan anstelle des Aminosilans der Erfindung eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 2-2
  • Eine Beschichtungslösung wurde wie in den Beispielen 2-1 bis 2-3 hergestellt und untersucht, mit der Ausnahme, dass C8F17CH2CH2Si(OCH3)3 anstelle des Aminosilans der Erfindung eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 2-3
  • Die Acrylharzplatte wurde wie in den Beispielen 2-1 bis 2-3 untersucht, ohne dass die Beschichtungslösung aufgebracht wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 angeführt.
  • Tabelle 2
    Figure 00160001
  • Beispiele 3-1 bis 3-3
  • In 495,0 g Perfluorhexan wurden jeweils 5,0 g der in den Synthesebeispielen 1 bis 3 synthetisierten Perfluorpolyether-modifizierten Aminosilane gelöst. 0,05 g Trifluormethansulfonsäure wurden zur Lösung zugesetzt, und das Ganze wurde gut verrührt. Eine Glaslinse wurde mit der Beschichtungslösung schleuderbeschichtet. Die Beschichtung wurde 2 Stunden lang unter einer Atmosphäre von 40°C und einer Luftfeuchtigkeit von 85 % stehen gelassen, um die Beschichtung zu härten. Danach wurde die Oberfläche mit einem trockenen Tuch abgewischt. Diese Probe wurde den folgenden Tests unterzogen.
  • (1) Wasserabweisetest
  • Unter Einsatz eines Randwinkelmessers des Modells A3 (Kyowa Kaimen Kagaku K.K.) wurde der Randwinkel der gehärteten Beschichtung mit Wasser als Maß für die Wasserabweisefähigkeit gemessen.
  • (2) Schmutzabweisetest
  • Ein Zeigefinger wurde 5 Sekunden gegen die beschichtete Linse gedrückt, um einen Fingerabdruck zu erzeugen. Die Linse wurde untersucht, um herauszufinden, ob der Fingerabdruck eindeutig oder unklar zu erkennen war. Außerdem wurde untersucht, wie gut der Fingerabdruck mit einem trockenen Tuch wegzuwischen war. Die Bewertung wurde nach den folgenden Kriterien vorgenommen. Die Werte sind das Mittel einer fünfköpfigen Testergruppe.
  • Erkennbarkeit des Fingerabdrucks
    • O: Fingerabdruck kaum erkennbar
    • X: klar erkennbarer Fingerabdruck
  • Abwischen des Fingerabdrucks
    • O: leicht abzuwischen
    • Δ: schwer abzuwischen, aber keine bleibenden Spuren
    • X: schwer abzuwischen, bleibende Spuren
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 3-1
  • Eine Beschichtungslösung wurde wie in den Beispielen 3-1 bis 3-3 hergestellt und untersucht, mit der Ausnahme, dass das in Synthesebeispiel 4 synthetisierte Fluoraminosilan anstelle des Aminosilans der Erfindung eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 3-2
  • Eine Beschichtungslösung wurde wie in den Beispielen 3-1 bis 3-3 hergestellt und untersucht, mit der Ausnahme, dass C8F17CH2CH2Si(OCH3)3 anstelle des Aminosilans der Erfindung eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 angeführt.
  • Vergleichsbeispiel 3-3
  • Die Glaslinse wurde wie in den Beispielen 3-1 bis 3-3 untersucht, ohne dass die Beschichtungslösung aufgebracht wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 angeführt.
  • Tabelle 3
    Figure 00180001
  • Es ist offensichtlich, dass solche Beschichtungszusammensetzungen für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen als Beschichtungsmittel mit verbesserter Wasser- und Ölabweisefähigkeit und Schmutzabweisevermögen eingesetzt werden können.

Claims (8)

  1. Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan der folgenden allgemeinen Formel (1):
    Figure 00190001
    worin X1 und X2 hydrolisierbare Gruppen sind, R1 und R2 aus einwertigen Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind, Q1 und Q2 zweiwertige organische Gruppen sind, m eine ganze Zahl von 6 bis 50 ist, die Indizes n (unabhängig voneinander) 2 oder 3 sind und x und y ganze Zahlen von 1 bis 3 sind.
  2. Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan nach Anspruch 1, worin F(CxF2xO)mCyF2y der folgenden Formel (2) entspricht:
    Figure 00190002
    worin m wie oben definiert ist.
  3. Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan nach Anspruch 1 oder 2, worin die durch X dargestellte hydrolisierbare Gruppe eine Alkoxygruppe ist.
  4. Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin Q1 und Q2 aus CH2CH2CH2 oder CH2CH2NHCH2CH2CH2 ausgewählt sind.
  5. Oberflächenbehandlungsmittel umfassend ein Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder ein partiell hydrolytisches Kondensat davon.
  6. Gegenstand, der auf seiner Oberfläche eine gehärtete Beschichtung aufweist, die hauptsächlich gehärtetes Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder ein partiell hydrolytisches Kondensat davon umfasst.
  7. Verwendung eines Aminosilans nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder eines partiell hydrolytischen Kondensats davon zur Beschichtung eines Substrats.
  8. Verwendung nach Anspruch 7, worin das Substrat Papier, Stoff, Metall, Glas, Kunststoff oder Keramik ist.
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