ES2171370T3 - Pelicula de silicona rematada y metodo para su fabricacion. - Google Patents
Pelicula de silicona rematada y metodo para su fabricacion.Info
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Abstract
Un procedimiento para tratar una superficie de un sustrato G que contiene OH o enlaces nitrógenohidrógeno y rodeada de aire, tratamiento que comprende las etapas de: a) humedecer la superficie con agua : b) poner la superficie en contacto con grupos silano de fórmula; **fórmula**en donde R representa grupos polares o no polares, incluidos hidrocarburos o hidrocarburos halogenados, y X se elige del grupo constituido por ésteres, éteres y halógenos; c) permitir que los grupos silano reaccionen con los OH o con los enlaces nitrógeno-hidrógeno y el agua en la superficie para crear una película formada por cadenas de la fórmula **fórmula** d) permitir que el átomo X en el extremo de la cadena reaccione con agua para producir una molécula de la siguiente estructura **fórmula** en el extremo de la cadena; y e) poner la superficie en contacto con un agente de remate de la siguiente fórmula **fórmula** en donde R 1 puede incluir cualquier combinación de grupos inertes y reactivos; y f) permitir que el agente de remate reaccione con la molécula para dar lugar a una cadena que tiene la fórmula **fórmula**
Description
Película de silicona rematada y método para su
fabricación.
Esta invención se refiere a la técnica de
fabricación de películas de silicona.
Más particularmente, esta invención se refiere a
un método de fabricación de películas de silicona para revestir
superficies que contienen enlaces OH o
nitrógeno-hidrógeno.
En un aspecto adicional y más específico, la
presente invención tiene que ver con un método mejorado de
fabricación de películas de silicona repelentes al agua para
revestir vidrio y otras superficies.
Existen varios métodos para fabricar fácilmente
productos de vidrio limpiables repelentes al agua, incluidos
puertas de ducha, parabrisas, puertas de entrada de vidrio y
particiones de vidrio en restaurantes. Dos métodos tales se
describen en la patente de EE.UU. Nº 5.415.927 a Hyrayama et
al. y 4.263.350 a Valimont.
En otro método actualmente en uso, el vidrio se
reviste con una película que consiste en cadenas de moléculas de
silicona, estando cada cadena unida químicamente por un extremo a la
superficie del vidrio. Cada cadena contiene de docenas a centenares
de unidades de dimetilsiloxano (DMS) y termina en su extremo libre
con un grupo hidroxilo (OH) o con un cloro unido a un silicio, que
reacciona rápidamente con el vapor de agua del aire para producir
grupos OH. La película actual está en uso en variedad de productos
de vidrio así como en otros productos que contienen sílice, tales
como granito, porcelana, loza de barro y gres, y para la mayor
parte se ha comportado satisfactoriamente. Sin embargo, la
repelencia al agua de la película está limitada en alguna medida
por la presencia de grupos OH terminales, que son altamente
atrayentes del agua.
Por consiguiente, es un objeto de la presente
invención mejorar la resistencia al agua de las películas de
silicona en el vidrio, y proporcionar una película de soporte para
sustancias químicamente activas.
Otro objeto de la invención es producir una
familia de películas de silicona para tratar una variedad de
productos, tales como los productos que contienen sílice previamente
mencionados así como sustancias orgánicas, incluidos papel,
algodón, nylon, cuero y madera, con el fin de mejorar las
propiedades superficiales de esos productos.
La presente invención proporciona el
procedimiento de la reivindicación independiente 1 y la película de
la reivindicación independiente 16. Las reivindicaciones
dependientes especifican características preferidas pero
opcionales.
En resumen, para conseguir los objetos deseados
de la presente invención de acuerdo con las realizaciones
preferidas de la misma, una película de silicona se une a una
superficie mediante una unión química. La película de silicona
consiste en cadenas de grupos siloxano, terminando cada cadena en
una molécula terminal que es un éster, un éter o un halógeno. Se
deja que la molécula terminal reaccione con agua en el aire
circundante para producir un grupo OH. Luego, se pone la superficie
en contacto con un agente de remate que reacciona con el grupo OH
para producir un nuevo grupo terminal que mejora las propiedades de
la película.
La mejora específica de las propiedades depende
de los grupos siloxano usados, así como de la composición del
agente de remate. En general, los grupos siloxano tienen la
fórmula
--- O ---
\melm{\delm{\para}{R}}{S}{\uelm{\para}{R}}i
---
y el agente de remate tiene la
fórmula
Cl ---
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R'}}i ---
R'
Para las aplicaciones de repelencia al agua, R
consiste en grupos no polares, y R' consiste en grupos inertes.
Para las aplicaciones de no repelencia al agua, R consiste en grupos
polares. En otras aplicaciones, R' puede consistir en grupos
químicamente activos, posibilitando que la superficie se use como un
intercambiador iónico de estado sólido o un punto de fijación para
enzimas unidas químicamente, agentes quelantes, colorantes, e
indicadores químicos u otras sustancias.
Los anteriores y adicionales y más específicos
objetos y ventajas de la presente invención se volverán fácilmente
evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente
descripción detallada de las realizaciones preferidas de la misma,
considerada junto con los dibujos, en los que:
La Figura 1 es una representación esquemática de
una superficie revestida con una película repelente al agua de la
técnica anterior;
La Figura 2 es una representación esquemática de
una superficie revestida con una película repelente al agua
fabricada usando el procedimiento de la presente invención; y
La Figura 3 es una representación esquemática de
una superficie humedecida.
Volviendo ahora a los dibujos, se dirige la
atención primero a la Figura 1, que muestra una superficie G que se
ha tratado con una película repelente al agua usando un
procedimiento de la técnica anterior. En la solicitud del
procedimiento más ampliamente usado, la superficie G es de vidrio,
pero en realidad el procedimiento se puede usar para tratar
cualquier superficie que contenga enlaces OH o
nitrógeno-hidrógeno, tales como las superficies que
contienen sílice, incluidos granito, porcelana, loza de barro y
gres, así como sustancias orgánicas, incluidos algodón, papel,
nylon, cuero y otros. La película comprende cadenas de grupos
dimetilsiloxano (DMS). Cada cadena está unida químicamente por un
extremo a una molécula de oxígeno (O), que a su vez está unida
químicamente a la superficie G. El extremo opuesto de cada cadena
incluye un grupo hidroxilo(OH) o un cloro unido a una
silicona, que reacciona rápidamente con vapor de agua en el aire
circundante para producir un grupo OH.
El procedimiento mediante el que se crea la
película de la Figura 1 es como sigue. Inicialmente, la superficie
G se humedece. La superficie humedecida se puede representar como se
muestra en la Figura 3. En realidad, sin embargo, el número de
moléculas H-O-H en la superficie
puede ser mucho mayor que el número de grupos O-H en
la superficie (una relación de aproximadamente 100:1).
A continuación, la superficie se trata con
dimetildiclorosilano usando máquinas de vapor portátiles que se
pueden adaptar a cámaras de emplazamiento fijo para operaciones de
gran volumen, o usando una imprimación mediante la aplicación con
un paño para asegurar una suficiente humedad para que tenga lugar la
reacción química. Después de que se ha aplicado el
dimetildiclorosilano, una molécula de dimetildiclorosilano se
aproxima a un grupo O-H en la superficie, como se
muestra a continuación:
La reacción subsiguiente da lugar a una molécula
de anclaje que une químicamente la película a la superficie G, como
se muestra a continuación:
Luego, el enlace Si-Cl reacciona
con el agua absorbida en la superficie G como sigue:
dando lugar a la siguiente
estructura:
Luego, esta estructura reacciona con una molécula
de DMS como sigue:
dando lugar a la molécula mostrada
a
continuación:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
El procedimiento de las etapas (c)-(f) anteriores
se repite aproximadamente 100 veces hasta que no queda más agua para
las etapas (c) y (d). El producto tiene la fórmula:
donde n es aproximadamente 100 o
mayor. Los grupos entre corchetes son altamente repelentes al agua.
Sin embargo, el átomo de cloro del extremo de la cadena reacciona
lentamente durante varias horas con vapor de agua en el aire para
dar lugar a un producto que tiene la
fórmula:
que es equivalente a la estructura
mostrada en la Figura 1. El grupo
Si-O-H del extremo de este producto
final es atrayente del agua, reduciendo de este modo la repelencia
global al agua de toda la película, y creando un sitio para
reacciones químicas
indeseables.
En el procedimiento mejorado de la presente
invención, una superficie revestida con la película anterior se
trata luego con trimetilclorosilano, que reacciona con el grupo OH
en el extremo de la cadena de DMS para producir
trimetilclorosiloxano (TMS). El producto final es una película que
tiene la fórmula:
que es equivalente a la estructura
mostrada en la Figura 2. Debido a que el grupo TMS en el extremo de
la cadena es químicamente inerte, la resistencia al agua de la
película es mucho mayor que la de la película de la técnica
anterior.
La película de silicona producida mediante el
procedimiento de las etapas (a)-(i) anteriores es un ejemplo
específico de la invención, propuesto para aplicaciones de
repelencia al agua. En un caso más general, la superficie G
humedecida primero se pone en contacto grupos silano que tienen la
fórmula
en la que R representa grupos
polares o no polares, incluidos hidrocarburos o hidrocarburos
halogenados, y X se selecciona del grupo consistente en ésteres,
éteres y halógenos. Luego, los grupos silano reaccionan con los
enlaces OH o nitrógeno-hidrógeno y el agua en la
superficie G, para unir químicamente la película a la superficie G,
en un procedimiento análogo a la etapa (b) anterior. Una serie de
reacciones análogas a las mostradas en las etapas (b)-(f) anteriores
da lugar a un polímero que tiene la
fórmula:
donde n es aproximadamente 100 o
mayor. El átomo X en el extremo de la cadena reacciona luego con
vapor de agua en el aire circundante dando lugar a una molécula que
tiene la
fórmula:
Luego, la superficie se pone en contacto con un
agente de remate que tiene la fórmula:
Cl ---
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R'}}i ---
R'
donde R' puede incluir cualquier
combinación de grupos inertes y reactivos. El agente de remate
reacciona con el grupo OH en el extremo de la cadena, dando lugar
finalmente a una cadena que tiene la
fórmula:
Las propiedades de la película fabricada usando
este procedimiento dependerán de la elección de R y R', y en una
menor medida de X. El escoger X del grupo del cloro proporciona el
coste de material más bajo y proporciona un tiempo de reacción más
rápido, mientras que los ésteres y los éteres son menos reactivos
pero producen menos coproductos molestos y requieren una condiciones
de tratamiento diferentes.
En general, para aplicaciones de repelencia al
agua, R consiste en grupos no polares y R' consiste en grupos
químicamente inertes. Si R consiste en aproximadamente 50% de grupos
metilo y 50% de grupos fenilo, mejora la resistencia a la abrasión
de la película. La resistencia a la abrasión de la película también
se puede mejorar conectando las cadenas de DMS con
metiltriclorosilano (que provoca cadenas ramificadas y extremos
adicionales). El metiltriclorosilano provoca que las cadenas se
enlacen entre sí en una estructura tridimensional, que resiste la
abrasión mejor que una bidimensional.
Para aplicaciones de no repelencia al agua, R
consiste en grupos polares. Si R' se selecciona de grupos
químicamente reactivos, la molécula extrema puede proporcionar un
punto de fijación para las enzimas, agentes quelantes, elementos de
intercambio iónico, indicadores químicos y otras sustancias.
A los expertos en la técnica se les presentarán
fácilmente otras diversas modificaciones y variaciones de las
realizaciones aquí escogidas con el propósito de ilustración. En
tanto que tales variaciones y modificaciones no se separen del
espíritu de la invención, se pretende que se incluyan dentro de su
alcance, que se considera que sea solamente una justa interpretación
de las siguientes reivindicaciones.
Claims (21)
1. Un procedimiento de fabricación de una
película resistente al agua para proteger una superficie G que
contiene enlaces OH o nitrógeno-hidrógeno,
comprendiendo el procedimiento las etapas de:
a) revestir el vidrio con un polímero que
tiene
- i)
- un grupo de anclaje que tiene la fórmula
R ---
\melm{\delm{\para}{\delm{O}{\delm{\para}{}}}}{S}{\uelm{\para}{R}}i
---- estando el grupo de anclaje unido a la superficie G en el sitio del oxígeno, en la que R consiste en grupos funcionales polares o no polares, y
- ii)
- una cadena de grupos siloxano, teniendo la cadena un primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo de la cadena unido químicamente a la molécula de silicona del grupo de anclaje, teniendo la cadena la fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- donde n es un número entero \geq100, y
- iii)
- un grupo terminal de moléculas unidas químicamente al segundo extremo de la cadena, teniendo el grupo terminal la fórmula
O ---
\melm{\delm{\para}{R}}{S}{\uelm{\para}{R}}i ---
X- en la que X se selecciona del grupo consistente en ésteres, éteres y halógenos;
b) hacer reaccionar el átomo X del grupo terminal
con agua en el aire circundante para producir un nuevo grupo
terminal que tiene la fórmula
O ---
\melm{\delm{\para}{R}}{S}{\uelm{\para}{R}}i ---
OHy
c) sustituir el nuevo grupo terminal con un grupo
terminal final que tiene la estructura
O ---
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R'}}i ---
R'en la que R' puede incluir
cualquier combinación de grupos inertes y
reactivos.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la etapa de revestimiento incluye además las etapas de:
- humectar la superficie con agua
- poner la superficie humedecida en contacto con grupos silano que tienen la fórmula
R ---
\melm{\delm{\para}{X}}{S}{\uelm{\para}{R}}i ---
X- en la que R representa grupos polares y no polares, incluidos hidrocarburos o hidrocarburos halogenados, y X se selecciona del grupo consistente en ésteres, éteres y halógenos;
- hacer reaccionar los grupos silano con los enlaces OH o nitrógeno-hidrógeno y agua, en la superficie, para crear una película formada por una cadena de grupos siloxano que tiene la fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que la etapa de sustitución c) incluye
las etapas de:
- después de la formación del nuevo grupo terminal, poner la película en contacto con un agente de remate que tiene la fórmula
Cl ---
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R'}}i ---
R'- en la que R' puede incluir cualquier combinación de grupos inertes y reactivos; y
- hacer reaccionar el agente de remate con el nuevo grupo de estructura terminal para dar lugar a una cadena, que está unida químicamente al sustrato G y tiene la fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
4. Un procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado en que R comprende grupos funcionales no
polares, X se selecciona del grupo consistente en ésteres, éteres y
halógenos; y en el que R' comprende grupos funcionales inertes,
tales que la película final
se une químicamente con el material
que contiene sílice y es resistente al
agua.
5. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que R es igual
que R'.
6. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que R se
selecciona del grupo consistente en fenilo, etilo, metilo, butilo,
amilo, y grupos alquilo superiores.
7. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que R
comprende 50% de grupos metilo y 50% de grupos fenilo, dando lugar a
una mejorada resistencia a la abrasión de la película.
8. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que la
película de cadenas de siloxano comprende cadenas de
dimetilsiloxano.
9. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el agente
de remate comprende trimetilclorosilano.
10. Un procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado en que el sustrato G comprende un material que
contiene sílice, en el que R comprende grupos funcionales polares, X
se selecciona del grupo consistente en ésteres, éteres y halógenos,
y en el que R' comprende grupos funcionales químicamente activos
escogidos del grupo consistente en intercambiadores iónicos de
estado sólido, enzimas unidas químicamente, agentes quelantes,
colorantes e indicadores químicos, tales que la película final
está unida químicamente al material
que contiene sílice y, generalmente, es
hidrófila.
11. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el
sustrato G comprende un material que contiene sílice.
12. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que la etapa
de poner la superficie en contacto con grupos silano comprende
depositar químicamente en la superficie los grupos siloxano usando
una máquina de vapor.
13. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado en que la etapa de
poner la superficie en contacto con grupos silano comprende un
método de aplicación con un paño o un procedimiento de inmersión o
pulverización.
14. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado en que la etapa
de humectación de la superficie comprende una etapa de imprimación
de la superficie con ciclohexilamina.
15. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el sustrato G incluye
moléculas orgánicas.
16. Una película para modificar las propiedades
de una superficie G que contiene enlaces OH o
nitrógeno-hidrógeno y está rodeada de aire,
consistiendo la película en un polímero que incluye:
- a)
- un grupo de anclaje, unido a la superficie G, que tiene la fórmula
R ---
\melm{\delm{\para}{\delm{O}{\delm{\para}{}}}}{S}{\uelm{\para}{R}}i
---- estando el grupo de anclaje unido a la superficie G en el sitio del oxígeno, en la que R representa grupos funcionales polares o no polares, incluidos hidrocarburos o hidrocarburos halogenados;
- b)
- una cadena de grupos siloxano que tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo de la cadena unido químicamente al átomo de silicio del grupo de anclaje, teniendo la cadena la fórmula
- donde n es un número entero \geq100; y
- c)
- un grupo terminal de moléculas unidas químicamente al segundo extremo de la cadena, teniendo el grupo terminal la estructura
--- O ---
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R'}}i ---
R'- en la que R' puede incluir cualquier combinación de grupos inertes y reactivos.
17. Una película según la reivindicación 16,
caracterizada en que R es un grupo funcional polar.
18. Una película según la reivindicación 16,
caracterizada en que R es un grupo funcional no polar.
19. Una película según la reivindicación 18,
caracterizada en que R es un grupo metilo.
20. Una película según la reivindicación 16,
caracterizada en que R' consiste en grupos funcionales
químicamente inertes.
21. Una película según la reivindicación 16,
caracterizada en que R' consiste en grupos funcionales
químicamente reactivos.
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