ES2292800T3 - Composicion de revestimiento que comprende un policondensado de polieter-silano fluoroquimico y su uso. - Google Patents

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Abstract

Una composición que comprende el producto de reacción que se puede obtener después de una reacción de condensación sustancialmente terminada de: A. al menos un compuesto poliéter-silano fluoroquímico de fórmula Rf-[Q-CR2- Si(Y)3-x(R1)x]z en la que Rf representa un segmento polifluoropoliéter multivalente, Q representa un grupo orgánico enlazante divalente, R1 representa un grupo alquilo C1-C8, Y representa un grupo hidrolizable, R representa hidrógeno o un grupo alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, donde los grupos R pueden ser iguales o diferentes, z es 2, 3 ó 4 y x es 0 ó 1; y B. una cantidad sustancial de uno o más compuestos no fluorados de un elemento M seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn y que tiene al menos dos grupos hidrolizables por molécula, donde el compuesto (B) incluye un tetraalcoxi-silano.

Description

Composición de revestimiento que comprende un policondensado de poliéter-silano fluoroquímico y su uso.
La presente invención se refiere a una composición que comprende el producto de condensación de al menos un compuesto poliéter-silano fluoroquímico que tiene un segmento polifluoropoliéter y al menos dos grupos silano hidrolizables por molécula, con uno o más compuestos no fluorados que tienen al menos dos grupos hidrolizables por molécula, que incluyen un tetraalcoxi-silano. La presente invención también se refiere al uso de la composición para proporcionar a un substrato repelencia duradera al agua, al aceite y a las manchas.
En el pasado, se han hecho diversos intentos para proporcionar propiedades repelentes a un substrato. Por ejemplo, el documento de EE.UU. nº U.S.4.687.707 (=documento europeo EP-A-0 166 363) describe un material transparente de baja reflectancia que tiene propiedades contra la suciedad, el cual comprende un substrato transparente que tiene un revestimiento que comprende una capa fina de un producto de condensación de un compuesto de silicio que contiene flúor que tiene una cadena carbonada perfluorada o polifluorada.
El documento WO 99/03941 se refiere a un material de revestimiento que comprende condensados de al menos un compuesto (A) de fórmula general R_{a}MZ_{b} (a = 0 a 3; b = 1 a 4; a + b = 3, 4), y al menos un compuesto (B) de fórmula general R'_{X}MZ_{Y} (x = 1 a 3; y = 1 a 3; x + y = 3,4), en la que R es un grupo orgánico no hidrolizable, M es un elemento seleccionado de los grupos principales III a V o de los subgrupos II a IV de la tabla periódica de los elementos, Z es un grupo hidrolizable, y al menos un R' contiene una estructura perfluoropoliéter separada de M por al menos dos átomos, y al menos un R no es igual a al menos un R'. La composición se usa para proporcionar a substratos, tales como polímeros porosos, propiedades oleófobas.
El documento de EE.UU. nº U.S.5.739.369 (=documento europeo EP-A-0 738 771) se refiere a un agente de tratamiento superficial soluble en agua que comprende el producto de reacción de (A) un alcoxi-silano que contiene un grupo fluoroalquilo con (B) un alcoxi-silano que contiene un grupo amino, y opcionalmente además con (C) un alcoxi-silano que contiene un grupo alquilo. El agente se diluye con agua para formar una disolución para el tratamiento de vidrio y otros substratos para conferirles propiedades, tales como repelencia al agua.
El documento de EE.UU. nº U.S.-A-5.919.886 se refiere a un compuesto de organosilicio que contiene flúor útil para la obtención de elastómeros y a composiciones de silicio que se pueden curar a temperatura ambiente, que contienen el mismo compuesto.
El documento de EE.UU. nº 5.306.758 (=documento europeo EP-A-0 433 070) describe composiciones que se pueden reticular, que se pueden curar, basadas en fluorocarbonos y revestimientos preparados a partir de ellas, que se pueden usar para formar forros desprendibles de baja energía superficial.
El documento de EE.UU. nº 5.922.787 (=patente europea EP-0 797 111) se refiere a una composición que contiene un compuesto alcoxi-silano que tiene un grupo perfluoropoliéter. La composición se puede usar para formar una película antiincrustante.
El documento WO-A-99/03941 se refiere a un material de revestimiento que comprende condensados de al menos un compuesto (A) de fórmula general R_{a}MZ_{b} (a = 0-3; b = 1-4, a + b = 3, 4), donde R es un grupo orgánico no hidrolizable, y al menos un compuesto (B) de fórmula general R'_{x}MZ_{y} (x = 1-3; y = 1-3; x + y = 3, 4), donde R es un grupo orgánico no hidrolizable y al menos un R' contiene una estructura perfluoropoliéter separada de M por al menos dos átomos, donde M es un elemento de la tabla periódica de los elementos seleccionado de los grupos principales
III-V o de los subgrupos II-IV y Z es un grupo orgánico hidrolizable, y donde al menos un R no es igual a al menos un R'.
Además, el documento de Japón JP-A-5-331455 describe un agente de tratamiento que contiene (A) al menos un tipo de compuestos silano fluorados como se define y (B) un compuesto silano hidrófilo especial, preferiblemente en una razón en peso del componente A/componente B de 0,1-5. Este agente de tratamiento se prepara preferiblemente mezclando el componente A con el componente B en un disolvente orgánico. Como disolvente orgánico, se usa preferiblemente metanol, etc.
Sin embargo, los presentes descubrimientos indican que mientras algunos de los revestimientos superficiales conocidos previamente pueden ser capaces de proporcionar niveles aceptables de propiedades repelentes iniciales, a menudo se encuentra una pérdida de repelencia debido a la abrasión del revestimiento. También, si se emplean adicionalmente en la composición de revestimiento componentes que no contienen flúor, a menudo se requiere una hidrólisis en etapas (véase, por ejemplo el documento de EE.UU. nº U.S.5644014), en la que en una primera etapa se lleva a cabo una precondensación del silano no fluorado y solamente posteriormente, se puede añadir el compuesto silano fluorado. Si se lleva a cabo una hidrólisis en una etapa, a menudo tiene lugar separación de fases, conduciendo así a revestimientos no homogéneos que tienen propiedades repelentes insuficientes.
Por lo tanto, es deseable proporcionar una composición de revestimiento que pueda proporcionar sobre un substrato un revestimiento repelente al agua, al aceite y/o a las manchas sumamente duradero. En particular, es deseable proporcionar un revestimiento duradero en el que las propiedades repelentes iniciales se mantienen sustancialmente, incluso bajo condiciones de abrasión. Además, las composiciones de revestimiento se pueden aplicar y usar preferiblemente de una manera inocua para el medio ambiente y se pueden producir de una manera fiable, conveniente y económica.
En un aspecto, la presente invención proporciona una composición que comprende el producto de reacción que se puede obtener después de una reacción de condensación sustancialmente terminada de (A) uno o más compuesto(s) poliéter-silano fluoroquímico(s) de fórmula:
R_{f}-[Q-CR_{2}- Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}]_{z}
en la que R_{f} representa un segmento polifluoropoliéter multivalente, Q representa un grupo orgánico enlazante divalente, R^{1} representa un grupo alquilo C_{1}-C_{8}, Y representa un grupo hidrolizable, R representa hidrógeno o un grupo alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, donde los grupos R pueden ser iguales o diferentes, z es 2, 3 ó 4 y x es 0 ó 1; y (B) una cantidad sustancial de uno o más compuestos no fluorados de un elemento M seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn y que tiene al menos dos grupos hidrolizables por molécula, donde el compuesto (B) incluye un tetraalcoxi-silano. Por la expresión "reacción de condensación sustancialmente terminada" se entiende que la reacción ha terminado o al menos 80% de los grupos hidrolizables en la mezcla han desaparecido, preferiblemente al menos 90%. La terminación de la reacción se puede monitorizar mediante el uso de espectroscopía infrarroja y C^{13}-NMR.
En un aspecto más, la presente invención proporciona un método para la preparación del producto de condensación. En otro aspecto más, la presente invención también proporciona un método para tratar un substrato, que comprende la etapa de aplicar al substrato de la composición como se ha definido anteriormente. Las composiciones fluoroquímicas se pueden usar para tratar substratos y pueden hacer que tales substratos sean repelentes al aceite y al agua y/o para proporcionar repelencia a las manchas.
Las composiciones generalmente son eficaces a niveles bajos de aplicación y tienen buena durabilidad. Las composiciones son particularmente útiles para hacer que substratos tales como materiales cerámicos, metales, substratos poliméricos y vidrio, sean repelentes al agua y/o al aceite.
En una realización, se puede obtener una mezcla de producto de reacción homogénea por simple mezcla de los componentes en un disolvente adecuado, en presencia de agua reactiva y opcionalmente de un catalizador. No es necesaria una reacción en dos etapas; donde en una primera etapa se forma un precondensado de compuesto (B) y en una segunda etapa, se añade el poliéter-disilano fluoroquímico (A). Por lo tanto, el producto de reacción de la invención se puede producir de una manera fácil y viable.
Por la expresión "mezcla homogénea" en relación a la presente invención, se entiende que la composición es estable, durante al menos 24 horas, preferiblemente 1 mes, a temperatura ambiente. Puede tener lugar algo de turbidez sin que tenga lugar, sin embargo, separación de fases o precipitación sustancial.
La expresión "grupo hidrolizable" en relación a la presente invención se refiere a un grupo que directamente puede sufrir reacciones de condensación bajo condiciones apropiadas o que puede hidrolizarse bajo condiciones apropiadas, dando así un compuesto, que puede sufrir reacciones de condensación. Las condiciones apropiadas incluyen condiciones acuosas ácidas o básicas, opcionalmente en presencia de un catalizador de condensación.
Por lo tanto, la expresión "grupo no hidrolizable" según se usa en la presente invención se refiere a un grupo que no puede sufrir directamente reacciones de condensación bajo condiciones apropiadas ni hidrolizarse bajo las condiciones indicadas anteriormente para hidrolizar los grupos hidrolizables.
La expresión "cantidad sustancial" de un compuesto según se usa en esta memoria se refiere a una cantidad de un compuesto mayor que una cantidad catalítica del compuesto necesaria para promover una cierta reacción (p.ej., reacciones de condensación). Por lo tanto, una composición que comprende una cantidad sustancial de ese compuesto generalmente permite al compuesto actuar como un reactante tal que el producto resultante está formado de al menos parte de ese compuesto.
Descripción detallada
El componente (A) es un compuesto poliéter-silano fluoroquímico según la fórmula (I)
(I)R_{f}[Q-C(R)_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}]_{z}
en la que R_{f} representa un segmento polifluoropoliéter multivalente, Q representa un grupo orgánico enlazante divalente, R^{1} representa un grupo alquilo (conteniendo preferiblemente 1 a 8, más preferiblemente 1 a 4 átomos de carbono), Y representa un grupo hidrolizable; R representa hidrógeno o un grupo alquilo de 1 a 4 átomos de carbono y los grupos R pueden ser iguales o diferentes, x es 0 ó 1 y z es 2, 3 ó 4. Preferiblemente, ambos grupos R son hidró-
genos.
Los grupos hidrolizables Y pueden ser iguales o diferentes y generalmente se pueden hidrolizar bajo condiciones apropiadas, por ejemplo bajo condiciones acuosas ácidas o básicas, tal que el compuesto silano fluoroquímico puede sufrir después reacciones de condensación. Preferiblemente, los grupos hidrolizables tras la hidrólisis dan grupos que pueden sufrir reacciones de condensación, tales como grupos silanol.
Ejemplos de grupos hidrolizables incluyen grupos haluro, tales como cloro, bromo, yodo o flúor, grupos alcoxi -OR' (donde R' representa un grupo alquilo inferior, que contiene preferiblemente 1 a 6, más preferiblemente 1 a 4 átomos de carbono y que puede estar sustituido opcionalmente con uno o más átomos de halógeno), grupos aciloxi -O(CO)-R'' (donde R'' representa un grupo alquilo inferior, que contiene preferiblemente 1 a 6, más preferiblemente 1 a 4 átomos de carbono, que puede estar sustituido opcionalmente con uno o más átomos de halógeno), grupos ariloxi -OR''' (donde R''' representa un resto arilo, que contiene preferiblemente 6 a 12, que contiene más preferiblemente 6 a 10 átomos de carbono, que puede estar sustituido opcionalmente con uno o más sustituyentes seleccionados independientemente entre halógenos, y grupos alquilo C_{1}-C_{4} que pueden estar opcionalmente sustituidos con uno o más átomos de halógeno). En las fórmulas anteriores R', R'', y R''' pueden incluir estructuras ramificadas.
Grupos hidrolizables adecuados también incluyen grupos polioxialquileno de fórmula -O-A-R^{3}
en la que A es un grupo hidrófilo divalente (a) que tiene la fórmula
(CHR^{4}-CH_{2}O-)_{q}
en la que q es un número que tiene un valor de 1 a 40, preferiblemente 2 a 10, R^{4} es hidrógeno o metilo, y al menos 70% de R^{4} es hidrógeno, y R^{3} es independientemente hidrógeno o un grupo alquilo inferior que tiene 1 a 4 átomos de carbono, tal como se describe en la patente de EE.UU. nº U.S.5.274.159, incorporada a esta como referencia.
Ejemplos específicos de grupos hidrolizables incluyen grupos metoxi, etoxi y propoxi, cloro y un grupo acetoxi. Grupos hidrolizables particularmente preferidos incluyen grupos alcoxi C_{1}-C_{4} tales como grupos metoxi y
etoxi.
El grupo polifluoropoliéter divalente R_{f} en la fórmula anterior (I), que representa el poliéter-silano fluorado, puede incluir estructuras lineales, ramificadas y/o cíclicas, que pueden estar saturadas o insaturadas, y que contienen uno o más átomos de oxígeno en la cadena (es decir, uno o más grupos -CF_{2}- no adyacentes se pueden sustituir por grupos -O-). R_{f} es preferiblemente un grupo perfluorado (es decir, todos los enlaces C-H se sustituyen por enlaces C-F). Más preferiblemente, incluye unidades repetitivas perfluoradas seleccionadas del grupo de -(C_{n}F_{2n}O)-, -(CF(Z)O)-,
-(CF(Z)C_{n}F_{2n}O)-, -(C_{n}F_{2n}CF(Z)O)-, -(CF_{2}CF(Z)O)-, y sus combinaciones, donde las unidades repetitivas generalmente pueden estar dispuestas al azar, en bloques o alternativas, y opcionalmente puede incluir unidades -(C_{n}F_{2n})- y -(CF(Z))- y en las que n es un número de 1 a 12 inclusive, preferiblemente de 1 a 4 inclusive. R_{f} también puede comprender grupos perfluoro cíclicos, por ejemplo grupos -C_{6}F_{10}- cíclicos.
En estas unidades repetitivas Z es un grupo perfluoroalquilo, un grupo perfluoroalquilo que contiene oxígeno, un grupo perfluoroalcoxi, o un grupo perfluoroalcoxi sustituido con oxígeno, todos los cuales pueden ser lineales, ramificados o cíclicos y preferiblemente tienen aproximadamente 1 a aproximadamente 9 átomos de carbono y 0 a aproximadamente 4 átomos de oxígeno. Ejemplos de polifluoropoliéteres que contienen restos poliméricos obtenidos a partir de estas unidades repetitivas se describen en la patente de EE.UU. nº U.S.5.306.758 (Pellerite).
En una realización, las estructuras promedio aproximadas para un grupo perfluoropoliéter divalente incluyen -CF_{2}O(CF_{2}O)_{m}(C_{2}F_{4}O)_{p}CF_{2}-, en la que un valor promedio para m es 0 a aproximadamente 50 y un valor promedio para p es 0 a aproximadamente 50, con la condición de que tanto m como p no son simultáneamente 0,
-CF(CF_{3})-(OCF_{2}CF(CF_{3}))_{p}O-R_{f}^{'}-O(CF(CF_{3})CF_{2}O)_{p}CF(CF_{3})-, -CF_{2}O(C_{2}F_{4}O)_{p}CF_{2}-, y -(CF_{2})_{3}O(C_{4}F_{8}O)_{p}(CF_{2})_{3}-, en las que R_{f}^{'} es un grupo perfluoroalquileno divalente que contiene uno o más carbonos y opcionalmente O o N en la cadena. Los valores de m y p en estas estructuras promedio aproximadas pueden variar. Preferiblemente, un valor promedio de m se encuentra dentro de un intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 50, y un valor promedio de p se encuentra dentro de un intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 40. Como estos son materiales poliméricos, tales compuestos existen como mezclas tras la síntesis, las cuales son adecuadas para su uso. Las unidades repetidas generalmente se pueden colocar en una disposición al azar, en bloques o alternativas.
Según se sintetizan, estas estructuras incluyen típicamente una mezcla de unidades poliméricas. La estructura promedio aproximada es el promedio aproximado de la mezcla de estructuras. Además, la distribución de unidades repetitivas perfluoradas puede ser regular o al azar.
El grupo enlazante divalente Q puede ser igual o diferente y puede incluir estructuras lineales, ramificadas o cíclicas, que pueden estar saturadas o insaturadas, y preferiblemente contiene 1 a 15 átomos de carbono. El grupo Q puede contener uno o más heteroátomos (p.ej., oxígeno, nitrógeno, o azufre) y/o uno o más grupos funcionales (p.ej., carbonilo, amida, uretano o sulfonamida). También se puede sustituir con uno o más átomos de halógeno (preferiblemente, átomos de flúor), aunque esto es menos deseable, pues esto puede conducir a inestabilidad del compuesto. El grupo enlazante divalente Q preferiblemente es sustancialmente estable frente a la hidrólisis.
Por ejemplo, Q puede ser un grupo hidrocarbonado saturado o insaturado que incluye típicamente 1 a 15 átomos de carbono. Preferiblemente, Q es un grupo hidrocarbonado lineal que contiene preferiblemente 1 a 10 átomos de carbono, y que contiene opcionalmente 1 a 4 heteroátomos y/o 1 a 4 grupos funcionales, y que contiene, más preferiblemente al menos un grupo funcional.
Grupos enlazantes Q adecuados incluyen las siguientes estructuras además de un enlace covalente. Para los fines de esta lista, cada k es independientemente un número entero de 0 a aproximadamente 20, k' es independientemente un número entero de 0 a 20, preferiblemente de 2 a 12 y lo más preferiblemente de 2 a 6, R_{1}' es hidrógeno, fenilo, o alquilo de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, y R_{2}' es alquilo de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono
1
Los grupos enlazantes Q preferidos son -C(O)NH(CH_{2})_{2}- y -OC(O)NH(CH_{2})_{2}-.
Convenientemente, los compuestos de fórmula I usados, tienen generalmente un peso molecular promedio de al menos aproximadamente 650, y preferiblemente, al menos aproximadamente 1000. Se entenderá, con respecto a la descripción de la fórmula I que la composición comprende mezclas de compuestos y por lo tanto mezclas de pesos moleculares.
Ejemplos de disilanos fluorados preferidos incluyen, pero sin limitarse a ellos, las siguientes estructuras promedio aproximadas:
(R^{1})_{x}(Y)_{3-x}Si-CR_{2}-QCF_{2}O(CF_{2}O)_{m}(C_{2}F_{4}O)_{p}CF_{2}Q-CR_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x},
(R^{1})_{x}(Y)_{3-x}Si-CR_{2}-Q CF(CF_{3})O[CF_{2}CF(CF_{3})]_{m}(CF_{2})_{p}O[CF(CF_{3})CF_{2}O]_{n}CF(CH_{3})Q-CR_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}
(R^{1})_{x}(Y)_{3-x}Si-CR_{2}-Q CF_{2}O(C_{2}F_{4}O)_{p}CF_{2} Q-CR_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}, y
(R^{1})_{x}(Y)_{3-x}Si-CR_{2}-Q(CF_{2})_{3}O(C_{4}F_{8}O)_{p}(CF_{2})_{3} Q-CR_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}.
Preferiblemente, en cada poliéter-silano fluorado, Q contiene un átomo de nitrógeno. Más preferiblemente, al menos un grupo Q-CR_{2}-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}, por molécula es -C(O)NH(CH_{2})_{3}Si(OR)_{3} o -OC(O)NH(CH_{2})_{3}Si(OR)_{3} (en la que R es metilo, etilo, polietilenoxi o sus mezclas).
Los compuestos de fórmula (I) se pueden sintetizar usando técnicas estándar. Por ejemplo, los perfluoropoliéter-ésteres (o sus derivados funcionales) sintetizados fácilmente o disponibles comercialmente se pueden combinar con un alcoxi-silano funcionalizado, tal como un 3-aminopropilalcoxi-silano, según el documento de EE.UU. U.S.-A-3.810.874 (Mitsch et al.). Se entenderá que se pueden usar otros grupos funcionales distintos a los ésteres, con igual facilidad para incorporar grupos silano en un perfluoropoliéter.
De acuerdo con una realización particular de la presente invención, tales perfluoropoliéter-diésteres se pueden preparar mediante fluoración directa de un poliéter-diéster hidrocarbonado. La fluoración directa implica poner en contacto el poliéter-diéster hidrocarbonado con F_{2}. Por tanto, los átomos de hidrógeno en el poliéter-diéster hidrocarbonado se sustituirán por átomos de flúor dando así como resultado generalmente el correspondiente perfluoropoliéter-diéster. Los métodos de fluoración directa se describen en, por ejemplo, las patentes de EE.UU nºU.S. 5.578.278 y 5.658.962, que se incorporan a esta como referencia.
Ejemplos de intermedios adecuados para usar en la preparación de poliéter-silanos fluoroquímicos se pueden representar por la fórmula general R_{f}-X_{z}, en la que R_{f} es como se ha definido previamente para la fórmula I y z es 2, 3 ó 4. Un intermedio particularmente útil se puede representar por la fórmula general
X(CF_{2})_{n}-O-C_{n'}F_{2n'}-O-(CF_{2})_{n}X
donde n se encuentra en el intervalo de 1 a 6, y preferiblemente en el intervalo de 1 a 3; n' se encuentra en el intervalo de 5 a 12, y preferiblemente en el intervalo de 5 a 7, X se selecciona del grupo que consiste en -COOH, -COOM_{1/v},
-COONH_{4}, -COOR, -CH_{2}OH, -COF, -COCl, -COR, CONR'R', -CH_{2}NH_{2}, -CH_{2}NCO, -CN, -CH_{2}OSO_{2}R, -CH_{2}OCOR, -OC(O)CH_{3}, -CH_{2}OCOCR'=CH_{2}, -CONH(CH_{2})_{m}Si(OR)_{3}, y -CH_{2}O(CH_{2})_{m}Si(OR)_{3};
donde M es un átomo metálico que tiene una valencia "v" de 1 a 4, cada R se selecciona independientemente del grupo que consiste en grupos alquilo que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, grupos fluoroalquilo que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, grupos arilo que tienen de 6 a 10 átomos de carbono en el anillo, y grupos que contienen heteroátomos que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, y m es un número entero en el intervalo de 1 a 11; R' es independientemente H o R con la condición de que R' no es un grupo fluoroalquilo.
Estructuras específicas vienen ejemplificadas por:
\vskip1.000000\baselineskip
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Se entenderá con respecto a las nuevas estructuras anteriores, que se pueden sustituir otros grupos funcionales en lugar de los descritos. Por ejemplo, el grupo -CO_{2}H se puede sustituir por -COOM_{1/v}, -COONH_{4}, -COOR,
-CH_{2}OH, -COF, -COCl, -COR, CONR'R', -CH_{2}NH_{2}, -CH_{2}NCO, -CN, -CH_{2}OSO_{2}R, -CH_{2}OCOR, -OC(O)CH_{3},
-CH_{2}OCOCR'=CH_{2}, -CONH(CH_{2})_{m}Si(OR)_{3}, y -CH_{2}O(CH_{2})_{m}Si(OR)_{3} como se ha descrito previamente.
Una realización adicional es una composición que comprende
X(CF_{2})_{n}-O-(CF_{2})_{q}-(C_{n'}F_{2n'-2})-(CF_{2})_{q}-O-(CF_{2})_{n}X
donde n se encuentra en el intervalo de 1 a 6, y preferiblemente en el intervalo de 1 a 3; C_{n'}F_{2n'-2} representa un resto cicloalquileno donde n' se encuentra en el intervalo de 5 a 12, y preferiblemente en el intervalo de 6 a 8, X se selecciona del grupo que consiste en -COOH, -COOM_{1/v}, -COONH_{4}, -COOR, -CH_{2}OH, -COF, -COCl, -COR', CONR'R', -CH_{2}NH_{2}, -CH_{2}NCO, -CN, -CH_{2}OSO_{2}R, -CH_{2}OCOR, -OC(O)CH_{3}, -CH_{2}OCOCR'=CH_{2}, -CONH(CH_{2})_{m}Si(OR)_{3},
-CH_{2}O(CH_{2})_{m} Si(OR)_{3}; donde M es un átomo metálico que tiene una valencia "v" de 1 a 4, cada R se selecciona independientemente del grupo que consiste en grupos alquilo que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, grupos fluoroalquilo que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, grupos arilo que tienen de 6 a 10 átomos de carbono en el anillo, y grupos que contienen heteroátomos que tienen de 1 a 14 átomos de carbono, q es 0 ó 1, y m es un número entero en el intervalo de 1 a 11; R' es independientemente H o R con la condición de que R' no sea un grupo fluoroalquilo.
Estructuras específicas que contienen cicloalqueno perfluorado se ejemplifican por:
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En un método alternativo, los perfluoropoliéter-dioles se pueden hacer reaccionar con un alcoxi-silano funcionalizado, tal como 3-trimetoxisililpropil-isocianato. En los ejemplos se describen modificaciones de este método. Tales materiales pueden o no necesitar ser purificados antes de usarlos en una composición de tratamiento.
En la presente invención, se pueden usar mezclas de compuestos (A) y/o (B).
El componente (B) según se usa en la presente invención comprende uno o más compuestos no fluorados de un elemento M seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn y tiene al menos dos grupos hidrolizables por molécula, e incluye un tetraalcoxi-silano. Preferiblemente, los grupos hidrolizables se enlazan directamente al elemento M.
En una realización de la presente invención, el componente (B) comprende un compuesto adicional según la fórmula (II)
(II)(R^{2})_{q}M(Y^{1})_{p-q}
en la que R^{2} representa un grupo no hidrolizable, M representa un elemento de valencia p+q, seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn, p es 3 ó 4 dependiendo de la valencia de M, q es 0,1 ó 2, e Y^{1} representa un grupo hidrolizable.
Los grupos hidrolizables presentes en el componente (B) pueden ser iguales o diferentes y generalmente se pueden hidrolizar bajo condiciones apropiadas, por ejemplo bajo condiciones acuosas ácidas o básicas, tal que el componente (B) puede sufrir reacciones de condensación. Preferiblemente, los grupos hidrolizables tras la hidrólisis dan grupos que pueden sufrir reacciones de condensación, tal como grupos hidroxilo.
Ejemplos típicos y preferidos de grupos hidrolizables incluyen aquellos descritos con respecto al componente (A). Preferiblemente, el componente (B) incluye compuestos tetra-, tri- o dialcoxi (que contienen preferiblemente 1 a 4 átomos de carbono).
Los grupos no hidrolizables R^{2} pueden ser iguales o diferentes y generalmente no se pueden hidrolizar bajo las condiciones indicadas anteriormente. Por ejemplo, los grupos no hidrolizables R^{2} se pueden seleccionar independientemente entre un grupo hidrocarbonado, por ejemplo un grupo alquilo C_{1}-C_{30}, que puede ser de cadena lineal o ramificada y puede incluir una o más estructuras hidrocarbonadas cíclicas alifáticas, un grupo arilo C_{6}-C_{30} (sustituido opcionalmente con uno o más sustituyentes seleccionados entre halógenos y grupos alquilo C_{1}-C_{4}), o un grupo aralquilo C_{7}-C_{30}.
En una realización, los grupos no hidrolizables R^{2} se seleccionan independientemente entre un grupo hidrocarbonado, por ejemplo un grupo alquilo C_{1}-C_{30} y un grupo arilo C_{6}-C_{20} (sustituido opcionalmente con uno o más sustituyentes seleccionados entre halógenos y grupos alquilo C_{1}-C_{4}).
Los compuestos (B) preferidos incluyen aquellos en los que M es Ti, Zr, Si y Al. Ejemplos representativos del componente (B) incluyen tetrametoxi-silano, tetraetoxi-silano, metiltrietoxi-silano, dimetildietoxi-silano, octadeciltrietoxi-silano, metiltriclorosilano, ortotitanato de tetrametilo, ortotitanato de tetraetilo, ortotitanato de tetra-isopropilo, ortotitanato de tetra-n-propilo, zirconato de tetraetilo, zirconato de tetra-iso-propilo, zirconato de tetra-n-propilo, y similares. Los compuestos más preferidos incluyen derivados alcoxilados C_{1}-C_{4} de Si, Ti y Zr. Los compuestos (B) particularmente preferidos incluyen tetraetoxi-silano. Se pueden usar los compuestos solos o mezclas de compuestos (B).
Opcionalmente, la composición puede comprender uno o más agentes de reticulación (C), para incrementar adicionalmente la durabilidad del revestimiento. El componente (C) se puede seleccionar entre compuestos con funcionalidad adicional a la de los componentes (A) y (B). Por ejemplo, el componente (C) puede comprender un compuesto de un elemento M^{1} que se selecciona del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn que tiene al menos un grupo hidrolizable y al menos un grupo funcional reactivo por molécula, que puede participar en una reacción de reticulación. Preferiblemente, dicho al menos un grupo hidrolizable se enlaza directamente al elemento M^{1}.
Grupos hidrolizables adecuados y preferidos incluyen aquellos grupos mencionados con respecto al componente (A). Si el componente (C) incluye más de un grupo hidrolizable, estos pueden ser iguales o diferentes. Grupos hidrolizables particularmente preferidos se seleccionan entre grupos alcoxi C_{1}-C_{4}, tales como grupos metoxi, etoxi, iso- y (preferiblemente) n-propoxi, o iso- y (preferiblemente) n-butoxi.
El grupo funcional reactivo es un grupo que puede participar en una reacción de reticulación para proporcionar una funcionalidad de reticulación adicional al producto de policondensación que se puede obtener a partir de los componentes (A), (B) y (C). La reacción de reticulación puede implicar por ejemplo irradiación, calentamiento o una combinación de ambas. Si el componente (C) incluye más de un grupo funcional reactivo, estos grupos pueden ser iguales o diferentes. De estos, los grupos polimerizables por radicales libres, tales como grupos vinilo, acrilato o metacrilato, son grupos funcionales reactivos particularmente preferidos.
Un agente de reticulación preferido se puede representar por la fórmula (IV):
L-Q-Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}
en la que
L representa un grupo funcional reactivo que puede reaccionar por reacciones de condensación o de adición, tal como un grupo amino, un grupo epoxi, un grupo mercaptano o anhídrido, o por polimerización por radicales libres; y
Q, Y y R^{1} son como se ha descrito para la fórmula I, y x es 0, 1 ó 2.
Para la fórmula V, preferiblemente Q es un alquileno (que contiene preferiblemente 1 a 10, que contiene más preferiblemente 1 a 6 átomos de carbono), un arileno (que contiene preferiblemente 6 a 20 átomos de carbono que puede estar sustituido con uno o más grupos alquilo C_{1}-C_{4}, átomos de halógeno o sus mezclas), un grupo oxialquileno de fórmula (-O-R-)_{n}, en la que R se selecciona independientemente entre un grupo alquilo inferior de cadena lineal o ramificada, divalente (que contiene preferiblemente 1 a 6 átomos de carbono) y n es un número entero de
1 a 20.
Para la fórmula IV, preferiblemente R^{1} representa independientemente un grupo alquilo, preferiblemente un grupo alquilo C_{1}-C_{8} (tal como metilo, etilo o propilo) o un grupo alquilo C_{1}-C_{8} que contiene una estructura hidrocarbonada cíclica (tal como cicloalquilo, tal como ciclohexilo o ciclopentilo), un grupo arilo.(que contiene preferiblemente 6 a 20 átomos de carbono, que puede estar opcionalmente sustituido con uno o más grupos alquilo C_{1}-C_{4} o halógenos o sus mezclas, tal como fenilo), un grupo alquilarilo (que contiene preferiblemente 7 a 12 átomos de carbono) o un grupo aralquilo (que contiene preferiblemente 7 a 12 átomos de carbono).
Para la fórmula IV, Y es un grupo hidrolizable. Ejemplos adecuados y preferidos de grupos hidrolizables incluyen aquellos grupos como los mencionados con respecto al componente (A), fórmula I. Los grupos hidrolizables particularmente preferidos incluyen grupos alcoxi (que contienen preferiblemente 1 a 4 átomos de carbono), tal como grupos metoxi y etoxi.
Los compuestos reactivos particularmente preferidos según la fórmula (IV), en la que el grupo funcional reactivo L es un grupo que reacciona por reacciones de adición o de condensación, incluyen epoxipropiltrimetoxi-silano, bis(3-aminopropiltrimetoxisilil)amina y aminopropiltrimetoxi-silano.
Alternativamente, L puede ser un grupo funcional reactivo que es un grupo que se puede polimerizar por radicales libres, que contiene típicamente un grupo insaturado etilénicamente que puede sufrir una polimerización por radicales libres. Los grupos que se pueden polimerizar por radicales libres L adecuados incluyen, por ejemplo, restos derivados de éteres vinílicos, ésteres vinílicos, ésteres alílicos, vinil-cetonas, estireno, vinil-amida, acrilamidas, maleatos, fumaratos, acrilatos y metacrilatos. De estos, se prefieren los ésteres y amidas de ácidos alfa, beta insaturados tales como los acrilatos y los metacrilatos.
Cuando L es un grupo que se puede polimerizar por radicales libres, el grupo orgánico enlazante divalente Q puede contener de 1 a aproximadamente 20, preferiblemente de 1 a 10 átomos de carbono. Q puede contener opcionalmente grupos que contienen oxígeno, nitrógeno o azufre o una combinación de estos. Los ejemplos de grupos enlazantes adecuados Q incluyen alquileno de cadena lineal, ramificada o cíclico (que contiene preferiblemente 2 a 20 átomos de carbono), arileno (que contiene preferiblemente 6 a 20 átomos de carbono), aralquileno (que contiene preferiblemente 7 a 20 átomos de carbono), oxialquileno, carboniloxialquileno, oxicarboxialquileno, carboxiamidoalquileno, uretanilenalquileno, ureilenalquileno y sus combinaciones.
Los grupos enlazantes preferidos Q para la fórmula IV se seleccionan del grupo que consiste en alquileno (que contiene preferiblemente 2 a 20, más preferiblemente 2 a 10 átomos de carbono), oxialquileno (que contiene preferiblemente 2 a 20 átomos de carbono y 1 a 10 átomos de oxígeno) y carboniloxialquileno (que contiene preferiblemente 3 a 20 átomos de carbono).
Ejemplos de compuestos según la fórmula (IV), en la que L es un grupo que se puede polimerizar por radicales libres incluyen acrilatos o metacrilatos con funcionalidad viniltricloro-silano, viniltrimetoxi-silano, viniltrietoxi-silano y alcoxi-silano, tal como metacriloiloxipropil-trimetoxi-silano.
La presencia de tales grupos funcionales reactivos, preferiblemente grupos insaturados reactivos en los correspondientes policondensados es ventajosa en el sentido de que tras el revestimiento de la composición sobre un substrato, se puede llevar a cabo un curado en dos etapas, es decir, una unión inducida térmica o fotoquímicamente de los radicales orgánicos insaturados mediante polimerización radical y una terminación térmica de la policondensación (p.ej. por eliminación de agua de los grupos M-OH que aún se encuentran presentes). En el caso de que se use un compuesto insaturado, debería estar presente adicionalmente un catalizador para el curado inducido térmica y/o fotoquímicamente de la composición de revestimiento aplicada sobre un substrato adecuado. Se prefiere particularmente la adición de un iniciador de fotopolimerización. Tales iniciadores se encuentran disponibles comercialmente e incluyen p.ej. Irgacure® 184 (1-hidroxiciclohexil-fenil-cetona), Irgacure®500 (1-hidroxiciclohexil-fenil-cetona, benzofenona), y otros fotoiniciadores del tipo Irgacure® disponibles en Ciba-Geigy; fotoiniciadores del tipo Darocur®, disponibles en Merck, benzofenona y similares.
Los expertos en la técnica conocen ejemplos de iniciadores térmicos empleados opcionalmente, e incluyen, entre otros, peróxidos orgánicos en forma de peróxidos de diacilo, peroxidicarbonatos, perésteres de alquilo, peróxidos de dialquilo, percetales, peróxidos de cetona e hidroperóxidos de alquilo. Ejemplos específicos de tales iniciadores térmicos son peróxido de dibenzoilo, perbenzoato de terc-butilo y azobisisobutironitrilo. Estos iniciadores se añaden a la composición de revestimiento en cantidades conocidas por los expertos en la técnica. Típicamente, el iniciador se añadirá en una cantidad entre 0,1 y 2% en peso, referido a la cantidad de agente de reticulación.
Las composiciones pueden contener además aditivos que proporcionan al revestimiento propiedades adicionales, tales como propiedades antimicrobianas. Los ejemplos incluyen [C_{18}H_{37}N (CH_{3})_{2}(CH_{2})_{3}Si(OCH_{3})_{3}]^{+}Cl^{-}. Sin embargo, la adición de aditivos iónicos se mantiene preferiblemente por debajo de aproximadamente 10% en peso, para no afectar negativamente a las propiedades de repelencia al agua de la composición.
El producto de reacción comprendido en la composición de la presente invención se puede obtener haciendo reaccionar los componentes (A), (B), y opcionalmente (C). Típicamente, el producto de reacción es un producto de policondensación. Etapas de reacción adecuadas incluyen al menos condensación parcial.
La reacción de policondensación se lleva a cabo convenientemente mezclando los componentes de partida en un disolvente orgánico, preferiblemente a temperatura ambiente, en presencia de agua suficiente para efectuarse la hidrólisis de los grupos hidrolizables. Preferiblemente, la cantidad de agua se encontrará entre 0,1 y 20% en peso de la composición total, más preferiblemente entre 1 y 10% en peso. Además de agua, se debería usar preferiblemente un catalizador ácido o básico, orgánico o inorgánico.
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Se prefiere que la razón en peso de compuestos (A) a compuestos (B) en la preparación del producto de reacción sea 1:1 a 1:20 y particularmente preferido 1:1 a 1:10. La composición para preparar el producto de reacción comprende una cantidad sustancial de componente (B), es decir, una cantidad mayor que una cantidad catalítica. Típicamente, el componente (B) comprende más de 10 por ciento en peso y más preferiblemente más de 25 por ciento en peso referido al peso total de los componentes usados. En una realización particularmente preferida, el componente (B) comprende más de 50 por ciento en peso referido al peso total de los componentes usados. El compuesto (C) se puede usar entre 0 y 50%, preferiblemente entre 0 y 35% en peso, referido al peso total de los componentes usados.
Aunque los beneficios de la reacción de los componentes A y B (opcionalmente con C) se extiende sobre un amplio intervalo de composiciones, se consigue buena repelencia inicial para los revestimientos a pesar de que están implicados niveles relativamente bajos del poliéter-silano fluoroquímico (componente A) en la producción del producto de reacción. Por lo tanto, una composición preferida de esta invención comprende el fluorosilano relativamente caro a 5-20% en peso, dando una ventaja económica a las composiciones de esta invención frente a otros revestimientos fluorados. Adicionalmente, las composiciones obtenidas a partir de 5-20% en peso de componente A fueron de manera bastante sorprendente más duraderas manteniendo la repelencia después de la abrasión de una superficie revestida.
Se puede obtener una mezcla de reacción homogénea mezclando los componentes en disolvente, en presencia de agua, y opcionalmente un catalizador básico o ácido. En particular, no hay necesidad de una reacción en dos etapas, donde en una primera etapa se forma un precondensado de compuesto (B), y en una segunda etapa, se añade el poliéter-disilano fluoroquímico. Tras la mezcla, se obtiene una mezcla homogénea en la que sustancialmente no se produce separación de fases.
Los catalizadores ácidos orgánicos incluyen ácido acético, ácido cítrico, ácido fórmico, ácido tríflico, ácido perfluorobutírico y similares. Ejemplos de ácidos inorgánicos incluyen ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y similares. Ejemplos de catalizadores básicos útiles incluyen hidróxido de sodio, hidróxido de potasio y trietilamina. El catalizador ácido o básico se usará generalmente en cantidades entre aproximadamente 0,01 y 10%, más preferiblemente entre 0,05 y 5% en peso de la composición total.
La composición de la presente invención puede incluir uno o más disolventes orgánicos. El disolvente orgánico o mezcla de disolventes orgánicos usado debe poder disolver una mezcla de compuestos (A), (B) y opcionalmente (C) y el policondensado fluorado formado tras la reacción. Preferiblemente, el disolvente orgánico o mezcla de disolventes orgánicos usado puede disolver al menos 0,01% del policondensado fluoroquímico. Además, el disolvente o mezcla de disolventes tiene preferiblemente una solubilidad para el agua de al menos 0,1%, preferiblemente 1% en peso y una solubilidad para el catalizador básico o ácido de al menos 0,01%, preferiblemente 0,1% en peso. Si el disolvente orgánico o mezcla de disolventes orgánicos no satisface estos criterios, puede no ser posible obtener una mezcla homogénea del policondensado fluorado, disolvente(s), agua y catalizador.
Los disolventes orgánicos o mezclas de disolventes adecuados se pueden seleccionar entre alcoholes alifáticos (que contienen preferiblemente 1 a 6 átomos de carbono), tal como metanol, etanol, alcohol isopropílico; cetonas tales como acetona o metil-etil-cetona; ésteres, tales como acetato de etilo, metilformiato y éteres, tal como éter dietílico. Los disolventes particularmente preferidos incluyen etanol y acetona.
Los disolventes fluorados se pueden usar en combinación con los disolventes orgánicos para mejorar la solubilidad de los compuestos de partida y/o el policondensado fluoroquímico. Tales disolventes fluorados generalmente no serán adecuados para usarlos solos ya que generalmente no satisfarán los requisitos de solubilidad para agua y ácido o base, a no ser que contengan adicionalmente grupos hidrófilos tales como CF_{3}CH_{2}OH.
Ejemplos de disolventes fluorados incluyen hidrocarburos fluorados, tales como perfluorohexano o perfluorooctano, disponibles en 3M; hidrocarburos parcialmente fluorados, tales como pentafluorobutano, disponible en Solvay, o CF_{3}CFHCFHCF_{2}CF_{3}, disponible en DuPont; hidrofluoroéteres, tales como metil-perfluorobutil-éter o etil-perfluorobutil-éter, disponibles en 3M. Se pueden usar diversas mezclas de estos materiales con disolventes orgánicos.
Un experto en la técnica apreciará adicionalmente que la preparación de policondensados fluoroquímicos según la presente invención da como resultado una mezcla de compuestos. Arkles describe una secuencia de condensación (CHEMTECH (1977), v. 7 pp 766-78).
La composición que comprende los policondensados fluorados de la presente invención se aplica generalmente al substrato en cantidades suficientes para producir un revestimiento que es repelente al agua y al aceite. Este revestimiento puede ser extremadamente delgado, p.ej. 1 a 50 capas moleculares, aunque en la práctica un revestimiento útil puede ser más grueso.
Los substratos adecuados que se pueden tratar de una manera particularmente eficaz con la mezcla de policondensados fluorados de esta invención, incluyen substratos que tienen una superficie dura que tiene preferiblemente grupos que pueden reaccionar con el policondensado fluorado. Los substratos particularmente preferidos incluyen materiales cerámicos, vidrio, metal, piedra natural y artificial, materiales poliméricos (tales como poli(met)acrilato, policarbonato, poliestireno, copolímeros de estireno, tales como copolímeros de estireno y acrilonitrilo, poliésteres, poli(tereftalato de etileno)), pinturas (tales como aquellas basadas en resinas acrílicas), revestimientos en polvo (tales como revestimientos de polvo híbridos o poliuretano), y madera. Se pueden tratar eficazmente diversos artículos con la disolución fluoroquímica de la presente invención para proporcionar un revestimiento sobre ellos repelente al agua y al aceite. Los ejemplos incluyen baldosas de cerámica, bañeras o aseos, paneles de duchas de vidrio, vidrio para construcción, diversas partes de un vehículo (tal como el retrovisor o el parabrisas), vidrio, materiales de porcelana esmaltada o cerámica.
El tratamiento de los substratos da como resultado que las superficies tratadas conservan menos la suciedad y se limpian más fácilmente debido a la naturaleza repelente al aceite y al agua de las superficies tratadas. Estas propiedades deseables se mantienen a pesar de una exposición o uso extendido y de limpiezas repetidas, debido al alto grado de durabilidad de la superficie tratada que se puede obtener mediante las composiciones de esta invención.
Para efectuar el tratamiento de un substrato, el policondensado fluoroquímico, preferiblemente en forma de una composición con disolvente como se ha descrito anteriormente, se aplica al substrato. La cantidad de policondensado fluoroquímico que se va a revestir sobre el substrato generalmente será la cantidad suficiente para producir un revestimiento que es repelente al aceite y al agua, teniendo tal revestimiento a 20ºC un ángulo de contacto con agua destilada de al menos 80º, y un ángulo de contacto con n-hexadecano de al menos 40º, medidos tras secar y curar el revestimiento.
Preferiblemente, el substrato debe estar limpio antes de aplicar las composiciones de la invención para obtener unas características óptimas, particularmente durabilidad. Es decir, la superficie del substrato que se va a revestir debe estar sustancialmente exenta de contaminación orgánica antes del revestimiento. Las técnicas de limpieza dependen del tipo de substrato e incluyen, por ejemplo, una etapa de lavado con disolvente con un disolvente orgánico, tal como acetona o etanol.
La composición de revestimiento es típicamente una disolución relativamente diluida, que contiene entre 0,01 y 5 por ciento en peso del policondensado fluoroquímico, más preferiblemente, entre 0,03 y 3 por ciento en peso del policondensado fluoroquímico, y lo más preferiblemente entre 0,05 y 2 por ciento en peso del policondensado fluoroquímico. De acuerdo con una realización preferida, las composiciones para aplicación a un substrato se preparan diluyendo un concentrado que comprende una disolución de al menos 25% en peso de un policondensado fluoroquímico en un disolvente orgánico, añadiendo al concentrado un disolvente orgánico o mezcla de disolventes.
Se puede usar una amplia variedad de métodos de revestimiento para aplicar una composición de la presente invención, tales como tratamiento por pincelado, pulverización, inmersión, enrollamiento, esparcimiento y similares. Un método de revestimiento preferido para la aplicación de un policondensado fluoroquímico de la presente invención incluye la aplicación por pulverización. Un substrato que se va a revestir, típicamente se puede poner en contacto con la composición de tratamiento a temperatura ambiente (típicamente, aproximadamente 20ºC a aproximadamente 25ºC). Alternativamente, la mezcla se puede aplicar a substratos que se han precalentado a una temperatura de por ejemplo entre 60ºC y 150ºC. Esto es de particular interés para la producción industrial, donde p. ej., las baldosas de cerámica se pueden tratar inmediatamente después del horno de cocción al final de la línea de fabricación. Tras la aplicación, el substrato tratado se puede secar y curar a temperatura ambiente o elevada, p. ej. a 40º a 300ºC y durante un tiempo suficiente para secar y curar. Alternativamente, además de un tratamiento térmico, la composición de revestimiento se puede curar por irradiación (p.ej. mediante irradiadores de UV, un láser, etc.) de una manera conocida de por sí, dependiendo del tipo y presencia, respectivamente de un iniciador. El procedimiento también puede requerir una etapa de pulido para eliminar el material de exceso.
Preferiblemente, el revestimiento obtenido sobre el substrato se cura, generalmente a una temperatura elevada de 40 a 300ºC. Esta etapa de curado se puede hacer al comienzo (aplicación de la composición a un substrato caliente) o al final del procedimiento de aplicación. En un método alternativo, el revestimiento se puede curar mediante activación fotoquímica de materiales representados en la fórmula (IV).
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención sin la intención, sin embargo, de limitar la invención a ellos. Todas las partes son a peso a no ser que se indique de otra manera.
1. Síntesis de poliéter-disilanos fluorados A. Fluoropoliéter-disilano FES-1
El FES-1 se preparó haciendo reaccionar perfluoropoliéter-diester CH_{3}OC(O)CF_{2}O(CF_{2}O)_{9-11}(CF_{2}CF_{2}O)_{9-11}CF_{2}C(O)OCH_{3} (con peso molecular promedio de aproximadamente 2000), disponible comercialmente en Ausimont, Italia, bajo el nombre comercial Fomblin^{TM} Z-DEAL, con 3-aminopropiltrimetoxi-silano, disponible en Aldrich Co., Milwaukee, WI, como se enseña en la patente de EE.UU. nº U.S.3.810.874 (Mitsch et al.), tabla 1, línea 6. La reacción exotérmica se produjo fácilmente a temperatura ambiente, simplemente mezclando los materiales de partida. El progreso de la reacción se monitorizó mediante análisis infrarrojo.
B. Hexafluoropropilenoxi-diuretano-disilano FES-2
El FES-2 se preparó haciendo reaccionar un perfluoropoliéter-diol (HOCH_{2}CF(CF_{3})O(CF(CF_{3})CF_{2}O)_{x}(CF_{2})_{4}O(CF(CF_{3})CF_{2}O)_{y}CF(CF_{3})CH_{2}OH (con peso molecular promedio de aproximadamente 1300; x+y es aproximadamente 6-7) con dos equivalentes de 3-trimetoxisililpropil-isocianato en acetato de etilo, a 80ºC durante 16 horas en atmósfera de nitrógeno y en presencia de dilaurato de dibutilestaño. Tras terminar la reacción, como indicaba el análisis IR, se evaporó el acetato de etilo.
C. Preparación de FES-3
El FES-3 se preparó haciendo reaccionar Fomblin Z-DEAL con 2 equivalentes de bis(3-(trimetoxisilil)propil)amina, disponible en Aldrich, Milwaukee, WI como se describe en la patente de EE.UU. nº U.S.3.810.874. La reacción se llevó a cabo en atmósfera de nitrógeno a 80ºC durante 6 h. El progreso de la reacción se monitorizó mediante análisis IR.
D. Preparación de FES-4
El FES-4 se preparó haciendo reaccionar una mezcla de oligómeros de HFPO con fórmula CF3CF2CF20 (CF(CF3)CF20)n)CF(CF3)COOCH3 (con n \sim 5), con un equivalente de bis (3-(trimetoxisilil)propil)amina, disponible en Aldrich, Milwaukee, WI como se describe en la patente de EE.UU. nº U.S.3.810.874. La reacción se llevó a cabo en atmósfera de nitrógeno a 80ºC durante 6 h. El progreso de la reacción se monitorizó mediante análisis cromatográfico en fase gaseosa.
2. Síntesis del policondensado fluoroquímico FESG-1
Se prepararon varios policondensados fluoroquímicos como se indica en la tabla 1, de manera similar a la síntesis de FESG-1:
En un matraz de tres bocas de 250 ml, provisto de un condensador, agitador y termómetro, se colocaron 10 g de FES-1, 10 g de TEOS (tetraetoxi-silano; disponible en Aldrich Co., Milwaukee, WI), 20 g de etanol, 2,0 g de DI-H_{2}O y 1,0 g de ácido acético. La mezcla transparente se agitó a temperatura ambiente durante 16 h. La conversión de grupos alcoxi-silano se determinó, tras la evaporación del disolvente, usando análisis infrarrojo y C^{13}-NMR. La conversión fue aproximadamente 96%. La mezcla de reacción ligeramente turbia se diluyó después hasta 0,1% de sólidos fluoroquímicos en etanol.
La preparación de los policondensados fluoroquímicos FESG-5 y FESG-8 se prepararon de una manera similar a la indicada anteriormente con la excepción de que se añadieron 0,1 g de DI-H_{2}O en lugar de 2,0 g de DI-H_{2}O.
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TABLA 1 Composición de policondensados fluoroquímicos
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Substratos
Las mezclas de policondensados fluoroquímicos según la invención se ensayaron sobre diversos substratos como se indica a continuación:
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Métodos de ensayo Ángulos de contacto
Los substratos tratados se ensayaron para estudiar sus ángulos de contacto frente al agua (W) y n-hexadecano (O) usando un goniómetro Olympus TGHM. Se midieron los ángulos de contacto antes (inicial) y directamente después de la abrasión (abrasión), a no ser que se indique de otra manera. Los valores son los valores medios de 4 medidas y se recogen en grados. El mínimo valor que se pudo medir para un ángulo de contacto fue 20. Un valor <20 indicaba que el líquido se esparcía sobre la superficie.
Ensayo de abrasión
A los substratos tratados se les sometió a abrasión usando un AATCC Crockmeter, 20 ciclos usando lija n.º 600 (disponible en 3M). Alternativamente, el ensayo de abrasión se llevó a cabo usando una máquina limpiadora Erichsen, 3M High Performance Cloth (disponible en 3M) y un limpiador CIF (disponible en Lever), usando 40 ciclos.
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Ejemplos
Ejemplos 1 a 12 y Ejemplos Comparativos C-1 a C-3
En los ejemplos 1 a 12, se pulverizaron mezclas de 0,1% de policondensado fluoroquímico preparadas según el procedimiento general, sobre azulejos blancos Villeroy & Boch, se mantuvieron a temperatura ambiente, seguido de curado a 150ºC durante 30 minutos. Tras enfriar a 50ºC, el producto en exceso se eliminó puliendo con una toallita de papel. Se midieron los ángulos de contacto antes y después de la abrasión un una máquina limpiadora Erichsen. El ejemplo comparativo C-1 se hizo con una mezcla de una composición de silano fluoroquímico (según el documento británico nº GB2 218 097, ejemplo 25) y TEOS en una razón en peso 1/1. El ejemplo comparativo C-2 se hizo con una mezcla de Ausimont MF 407, un perfluoropoliéter-monosilano, disponible en Ausimont y TEOS en una razón en peso 1/1. El ejemplo comparativo C-3 se hizo con una mezcla, preparada según el documento de EE.UU. nº U.S.6.054.601, ejemplo 1. Los resultados se dan en la Tabla 2.
TABLA 2 Ángulos de contacto de azulejos tratados con mezclas de policondensados fluoroquímicos
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Los ejemplos 5 y 8 son ejemplos de referencia.
Los resultados indicaron que se podían obtener azulejos con elevada repelencia al aceite y al agua usando composiciones de policondensado fluoroquímico según la invención. Se midieron elevados ángulos de contacto inicialmente, pero especialmente también después de la abrasión, lo que indica que se obtuvieron revestimientos sumamente duraderos. Por el contrario, los ejemplos comparativos no satisficieron los requisitos de repelencia al aceite y/o agua tras la abrasión.
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Ejemplos 13 a 18
En los ejemplos 13 a 18, se trataron diferentes substratos, que se mantuvieron a temperatura ambiente, con FESG-1 mediante aplicación por pulverización. Los substratos tratados se secaron a 80ºC durante 30 min. Tras enfriar a 40ºC, el producto de exceso se eliminó puliendo usando una toallita de papel. El ensayo de abrasión se hizo usando el AATCC Crockmeter. Se recogieron los ángulos de contacto de los substratos no tratados, así como los ángulos de contacto de los substratos tratados, antes y después de la abrasión. Los resultados se dan en la Tabla 3.
TABLA 3 Ángulos de contacto de substratos tratados con mezclas de policondensados fluoroquímicos
11
Los resultados de la tabla 3 muestran que la aplicación de una mezcla de policondensados fluoroquímico al 0,1%, según la invención, mejoraba considerablemente a repelencia al agua y al aceite de los diferentes substratos. En todos los casos, se observó una elevada durabilidad del tratamiento.

Claims (14)

1. Una composición que comprende el producto de reacción que se puede obtener después de una reacción de condensación sustancialmente terminada de:
A.
al menos un compuesto poliéter-silano fluoroquímico de fórmula
R_{f}-[Q-CR_{2}- Si(Y)_{3-x}(R^{1})_{x}]_{z}
en la que R_{f} representa un segmento polifluoropoliéter multivalente, Q representa un grupo orgánico enlazante divalente, R^{1} representa un grupo alquilo C_{1}-C_{8}, Y representa un grupo hidrolizable, R representa hidrógeno o un grupo alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, donde los grupos R pueden ser iguales o diferentes, z es 2, 3 ó 4 y x es 0 ó 1;
y
B.
una cantidad sustancial de uno o más compuestos no fluorados de un elemento M seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn y que tiene al menos dos grupos hidrolizables por molécula, donde el compuesto (B) incluye un tetraalcoxi-silano.
2. Una composición según la reivindicación 1, en la que dicho componente (B) comprende un compuesto adicional según la fórmula:
(R^{2})_{q}M(Y^{1})_{p-q}
en la que R^{2} representa un grupo no hidrolizable, M representa un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn, p es 3 ó 4 dependiendo de la valencia de M, q es 0, 1 ó 2, e Y^{1} representa un grupo hidrolizable.
3. Una composición según la reivindicación 1, en la que dicho producto de reacción es un producto de reacción que se puede obtener a partir de una reacción de condensación sustancialmente terminada de dichos componentes (A) y (B) y además un agente de reticulación (C).
4. Una composición según la reivindicación 3, en la que el agente de reticulación (C) es un compuesto de un elemento M^{1} que se selecciona del grupo que consiste en Si, Ti, Zr, B, Al, Ge, V, Pb, Sn y Zn, teniendo dicho agente de reticulación (C) además, al menos un grupo hidrolizable y al menos un grupo funcional reactivo por molécula que puede participar en una reacción de reticulación.
5. La composición según la reivindicación 1, en la que los grupos hidrolizables en los componentes (A) y (B) pueden ser iguales o diferentes, y se seleccionan independientemente entre un grupo haluro, un grupo alcoxi, un grupo aciloxi, un grupo ariloxi o un grupo polioxialquileno.
6. La composición según la reivindicación 1, en la que el segmento polifluoropoliéter incluye unidades repetitivas perfluoradas seleccionadas del grupo que consiste en -(C_{n}F_{2n}O)-, -(CF(Z)O)-, -(CF(Z)C_{n}F_{2n}O)-, -(C_{n}F_{2n}CF(Z)O)-,
-(CF_{2}CF(Z)O)-, y sus combinaciones, donde Z es un grupo perfluoroalquilo, un grupo perfluoroalquilo sustituido con oxígeno, un grupo perfluoroalcoxi, o un grupo perfluoroalcoxi sustituido con oxígeno, todos los cuales pueden ser lineales, ramificados o cíclicos y tienen 1 a 9 átomos de carbono y 0 a 4 átomos de oxígeno, y en las que n es un número de 1 a 12 inclusive.
7. La composición según la reivindicación 1, en la que la razón en peso de componente (A) a componente (B) es 1:1 a 1:20.
8. Una composición de revestimiento que comprende 0,01 a 5 por ciento en peso de la composición de la reivindicación 1 y un disolvente orgánico.
9. Un substrato revestido que comprende un revestimiento que se puede derivar de la composición de la reivindicación 1.
10. Procedimiento para la preparación de un producto de condensación perfluoropoliéter, comprendiendo el procedimiento las etapas de mezclar los componentes (A), (B), y opcionalmente (C) de la reivindicación 4, y hacer reaccionar los componentes hasta que se detecta una terminación sustancial de la reacción.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en la que dichos componentes (A), (B) y opcionalmente (C) se mezclan además con agua y un catalizador ácido o básico.
\newpage
12. Método para tratar un substrato, que comprende las etapas de revestir al menos parte de la superficie de dicho substrato con una composición de revestimiento como se define en la reivindicación 1.
13. Método según la reivindicación 12, en el que dicho substrato es vidrio, cerámica, metal o un substrato polimérico.
14. Método según la reivindicación 12, en el que dicho método implica además la etapa de someter al substrato revestido a una temperatura elevada en el intervalo de 40 a 300ºC.
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