MXPA01004460A

MXPA01004460A - Pelicula de silicona rematada y metodo para la manufactura de la misma

Info

Publication number: MXPA01004460A
Application number: MXPA/A/2001/004460A
Authority: MX
Inventors: Don Hayden
Original assignee: Diamonfusion International Inc
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2002-07-25

Abstract

Se presenta una película de silicona que se une a una superficie mediante unión química. La película de silicona consiste de cadenas de grupos siloxano, cada cadena termina en una molécula de extremo, que es cualquiera de unéster, unéter o un halógeno. Se deja que la molécula de extremo reaccione con agua para producir un grupo OH. Entonces, la superficie se pone en contacto con un agente de rematado, que reacciona con el grupo OH para producir un nuevo grupo de extremo que mejora las propiedades de la película.

Description

PELÍCULA DE SILICONA REMATADA Y MÉTODO PARA LA MANUFACTURA DE LA MISMA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con la técnica de la manufactura de películas de silicona. Más particularmente, esta invención se relaciona con un método para manufacturar películas de silicona para recubrir superficies que contienen OH o uniones de nitrógeno hidrógeno. En un aspecto adicional y más específico, la presente invención tiene que ver con un método mejorado para la manufactura de una película de silicona repelente al agua para recubrir vidrio y otras superficies.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existen varios métodos para manufacturar productos de vidrio repelentes al agua de fácil limpieza, que incluyen puertas de regaderas, parabrisas, puertas de acceso de vidrio y divisiones de vidrio en restaurantes. Dos de estos métodos se descubren en las Patentes de los Estados Unidos No. 5,415,927 de Hirayama y colaboradores y 4,263,350 de Valimont. En otro método actualmente en uso, el vidrio se recubre con una película que consiste de cadenas de moléculas de silicona, en donde cada cadena está químicamente unida en un extremo a la superficie del vidrio. Cada cadena contiene desde docenas hasta centenas f de unidades de dimetilsiloxano (DMS) y en su extremo libre 5 está terminada ya sea por un grupo hidroxilo (OH) o por un cloro unido a un silicio, el cual reacciona pronto con vapor de agua del aire para producir grupos OH. Esta película existente está en uso en varios productos de vidrio, así como en otros productos que contienen sílice, áp 10 tales como el granito, la porcelana, loza de barro y loza de cerámica y para la mayoría se ha desempeñado en forma satisfactoria. Sin embargo, la repelencia al agua de la película está limitada en cierta medida por la presencia de grupos OH terminales, que tienen una gran atracción por el agua . Por consiguiente, es un objeto de la presente invención mejorar la repelencia al agua de películas de f silicona sobre vidrio así como proporcionar una película de soporte para substancias químicamente activas. 20^ 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, anteriormente mencionados, así como substancias orgánicas que incluyen papel, algodón, nylon, piel y madera, con el fin de mejorar las propiedades de superficie de estos productos .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Brevemente, para alcanzar los objetos deseados de la presente invención, de conformidad con las modalidades preferidas de la misma, una película de silicona está enlazada a una superficie por medio de unión química. La película de silicona consiste de cadenas de grupos siloxano, cada cadena termina en una molécula de extremo que es cualquiera de un éster, un éter o un halógeno. Se permite ?[ue la molécula de extremo reaccione con agua del aire circundante para producir un grupo OH. La superficie se pone en contacto entonces con un agente de rematado que reacciona con el grupo OH para producir un nuevo grupo de extremo que mejora las propiedades de la película. La mejora específica en las propiedades dependerá de los grupos siloxano utilizados, tanto como de la composición del agente de rematado. En general, los grupos siloxano tienen la fórmula: R - O Si - - R y el agente de rematado tiene la fórmula R1 Cl- Si - Rl • .1 Para aplicaciones de repelencia al agua, R consiste de grupos no polares y R1 consiste de grupos 5 inertes. Para aplicaciones que no son de repelencia al agua, R consiste de grupos polares. En otras aplicaciones, R1 podríei consistir de grupos químicamente activos, que permiten que la superficie sea utilizada como un intercambiador iónico de estado sólido o como un punto de 10 enlace para enzimas, agentes quelantes, tintes, indicadores químicos u otras substancias químicamente unidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores objetos y ventajas, así como otros 15 objetos y ventajas adicionales y más específicos de la f presente invención, serán fácilmente evidentes para los experimentados en la técnica, a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la misma, tomadas junto con los dibujos, en los cuales: 20 la Figura 1 es una representación esquemática de una superficie recubierta con una película repelente al agua de la técnica anterior; y la Figura 2 es una representación esquemática de una superficie recubierta con una película repelente al agua manufacturada utilizando el proceso de la presente f invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Pasando ahora a los dibujos, la atención se dirige primero a la Figura 1, que muestra una superficie G que ha sido tratada con una película repelente al agua, É? 10 utilizando un proceso de la técnica anterior. En la aplicación del proceso más ampliamente utilizada, la superficie G es vidrio, aunque el proceso puede utilizarse en realidad para tratar cualquier superficie que contiene uniones OH o nitrógeno hidrógeno, tales como superficies que contienen sílice, que incluyen granito, porcelana, loza de barro y loza de cerámica, así como substancias orgánicas que incluyen algodón, papel, nylon, piel y otros. La f película comprende cadenas de grupos dimetilsiloxano (DMS) . Cada cadena está químicamente unida en un extremo a una molécula de oxígeno (O) , la cual está químicamente unida a su vez a la superficie G. El extremo opuesto de cada cadena incluye cualquiera de un grupo hidroxilo (OH) o un cloro unido a la silicona, el cual reaccionará pronto con vapor de agua del aire circundante para producir un grupo OH.

El proceso mediante el cual se crea la película de la Figura 1 es como sigue. Inicialmente, se humedece la f superficie G. La superficie humedecida puede representarse conforme se muestra en forma simplificada a continuación: 5 H O-H H-O-H O-H O-H H H -O H H-O-H H H H-O O-H O-H H-O H-O H-O H-O O-H O-H H-O I I I I I I I I I I I I I I I I G I I I I I I I I I I I I I I I I • 10 Sin embargo, en realidad el número de moléculas ?-0-? en la superficie sería mucho mayor que el número de grupos O-? en la superficie (una proporción de aproximadamente 100:1) . En seguida, la superficie se trata con dimetildiclorosilano, utilizando máquinas portátiles de vapor, que pueden adaptarse a cámaras de sitio fijas para operaciones de gran volumen o utilizando un método de restregado o un procedimiento de inmersión o rociado.

F Cuando es necesario, se utiliza ciclohexilamina como un imprimador para asegurar la suficiente humedad para que ocurra la reacción química. Después de que se ha aplicado el dimetildiclorosilano, una molécula de dimetildiclorosilano se aproxima a un grupo 0-? en la superficie, según se muestra a continuación: (a) H, CH3 - Si Cl Cl o - H I I I G / 1 1 La siguiente reacción resulta en una molécula ancla, que unirá químicamente la película a la superficie G, según se muestra en seguida: (b) CH3 I CH3 - Si - Cl I O H -Cl / / / / G / / / / La unión Si - Cl reacciona entonces con el agua absorbida en la superficie G como sigue: 52/119 (c) CH CH3 -Si - - Cl H — O-H O / / / / / G / / / / / dando como resultado la siguiente estructura: (d) CH3 CH3-Si -O- H O H-Cl I I I / G / I I I I Esta estructura reacciona entonces con una molécula de DMS como sigue: CH, -CH-Si-Cl Cl (e) CH, CH. - Si - O— H F O I I 1 1 G I I I I lo que resulta en la molécula que se muestra a continuación : (f) • H, CH, O CH. H-Cl I I G / 1 10 El proceso de los anteriores pasos (c) - (f) se repite aproximadamente 100 veces, hasta que no queda más • agua para los pasos (c) e (d) . El producto tiene la fórmula : 15 (g) CH, CH, CH. CH.

CH3 - Si- o- Si - -O-Si- -O-Si-Cl o CH. CH CH.

I I G / I en donde n es de alrededor de 100 o más. Los grupos entre corchetes son muy repelentes al agua. Sin embargo, el átomo de cloro en el extremo de la cadena reacciona • lentamente durante varias horas con el vapor de agua del aire para dar como resultado un producto que tiene la fórmula : 10 (h) CH. CH. CH. CH.

CH. Si -O- Si - -O-Si- -O-Si-OH O CH. CH. CH, • I I G I I que es equivalente a la estructura mostrada en la Figura 1.

El grupo Si - O - ? en el extremo de este producto final tiene atracción por el agua, reduciendo así la repelencia global al agua de toda la película y creando un sitio para reacciones químicas indeseables. En el proceso mejorado de la presente invención, una superficie recubierta con la anterior película se trata f entonces 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: (i) f CH, - 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 repelencia al agua de la película 15 es mucho mayor que la de la película de la técnica anterior. La película de silicona producida mediante el proceso de los pasos (a) - (i) anteriores es un ejemplo específico de la invención, que se pretende utilizar en 20 aplicaciones de repelencia al agua. En un caso más general, la superficie humedecida G se pone primero en 52/119 contacto con grupos silano que tienen la fórmula: R F R- Si - X X en donde R representa grupos polares o no polares que incluyen hidrocarburos o hidrocarburos halogenados y X se selecciona del grupo que consiste de esteres, éteres y halógenos . Los grupos silano reaccionan entonces con el OH F o con uniones nitrógeno hidrógeno y agua en la superficie G para unir químicamente la película a la superficie G, en un proceso análogo al anterior paso (b) . Una serie de reacciones homologas a las mostradas en los anteriores pasos (b) - (f) resultan en un polímero que tiene la fórmula : R R R R F R- Si -O- Si - -O-Si- O- Si-X 15 O R R R / / G i l en donde n es de alrededor de 100 o más. El átomo X en el extremo de la cadena reacciona entonces con el vapor de agua del aire circundante, dando como resultado una molécula que tiene la fórmula: R R R R R- Si -O- Si - -O-Si- -O- Si-OH O R R R I I G / / La superficie se pone en contacto entonces con un agente de rematado que tiene la fórmula: Cl- Si - R1 en donde R1 puede incluir cualquier combinación de grupos inertes y reactivos. El agente de rematado reacciona con el grupo OH en el extremo de la cadena, lo que resulta finalmente en una cadena que tiene la fórmula: 2/119 R1 Las propiedades de la película manufacturada 5 utilizando este proceso dependerán de la elección de R y R1 y en menor grado, de X. La elección de X del grupo cloro f proporciona el menor costo de material y proporciona una reacción más rápida, en tanto que los esteres y los éteres son menos reactivos aunque producen productos secundarios menos problemáticos y requieren de diferentes condiciones de procesamiento. En general, para aplicaciones de repelencia al agua, R consiste de grupos no polares y R1 consiste de grupos químicamente inertes. Si R consiste de f 15 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 puede mejorarse al conectar las cadenas de DMS con metiltriclorosilano (que provoca cadenas ramificadas y extremos adicionales) . El metiltriclorosilano podría provocar que las cadenas se amarren y formen una estructura 52/119 tridimensional, que resiste mejor a la abrasión que una estructura bidimensional. f En aplicaciones que no son de repelencia al agua, R consiste de grupos polares. Si R1 se selecciona de 5 grupos químicamente reactivos, la molécula de extremo puede proporcionar un punto de enlace para enzimas, agentes quelantes, elementos de intercambio iónico, indicadores químicos y otras substancias. A los experimentados en la técnica fácilmente se WM 10 les ocurrirán diversas otras modificaciones y variaciones a las modalidades elegidas en la presente con fines ilustrativos. En la medida en que estas variaciones y modificaciones no se desvíen del espíritu de la invención, se pretende que estén incluidas dentro del alcance de la 15 misma, del cual se determina que es sólo la interpretación adecuada de las siguientes reivindicaciones.

F 52/119

Claims

REIVINDICACIONES ; 1. Un proceso para tratar la superficie de un substrato G que contiene OH o uniones nitrógeno hidrógeno y que está rodeado por aire, el proceso incluye los pasos de: a) humedecer la superficie con agua; b) poner en contacto la superficie con grupos silano que tienen la fórmula R R - Si - X I x en donde R representa grupos polares o no polares que incluyen hidrocarburos o hidrocarburos halogenados y X se selecciona del grupo que consiste de esteres, éteres y halógenos; c) permitir que los grupos silano reaccionen con el OH o las uniones nitrógeno hidrógeno y el agua en la superficie para crear una película formada por cadenas que tienen la fórmula: 2/119 R R R R R- Si -O- Si - O-Si- -O- Si-X F O R R R / / G / / en donde n es de alrededor de 100 o más; d) permitir que el átomo X en el extremo de la cadena reaccione con agua para producir una molécula que tiene la estructura: R I O- Si - OH R 10 en el extremo de la cadena; y e) poner en contacto la superficie con un f agente de rematado que tiene la fórmula R? - Cl Si - Rl R1 15 en donde R1 puede incluir cualquier combinación de grupos inertes y reactivos; y 52/119 f) permitir que el agente de rematado reaccione con la molécula para dar como resultado una cadena que tiene la fórmula: F R R R R R1 R - Si -O- Si -O-Si- O- Si-O-Si-R1 O R R R R1 F I I G I I
2. El proceso según la reivindicación 1, en donde el substrato G incluye moléculas de sílice. 10
3. El proceso según la reivindicación 2, en donde el substrato G está formado de un material seleccionado del grupo que consiste de vidrio, cerámicos y minerales que contienen sílice.
4. El proceso según la reivindicación 1, en 15 donde el substrato G incluye moléculas orgánicas.
5. El proceso según la reivindicación 1, en donde R es metilo.
6. El proceso según la reivindicación 1, en donde R se selecciona del grupo que consiste de grupos 20 fenilo, etilo, metilo, butilo, amilo y grupos alquilo más grandes .
7. El proceso según la reivindicación 1, en donde R consiste de 50% de grupos metilo y 50% de grupos fenilo, dando como resultado una mejorada resistencia a la abrasión de la película. 5
8. El proceso según la reivindicación 1, en donde R consiste de grupos polares.
9. El proceso según la reivindicación 1, en donde R consiste de grupos no polares.
10. El proceso según la reivindicación 1, en áB 10 donde R1 consiste de grupos químicamente inertes.
11. El proceso según la reivindicación 1, en donde R1 consiste de grupos químicamente reactivos.
12. El proceso según la reivindicación 1, en donde el paso de poner en contacto la superficie con grupos 15 silano comprende depositar químicamente los grupos silano en la superficie, utilizando una máquina de vapor.
13. El proceso según la reivindicación 1, en F donde el paso de poner en contacto la superficie con grupos silano comprende un método de restregado. 20
14. El proceso según la reivindicación 1, en donde el paso de poner en contacto la superficie con grupos silano comprende un procedimiento de inmersión o rociado.
15. El proceso según la reivindicación 1, en donde el paso de humedecer la superficie comprende el paso 25 de imprimar la superficie con ciclohexilamina . 52/119
16. Un proceso para manufacturar vidrio G repelente al agua en un entorno que incluye aire, que comprende los pasos de: a) recubrir al vidrio con una película un tanto repelente al agua, formada por cadenas que tienen la fórmula : R R R R R- Si -O- Si- -O-Si- -O- Si-X O R R R f I I G I I 10 en donde R consiste de grupos no polares, X se selecciona de los grupos que consisten de esteres éteres y halógenos y n es de alrededor de 100 o más . f 15 la película se unirá químicamente al vidrio. b) permitir que el átomo X en el extremo de la cadena reaccione con el agua del aire para producir una molécula que tiene la estructura R O- Si - OH en el extremo de la cadena y c) poner en contacto la superficie con un agente de rematado que tiene la fórmula: Rl Cl Si - Rl Rl • en donde R1 consiste de grupos inertes y d) permitir que el agente de rematado reaccione con la molécula para dar como resultado una película muy repelente al agua, formada por cadenas que tienen la 10 fórmula : R R R R R1 F R - Si -O- Si - -O-Si- -O- Si-O-Si-R1 X R R R R1 I I G 1 1 15
17. El proceso según la reivindicación 16, en donde la película un tanto repelente al agua comprende 52/119 cadenas de dimetilsiloxano.
18. El proceso según la reivindicación 16, en donde el agente de rematado es trimetrilclorosilano.
19. El proceso según la reivindicación 16, en donde R se selecciona del grupo que consiste de grupos fenilo, etilo, metilo, butilo, amilo y grupos alquilo más grandes .
20. El proceso según la reivindicación 16, en donde R comprende aproximadamente 50% de grupos metilo y 50% de grupos fenilo, lo que da como resultado una mejorada resistencia a la abrasión de la película de elevada repelencia al agua.
21. Un proceso para tratar la superficie de un substrato G que contiene OH o uniones nitrógeno hidrógeno y que está rodeado por aire, el proceso incluye los pasos de: a) humedecer la superficie con agua; b) poner en contacto la superficie con grupos silano que tienen la fórmula: R I R - Si - X I x en donde R consiste de grupos polares y X se selecciona del grupo que consiste de esteres, éteres y halógenos; f c) permitir que los grupos silano reaccionen con el OH o las uniones nitrógeno hidrógeno y el agua en la superficie para crear una película formada por cadenas que tienen la fórmula: R R R R R- Si -O- Si- -O-Si- O- Si-X O R R R f / / G i l 10 en donde n es de alrededor de 100 o más, y la película está químicamente unida a la superficie. d) permitir que el átomo X en el extremo de la cadena reaccione con agua del aire circundante para producir una molécula que tiene la estructura: f 15 R O- Si - OH R en el extremo de la cadena; y e) poner en contacto la superficie con un agente de rematado que tiene la fórmula: 52/119 i?1 I F Cl- Si - R1 R1 en donde R1 consiste de grupos químicamente activos y 5 f) permitir que el agente de rematado reaccione con la molécula para dar como resultado una nueva molécula de extremo que tiene la fórmula: Rx O- Si - R1 Rl 10 en donde la nueva molécula de extremo sirve como un intercambiador iónico de estado sólido o un punto de enlace para enzimas, agentes quelantes, tintes, indicadores químicos o lo similar químicamente unidos. F
22. El proceso según la reivindicación 21, en 15 donde el substrato G incluye moléculas de sílice.
23. El proceso según la reivindicación 22, en donde el substrato G está formado de un material seleccionado del grupo que consiste de vidrio, cerámicos y minerales que contienen sílice. 20
24. El proceso según la reivindicación 21, en 52/119 donde el substrato G incluye moléculas orgánicas.
25. El proceso según la reivindicación 21, en f donde R es metilo.
26. El proceso según la reivindicación 21, en 5 donde la película consiste de cadenas de dimetilsiloxano.
27. Una película para alterar las propiedades de una superficie G que contiene OH o uniones nitrógeno hidrógeno y que está rodeada de aire, la película consiste de un polímero que incluye: m 10 a) un grupo ancla que tiene la fórmula: R R- Si - I o 1 / G / / 15 en donde : R representa grupos polares o no polares que incluyen hidrocarburos o hidrocarburos halogenados; b) Una cadena de grupos siloxano que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo de 20 la cadena, está químicamente unido al átomo de silicio del grupo ancla, la cadena tiene la fórmula: 52/119 en donde n es de alrededor de 100 o más y c) un grupo terminal de moléculas químicamente unidas al segundo extremo de la cadena, el grupo terminal tiene la estructura: Rl -O- Si - R1 Rl en donde R1 puede incluir cualquier combinación de grupos 10 inertes y reactivos.
28. La película según la reivindicación 27, en donde R1 es igual que R.
29 La película según la reivindicación 27, en donde R es metilo. 15
30. La película según la reivindicación 27, en donde R se selecciona del grupo que consiste de grupos fenilo, etilo, metilo, butilo, amilo y grupos alquilo más grandes .
31. La película según la reivindicación 27, en 20 donde R consiste de grupos polares. 52/119
32. La película según la reivindicación 27, en donde R consiste de grupos no polares.
33. La película según la reivindicación 27, en donde R1 consiste de grupos químicamente inertes.
34. La película según la reivindicación 27, en donde R1 consiste de grupos químicamente reactivos.
35. En un proceso para manufacturar una película repelente al agua para proteger una superficie G que contiene OH o uniones nitrógeno hidrógeno, en donde el proceso comprende el paso de recubrir el vidrio con un polímero que tiene: i) un grupo ancla que tiene la fórmula: R R- Si I o 1 10, 1 1 en donde : R consiste de grupos no polares y ii) una cadena de grupos siloxano, la cadena tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo de la cadena está químicamente unido al átomo de silicio del grupo ancla, la cadena tiene la fórmula: 52/119 en donde n es de alrededor de 100 o más, y iii) un grupo terminal de moléculas químicamente unidas al segundo extremo de la cadena, el grupo terminal tiene la fórmula: Rl -O- Si -X R1 en donde : R1 consiste de grupos inertes y X se selecciona del grupo que consiste de esteres, éteres y halógenos, la mejora comprende los pasos de: a) permitir que el átomo X del grupo terminal reaccione con el agua del aire circundante para producir un nuevo grupo terminal que tiene la fórmula: 52/119 R O- Si - OH ; y b) Reemplazar el nuevo grupo terminal con un grupo terminal final que tiene la estructura: 5 Rl en donde R1 consiste de grupos inertes.
36. La mejora según la reivindicación 35, en donde los grupos siloxano consisten de grupos 10 dimetilsiloxano .
37. La mejora según la reivindicación 36, en donde el grupo terminal final consiste de un grupo trimetilsiloxano .
38. La mejora según la reivindicación 35, en 15 donde R1 es igual que R.
39. La mejora según la reivindicación 35 en donde R se selecciona del grupo que consiste de grupos fenilo, etilo, metilo, butilo, amilo y grupos alquilo más grandes . 20
40. La mejora según la reivindicación 35, en 52/119 donde el paso de reemplazar al nuevo grupo terminal comprende los subpasos de : a) poner en contacto la superficie con un agente de rematado que tiene la fórmula: 5 Rl Cl- Si - R1 R1 ; y F b) permitir que el agente de rematado reaccione con el nuevo grupo terminal para dar como resultado un 10 grupo terminal final inerte. 52/119