MXPA01009540A - Composiciones acuosas estables conteniendo un compuesto de silicio - Google Patents

Abstract

Una composición acuosa formada al mezclar un compuesto de silicio hidrolizable teniendo una baja solubilidad en agua (por ejemplo, un fluorosilano), una mayor proporción de agua y un surfactante, y la cual también contiene una cantidad efectiva de un co-solvente (por ejemplo, ciertos glicoléteres), el cual es escasamente soluble en agua, para mejorar la estabilidad de la composición. La composición puede usarse para tratamiento de superficie.

Description

COMPOSICIONES ACUOSAS ESTABLES CONTEN I ENDO UN COMPUESTO DE SI LICIO Campo técnico La presente invención se refiere a composiciones acuosas conteniendo compuestos de siloxano, las cuales tienen una baja solubilidad en agua o son insolubles en agua.

Antecedentes de la técnica El documento estadounidese 5,41 1 , 585 describe un método para mejorar la estabiidad de medios acuosos conteniendo ciertos organosilanos con grupos hidrolizables unidos a silicio. Como se explica en el documento estadounidense 5,41 1 , 585, tales composiciones acuosas tienen varios usos. Los grupos hidrolizables permiten que los compuestos se unan por sí mismos a superficies adecuadas. Sin embargo, los organosilanos no son estables en medios acuosos y el documento estadounidense 5,41 1 , 585 describe que la estabilidad de las soluciones acuosas de organo-silanos definidos pueden mejorarse mediante la adición de a) un compuesto de amonio cuaternario orgán ico, soluble en agua, definido, y b) ciertos surfactantes diferentes al compuesto de amonio cuaternario. La especificación de la patente define el organo-silano que es soluble en agua a 25°C y declara que los organo-silanos que no proporcionan soluciones transparentes a 25°C no son útiles. Están disponibles compuestos de órgano-silicio q ue tienen bajas solubilidades en agua y los cuales no forman , de esta manera , soluciones transparentes en agua. De esta manera, están disponibles los fluoro-silanos, los cuales son hidrolizados por agua y pueden ser usados para tratar superficies para impartir propiedades deseables para ellas. Sin embargo, la mezcla de agua y fluoro-silano tiene una vida de anaquel de solo unas cuantas horas antes de que se vuelva inestable. Esto hace imposible comercializar un producto acuoso ya mezclado, el cual sea adecuado para uso del consumidor y que tenga una vida de anaquel aceptable para ventas al menudeo. El documento estadounidense 5,531,814 describe una composición acuosa conteniendo compuestos de silicio y varios solventes solubles en agua. Los compuestos de silicio son compuestos de siloxano, es decir, contienen cadenas de grupos Si-O. Entre los solventes listados se encuentra el propilenglicol n-butil éter y dipropilenglicol n-butil éter. No hay sugerencia de que las composiciones acuosas tengan algún problema con la carencia de estabilidad. Ahora se ha encontrado que los problemas con la estabilidad de compuestos de silico hidrolizables teniendo pobre solubilidad en agua, pueden ser reducidos mediante la elección de una clase limitada de co-solventes.

Descripción de la invención Una composición acuosa formada al mezclar un compuesto de silicio hidrolizable teniendo una baja solubilidad en agua, una mayor proporción de agua y un surfactante, en donde la composición contiene una cantidad efectiva de un co-solvente, el cual es escasamente soluble en agua.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención , se proporciona un método para formar una composición acuosa, la cual comprende mezclar juntos: a) una mayor proporción de agua; b) un surfactante, y c) un compuesto de silicio hidrolizable teniendo una baja solubilidad en agua , en donde una cantidad efectiva de un co-solvente, el cual es escasamente sol uble en agua , es incluida en la mezcla . El co-solvente es escasamente soluble en agua. Se prefiere usar co-solventes, los cuales tienen porcentajes de solublidades en agua a °C en el rango de 1 % hasta 25% en peso, más preferiblemente 4% hasta % y, m uy preferiblemente 5% hasta 10% . Todos los porcentajes en la presente son expresados en porcentaje en peso. El compuesto de silicio hidrolizable tiene una baja solubilidad en agua , es decir, no forma una solución transparente en agua a 25°C, cua ndo se mezcla con ag ua solamente en una proporción de compuesto de sil icio hidrolizable correspondiente a aquélla en la cual está presente en la composición de la invención . Como la composición de la invención contiene una mayor proporción de agua , sigue q ue la mezcla de prueba de sol ubil idad contendrá una mayor proporción de agua. El compuesto de Si licio hidrolizable puede ser suministrado como una solución concentrada en un solvente orgánico, por ejemplo, etanol, y puede no estar disponible como el compuesto puro. En tal caso, es la cantidad de com puesto de silicio en la forma en la cual es suministrada, la cual se usa para determ inar si se forma una solución transparente. De esta manera, los com puestos de silicio h idrolizables adecuados para usarse en la presente invención , pueden sum inistrarse como concentrados l íq uidos conteniendo hasta 50% de etanol. Tales concentrados pueden ser usados para prod ucir soluciones de etanol acuosas conteniendo una mayor proporción de etanol y cantidades menores de agua (por ejemplo, 95%/5%). Sin em bargo, si no se produce una solución transparente cuando el concentrado se mezcla con agua para dar una mezcla conteniendo una mayor cantidad, por ejemplo, 50% de agua, entonces tiene una baja sol ubilidad en agua para los fines de la invención. El compuesto de sil icio h idrolizable generalmente será un silano. El si lano puede tener la fórm ula general ?3.xBxSi D, en donde A es -OH o un g rupo hidrolizable, B es un grupo alq uilo de 1 a 4 átomos de carbono, los cuales pueden ser substituidos, y x=0, 1 , o 2, y D es un grupo hidrocarburo, el cua l puede ser substituido. La fórm ula general anterior abarca los organo-silanos descritos en el documento estadounidense 5,41 1 , 585. El lector experto entenderá que solamente aquellos organo-silanos son usados en la presente invención , los cuales fallan la prueba de solubilidad de agua dada en U . S. 5,41 1 ,585; a saber, aquéllos q ue no forman una solución transparente en agua a 25°C en el n ivel de uso pretendido. El lector experto será capaz de determinar si u n silicio hidrolizable dado cumple los requerimientos de solubilidad de la presente invención mediante pruebas no inventivas simples.

De preferencia, A es u n g rupo hidrolizable, por ejemplo, un grupo de alquil éter, más preferiblemente un grupo de alquil éter teniendo un grupo alquilo inferior teniendo 1 -4 átomos de carbono, por ejemplo, metoxí. De preferencia, D es substituido por flúor. De esta manera , D puede contener de 6 a 1 8 átomos de carbono, de preferencia 6 a 1 2 átomos de carbono, y puede comprender una cadena de carbono q ue porta predominantemente átomos de flúor. El compuesto de silicio hidrolizable tiene, de preferencia, la fórm ula general Rf-X-Si(OR)3, donde Rf es un g rupo perfluoroal ifático, X es un grupo de enlace que comprende, de preferencia, un grupo alquileno inferior no substituido, y R es metoxi o etoxi . Un ejemplo específico de un compuesto de silicio hidrolizable, el cual puede ser usado en la presente invención, es un fluoroalifático silil éter disponible bajo la designación FC-405-60 de 3M I ndustrial Chemical Products. Se declara que tiene la fórm ula general Rf-/4-Si (OMe)3, donde Rf es un grupo fluoroalifático y A es un g rupo de enlace, el cual no es identificado de manera específica en la descripción de la fórm ula . De manera más específica, el ingrediente activo es 1 -octanosulfonam ida, N-etil- 1 , 1 , 2,2, 3, 3,4,4, 5,5,6,6,7,7, 8, 8-heptadecafluoro-N-3-(trimetoxi silil) propilo. Es suministrado como una solución en etanol conteniendo 60%-64% de fluoro-compuesto, 35-39% de etanol y 1 % de metil etil cetona . Otro ejemplo específico de un compuesto de silicio hidrolizable adecuado para usarse en la presente invención , es trietoxi (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-(tridecafluorooctíl))silano disponible de Huels bajo el nom bre comercial Dynasylan F8621 .

La cantidad de compuesto de silicio hidrolizable es, de preferencia , 0.01 % a 3%, más preferiblemente 0.05 hasta 1 % de ingrediente activo, con base en el peso total de composición acuosa . La composición de la presente invención contiene una mayor proporción de agua. De esta manera, la composición contiene, de preferencia, al menos 50% de agua, más preferiblemente al menos 70% , muy preferiblemente al menos 80% . El surfactante puede ser un surfactante catiónico, un surfactante no iónico o un surfactante anfotérico o puede ser una mezcla . La cantidad de surfactante puede estar, por ejemplo, en el rango de 1 a 1 0% , basada en el peso total de la composición, más preferiblemente 2 a 5% y medida como ingrediente activo. El co-solvente es responsable de proporcionar estabi lidad mejorada a la composición. La estabilidad tiene dos aspectos. U n aspecto es estabilidad física, es decir, si la composición se separa en dos capas ya sea inmediatamente después de que se ha formado, o después de un periodo de mantenerse. El otro aspecto es la estabilidad qu ímica, es decir, si la composición retiene actividad, por ejemplo, la capacidad para modificar las propiedades de superficie después de haber perm itido mantenerse durante un periodo prolongado. El uso del co-solvente sirve para mejorar ambos aspectos de estabilidad. Algunas veces, un aspecto puede ser mejorado más que otro y puede ser necesario balancear los requerimientos de estabilidad física mejorada contra aquéllos de estabilidad química mejorada.

Como se explica antes, se prefiere usar co-solventes que tengan solubilidades en agua a 20°C en el rango de 1 a 25% , más preferiblemente 4% a 10% . Ejemplos de co-solventes adecuados son propilenglicol n-butil éter, dipropilenglicol n-butil éter y dipropilenglicol n-propil éter. El co-solvente es usado en una cantidad efectiva. Claramente existe un nivel m ínimo requerido para obtener un efecto observable. También existe un nivel máximo más allá del cual las ventajas obtenidas usando el co-solvente disminuyen con cantidades crecientes de co-solvente. Una vez que el concepto inventivo subyacente de la presente invención ha sido explicado, la persona experta en la técnica puede determinar los niveles óptimos de co-solvente mediante simples pruebas no inventivas. La cantidad m ínima de co-solvente puede ser, por ejemplo, no menor que 1 % con base en el peso total de la composición , de preferencia no menor que 4% . La cantidad máxima es, de preferencia , no mayor q ue 9% , más preferiblemente no mayor que 6% de la composición total.

Descripción detallada de la invención Prueba comparativa A Se preparó una composición acuosa al mezclar juntos los ingredientes dados en la Tabla 1 , en el orden dado con agitación vigorosa . En esta prueba comparativa (no de acuerdo con la invención) , no se usó un co-solvente.

La composición se separó en capas separadas inmediatamente después de la preparación. No se pudo hacer ninguna prueba sobre estabilidad o efectividad sobre un periodo de un (1 ) mes.

Prueba com parativa B Se preparó una composición como en la Prueba A, pero usando un co-solvente con buena solubilidad en agua, a saber propilenglicol metil éter suministrado por Dow bajo el nombre comercial "Dowanol PM\ Es completamente miscible con agua a 20°C. Se valoró la estabi lidad inicial de la composición y el efecto hidrofóbico obtenido al tratar vidrio con la composición. El efecto hidrofóbico se probó como sig ue. La com posición se aplicó a una mitad de una placa de vidrio y la capacidad de la composición para proporcionar una superficie hidrofóbica se valoró al observar la tendencia de agua para formar perlas y a ser repelida de la superficie tratada cuando la placa fue sumergida en agua. Antes de la prueba, la placa fue lavada con una solución acuosa de un detergente lavaplatos líquido comercialmente disponible y entonces se enjuagó bien con agua. La estabilidad física de la composición (como se mide por su tendencia para separar en sus componentes) se valoró después del almacenamiento de muestras durante un mes a a) temperatura ambiente, b) 40°C. La estabilidad química de la com posición , como se m uestra por el efecto hidrofóbico en superficies de vidrio producido por la composición después del almacenamiento a temperatura am biente durante un mes, también fue valorada como se describe antes.

La estabilidad inicial fue buena y el efecto hidrofóbico inicia l fue fuerte. Sin embargo, la composición se separó en capas sobre el almacenamiento durante un mes tanto a temperatura ambiente como a 40°C, y el efecto hidrofóbico después del almacenam iento d urante un mes fue cero. Esto muestra que el uso de un co-solvente no necesariamente proporciona un producto con estabilidad mejorada.

Ejemplos 1 -3 Las composiciones se prepararon como en la Prueba B (los ingredientes están dados en la Tabla 1 ) , pero con un co-solvente d iferente . En estos ejemplos de la invención, se usó propilenglicol n-butil éter como un co-solvente, pero en cantidades diferentes (2.5% , 5% y 7.5%) en los tres ejemplos. El propilenglicol n-butil éter es un solvente, el cual es escasamente soluble en agua y de acuerdo con la información del sumin istrador tiene una solubilidad en ag ua a 20°C de 6% . La documentación proporcionada por el suministridor no declara de manera explícita la base en la cual se calcula la solubilidad, pero se cree que es peso/peso. Las composicones fueron evaluadas como antes. La composición conteniendo 2.5% de co-solvente fue inicialmente nebulosa y el efecto hidrofóbico inicial fue fuerte. Después de almacenamiento durante un mes a temperatura ambiente, la composición era nebulosa y el efecto hidrofóbico era bastante fuerte. Un almacenamiento durante un ( 1 ) mes a 40°C (una prueba severa de estabilidad), se formó un precipitado. La composición conteniendo 5% de co-solvente fue l igeramente nebulosa de manera inicial y el efecto hidrofóbico inicial fue muy fuerte. Después del almacenamiento durante un mes a tem peratura ambiente, la composición fue nebulosa y el efecto hidrofóbico fue fuerte.

En el almacenamiento durante 1 mes a 40°C (una severa prueba de estabilidad), se observaron partículas dispersas en el medio acuoso. Puede ser posible aceptar algunas deficiencias en la estabilidad física de la composición , como se indica por su tendencia para formar l íquidos nebuloso o para producir partículas al mantenerse si su estabilidad química, como se indica por la retención de propiedades hídrofóbicas en el almacenam iento a temperaturas am bientes , es mejorada mediante la presencia del co-solvente.

Prueba comparativa C Un experimento se realizó como en los ejemplos 1 -3 , excepto que la cantidad de propilenglicol n-butil éter usada fue 1 0%. La estabilidad inicial fue buena y el efecto hidrofóbico inicial fue moderado. En el almacenamiento durante un mes a temperatura am biente, la com posición se separó en diferentes capas l íquidas , y no hubo efecto hidrofóbico. En el almacenamiento a 40°C durante un mes, la composición se separó.

Estos resultados muestran la importancia de evitar cantidades excesivas del co-solvente.

TABLA 1 Las cantidades en cada columna sumaron 1 00%. En algunos casos, los ingredientes usados son suministrados como concentrados conteniendo menos de 100% de material activo. En tales casos, las cantidades dadas se basan en el peso del concentrado como es suministrado y no en la proporción de materiales activos. El surfactante 1 fue cloruro de bencalzonio, suministrado por Albright y Wilson bajo el nombre comercial "Empigen BAC" , como un concentrado conteniendo 50% de materiales activos. Las cantidades citadas en la Tabla se basan en el peso de material como es suministrado. El surfactante 2 fue un etoxilado de alcohol suministrado por BASF bajo el nombre comercial "Lutensol AO87 Se cree que el surfactante 3 es un fluorosurfactante catión ico y fue suministrado por E I Du Pont de Nemours bajo el nombre comercial "Zonyl FSD" , como un concentrado conteniendo 30% de material activo. La cantidad de ácido láctico fue tal , para ajustar el pH a aproximadamente 4. El co-solvente 1 fue un solvente, el cual es escasamente soluble en agua, a saber, propilenglicol n-butil éter. El co-solvente 2 fue un solvente con una buena solubilidad en agua , a saber, propilenglicol metil éter, suministrado por Dow bajo el nombre comercial "Dowanol PM". El fluoro silano fue una solución no ión ica de fluoro a lifático silil éteres en etanol conteniendo 60% de fluoro compuesto, sum inistrado por 3M bajo la designación FC-405-60 Detalles de este material están dados antes. Se declara que experimenta hidrólisis en la presencia de agua.

Aplicabilidad industrial La composición de la presente invención proporciona un producto acuoso presupuesto, que es apropiado para uso del consumidor y tiene vida de anaquel adecuada para ventas al menudeo. La composición se basa principalmente en agua, adicionado así a su conveniencia para el consum idor y facilidad de fabricación . Otras variaciones y modificaciones de esta invención serán evidentes para aquéllos expertos en esta técnica después del estudio cuidadoso de esta solicitud. Esta invención no va a ser limitada, excepto por como se expone en las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1 . Una composición acuosa que comprende: (a) un organosilano de la fórmula A3-xBxSiD, en donde A es -OH o un grupo hidrolizable, B es un grupo alquilo substituido o no substituido de 1 a 4 átomos de carbono, x tiene un valor de 0, 1 o 2 y D es un grupo hidrocarburo substituido o no substituido, siempre que el organosilano falle en formar una solución transparente en agua a 25°C al n ivel pretendido de uso; (b) al menos 50% de agua; (c) un surfactante seleccionado de surfactantes catiónicos, surfactantes no iónicos, surfactantes anfotéricos y mezclas de los m ismos ; y (d) al menos 1 % con base en el peso total de la composición acuosa , de un co-solvente, en donde el co-solvente es un glicol éter y tiene una solubilidad en agua a 20°C en ei rango de 1 a 25% .

2. Una composición acuosa de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde A es un grupo alquil éter.

3. Una composición acuosa de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 , en donde A es un grupo alquil éter que tiene un grupo alquilo inferior teniendo 1 a 4 átomos de carbono.

4. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde D es un grupo hidrocarburo substituido con flúor.

5. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde D es un grupo hidrocarburo conten iendo de 6 a 1 8 átomos de carbono.

6. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivi ndicación precedente, en donde el organosilano tiene la fórmula Rf-X-Si(OR)3, en donde Rf es un grupo perfluoroalífático, X es un grupo de enlace conteniendo un grupo alquileno inferior no substituido y R es metoxi o etoxi.

7. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el organosilano está presente a un nivel desde 0.01 % hasta 3% con base en el peso total de la composición acuosa.

8. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el surfactante está presente a un nivel desde 1 % hasta 1 0% en peso, con base en el peso total de la compos ición acuosa.

9. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el co-solvente está presente a un nivel desde 1 % hasta 9% en peso con base en el peso total de la composición acuosa.

10. Una composición acuosa de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el co-solvente está presente a un nivel desde 4% hasta 9% en peso, con base en el peso total de la solución acuosa . 1 1 . Una composición de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el co-solvente es seleccionado de propilenglicol n-butil éter, dipropilenglicol n-butil éter y dipropilenglicol n-propil éter. 12. Un método para mejorar la estabilidad física y química de una solución acuosa conteniendo un organosilano de la fórmula A3.xBxSiD siempre que el organosilano falle en formar una solución transparente en agua a 25°C al nivel de uso pretendido, comprendiendo el método : incluir dentro de la solución un surfactante seleccionado de surfactantes catiónicos, surfactantes no ¡ónicos, surfactantes anfotéricos y mezclas de los mismos; y al menos 1 % , con base en el peso total de la solución acuosa , de un co-solvente para mejorar la estabilidad física y quím ica de la solución acuosa, en donde el co-solvente es un glicol éter y tiene una solubilidad en agua a 20°C en el rango de 1 a 25%; y A es -OH o un grupo hidrolizable, B es un grupo alquilo substituido o no substituido desde 1 hasta 4 átomos de carbono, x tiene un valor de 0, 1 o 2, y D es un grupo de h idrocarburo substituido o no substitu ido.