阳离子氟化醚硅烷组合物以及相关方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2008年9月22日、申请号为200880109965. 7、发明名称为"阳 离子氟化醚硅烷组合物以及相关方法"的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及包含具有全氟醚基团和反应性硅烷基团的阳离子化合物的组合物。更 具体而言，本发明涉及包含具有全氟醚基团和反应性硅烷基团的阳离子化合物的水性组合 物，以及它们在基底保护中的使用方法。
【背景技术】
[0003] -些氟化化合物已被证实可以对诸如纺织品、纸张、非织造材料、皮革及砖石的基 底赋予斥性水、斥油性或这两种性质。纺织品包括天然纤维（如棉）及合成纤维（如聚酯）。 纸质基底包括用于食品包装的纸张。通过对（例如）基底的表面施加包含氟化化合物的组 合物可获得排斥性。在许多情况下，以包含大量有机溶剂的组合物的形式对基底的表面施 加氟化化合物。在某些情况下，有机溶剂是易燃或可燃的。在某些情况下，有机溶剂含有包 含卤素的物质，如四氯乙烯或三氯三氟乙烷。对基底施加包含氟化化合物的组合物的方法 包括由加压容器（如气溶胶罐）进行溶液喷涂。
[0004] 在许多情况下，氟化化合物的组合物包含有机（包括含卤素的）溶剂，因为氟化化 合物在其它溶剂中的溶解度有限。然而，由于种种原因，人们意识到使用含有大量易燃或可 燃有机溶剂的组合物可能是不太理想的。类似地，人们意识到使用含有大量含卤素之溶剂 的组合物可能是不太理想的。
【发明内容】
[0005] 我们认识到，迄今为止尚难以开发出包含氟化化合物和理想溶剂的组合物，用以 对基底赋予（例如）斥水性、斥油性或这两种性质。因此需要获得包含氟化化合物（特别是 阳离子氟化化合物）的组合物，其含有水性或基本上水性的介质，或者可以由水性或基本 上水性的介质得到之，并且可以对基底（更具体而言，对基底的表面）赋予斥水和斥油性。
[0006] 在一方面，本发明提供包含至少一种式I化合物的组合物：
[0007]
[0008] 其中a、b和c各自独立地为约1至约3的整数；Rf是全氟醚基团；A是式为-CdH2dZCgH2g-的连接基团，其中d和g独立地为约0至约10的整数，且Z选自共价键、羰 基、磺酰基、酰胺基、亚磺酰氨基、亚氨基羰基、亚氨基磺酰基、氧羰基、脲基、氨基甲酸酯基、 碳酸酯基和羰氧基；Y是具有约1至约10个碳原子的约2至约6价桥连基团，且包含至少 一个亚烷基或亚芳基；Q是具有约1至约10个碳原子的约2至约6价连接基团，且包含至 少一个亚烷基或亚芳基；R1和R2独立地选自氢原子、烷基、芳基和芳烷基；每个R3独立地选 自羟基、烷氧基、酰基、酰氧基、卤素基团和聚醚基团；X是抗衡离子，其选自无机阴离子、有 机阴离子以及它们的组合。
[0009] 在一些实施例中，本发明提供包含至少一种式II化合物的组合物：
[0010]
[0011] 其中n是约2至约12的整数；p是约1至约6的整数；b和C各自独立地为约1至 约3的整数；A是式为-CdH2dZCgH2g-的连接基团，其中d和g独立地为约0至约10的 整数，且Z选自共价键、羰基、磺酰基、酰胺基、亚磺酰氨基、亚氨基羰基、亚氨基磺酰基、氧 羰基、脲基、氨基甲酸酯基、碳酸酯基和羰氧基；Y是包含具有约1至约6个碳原子的亚烷基 的桥连基团；Q是包含具有约1至约6个碳原子的亚烷基的连接基团；R1和R2独立地为具 有约1至约4个碳原子的烷基；每个R3独立地选自羟基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基、氯基团 和聚醚基团；且X是抗衡离子，其选自卤离子、硫酸根离子、磷酸根离子、链烷酸根离子、烷 基磺酸根离子、芳基磺酸根离子、烷基膦酸根离子、芳基膦酸根离子、氟化链烷酸根离子、氟 化烷基磺酸根离子、氟化芳基磺酸根离子、氟化烷基磺酰亚胺根离子、氟化烷基甲基化物离 子以及它们的组合。
[0012] 本发明的组合物可用于保护基底，包括对基底赋予斥水性、斥油性或这两种性质。 特别是，本发明的组合物可用于对基底的至少一个表面赋予斥水性、斥油性或这两种性质。 本发明的组合物可以同包含能够与硅烷基团相容的官能团的纳米粒子接枝或共混。在一方 面，所述纳米粒子包含羟基官能团。在一方面，所述纳米粒子为二氧化硅、钛或锆纳米粒子。
[0013] 在另一方面，本发明提供保护表面的方法，该方法包括1)提供包含式I或式II化 合物的组合物，和2)使基底与该组合物相接触。在一方面，与基底接触之前，组合物可以同 包含能够与式I或式II硅烷基团相容的官能团的纳米粒子接枝或共混。基底可以包括陶 瓷、纺织品、硅酸盐、纸张、金属、木材和塑料。
[0014] 在另一方面，本发明提供一种套件，包括a)包含式I化合物的组合物，和b)套件 的使用说明。
[0015] 这里所述的
【发明内容】
并非旨在描述本发明的所有每一个实施例或实施方式。由以 下对本发明的详细描述和权利要求可显而易见本发明进一步的实施例、特征及优点。
【具体实施方式】
[0016] 在本申请全文中的若干处通过列举实例提供指导，可以使用这些实例的不同组 合。在每一种情况下，所列举的系列仅作为具有代表性的类别，不应被理解成是排他性的系 列。
[0017] 如本文所用，
[0018] 通过端点表述的任何数值范围包括该范围内所包含的所有数值（如，1至5包括 1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4、5 等）；
[0019] 术语"一种"、"一个"、"所述"、"至少一种（个）"和"一种（个）或多种（个）"可 互换使用。因此，举例来说，包含"一种"式I化合物的组合物可以被认为是表示该组合物 包含"一种或多种"式I化合物；
[0020] 术语"全氟醚基团"是指具有至少一个氟-碳键并且基本上没有氢-碳键的醚基 团；
[0021] 术语"全氟聚醚基团"是指包含不止一个全氟醚基团的全氟醚基团；
[0022] 术语"全氟烷基"是指具有至少一个氟-碳键并且基本上没有氢-碳键的烷基；且
[0023] 术语"全氟亚烷基"是指具有至少一个氟-碳键并且基本上没有氢-碳键的亚烷 基。
[0024] 在一方面，本发明提供包含至少一种式I化合物的组合物：
[0025]
[0026] 全氟醚基闭&
[0027] 单价全氟醚基团包含至少1个碳原子。全氟醚基团可以是直链全氟醚基团，或者 也可以包含支链或环状结构。全氟醚基团中的氧原子可以在一个或多个直链、支链或环状 结构上。全氟醚基团的重均分子量可以为约200至约7000、约500至约5000、约1000至约 5000、约1000至约4000、约1000至约3000或约1000至1500。在一些实施例中，全氟醚基 团的重均分子量为约300、约400、约600、约800、约1000、约1200、约1400、约1600、约1800、 约 2000、约 2200、约 2400、约 2600、约 2800 或约 3000。
[0028] 全氟醚基团可以包含全氟烷基、全氟亚烷基或这两者。全氟烷基可以包含直链、 支链或环状结构，或者包含这种结构的组合。在一些实施例中，全氟烷基包含不止一个直 链、支链或环状结构。全氟烷基的非限制性例子包括全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基、全氟 丁基、全氟-2-丁基、全氟己基和全氟环己基、全氟环己基甲基。全氟亚烷基可以包含直 链、支链或环状结构，或者包含这种结构的组合。在一些实施例中，全氟亚烷基包含不止一 个直链、支链或环状结构。全氟亚烷基的非限制性例子包括全氟亚甲基、全氟亚乙基和全 氣 -1，2_亚丙基。
[0029] 在一些实施例中，全氟醚基团是包含至少两个氧原子的全氟聚醚基团。
[0030] 全氟醚基团可以包含-结构，其中m是至少约1的整数，n是至少约 2的整数，p是至少约1的整数。可以理解的是，制备包含这种结构的全氟醚可能得到全氟 醚的混合物，其中每种全氟醚包含具有不同整数值m、n和p的结构。这种全氟醚混合物可 以具有非整数的m、n和p平均值。在一些实施例中，m是约1至约12的整数，n是约2至约 10的整数，P是约1至约6的整数。在一些实施例中，整数m大于约2、大于约4、大于约6、 大于约8或大于约10。在一些实施例中，整数n大于约2。在一些实施例中，整数n大于约 3、大于约4、大于约5、大于约6、大于约7、大于约8或大于约9。在一些实施例中，p是约1 至约10、约1至约8或约1至约6的整数。在一些实施例中，p是整数1、2、3、4、5、6、7、8、9 或10。子结构-CJ^-和-CpF2p-可以独立地包含一种或多种直链、支链或环状结构。
[0031] 全氟醚基团可以包含F(CF(CF3)CF20)qCF(CF3)-结构，其中q是大于约l的整数。 可以理解的是，制备包含这种结构的全氟醚可能得到全氟醚的混合物，其中每种全氟醚包 含具有不同整数值q的结构。这种全氟醚混合物可以具有非整数的q平均值。在一些实施 例中，整数q大