[发明专利]用于表面处理的组合物

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及具有全氟化烷基链，适用于基底表面处理的化合物的组合。

2.相关领域的描述

包含全氟化烷基链的化合物具有低的分子间力为人们所熟知，并且已 被有效地用于材料的表面处理以提供防沾污性、疏水性和疏油性，尤其是 在被处理的表面的表面能应低于约30mN/m的情况中。

此类全氟化烷基链通常连接到官能团上，所述官能团可结合到它们所 施加的表面上，或另外它们可连接到可聚合的部分上以形成单体，所述单 体可被聚合以形成具有全氟化侧链的聚合物，所述聚合物然后可被配制成 涂料用于施用到待处理的表面上。备选地，包含此类单体的涂料可被施用 到表面并且原位聚合。

氟化聚合物诸如聚(甲基)丙烯酸酯类的表面性能取决于侧链全氟烷 基。因为高热量分子移动性强，所以具有短的氟化链的聚合物在环境温度 下不能形成有序的表面。具有较长的全氟烷基的氟化聚合物在环境条件下 确实形成有序的表面，并且所导致的上层中增加浓度的三氟甲基基团可提 供高拒水性和拒油性。鉴于这些原因，具有长全氟化侧链的氟化聚合物已 被广泛地用于表面涂层。

US 5,641,844涉及丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的聚合物，它们具有侧链 氟代烷基侧基，所述侧基向涂覆有这些聚合物的基底提供耐水性和拒油 性。具有式-(CH₂)_m(CF₂)_nF(其中n＝8、10、12、14等)的氟代烷基可增 强排斥性能是由于定向的氟代烷基侧链锁定为准结晶构型，从而限制了它 们的热移动性。因此需要长的氟化碳侧链以显著地改善涂覆有丙烯酸酯或 甲基丙烯酸酯的聚合物的材料的排斥性。

WO 96/05172涉及包含氨基甲酸酯单元和全氟化烷基基团的丙烯酸单 体。所述参考文献显示，为了提供最佳的拒水性和拒油性，侧链全氟化烷 基基团应为长链并且应永久地直线平行于连接到相邻丙烯酸主链单元上的 邻近侧基取向。在这些聚合物中，侧链全氟烷基基团通过在丙烯酸主链与 全氟化基团之间存在氨基甲酸酯基团来修饰。氨基甲酸酯基团彼此的亲和 性显然有助于保持整个侧链基本上处于固定的取向，甚至是在经受不利的 条件，诸如加热时。该方面通常被称为基体效应，其产生取向，从而导致 聚合物链的明显生长。

US 2008/0146734通过用包含普通单体(诸如丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙 酯和甲基丙烯酸甲酯)与具有经由亲水基团连接到丙烯酸酯基团的长氟化烷 基基团的氟化单体的共聚物涂覆，提供具有改善的耐油性和自清洁性的表 面。

然而，由于对包含具有七个或更多个碳原子的全氟化烷基链的化合物 (诸如全氟辛酸(PFOA))的环境存留性和生物累积性质的担忧，限制使 用能够分解或代谢成此类分子的材料的法规正变得更加严格。因此，针对 供选择的化学，一直进行大量的研究，这依赖于包含具有六个或更少个带 氟的碳的较短全氟化链的化合物。

如果用于本体材料或用于相对厚的涂层(数米厚)，具有减少的全氟 化链长(少于7个带氟的碳)的化合物可提供低表面能。然而，当用于薄 的涂层，尤其是在一微米厚度以下时，相比于具有含七个或更多个碳原子 的全氟化链的单体，它们在降低表面张力方面的性能差。在存在油类或油 脂的情况下尤其如此。尽管使用短链全氟化分子可实现高度拒水性，然而 与基于较长链全氟化分子的那些材料相比较，此类材料的拒油性差。Honda 等人在Macromolecules，2005，38，13，5699中教导，有序结构易于在具 有大于八个碳原子的平行全氟烷基链之间形成，然而此类伪晶体结构在具 有小于八个碳原子的全氟烷基链之间形成的程度要小得多，并且在较短全 氟烷基链之间确实形成的此类伪晶体结构容易被破坏。这可解释为是由于 较短链之间较弱的疏水相互作用(范德华力)，这种较弱的疏水相互作用 因而不能保持具有良好对准的全氟烷基链的有组织的层。

可使用基于短链全氟烷基分子的涂层获得的拒油性和拒水性可通过工 程改造性能，诸如玻璃化转变温度以及氟化和非氟化丙烯酸系单体的共聚 物的分子量而改善，如例如US8193277中所描述的。然而，此类共聚物不 是可用于所有情况。