способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом

Классы МПК:D06M15/643 содержащими кремний в основной цепи
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
C09D183/04 полисилоксаны
C09D183/08 содержащие кремний, связанный с органическими группами, содержащими кроме углерода, водорода и кислорода другие атомы
C08G77/26 азотсодержащими группами
C08G77/388 содержащие азот
C08G77/18 алкокси- или арилоксигруппами
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Учреждение Российской академии наук Института Элементоорганических Соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (ИНЭОС РАН) (RU),
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." (KR)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-12-07
публикация патента:

Изобретение относится к обработке различных материалов (стекло, текстиль, полимерные материалы, керамика, дерево, металлы, кожа) для придания гидрофильных свойств поверхностям этих материалов. Осуществляют последовательное нанесение на поверхность материалов водного или спиртового раствора олиго(аминопропил)этоксисилоксана, сушку и термообработку его. Далее осуществляют смачивание модифицированной таким образом поверхности спиртовым раствором глицидола. Затем осуществляют сушку и термообработку. В результате на поверхности материалов образуется слой модификатора, придающий гидрофильные свойства поверхностям материалов. Непосредственно на поверхности происходит формирование модификатора путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами. Изобретение позволяет обеспечить модификацию обрабатываемых материалов с получением на их поверхностях микро/наноразмерного покрытия с различными гидрофильными свойствами. 5 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2493305

способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305 способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305 способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305 способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305 способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305

Изобретение относится к производству модифицированных материалов и может быть использовано для придания гидрофильных свойств поверхности материалов.

Известен способ гидрофилизирующей обработки текстильного материала составом, содержащим смесь полиорганосилоксана и полидиорганосилоксана (см. патент DE № 3932276 «Состав для обработки текстиля и способ обработки») [1]. Используемый полиорганосилоксан обладает гидрофильными свойствами, но является водонерастворимым соединением. Для увеличения его эмульгирующей способности при обработке волокнистых материалов добавляется другой полиорганосилоксан, выполняющий функцию поверхностно-активного вещества. Недостатком данного способа является нестабильность эмульсии, ее склонность к коагуляции, обусловленная свойствами применяемого полиорганосилоксана.

Наиболее близким по своим признакам к заявляемому способу является способ придания текстильным материалам из волокон различной природы гидрофильных свойств (см. патент RU № 2370583 «Способ придания волокнистым материалам гидрофильных свойств с помощью оксиалкиленорганосилоксановых блоксополимеров») [2]. Один из главных недостатков этого способа заключается в том, что он предусматривает значительный расход блоксополимеров (оксиалкиленорганосилоксан используется в количестве 1-5% к массе волокнистого материала).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке усовершенствованного способа придания гидрофильных свойств поверхности различных материалов при значительно меньших затратах модификатора.

Технический результат достигается за счет нанесения модификатора поверхности, сформированного путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами, причем отличительная особенность заявляемого способа заключается в том, что модификатор поверхности материала формируют в две стадии, причем на первой стадии используют олиго(аминопропил)этоксисилоксан, а на второй стадии используют глицидол.

Двустадийный способ молекулярной сборки заключается в выполнении следующих операций.

На первой стадии выполняют иммобилизацию олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III, см. схему на Фиг.1) на поверхности материала. На второй стадии проводят конденсацию привитого аминопропилсодержащего органосилоксанового покрытия с глицидолом при нагревании (см. схему на Фиг.2).

Операция по иммобилизации на поверхности материала олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III, см. схему на Фиг.1) состоит в том, что поверхности материала смачивают этанольным или водным растворами олигомера заданной концентрации - 0.1; 1%-ной с последующей сушкой на воздухе и проведением химического закрепления модификатора на поверхности термообработкой.

В результате указанной обработки модификатор (I-III) ковалентно закрепляется на поверхности материала за счет конденсации этоксигрупп модификатора с функциональными группами полимера материала, образуя на поверхности микро/наноразмерное покрытие (см. схему на Фиг.1).

Количество органосилоксанового покрытия на поверхности материала после пропитки, сушки и термообработки оценивается по увеличению массы материала, выраженному в процентах от исходной массы материала. Если при однократной пропитке, сушке и термообработке материала привес не достигал требуемых значений, то пропитку, сушку и термообработку материала проводили несколько раз до тех пор, пока привес не достигал требуемых значений.

На второй стадии осуществляют смачивание модифицированной поверхности 10%-ным этанольным раствором глицидола с последующей сушкой на воздухе и проведением конденсации привитого аминопропилсодержащего органосилоксанового покрытия с глицидолом при повышенной температуре.

В результате указанной обработки глицидол вступает в конденсацию с аминогруппами органосилоксанового покрытия и образует на поверхности гидрофильные N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильные группы (схема 2 на Фиг.2). При этом поверхностный слой приобретает «щеточную геометрию» (см. Фиг.5).

Наличие в покрытиях гидрофильных (водорастворимых) N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминопропильных групп придает гидрофильные свойства поверхности материала.

Механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий на поверхности силикатного стекла на первой стадии основан на взаимодействии реакционно-способных гидрофильных этоксисилильных групп олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) с силанольными группами, находящимися на поверхности силикатного стекла (схема 3 на Фиг.3), которое протекает с выделением этилового спирта, удаляемого при термообработке материала.

На второй стадии механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий основан на взаимодействии привитых аминопропилсодержащих органосилоксановых покрытий с глицидолом (см. схему 2 на Фиг.2), приводящем к образованию гидрофильных N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминопропильных групп на поверхности органосилоксановых покрытий.

Механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий на поверхности полиэфирной пленки на первой стадии основан на взаимодействии реакционно-способных гидрофильных этоксильных групп олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) с концевыми карбоксильными (-СООН) и гидроксильными (-ОН) группами, находящимися на поверхности полиэфирной пленки (см. схему 4 на Фиг.4), которое протекает с выделением этилового спирта, который удаляется при термообработке материала.

На второй стадии механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий основан на взаимодействии привитых аминопропилсодержащих органосилоксановых покрытий с глицидолом (см. схему 2 на Фиг.2), приводящем к образованию гидрофильных N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильных групп на поверхности органосилоксанового покрытия.

Данные ПК-спектров, снятые с модифицированных образцов материалов, содержат полосы валентных колебаний С-ОН связей в области 3635 и 3625 см -1, -C(O)OR связей в области 1750-1730 см-1, С-N связей в области 1230-1030 см-1, Si-O-Si связей в области 1080-1020 см-1, Si-OC связей в области 880-810 см-1 и деформационных колебаний Si-C связей в области 1260 и 800 см-1, что подтверждает образование искомого органосилоксанового покрытия.

Общая методика обработки поверхности материалов заключается в следующем.

Первая стадия.

- Проведение смачивания поверхности материала этанольным или водным растворами олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) заданной концентрации - 0,1 - 1%-ной и сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при 140°С в течение 20 мин.

Вторая стадия.

- Проведение смачивания модифицированной поверхности 10%-ным этанольным раствором глицидола и сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при 140°С в течение 20 мин.

Пример 1. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (I). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 2. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (II). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 3. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (III). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 4. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (I). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 5. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (II). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 6. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (III). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Анализ результатов обработки поверхности материалов, описанный в примерах 1-6, показал, что заявляемый способ придания материалам гидрофильных свойств позволяет придавать различным материалам высокие гидрофильные свойства. Краевой угол смачивания поверхности материалов уменьшается в 2,5-2,8 раз при затрате олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) от 0,1 до 1% массы.

Таким образом, заявляемый способ придания материалам гидрофильных свойств позволяет повысить гидрофильность материалов в 2,5-2,8 раз, причем по гидрофилизируемой способности органосилоксановые покрытия с гидрофильными N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильных группами превосходят показатели прототипа и требуют минимального количества исходных продуктов для формирования модификатора поверхности.

Заявляемый способ может найти применение для придания гидрофильных свойств поверхностям различных материалов, таких как стекло, керамика, дерево, кожа, металлы, и изделий из них, таких как пленки, волокна, профильные изделия.

способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ придания материалам различной природы гидрофильных свойств за счет нанесения модификатора поверхности, сформированного путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами, причем модификатор поверхности материала формируют в две стадии:

- на первой стадии осуществляют смачивание поверхности материала водным или спиртовым раствором олиго(аминопропил)этоксисилоксана общей формулы

способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305

где n=5, 10, 15;

и выполняют сушку на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при температуре 140°С в течение 20 мин:

- на второй стадии осуществляют смачивание модифицированной поверхности спиртовым раствором глицидола общей формулы

способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового   покрытия с глицидолом, патент № 2493305

с последующей сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при температуре 140°С в течение 20 мин.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2493305

patent-2493305.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс D06M15/643 содержащими кремний в основной цепи

Патенты РФ в классе D06M15/643:
способ гидрофобизации материалов алкилиминопропилсодержащими силоксанами -  патент 2524381 (27.07.2014)
композиция на основе жидкого силоксанового каучука для покрытия текстильного материала -  патент 2512342 (10.04.2014)
текстильное композитное изделие -  патент 2501900 (20.12.2013)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2490378 (20.08.2013)
способ получения нетканых текстильных материалов с антимикробными свойствами -  патент 2471907 (10.01.2013)
способ получения хлопчатобумажной ткани технического назначения с комплексом защитных свойств от кислот и нефтепродуктов -  патент 2471906 (10.01.2013)
композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для огнестойкого материала -  патент 2460751 (10.09.2012)
способ получения углеродного волокнистого материала -  патент 2459893 (27.08.2012)
пряжа, волокна и нити для ткачества без шлихтования -  патент 2435891 (10.12.2011)
ткань и многослойная тканевая структура -  патент 2435879 (10.12.2011)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Класс C09D183/04 полисилоксаны

Патенты РФ в классе C09D183/04:
композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для покрытия огнестойкого защитного материала -  патент 2529227 (27.09.2014)
органосиликатная композиция -  патент 2520481 (27.06.2014)
покрытие на основе двуокиси кремния для повышенной гидрофильности -  патент 2519258 (10.06.2014)
оптическое устройство и способ его изготовления -  патент 2518118 (10.06.2014)
смеси, содержащие кремнийорганические соединения, и их применение -  патент 2516298 (20.05.2014)
аминоалкоксимодифицированные силсесквиоксановые адгезивы для улучшения и сохранения адгезии металлов к вулканизированному каучуку -  патент 2516199 (20.05.2014)
многослойное покрытие поверхности с барьерным слоем -  патент 2516109 (20.05.2014)
композиция покрытия, содержащая алкоксисилан, полисилоксан и множество частиц -  патент 2515742 (20.05.2014)
полисилоксановые покрытия с гибридными сополимерами -  патент 2514939 (10.05.2014)
антиадгезионное покрытие -  патент 2502771 (27.12.2013)

Класс C09D183/08 содержащие кремний, связанный с органическими группами, содержащими кроме углерода, водорода и кислорода другие атомы

Патенты РФ в классе C09D183/08:
композиция покрытия, содержащая алкоксисилан, полисилоксан и множество частиц -  патент 2515742 (20.05.2014)
композиция для обработки поверхности металла, способ обработки поверхности металла и металлический материал -  патент 2449054 (27.04.2012)
устойчивые к царапинам и износостойкие покрытия на полимерных поверхностях -  патент 2447113 (10.04.2012)
быстроотверждаемый термостойкий лак и способ его получения -  патент 2418024 (10.05.2011)
состав для получения супергидрофобного покрытия -  патент 2400510 (27.09.2010)
очищающая и многофункциональная покрывающая композиция, содержащая органосилановое четвертичное соединение, и способы использования -  патент 2346969 (20.02.2009)
аминовые соединения и полученные из них отверждаемые композиции -  патент 2296129 (27.03.2007)
изделие из керамики, используемое в условиях контакта с водой, и способ его обработки для придания устойчивости к загрязнению -  патент 2246467 (20.02.2005)
композиция для антикоррозионного покрытия -  патент 2041906 (20.08.1995)

Класс C08G77/26 азотсодержащими группами

Класс C08G77/388 содержащие азот

Класс C08G77/18 алкокси- или арилоксигруппами

Патенты РФ в классе C08G77/18:
способ получения поли(органо)(алкокси)(гидрокси)силоксанов с заданной степенью поликонденсации -  патент 2524342 (27.07.2014)
способ получения автомобильного лака с высокой стойкостью к истиранию, автомобильный лак и его применение -  патент 2516736 (20.05.2014)
способ получения отвердителя для среднемолекулярных эпоксидных смол -  патент 2509783 (20.03.2014)
олигоэтоксисилоксановые производные феноксиэтанола для модификации волокнистых материалов и способ их получения -  патент 2456309 (20.07.2012)
олигоэтоксисилоксаны с гидрофильными n,n-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами и способ их получения -  патент 2448128 (20.04.2012)
способ получения функциональных полиорганосилоксанов и композиция на их основе -  патент 2427592 (27.08.2011)
полифенилдиметилсилоксановые связующие и способ их получения -  патент 2422472 (27.06.2011)
олиго(алкинил)алкоксисилоксаны для модификации волокнистых материалов и способ их получения -  патент 2417237 (27.04.2011)
гидроксиметилолфенилорганосилоксаны и способ их получения -  патент 2397994 (27.08.2010)
(органоалкоксисилил)олигоалкилгидридсилоксаны и способ их получения -  патент 2389735 (20.05.2010)


Наверх