專利名稱：磺酸根官能涂層和方法
磺酸根官能涂層和方法
背景技術：
具有能夠容易地清除指紋的表面的制品對于多種應用而言是非常需要的，特別是計算機屏幕表面、手機表面等。目前用于此類產品的可用涂料組合物并未提供可容易地清除指紋的表面
發明內容
本發明涉及具有用磺酸根官能涂層涂覆的基底表面的經涂覆制品。優選地，該涂層包含至少單層的磺酸根官能化合物。本發明還提供了方法，包括制備經涂覆基底(即處理基底表面)的方法和從所述經涂覆基底清除指紋的方法。重要的是，對于本文所述的其上具有磺酸根官能涂層的基底，只需簡單施加輕柔的擦拭就可以清除基本上所有的如指紋沉積的皮膚油；然而，對于優選的實施例，只需水(例如，環境溫度下的自來水)和/或水蒸汽(例如，一個人呼出的水汽)以及擦拭(例如，最多用薄紙、紙巾、布輕撫若干次)就可以清除基本上所有的如指紋沉積的皮膚油。在一個實施例中，提供了處理基底表面的方法。所述方法包括將底漆涂料組合物施加至基底表面，以形成其上具有-OH基團的涂底漆表面；使其上具有-OH基團的涂底漆表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物。所述方法還包括干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至底漆涂層的磺酸根官能化合物；其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。在一個實施例中，提供了處理基底表面的方法。所述方法包括將底漆涂料組合物施加至基底表面，以形成包含納米粒子的涂底漆表面；使涂底漆表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物。所述方法還包括干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至底漆涂層的磺酸根官能化合物；其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。在某些實施例中，將底漆涂料組合物施加至基底表面包括使基底表面與含納米粒子的涂料組合物接觸。含納米粒子的涂料組合物包含pH小于5的水性分散體,所述水性分散體包含平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子和pKa ( 3. 5的酸。所述方法還包括干燥含納米粒子的涂料組合物，從而在基底表面上提供二氧化硅納米粒子底漆涂層。在某些實施例中，如果需要，所述含納米粒子的涂料組合物還包含四烷氧硅烷。在另一個實施例中，本發明提供了處理包括金屬或有機聚合物表面的基底以改善指紋清除性的方法。所述方法包括使金屬或有機聚合物表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物；以及干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層。所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至基底表面的磺酸根官能化合物。
在另一個實施例中，本發明提供了處理包括金屬或有機聚合物表面的基底以改善指紋清除性的方法。所述方法包括使金屬或有機聚合物表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物；以及干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層。所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至基底表面的磺酸根官能化合物。有利地是，可用擦拭，并且優選地用水和/或水蒸汽以及擦拭從干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。例如，當表面被水/呼出的水汽濕透時，可只通過輕柔的擦拭從磺酸根官能表面容易地清除指紋。本發明還提供了由本發明的方法制備的親水性制品。具體地講，在一個實施例中，提供了包括基底表面、設置在基底表面上的底漆涂層以及通過硅氧烷鍵與底漆涂層鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層的經涂覆制品。在另一個實施例中，提供了包括基底表面、設置在基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層的經涂覆制品。含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且二氧化硅納米粒子與相鄰的二氧化硅納米粒子鍵合。在另一個實施例中，提供了包括基底表面、設置在基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能涂層的經涂覆制品。含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物和平均粒徑大于50納米的二氧化硅納米粒子，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且二氧化娃納米粒子與相鄰的二氧化娃納米粒子鍵合。在另一個實施例中，提供了包括基底表面、設置在基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能非兩性離子涂層的經涂覆制品。含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且二氧化硅納米粒子與相鄰的二氧化硅納米粒子鍵合。在所述經涂覆制品的某些實施例中，基底表面包括金屬表面、陶瓷表面、有機聚合物表面或它們的組合。在所述經涂覆制品的某些實施例中，基底表面包括金屬表面、有機聚合物表面或它們的組合。在所述經涂覆制品的某些實施例中，磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能化合物。在所述經涂覆制品的某些實施例中，含納米粒子的底漆涂層為IOOiJ丨A}至10,000A厚。在所述經涂覆制品的某些實施例中，磺酸根官能涂層為不大于10微米厚，并且通常不大于I微米厚。本發明還提供從表面清除指紋的方法。在從表面清除指紋的一個實施例中，所述方法包括接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面和通過硅氧烷鍵與基底表面鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層；和通過擦拭指紋從磺酸根官能表面清除指紋。
在從表面清除指紋的一個實施例中，所述方法包括接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面，該基底表面包含設置在基底表面上的底漆(優選含納米粒子的底漆)，和通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層；和通過擦拭指紋從磺酸根官能表面清除指紋。出人意料的是，已發現當兩性離子的正電荷來源于季銨部分時，磺酸根官能兩性離子化合物相比類似的羧酸酯官能兩性離子化合物提供容易得多的指紋清除。在從表面清除指紋的一個實施例中，所述方法包括接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面，該基底表面包含設置在基底表面上的含納米粒子的底漆，和通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能非兩性離子涂層；和通過擦拭指紋從磺酸根官能表面清除指紋。在一些實施例中，從磺酸根官能表面清除指紋的方法包括將水和/或水蒸汽施加 至指紋并擦拭。在另一個實施例中，本發明提供涂料組合物，所述涂料組合物包含含有磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物；醇和/或水；以及四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。在另一個實施例中，本發明提供涂料組合物，所述涂料組合物包含含有磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物；醇和/或水；以及四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。定義當術語“包含”及其變型型式出現在說明書和權利要求書中時，這些術語不具有限制性含義。詞語“優選的”和“優選地”是指在某些情況下，可以提供某些有益效果的本發明實施例。然而，在相同的情況或其他情況下，其他實施例也可以是優選的。此外，對一個或多個優選實施例的表述并不暗示其他實施例是不可用的，且并非意圖將其他實施例排除在本發明范圍之外。本文所用的“一種(個)”、“所述(該)”、“至少一種(個)”以及“一種或多種(一個或
多個)”可互換使用。如本文所用，術語“或”一般以其包含“和/或”的意義使用，除非內容清楚地另外指明。術語“和/或”意指所列元素中的一個或全部，或所列元素中的任意兩個或更多個的組合。如本文所用，所有數字假定用術語“約”修飾，并優選用術語“精確地”修飾。盡管闡述本發明寬范圍的數值范圍和參數是近似值，仍盡可能精確地記錄具體實例中所述的數值。但是，所有數值自然地含有某些不可避免地由存在于各自的試驗測量中的標準偏差所導致的誤差。另外,本文通過端點表述的數值范圍包括該范圍內的所有數值(如1-5包含I、I.5,2,2. 75,3,3. 80、4、5 等)。術語“在范圍中”或“在范圍內”(以及類似的表述)包括所述范圍的端值。本文所公開的可選元素的分組或實施例不應理解為限制。每個組成員可以單獨引用和受權利要求書保護或與組中的其他成員或其中發現的其他元素以任何組合方式引用和受權利要求書保護。可以預料的是組中的一個或多個成員可因便利性和/或專利性原因包含在組中或從組中刪除。當任何此類添加或刪除發生時，本文的說明書被視為包含修改的組，從而實現對所附權利要求書中使用的所有Markush形式的組的書面說明。當在本文所述的式中多次出現基團時，各基團是被“獨立地”選擇的，而不論是否明確指出。例如，當式中存在不止一個Y基團時，每個Y基團被獨立地選擇。此外，這些組內包含的子組也被獨立地選擇。例如，當每個Y基團包含R，則每個R也被獨立地選擇。如本文所用，術語“有機基團”是指被歸類為脂族基團、環狀基團、或脂族基團和環狀基團的組合(例如，烷芳基和芳烷基)的烴基(除了碳和氫之外具有任選的元素，例如氧、氮、硫和硅)。在本發明的上下文中，有機基團為不妨礙可擦拭掉指紋的表面的形成的那些。術語“脂族基團”是指飽和或不飽和的直鏈或支鏈烴基。該術語用于涵蓋(例如)烷基、烯基和炔基。術語“烷基”是指飽和直鏈或支鏈烴基，包括(例如)甲基、乙基、異丙基、叔丁基、庚基、十_■燒基、十八燒基、戍基、2_乙基己基等。術語“亞燒基”為_■價燒基。術語“稀基”是指具有一個或多個碳-碳雙鍵的不飽和直鏈或支鏈烴基，例如乙烯基。術語“炔基”是指具有一個或多個碳-碳三鍵的不飽和直鏈或支鏈烴基。術語“環狀基團”是指被歸類為脂環烴基、芳族基團或雜環基團的閉環烴基。術語“脂環烴基”是指具有類似于脂族基團的性質的性質的環狀烴基。術語“芳族基團”或“芳基”是指單環或多環芳香烴基。術語“雜環基團”是指環中的一個或多個原子為除碳之外的元素(例如，氮、氧、硫等)的閉環烴基。可為相同或不同的基團被稱為“獨立的”基團。取代預期在本發明的復合物的有機基團上。作為對本專利申請全文中使用的某些術語的討論和表述的簡化手段，術語“基團”和“部分”用于區分允許取代或可被取代的化學物類和不允許或不能如此被取代的化學物類。因此，當術語“基團”用于描述化學取代基時，所描述的化學材料包括未取代的基團以及例如在鏈中具有O、N、Si或S原子的基團(如在烷氧基中)以及羰基或其他常規取代。當術語“部分”用于描述化合物或化學取代基時，其旨在僅包括未取代的化學材料。例如，短語“烷基”旨在不僅包括純開鏈飽和烴烷基取代基，例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等，而且包括帶有本領域已知的其他取代基例如輕基、燒氧基、燒橫酸基、齒素原子、氛基、硝基、氣基、竣基等的燒基取代基。因此，“燒基”包括釀基、齒代燒基、硝基燒基、竣基燒基、輕燒基、橫基燒基等。另一方面，短語“燒基部分”僅限于包括僅純開鏈飽和經燒基取代基，例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等。術語“原生粒度”是指非團聚的單個二氧化硅粒子的平均粒度。如本文所用，“親水的”用于指被水溶液潤濕，并且未表現出該層是否吸收水溶液的表面。水或水溶液的小滴在其上顯示具有小于50°的靜態水接觸角的表面稱為“親水的”。疏水的基底的水接觸角為50°或更大。如本文所用，“至少單層的磺酸根官能化合物”包括單層或較厚層的與基底表面或基底表面上的底漆共價鍵合(通過硅氧烷鍵)的分子，其中此類分子衍生自磺酸根官能化合物。如果磺酸根官能化合物包括單體分子的二聚物、三聚物或其他寡聚物，則“至少單層”將包括單層的此類二聚物、三聚物、或其他寡聚物、或此類寡聚物與單體的混合物。本公開的以上概述并非意圖描述本發明每一個公開的實施例或每種實施方式。以 下具體實施方式
更具體地舉例說明了示例性實施例。在本專利申請全文的若干處中，通過實例列表提供指導，可以多種組合使用這些實例。在每一種情況下，被引用的列表均僅用作一個代表性的組，并且不應當被理解為是排他性列表。
圖I示出根據本發明的一個實施例的基底，其表面上涂覆有底漆和其上的磺酸根官能涂層
具體實施例方式本發明涉及具有用磺酸根官能涂層涂覆的基底表面的經涂覆制品。優選地，該涂層包含至少單層的磺酸根官能化合物。重要的是，可用擦拭，優選在首先將水和/或水蒸汽(例如通過哈氣)施加至指紋后從本發明的磺酸根官能涂層容易地清除指紋。通常，本發明的方法包括通過僅施加水(例如，室溫下的自來水)和/或水蒸汽(例如，人呼出的水汽)以及擦拭從磺酸根官能表面清除指紋(在此是指基本上所有的如指紋沉積的皮膚油)。本文中，“擦拭”是指輕柔擦拭，通常通過手用(例如)薄紙、紙巾或布無需重壓(例如一般不超過350克)地進行一次或多次輕撫或刮擦(通常僅需要幾次)。具體地講，在一個實施例中，提供了包括基底表面、設置在基底表面上的底漆(優選含納米粒子的底漆)以及設置在涂底漆的表面上的磺酸根官能涂層的經涂覆制品。參見例如圖I。圖I示出根據本發明的一個實施例的基底10，其表面12上涂覆有底漆涂層14和其上的磺酸根官能涂層16。磺酸根官能涂層優選以單層厚度涂覆，但其厚度可達10微米。所述底漆涂層的厚度優選在100±矣(A)至10.000A范圍內，并且很多情況下為500A至2.500A。硅氧烷(Si—0— Si)鍵用于將磺酸根官能團化學連接至表面，無論其直接連接至基底表面或連接至基底表面上的底漆涂層。優選地，對于每個表面磺酸根基團存在三個硅氧烷鍵使得該化學鍵比形成一個或兩個硅氧烷鍵的情況相對更加穩定。在一個具體實施例中，經涂覆制品包括基底表面、設置在基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能涂層。含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且二氧化硅納米粒子與相鄰的二氧化硅納米粒子鍵合。在一個實施例中，提供了處理基底表面的方法。所述方法包括將底漆涂料組合物施加至基底表面，以形成其上具有-OH基團的涂底漆表面；使其上具有-OH基團的涂底漆表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的有機化合物。所述方法還包括干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至底漆涂層的磺酸根官能化合物；其中可通過擦拭，或優選通過施加水和/或水蒸汽(例如通過呼氣)與擦拭從干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。在某些實施例中，磺酸根官能有機化合物為兩性離子化合物，而在某些實施例中，其為非兩性離子化合物。本發明的磺酸根官能涂料組合物可用于多種基底表面，包括(例如)金屬表面、有機聚合物表面或它們的組合。所述方法包括使金屬或有機聚合物表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中該磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的有機化合物；以及干燥磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層。所述磺酸根官能涂層包括至少單層通過硅氧烷鍵鍵合至基底表面的磺酸根官能化合物。在某些實施例中，磺酸根官能 有機化合物為兩性離子化合物，而在某些實施例中，其為非兩性離子化合物。有利的是，可用擦拭，并且優選用水和/或水蒸汽以及擦拭從干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。例如，當表面被水/呼出的水汽濕透時，可只通過輕柔的擦拭從磺酸根官能表面容易地清除指紋。因此，本發明的方法可用于在很多種基底的表面上制備親水性制品，從而提供“可擦拭掉指紋的表面”。該表面為其上具有磺酸根官能涂層的表面，所述磺酸根官能涂層可只通過用布、紙巾、薄紙等施加輕柔的擦拭清除基本上所有的如指紋沉積的皮膚油。優選地，此“可擦拭掉指紋的表面”為可通過擦拭，或優選通過施加水(例如，環境溫度下的自來水)和/或水蒸汽(例如，一個人呼出的水汽)以及擦拭(例如，最多用薄紙、紙巾、布輕撫若干次)清除基本上所有的如指紋沉積的皮膚油的那些表面。在所述經涂覆制品的某些實施例中，磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與基底表面鍵合的磺酸根官能化合物。在所述經涂覆制品的某些實施例中，磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與底漆鍵合的磺酸根官能化合物。在所述經涂覆制品的某些實施例中，磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能化合物。本發明還提供了由本發明的方法制備的親水性制品。本發明還提供從表面清除指紋的方法。一般來講，此類方法包括接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面，該基底表面任選地包含設置在基底表面上的底漆(例如，含納米粒子的底漆)，和通過硅氧烷鍵與基底表面或底漆鍵合的磺酸根官能涂層；和通過擦拭指紋從磺酸根官能表面清除指紋。優選地，從磺酸根官能表面清除指紋的方法包括將水和/或水蒸汽施加至指紋并擦拭。在另一個實施例中，本發明提供了涂料組合物，該涂料組合物包含含有磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的有機化合物(在某些實施例中，為兩性離子化合物，而在某些實施例中，為非兩性離子化合物);醇和/或水；以及四烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷的寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅(例如二氧化硅粒子，如二氧化硅納米粒子)或它們的組合。磺酸根官能涂層磺酸根官能涂層可由磺酸根官能化合物制備。這些化合物具有用于與基底表面鍵合的烷氧基硅烷和/或硅烷醇官能團。它們還包含用于給基底表面提供親水性的磺酸根基團(SOf)。對于某些實施例，含磺酸根化合物為兩性離子的，而對于某些實施例，其為非兩性尚子的。例子包括非兩性離子磺酸根-有機硅烷醇化合物，諸如美國專利No. 4，152，165(Langager等人)和No. 4, 338, 377 (Beck等人)中公開的那些。在某些實施例中，用于本發明的溶液和組合物中的非兩性離子磺酸根-有機硅烷醇化合物具有下式(I)[ (MO) (Qn) Si (XCH2SO3-) 3_n] Y2/nr+r (I)
其中各個Q獨立地選自羥基、含有I至4個碳原子的烷基和含有I至4個碳原子的烷
氧基;M選自氫、堿金屬和平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的有機陽離子；X為有機連接基團；Y選自氫、堿土金屬(如鎂、鈣等)、平均分子量小于200且pKa小于11的質子化弱堿(例如，4-氨基吡唆、2-甲氧基乙胺、芐胺、2，4-二甲基咪唑、3-[2_乙氧基(2-乙氧基乙氧基)]丙胺)的有機陽離子、堿金屬以及平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的 有機陽離子(例如，+N(CH3)4、+N(CH2CH3)4),前提條件是當Y選自氫、堿土金屬和所述質子化弱堿的有機陽尚子時，M為氫； r等于Y的化合價；并且n 為 I 或 2。優選地，式(I)的非兩性離子化合物為烷氧基硅烷化合物(例如，其中Q為含有I至4個碳原子的烷氧基)。式(I)的這些化合物中的氧的重量百分比為至少30%，并且優選為至少40%。最優選地其在45%至55%范圍內。這些化合物中硅的重量百分比為不大于15%。這些百分比中的每一個均基于無水酸形式的化合物的重量。式(I)的有機連接基團X優選選自亞燒基、亞環燒基、燒基取代的亞環燒基、輕基取代的亞燒基、輕基取代的一氧雜亞燒基、具有一氧雜主鏈取代的~■價經基、具有一硫雜主鏈取代的二價烴基、具有一氧-硫雜主鏈取代的二價烴基、具有二氧-硫雜主鏈取代的二價烴基、亞芳基、芳基亞烷基、烷基亞芳基以及取代的烷基亞芳基。最優選地，X選自亞烷基、輕基取代的亞燒基和輕基取代的一氧雜亞燒基。式(I)的非兩性離子化合物的合適例子描述于美國專利No. 4，152，165(Langager等人)和No. 4，338，377 (Beck等人)中，并且包括(例如)下列化合物(HO) 3Si-CH2CH2CH2-O-CH2-CH (OH) -CH2SO3H+ ；(HO) 3Si-CH2CH (OH) -CH2SO3H+ ；(HO)3Si-CH2CH2CH2SO3H+;(HO)3Si-C6H4-CH2CH2SO3H+ ；(HO)2Si-[CH2CH2SO3^H+] 2 ；(HO) -Si (CH3) 2-CH2CH2S03H+ ；(NaO) (HO) 2Si-CH2CH2CH2-O-CH2-CH (OH) -CH2SO3^Na+ ;和
(HO) 3Si-CH2CH2S03K+。兩性離子磺酸根官能化合物的例子包括美國專利No. 5，936，703 (Miyazaki等人)和國際公開No. WO 2007/146680和No. W02009/119690中公開的那些。在某些實施例中，用于本發明的溶液和組合物中的兩性離子磺酸根-有機硅烷醇化合物具有下式(II)，其中(R1O)p-Si (R2) q-ff-N+ (R3) (R4) -(CH2)m-S03_(II)其中各個R1獨立地為氫、甲基或乙基；
各個R2獨立地為甲基或乙基；各個R3和R4獨立地為飽和或不飽和的、直鏈、支鏈、或環狀的有機基團，其可任選地由基團W的原子連接在一起形成環；W為有機連接基團；p和m為I至3的整數；q為0或I;并且p+q=30式(II)的有機連接基團W優選選自飽和或不飽和的、直鏈、支鏈、或環狀的有機基團。連接基團W優選為亞烷基，其可包括羰基、氨基甲酸酯基團、脲基、諸如氧、氮和硫之類的雜原子以及它們的組合。合適的連接基團W的例子包括亞烷基、亞環烷基、烷基取代的亞環燒基、輕基取代的亞燒基、輕基取代的一氧雜亞燒基、具有一氧雜主鏈取代的~■價經基、具有一硫雜主鏈取代的二價烴基、具有一氧-硫雜主鏈取代的二價烴基、具有二氧-硫雜主鏈取代的二價烴基、亞芳基、芳基亞烷基、烷基亞芳基以及取代的烷基亞芳基。式(II)的兩性離子化合物的合適例子描述于美國專利No. 5，936，703 (Miyazaki等人)和國際公開No. WO 2007/146680和No. W02009/119690中，并且包括下列兩性離子官能團(-W-N+(R3) (R4)-(CH2)m-S(V)
權利要求
1.一種處理基底表面的方法，所述方法包括 將底漆涂料組合物施加至所述基底表面，以形成其上具有-OH基團的涂底漆表面； 使所述其上具有-OH基團的涂底漆表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中所述磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物；以及 干燥所述磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與底漆涂層鍵合的所述磺酸根官能兩性離子化合物； 其中可用擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
2.根據權利要求I所述的方法，其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含醇和/或水。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物還包含四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含四烷氧基硅烷或硅酸鋰。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的方法，其中所述基底表面包括金屬表面、陶瓷表面、有機聚合物表面或它們的組合。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的方法，其中所述兩性離子化合物由下式(II)表示 (R1O) P-Si (R2) q-ff-N+ (R3) (R4) - (CH2) m-S03_ (II) 其中 各個R1獨立地為氫、甲基或乙基； 各個R2獨立地為甲基或乙基； 各個R3和R4獨立地為飽和或不飽和的、直鏈、支鏈或環狀的有機基團，其可任選地由基團W的原子連接在一起形成環； W為有機連接基團； P和m為I至3的整數； q為0或I ;并且 p+q=30
8.根據權利要求I至6中任一項所述的方法，其中所述包含磺酸根官能團的兩性離子化合物為烷氧基硅烷化合物。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的方法，其中將底漆涂料組合物施加至所述基底表面包括 使所述基底表面與含納米粒子的涂料組合物接觸，其中所述含納米粒子的涂料組合物包含 pH小于5的水性分散體，其包含 平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子，和PKa ≤3. 5的酸；以及 干燥所述含納米粒子的涂料組合物，從而在所述基底表面上提供二氧化硅納米粒子底漆涂層。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述二氧化硅納米粒子在所述含納米粒子的涂料組合物中的濃度為0. I重量％至20重量％。
11.根據權利要求9或權利要求10所述的方法，其中所述酸選自草酸、檸檬酸、H3PO4,HCl、HBr、HI、HBrO3、HNO3、HCIO4、H2SO4^CH3SO3H, CF3SO3H, CF3CO2H, CH3SO2OH 以及它們的組合。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的方法，其中所述二氧化硅納米粒子的平均粒徑為20納米或更小。
13.根據權利要求9至12中任一項所述的方法，其中所述含納米粒子的涂料組合物還包含四燒氧基娃燒。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的方法，其中所述含納米粒子的涂料組合物的pH小于3。
15.一種處理包含金屬或有機聚合物表面的基底以改善指紋清除性的方法，所述方法包括 使所述金屬或有機聚合物表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中所述磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物；以及 干燥所述磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與所述基底表面鍵合的所述磺酸根官能兩性離子化合物； 其中可用擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
16.根據權利要求15所述的方法，其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
17.根據權利要求15或權利要求16所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含醇和/或水。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物還包含四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含四烷氧基硅烷或硅酸鋰。
20.根據權利要求15至19中任一項所述的方法，其中所述兩性離子化合物由下式(II)表示 (R1O) P-Si (R2) q-ff-N+ (R3) (R4) - (CH2) m-S03_ (II) 其中 各個R1獨立地為氫、甲基或乙基； 各個R2獨立地為甲基或乙基； 各個R3和R4獨立地為飽和或不飽和的、直鏈、支鏈或環狀的有機基團，其可任選地由基團W的原子連接在一起形成環； W為有機連接基團；P和m為I至3的整數； q為O或I ;并且 p+q=30
21.根據權利要求15至19中任一項所述的方法，其中所述包含磺酸根官能團的兩性離子化合物為烷氧基硅烷化合物。
22.—種由權利要求I至21中任一項所述的方法制備的親水性制品。
23.—種經涂覆制品，其包括基底表面，設置在所述基底表面上的底漆涂層以及通過硅氧烷鍵與所述底漆涂層鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層。
24.一種經涂覆制品，其包括基底表面，設置在所述基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與所述含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層，其中所述含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物，所述凝聚物 包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且所述二氧化硅納米粒子與相鄰的二氧化硅納米粒子鍵合。
25.根據權利要求23或權利要求24所述的經涂覆制品，其中所述基底表面包括金屬表面、陶瓷表面、有機聚合物表面或它們的組合。
26.根據權利要求23至25中任一項所述的經涂覆制品，其中所述底漆涂層為IOOA至10,000 A厚。
27.根據權利要求23至26中任一項所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層為不大于10微米厚。
28.根據權利要求27所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層為不大于I微米厚。
29.—種清潔表面的方法，所述方法包括 擦拭根據權利要求22至28以及69至75中任一項所述的經涂覆制品的所述磺酸根官能涂層，所述經涂覆制品在所述磺酸根官能涂層上具有指紋；和清除所述指紋。
30.根據權利要求29所述的方法，所述方法還包括將水和/或水蒸汽施加至所述指紋并通過擦拭清除所述指紋。
31.一種從表面清除指紋的方法，所述方法包括 接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面和通過硅氧烷鍵與所述基底表面鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層；和 從所述磺酸根官能表面清除指紋，包括擦拭所述指紋。
32.—種從表面清除指紋的方法，所述方法包括 接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面，該基底表面包含設置在所述基底表面上的底漆，和通過硅氧烷鍵與所述底漆鍵合的磺酸根官能兩性離子涂層；和從所述磺酸根官能表面清除指紋，包括擦拭所述指紋。
33.根據權利要求32所述的方法，其中所述底漆包括含納米粒子的底漆。
34.根據權利要求31至33中任一項所述的方法，其中從所述磺酸根官能表面清除指紋包括將水和/或水蒸汽施加至所述指紋并擦拭。
35.一種涂料組合物，其包含 包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物；醇和/或水；以及 四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
36.一種處理基底表面的方法,所述方法包括 將底漆涂料組合物施加至所述基底表面，以形成包含二氧化硅納米粒子的涂底漆表面； 使所述涂底漆表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中所述磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物；以及干燥所述磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至 少單層的通過硅氧烷鍵與所述底漆涂層鍵合的所述磺酸根官能非兩性離子化合物； 其中可用擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
37.根據權利要求36所述的方法，其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
38.根據權利要求36或權利要求37所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含醇和/或水。
39.根據權利要求36至38中任一項所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物還包含四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含四烷氧基硅烷、二氧化硅或硅酸鋰。
41.根據權利要求36至40中任一項所述的方法，其中所述基底表面包括金屬表面、陶瓷表面、有機聚合物表面或它們的組合。
42.根據權利要求36至41中任一項所述的方法，其中所述非兩性離子化合物由下式(I)表示 [(MO) (Qn) Si (XCH2SO3-) 3- ] Y2/n:r (I) 其中 各個Q獨立地選自羥基、含有I至4個碳原子的烷基和含有I至4個碳原子的烷氧基； M選自氫、堿金屬和平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的有機陽離子； X為有機連接基團； Y選自氫、堿土金屬、平均分子量小于200且pKa小于11的質子化弱堿的有機陽離子、堿金屬以及平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的有機陽離子，前提條件是當Y選自氫、堿土金屬和所述質子化弱堿的有機陽離子時，M為氫；r等于Y的化合價；并且n為I或2。
43.根據權利要求36至42中任一項所述的方法，其中所述包含磺酸根官能團的非兩性離子化合物為烷氧基硅烷化合物。
44.根據權利要求36至43中任一項所述的方法，其中將底漆涂料組合物施加至所述基底表面包括 使所述基底表面與含納米粒子的涂料組合物接觸，其中所述含納米粒子的涂料組合物包含pH小于5的水性分散體，其包含 平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子，和 PKa ≤3. 5的酸；以及 干燥所述含納米粒子的涂料組合物，從而在所述基底表面上提供二氧化硅納米粒子底漆涂層。
45.根據權利要求44所述的方法，其中所述二氧化硅納米粒子在所述含納米粒子的涂料組合物中的濃度為0. I重量％至20重量％。
46.根據權利要求44或權利要求45所述的方法，其中所述酸選自草酸、檸檬酸、H3P04、HCl、HBr、HI、HBrO3、HNO3、HCIO4、H2SO4^CH3SO3H, CF3SO3H, CF3CO2H, CH3SO2OH 以及它們的組合。
47.根據權利要求44至46中任一項所述的方法，其中所述含納米粒子的涂料組合物還包含四燒氧基娃燒。
48.根據權利要求44至47中任一項所述的方法，其中所述含納米粒子的涂料組合物的pH小于3。
49.根據權利要求36至48中任一項所述的方法，其中所述二氧化硅納米粒子的平均粒徑為20納米或更小。
50.一種處理包含金屬或有機聚合物表面的基底以改善指紋清除性的方法，所述方法包括 使所述金屬或有機聚合物表面與磺酸根官能涂料組合物接觸，其中所述磺酸根官能涂料組合物包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物；以及 干燥所述磺酸根官能涂料組合物以形成磺酸根官能涂層，所述磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與所述基底表面鍵合的所述磺酸根官能非兩性離子化合物； 其中可用擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
51.根據權利要求50所述的方法，其中可用水和/或水蒸汽以及擦拭從所述干燥的磺酸根官能涂層清除指紋。
52.根據權利要求50或權利要求51所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含醇和/或水。
53.根據權利要求50至52中任一項所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物還包含四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
54.根據權利要求53所述的方法，其中所述磺酸根官能涂料組合物包含四烷氧基硅烷、二氧化硅或硅酸鋰。
55.根據權利要求50至54中任一項所述的方法，其中所述非兩性離子化合物由下式(I)表示 [(MO) (Qn) Si (XCH2SO3-) 3- ] Y2/n:r (I) 其中 各個Q獨立地選自羥基、含有I至4個碳原子的烷基和含有I至4個碳原子的烷氧基； M選自氫、堿金屬和平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的有機陽離子； X為有機連接基團；Y選自氫、堿土金屬、平均分子量小于200且pKa小于11的質子化弱堿的有機陽離子、堿金屬以及平均分子量小于150且pKa大于11的強有機堿的有機陽離子，前提條件是當Y選自氫、堿土金屬和所述質子化弱堿的有機陽離子時，M為氫； r等于Y的化合價；并且 n為I或2。
56.根據權利要求50至54中任一項所述的方法，其中所述包含磺酸根官能團的非兩性離子化合物為烷氧基硅烷化合物。
57.一種由權利要求36至56中任一項所述的方法制備的親水性制品。
58.一種經涂覆制品，其包括基底表面，設置在所述基底表面上的含納米粒子的底漆以 及通過硅氧烷鍵與所述含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能非兩性離子涂層，其中所述含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且所述二氧化硅納米粒子與相鄰的二氧化硅納米粒子鍵合。
59.根據權利要求58所述的經涂覆制品，其中所述基底表面包括金屬表面、陶瓷表面、有機聚合物表面或它們的組合。
60.根據權利要求58或權利要求59所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層包括至少單層的通過硅氧烷鍵與所述含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能化合物。
61.根據權利要求58至60中任一項所述的經涂覆制品，其中所述含納米粒子的底漆為IooA 至丨 o,>()ooA厚。
62.根據權利要求58至61中任一項所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層為不大于10微米厚。
63.根據權利要求62所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層為不大于I微米厚。
64.一種清潔表面的方法，所述方法包括 擦拭根據權利要求57至63中任一項所述的經涂覆制品的所述磺酸根官能涂層，所述經涂覆制品在所述磺酸根官能涂層上具有指紋；和 清除指紋。
65.根據權利要求64所述的方法，所述方法還包括將水和/或水蒸汽施加至所述指紋并通過擦拭清除所述指紋。
66.—種從表面清除指紋的方法，所述方法包括 接納經涂覆制品，所述經涂覆制品包括基底表面，該基底表面包含設置在所述基底表面上的含納米粒子的底漆，和通過硅氧烷鍵與所述底漆鍵合的磺酸根官能非兩性離子涂層；和 從所述磺酸根官能表面清除指紋，包括擦拭所述指紋。
67.根據權利要求66所述的方法，其中從所述磺酸根官能表面清除指紋包括將水和/或水蒸汽施加至所述指紋并擦拭。
68.一種涂料組合物，其包含 包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物； 醇和/或水；以及 四烷氧基硅烷、其寡聚物、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅或它們的組合。
69.一種經涂覆制品，其包括基底表面，設置在所述基底表面上的含納米粒子的底漆以及通過硅氧烷鍵與所述含納米粒子的底漆鍵合的磺酸根官能涂層，其中所述含納米粒子的底漆包括平均粒徑為40納米或更小的二氧化硅納米粒子的凝聚物和平均粒徑大于50納米的二氧化硅納米粒子，所述凝聚物包含二氧化硅納米粒子的三維多孔網絡，并且所述二氧化娃納米粒子與相鄰的二氧化娃納米粒子鍵合。
70.根據權利要求69所述的經涂覆制品，其中所述二氧化硅納米粒子的平均粒徑高達500納米。
71.根據權利要求69所述的經涂覆制品，其中所述二氧化硅納米粒子具有雙峰分布。
72.根據權利要求71所述的經涂覆制品，其中所述二氧化硅納米粒子的雙峰分布的第一分布在2納米至15納米范圍內且第二分布在20納米至500納米范圍內。
73.根據權利要求72所述的經涂覆制品，其中所述第一分布納米粒子與所述第二分布納米粒子的重量比在1:99至99:1范圍內。
74.根據權利要求69-73中任一項所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的兩性離子化合物。
75.根據權利要求69-73中任一項所述的經涂覆制品，其中所述磺酸根官能涂層包括包含磺酸根官能團和烷氧基硅烷基團和/或硅烷醇官能團的非兩性離子化合物。
全文摘要
一種具有用磺酸根官能涂層涂覆的基底的經涂覆制品，以及制備和使用方法。
文檔編號C11D1/12GK102655953SQ201080057555
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者埃里克·D·奧爾森, 景乃勇, A· 里德爾 賈斯汀·, 陳雪花 申請人:3M創新有限公司