[发明专利]用氟代烷基硅烷疏水化的无机颗粒

说明书

发明背景

用氟硅烷疏水化的无机颗粒已用于赋予疏水性以及疏油性，如由Oles等人提交的美国专利申请US2006/0222815所示，所述文献提出，通过将氟硅烷共价键合(即接枝)到无机颗粒(例如二氧化硅)表面上制得此类疏水颗粒。Oles等人所用的氟硅烷由具有四个键的硅原子构成，其中三个键是连接可水解基团的直接键，所述可水解基团能够与无机颗粒表面反应，从而将氟硅烷共价键合到颗粒上。余下的键是由硅原子连接到全氟烷基的直接键。

尽管Oles等人取得了进展，但是仍期望发现具有改善的赋予疏水性以及疏油性的能力的疏水性无机颗粒。

附图简述

图1是根据本发明获得的由二氧化硅颗粒(AEROSIL 200)制得的疏水性颗粒的简图。

图2是对下列颗粒的固态²⁹Si NMR交叉极化魔角旋转分析(CPMAS)获得的光谱：1)根据本发明获得的由二氧化硅颗粒(AEROSIL 200)制得的疏水性颗粒；和2)未处理的二氧化硅颗粒(AEROSIL 200)。

发明概述

先前已知的疏水性无机颗粒包含来自氟硅烷的残基，其中硅原子与全氟烷基直接键合，而本发明的疏水性无机颗粒包含来自氟硅烷的残基，其中硅原子首先与二价有机连接基键合，所述二价有机连接基继而与全氟烷基键合。已发现，掺入前述二价有机连接基可改善所得疏水性无机颗粒赋予疏水性以及疏油性的能力。

本发明涉及表面改性的无机颗粒(还被称为疏水性无机颗粒)，所述颗粒可通过将氟硅烷共价接枝到它们表面上的方法制得，从而向所述颗粒赋予疏水性和/或疏油性。本发明所用的氟硅烷具有二价有机连接基，所述连接基将其硅原子连接到富含氟的基团如全氟烷基上。用于前述共价接枝方法中的氟硅烷描述于2008年11月26日提交的美国专利申请12/323,593中，由此将所述文献以引用方式并入。

具体地讲，所述表面改性的无机氧化物颗粒包含M的氧化物，其中M独立地选自Si、Ti、Zn、Zr、Mn、Al、以及它们的组合；至少一种所述颗粒具有与至少一个由式(1)表示的氟硅烷基团共价键合的表面：

(L¹)_d(L²)_cSi-(CH₂)_n-(Z¹)_a-[C(X¹)]_x-(Z²)_l-Q¹-R_f

其中：

L¹代表与M共价键合的氧；并且每个L²独立地选自H、C₁-C₂烷基和OH；d和c为整数，使得：d≥1，c≥0，d+c＝3；

每个n独立地为1至12的整数；

a、x和l为选定的整数，使得由-(Z¹)_a-[C(X¹)]_x-(Z²)_l-表示的式1的部分可进一步表示下列部分中的至少一个：

i)第一部分，其中a＝1，x＝1，并且l＝1；和

ii)第二部分，其中a＝1，x＝0，并且l＝0；

R_f选自C₂-C₁₂全氟烷基，前提条件是：i)所述全氟烷基中的一个氟原子可任选被氢取代，和/或ii)所述全氟烷基可任选被至少一个氧、亚甲基或亚乙基间插；Q选自任选被至少一个二价有机基团间插的C₂-C₁₂亚烃基；

Q¹选自任选被至少一个二价有机基团间插的C₂-C₁₂亚烃基；

X¹选自O或S；

进一步限定所述第一部分，其中选择Z¹和Z²，使得：

a)Z¹为-NH-，并且Z²选自-NH-、-O-、-S-、-NH-S(O)₂-、

-N[C(O)H]-、-[HC(COOH)(R¹)]CH-S-、和-(R¹)CH-[HC(COOH)]-S-；