[發(fā)明專利]水性硅烷偶聯(lián)劑組合物、制造方法、表面處理劑和制品

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410384520.7
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104342924A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 土田和弘
• 申請（專利權(quán)）人: 信越化學(xué)工業(yè)株式會社
• 主分類號: D06M13/513
• 分類號: D06M13/513;C04B41/84;C03C17/30
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于含二羧酸的硅烷化合物的水性硅烷偶聯(lián)劑組合物，其制備方法，表面處理劑以及用其處理的制品。

背景技術(shù)

具有水解性甲硅烷基和反應(yīng)性有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物通常已知作為硅烷偶聯(lián)劑并且經(jīng)常用作例如粘合劑、涂料添加劑和樹脂改性劑，因為其能夠形成無機(jī)材料和有機(jī)材料之間的鍵合。伴隨著硅烷偶聯(lián)劑以水解物形式的使用的問題是，其包含高比例的作為醇和硅烷醇的穩(wěn)定劑/稀釋劑添加的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，所述醇和硅烷醇來自以烷氧基甲硅烷基代表的水解性甲硅烷基的水解。

一般地，具有一定水平的存放穩(wěn)定性的硅烷溶膠-凝膠涂布材料可以使用烷氧基硅烷的部分水解物和酸系水解催化劑來制備。但是，這些涂布材料限于醇和有機(jī)溶劑系體系。如果該體系使用足夠量的水來完成烷氧基硅烷的水解并具有高的固體含量，則體系經(jīng)歷顯著的存放穩(wěn)定性損失并且變得難以在涂布材料制備的過程中控制烷氧基硅烷的水解縮合，導(dǎo)致分子量增加或凝膠化。

JP-A?2009-524709公開了用作低醇含量、含水硅氧烷涂布材料的水可稀釋性的溶膠-凝膠組合物，其基本上包含縮水甘油氧基丙基烷氧基硅烷、水性二氧化硅溶膠、有機(jī)酸、和鈦或鋯的有機(jī)金屬化合物。關(guān)于該組合物的應(yīng)用，僅僅提及腐蝕控制涂料和底漆涂料，而沒有證實其效果。該涂布材料留下有機(jī)酸可能作為揮發(fā)性有機(jī)化合物殘留的擔(dān)心。

硅烷偶聯(lián)劑上的典型的反應(yīng)性有機(jī)基團(tuán)包括乙烯基、氨基、環(huán)氧基、(甲基)丙烯酸基基團(tuán)、巰基、異氰酸酯基團(tuán)、酮亞胺(ketimine)結(jié)構(gòu)、和苯乙烯基。具有這樣的基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑是公知的，并且用于各種應(yīng)用。

其中，具有對水可溶性有利的氨基基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑不僅具有高的水可溶性，而且具有高的水溶液穩(wěn)定性，以致于無醇的水性硅烷溶液可以通過除去水解得到的醇來制備。期望其為對環(huán)境壓力少的材料。另一方面，具有顯示相似的高水可溶性的羧酸基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑的無醇水溶液的制備和應(yīng)用在現(xiàn)有技術(shù)中尚未報道。

發(fā)現(xiàn)具有在水解時能生成羧酸基團(tuán)的酸酐基團(tuán)作為官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和其水解縮合物典型地作為壓敏粘合劑組合物(JP-A?H08-302320)中的粘合性改進(jìn)劑和固化性環(huán)氧樹脂組合物(JP-A2006-022158)中的交聯(lián)劑應(yīng)用。其也用作聚酰亞胺樹脂的改性劑和其他應(yīng)用中。

JP-A?2012-046576公開了由含酸酐的硅烷偶聯(lián)劑的水解得到的具有二羧酸結(jié)構(gòu)的硅烷醇型硅烷偶聯(lián)劑，其用作封裝劑環(huán)氧樹脂的改性劑。沒有提及自偶聯(lián)劑生成的醇。該技術(shù)屬于硅烷偶聯(lián)劑以水解水溶液形式使用的范疇。

已經(jīng)證實，具有酸酐基團(tuán)和羧酸基團(tuán)作為官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑在眾多應(yīng)用中有效。在相關(guān)領(lǐng)域中，期望具有相似效果但是使用時不產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物的材料，因為其對環(huán)境友好。

文獻(xiàn)列表

專利文獻(xiàn)1:JP-A?2009-524709(WO?2007/085320)

專利文獻(xiàn)2:JP-A?H08-302320

專利文獻(xiàn)3:JP-A?2006-022158

專利文獻(xiàn)4:JP-A?2012-046576

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供包含具有二羧酸基團(tuán)作為官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑的水性硅烷偶聯(lián)劑組合物以及制備該組合物的方法，該組合物不具有揮發(fā)性有機(jī)化合物如醇，不會隨著時間的經(jīng)歷而釋放揮發(fā)性化合物，具有在高溫條件下改善的存放穩(wěn)定性，并且作為改性劑是充滿前景的。另一個目的是提供包含該組合物的表面處理劑和用其處理的制品。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果設(shè)計包含(i)具有如下定義的通式(1)的硅烷偶聯(lián)劑和(ii)水的水性硅烷偶聯(lián)劑組合物使得固體含量為全體組合物的0.5-50重量％和揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量為組合物中的能通過頂空氣相色譜檢測的揮發(fā)性組分的10重量％以下，則該組合物沒有揮發(fā)性有機(jī)化合物如醇，不會隨著時間的經(jīng)歷而釋放揮發(fā)性化合物，具有在高溫條件下改善的存放穩(wěn)定性，并且作為改性劑是充滿前景的。

在第一方面，本發(fā)明提供水性硅烷偶聯(lián)劑組合物，其包含

(i)具有通式(1)的硅烷偶聯(lián)劑：

其中R為1-10個碳原子的單價烴基，并且n為2或3，和

(ii)水。該組合物具有0.5-50重量％的固體含量，并且含有能通過頂空氣相色譜檢測的揮發(fā)性組分，揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量為該揮發(fā)性組分的10重量％以下。

在優(yōu)選的實施方式中，水性硅烷偶聯(lián)劑組合物具有30-50重量％的固體含量，并且在50℃下存放一個月時經(jīng)歷少于10％的粘度增加。