Патент на изобретение №2296129

(54) АМИНОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ НИХ ОТВЕРЖДАЕМЫЕ КОМПОЗИЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к аминовым соединениям, которые используются в получении отверждаемых композиций. Описывается аминовое соединение, представленное формулой 1:

где: W независимо представляет

остальные обозначения и радикалы имеют значения, представленные в формуле изобретения, отверждаемая композиция, содержащая аминовое соединение, способ получения композиции, способ нанесения покрытия, подложка с покрытием и покрытие. 6 н. и 4 з. п. ф-лы, 4 табл.

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к аминовым соединениям, которые используются, в частности, в целях изготовления отверждаемых композиций для получения с помощью технологии «золь-гель» в высокой степени износостойких покрытий. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам получения таких аминовых соединений, к отверждаемым композициям, содержащим указанные аминовые соединения, к способам отверждения таких композиций и к полученным из них отвержденным продуктам.

Предпосылки создания изобретения

Композиции для высокоизносостойких покрытий используются в целях нанесения широкого ряда различных покрытий. Поскольку указанные композиции образуют покрытия, которые способны повышать твердость при истирании и износостойкость подложек, то такие композиции желательно использовать в целях защиты поверхностей указанных подложек. Так, например, композиции для высокоизносостойких покрытий используются при изготовлении прозрачных изделий, включая окна зданий, окна самолетов, очки и линзы, в целях предупреждения потускнения, точечной коррозии и образования царапин на их поверхностях. Кроме того, композиции для высокоизносостойких покрытий используются в целях сохранения нужных физических и структурных свойств металлических подложек, таких как алюминиевые подложки.

Подходящим классом таких композиций для высокоизносостойких покрытий являются композиции, полученные с помощью технологии “золь-гель”. Традиционно такие композиции для покрытий получают реакцией одного или нескольких неорганических алкоксисилановых соединений с образованием отверждаемой композиции, содержащей структурную сетку связанных с силоксаном групп (-Si-O-Si-).

Позже, в целях изготовления композиций для получения в высокой степени износостойких покрытий в соответствии с технологией “золь-гель”, были использованы алкоксисилилированные аминовые соединения в сочетании с неорганическими соединениями. Так, например, в патентах США №№ 5316855 и 5371261, выданных Wilkes et al., описано использование алкоксисилилированных органических соединений, содержащих мочевинные (-NH-C(O)-NH-) и/или уретановые (-NH-C(O)-O-) связи, для изготовления отверждаемых композиций типа золь-гель. Такие органические композиции подвергают реакции с алкоксидами металла или алкоксидами металлоида с образованием отверждаемых композиций.

Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что использование органических соединений, содержащих мочевинные (-NH-C(O)-NH-) и/или уретановые (-NH-C(O)-O-) связи, в отверждаемых композициях имеет определенные недостатки, обусловленные рядом причин. Так, например, один из таких недостатков заключается в том, что органические соединения, содержащие мочевинные и уретановые группы, восприимчивы к гидролизу. Гидролиз таких соединений в композициях типа золь-гель, содержащих воду-спирт, приводит к образованию “висячих” боковых групп, которые снижают износостойкость полученных покрытий. Кроме того, гидролиз повышает рН таких композиций, что, в свою очередь, сокращает время образования геля и снижает срок годности указанных композиций.

Принимая во внимание эти и другие недостатки предшествующих композиций, авторы настоящего изобретения пришли к выводу о необходимости получения новых стабильных алкоксисилилированных органических соединений для широкого спектра применений, а в частности, для получения покрытий по технологии «золь-гель». Эти и другие цели могут быть достигнуты с помощью настоящего изобретения, описанного ниже.

Краткое описание настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится к семейству алкоксисилилированных аминовых соединений, которые могут быть, в частности, использованы при изготовлении композиций для покрытий, а в частности композиций, образованных с применением технологии “золь-гель” для нанесения различных покрытий. Аминовые соединения настоящего изобретения не имеют недостатков, присущих ранее описанным соединениями, благодаря введению гидролитических стабильных молекул, которые, при образовании отверждаемых композиций, могут более легко подвергаться воздействию воды без риска снижения срока их хранения. Кроме того, аминовые соединения настоящего изобретения могут быть использованы для получения отверждаемых композиций и покрытий/пленок, имеющих более длительные сроки хранения и более высокую износостойкость, чем уже известные материалы.

В соответствии с одним из своих аспектов, настоящее изобретение относится к соединениям, полученным способом, включающим стадию взаимодействия аминового реагента с эпоксидным реагентом, с образованием между ними гидролитически стабильной углерод-азотной связи, где, по крайней мере, один из аминового или эпоксидного реагентов включает концевую алкоксисилильную группу. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения соединениями, полученными в соответствии с настоящим изобретением, являются соединения, описанные ниже в формуле 1.

Формула 1:

где: W независимо представляет

Х и Y независимо представляют водород или низший алкил, либо Х и Y независимо связаны друг с другом с образованием циклоалкильной группы;

R¹⁰ независимо представляет -(CR¹³R¹⁴)_k-(O)_l-(CR¹⁵R¹⁶)_m-A;

А независимо представляет низший алкил или -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶, при условии, что, по крайней мере, один А представляет -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶;

В независимо представляет кислород, -О-(CR¹⁷R¹⁸)_n-O-, замещенный или незамещенный циклоалкиленовый радикал, замещенный или незамещенный ариленовый радикал, замещенный или незамещенный аралкиленовый радикал, где любой из указанных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых радикалов может быть, кроме того, замещен гетероатомами N, О или S;

R⁵ и R⁷ независимо представляют гидроксил, низший алкил или низший алкокси; R⁶ представляет низший алкил;

R¹, R², R³, R⁴, R⁸, R⁹, К¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ и R¹⁸ независимо представляют водород, гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

а, с, f, h, j, l и р независимо составляют 0 или 1;

b, d, g, i, k, m и n независимо составляют примерно от 0 до 8.

В другом своем аспекте, настоящее изобретение относится к семейству отверждаемых композиций, содержащих соединения настоящего изобретения. В соответствии с этим, отверждаемые композиции настоящего изобретения включают, по крайней мере, один амин, полученный способом, включающим стадию взаимодействия аминового реагента с эпоксидным реагентом с образованием между ними гидролитически стабильной углерод-азотной связи. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, отверждаемые композиции настоящего изобретения включают, по крайней мере, одно аминовое соединение формулы (1).

Отверждаемые композиции настоящего изобретения могут быть использованы для изготовления износостойких покрытий. Поэтому, в еще одном своем аспекте, настоящее изобретение относится к способу получения подложки, имеющей износостойкое покрытие, где указанный способ включает стадии:

(а) нанесения слоя отверждаемой композиции настоящего изобретения на подложку; и

(b) отверждения указанной отверждаемой композиции на указанной подложке.

Настоящее изобретение относится к способу изготовления изделий, имеющих износостойкие покрытия. Поэтому, в другом своем аспекте, настоящее изобретение относится к подложке, имеющей износостойкое покрытие, полученное способом настоящего изобретения.

Отверждаемые композиции, содержащие аминовые соединения настоящего изобретения, могут отверждаться с образованием пленок. Поэтому настоящее изобретение также относится к пленкам, полученным отверждением указанных отверждаемых композиций, включающих, по крайней мере, одно аминовое соединение настоящего изобретения.

Описание настоящего изобретения и предпочтительных вариантов его осуществления

Использованные выше и во всем описании настоящего изобретения нижеследующие термины, если это не оговорено особо, имеют следующее значение:

Термин “алкил” означает алифатическую группу с прямой или разветвленной цепью. Предпочтительными алкилами являются алкилы, имеющие примерно от 1 до 20 атомов углерода. “Низший алкил” представляет собой алкильную группу, имеющую примерно от 1 до 6 атомов углерода, и является наиболее предпочтительным. Примерами низших алкильных групп являются метил, этил, н-пропил, изопропил, бутил, втор-бутил, трет-бутил, н-пентил, изопентил, неопентил и н-гексил. Термин “алкилен” означает двухвалентную алифатическую группу с прямой или с разветвленной цепью. Предпочтительными алкиленами являются алкилены, имеющие примерно от 1 до 20 атомов углерода. “Низший алкилен” представляет собой алкиленовую группу, имеющую примерно от 1 до 6 атомов углерода, и является наиболее предпочтительным. Примерами низших алкильных групп являются метилен, этилен, н-пропилен, изопропилен, бутилен, втор-бутилен, трет-бутилен, н-пентилен, изопентилен, неопентилен и н-гексилен.

Термин “алкокси” означает алифатическую группу, включающую алкильную группу, присоединенную к кислородному радикалу. Предпочтительными алкоксигруппами являются алкоксигруппы, имеющие примерно от 1 до 20 атомов углерода. “Низший алкокси” представляет собой алкоксигруппу, имеющую примерно от 1 до 6 атомов углерода, и является наиболее предпочтительным. Примерами низших алкоксигрупп являются метокси, этокси, н-пропокси, изопропокси, бутокси, втор-бутокси, трет-бутокси, н-пентокси, изопентокси, неопентокси и н-гексокси.

Термин “алкоксисилил” означает тризамещенную силильную группу, включающую, по крайней мере, примерно от одной до трех алкоксигрупп, где любые заместители, не являющиеся алкоксизаместителями, представляют собой гидроксил или низший алкил. Предпочтительными являются алкоксисилилы, имеющие три низших алкоксизаместителя.

Термин “силан с функциональной аминогруппой” означает соединение, содержащее, по крайней мере, одну аминовую группу и, по крайней мере, одну концевую алкоксисилановую группу.

Термин “аминовый реагент” означает соединение, содержащее, по крайней мере, одну аминовую группу, способную взаимодействовать с эпоксидным реагентом с образованием между ними гидролитически стабильной углерод-азотной связи. Предпочтительными аминовыми реагентами являются моно-, ди- и триамины, силаны с функциональной аминогруппой и комбинации из двух или нескольких таких реагентов.

Термин “циклоалкил” означает циклическую алифатическую группу. Предпочтительными являются циклоалкилы, имеющие примерно от 3 до 20 атомов углерода. Примерами предпочтительных циклоалкилов являются циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, циклогептил, циклооктил, циклононил, циклодецил, циклоундецил и циклододецил.

Термин “силан с функциональной эпоксигруппой” означает соединение, содержащее, по крайней мере, одну концевую эпоксигруппу и, по крайней мере, одну концевую алкоксисилановую группу.

Термин “эпоксидный реагент” означает соединение, содержащее, по крайней мере, одну эпоксигруппу, способную взаимодействовать с аминовым реагентом с образованием между ними гидролитически стабильной углерод-азотной связи. Предпочтительными эпоксиреагентами являются соединения, включающие две или более эпоксигрупп; два или более силана с функциональной эпоксигруппой и комбинации двух или нескольких таких реагентов.

Термин “гидролитически стабильный” относится к органической части или к группе, которая, в основном, не реагирует с водой в нейтральной, в слабокислой или слабой основной среде в течение периода времени примерно 3-6 месяцев. Термин “гидроксиалкил” означает алкильную группу, имеющую, по крайней мере, один гидроксильный заместитель, присоединенный к этой группе. Предпочтительными гидроксиалкилами являются гидроксиалкилы, имеющие примерно от 1 до 20 атомов углерода. “Низший гидроксиалкил” представляет собой гидроксиалкильную группу, имеющую примерно от 1 до 6 атомов углерода, и является наиболее предпочтительным. Примерами низших гидроксиалкилов являются гидроксиметил, гидроксиэтил, гидрокси-н-пропил, гидроксиизопропил, гидроксибутил, гидрокси-втор-бутил, гидрокси-трет-бутил, гидрокси-н-пентил, гидроксиизопентил, гидроксинеопентил и гидрокси-н-гексил.

Термин “гидроксиалкилен” означает алкиленовую группу, имеющую, по крайней мере, один гидроксильный заместитель, присоединенный к этой группе. Предпочтительными являются гидроксиалкилы, имеющие примерно от 1 до 20 атомов углерода. “Низший гидроксиалкил” представляет собой гидроксиалкильную группу, имеющую примерно от 1 до 6 атомов углерода, и является наиболее предпочтительным. Примерами низших гидроксиалкилов являются гидроксиметил, гидроксиэтил, гидрокси-н-пропил, гидроксиизопропил, гидроксибутил, гидрокси-втор-бутил, гидрокси-трет-бутил, гидрокси-н-пентил, гидроксиизопентил, гидроксинеопентил и гидрокси-н-гексил.

Термин “независимо” означает, что указанные группы, которые встречаются в химической формуле более чем в одном положении, могут быть одинаковыми или различными в каждом положении в этой формуле.

Аминовые соединения

Аминовые соединения настоящего изобретения, в основном, представляют собой соединения, полученные способом, включающим стадию взаимодействия аминового реагента с эпоксидным реагентом, с образованием между ними гидролитически стабильной углерод-азотной связи, где, по крайней мере, один из аминовых реагентов или эпоксидных реагентов содержит концевую алкоксисилильную группу. Без намерения быть ограниченными какой-либо конкретной теорией, заявители отмечают, что на схеме 1, представленной ниже, проиллюстрирован, в основном, один возможный механизм взаимодействия аминового реагента с эпоксидным реагентом с образованием углерод-азотной связи настоящего изобретения.

Схема 1:

где R независимо представляет водород, незамещенные или замещенные алифатические группы, или незамещенные или замещенные ароматические группы, и/или где две группы R указанного эпоксидного соединения и/или две группы R указанного аминового соединения могут быть связаны друг с другом с образованием циклических соединений, и, по крайней мере, одна группа R включает концевую алкоксисилильную группу.

При осуществлении настоящего изобретения может быть проведена любая реакция из широкого ряда реакций амина с эпоксидом. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения, соединения настоящего изобретения получают взаимодействием исходного моно-, ди- или триаминового соединения или комбинации из двух или более таких соединений с силаном, имеющим функциональную эпоксигруппу, в растворе, содержащем низший спирт. Так, например, на схеме 2 проиллюстрирован один из возможных механизмов образования соединения настоящего изобретения взаимодействием аммиака с 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом в присутствии этанола (не показан).

Схема 2:

При получении соединений настоящего изобретения может быть использован любой из широкого ряда аминов. Примерами подходящих аминов являются аммиак, 3-аминопропилтриэтоксисилан, этилендиамин, гексаметилендиамин, 1,3-аминопропан, 1,2-диаминопропан, 1,4-диаминобутан, 1,5-диаминопентан, 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксан, N-(3-триметоксисилилпропил)этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетраамин, изофорондиамин и т.п. Такие соединения, в основном, являются коммерчески доступными (например, аммиак, этилендиамин, гексаметилендиамин, 1,3-аминопропан и 1,2-диаминопропан; поставщик – Aldrich Chemical, и 3-аминопропилтриэтоксисилан, 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксан и N-(3-триметоксисилилпропил)этилендиамин; поставщик – Gelest Inc.), и многие из указанных соединений описаны в литературе и могут быть получены методами, известными специалистам.

Силановыми соединениями с функциональными эпоксигруппами, подходящими для использования в настоящем изобретении, являются любые силановые соединения с функциональными группами, способные взаимодействовать с группой -NH с образованием -NCH₂СН(ОН)-группы. Примерами подходящих силановых соединений с функциональными эпоксигруппами являются 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилдиметоксисилан, 3-глицидоксипропилдиметилметоксисилан, 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан и т.п. Такие соединения, в основном, являются коммерчески доступными (например, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан; поставщик – Aldrich Chemical, и 3-глицидоксипропилтриметоксисилан и 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан; поставщик – Gelest Inc.), и многие из указанных соединений описаны в литературе и могут быть получены методами, известными специалистам.

Специалисту в данной области очевидно, что количество силановых соединений с функциональными амино- и эпоксигруппами, используемых в настоящем изобретении, зависит от многих факторов, включая конкретно используемый амин и желаемый выход данной реакции. Эффективным количеством реагента является такое количество, при котором достигается более чем 50%-ное, предпочтительно более чем 70%-ное, а более предпочтительно, по крайней мере, примерно 90%-ное превращение исходного аминового соединения в нужный аминовый продукт. В основном, отношение аминогрупп N-H к эпоксигруппам может варьироваться примерно от 2:1 до 1:2. Предпочтительно, чтобы отношение групп N-H к эпоксигруппам составляло примерно от 1,1:1 до 1:1,1, а еще более предпочтительно примерно от 1:1,05 до 1:1,1. Так, например, в некоторых предпочтительных способах, где амином является этилендиамин (4 группы N-H на молекулу), а силаном с функциональными эпоксигруппами является 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (одна эпоксигруппа на молекулу), эквивалентное отношение группы N-H к эпоксигруппе составляет примерно от 2:1 до 1:2, предпочтительно примерно от 1,1:1 до 1:1,1, а еще более предпочтительно примерно от 1:1,05 до 1:1,1.

Помимо силановых соединений с функциональными амино- и эпоксигруппами, реакционная смесь предпочтительно включает подходящий низший спирт, используемый в качестве растворителя. Примерами подходящих низших спиртов, используемых в качестве растворителей, являются метанол, этанол, изопропанол и т.п. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения указанным растворителем является этанол. Количество используемого спиртового растворителя составляет предпочтительно, по крайней мере, примерно 20% по массе реакционной смеси. В более предпочтительных вариантах осуществления изобретения количество используемого спиртового растворителя составляет, по крайней мере, примерно 30 мас.%, а еще более предпочтительно, по крайней мере, примерно 50 мас.%.

Специалисту в данной области очевидно, что условия, при которых происходит такая реакция, включая температуру, давление и время проведения реакции, зависят от множества факторов, а именно от конкретно используемых исходных реагентов и желаемого выхода реакции. При этом следует отметить, что для достижения конкретно желаемого выхода каждый специалист может самостоятельно выбрать соответствующие условия реакции исходя из описания настоящего изобретения. Так, например, для предпочтительных вариантов осуществления изобретения, в которых аминовым реагентом является этилендиамин, а силаном с функциональной эпоксигруппой является 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, реакцию предпочтительно осуществляют при температуре примерно от 0°С до 130°С, более предпочтительно примерно от 0°С до 100°С, а еще более предпочтительно примерно от 0°С до 70°С. В таком варианте осуществления изобретения давление реакции предпочтительно составляет примерно от 1 атмосферы (атм) до 10 атм, более предпочтительно примерно от 1 атм до 2 атм, а еще более предпочтительно примерно от 1 атм до 1,2 атм. Кроме того, в таком варианте осуществления изобретения время реакции обычно составляет примерно от 1 дня до 20 дней, в зависимости от температуры реакции и давления. В случае молярного отношения этилендиамина к 3-глицидоксипропилтриметоксисилана, равного примерно 1:4,1, в этанольном растворителе (50 мас.%), время реакции обычно составляет 10-20 дней при комнатной температуре (15-25°С) и 2-4 дня при 60°С.

В соответствии с некоторыми альтернативными предпочтительными вариантами осуществления изобретения, аминовые соединения настоящего изобретения могут быть получены взаимодействием эпоксидного реагента, содержащего две или более эпокси- или глицидоксигрупп, с силановым соединением, имеющим аминовую функциональную группу. Так, например, на схеме 3 показан синтез соединения настоящего изобретения с использованием 3-(N-метиламино)пропилтриэтоксисилана и 1,2,7,8-диэпоксиоктана в качестве силана с функциональной аминогруппой и эпоксидного реагента соответственно.

Схема 3

Для получения соединений настоящего изобретения может быть использован широкий ряд эпоксидных соединений. Примерами таких подходящих соединений являются 1,2,7,8-диэпоксиоктан, N,N-диглицидил-4-глицидилоксианилин, 4,4′-метиленбис(N,N-диглицидил)анилин, трифенилолметилтриглицидиловый эфир, триглицидилизоцианурат, диглицидиловый эфир бисфенола А, 2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан, эпоксиды фенолформальдегида и т.п. Предпочтительными эпоксидными соединениями являются соединения, включающие две или более эпокси- или глицидоксигрупп, такие как, например, 1,2,7,8-диэпоксиоктан, N,N-диглицидил-4-глицидилоксианилин, 4,4′-метиленбис(N,N-диглицидил)анилин, трис(2,3-эпоксипропил)изоцианат, трифенилолметилтриглицидиловый эфир, триглицидилизоцианурат, диглицидиловый эфир бисфенола А. Такие соединения, в основном, являются коммерчески доступными (например, 1,2,7,8-диэпоксиоктан, N,N-диглицидил-4-глицидилоксианилин, 4,4′-метиленбис(N,N-диглицидил)анилин, трис(2,3-эпоксипропил)изоцианат, трифенилолметилтриглицидиловый эфир, триглицидилизоцианурат, диглицидиловый эфир бисфенола А; поставщик – Aldrich Chemical), и многие из таких соединений описаны в литературе и могут быть получены методами, известными специалистам.

В настоящем изобретении может быть использован широкий ряд силановых соединений с функциональным амином. Поскольку первичные силаны с функциональным амином, если они присутствуют в больших количествах, могут приводить к гелеобразованию в системе, то силанами с функциональными аминами настоящего изобретения предпочтительно являются вторичные силаны с функциональными аминами. Примерами подходящих вторичных силановых соединений с функциональными аминами являются 3-(N-метиламино)пропилтриметоксисилан, 3-(N-этиламино)пропилтриметоксисилан и т.п. Такие соединения являются, в основном, коммерчески доступными (например, 3-(N-метиламино)пропилтриметоксисилан и 3-(N-этиламино)пропилтриметоксисилан; поставщик – Gelest Inc.), и многие из таких соединений описаны в литературе и могут быть получены методами, известными специалистам.

Специалистам в данной области очевидно, что количество исходных веществ, используемых в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, зависит от многих факторов, включая конкретно используемые исходные соединения и желаемый выход реакции. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения, используется примерно один эквивалент соединения с группой -NH для каждой эпоксигруппы на одно эпоксидное соединение. Кроме того, эффективным количеством реагента является такое количество, при котором достигается более чем 50%-ное, предпочтительно более чем 70%-ное, а более предпочтительно, по крайней мере, примерно 90%-ное превращение исходного аминового вещества в нужный продукт. Так, например, в некоторых предпочтительных способах, в которых эпоксидсодержащим соединением является трифенилолметилтриглицидиловый эфир (3 эпоксигруппы на молекулу), а вторичным силаном с функциональными аминами является 3-(N-метиламино)пропилтриэтоксисилан (одна -NH на молекулу), молярное отношение 3-(N-метиламино)пропилтриэтоксисилана к трифенилолметилтриглицидиловому эфиру предпочтительно составляет примерно от 2:1 до 3:1, более предпочтительно примерно от 2,5:1 до 3:1, а еще более предпочтительно примерно от 2,8:1 до 2,9:1.

Помимо силановых соединений с функциональными аминогруппами и эпоксисоединений, реакционная смесь предпочтительно включает подходящий низший спирт, используемый в качестве растворителя. Примерами подходящих низших спиртов, используемых в качестве растворителей, являются метанол, этанол, изопропанол и т.п. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения растворителем является этанол. Количество используемого спиртового растворителя предпочтительно составляет примерно более 30% по массе реакционной смеси. В наилучших вариантах применения для предотвращения нежелательного гелеобразования в системе эффективным является растворитель, содержащий 50 мас.% этанола. В соответствии с этим, в особенно предпочтительных вариантах осуществления изобретения, реакционная смесь содержит, по крайней мере, примерно 50 мас.% этанола.

Специалисту в данной области очевидно, что условия, при которых протекает реакция, включая температуру, давление и время протекания реакции, зависят от множества факторов, включая конкретно используемые исходные реагенты и желаемый выход реакции. При этом следует отметить, что для достижения конкретного желаемого результата подходящие реакционные условия могут быть выбраны самим специалистом исходя из настоящего описания. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, в которых указанными реагентами являются 3-(N-метиламино)пропилтриэтоксисилан и трифенилолметилтриглицидиловый эфир, реакцию предпочтительно осуществляют при температуре примерно от 0°C до 130°C, более предпочтительно примерно от 0°C до 100°C, а еще более предпочтительно примерно от 0°C до 70°C. В таких вариантах осуществления изобретения реакционное давление предпочтительно составляет примерно от 1 атмосферы (атм) до 10 атм, более предпочтительно примерно от 1 атм до 2 атм, а еще более предпочтительно примерно от 1 атм до 1,2 атм. Кроме того, в указанных вариантах осуществления изобретения время протекания реакции предпочтительно составляет примерно от 1 до 20 дней, в зависимости от температуры реакции. В соответствии с настоящим изобретением время реакции при комнатной температуре обычно составляет примерно от 5 до 10 дней. При 60-70°С время реакции составляет, в основном, примерно 2-4 дня.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения соединения настоящего изобретения могут быть получены по реакции одного или более эпоксидных реагентов с одним или несколькими аминовыми реагентами в соответствии с методиками, обсуждаемыми выше. В таких вариантах осуществления изобретения полученные соединения имеют тенденцию к образованию комплексных структур. Однако все указанные соединения настоящего изобретения отличаются тем, что они содержат гидролитически стабильные углерод-азотные группы.

В общих чертах, аминовые соединения настоящего изобретения включают, по крайней мере, один заместитель на амине (“аминзаместитель”), который имеет гидроксильную группу в бета-положении по отношению к амину, и, по крайней мере, один аминзаместитель, который может быть либо таким же, либо он может отличаться от указанного заместителя, имеющего гидроксигруппу в бета-положении по отношению к амину, тем, что он имеют концевую алкоксисилановую группу. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения соединения настоящего изобретения описаны ниже формулой (1).

где: W независимо представляет

X и Y независимо представляют водород или низший алкил, либо Х и Y независимо связаны друг с другом с образованием циклоалкильной группы;

R¹⁰ независимо представляет -(CR¹³R¹⁴)_k-(O)_l-(CR¹⁵R¹⁶)_m-A;

А независимо представляет низший алкил или -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶, при условии, что, по крайней мере, один А представляет -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶;

В независимо представляет кислород, -О-(CR¹⁷R¹⁸)_n-O-, замещенный или незамещенный циклоалкиленовый радикал, замещенный или незамещенный ариленовый радикал, замещенный или незамещенный аралкиленовый радикал, где любой из указанных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых радикалов может быть, кроме того, замещен гетероатомами N, О или S;

R⁵ и R⁷ независимо представляют гидроксил, низший алкил или низший алкокси; R⁶ представляет низший алкил;

R¹, R², R³, R⁴, R⁸, R⁹, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ и R¹⁸ независимо представляют водород, гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

а, с, f, h, j, l и р независимо составляют 0 или 1;

b, d, g, i, k, m и n независимо составляют примерно от 0 до 8.

Как указывалось выше, группы Х и Y в формуле 1 могут быть связаны друг с другом с образованием циклоалкильных групп. Связанные группы Х и Y в соединениях настоящего изобретения образуют радикалы, имеющие нижеследующую общую формулу:

где х составляет примерно от 2 до 20. Предпочтительно х составляет примерно от 3 до 12, а более предпочтительно примерно от 4 до 8.

В, который представляет замещенный или незамещенный циклоалкилен, может включать любой С₃-С₂₀циклоалкилен, включая, например, циклопропилен, циклобутилен, циклопентилен, метилциклопентилен, циклогексилен, метилциклогексилен, диметилциклогексилен, циклогептилен, циклооктилен или комбинации двух или нескольких из указанных групп. Любая из этих групп может быть замещена, например, алкокси-, арилокси-, алкильной, фторалкильной и арилалкильной группами и т.п. В предпочтительном классе циклоалкиленов В представляет С₆-С₁₀циклоалкилен. В более предпочтительном классе циклоалкиленов В представляет С₆-С₉циклоалкилен.

В, который представляет замещенный или незамещенный арилен, может содержать любой С₆-С₂₀арилен, включая, например, фенил, о-толил, п-толил, о-ксилил, м-ксилил, п-ксилил, альфа-нафтил, бета-нафтил или комбинации двух или нескольких таких групп. Любая из этих групп может быть замещена, например, алкокси-, арилокси-, алкильной, фторалкильной и арилалкильной группами и т.п. В предпочтительном классе ариленов В представляет С₆-С₁₂арилен. В более предпочтительном классе ариленов В представляет С₆-С₉арилен.

В, который представляет замещенный или незамещенный аралкилен, может включать любой С₆-С₂₀аралкилен, включая, например, бензил, 4-метилбензил, о-метилбензил, п-метилбензил, дифенилметил, 2-фенилэтил, 2-фенилпропил, 3-фенилпропил или метилендифенил. Любая из этих групп может быть замещена, например, алкокси-, арилокси-, алкильной, фторалкильной и арилалкильной группами и т.п.

Кроме того, любая из циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых групп может быть, кроме того, замещена гетероатомами N, O или S. Гетероатомы в таких группах могут быть включены в кольцевые структуры или в алифатические углеродные цепи. Примерами используемых в настоящем изобретении предпочтительных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых групп, замещенных гетероатомами, являются группы, представленные нижеследующими формулами:

Некоторые предпочтительные соединения формулы 1, кроме того, описаны нижеследующей формулой 2:

где b и d независимо составляют примерно от 1 до 6. Кроме того, предпочтительными соединениями формулы 2 являются соединения, описанные нижеследующей формулой 3:

где b и d независимо составляют примерно от 1 до 6. Предпочтительными соединениями формулы 3 являются соединения, описанные нижеследующими формулами 4-10:

где b, d, g, o и р независимо составляют примерно от 1 до 6;

где b, d, g, o и р независимо составляют примерно от 1 до 4;

где b, d, g, m, o и р независимо составляют примерно от 1 до 4;

где b, d, g, m и о независимо составляют примерно от 1 до 6;

где b, d, o и р независимо составляют примерно от 1 до 6;

где b, d и o независимо составляют примерно от 1 до 6;

где b, d и o независимо составляют примерно от 1 до 6;

Примеры предпочтительных соединений формулы 2 (соединения A-F) проиллюстрированы ниже.

Отверждаемые композиции

Настоящее изобретение относится к отверждаемым композициям, содержащим, по крайней мере, одно аминовое соединение настоящего изобретения. В общих чертах, отверждаемые композиции настоящего изобретения включают одно или несколько аминовых соединений настоящего изобретения, и, кроме того, они могут включать, но не обязательно, одно или несколько органических или неорганических соединений, содержащих алкоксисилильную или гидроксисилильную группы. Примерами неорганических и органических соединений, которые содержат алкоксисилильную или гидроксисилильную группы и которые могут быть использованы в настоящем изобретении, являются: алкилтриалкоксисиланы, такие как фенилтриметоксисилан, метилтриметоксисилан, метилтриэтоксисилан, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, 3-трифторпропилтриметоксисилан и т.п.; тетраалкоксисиланы, такие как тетраметоксисилан (“TMOS”), тетраэтоксисилан (“TEOS”), тетраизопропоксисилан, тетрапропоксисилан, тетраизобутоксисилан, тетрабутоксисилан и т.п. В соответствии с настоящим изобретением для получения отверждаемой композиции может быть использована любая комбинация из аминовых соединений настоящего изобретения и соединений, содержащих алкоксисилильную или гидроксисилильную группы. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения отверждаемая композиция включает, по крайней мере, одно аминовое соединение настоящего изобретения, по крайней мере, один алкилтриалкоксисилан и, по крайней мере, один тетраалкоксисилан.

Для осуществления настоящего изобретения могут быть использованы любые подходящие количества аминовых соединений настоящего изобретения, алкилтриалкоксисиланов и тетраалкоксисиланов. В соответствии с настоящим изобретением количество соединения, используемого в различных целях, может быть легко определено самим специалистом. В основном, амин настоящего изобретения составляет примерно от 0,5 до 40% от массы композиции. Предпочтительно указанный амин составляет примерно от 2 до 30% по массе композиции, а более предпочтительно примерно от 6 до 20% от массы композиции. В основном, тетраалкоксисилан составляет примерно от 0 до 40% от массы композиции, предпочтительно примерно от 5 до 30% от массы композиции, а более предпочтительно примерно от 10 до 30% от массы композиции. Кроме того, алкилтриалкоксисилан составляет примерно от 0 до 40% от массы композиции, предпочтительно примерно от 2 до 30% от массы композиции, а более предпочтительно примерно от 5 до 20% от массы композиции.

Отверждаемые композиции настоящего изобретения, кроме того, могут содержать другие соединения, которые обычно используются в отверждаемых композициях типа золь-гель, включая растворители, такие как вода и низший спирт, и/или кислотные или основные катализаторы. Подходящими низшими спиртами, используемыми в настоящем изобретении, являются С₁-С₅спирты, такие как, например, метанол, этанол, изопропанол, 2-метоксиэтанол, 2-этоксиэтанол, метокси-2-пропанол и т.п. Предпочтительными низшими спиртами являются этанол и метокси-2-пропанол. Подходящими кислотными катализаторами является ряд летучих сильных кислот, таких как, например, хлористоводородная кислота, бромистоводородная кислота и т.п. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения кислотным катализатором является хлористоводородная кислота. Подходящими основаниями являются, например, гидроксид натрия, гидроксид калия и т.п. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения основание добавляют в относительно небольших, а предпочтительно в следовых, количествах. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения аминогруппа аминовых соединений настоящего изобретения в отверждаемых композициях настоящего изобретения действует как основный катализатор.

Специалисту в данной области очевидно, что количество воды и низшего спирта, используемых в различных целях настоящего изобретения, может быть легко определено. В основном, количество спирта, используемого в композициях настоящего изобретения, составляет примерно от 5 до 50% от массы композиции, предпочтительно примерно от 10 до 50% от массы композиции, а еще более предпочтительно примерно от 25 до 40% от массы композиции. В основном, количество используемой воды составляет примерно от 1 до 50% от массы композиции, предпочтительно примерно от 5 до 40% от массы композиции, а еще более предпочтительно примерно от 20 до 35% от массы композиции. Кроме того, после гидролиза и конденсации концентрация всех твердых веществ в указанных композициях составляет примерно от 5 до 50 мас.%, предпочтительно примерно от 15 до 30 мас.%, а еще более предпочтительно примерно от 18 до 25 мас.%.

Отверждаемые композиции настоящего изобретения могут, кроме того, содержать и другие добавки или соединения, которые обычно используются в отверждаемых композициях типа золь-гель, включая: УФ-стабилизаторы и поверхностно-активные вещества (для использования, например, в качестве агента, регулирующего текучесть). Так, например, использование УФ-стабилизаторов и использование поверхностно-активных веществ на основе полисилоксана-полиэфира в готовых композициях “золь-гель” описано в патенте США № 6072018 и в патенте США № 4277287, которые включены в настоящее описание как ссылки.

В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения отверждаемые композиции настоящего изобретения получают путем гидролиза с образованием золя-геля и реакций совместного гидролиза аминового соединения настоящего изобретения и других необязательных соединений, содержащих алкоксисилильную или гидроксисилильную группу. Методики гидролиза с образованием золя-геля и реакций совместного гидролиза являются известными и, в основном, представляют собой реакции соединений, имеющих алкоксисилильную или гидроксисилильную группы, в растворителе, в кислотных или в основных условиях, с образованием силоксановых (-Si-O-Si-) связей конденсацией с образованием связи силанол-силанол или силанол-алкоксисилан.

Хотя каждый специалист может легко адаптировать известные методики технологии “золь-гель” для их использования в настоящем изобретении, однако авторами настоящего изобретения было неожиданно обнаружено, что отверждаемые композиции, полученные в соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами настоящего изобретения и содержащие, по крайней мере, одно аминовое соединение настоящего изобретения, по крайней мере, один алкилтриалкоксисилан и, по крайней мере, один тетраалкоксисилан, имеют более длительный срок хранения в том случае, если указанные амин и тетраалкоксисилан совместно гидролизуются в первой стадии с последующим совместным гидролизом алкилтриалкоксисиланового соединения с предварительно гидролизованной смесью амина настоящего изобретения и тетраалкоксисилана. В таких предпочтительных вариантах осуществления изобретения первую стадию осуществляют либо в кислотных, либо в основных условиях. Первая стадия гидролиза может быть проведена в кислотных условиях добавлением такого количества кислоты, которое превышает количество, необходимое для нейтрализации всех аминогрупп, присутствующих в данной композиции, относящихся к аминовым соединениям настоящего изобретения. Если кислота отсутствует или количество кислоты является недостаточным для нейтрализации аминогрупп, присутствующих в данной композиции, то первая стадия гидролиза может быть проведена в основных условиях.

Затем осуществляют вторую стадию добавлением алкилтриалкоксисиланового соединения к гидролизуемой смеси с достаточным количеством кислоты для доведения рН реакции примерно до 1-6, а предпочтительно примерно до 3-5. Без намерения быть ограниченными какой-либо конкретной теорией, заявители отмечают, что при рН, составляющей в пределах 3-5, аминогруппы аминовых соединений настоящего изобретения обычно подвергаются протонированию под действием кислоты с образованием ионов аммония. Ионы аммония имеют тенденцию к предотвращению сближения силаноловых или алкоксисилановых групп друг с другом в том же самом или смежном кластерах и сжатия в плотные частицы. Кроме того, ионы аммония предотвращают чрезмерный рост кластера, что может приводить к преждевременному и нежелательному гелеобразованию в системе. После нагревания в процессе отверждения ионы аммония снова преобразуются в аминогруппы, что приводит к катализу дальнейших реакций конденсации с образованием связей силанол-силанол и силанол-алкоксисилан.

Кроме того, очевидно, что присутствие тетраалкоксисилановых и алкилтриалкоксисилановых компонентов может замедлять гелеобразование в композиции настоящего изобретения. Такие компоненты имеют тенденцию к взаимодействию, главным образом, с относительно крупными аминовыми соединениями настоящего изобретения с образованием, главным образом, соединений-кластеров, имеющих силаноловые/алкоксисилановые группы, которые обладают более низкой реакционной способностью в кислотной среде. В результате снижается вероятность реакции между двумя соединениями-кластерами.

Нанесение покрытий

Композиции настоящего изобретения могут быть использованы в различных целях, например, в области высоких технологий, например в панелях инструментов, в оптических устройствах и оборудовании, в ламинатах, пленках и материалах для придания глянца. Покрытия, полученные из соединений настоящего изобретения, могут быть нанесены, например, на непористые сплошные подложки, такие как пластики, краски, металлы и т.п; на полимерные подложки, включая, но не ограничиваясь ими, поликарбонат бисфенола А, поли(метилметакрилат), поли(диэтиленгликольдиаллилкарбонат) и т.п.; на металлические поверхности, содержащие, например, алюминий, медь, латунь, нержавеющую сталь и т.п., а также на другие поверхности, для придания им повышенной износостойкости или стойкости к разрушению в коррозионной среде. В некоторых предпочтительных вариантах композиции настоящего изобретения могут быть использованы в качестве придающих глянец материалов для нанесения на окна зданий, автомобилей, поездов и самолетов, а также на полимерные призмы и линзы в оптических инструментах и очках.

Как было упомянуто выше, в других своих аспектах, настоящее изобретение относится к способу получения подложки с покрытием и к подложке с покрытием, полученной указанным способом. В общих чертах, этот способ предусматривает нанесение отверждаемой композиции настоящего изобретения на подложку и отверждение указанной композиции на подложке.

В соответствии с настоящим изобретением, для нанесения отверждаемой композиции на подложку может быть использован любой из широкого ряда методов. Подходящими методами являются, например, нанесение покрытия окунанием, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытий оправкой со стержнем, нанесение покрытий валиком, нанесение покрытий из раствора, экструзионное нанесение покрытий, нанесение покрытий распылением и т.п. Предпочтительными методами нанесения являются нанесение покрытий окунанием и центрифугированием.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения перед стадией нанесения покрытия подложку желательно очистить во избежание попадания примесей в верхний слой покрытия и в слой на границе подложка/покрытие. В соответствии с настоящим изобретением, для очистки подложки может быть использован широкий ряд очищающих средств. Так, например, металлические поверхности могут быть очищены с использованием жидкостей, таких как ацетон, 2-пропанол и т.п., либо они могут быть очищены шлифовкой или пескоструйной обработкой. Полимерные подложки могут быть очищены с использованием обезжиривающих жидкостей, таких как 2-пропанол и т.п.

Кроме того, в соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления изобретения, для улучшения адгезии между подложкой и материалом для покрытия, на подложку могут быть нанесены вещества, стимулирующие адгезию. Так, например, могут быть использованы стимуляторы, такие как 3-аминопропилтриэтоксисилан. Для усиления адгезии покрытия к подложке эта подложка может быть также предварительно обработана методами плазменной очистки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения отверждаемую композицию отверждают нагреванием этой композиции. Очевидно, что такая композиция может быть отверждена либо в печи, либо под действием другого источника тепла. Хотя в предпочтительном варианте осуществления изобретения предусматривается отверждение нагреванием отверждаемой композиции, однако для каждого специалиста очевидно, в зависимости от природы отверждаемой композиции могут быть использованы любые варианты этого метода, которые входят в объем формулы изобретения. Так, например, если необходимо, то затвердевание отверждаемой композиции может быть ускорено с применением микроволновой обработки, известной специалистам.

Настоящее изобретение также относится к покрытию или к пленке, образуемой путем отверждения отверждаемой композиции настоящего изобретения.

ПРИМЕРЫ

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводятся примеры, которые лишь иллюстрируют настоящее изобретение, но не ограничивают его объем.

В нижеследующих примерах износостойкость покрытий оценивали с использованием тестов Тэйбера двух типов. Сначала проводили тест Тэйбера из 1000 циклов (ASTM D 4060) с использованием пары колес CS10F, при нагрузке 500 г на колесо. В качестве подложек для этих тестов использовали квадратные подложки (4 дюйма×4 дюйма×1/16 дюймов) поликарбоната бисфенола-А. Увеличение мутности подложки (ASTM D 1044 и ASTM D 10003) после проведения теста Тэйбера использовали в качестве показателя износостойкости данного покрытия.

Тест Тэйбера второго типа предусматривает проведение 500 циклов истирания с использованием пары колес CS10 (более шероховатого типа, чем CS10F) при нагрузке 500 г на колесо. В этом тесте мутность и прозрачность следа износа по сравнению с неизношенными участками использовались в качестве показателей износостойкости. Прозрачность определяли с использованием сканера UV-VIS Shimadzu CS-9000 сканированием световым лучом при 420 нм (размером 0,1×10 мм²) по всему следу износа. Затем измеряли разницу между оптической плотностью следа износа и оптической плотностью неизношенных областей и эту величину преобразовывали в показатель прозрачности.

Пример 1

В этом примере проиллюстрировано получение триметоксисилилированного этилендиамина.

Этилендиамин (10,0 г, 99,5%, Aldrich), 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (156,0 г, 98%, Aldrich) и 156,0 г абсолютного этанола смешивали в колбе Эрленмейера емкостью 1000 мл. Эту колбу плотно закрывали мембраной во избежание гидролиза 3-глицидоксипропилтриметоксисилана под действием влаги и смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 24 часов. К колбе Эрленмейера подсоединяли обратный холодильник, а к верхней части конденсатора подсоединяли барботер с минеральным маслом для предотвращения прямого контакта реакционной смеси с воздухом. На дно колбы Эрленмейера, на поверхность пластины для нагревания/перемешивания, помещали баню с силиконовым маслом и температуру этой бани доводили до 60°С. После 48-часового перемешивания при этой температуре реакция полиприсоединения в данной колбе, в основном, завершалась. Конечный продукт представлял собой раствор (бесцветный или светло-желтый) триметоксисилилированного этилендиамина в этаноле (со следовым количеством метанола). Этот раствор успешно хранили в закрытом контейнере в течение нескольких месяцев. Выпаривание растворителя или его разведение органическим растворителем, не содержащим спирта, часто приводит к полимеризации этого соединения.

Пример 2

В этом примере проиллюстрировано получение триэтоксисилилированного 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксана.

1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксан (10,0 г, Gelest), 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (38,0 г, 98%, Aldrich) и 48,0 г абсолютного этанола смешивали при комнатной температуре в колбе Эрленмейера емкостью 500 мл. Смесь обрабатывали способом, описанным в примере 1. Конечный продукт представлял собой раствор (50 мас.%) (бесцветный или светло-желтый) триметоксисилилированного 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксана в этаноле (со следовым количеством метанола). Химические свойства этого продукта были аналогичны свойствам триметоксисилилированного этилендиамина. Данный продукт аналогичным образом хранили в закрытом контейнере для последующего получения композиции для покрытия.

Пример 3

В этом примере проиллюстрировано получение триметоксисилилированного гексаметилендиамина.

Гексаметилендиамин (11,6 г, 98%, Aldrich), 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (94,6 г, 98%, Aldrich) и 118 г абсолютного этанола смешивали при комнатной температуре в колбе Эрленмейера емкостью 500 мл. Смесь обрабатывали способом, описанным в примере 1. Полученным продуктом был бесцветный или слегка желтоватый раствор (50 мас.%) триметоксисилилированного гексаметилендиамина в этаноле (со следовым количеством метанола). Химические свойства и условия хранения этого продукта были такими же, как они были описаны в примерах 1 и 2.

Пример 4

В этом примере проиллюстрировано получение композиции для покрытия настоящего изобретения, содержащей триметоксисилилированный этилендиамин.

5,0 г TMOS, 4,0 г триметоксисилилированного этилендиамина (полученного, как описано в примере 1), 2,0 г этанола и 2,0 г воды смешивали в колбе Эрленмейера емкостью 50 мл. В эту смесь, при быстром перемешивании с помощью магнитной мешалки, по каплям добавляли примерно 3,5 г 1М соляной кислоты так, чтобы конечная рН составляла примерно от 3 до 5. Через 30-60 минут в предварительно гидролизованный раствор добавляли 2,0 г С₅Н₅Si(OCH₃)₃. Эту смесь перемешивали до образования гомогенного раствора. После 5-6-часовой реакции получали композицию для покрытия. Срок хранения этой композиции при комнатной температуре составлял примерно до 2 недель.

Полученную композицию наносили на квадратные подложки, как описано выше, и покрытия подвергали отверждению при 125°С в течение 2 часов. В тесте Тэйбера в 1000 циклов эти покрытия имели показатель износостойкости 1,2% (с помутнением). В тесте Тэйбера в 500 циклов показатель помутнения составлял 3,2%.

Пример 5

В этом примере проиллюстрировано получение композиции для покрытия настоящего изобретения, содержащей триметоксисилилированный 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксан.

5,0 г TMOS, 4,0 г триметоксисилилированного 1,3-бис(3-аминопропил)тетраметилдисилоксана (полученного, как описано в примере 2), 2,0 г этанола и 2,0 г воды смешивали в колбе Эрленмейера емкостью 50 мл. Затем добавляли примерно 3,5 г 1М соляной кислоты так, чтобы конечная рН составляла примерно от 3 до 5. Через 5-6 часов в предварительно гидролизованный раствор TMOS добавляли 2,0 г С₅Н₅Si(OCH₃)₃. После 5-6-часовой реакции с TMOS получали композицию для покрытия. Срок хранения этой композиции при комнатной температуре составлял примерно до 2 недель.

Полученную композицию наносили на квадратные подложки, как описано выше, и покрытия подвергали отверждению при 125°С в течение 2 часов. В тесте Тэйбера в 1000 циклов эти покрытия имели показатель износостойкости 2,2% (с помутнением). В тесте Тэйбера в 500 циклов показатель помутнения составлял 4,1%.

Пример 6

В этом примере проиллюстрировано получение композиции для покрытия в соответствии с настоящим изобретением, содержащей триметоксисилилированный гексаметилендиамин.

5,0 г TMOS, 4,0 г соединения F (полученного, как описано в примере 3), 2,0 г этанола и 2,0 г воды смешивали в колбе Эрленмейера емкостью 50 мл, а затем добавляли примерно 3,5 г 1М соляной кислоты так, чтобы конечная рН составляла примерно от 3 до 5. Через 30-60 минут в предварительно гидролизованный раствор TMOS добавляли 2,0 г С₅Н₅Si(OCH₃)₃. После 5-6-часовой реакции получали композицию для покрытия. Срок хранения этой композиции при комнатной температуре составлял примерно до 2 недель.

Полученную композицию наносили на квадратные подложки, как описано выше, и покрытия подвергали отверждению при 125°С в течение 2 часов. В тесте Тэйбера в 1000 циклов эти покрытия имели показатель износостойкости 1,2% (с помутнением). В тесте Тэйбера в 500 циклов показатель помутнения составлял 3,0%.

Пример 7

В этом примере проиллюстрировано получение трех композиций для покрытия, содержащих триметоксисилилированный этилендиамин и три различных концентрации TMOS.

В три колбы Эрленмейера емкостью 50 мл загружали 5,0, 3,8 и 2,8 г TMOS соответственно. В каждую колбу добавляли триметоксисилилированный этилендиамин (4,0 г) (полученный, как описано в примере 1), 2,0 г этанола и 2,0 г воды и получали смесь. Каждую смесь перемешивали с использованием магнитной мешалки, и по каплям, с помощью пипетки, добавляли примерно 3,5 г 1,0М соляной кислоты так, чтобы конечная рН каждой смеси составляла примерно от 3 до 5. После проведения реакции в течение 30-60 минут в предварительно гидролизованные смеси добавляли 2,0 г PhSi(OCH₃)₃. После проведения реакции еще в течение 5-6 часов получали три композиции для покрытия. В соответствии с концентрацией TMOS, эти три композиции обозначили как f-EPOXY5.0, f-EPOXY3.8 и f-EPOXY2.8 соответственно. Срок хранения этих композиций при комнатной температуре составлял до 2-4 недель.

Эти три композиции наносили на квадратные подложки и тестировали, как описано выше. В таблице 1 приводятся условия отверждения и результаты тестов Тэйбера на износостойкость, проводимых в 500 циклов.

Пример 8

В этом примере проиллюстрировано получение композиций для покрытия, содержащих триметоксисилилированный этилендиамин и различные концентрации фенилтриметоксисилана.

В колбы Эрленмейера емкостью 100 мл загружали 13,6 г тетраэтоксисилана, 4,0 г триметоксисилилированного этилендиамина (полученного, как описано в примере 1), 8,0 г этанола и 6,0 г воды. Смесь перемешивали с использованием магнитной мешалки при комнатной температуре в течение 24-48 часов для проведения щелочного гидролиза. Затем предварительно гидролизованную смесь разделяли на две равные части. К первой части добавляли 2,0 г триметоксисилилированного этилендиамина и 2,0 г фенилтриметоксисилана. Ко второй части добавляли 2,0 г триметоксисилилированного этилендиамина и 4,0 г фенилтриметоксисилана. При интенсивном перемешивании каждой части в эти части по каплям пипеткой добавляли примерно 3,5 г 1М соляной кислоты. После перемешивания смесей при комнатной температуре в течение еще 5-6 часов получали две композиции для покрытия. Эти композиции представляли собой бесцветные растворы и имели срок хранения при комнатной температуре до 2-4 недель.

Две указанные композиции наносили на подложки из поликарбоната бисфенола А, как описано выше, и подвергали отверждению при 100°С в течение 3 часов или при 125°С в течение 2 часов. В нижеследующей таблице 2 приводятся результаты тестов Тэйбера на износостойкость, проводимых в 500 циклов (колеса CS 10, при нагрузке 500 г на колесо).

Пример 9

В этом примере проиллюстрировано получение отверждаемых композиций для покрытия, содержащих триметоксисилилированный этилендиамин и различные концентрации метилтриметоксисилана.

В колбу Эрленмейера емкостью 100 мл загружали 13,6 г тетраэтоксисилана, 4,0 г триметоксисилилированного этилендиамина (полученного, как описано в примере 1), 12,0 г 1-метокси-2-пропанола, 6,0 г воды и 4,0 г этанола. Смесь перемешивали (с помощью магнитной мешалки) при комнатной температуре в течение 24-48 часов для щелочного гидролиза и получали вязкую жидкость, по внешнему виду похожую «на молоко». Эту жидкость, похожую на молоко, разделяли на две равные части. К первой части добавляли 2,0 г триметоксисилилированного этилендиамина и 2,0 г метилтриметоксисилана. Ко второй части добавляли 2,0 г триметоксисилилированного этилендиамина и 4,0 г метилтриметоксисилана. К каждой части, при интенсивном перемешивании, по каплям пипеткой добавляли примерно 3,5 г 1М соляной кислоты. После 5-6-часовой реакции получали две композиции для покрытия, по внешнему виду похожие на молоко. При комнатной температуре часть 1 имела срок хранения примерно 7-8 дней, а часть 2 имела срок хранения, по крайней мере, примерно 4 недели.

Две указанные композиции наносили на подложки из поликарбоната бисфенола А, как описано выше, и подвергали отверждению при 80°С в течение 3 часов, при 100°С в течение 3 часов или при 125°С в течение 2 часов, с получением в высокой степени прозрачных покрытий. В нижеследующей таблице 3 приводятся результаты тестов Тэйбера на износостойкость, проводимых в 500 циклов (колеса CS 10, при нагрузке 500 г на колесо).

Пример 10

В этом примере проиллюстрировано сравнение композиции для покрытия, содержащей триметоксисилилированный этилендиамин и фенилтриметоксисилан, с композицией, содержащей триметоксисилилированный этилендиамин и метилтриметоксисилан.

В колбу Эрленмейера емкостью 100 мл загружали 27,2 г тетраэтоксисилана, 16,0 г триметоксисилилированного этилендиамина (полученного, как описано в примере 1), 24,0 г 1-метокси-2-пропанола, 12,0 г воды и 6,0 г этанола. Для проведения щелочного гидролиза смеси перемешивали с помощью магнитной мешалки при комнатной температуре. Через 48 часов получали жидкость, по внешнему виду слегка напоминающую молоко. Эту жидкость, слегка напоминающую молоко, разделяли на две равные части. К первой части добавляли 4,0 г метилтриметоксисилана. Ко второй части добавляли 4,0 г фенилтриметоксисилана. Каждую смесь быстро перемешивали при комнатной температуре, и к каждой части по каплям пипеткой добавляли примерно 7 г 1М соляной кислоты до тех пор, пока рН не достигала 3-5. После проведения реакции в течение еще 5-6 часов получали две композиции для покрытия. При комнатной температуре эти композиции имели срок хранения, по крайней мере, примерно 4-6 недель.

Две указанные композиции наносили на подложку из поликарбоната бисфенола А, как описано выше, и подвергали отверждению при 125°С в течение 2 часов. В нижеследующей таблице 4 приводятся результаты тестов Тэйбера на износостойкость, проводимых в 500 циклов (колеса CS 10, при загрузке 500 г на колесо).

Хотя в настоящем описании представлено лишь несколько конкретных вариантов осуществления изобретения, однако в него могут быть внесены различные изменения, модификации и усовершенствования, очевидные для каждого специалиста. Эти изменения, модификации и усовершенствования, которые, исходя из настоящего описания, являются очевидными, рассматриваются как часть этого описания, если это не оговорено особо, и входят в объем и сущность настоящего изобретения. В соответствии с этим, настоящее описание приводится лишь в иллюстративных целях и не должно рассматриваться как ограничение изобретения. Настоящее изобретение ограничено лишь нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Формула изобретения

1. Аминовое соединение по п.1, представленное формулой 1:

где W независимо представляет

Х и Y независимо представляют водород или низший алкил, либо Х и Y независимо связаны друг с другом с образованием циклоалкильной группы;

R¹⁰ независимо представляет -(CR¹³R¹⁴)_k-(O)_l-(CR¹⁵R¹⁶)_m-A;

А независимо представляет низший алкил или -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶, при условии, что, по крайней мере, один А представляет -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶;

В независимо представляет кислород, -О-(CR¹⁷R¹⁸)_n-O-, замещенный или незамещенный циклоалкиленовый радикал, замещенный или незамещенный ариленовый радикал, замещенный или незамещенный аралкиленовый радикал, где любой из указанных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых радикалов может быть, кроме того, замещен гетероатомами N, О или S;

R⁵ и R⁷ независимо представляют гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

R¹, R², R³, R⁴, R⁸, R⁹, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ и R¹⁸ независимо представляют водород, гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

а, с, f, h, j, 1 и р независимо равны 0 или 1;

b, d, g, i, k, m и n независимо равны примерно от 0 до 8.

2. Отверждаемая композиция, содержащая соединение по п.1 и воду.

3. Отверждаемая композиция по п.22, которая, кроме того, содержит тетраалкоксисилановое соединение и алкилтриалкоксисилановое соединение.

4. Отверждаемая композиция по п.3, где указанное соединение по п.1 представлено формулой 1:

где W независимо представляет

Х и Y независимо представляют водород или низший алкил, либо Х и Y независимо связаны друг с другом с образованием циклоалкильной группы;

R¹⁰ независимо представляет -(CR¹³R¹⁴)_k-(O)_l-(CR¹⁵R¹⁶)_m-A;

А независимо представляет низший алкил или -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶, при условии, что, по крайней мере, один А представляет

-Si(R⁵)(R⁷)OR⁶;

В независимо представляет кислород, -О-(CR¹⁷R¹⁸)_n-O-, замещенный или незамещенный циклоалкиленовый радикал, замещенный или незамещенный ариленовый радикал, замещенный или незамещенный аралкиленовый радикал, где любой из указанных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых радикалов может быть, кроме того, замещен гетероатомами N, О или S;

R⁵ и R⁷ независимо представляют гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

R¹, R², R³, R⁴, R⁸, R⁹, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ и R¹⁸ независимо представляют водород, гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

а, с, f, h, j, l и р независимо составляют 0 или 1;

b, d, g, i, k, m и n независимо составляют примерно от 0 до 8.

5. Способ получения стабильной при хранении и отверждаемой при нагревании композиции «золь-гель», включающий стадию смешивания соединения формулы 1:

где W независимо представляет

X и Y независимо представляет водород или низший алкил, либо Х и Y независимо связаны друг с другом с образованием циклоалкильной группы;

R¹⁰ независимо представляет -(CR¹³R¹⁴)_k-(O)_l-(CR¹⁵R¹⁶)_m-A;

А независимо представляет низший алкил или -Si(R⁵)(R⁷)OR⁶, при условии, что, по крайней мере, один А представляет

-Si(R⁵)(R⁷)OR⁶;

В независимо представляет кислород, -О-(CR¹⁷R¹⁸)_n-O-, замещенный или незамещенный циклоалкиленовый радикал, замещенный или незамещенный ариленовый радикал, замещенный или незамещенный аралкиленовый радикал, где любой из указанных циклоалкиленовых, ариленовых или аралкиленовых радикалов может быть, кроме того, замещен гетероатомами N, О или S;

R⁵ и R⁷ независимо представляют гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

R¹, R², R³, R⁴, R⁸, R⁹, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ и R¹⁸ независимо представляют водород, гидроксил, низший алкил или низший алкокси;

а, с, f, h, j, l и р независимо составляют 0 или 1;

b, d, g, i, k, m и n независимо составляют примерно от 0 до 8 с алкилтриалкоксисиланом и тетраалкоксисиланом в водной среде в условиях, достаточных для минимизации отверждения указанной композиции.

6. Способ по п.5, где указанная стадия смешивания включает стадии

(a) смешивания указанного соединения формулы 1 и указанного тетраалкоксисиланового соединения в указанной водной среде с образованием смеси «золь-гель»;

(b) смешивания указанного алкилтриалкоксисиланового соединения с указанной смесью «золь-гель» с образованием стабильной при хранении и отверждаемой при нагревании композиции «золь-гель».

7. Способ по п.5, где указанную стадию смешивания (b) проводят при рН примерно от 3 до 5.

8. Способ нанесения покрытия на подложку, предусматривающий

(a) нанесение отверждаемой композиции по п.2 на подложку;

(b) отверждение указанной отверждаемой композиции на указанной подложке.

9. Подложка с покрытием, полученная способом по п.8, включающим

(a) нанесение отверждаемой композиции по п.2 на подложку;

(b) отверждение указанной отверждаемой композиции на указанной подложке.

10. Покрытие, полученное способом, включающим стадию отверждения композиции по п.2.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.06.2009

Извещение опубликовано: 27.07.2010 БИ: 21/2010