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    季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物、含有該化合物的組合物及它們的制備和用途制造技術(shù)

    技術(shù)編號(hào):8658886 閱讀:310 留言:0更新日期:2013-05-02 03:55
    本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及新的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物、含有該化合物的水性組合物和涉及制備它們的方法,特別是低聚物和聚合物的形式,其可以部分水解或完全水解的形式存在,并且特別是水溶性的。該組合物僅僅具有非常小部分的VOC。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步涉及它們的用途,優(yōu)選用于制備噴墨相紙的用途。

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
    【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物、含有該化合物的組合物及它們的制備和用途本專(zhuān)利技術(shù)涉及新的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物、含有它們的水性組合物和制備它們的方法,特別是以低聚物和聚合物的形式,其可以是部分水解到完全水解的形式存在,和特別是水溶性的。該組合物具有非常低的VOC含量。進(jìn)一步也描述了它們的用途,特別是-但不是唯一地-用于無(wú)機(jī)或極性有機(jī)表面的陽(yáng)離子改性,這些表面例如填料、顏料、玻璃、礦物質(zhì)和陶瓷表面、合成和天然極性材料,例如聚酯、聚酰胺、羊毛、絲、纖維素、木質(zhì)纖維素、木材、蛋白質(zhì)、糖、多糖等,它們也可以以厘米、毫米、微米或甚至納米范圍的顆粒形式或纖維形式存在,用在紙張涂料衆(zhòng)(Papierstreichmasse)中,用于噴墨涂層的陽(yáng)離子化,優(yōu)選在噴墨相紙的制備中,用于整理纖維材料和/或織物,用于提高基體的染色性,例如在織物纖維、紗線、紙張、膜或相應(yīng)涂敷的基體的情況下,用于阻止或抑制微生物生長(zhǎng)或靜電荷積累,以便得到僅僅幾種特別有利的應(yīng)用可能性。一般來(lái)說(shuō),帶有季氮官能度的,即帶有含有機(jī)官能化的氮的陽(yáng)離子基團(tuán)的有機(jī)官能的烷氧基硅烷,已經(jīng)為人所知很久。季氮具有獨(dú)立于PH的陽(yáng)離子官能度。迄今為止它們的制備僅可通過(guò)昂貴且不便的方法進(jìn)行,例如在高壓釜中在升高的壓力下進(jìn)行。這些烷氧基硅烷的其它不利之處在于當(dāng)使用已知的水基應(yīng)用溶液時(shí)水解醇釋放到環(huán)境中。陽(yáng)離子有機(jī)硅烷的制備和它們?cè)谒嘀械牟糠謶?yīng)用在下面的文獻(xiàn)中進(jìn)行了報(bào)道。DE 881654公開(kāi)了在高壓釜中在無(wú)水條件下制備季硅烷。NL 6517163公開(kāi)了其它制備季甲基芳基硅烷的方法;DE 1262272公開(kāi)了相應(yīng)的硅酮的制備。DE 2221349、DE 2648240、US4035411、US 4005118和US 4005119也公開(kāi)了制備季硅烷的方法。WO 2008/004243公開(kāi)了帶有季氨基官能度的水溶性硅烷。水溶性通過(guò)與二醇的酯化反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn),所述二醇在水解過(guò)程中,即硅烷在水中“溶解”的過(guò)程中被釋放從而引起水溶液被另外的有機(jī)組分大量污染,所述有機(jī)組分通常被當(dāng)作有機(jī)溶劑。`DE 2222997、DE 2229580和DE 2408192描述了季氨基官能的烷氧基硅烷用于抑制微生物生長(zhǎng)的用途。GB 882067公開(kāi)了通過(guò)使用相應(yīng)的硅烷改善難以染色的材料例如特氟龍或其它皮革的可染色性。制備季官能化的有機(jī)硅烷在每種情況下在非質(zhì)子性有機(jī)溶劑中或在排除了潮氣和升高的壓力下進(jìn)行。通過(guò)這些方法制備的硅烷或其水性配制劑包含大量溶劑。在許多應(yīng)用中這導(dǎo)致大量的不利之處,如低的閃點(diǎn),它需要爆炸保護(hù)措施,或高的VOC負(fù)荷造成環(huán)境損害。WO 2008/076839使用市售可得的含12%甲醇的季硅烷(AEM 5772,Aegis抗微生物劑,活性成分:3-(甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨)。US 4845256公開(kāi)了制備用于氯烷基官能的烷氧基硅烷和叔胺反應(yīng)的季硅烷堿土金屬碘化物催化劑的方法。所述的方法盡管在大氣壓力下在100°C的溫度下進(jìn)行,但是在兩個(gè)方面是不利的。首先,大量使用了對(duì)環(huán)境有問(wèn)題的堿土金屬碘化物,次之水性應(yīng)用溶液包括大量V0C,如水解的甲醇和二醇,其在該方法中使用并且殘留在應(yīng)用的溶液中。在水性應(yīng)用溶液中,實(shí)施例1中描述的產(chǎn)物產(chǎn)生大于50%的VOC(基于季甲氧基硅烷[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基癸基二甲基氯化銨]在丙二醇單甲基醚中溶解形式的所用溶液)。下面的文獻(xiàn)公開(kāi)了陽(yáng)離子氨基官能的硅烷用于噴墨紙張應(yīng)用的陽(yáng)離子化的用途。WO 2005/009745 A2公開(kāi)了帶有氨基官能的硅烷的陽(yáng)離子氧化鋁顆粒。US20030175451涉及為了提高噴墨應(yīng)用性能的目的而用硅烷涂敷二氧化硅。US 20050170109公開(kāi)了用氨基烷氧基硅烷處理二氧化硅及其用于噴墨紙張的用途和DE 10 2007 012578Al公開(kāi)了使用伯、仲或叔氨基硅烷制備陽(yáng)離子二氧化硅分散體及其用于涂層的用途。WO2005/009745 A2、US 2005/170109 Al 和 US 2003/175451 總體上提及了使用季氨基官能的烷氧基硅烷,如三甲氧基硅烷丙基-N,N-三甲基氯化銨、或N,N,N-三丁基氯化銨取代的硅烷的可能性。具體的例子沒(méi)有公開(kāi)。DE 102007040802 Al描述了低V0C、含硅烷醇基團(tuán)的質(zhì)子化氨基官能的硅氧烷體系(Hydrosil)在紙張涂料漿陽(yáng)離子化中的成功使用。這些體系中氨基官能的質(zhì)子化是對(duì)PH有嚴(yán)重的依賴(lài)性。因此,這些應(yīng)用的性能依然需要提高。對(duì)于紙張涂料漿的加工性能來(lái)說(shuō),它們的粘度和固體含量是決定性的。粘度越高,加工越麻煩,其中同時(shí)由于容量原因體系中高的固體含量是所追求的。DE 10 2009 002 477.8或PCT/EP2010/053626披露了氯丙基三乙氧基硅烷和四 甲基亞乙基二胺反應(yīng)用于制備硅氧烷體系。因此繼續(xù)需要VOC減少的季氨基官能的有機(jī)硅化合物,這使得可以在分散體,例如二氧化硅分散體,特別是紙張涂料漿具有高固體含量的同時(shí)調(diào)整低粘度。優(yōu)選地,有機(jī)硅化合物的水溶性和VOC含量應(yīng)該相對(duì)于已知體系得以改善,以及應(yīng)該可獲得帶有低粗級(jí)分的二氧化硅分散體。本專(zhuān)利技術(shù)所述的問(wèn)題是提供VOC減少的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物和包含它們的組合物以及它們的含VOC的中間體,還提供其制備的經(jīng)濟(jì)方法,這使得優(yōu)選允許在該方法中經(jīng)濟(jì)地調(diào)整所需的粘度和固體含量。所述問(wèn)題根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)按照權(quán)利要求書(shū)中的詳細(xì)敘述得以解決。特別地,該問(wèn)題通過(guò)本專(zhuān)利技術(shù)的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物以及通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征的包含所述化合物的組合物和通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中本專(zhuān)利技術(shù)的制備方法得以解決。優(yōu)選的實(shí)施方案展示于從屬權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)中。該問(wèn)題已經(jīng)令人驚奇地得以解決,是通過(guò)在規(guī)定量的水存在下或加入規(guī)定量的水使鹵代烷基官能的烷氧基硅烷與叔氨基醇反應(yīng),或者由無(wú)水開(kāi)始隨后用規(guī)定量的水進(jìn)行反應(yīng),并至少部分地除去形成的水解醇,所述水解醇優(yōu)選基本完全除去。發(fā)生的季銨化反應(yīng)和至少部分水解以及任選部分縮合有利地在溫度控制下進(jìn)行-換言之,根據(jù)要求,進(jìn)行加熱或冷卻,并也將反應(yīng)混合物適當(dāng)攪拌。在此過(guò)程中,特別是伴隨著形成本專(zhuān)利技術(shù)可得的低聚和/或聚合的季氨基官能的有機(jī)硅化合物,氨基醇中原來(lái)叔位取代的氮原子轉(zhuǎn)化成季氮原子,這在下面更詳細(xì)地進(jìn)行闡述。特別令人驚奇和有利的是不需要使用催化劑用于季銨化反應(yīng)、用于水解和/或縮合。另外,關(guān)于本專(zhuān)利技術(shù)體系的粘度,令人驚奇和有利的是在該工藝條件下沒(méi)有形成帶有氨基醇基團(tuán)的硅烷醇基團(tuán)的酯。本專(zhuān)利技術(shù)有利地使得能夠提供新的V0C(易揮發(fā)性有機(jī)化合物)減少的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物,其有利地可以以高收率和在大氣壓力下被提供。本專(zhuān)利技術(shù)的有機(jī)硅化合物可以具有線性、支化和/或環(huán)狀結(jié)構(gòu)和/或帶有M、D、T結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)區(qū)域。本專(zhuān)利技術(shù)的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物和含有至少一種本專(zhuān)利技術(shù)的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物的相應(yīng)的水性組合物可以有利地使用,特別有利地用于提供用于制備紙張涂料漿的非常低的voc、低粘度的二氧化硅分散體,和特別是具有比較低的粗級(jí)分的此類(lèi)分散體。另外令人驚奇的是,在根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的反應(yīng)中,所述反應(yīng),如季胺化、水解和優(yōu)選縮合可以在100°C以下的相對(duì)低的反應(yīng)溫度下在反應(yīng)混合物中幾乎同時(shí)進(jìn)行,并因此可以特別有利地實(shí)施。本專(zhuān)利技術(shù)方法另外的特本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

    【技術(shù)特征摘要】
    【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2010.07.09 DE 102010031178.21.季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物,其含有季氨基醇官能的硅烷醇及帶有S1-O-交聯(lián)結(jié)構(gòu)單元的季氨基醇官能的硅氧烷醇低聚物,所述有機(jī)硅化合物形成鏈狀的、環(huán)狀的和/或交聯(lián)的結(jié)構(gòu)并且是能夠由通式I1、IV的至少一種硅烷或由通式II和/或IV的硅烷起始的至少一種水解、縮合或共縮合產(chǎn)物,水和通式III的至少一種氨基醇進(jìn)行反應(yīng)得到的和任選地至少部分地從體系中除去在此反應(yīng)中形成的水解醇, -其中所述季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物的至少一種結(jié)構(gòu)以理想化形式對(duì)應(yīng)于通式I, (R1O) [ (R1O) lTy (R2) xSi (C+) 1+y0] ,R1 [a.(l+y)]Hal-(I) 其中通式I中的C+獨(dú)立地是通式V的基團(tuán) [-(R3) nCH2-N+ [- (CH2) m0H] z (R4) 3_z ] 1+y(V), 在通式I中,R1彼此獨(dú)立地主要是氫或具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,R2相同或不同并且R2是具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,或是芳基、芳基烷基或酰基, 在通式V中R3相同或不同并且R3是具有1-18個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的亞烷基,R4相同或不同并且R4是包含C1-C16原子的基團(tuán), 在通式I和V中,獨(dú)立地,η是O或l,m是1-16之間的整數(shù),z是I或2或3,Hal是氯或溴,X是O或l,y是O或I并且(x+y)是O或1,a大于或等于1, -其中通式II的硅烷是鹵代烷基硅烷, (R1O) 3_x_y (R2) xSi [ (R3) nCH2Hal] 1+y(II), 通式IV的硅烷對(duì)應(yīng)于季氨基醇官能的硅烷(R1O) 3-x-y (R2) xSi [ (R3) nCH2-N+ [- (CH2) m0H] z (R4) 3_z ] 1+y.(1+y) [Hal—](IV), 和氨基醇對(duì)應(yīng)于通式in [HO-(CH2) m-]zN(R4)3_z(III), 其中在通式Π、ΙΙΙ和IV中,獨(dú)立地,基團(tuán)R1相同或不同和R1是氫、具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,或是芳基、芳基烷基或酰基,基團(tuán)R2相同或不同并且R2是具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,或是芳基、芳基烷基或酰基,R3、R4、Hal和n、m和z彼此獨(dú)立地如上述定義,X是0、1或2,y是0、1或2并且(x+y)是O、I或2。2.制備含有季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物的組合物的方法,所述有機(jī)硅化合物包括季氨基醇官能的硅氧烷醇低聚物,是通過(guò)組分A與組分B反應(yīng), -作為組分A (i)通式II的至少一種鹵代烷基官能的烷氧基硅烷, (R1O) 3_x_y (R2) xSi [ (R3) nCH2Hal] 1+y(II), 其中基團(tuán)R1相同或不同和R1是氫、具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,或是芳基、芳基烷基或酰基, 基團(tuán)R2相同或不同和R2是具有1-8個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的烷基,或是芳基、芳基烷基或酰基, 基團(tuán)R3相同或不同和R3是具有1-18個(gè)C原子的線性、支化或環(huán)狀的亞烷基,n是O或1,Hal是氯或溴, X是0、1或2,y是0、1或2并且(x+y)是O、I或2, 或 (ii)上述通式II的至少一種烷氧基硅烷的水解或縮合產(chǎn)物, 或 (iii)上述通式II的至少一種烷氧基硅烷和上述通式II的至少一種烷氧基硅烷的水解和/或縮合產(chǎn)物的混合物 -作為組分B的通式III的氨基醇, [HO-(CH2)m-]zN (R4)3_z(III), 其中基團(tuán)R4相同或不同和R4是含有C1-C16原子的基團(tuán),m是1-16的整數(shù),和z是I或2或3 ; -該方法在至少一個(gè)步驟中在規(guī)定量的水存在下進(jìn)行,和 -任選至少部分地從體系中除去所形成的水解醇。3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于 組分A和組分B的反應(yīng)在規(guī)定量的水存在下進(jìn)行,或組分A與組分B反應(yīng),隨后在規(guī)定量的水存在下進(jìn)行水解。4.如權(quán)利要求2或3 所述的方法,其特征在于 用N,N- 二甲基乙醇胺、N,N- 二乙基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺或三乙醇胺或含有上述化合物中的至少兩種的混合物作為組分B。5.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于 水的用量相對(duì)于使用的組分A為0.5-500mol水/mol在組分A中存在的硅原子,特別是0.5-25mol水,優(yōu)選5-25mol水/mol硅原子,特別優(yōu)選10_25mol水/mol硅原子,特別是12-25mol 水 /mol 娃原子。6.如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于 水連續(xù)或不連續(xù)地計(jì)量加入到任選地與組分B混合的組分A中,或加入到形成的通式IV的季氨基醇官能的有機(jī)硅化合物中(R1O) 3_x_y(R2)xSi[(R3)nCH2-N+[-(CH2) m0H] Z(R4) 3_z ]1+y (1+y) [Hal—](IV); 水優(yōu)選在攪拌下不連續(xù)加入,特別優(yōu)選分批加入,分1-15批,特別是分2-12批加入,其中在通式IV中和m具有根據(jù)權(quán)利要求2所述的上述定義。7.如權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于 在每種情況下按照規(guī)定量的水分批加入0.5-4.0mol水/mol娃原子,優(yōu)選1.0-2.0mol水/mol娃原子。8.如權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于 反應(yīng)在溶劑、特別是醇存在下,優(yōu)選在通式II的化合物水解中形成的醇存在下,特別優(yōu)選在乙醇、甲醇、正丙醇或異丙醇存在下進(jìn)行。9.如...

    【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:C瓦斯默B施坦德克S沙爾費(fèi)C巴茨佐恩A霍伊申
    申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人:贏創(chuàng)德固賽有限公司
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