[发明专利]表面改性的纳米粒子的组合物

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月2日提交的美国临时申请No. 61/149160的优先权。

技术领域

本发明涉及有效处理软和硬基底以赋予有用的性质，包括拒水和拒油性的表面改性的纳米粒子的组合物。本发明还涉及表面改性的纳米粒子的水分散体、制造该组合物的方法和由该组合物制成的制品。

背景技术

许多不同组合物已在不同成功程度上用于处理表面、织物和纤维以赋予改进的抗污垢沉积性和表现出拒水和拒油性。但是，现在尽可能避免包含有可能被转移给消费者的挥发性有机化合物的那些，尤其是在地毯制造中。过量表面活性剂也是不合意的，因为被处理过的基底如地毯留住会造成提高的污垢亲合力。

如美国专利No. 3,329,661中所公开，含氟树脂乳液已用于制造具有拒水性的低沾污软表面。但是，这些材料昂贵并且是环境持久性的。因此需要减少此类化合物的总体使用，同时保持它们提供的非常有价值的抗污性和拒水性。不幸地，所有常规备选组合物都表现出未解决的问题。

全文经此引用并入本文的授予Knowlton的美国专利No. 6,225,403公开了由含氟树脂与有机硅氧烷共聚物的溶胶分散体的共混物构成的织物表面处理组合物的用途。这种共混物能够降低获得可接受的拒污性的含氟化学品在软表面上的添加量。但是，仍然需要显著浓度的含氟化学品以实现所需的抗污和疏水作用并且会不利地影响处理过的制品的表观柔软度。

比硅氧烷更疏水的材料的生产通常涉及氟化烃、有机溶剂和表面活性剂；在这种类型的材料，如氟烷基改性的二氧化硅粒子的制造和稳定化中存在溶剂，如乙醇、甲醇、异丙醇、氯仿和丙酮作为主要组分。美国专利5,801,092和6,045,962公开了这种合成和分散体的典型实例。溶剂去除倾向于使这种分散体失稳定，以致粒子沉淀或附聚，一旦聚集，极难有效分散它们。因此，上述公开中描述的方法不适合在没有不合意地高浓度的挥发性有机溶剂或表面活性剂的情况下制造粒子的稳定水分散体。

授予Sugiyama的美国专利申请2005/0227077公开了制造适合于模制材料用途的用交联含氟聚合物涂布的纳米粒子的方法，包括下列连续步骤：在含氟表面活性剂和水存在下制造氟烷基硅烷改性的二氧化硅，接着添加不饱和含氟聚合物单体并聚合成含氟聚合物涂布的粒子。Sugiyama教导需要相当大浓度的表面活性剂，以在氟烷基化之前分散无机粒子和将含氟聚合物单体引导到二氧化硅粒子表面上。含氟表面活性剂是优选的，高于反应物无机粒子重量的10-20%的浓度被认为有效。不幸地，如上所述，与含氟表面活性剂有关的高成本和环境问题使Sugiyama教导的方法不适用于制造工艺，如地毯织物处理。

美国专利7,037,591（Henze等人）和美国专利申请20060292345公开了利用溶胶-凝胶法的制造分散疏水硅质纳米粒子的另一方法，其中将硅酸盐溶胶-凝胶前体和氟烷基硅烷（FAS）试剂混合并共缩聚以制造粒子。当涉及大量材料时，这种方法不有利，因为许多昂贵的氟烷基并入粒子结构中而非存在于纳米粒子表面上——它们在此可产生有效作用。

此外，该溶胶-凝胶共缩聚合成途径仍采用具有如上所述的相同有害作用的有机溶剂。

发明内容

因此，需要用于处理软和硬基底以赋予柔软性和/或疏水性，包括抗污和抗油性的改进的组合物。为此，需要改进的表面改性的氟烷基化纳米粒子，其中使氟烷基存在于纳米粒子的表面以产生有用的疏水作用且其中表面活性剂和挥发性有机溶剂都基本不存在于要施加到基底上的该组合物中。