ES2349712T3 - Monómeros de acrilato sustituidos con perfluoroalquilo y polímeros de los mismos. - Google Patents

Monómeros de acrilato sustituidos con perfluoroalquilo y polímeros de los mismos. Download PDF

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Abstract

Alcohol de fórmula I, **(Ver fórmula)** en la que RF es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono, R2 es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.

Description

Monómeros de acrilato sustituidos con perfluoroalquilo y polímeros de los mismos.
Antecedentes y técnica anterior
Se conoce bien el uso de polímeros sustituidos con perfluoroalquilo (a continuación abreviado como R_{F}) para conferir repelencia al agua y aceite a una variedad de sustratos tales como materiales textiles y papel. La gran mayoría de estos polímeros son copolímeros de acrilato sustituidos con perfluoroalquilo útiles para tratar papel y productos de papel para conferir repelencia al agua y aceite. La patente estadounidense 3.919.183 (Jager et al.) da a conocer polímeros útiles como recubrimientos repelentes al aceite para sustratos porosos tales como materiales textiles y papel que comprenden un acrilato de perfluoroalquiletilo. La patente estadounidense 4.582.882 (Lynn et al.) describe colas de papel fluoradas que son copolímeros de acrilato de perfluoroalquilo. La patente estadounidense 5.674.961 concedida a Fitzgerald da a conocer también polímeros fluoroquímicos útiles para la resistencia al agua, grasas y aceites en papel. Los monómeros usados para sintetizar los polímeros perfluoroalquilados anteriores se derivan exclusivamente de alcoholes sustituidos con R_{F} en los que está presente un grupo etileno entre el R_{F} y el grupo hidroxilo.
Varias patentes describen también poliuretanos sustituidos con R_{F}, por ejemplo la patente estadounidense
5.663.273. Se describen polímeros de poliamida-amino derivados de polietilenimina mediante reacción con ésteres de ácidos carboxílicos sustituidos con perfluoroalquilo en las patentes estadounidenses 3.769.307 y 3.567.500. Estos polímeros contienen una mezcla de grupos amino secundarios y amida sustituidos con R_{F}. Se usan estos polímeros para conferir a la vez oleofobidad e hidrofilidad a sustratos de material textil.
Se enseñan ácidos di-R_{F}-amidomonocarboxílicos preparados a partir de 1 equivalente de dietilentriamina, 2 equivalentes de un R_{F-}ácido y 1 equivalente de un anhídrido para su uso como acabados textiles en la patente estadounidense 3.754.026. Se describen polietileniminas sustituidas con R_{F}-amida similares útiles como tensioactivos químicamente resistentes en la patente estadounidense 3.271.430. Se obtienen mediante reacción de un ácido alcanoico perfluorado con un gran exceso de etilenimina. Se reivindican productos de reacción de ácidos sustituidos con R_{F} con polímeros que portan grupos amino primarios colgantes unidos a una estructura principal carbono-carbono mediante un grupo de enlace en la patente estadounidense 4.606.973 como recubrimientos de baja energía superficial para sustratos
planos.
La patente estadounidense 3.818.074 describe alcoholes fluorados saturados e insaturados que pueden tener de 2 a 12 grupos metileno que separan un radical perfluoroalquilo que tiene desde tres hasta 12 átomos de carbono y el grupo hidroxilo.
La patente estadounidense 3.498.958 da a conocer perfluoroalquil-amidoalquil-alcoholes que tienen de 1 a 14 grupos metileno que separan el radical perfluoroalquilo y el grupo amido, ésteres de (met)acrilato de los mismos y copolímeros derivados de los mismos. Los amidoalquil-alcoholes son los análogos saturados de los amidoalcanoles de fórmula I descritos a continuación, y se obtienen mediante una ruta sintética diferente.
Sumario de la invención
Un aspecto de la presente invención es un R_{F}-alcohol novedoso de fórmula I,
1
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.
\vskip1.000000\baselineskip
Este R_{F}-alcohol de fórmula I se sintetiza haciendo reaccionar un ácido monocarboxílico terminalmente insaturado lineal o su éster inferior con un aminoalcohol, para formar una amida-alcanol. Entonces, se hace reaccionar este producto intermedio etilénicamente insaturado con un R_{F}-yoduro en condiciones de radicales libres y luego se deshidrohalogena el producto con una base. Este procedimiento para la preparación del perfluoroalquil-amidoalquil-alcohol de fórmula I se realiza con un rendimiento global alto.
\newpage
Puede usarse el perfluoroalquil-amidoalquil-alcohol de fórmula I para sintetizar una variedad de derivados fluorados mediante la reacción del fluoroalquilamido-alcohol I con compuestos reactivos con alcohol.
Otro aspecto de la presente invención es la provisión de monómeros de acrilato o metacrilato novedosos de fórmula II
2
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es hidrógeno o metilo,
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.
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Otros aspectos de la presente invención son polímeros y copolímeros derivados de los monómeros de acrilato o metacrilato de fórmula II, su uso para conferir resistencia al agua, grasas y aceites al papel, los materiales textiles y las superficies duras tratadas resultantes tales como mampostería y madera. Puede usarse el doble enlace residual para la reticulación del polímero final.
Los sustituyentes de perfluoroalquilo que se unen a un resto hidrocarbonado de cadena larga, tal como un grupo undecilénico, presentan actividad superficial mejorada y eficacia mejorada como repelentes de aceite, posiblemente porque tales grupos hidrocarbonados de cadena larga, mediante sus interacciones intercatenarias, ayudan en la orientación de los grupos R_{F} que interaccionan muy escasamente. El enlace de hidrógeno a través de los grupos amido en el resto perfluoroalquil-amida-alquilo promueve además una alineación lineal estable de las cadenas hidrocarbonadas-fluorocarbonadas largas y contribuye de ese modo a la baja energía superficial libre de los recubrimientos requerida para lograr buenas repelencias al agua y aceite.
Descripción detallada
Un aspecto de la presente invención es la provisión de un fluoroalquil-amidoalquil-alcohol novedoso de fórmula I
3
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es hidrógeno o metilo,
R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbonos, y
m y n, independientemente entre sí, son un número entero desde 2 hasta 11.
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El resto perfluoroalquilo R_{F} puede ser un único grupo perfluoroalquilo, por ejemplo perfluorohexilo, o una mezcla de tales grupos, por ejemplo una mezcla de grupos C_{4}F_{9}-, C_{6}F_{13}-, C_{8}F_{17}-, C_{10}F_{21}-, C_{12}F_{25}- C_{14}F_{29}- y C_{16}F_{31}-.
Los compuestos preferidos según la presente invención incluyen aquellos en los que R_{F} está saturado y contiene de 6 a 18 átomos de carbono, está completamente fluorado y contiene al menos un grupo perfluorometilo terminal. Lo más preferiblemente, R_{F} es una cadena de carbono lineal, completamente fluorada con un promedio de aproximadamente 4 a 16 átomos de carbono.
Preferiblemente, R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 2 átomos de carbono, preferiblemente 1.
Preferiblemente, n es un número entero desde 2 hasta 11, preferiblemente 8, y m es un número entero desde 2 hasta 6, especialmente 2 ó 3.
Otro aspecto de la presente invención es la provisión de monómeros de éster de acrilato o metacrilato de fórmula II
4
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es hidrógeno o metilo,
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.
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Las preferencias para R_{1}, R_{2}, m, n y R_{F} son tal como se definieron anteriormente para la fórmula I.
Otro aspecto de la invención es la preparación de copolímeros fluoroquímicos a partir de una mezcla de monómeros que comprende un monómero de (met)acrilato de fluoroalquil-amidoalquilo de fórmula II, y el uso de estos copolímeros fluoroquímicos como colas de papel a prueba de agua, grasas y aceites aplicadas interna o externamente que confieren, además de resistencia al aceite, una excelente resistencia al agua.
En una realización, los copolímeros se preparan a partir de un (met)acrilato de R_{F}-amidoalquilo de fórmula II y otros monómeros etilénicamente insaturados copolimerizados en los siguientes porcentajes en peso, en relación con el peso total de los copolímeros:
a) un 45-90% en peso de un monómero de fórmula II
5
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es H o CH_{3},
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11; y
b) un 5-30% en peso de un monómero de fórmula III
(III)(R_{2})_{2}N-(CH_{2})_{k}-X_{1}-C(=O)-C(R_{1})=CH_{2}
en la que el átomo de nitrógeno esta parcial o completamente cuaternizado o en forma de una sal y
X_{1} es O o N(R_{2}) y en la que
R_{1} y R_{2} se definen tal como anteriormente, cada R_{2} es igual o diferente, y
k es de 2 a 4; y
c) un 0-10% en peso de al menos un monómero de vinilo no fluorado copolimerizable.
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Preferiblemente, R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal con 4-16 átomos de carbono, X_{1} es oxígeno, y R_{1}, R_{2} y n son tal como se definieron anteriormente.
Se prefieren especialmente copolímeros en los que los monómeros se copolimerizan en los siguientes porcentajes en peso, en relación con el peso total de los copolímeros:
a) un 65-85% en peso; b) un 5-30% en peso y c) un 0-10% en peso.
Se emplea ventajosamente una mezcla de compuestos de fórmula II con longitudes de cadena de R_{F} de 4 a 16 átomos de carbono para preparar los copolímeros de la invención. En una realización especialmente preferida, el monómero de fórmula II usado para preparar los polímeros de esta invención es un R_{F}-acrilato que tiene una distribución de longitudes de cadena de las cadenas de R_{F} de un 13 \pm 2% de C_{6}F_{13}, un 48 \pm 2% de C_{8}F_{17}, un 23 \pm 2% de C_{10}F_{21} y un 1,6% de C_{12}F_{25} o superior.
Los compuestos preferidos de fórmula III son (met)acrilato de N,N-dimetilaminoetilo; (met)acrilato de N,N-dietilaminoetilo; N,N-dimetilaminopropilmetacrilamida y metacrilato de N-terc-butilaminoetilo y sus sales.
Resultan útiles como comonómeros (c) un gran número de acrilatos y metacrilatos comercialmente disponibles, así como estireno; pero preferiblemente metacrilato de metilo, N-metilolacrilamida, metacrilato de 2-hidroxietilo, ácido acrílico, metacrilato de glicidilo, cloruro de vinilideno, acetato de vinilo, 1-vinil-2-pirrolidinona, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno y 1-vinil-2-pirrolidinona.
Puede sintetizarse el perfluoroalquil-amidoalquil-alcohol de fórmula I haciendo reaccionar un ácido monocarboxílico C_{5}-C_{14} terminalmente insaturado lineal o su éster inferior con un aminoalcohol de fórmula III
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para formar una amida-alcanol de fórmula Ia
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haciendo reaccionar este producto intermedio etilénicamente insaturado con un R_{F}-yoduro usando un mecanismo que genera radicales libres; deshidrohalogenando luego este producto intermedio con un hidróxido de metal alcalino, en el que R_{F}, R_{2}, m y n son tal como se definieron anteriormente.
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Preferiblemente, se lleva a cabo la primera etapa de reacción sin un disolvente, calentando la mezcla a una temperatura de 40ºC a 180ºC durante un período de aproximadamente 1 a 5 horas. Se prefieren ácidos monocarboxílicos terminalmente insaturados lineales tales como ácido 4-pentenoico y ácido 10-undecenoico. En una segunda etapa, se hace reaccionar este producto intermedio etilénicamente insaturado con un R_{F}-yoduro usando un mecanismo que genera radicales libres. Entonces, se somete el producto intermedio a deshidrohalogenación usando un hidróxido de metal alcalino tal como hidróxido de sodio o potasio.
La adición de un R_{F}-yoduro a una olefina avanza rápidamente en presencia de un iniciador de radicales libres tal como un compuesto azo o peróxido a temperaturas de iniciación convencionales de 35 a 150ºC. Sin embargo, en presencia de pequeñas cantidades de disoluciones acuosas de iones sulfito, bisulfito o ditionato, la reacción avanza más rápido y proporciona conversiones altas.
Se describen con mayor detalle las condiciones de procesamiento generales para la adición de un R_{F}-yoduro a una olefina y la deshidrohalogenación posterior para preparar los compuestos de fórmula I de esta invención en la patente estadounidense n.º 5.919.299.
Si se desea, pueden estar presentes disolventes durante la reacción de adición de R_{F}-yoduro. Los ejemplos no limitativos incluyen cetonas tales como acetona, metiletilcetona o metilpropilcetona, ésteres tales como acetato de isopropilo, alcoholes tales como etanol o butanol, éteres tales como dioxano o di(2-hidroxietil)éter, hidrocarburos tales como tolueno u octano, amidas tales como dimetilformamida y lactamas tales como N-metilpirrolidona.
Generalmente, la deshidrohalogenación del producto de adición de R_{F}-yoduro se lleva a cabo en agua a de 50 a 100ºC haciendo reaccionar el aducto con una base inorgánica fuerte, tal como hidróxido de sodio o potasio o una base orgánica fuerte tal como 1,8-diazabiciclo(5.4.0)undec-7-eno (DBU) a lo largo de un período de varias horas. Se obtiene el producto en la fase no acuosa, que puede separarse y lavarse con agua. Puede eliminarse el disolvente; o puede aislarse el producto como una disolución permitiendo que se produzca una separación de fase limpia entre las fases acuosa y orgánica, seguido por el secado de la fase orgánica. El modo de aislamiento dependerá del producto específico. Se forman predominantemente olefinas trans, determinándose la razón cis/trans mediante RMN.
Pueden prepararse los monómeros de acrilato o metacrilato de fórmula II mediante la reacción de la R_{F}-amida-alcanol con cloruro de acriloílo o metacriloílo en presencia de una base tal como trietilamina para atrapar el cloruro de hidrógeno formado. Pueden utilizarse otros métodos tales como transesterificación usando un catalizador de estaño y otros procedimientos para sintetizar los ésteres de acrilato y metacrilato de fórmula II.
Los copolímeros según la invención se preparan mediante polimerización por radicales libres de las mezclas de monómeros descritas anteriormente en una emulsión acuosa o en un disolvente. Para la polimerización en emulsión, se usan comúnmente codisolventes solubles en agua para ayudar a la migración de los R_{F}-monómeros insolubles de otra manera a través de la fase acuosa. Los codisolventes útiles incluyen acetona y metanol. Los iniciadores de radicales libres adecuados incluyen compuestos azo y peróxidos solubles en agua, tales como persulfato de potasio. En otra variación de la polimerización en un medio acuoso, se emulsiona en primer lugar el monómero de R_{F} en agua usando un tensioactivo y un homogeneizador, seguido por la copolimerización con los otros monómeros.
Sin embargo, el método preferido para preparar los polímeros de esta invención es la polimerización en disolución. Disolventes útiles son cetonas tales como acetona, metilisobutilcetona y metiletilcetona, ésteres tales como acetato de isopropilo, alcoholes tales como metanol, etanol e isopropanol, e hidrocarburos aromáticos tales como tolueno.
Normalmente, se lleva a cabo la polimerización a temperaturas de desde aproximadamente 50 hasta 100ºC usando un iniciador de radicales libres, normalmente un compuesto azo o peróxido. Los iniciadores útiles incluyen peróxido de benzoílo, 1,2-azo-bis-isobutironitrilo (AIBN) y 1,2-azo-bis-(2-metilbutanonitrilo) (VAZO-67).
Puede estar presente un agente de transferencia de cadena, tal como un alquiltiol, en cantidades de desde el 0,01 hasta el 1 por ciento en moles.
Tras completarse la polimerización, se transforma fácilmente la disolución en una dispersión o disolución acuosa catiónica añadiendo una disolución acuosa de un ácido orgánico tal como ácido acético; y entonces eliminando por destilación el disolvente orgánico para proporcionar una dispersión o disolución que tiene convenientemente un contenido en sólidos de entre el 20% y el 40% en peso.
Los copolímeros fluoroquímicos preparados a partir de una mezcla de monómeros que comprende un monómero de (met)acrilato de fluoroalquilamidoalquilo de fórmula II según la invención son útiles como recubrimientos sobre sustratos porosos tales como papel y materiales textiles, o sobre sustratos duros tales como madera, metal o mampostería. En la industria del papel, su utilidad principal se basa en su capacidad para conferir resistencia a grasas y aceites al papel que se usa para el envasado de alimentos o para cualquier otro tipo de aplicación en la que se requiera resistencia a sustancias aceitosas.
Por tanto, otro aspecto de la presente invención se refiere a un método para conferir resistencia a grasas y aceites al papel, que comprende incorporar una cantidad de un copolímero según esta invención que es eficaz para conferir resistencia a grasas y aceites en el papel.
La aplicación del copolímero al papel puede ser o bien al papel seco a través de un procedimiento de recubrimiento por medio de una prensa encoladora (encolado de papel externo) o bien mediante la adición de una disolución o emulsión del copolímero a una pulpa acuosa (encolado de papel interno). El nivel de aplicación en cada caso está preferiblemente en el intervalo del 0,02 al 1% en peso del copolímero, basándose en el peso del papel seco o de la pulpa, que corresponde aproximadamente a la incorporación del 0,01 al 0,5% en peso de flúor en el papel o la pulpa.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un método para conferir resistencia al agua, grasas y aceites a materiales textiles, que comprende tratar la tela con del 0,2 al 1,0% en peso de un copolímero según esta invención que es eficaz para conferir resistencia al agua, grasas y aceites sobre los materiales textiles.
Los materiales textiles adecuados incluyen materiales celulósicos, especialmente algodón, poliamidas tales como nailon, lana y seda, poliésteres y poliolefinas y combinaciones de los mismos tales como combinaciones de algodón-poliéster. En una realización el material textil es una alfombra.
Todavía otro aspecto de la presente invención se refiere a un método para conferir resistencia a grasas y aceites a sustratos duros tales como madera, metal o mampostería, que comprende aplicar una cantidad de un copolímero según esta invención que es eficaz para conferir resistencia a grasas y aceites sobre la superficie del sustrato duro. Pueden aplicarse estas composiciones de copolímero fluoroquímico a base de agua a la superficie mediante cualquier modo conveniente tal como limpiando con una esponja o un paño, pintando con una brocha, pulverizando y otros medios.
Los siguientes ejemplos describen determinadas realizaciones de esta invención, pero la invención no se limita a las mismas. Debe entenderse que pueden realizarse numerosos cambios en las realizaciones dadas a conocer según la descripción en el presente documento sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. Por tanto, estos ejemplos no pretenden limitar el alcance de la invención. Por el contrario, el alcance de la invención debe determinarse sólo mediante las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes. En estos ejemplos, todas las partes proporcionadas son en peso a menos que se indique lo contrario.
Los ejemplos no limitativos ilustran cómo sintetizar los copolímeros de la invención y describen en detalle métodos de su aplicación a diversos sustratos. También demuestran las buenas prestaciones de los copolímeros sobre los diversos sustratos.
Ejemplo 1
Se sintetiza el perfluoroalquil-amidoalquil-alcohol de fórmula I mediante condensación de, por ejemplo ácido 10-undecenoico con una alcanolamina tal como etanolamina o propanolamina. El procedimiento general para la síntesis se proporciona a continuación.
Síntesis de un perfluoroalquil-amidoalquil-alcohol
En un matraz de tres bocas de 100 ml equipado con un agitador mecánico, un termómetro, un condensador de destilación, se ponen 20,2 g (0,107 moles) de ácido 10-undecenoico. Se calienta el matraz de reacción hasta 50ºC, seguido por la adición lenta de 9,8 g (0,16 moles) de etanolamina. Se aumenta lentamente la temperatura de reacción hasta 180ºC y se mantiene a esta temperatura durante 4 horas. Se sigue el avance de la reacción mediante cromatografía de gases. Tras 4 horas, se recogen 1,8 g (un 95% del valor teórico) de agua. Se enfría la mezcla de reacción hasta temperatura ambiente; se disuelve el producto de color tostado en etanol y entonces se vierte en agua. Se filtra el precipitado blanco de amida-alcanol obtenido, se lava con agua y se seca para proporcionar 24,0 g (rendimiento = 97%) de un polvo blanco.
^{1}H RMN \delta: 5,85 (m, 1H), 5,0 (m, 1H), 4,9 (m, 1H), 3,6 (t, 2H), 3,3 (m, 2H), 2,2 (2H), 2,1 (q, 2H), 1,6 (b, 2H), 1,4 (t, 2H), 1,35 (8H) ppm. ^{13}C RMN d: 173, 140, 115, 62, 43, 36, 34, 30, 29,8, 25 ppm.
A un matraz de tres bocas de 100 ml equipado con un agitador mecánico, un condensador y una entrada de purga de nitrógeno; se le añaden 10,0 g (44 mmoles) de amida-alcanol del punto anterior; 11 g de n-propanol, 5 g de agua y 27,0 g (44 mmoles) de Tel AN (Zonyl Tel AN de DuPont con una distribución homóloga del 53,0% de C_{8}F_{17}I, el 30,6% de C_{10}F_{21}I, el 11,7% de C_{12}F_{25}I, el 3,6% de C_{14}F_{29}I y el 1,0% de C_{16}F_{33}I). Se agita la mezcla a aproximadamente 74ºC. A la mezcla de reacción se le añaden 0,8 g (4,2 mmoles) de metabisulfito de sodio y 0,25 g (1,3 mmoles) de VAZO-67. Se sigue el avance de la reacción mediante cromatografía de gases. Tras 3 horas, no se detecta Tel AN. A aproximadamente 50ºC, se añaden lentamente 5,0 g de disolución de NaOH al 50% al contenido del matraz y se agita la mezcla a aproximadamente 70ºC. Tras 3 horas, la cromatografía de gases muestra que la deshidrohalogenación es completa. Se enfría la mezcla de reacción hasta 60ºC; entonces se añaden 15,0 g de tolueno y 10,0 g de agua. Tras detener la agitación, se retira la capa superior de producto y se lava dos veces con porciones de 20,0 g de agua. Se elimina el disolvente en un evaporador rotatorio. Entonces se seca el producto a alto vacío a 50ºC, para proporcionar el compuesto de fórmula (101)
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8
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como un sólido pegajoso de color crema que tiene un 48% en peso de flúor.
^{1}H RMN \delta: 6,4 (1H, m), 5,7 (1H, m), 3,6 (2H, m), 3,3 (2H, m), 2,2 (4H, m), 1,6 (2H, b), 1,4 (2H, b), 1,3 (8H) ppm. ^{13}C RMN d: 176, 117 (m), 144 (m), 110-120 (líneas múltiples, grupos CF_{3} y CF_{2}), 61, 26, 43, 37, 33, 30.2, 29,9, 27 ppm.
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Ejemplo 2 Síntesis de un acrilato de perfluoroalquil-amidoalquilo
En un matraz de tres bocas de 100 ml equipado con un agitador mecánico y un condensador; se ponen 8,45 g (11,8 mmoles) de alcohol sustituido con perfluoroalquilo (101); 30,0 ml de MIBK y 2,0 g (20 mmoles) de trietilamina. A la mezcla de reacción a 10ºC, bajo atmósfera de nitrógeno, se le añaden lentamente 1,5 g (16,6 mmoles) de cloruro de acriloílo en 5 ml de MIBK, y entonces se agita la mezcla de reacción a temperatura ambiente durante 5 horas. Entonces se añade una disolución de NaCl acuosa saturada y se deja sedimentar la mezcla. Se retira la capa superior que contiene el producto y entonces se lava una vez con 30,0 g de NaCl acuoso saturado. Se evapora el disolvente en un evaporador rotatorio a 65ºC y después a alto vacío para proporcionar 8,2 g (rendimiento = 94%) del compuesto de fórmula (102)
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9
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como un sólido de color marrón de fórmula (101) que tiene un 43% de flúor.
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Ejemplo 3
Se carga un matraz equipado con un condensador de reflujo, un termómetro y un agitador mecánico con 5,0 g (6,37 mmoles) del acrilato de perfluoroalquilo del ejemplo 2, 2,0 g (10,8 mmoles) de metacrilato de N,N-dietilaminoetilo, 0,2 g (3 mmoles) de metacrilato de metilo y 5,0 g de metilisobutilcetona. Se purga el matraz con nitrógeno y se añaden 0,1 g de VAZO-67. Se realiza la polimerización agitando la mezcla durante 5 horas a una temperatura de entre 74 y 78ºC. Entonces se añade a la mezcla de polimerización una disolución acuosa de ácido acético (0,1 g de ácido acético en 30 g de agua), y se agita la mezcla durante 15 minutos. Entonces se transfiere la mezcla a un matraz de fondo redondo y se elimina la metilisobutilcetona a vacío, dando como resultado una disolución de copolímero acuosa amarilla.
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Ejemplos 4 a 6
Se usa el procedimiento del ejemplo 3 para preparar los ejemplos 4 a 6, usando azobisisobutironitrilo como iniciador y las razones en peso del comonómero se enumeran a continuación.
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10
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Ejemplo 6
Se repite el procedimiento del ejemplo 3, usando 2,4 g de n-dodecilmercaptano como agente de transferencia de cadena.
El siguiente ejemplo muestra las prestaciones de los R_{F}-polímeros novedosos como colas de papel internas.
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Ejemplo 7
Se sometieron a prueba los compuestos de los ejemplos 3-6 tal como se describe a continuación.
Aplicación de cola interna y pruebas:
Se fabricaron placas de papel de 10 pulgadas de diámetro en una maquina de fabricación de placas de papel a pequeña escala, suministrada por la empresa CHINET. Esta maquina consiste en un elemento giratorio que porta tres boquillas unidas radialmente, una denominada "boquilla de formación" que en la etapa 1 se sumerge en la pulpa y a través de la cual se filtra la pulpa sobre la placa mediante vacío; tras un cuarto de revolución, la placa alcanza la etapa 2, una boquilla denominada "boquilla de vacío" que moldea y seca la placa por succión y calor, y en dos cuartos de revolución más alcanza dos boquillas más en cruceta que secan adicionalmente la placa con calor. La sequedad final de la placa se ve influida por la fuerza del vacío y las características de drenaje de la pulpa, y por las temperaturas de las diversas boquillas. Es deseable una sequedad mínima de al menos un 94% (es decir, un 6% de agua o menos), de lo contrario las placas de papel pierden resistencia a la humedad.
En los siguientes experimentos se usaron estas condiciones:
Parámetros de la maquina: placas de 10 pulgadas;
Sequedad objetivo: 95-96%; boquilla de vacío: 300ºF/1.XH: 385ºF/2.XH: 375ºF.
Extremo húmedo:
Pulpa suministrada por la empresa CHINET, 3 libras/ronda de ensayo, que contiene como extremo húmedo productos químicos, añadidos en intervalos de 40 s a la pulpa agitada, en el orden de adición:
Nalco 7607 - adyuvante de retención catiónica y coagulante (NALCO CHEM. Co.), 8 libras/ton;
Dímero de alquil-ceteno (AKD) repelente al agua (HERCULES Corp.), 6 libras/ton
la cola polimérica fluoroquímica: calculada para proporcionar un 0,1% en peso de F añadido;
Nalco 625-coagulante aniónico (NALCO CHEM. Co.), 1 libra/ton.
Pruebas: se llevaron a cabo dos pruebas:
Prueba de aceite caliente y solución salina caliente:
Procedimiento:
1.
Pesar la placa de papel.
2.
Verter o bien solución salina al 2% a 72ºC o bien aceite de maíz Mazola a 99ºC sobre la placa, suficiente para cubrir completamente la superficie.
3.
Tras 5 minutos, eliminar por vertido la disolución, limpiar la placa con toallitas de papel y volver a pesar.
4.
Calcular el % en peso de absorción y clasificar visualmente el grado de penetración (R):
R= 0 = >50%; 1 = 25-50%; 2 = <25%; 3 = ninguno.
El porcentaje de absorción es la medición más precisa de las prestaciones de retención superficial de agua/aceite.
Se sometieron a prueba las placas acabadas "fuera de la maquina", es decir, poco después de fabricarlas y tras 24 horas.
Se determinó la sequedad de las placas "fuera de la maquina" gravimétricamente.
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Los resultados de la prueba se muestran en la siguiente tabla.
11
Los resultados demuestras prestaciones de retención superficial de agua y aceite superiores a dos niveles diferentes de flúor.
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Ejemplo 8
El siguiente ejemplo muestra la utilidad de los copolímeros novedosos como colas de papel externas.
Aplicación de cola externa
Se añaden las disoluciones de prueba neutralizadas a una disolución acuosa al 4% de almidón del fabricante de papel (Stayco M, almidón oxidado, de Staley Corp.) y entonces se aplican a papel no encolado mediante relleno (papel empapado con la disolución de almidón, y se hace pasar a través de rodillos de única línea de contacto). Se secan las hojas resultantes a condiciones ambientales durante 15 minutos, luego 3 minutos a 200ºF (97ºC) en un "secador a velocidad Emerson" (placa de metal calentada con cubierta de lona).
Pruebas de resistencia a grasas y aceites Prueba de kit de aceite
Se determina la repelencia al aceite de la superficie usando la prueba de kit de aceite TAPPI UM 557, que consiste en determinar con cuál de las doce mezclas de aceite de ricino-heptano-tolueno que tienen tensiones de superficie decrecientes se produce la penetración en el plazo 15 segundos; las clasificaciones van desde 1, el más bajo, hasta 12.
Prueba de Ralston-Purina (RP2)
Se determina la resistencia a grasaa con la prueba de Ralston-Purina para materiales de alimentos para mascotas; prueba RP-2, Ralston-Purina Company, Packaging Reference Manual volumen 06, métodos de prueba. En resumen: se colocan papeles de prueba plegados transversalmente sobre una hoja cuadriculada impresa con 100 cuadrados. Se colocan cinco gramos de arena en el centro del pliegue. Se pipetea una mezcla de aceite sintético y un colorante para la visualización sobre la arena y se mantienen las muestras a 60ºC durante 24 horas. Se determinan las clasificaciones mediante el porcentaje de segmentos de cuadrícula teñidos, usando al menos dos muestras.
Prueba de trementina, según TAPPI T454 om-94, una prueba preliminar para determinar clasificaciones en las que puede esperarse que el aceite o la grasa penetren en el papel.
Pruebas de resistencia al agua y alcohol Prueba de cola de Cobb
Se determina la resistencia al agua usando la prueba de encolado de Cobb, tal como se describe en TAPPI T 441 om-90.
Prueba de resistencia a IPA
En esta prueba se colocan gotas de mezclas de agua-isopropanol sobre papel, y tras 3 minutes se monitoriza el lado inferior del papel para detectar penetración; si no se ha producido penetración, se aplica una mezcla con el siguiente contenido en IPA superior. La clasificación se basa en el % en peso más alto de IPA que no penetra. Las clasificaciones se basan en incrementos de IPA del 5%. Los resultados se muestran en la siguiente tabla.
12

Claims (25)

1. Alcohol de fórmula I,
13
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.
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2. Alcohol según la reivindicación 1, en el que R_{F} está saturado y contiene de 6 a 18 átomos de carbono, está completamente fluorado y contiene al menos un grupo perfluorometilo terminal.
3. Alcohol según la reivindicación 1, en el que R_{F} es una cadena de carbono lineal, completamente fluorada con un promedio de aproximadamente 4 a 16 átomos de carbono, R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 2 átomos de carbono, n es un número entero desde 5 hasta 10, y m es un número entero desde 2 hasta 6.
4. Alcohol según la reivindicación 3, en el que R_{F} es una cadena de carbono lineal, completamente fluorada con un promedio de aproximadamente 4 a 16 átomos de carbono, R_{2} es hidrógeno, n es 8, y m es un número entero desde 2 hasta 3.
5. Procedimiento para la preparación de un alcohol según la reivindicación 1, que comprende
a) hacer reaccionar un ácido monocarboxílico C_{5}-C_{14} terminalmente insaturado lineal o su éster inferior con un aminoalcohol de fórmula III
14
para formar una amida-alcanol de fórmula Ia
15
b) hacer reaccionar el producto intermedio etilénicamente insaturado de fórmula Ia con un R_{F}-yoduro usando un mecanismo que genera radicales libres; y entonces
c) deshidrohalogenar el producto intermedio de la etapa b) con hidróxido de metal alcalino,
en el que R_{F}, R_{2}, m y n son tal como se definieron en la reivindicación 1.
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6. Éster de acrilato o metacrilato de fórmula II
16
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es hidrógeno o metilo,
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11.
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7. Éster según la reivindicación 6, en el que R_{F} es una cadena de carbono lineal, completamente fluorada con un promedio de aproximadamente 4 a 16 átomos de carbono, R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con de 1 a 2 átomos de carbono, n es un número entero desde 5 hasta 10, y m es un número entero desde 2 hasta 6.
8. Copolímero que comprende monómeros copolimerizados en los siguientes porcentajes en peso, en relación con el peso total del copolímero:
a) un 45-90% en peso de un monómero de fórmula II
17
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es H o CH_{3},
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11; y
b) un 5-30% en peso de un monómero de fórmula III
(III)(R_{2})_{2}N-(CH_{2})_{k}-X_{1}-C(=O)-C(R_{1})=CH_{2}
en la que el átomo de nitrógeno esta parcial o completamente cuaternizado o en forma de una sal y
X_{1} es O o N(R_{2}) y en la que
R_{1} y R_{2} se definen tal como anteriormente, cada R_{2} es igual o diferente, y
k es de 2 a 4; y
c) un 0-10% en peso de al menos un monómero de vinilo no fluorado copolimerizable.
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9. Copolímero según la reivindicación 8, en el que d) es cero.
10. Copolímero según la reivindicación 8, en el que los monómeros se copolimerizan en los siguientes porcentajes en peso, en relación con el peso total de los copolímeros:
a) un 65-85% en peso; b) un 5-30% en peso y c) un 0-10% en peso.
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11. Copolímero según la reivindicación 8, en el que R_{F} es una cadena de carbono lineal, completamente fluorada con un promedio de aproximadamente 4 a 16 átomos de carbono, R_{2} es hidrógeno o un grupo alquilo con 1 a 2 átomos de carbono, n es un número entero desde 5 hasta 10, y m es un número entero desde 2 hasta 6.
12. Copolímero según la reivindicación 8, en el que el monómero de fórmula III se selecciona del grupo que consiste en (met)acrilato de N,N-dimetilaminoetilo; (met)acrilato de N,N-dietilaminoetilo; N,N-dimetilaminopropilmetacrilamida y metacrilato de N-terc-butilaminoetilo y sus sales.
13. Copolímero según la reivindicación 8, en el que el monómero de vinilo no fluorado copolimerizable se selecciona del grupo que consiste en estireno, metacrilato de metilo, N-metilolacrilamida, metacrilato de 2-hidroxietilo, ácido acrílico, metacrilato de glicidilo, cloruro de vinilideno, acetato de vinilo, 1-vinil-2-pirrolidinona, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, cloruro de vinilo.
14. Procedimiento para la preparación del copolímero según la reivindicación 8, que comprende hacer reaccionar
a) un 45-90% en peso de un monómero de fórmula II
18
en la que
R_{F} es un grupo perfluoroalquilo de cadena lineal o ramificada que contiene de 4 a 20 átomos de carbono,
R_{1} es H o CH_{3},
R_{2} es H o un grupo alquilo con de 1 a 4 átomos de carbono, y
m y n son, independientemente entre sí, un número entero desde 2 hasta 11; y
b) un 5-30% en peso de un monómero de fórmula III
(III)(R_{2})_{2}N-(CH_{2})_{k}-X_{1}-C(=O)-C(R_{1})=CH_{2}
en la que el átomo de nitrógeno esta parcial o completamente cuaternizado o en forma de una sal y
X_{1} es O o N(R_{2}) y en la que
R_{1} y R_{2} se definen tal como anteriormente, cada R_{2} es igual o diferente, y
k es de 2 a 4; y
c) un 0-10% en peso de al menos un monómero de vinilo no fluorado copolimerizable, y, opcionalmente,
un agente de transferencia de cadena, en presencia de un iniciador de radicales libres.
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15. Método para conferir resistencia a grasas y aceites al papel, que comprende incorporar una cantidad de un copolímero según la reivindicación 8 que es eficaz para conferir resistencia a grasas y aceites al papel.
16. Método según la reivindicación 15, en el que se aplica el copolímero a papel seco a través de un procedimiento de recubrimiento en una prensa encoladora o mediante la adición del copolímero a una pulpa acuosa.
17. Método según la reivindicación 15, en el que se aplica del 0,02 al 1% en peso del copolímero, basándose en el peso seco del papel o de la pulpa.
18. Método para conferir características de eliminación de manchas y antisuciedad a un material textil, que comprende tratar el material textil con una cantidad de un copolímero según la reivindicación 8 que es eficaz para conferir características de eliminación de manchas y antisuciedad al mismo.
19. Método según la reivindicación 18, en el que el material textil se trata con del 0,02 al 1% en peso del copolímero, basándose en el peso del material textil seco.
20. Método según la reivindicación 18, en el que el material textil es una alfombra.
21. Papel o pulpa resistente a grasas y aceites que comprende del 0,02 al 1% en peso de un copolímero según la reivindicación 8.
22. Material textil, que comprende del 0,02 al 1% en peso de un copolímero según la reivindicación 8.
\newpage
23. Material textil según la reivindicación 22, que se selecciona del grupo que consiste en materiales celulósicos, poliamidas, poliésteres y poliolefinas y combinaciones de los mismos.
24. Material textil según la reivindicación 23, que se selecciona del grupo que consiste en algodón, nailon, lana, seda y combinaciones de algodón-poliéster.
25. Método para conferir resistencia a grasas y aceites a sustratos duros, que comprende aplicar una cantidad de un copolímero según la reivindicación 8 que es eficaz para conferir resistencia a grasas y aceites sobre la superficie del sustrato duro.
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