PT1557489E - Surface coatings - Google Patents
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Abstract
Description
ΕΡ 1 557 489/ΡΤΕΡ 1 557 489 / ΡΤ
DESCRIÇÃO "Revestimentos de superfícies" O invento presente refere-se ao revestimento de superfícies, em particular ao fabrico de superfícies impermeáveis ao óleo e à água, bem como aos artigos revestidos obtidos com elas.DESCRIPTION " Surface Coatings " The present invention relates to the coating of surfaces, in particular to the manufacture of oil and water impermeable surfaces, as well as to the coated articles obtained therewith.
Os tratamentos impermeáveis ao óleo e à água para uma grande variedade de superfícies são de utilização comum. Por exemplo, pode ser desejável comunicar essas propriedades a superfícies sólidas, tais como metal, vidro, cerâmica, papel, polímeros etc., de maneira a melhorar as suas propriedades de conservação, ou para evitar ou impedir a sujidade.Oil and water impermeable treatments for a wide variety of surfaces are in common use. For example, it may be desirable to communicate such properties to solid surfaces, such as metal, glass, ceramics, paper, polymers etc., in order to improve their preservation properties, or to prevent or prevent dirt.
Um substrato particular, que exige esses revestimentos, consiste em tecidos, em particular para aplicações em vestuário de exterior, roupa desportiva e roupa de passeio e em aplicações militares. 0 seus tratamentos geralmente exigem a incorporação de um fluoropolímero dentro ou mais particularmente, fixado por cima da superfície do tecido para vestuário. 0 grau de impermeabilidade ao óleo ou à água é função do número e comprimento dos grupos de fluorocarbonos ou partes que podem ser colocados dentro do espaço disponível. Quanto maior for a concentração dessas partes, maior é a impermeabilização do acabamento.A particular substrate, which requires such coatings, consists of fabrics, in particular for applications in outdoor clothing, sportswear and leisure clothing and in military applications. Their treatments generally require the incorporation of a fluoropolymer into or more particularly attached above the surface of the garment fabric. The degree of oil or water tightness is a function of the number and length of fluorocarbon groups or parts that may be placed within the space available. The higher the concentration of these parts, the greater the waterproofing of the finish.
Além disso, contudo, os compostos poliméricos têm de ser capazes de formar ligações duráveis com o substrato. Os tratamentos dos têxteis impermeáveis ao óleo e à água são geralmente baseados em fluoropolímeros que são aplicados ao tecido na forma de uma emulsão aquosa. 0 tecido mantém-se respirável e permeável ao ar dado que o tratamento reveste simplesmente as fibras com uma película muito fina, impermeável a líquidos. A fim de tornar duráveis esses acabamentos, eles são algumas vezes aplicados em conjunto com resinas de ligações transversais que fixam o tratamento de fluoropolímero às fibras. Embora desta maneira possam ser obtidos bons níveis de durabilidade relativamente à lavagem e limpeza a seco, as resinas de ligações transversais podem estragar seriamente as fibras celulósicas e reduzir a 2 ΕΡ 1 557 489/ΡΤ resistência mecânica do material. Os métodos químicos para o fabrico de têxteis impermeáveis ao óleo e à água são apresentados por exemplo na patente WO 97/13024 e na patente Britânica n.° 1 102 893 ou no livro de M. Lewin e outros, "Handbook of Fibre Science and Technology" Mareei and Decker Inc., New York (1984) Vol 2, Parte B Capitulo 2.In addition, however, the polymeric compounds must be capable of forming durable bonds with the substrate. The treatments of oil and water impermeable textiles are generally based on fluoropolymers which are applied to the fabric in the form of an aqueous emulsion. The fabric remains breathable and air permeable since the treatment simply coats the fibers with a very thin, liquid impermeable film. In order to render these finishes durable, they are sometimes applied in conjunction with crosslink resins which attach the fluoropolymer treatment to the fibers. While good durability for washing and dry cleaning can be achieved in this manner, the crosslink resins can severely degrade the cellulosic fibers and reduce the mechanical strength of the material. Chemical methods for the manufacture of oil and water impermeable textiles are shown for example in WO 97/13024 and in British Patent No. 1 102 893 or in the book by M. Lewin et al., &Quot; Handbook of Fiber Science and Technology " Mareei and Decker Inc., New York (1984) Vol 2, Part B Chapter 2.
As técnicas de deposição por plasma têm sido muito usadas para a deposição de revestimentos poliméricos sobre uma gama de superfícies. Esta técnica é reconhecida como sendo uma técnica limpa, seca que cria pouco desperdício em comparação com os métodos químicos húmidos convencionais. Usando este método, os plasmas são gerados a partir de pequenas moléculas orgânicas, que são submetidas a um campo eléctrico ionizante num ambiente de baixa pressão. Quando isto é feito na presença de um substrato, os iões, radicais e moléculas excitadas do composto no plasma polimerizam na fase de gás e reagem com uma película crescente de polímero no substrato. A síntese convencional do polímero tende a produzir estruturas contendo unidades de repetição que apresentam uma forte parecença com as espécies de monómero, atendendo a que a rede de polímeros gerada usando um plasma pode ser extremamente complexa. O sucesso ou não da polimerização por plasma depende de um número de factores, incluindo a natureza do composto orgânico. Oxigénio reactivo contendo compostos tais como o anidrido maleico, já tem sido anteriormente submetido à polimerização por plasma (Chem. Mater. Vol. 8, 1, 1996). A patente US n.° 5 328 576 descreve o tratamento de tecidos ou superfícies de papel para lhes comunicar propriedades de impermeabilização a líquidos submetendo as superfícies a um tratamento prévio com um plasma de oxigénio, seguido de uma polimerização de metano por plasma.Plasma deposition techniques have been widely used for the deposition of polymer coatings on a range of surfaces. This technique is recognized as being a clean, dry technique which creates little waste compared to conventional wet chemical methods. Using this method, the plasmas are generated from small organic molecules, which are subjected to an ionizing electric field in a low pressure environment. When this is done in the presence of a substrate, excited ions, radicals and molecules of the compound in the plasma polymerize in the gas phase and react with an increasing polymer film on the substrate. Conventional synthesis of the polymer tends to produce structures containing repeating units which show a strong resemblance to the monomer species, given that the polymer network generated using a plasma can be extremely complex. The success or otherwise of plasma polymerization depends on a number of factors, including the nature of the organic compound. Reactive oxygen containing compounds such as maleic anhydride, has previously been subjected to plasma polymerization (Chem. Mater. Vol. 8, 1, 1996). U.S. Patent No. 5,328,576 describes the treatment of paper fabrics or surfaces to impart liquid sealing properties by subjecting the surfaces to pretreatment with an oxygen plasma followed by plasma methane polymerization.
Contudo, a polimerização por plasma dos desejáveis fluorocarbonos impermeáveis ao óleo e à água tem-se revelado mais difícil de conseguir. Foi relatado que os fluorocarbonos cíclicos submetem-se à polimerização por plasma mais facilmente que os seus homólogos acíclicos (H. Yasuda e outros, J. Polym. Sei., Polym. Chem. Ed., 1977, 15, 2411). 3 ΕΡ 1 557 489/ΡΤHowever, plasma polymerization of the desirable oil and water impermeable fluorocarbons has proved more difficult to achieve. Cyclic fluorocarbons have been reported to undergo plasma polymerization more readily than their acyclic counterparts (H. Yasuda et al., J. Polym. Sci, Polym. Chem. Ed., 1977, 15, 2411). 3 Ε 1 557 489 / ΡΤ
Foi relatada a polimerização por plasma de monómeros de perfluorociclohexano substituído por trifluorometilo (A. M. Hynes e outros, Macromolecules, 1996, 29, 18-21).Plasma polymerization of trifluoromethyl substituted perfluorocyclohexane monomers has been reported (A. M. Hynes et al., Macromolecules, 1996, 29, 18-21).
Um processo no qual os têxteis são submetidos a uma descarga de plasma na presença de um gás inerte e subsequentemente expostos a um monómero acrílico contendo flúor é descrito na patente SU-1158-634. Um processo semelhante para a deposição de uma protecção de acrilato de fluoroalquilo num substrato sólido é descrito no pedido de patente Europeia n.° 0 049 884. O pedido de patente Japonesa n.° 816773 descreve a polimerização por plasma de compostos incluindo acrilatos com fluoro-substituído. Nesse processo, uma mistura de compostos de acrilatos com fluoro-substituído e de um gás inerte é submetida a uma descarga incandescente. A patente US 5 041 304 descreve a polimerização por plasma de alcenos parcialmente fluorados e alcanos e cicloalcanos perfluorados à pressão atmosférica por descarga incandescente de uma mistura de gases, que contém um gás inerte. Os compostos mencionados incluem, por exemplo, fluoropropileno, difluoropropileno, etc., difluorobuteno, trifluorobuteno, etc., mas são preferidos os compostos perfluorados como o hexafluoropropileno e octafluorocicaobutano.A process in which the textiles are subjected to a plasma discharge in the presence of an inert gas and subsequently exposed to a fluorine-containing acrylic monomer is described in SU-1158-634. A similar process for the deposition of a fluoroalkyl acrylate coating on a solid substrate is described in European Patent Application 0 049 884. Japanese Patent Application No. 816773 discloses the plasma polymerization of compounds including fluoro acrylates -substituted. In that process, a mixture of acrylate compounds with fluoro-substituted and an inert gas is subjected to an incandescent discharge. US 5 041 304 describes plasma polymerization of partially fluorinated alkenes and alkanes and cycloalkanes perfluorinated at atmospheric pressure by incandescent discharge of a gas mixture containing an inert gas. The mentioned compounds include, for example, fluoropropylene, difluoropropylene, etc., difluorobutene, trifluorobutene, etc., but preferred are perfluorinated compounds such as hexafluoropropylene and octafluorocycobutane.
Os requerentes descobriram um método melhorado de produção de revestimentos de halo-polímero que são impermeáveis à água e/ou ao óleo sobre as superfícies.Applicants have discovered an improved method of producing halo-polymer coatings which are impermeable to water and / or oil on the surfaces.
De acordo com o presente invento é proporcionado um método de revestimento de surperfície com uma camada de polímero impermeável ao óleo e à água, em que o método compreende a exposição da dita superfície a um plasma pulsado compreendendo um composto da fórmula (I) CH2 = CH-R5(I) onde R5 é um grupo per-halo-alquilo C6-20.According to the present invention there is provided a surface coating method with an oil-impermeable polymer layer and water, the method comprising exposing said surface to a pulsed plasma comprising a compound of the formula (I) CH-R 5 (I) wherein R 5 is a perhaloC 6-20 alkyl group.
Como utilizado aqui o termo "halo" ou "de halogéneo" refere-se ao flúor, cloro, bromo e iodo. Em particular, 4As used herein the term " halo " or " halogen " refers to fluoro, chloro, bromo and iodo. In particular, 4
ΕΡ 1 557 489/PT grupos halo preferidos são os fluoro. De preferência, R5 é um grupo de perf luoralquilo de fórmula CmF2m+i, onde m é um inteiro de 6 a 12, tal como 8 ou 10. O termo a hidrocarboneto inclui os grupos alquilo, alcenilo ou arilo. O termo "arilo" refere-se a grupos cíclicos aromáticos, tais como fenilo ou naftilo, em particular fenilo. O "alquilo" refere-se às cadeias lineares ou ramificadas de átomos de carbono, adequadamente até 20 átomos de carbono de comprimento. O termo "alcenilo" refere-se a cadeias insaturadas lineares ou ramificadas tendo adequadamente 2 a 20 átomos de carbono.Preferred halo groups are fluoro. Preferably, R5 is a perfluoroalkyl group of the formula CmF2m + i, where m is an integer from 6 to 12, such as 8 or 10. The term the hydrocarbon includes the alkyl, alkenyl or aryl groups. The term " aryl " refers to aromatic cyclic groups, such as phenyl or naphthyl, in particular phenyl. &Quot; alkyl " refers to the straight or branched chains of carbon atoms, suitably up to 20 carbon atoms in length. The term " alkenyl " refers to unsaturated straight or branched chains having suitably 2 to 20 carbon atoms.
Os compostos monoméricos em que as cadeias compreendem grupos alquilo ou alcenilo não substituídos são adequados para a produção de revestimentos que são impermeáveis à água. Substituindo, pelo menos, alguns dos átomos de halogénio a impermeabilização ao óleo pode ser conferida pelo revestimento.Monomeric compounds in which the chains comprise unsubstituted alkyl or alkenyl groups are suitable for the production of coatings which are impermeable to water. Substituting at least some of the halogen atoms for oil sealing may be provided by the coating.
Os plasmas adequados para uso no método do invento incluem plasmas não equilibrados tais como os criados por frequências rádio (Rf), microondas ou corrente contínua (DC). Eles podem operar com pressões atmosféricas ou sub-atmosféricas como é bem conhecido na arte. O plasma pode compreender somente o composto monomérico, na ausência de outros gases ou misturado por exemplo com um gás inerte. Plasmas consistindo somente do composto monomérico podem ser conseguidos como mostrado a seguir, descarregando primeiro o recipiente do reactor até onde for possível, e depois purgando o recipiente do reactor com o composto orgânico durante um período suficiente para garantir que o recipiente está substancialmente livre de outros gases.Plasmas suitable for use in the method of the invention include unbalanced plasmas such as those created by radio frequency (Rf), microwave or DC (direct current) frequencies. They may operate at atmospheric or sub-atmospheric pressures as is well known in the art. The plasma may comprise only the monomeric compound, in the absence of other gases or mixed for example with an inert gas. Plasmas consisting solely of the monomeric compound can be achieved as shown below by first discharging the reactor vessel to the extent possible, and then purging the reactor vessel with the organic compound for a period sufficient to ensure that the vessel is substantially free of other gases.
Todos os compostos de fórmula (I) são compostos conhecidos ou os mesmos podem ser preparados a partir de compostos conhecidos utilizando métodos convencionais. A superfície revestida de acordo com o invento pode ser de qualquer substrato sólido, tal como tecidos, metal, vidro, cerâmica, papel ou polímeros. Em particular, a superfície 5All compounds of formula (I) are known compounds or they may be prepared from known compounds using conventional methods. The coated surface according to the invention may be any solid substrate, such as fabrics, metal, glass, ceramics, paper or polymers. In particular, surface 5
ΕΡ 1 557 489/PT compreende um substrato tecido tal como um tecido celulósico, ao qual deve ser aplicada a impermeabilização ao óleo e/ou água. Em alternativa, o tecido pode ser um tecido sintético tal como um tecido de nylon/acrilico. 0 tecido pode não ser tratado ou pode ter sido submetido a anteriores tratamentos. Por exemplo, tem sido constatado que o tratamento de acordo com o invento pode aumentar a impermeabilidade à água e conferir um acabamento com boa impermeabilidade ao óleo a um tecido que já tenha um acabamento de silicone o qual é só impermeável à água.And comprises a woven substrate such as a cellulosic fabric to which oil and / or waterproofing is to be applied. Alternatively, the fabric may be a synthetic fabric such as a nylon / acrylic fabric. The tissue may not be treated or may have undergone previous treatments. For example, it has been found that the treatment according to the invention can increase water impermeability and impart a good oil-impermeable finish to a fabric which already has a silicone finish which is only impermeable to water.
As condições exactas em que tem lugar a polimerização por plasma de uma maneira eficiente irão variar dependendo de factores como a natureza do polímero, do substrato, etc., e serão determinadas usando métodos e/ou técnicas de rotina ilustradas a seguir. Em geral, a polimerização é convenientemente efectuada, usando vapores de compostos da fórmula (I) com pressões de 0,01 a 10 mbar, apropriadamente cerca de 0,2 mbar.The exact conditions in which the plasma polymerization takes place in an efficient manner will vary depending upon such factors as the nature of the polymer, the substrate, etc., and will be determined using routine methods and / or techniques illustrated below. In general, the polymerization is conveniently carried out using vapors of compounds of formula (I) at pressures of from 0.01 to 10 mbar, suitably about 0.2 mbar.
Uma descarga incandescente é então desencadeada pela aplicação de uma tensão de alta frequência, por exemplo, de 13,56 MHz.An incandescent discharge is then triggered by the application of a high frequency voltage, for example 13.56 MHz.
Os campos aplicados têm convenientemente uma potência média de até 50 W. As condições adequadas incluem campos contínuos, embora os campos pulsados sejam melhores. As pulsações são aplicadas numa sequência que produz potências médias muito baixas, por exemplo, de menos de 10 W e, de preferência, menos de 1 W. Os exemplos tais frequências são as em que a corrente está ligada durante 20 ps e desligada durante desde 1 000 ps até 20 000 ps.The applied fields conveniently have an average power of up to 50 W. Suitable conditions include continuous fields, although the pulsed fields are better. Pulses are applied in a sequence which produces very low average powers, for example less than 10 W and preferably less than 1 W. Examples such frequencies are those in which the current is switched on for 20 ps and switched off for 1 000 ps to 20 000 ps.
Os campos são convenientemente aplicados durante um período suficiente para dar o revestimento desejado. Em geral, isto será de 30 segundos a 20 minutos, de preferência, de 2 a 15 minutos, dependendo da natureza do composto da fórmula (I) e do substrato, etc. A polimerização por plasma dos compostos da fórmula (I), particularmente a potências médias baixas tem sido constatada 6 ΕΡ 1 557 489/ΡΤ resultar na deposição de revestimentos altamente fluorados que exibem uma super impermeabilidade à água. Além disso, um alto nível de retenção estrutural do composto da fórmula (I) ocorre na camada do revestimento, o que pode ser atribuído à polimerização directa do monómero alceno, por meio da sua dupla ligação altamente sensível.The fields are conveniently applied for a period sufficient to give the desired coating. In general, this will be from 30 seconds to 20 minutes, preferably from 2 to 15 minutes, depending on the nature of the compound of formula (I) and the substrate, etc. Plasma polymerization of the compounds of formula (I), particularly at low average potencies, has been found to result in the deposition of highly fluorinated coatings exhibiting super water impermeability. In addition, a high level of structural retention of the compound of formula (I) occurs in the coating layer, which can be attributed to the direct polymerization of the alkene monomer, by means of its highly sensitive double bond.
Devido ao composto de fórmula (I) incluir uma ponta ou porção perfluoroalquilada, o processo do invento pode ter propriedades de superfície de impermeabilidade ao óleo bem como à água.Because the compound of formula (I) includes a perfluoroalkylated tip or portion, the process of the invention may have oil and water impermeability surface properties.
Assim, o invento fornece ainda um substrato com impermeabilidade à água e/ou ao óleo que compreende um substrato compreendendo um revestimento de um polímero halo-alquilo que foi aplicado pelo método descrito acima. Em particular, os substratos são tecidos mas podem ser materiais sólidos tais como dispositivos biomédicos. 0 invento será agora particularmente descrito por meio de exemplo, com referência aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais: a Fig. 1 mostra um diagrama do aparelho usado para efectuar a deposição por plasma; a Fig. 2 é um gráfico mostrando as características de uma polimerização por plasma de onda contínua de 1H, 1H, 2H-perfluor-l-deceno; a Fig. 3 é um gráfico mostrando as características de polimerização por plasma pulsado de 1H, 1H, 2H-perfluor-1-dodeceno a 50 W Pp, Ton = 20 ps e Toff = 10000 ps durante 5 minutos; e a Fig. 4 é um gráfico mostrando as características de uma polimerização por plasma (a) contínua e (b) pulsada de 1H, 1H, 2H, 2H-acrilato de heptadecafluorodecilo. 7 ΕΡ 1 557 489/ΡΤThus, the invention further provides a substrate with water and / or oil impermeability which comprises a substrate comprising a coating of a haloalkyl polymer which has been applied by the method described above. In particular, the substrates are woven but may be solid materials such as biomedical devices. The invention will now be particularly described by way of example, with reference to the accompanying schematic drawings, in which: Fig. 1 shows a diagram of the apparatus used to effect plasma deposition; Fig. 2 is a graph showing the characteristics of a 1H, 1H, 2H-perfluoro-1-decene continuous wave plasma polymerization; Fig. 3 is a graph showing the pulsed plasma polymerization characteristics of 1H, 1H, 2H-perfluoro-1-dodecene at 50 W Pp, Ton = 20 ps and Toff = 10000 ps for 5 minutes; and Fig. 4 is a graph showing the characteristics of a continuous (a) and (b) pulsed plasma polymerization of 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl acrylate. 7 Ε 1 557 489 / ΡΤ
Exemplo 1Example 1
Polimerização por plasma de Alceno 1H, 1H, 2H-perf luoro-l-dodeceno (CioF2iCH=CH2) (Fluorochem F06003, 97% de pureza) foi colocado dentro do tubo do monómero (I) (Fig. 1) ainda mais purificado usando ciclos de congelação e descongelação. Uma série de experiências de polimerização por plasma foi executada num recipiente reactor de plasma cilíndrico ligado por indução (2) de 5 cm de diâmetro, 470 cm3 de volume, pressão base de 7xlCT3 mbar, e com uma velocidade de escoamento superior a 2xlCT3 cm3min_1. O recipiente de reactor (2) foi ligado por meio de um anel tórico "viton" (3) a uma entrada de gás (4) e a uma válvula de agulha (5) ao tubo de monómero (1).Alkene 1H, 1H, 2H-perfluoro-1-dodecene (CioF2 CH2 = CH2) (Fluorochem F06003, 97% purity) plasma polymerization was placed into the further purified monomer tube (I) (Fig. 1) using freezing and thawing cycles. A series of plasma polymerization experiments were performed in an induction-connected (5) cylindrical plasma reactor vessel 4 cm 3 by volume, base pressure of 7 × 1 3 mbar, and with a flow rate of greater than 2 × 1 3 cm 3 min -1. The reactor vessel (2) was connected by means of a " viton " (3) to a gas inlet (4) and a needle valve (5) to the monomer tube (1).
Um par termoeléctrico medidor de pressão (6) foi ligado por meio de uma torneira de Young (7) ao recipiente reactor (2) . Uma outra torneira de Young (8) foi ligada ao fornecimento de ar e uma terceira (9) conduz a uma bomba rotativa de Edwards de dois andares E2M2 (não mostrada) por meio de um sifão frio de azoto liquido (10). Todas as ligações estavam isentas de gordura.A pressure gauge thermocouple (6) was connected by a Young tap (7) to the reactor vessel (2). Another Young's tap 8 has been connected to the air supply and a third 9 leads to a two-stage Edwards rotary pump E2M2 (not shown) by means of a cold liquid nitrogen siphon (10). All connections were fat free.
Uma junção L-C (11) e um medidor de potência (12) foram usados para ligar a saída de um gerador de frequência rádio de 13,56 MHz (13), o qual foi ligado a uma alimentação de energia (14), às bobinas de cobre (15) envolvendo o recipiente do reactor (2) . Esta disposição garantiu que a relação de ondas estacionária (SWR) da energia transmitida ao gás parcialmente ionizado no recipiente do reactor (2) pudesse ser minimizada. Para a deposição de plasma pulsado, foi usado um gerador de sinal pulsado (16) para disparar o fornecimento de energia da rádio frequência, e um osciloscópio de raios catódicos (17) foi usado para controlar a largura e a amplitude da pulsação. A energia média <P> fornecida ao sistema durante a pulsação é dada pela seguinte fórmula: — Pcw {Ton/ (T0n + T0ff) } 8 ΕΡ 1 557 489/ΡΤ onde Ton/ (Ton + Toff) é definido como o ciclo de serviço e Pcw é a energia média da onda continua. A fim de executar as reacções de polimerização/deposição o recipiente reactor (2) foi limpo mergulhando-o de um dia para o outro num banho de lixivia clorada, depois esfregando com detergente e finalmente enxaguando com álcool isopropilo seguido de secagem em forno. 0 recipiente reactor (2) foi então incorporado no conjunto como mostrado na Fig. 1 e ainda limpo com um plasma de ar 50 W durante 30 minutos. A seguir o recipiente reactor (2) foi ventilado ao ar e o substrato a ser revestido (19), neste caso uma lâmina de vidro, foi colocado no centro da câmara definida pelo recipiente reactor (2) numa placa de vidro (18). A câmara foi depois evacuada para a pressão base (7,2 x 1CT3 mbar) .An LC junction 11 and a power meter 12 were used to connect the output of a 13.56 MHz radio frequency generator 13 which was connected to a power supply 14 to the coils of copper (15) surrounding the reactor vessel (2). This arrangement ensured that the steady-wave ratio (SWR) of the energy transmitted to the partially ionised gas in the reactor vessel (2) could be minimized. For pulsed plasma deposition, a pulsed signal generator (16) was used to trigger the radio frequency energy supply, and a cathode ray oscilloscope (17) was used to control the pulse width and amplitude. The mean energy < P > supplied to the system during pulsation is given by the following formula: - Pcw {Ton / (T0n + T0ff)} 8 ΕΡ 1 557 489 / ΡΤ where Ton / (Ton + Toff) is defined as the service cycle and Pcw is the energy continuous wave mean. In order to carry out the polymerization / deposition reactions the reactor vessel (2) was cleaned by immersing it overnight in a chlorinated bleach bath, then wiping with detergent and finally rinsing with isopropyl alcohol followed by oven drying. The reactor vessel (2) was then incorporated into the assembly as shown in Fig. 1 and further cleaned with a 50 W air plasma for 30 minutes. The reactor vessel 2 was then air-vented and the substrate to be coated 19, in this case a glass slide, was placed in the center of the chamber defined by the reactor vessel 2 in a glass plate 18. The chamber was then evacuated to the base pressure (7.2 x 10 3 mbar).
Vapor de perfluoroalceno foi depois introduzido dentro da câmara de reacção a uma pressão constante de -0,2 mbar e deixado purgar o reactor de plasma, seguido pela ignição da descarga incandescente. De uma maneira típica um tempo de deposição de 2 - 15 minutos foi verificado ser suficiente para dar uma cobertura completa ao substrato. Depois disto, o gerador de rádio frequências foi desligado e o vapor de perfluoroalceno foi deixado continuar a passar sobre o substrato durante mais 5 minutos antes de evacuar o reactor de novo para a pressão base, e finalmente ventilá-lo à pressão atmosférica.Perfluoroalkene vapor was then introduced into the reaction chamber at a constant pressure of -0.2 mbar and allowed to drain the plasma reactor, followed by ignition of the incandescent discharge. Typically a settling time of 2-15 minutes has been found to be sufficient to give complete coverage to the substrate. Thereafter, the radio frequency generator was shut down and the perfluoroalkene vapor was allowed to continue to pass over the substrate for a further 5 minutes before evacuating the reactor back to the base pressure, and finally ventilating it at atmospheric pressure.
Os revestimentos de polímero depositados por plasma foram caracterizados imediatamente depois da deposição, por espectroscopia fotoelectrónica com Raios-X (XPS). A cobertura completa pelo polímero do plasma foi confirmada pela ausência de quaisquer sinais de Si no XPS (2p) ao passar através do substrato de vidro subjacente.Polymer deposited plasma coatings were characterized immediately after deposition by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Full coverage by the plasma polymer was confirmed by the absence of any Si signals in the XPS (2p) as it passes through the underlying glass substrate.
Uma experiência de controlo, onde o vapor de fluoroalceno foi deixado passar sobre o substrato durante 15 minutos e depois bombeado até à pressão base permitiu mostrar a presença de um grande sinal de Si no XPS (2p) com origem no substrato. Por isso os revestimentos obtidos durante a polimerização por plasma não são só devidos à absorção do monómero fluoroalceno sobre o substrato. 9 ΕΡ 1 557 489/ΡΤA control experiment where the fluoroalkene vapor was allowed to pass over the substrate for 15 minutes and then pumped to the base pressure allowed to show the presence of a large Si signal in XPS (2p) originating from the substrate. Therefore coatings obtained during plasma polymerization are not only due to the absorption of the fluoroalkene monomer on the substrate. 9 Ε 1 557 489 / ΡΤ
As experiências foram realizadas com potências médias da ordem de 0,3 a 50 W. Os resultados do espectro XPS de uma deposição de polímero por plasma com uma onda contínua de 0,3 W sobre uma lâmina de vidro durante 13 minutos são mostrados na Fig. 2.The experiments were performed with average powers of the order of 0.3 to 50 W. The XPS spectrum results of a plasma polymer deposition with a 0.3 W continuous wave on a glass slide for 13 minutes are shown in Fig . 2.
Pode-se ver que neste caso, os grupos CF2 e CF3 são os ambientes principais na envolvente C(ls) no XPS: CF2 (291,2 eV) 61% CF3 (293,3 eV) 12% 39 Os restantes ambientes de carbono compreendiam centros de carbono parcialmente fluorados e uma pequena quantidade de hidrocarboneto (CxHy) . Os valores experimentais e os teoricamente previstos (tomados a partir do monómero) são dados na Tabela 1.It can be seen that in this case CF2 and CF3 are the main environments in the C (ls) envelope in XPS: CF2 (291.2 eV) 61% CF3 (293.3 eV) 12% 39 The remaining carbon environments comprised partially fluorinated carbon centers and a small amount of hydrocarbon (CxHy). The experimental and theoretically predicted values (taken from the monomer) are given in Table 1.
Tabela 1Table 1
Experimentais Teóricos Relação F:C 1,70 ± 0,3 1, 75 % grupo CF2 61% ± 2% 75% % grupo CF3 12% ± 2% 8% A diferença entre as percentagens teórica e experimental do grupo CF2 e do grupo CF3 podem ser atribuídas à pequena quantidade de fragmentação do monómero perfluoroalceno. A Fig. 3 mostra o espectro XPS do C(ls) para uma experiência de polimerazição por plasma pulsado de 5 minutos onde: - Pcw = 50 W Ton = 20 psTheoretical Experimental Theoretical F-C ratio: 1.70 ± 0.3 1, 75% CF2 group 61% ± 2% 75%% CF3 group 12% ± 2% 8% The difference between theoretical and experimental percentages of group CF2 and group CF3 can be attributed to the small amount of perfluoroalkene monomer fragmentation. Fig. 3 shows the XPS spectrum of C (1s) for a 5 minute pulsed plasma polymerization experiment where: Pcw = 50 W Ton = 20 ps
Toff = 10 000 ps <P> = 0,1 W A composição química do revestimento depositado para uma deposição por plasma pulsado é dada na Tabela 2 a seguir. 10 ΕΡ 1 557 489/ΡΤToff = 10,000 ps < P > = 0.1 W The chemical composition of the deposited coating for a pulsed plasma deposition is given in Table 2 below. 10 Ε 1 557 489 / ΡΤ
Tabela 2Table 2
Experimentais Teóricos Relação F:C 1,75 ± 0,7 1, 75 % grupo CF2 63% ± 2% 75% % grupo CF3 10% ± 2% 8%Theoretical Experimental Theory F: C 1.75 ± 0.7 1, 75% CF2 group 63% ± 2% 75%% CF3 group 10% ± 2% 8%
Pode-se ver que a região CF2 está melhor resolvida e tem uma maior intensidade o que significa menor fragmentação da ponta de perfluoroalquilo em comparação com a polimerização por plasma de onda contínua.It can be seen that the CF2 region is better resolved and has a higher intensity which means less perfluoroalkyl tip fragmentation compared to continuous wave plasma polymerization.
As medições da energia da superfície foram realizadas em lâminas produzidas desta maneira usando a análise do ângulo de contacto dinâmico. Os resultados mostraram que a energia da superfície era da ordem de 5-6 mJm-1.Surface energy measurements were performed on slides produced in this manner using dynamic contact angle analysis. The results showed that the surface energy was of the order of 5-6 mJm-1.
Exemplo 2 (exemplo comparativo)Example 2 (comparative example)
Ensaio de impermeabilidade ao óleo e à águaWater and oil impermeability test
As condições de deposição por plasma pulsado descritas no Exemplo 1 acima foram usadas para revestimento de uma peça de algodão (3x8 cm) a qual foi depois ensaiada quanto o seu comportamento à humidade usando os "Métodos de ensaio 3M" (Ensaio 1 da 3M para impermeabilidade ao óleo, 3M Test Methods Oct. 1, 1988). Como ensaio de impermeabilidade à água, foi usado o ensaio II da 3M para impermeabilidade à água, ensaio com gotas de água/álcool, Ensaio 1 da 3M, 3M Test Methods, Oct. 1, 1988. Estes ensaios são destinados a detectar um acabamento fluoroquímico em todos os tipos de tecidos medindo: (a) a resistência a nódoas aquosas usando misturas de água e álcool isopropílico. (b) a resistência do tecido à humidade por uma série seleccionada de hidrocarbonetos líquidos com diferentes tensões superficiais.The pulsed plasma deposition conditions described in Example 1 above were used for coating a piece of cotton (3x8 cm) which was then assayed for its behavior to moisture using " Test Methods 3M " (3M Test 1 for oil impermeability, 3M Test Methods Oct. 1, 1988). As water impermeability test, 3M Test II for water impermeability, water droplet / alcohol assay, 3M Assay 1, 3M Test Methods, Oct. 1, 1988 was used. These assays are intended to detect a finish fluoroquímico in all types of fabrics measuring: (a) resistance to aqueous stains using mixtures of water and isopropyl alcohol. (b) the resistance of the fabric to moisture by a selected series of liquid hydrocarbons having different surface tensions.
Estes ensaios não são destinados a dar a medida absoluta da resistência do tecido às nódoas por materiais aquosos ou 11 ΕΡ 1 557 489/ΡΤ oleosos, dado que outros factores tais como a construção do tecido, tipo da fibra, tintas, outros agentes de acabamento, etc., também influenciam a resistência às nódoas. Estes ensaios podem, contudo, ser usados para comparar vários acabamentos. Os ensaios de impermeabilidade à água compreendem a colocação de 3 gotas de um liquido de ensaio padrão consistindo de percentagens especificas em volume de água e álcool isopropilico sobre a superfície polimerizada por plasma. A superfície é considerada impermeável a este líquido se depois de 10 segundos, 2 das 3 gotas não molharem o tecido. A partir disto, o grau de impermeabilidade à água é tomado como sendo o líquido de ensaio com a maior percentagem de álcool isopropilico que passa o ensaio. No caso do ensaio de impermeabilidade ao óleo, são colocadas 3 gotas do hidrocarboneto líquido na superfície revestida. Se depois de 30 segundos não for evidente haver penetração ou humedecimento do tecido na interface líquido-tecido em torno de 2 das 3 gotas, então o ensaio está aprovado. O grau de impermeabilidade ao óleo é considerado ser o líquido de ensaio de número mais elevado que não molha a superfície do tecido (onde o número crescente corresponde à cadeia do hidrocarboneto e tensão superficial decrescentes).These tests are not intended to give the absolute measurement of the resistance of the stain to aqueous or oily materials, since other factors such as fabric construction, fiber type, paints, other finishing agents , etc., also influence stain resistance. These tests can, however, be used to compare various finishes. The water impermeability tests comprise placing 3 drops of a standard test liquid consisting of volume specific percentages of water and isopropyl alcohol on the plasma polymerized surface. The surface is considered impermeable to this liquid if after 10 seconds, 2 of the 3 drops do not wet the tissue. From this, the degree of water impermeability is taken to be the test liquid with the highest percentage of isopropyl alcohol passing the test. In the case of the oil impermeability test, 3 drops of the liquid hydrocarbon are placed on the coated surface. If after 30 seconds there is no evidence of penetration or wetting of the tissue at the liquid-tissue interface around 2 of the 3 drops, then the assay is approved. The degree of oil impermeability is considered to be the highest test liquid which does not wet the fabric surface (where the increasing number corresponds to the hydrocarbon chain and decreasing surface tension).
As classificações obtidas para a deposição por plasma pulsado de 1H, 1H, 2H perfluoro-l-dodecano sobre celulose foram: Água 9 (10% água, 90% álcool isopropilo) Óleo 5 (dodecano)The obtained classifications for pulsed plasma deposition of 1H, 1H, 2H-perfluoro-1-dodecane on cellulose were: Water 9 (10% water, 90% isopropyl alcohol) Oil 5 (dodecane)
Estes valores comparam-se bem com os tratamentos comerciais.These values compare well with commercial treatments.
Exemplo 3 (exemplo comparativo)Example 3 (comparative example)
Polimerização por plasma de acrilatos O método do Exemplo 1 descrito acima foi repetido usando acrilato de 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecilo (Fluorochem F04389E, 98% de pureza) em vez do perfluoroalceno. Como no Exemplo 1, foram usadas potências médias baixas para as 12Plasma Polymerization of Acrylates The method of Example 1 described above was repeated using 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl acrylate (Fluorochem F04389E, 98% purity) instead of perfluoroalkene. As in Example 1, low average potencies were used for the 12
ΕΡ 1 557 489/PT experiências de polimerização com onda continua e com plasma pulsado. Por exemplo, o espectro XPS de um polímero depositado por plasma com onda continua de 1 W sobre uma lâmina de vidro durante 10 minutos é mostrado na Fig. 4 (a) . A Fig. 4 (b) mostra o espectro XPS C(ls) de uma experiência de polimerização por plasma pulsado durante 10 minutos, ondeContinuous wave and pulsed plasma polymerization experiments. For example, the XPS spectrum of a 1 W continuous plasma deposited polymer on a glass slide for 10 minutes is shown in Fig. 4 (a). 4 (b) shows the XPS C spectrum (ls) of a pulsed plasma polymerization experiment for 10 minutes where
Pcw = 40 W (energia média da onda continua)Pcw = 40 W (average continuous wave energy)
Ton = 20 ps (tempo de pulsação ligada) T0ff = 20 000 ps (tempo de pulsação desligada) <P> = 0,04 W (energia média da pulsação) A Tabela 3 compara os ambientes teóricos (tomados a partir do monómero, CH2 = CHCO2CH2CH2C8F17) com o que é efectivamente encontrado para os revestimentos de polímero.Ton = 20 ps (pulse time on) T0ff = 20 000 ps (pulse time off) < P > = 0.04 W (average pulse energy) Table 3 compares the theoretical environments (taken from the monomer, CH 2 = CHCO 2 CH 2 CH 2 C 8 F 17) with what is actually found for the polymer coatings.
Pode ser visto que o grupo CF2 é o ambiente de proeminente destaque no envelope XPS C (ls) com 291,2 cV. Os ambientes de carbono restante sendo CF3, centros de carbono parcialmente fluorados e oxigenados e uma pequena quantidade de hidrocarbonetos (CxHy). A composição quimica dos revestimentos depositados por condições de onda contínua e plasma pulsado são apresentados abaixo na Tabela 4 (excluindo as percentagens satélite), em conjunto com as composições teoricamente esperadas).It can be seen that the CF2 group is the environment of prominent prominence in the XPS C (ls) envelope with 291.2 cV. The remaining carbon environments being CF3, partially fluorinated and oxygenated carbon centers and a small amount of hydrocarbons (CxHy). The chemical composition of the deposited coatings by pulsed plasma and continuous wave conditions are presented below in Table 4 (excluding satellite percentages), in conjunction with the theoretically expected compositions).
Tabela 3Table 3
Ambiente eV Percentagens teóricas Percentagens experimentais çf3 293,2 7,7 7,8 çf3 291,2 53,8 47, 0 0 II 01 1 0 289,0 7,7 13,0 CF 287, 8 — 0,7 C-CFn/C-0 286,6 15,4 13,4 C-C(0)=0 285,7 7,7 3,9 ÇxHy 285,0 7,7 7,2Environment eV Theoretical percentages Experimental percentages ff3 293.2 7.7 7.8 ff3 291.2 53.8 47.0 0 II 01 1 0 289.0 7.7 13.0 CF 287.8-8.7 C- CFN / C-0 286.6 15.4 13.4 CC (0) = 0 285.7 7.7 3.9 x x H and 285.0 7.7 7.2
Pode ser visto na Fig. 4 (b) que a região CF2 está melhor resolvida e tem maior intensidade, o que significa que ocorre menos fragmentação da ponta de perfluoroalquilo durante as condições de plasma pulsado em comparação com a polimerização por plasma com onda continua. No caso das 13 ΕΡ 1 557 489/ΡΤ experiências de plasma com onda continua, ocorrem baixas percentagens dos grupos CF2 e CF3.It can be seen in Fig. 4 (b) that the CF2 region is better resolved and has a higher intensity, which means that less perfluoroalkyl tip fragmentation occurs during pulsed plasma conditions compared to continuous wave plasma polymerization. In the case of continuous wave plasma experiments, low percentages of CF2 and CF3 groups occur.
Tabela 4Table 4
Teóricos Plasma de onda contínua Plasma pulsado Relação F:C 1,31 0, 94 1, 49 % Grupo CF2 53, 8% 27,2% 47, 0% % Grupo CF3 7, 7% 3, 8% 7, 8%Theorists Continuous-wave plasma Pulsed plasma Relationship F: C 1.31 0.94 1.49% CF2 group 53.8% 27.2% 47.0% CF3 group 7.7% 3,8% 7,8%
As medições da energia superficial como descritas no Exemplo 1 mostram uma energia superficial de 6 mJnT1.Surface energy measurements as described in Example 1 show a surface energy of 6 mJnT1.
Exemplo 4 (exemplo comparativo)Example 4 (comparative example)
Ensaio de impermeabilidade ao óleo e à águaWater and oil impermeability test
Usando as condições de deposição por plasma pulsado do Exemplo 3 excepto que estas foram aplicadas durante 15 minutos, foram revestidas peças de algodão (3x8 cm) com acrilato de 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecilo. Peças semelhantes de algodão foram revestidas com o mesmo composto usando uma onda continua de 1 W durante 15 minutos. Estas foram depois submetidas a ensaios de impermeabilidade ao óleo e à água como descritos no Exemplo 2 acima.Using the pulsed plasma deposition conditions of Example 3 except that they were applied for 15 minutes, pieces of cotton (3x8 cm) were coated with 1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl acrylate. Similar cotton pieces were coated with the same compound using a 1 W continuous wave for 15 minutes. These were then subjected to oil and water impermeability tests as described in Example 2 above.
As amostras foram depois submetidas a uma extracção Soxhlet com benzotrifluoreto durante ou 1 ou 7 horas e os ensaios de impermeabilidade ao óleo e à água foram repetidos. Os resultados, expressos como descrito no Exemplo 2,The samples were then subjected to Soxhlet extraction with benzotrifluoride for either 1 or 7 hours and the oil and water impermeability tests were repeated. The results, expressed as described in Example 2,
Tempo (horas Onda contínua Onda pulsada Impermeabilidade ao óleo Impermeabilidade à água Impermeabilidade ao óleo Impermeabilidade à água 0 7 4 8 10 1 - 2 6 7 7 - 2 5 7Time (hours Continuous wave Pulsed wave Oil impermeability Water impermeability Oil impermeability Water impermeability 0 7 4 8 10 1 - 2 6 7 7 - 2 5 7
Por isso estes revestimentos são altamente impermeáveis à água e ao óleo e têm boa durabilidade. 14 ΕΡ 1 557 489/ΡΤTherefore these coatings are highly impervious to water and oil and have good durability. 14 Ε 1 557 489 / ΡΤ
Exemplo 5 (exemplo comparativo)Example 5 (Comparative example)
Tratamento de um tecido sintético revestido com siliconeTreatment of silicone-coated synthetic fabric
Uma amostra de um tecido modificado de nylon/acrilico que já continha um revestimento de silicone para lhe comunicar impermeabilidade à água, foi submetida a um plasma de acrilato pulsado consistindo do composto CH2=CHCOO(CH2) 2C8Fi7 e usando as condições descritas no Exemplo 3.A sample of a modified nylon / acrylic fabric which already contained a silicone coating to impart water impermeability was subjected to a pulsed acrylate plasma consisting of the compound CH 2 = CHCOO (CH 2) 2 C 8 F 7 and using the conditions described in Example 3 .
Uma amostra do mesmo material foi submetida a um processo de deposição em duas fases, no qual o tecido foi primeiro exposto a um plasma de ar de onda continua de 30 W durante 5 segundos seguido por uma exposição unicamente ao vapor do mesmo acrilato.A sample of the same material was subjected to a two stage deposition process in which the tissue was first exposed to a 30 W continuous air plasma for 5 seconds followed by a vapor exposure of the same acrylate.
Os produtos foram depois ensaiados à impermeabilidade ao óleo e à água como descrito no Exemplo 2. Além disso, a durabilidade do revestimento foi então ensaiada submetendo os produtos a uma extracção Soxhlet de 1 hora com tricloroetileno.The products were then tested for oil and water impermeability as described in Example 2. In addition, the durability of the coating was then tested by subjecting the products to a 1 hour Soxhlet extraction with trichlorethylene.
Os resultados foram os mostrados na Tabela 5The results were as shown in Table 5
Tabela 5Table 5
Tratamento Graus de impermeabilidade Antes do plasma Depois do plasma Depois da extracção com solvente Fase pulsada plasma de W2 07, 06, acrilato W10 W8 Plasma de ar seguido de W2 01, 01 (fronteira) exposição a monómero de W3 W2 acrilatoTreatment Waterproofing grades Before plasma After plasma After solvent extraction Pulsed plasma phase of W2 07.06, acrylate W10 W8 Air plasma followed by W2 01.01 (frontier) exposure to W3 W2 acrylate monomer
Verifica-se portanto que o processo do invento pode não só aumentar a impermeabilidade à água de tal tecido, como também conferir-lhe impermeabilidade ao óleo, sendo a durabilidade do revestimento mais elevada que a obtida usando o processo conhecido de polimerização por enxertia de dois passos.It will therefore be appreciated that the process of the invention may not only increase the water impermeability of such fabric but also impart oil impermeability to it, the durability of the coating being greater than that obtained using the known graft polymerization process of two steps.
Lisboa, 2011-03-30Lisbon, 2011-03-30
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