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DATABASE CA [online] CHEMICAL ABSTRACTS SERVICE, COLUMBUS, OHIO, US; 1953, KNUNYANTS, I.L. ET AL.: "Addition reactions of fluoroolefins II. Addition of alcohols and thiols to perfluoropropylene", XP002754717, Database accession no. 48:32423
| Patentansprüche 1. Verbindungen der Formeln (I) oder (Ι') (Rf-CHF-CF2-0-CHR)m-L-(X) ',n (l) (Rf-CHF-CF2-S-CHR)m-L-i (X)n wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist, R = H oder eine Alkylgruppe ist, L = eine Einfachbindung oder eine bivalente organische Gruppe ist, X = eine Ankergruppe, m > 1 ist und n > 1 ist. 2. Verbindungen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe Rf aus den Gruppen CF3-(CF2)o-3-, CF3-(CF2)o-3-O-, CF3-(CF2)o-3-O-(CF2)i-3-, CF3-(CF2)o-3-O-(CF2)i-3-0-, CF3-(CF2)o-3-0-(CF2)i-3-0-CF2-, CF3-(CF2)o-3-O-(CF2-0)i-8- und CF3-(CF2)o-3-0-(CF2-0)i-8-CF2- ausgewählt ist. 3. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe Rf aus den Gruppen CF3-(CF2)i-2-, CF3-(CF2)i-2-0-, CF3- 0-(CF2)i-3-, CF3-O-(CF2)i-2-O-, CF3-(CF2)i-2-O-CF2-, CF3-O-(CF2)i-2- O-CF2-, CF3-O-(CF2-0)i-8- und CF3-0-(CF2-O)i-8-CF2- ausgewählt ist. 4. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe R gleich H oder C1-C3 Alkyl ist. 5. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe R gleich H oder eine Methylgruppe ist. 6. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe L eine Einfachbindung oder eine gesättigte, verzweigte oder unverzweigte, ggf. funktionelle Gruppen enthaltende, Alkylengruppe ist. 7. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe X eine ethylenisch ungesättigte Gruppe, eine Alkoxysilangruppe, eine Silanolgruppe oder eine Halogensilangruppe. 8. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe X eine Acrylat- oder Methacrylatgruppe ist. 9. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe X gleich -SiR'3 ist, wobei die Gruppen R' unabhängig voneinander gleich Alkyl, OH, Halogen, Alkoxy oder Aryloxy sind, wobei mindestens ein Gruppe R' keine Alkylgruppe ist. 10. Verbindungen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass R' eine Alkoxygruppe OR" mit R" gleich C1-C4-Alkyl. 11. Verbindungen gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass R" gleich C1-oder C2-Alkyl ist. 12. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass m und n unabhängig voneinander gleich 1-3 sind. 13. Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer der Formeln (la) bis (Ih) oder (l'a) bis (l'h)entsprechen c) (Id) wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist, R"=gleich C1-C4-Alkyl und R'" = H oder eine Alkylgruppe ist. H.Verbindungen gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Rf gleich CF3-(CF2)i-2-, CF3-(CF2)i-2-O-, CF3-O-(CF2)i-3- oder CF3-0- (CF2)i-2-0- ist. 15. Verwendung von Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung von funktionellen Überzügen und Oberflächenmodifikationen, insbesondere von schmutzabweisenden Beschichtungen. 16. Verfahren zum Abbau von fluorhaltigen Verbindungen umfassend die folgenden Schritte: a) biologischer und/oder abiotischer Abbau des Kohlenstoffgerüsts der fluorhaltigen Verbindungen unter Bildung von fluorhaltigen Verbindungen, b) Überführen der in Schritt a) gebildeten fluorhaltigen Verbindungen in eine Gasphase, c) Abbau der in Schritt a) gebildeten fluorhaltigen Verbindungen zu niedermolekularen Verbindungen durch UV-Bestrahlung in der Gasphase, d) Überführen der in Schritt c) gebildeten niedermolekularen Verbindungen aus der Gasphase in eine flüssige und/oder feste Phase, Mineralisierung der in Schritt c) gebildeten niedermolekularen Verbindungen in der Flüssigen und/oder festen Phase. 17. Mittel enthaltend mindesten eine Verbindungen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 und einen für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Träger sowie ggf. weitere Additive. 18. Beschichteter Gegenstand, dessen Beschichtung unter Verwendung von mindestens einer Verbindung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wurde. 19. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel (Ι') gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 umfassend a) die Umsetzung von Perfluoralkylvinylethern der Formel Rf-CF=CF2 mit Mercaptoalkoholen der Formel (HS)x-Alkyl-(OH)y zu Verbindungen der Formel (Rf-CHF-CF2-S)x-Alkyl-(OH)y und b) die Umsetzung der in a) hergestellten Verbindungen mit ungesättigten Säuren oder - Säureanhydriden, wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist und x und y unabhängig voneinander > 1 sind. 20. Verbindungen der Formeln (II), (III) oder (IV) Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist und R1 = gleich H oder C1-C4-Alkyl ist. |
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue Verbindungen mit fluorierten Endgruppen und deren Verwendung in z. B.
schmutzabweisenden Beschichtungen.
Schmutzabweisende Beschichtungen z. B. in der Displayindustrie bestehen vornehmlich aus perfluorierten Verbindungen, die mittels Siloxangruppen an Oberflächen angebunden werden können. Schmutzabweisende
Beschichtungen in der Textilindustrie bestehen vornehmlich aus
perfluorierten Verbindungen, die mittels Acrylat, Methacrylat oder
Siloxangruppen an Oberflächen angebunden werden können. Aufgrund Ihrer chemischen Stabilität sind diese Verbindungen über die Jahre in Kritik geraten, da der perfluorierte Anteil dieser Materialklasse auf natürlichem Wege nicht abgebaut werden kann. Darüber hinaus ist nicht eindeutig geklärt, welchen Einfluss diese langlebigen Materialien auf die Biosphäre haben und ob sie in unterschiedlichen Tierarten zur Bioaccumulation führen. Es besteht daher Bedarf an alternativen Substanzen für
schmutzabweisende Beschichtungen.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen der Formeln (I) oder (Ι')
(Rf-CHF-CF 2 -O-CHR)m-L-(X)n (I) (Rf-CHF-CF 2 -S-CHR)m-L-(X)n (Ι') wobei
Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende Alkylgruppe ist, R = H oder eine Alkylgruppe ist,
L = eine Einfachbindung oder eine bivalente organische Gruppe ist, X = eine Ankergruppe,
m > 1 ist
und n > 1 ist. Bevorzugt ist die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt aus den Gruppen: CF 3 -(CF 2 )o-3-, CF3-(CF 2 )o-3-0-, CF3-(CF 2 )o-3-0-(CF2)i-3-,
CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF2)i- 3 -O-, CF3-(CF2)o-3-0-(CF2)i- 3 -0-CF2-,
CF 3 -(CF2)o-3O-(CF 2 -0)i-8- und CF 3 -(CF 2 )o-3-0-(CF2-0)i-8-CF2-.
Insbesondere bevorzugt ist die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt aus den Gruppen:
CF 3 -(CF 2 )i-2-, CF3-(CF 2 )i-2-O-, CF 3 -O-(CF 2 )i-3-, CF3-0-(CF 2 )i-3-0-,
CF 3 -(CF 2 )i- 2 -O-CF2-, CF 3 -O-(CF 2 )i -2 -0-CF 2 -, CF 3 -0-(CF 2 -0)i- 8 - und
CF 3 -O-(CF 2 -0)i- 8 -CF 2 -.
In einer Variante kann die perfluorierte Gruppe Rf auch bevorzugt aus den Gruppen CF3-(CF2)o- 3 -, CF 3 -(CF2)o-3-O-, CF 3 -0-(CF2)i- 3 - und CF 3 -O-(CF2)i- 3-0-, insbesondere aus den Gruppen CF3-(CF 2 )i -2 -, CF 3 -(CF 2 )i -2 -O-, CF3-O- (CF 2 )i -2 - und CF3-O-(CF 2 )i -3 -O- ausgewählt sein. Bevorzugt ist die Gruppe R gleich H oder C1-C3 Alkyl, insbesondere H oder eine Methylgruppe.
L ist bevorzugt eine Einfachbindung oder eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte, ggf. Heteroatome und/oder funktionelle Gruppen enthaltende, Kohlenwasserstoffeinheit. Insbesondere bevorzugt ist L eine Einfachbindung oder eine gesättigte, verzweigte oder
unverzweigte, ggf. Heteroatome und/oder funktionelle Gruppen
enthaltende, Alkylengruppe. Die Gruppe X ist eine Ankergruppe, die geeignet ist, eine Haftung der Verbindungen der Formel (I) auf Substratoberflächen, wie z. B. Textilien oder Glasoberflächen, zu ermöglichen. D. h. die Gruppe X ist bevorzugt eine reaktive Gruppe, die eine kovalente Bindung zu Substratoberflächen ausbildet.
X ist bevorzugt eine ethylenisch ungesättigte Gruppe, insbesondere eine Acrylat- oder Methacrylatgruppe, eine Alkoxysilangruppe oder eine
Halogensilangruppe. X kann eine -SiR'3 sein, wobei die Gruppen R' unabhängig voneinander gleich Alkyl, OH, Halogen, Alkoxy oder Aryloxy sind, wobei mindestens ein Gruppe R' keine Alkylgruppe ist. Bevorzugt ist R' eine Alkoxygruppe OR" mit R" gleich C1-C4-Alkyl, insbesondere C1-oder C2-Alkyl.
Insbesondere für die Anbindung an Glasoberflächen ist X bevorzugt eine Alkoxysilangruppe -Si(OR"3)3, wobei R" gleich C1-C4-Alkyl, insbesondere C1- oder C2-Alkyl, ist.
In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung, insbesondere für die Anbindung an Textiloberflächen, ist X bevorzugt eine Acrylat- oder Methacrylatgruppe. m ist bevorzugt 1-3, insbesondere 1 oder 2.
n ist bevorzugt 1-3, insbesondere 1. Besonders vorteilhaft sind Verbindurlgen der Formeln (I) und (Ι'), in denen eine oder mehrere der Variablen die bevorzugten Bedeutungen haben. Vor Allem Verbindungen, in denen alle Variablen die bevorzugten Bedeutungen haben, sind vorteilhaft. Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen mit: Rf = CF 3 -(CF2)i-2-, CF 3 -(CF 2 )i-2-O-, CF 3 -O-(CF 2 )i-3-, CF3-O-(CF2)i- 3 -O-, CF 3 -(CF 2 )i-2-O-CF2-, CF3-O-(CF 2 )i- 2 -O-CF2-, CF 3 -O-(CF2-O)i -8 - und
CF 3 -O-(CF 2 -O)i- 8 -CF 2 -,
R = H oder CH 3 ,
L = eine Einfachbindung oder eine C1-C4-Alkylengruppe, die ggf. verzweigt ist und/oder eine funktionelle Gruppe enthält,
X = eine Alkoxysilangruppe -Si(OR" 3 ) 3 , mit R" gleich C1- oder C2-Alkyl, ist, und m = 1 oder 2 ist und n = 1 ist.
Insbesondere bevorzugt sind auch Verbindungen mit:
Rf = CF 3 -(CF 2 )i -2 -, CF 3 -(CF 2 )i -2 -O-, CF 3 -O-(CF 2 )i -3 -, CF 3 -O-(CF 2 )i -3 -O-, CF 3 -(CF 2 )i-2-O-CF2-, CF3-O-(CF 2 )i -2 -O-CF 2 -, CF 3 -O-(CF 2 -O)i-8- und
CF3-O-(CF2-O)i -8 -CF2-,
R = H oder CH 3 , L = eine Einfachbindung oder eine C1-C4-Alkylengruppe, die ggf. verzweigt ist und/oder Heteroatome, insbesondere O, und/oder eine funktionelle Gruppe, insbesondere OH, enthält,
X = eine Acrylat oder Methacrylatgruppe ist, und
m = 1 oder 2 ist und n = 1 ist.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (l'h), wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist, R"=gleich C1-C4-Alkyl, insbesondere C1- oder C2-Alkyl, R"'= H oder eine Alkylgruppe ist, bevorzugt gleich H oder Methyl ist, und R 1 gleich H oder C1-C4-Alkyl, bevorzugt H oder CH3.
(Id)
(i'g)
Bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (I'h), in denen die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt ist aus den Gruppen: CF 3 -(CF2)o-3-, CF3-(CF 2 )o-3-0-, CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF2)i- 3 -,
CF 3 -(CF 2 )o-3-O-(CF2)i-3-O-, CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF 2 )i-3-0-CF2-,
CF3-(CF 2 )o-30-(CF2-0)i-8- und CF 3 -(CF 2 )o-3-O-(CF2-O)i-8-CF2-.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (I'h), in denen die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt ist aus den Gruppen: CF 3 -(CF 2 )i- 2 -, CF3-(CF 2 )i-2-0-, CF 3 -0-(CF 2 )i-3-, CF 3 -0-(CF 2 )i-3-O-,
CF 3 -(CF 2 )i -2 -0-CF2-, CF 3 -0-(CF 2 )i -2 -O-CF 2 -, CF 3 -0-(CF 2 -0)i- 8 - und
CF3-0-(CF 2 -0)i- 8 -CF 2 -.
In einer Variante kann die perfluorierte Gruppe Rf auch bevorzugt aus den Gruppen CF 3 -(CF 2 )o-3-, CF 3 -(CF 2 )o-3-0-, CF 3 -0-(CF 2 )i -3 - und CF 3 -0-(CF 2 )i- 3-O-, insbesondere aus den Gruppen CF 3 -(CF 2 )i -2 -, CF3-(CF 2 )i -2 -0-, CF3-O- (CF 2 )i -2 - und CF 3 -O-(CF 2 )i -2 -0- ausgewählt sein.
Insbesondere solche Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (l'h) sind bevorzugt, in denen Rf eine der bevorzugten oder besonders bevorzugten Gruppen ist und R" = C1- oder C2-Alkyl und/oder R"'= H oder Methyl ist. Besonders bevorzugt sind hierbei Verbindungen der Formeln (Ic) bis (Ih) und/oder (l'a), (l'c) und (l'e), insbesondere mit den bevorzugten Rf-, R"-, R"'-und R 1 -Gruppen.
Ein Vorteil der neuen Verbindungen ist, dass sie leicht abbaubar sind. Sie weisen gezielte Sollbruchstellen im Molekül auf. So können entsprechende niedermolekulare Bruchstücke entstehen, die atmosphärengängig sind und somit in der Stratosphäre unter UV Licht zersetzt werden können.
Hydrofluorether der folgenden Struktur lassen sich z. B. durch Hydrolyse und Oxidation in leicht flüchtige und UV zersetzbare Verbindungen umwandeln. Die Zersetzungsprodukte können dann mit dem Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen, in den Boden überführt und dort
mineralisiert werden.
Die Gruppe X stellt dabei eine reaktive Ankergruppe dar, die besonders geeignet ist um z. B. auf Glasoberflächen zu haften (z.B. Trialkoxysilane).
Die Verbindungen der Formeln (I) und (Γ) lassen sich leicht synthetisieren. Die für die Herstellung der Verbindungen der Formel (I) verwendeten Ausgangsstoffe sind kommerziell erhältlich und/oder ihre Herstellung ausgehend von kommerziell erhältlichen Edukten ist dem Fachmann geläufig oder sie können in Analogie zu bekannten Syntheseverfahren hergestellt werden, z. B. radikalische Addition siehe: A. A. Il'in et al., Russian Journal of Applied Chemistry, 2007, Vol. 80, No. 3, pp. 405-418.
Die bevorzugten Verbindungen der Formel (I) und (Ι'), die der
Substanzklasse der Organosilane angehören, lassen sich durch folgende einfache Synthese realisieren, wie für die Methoxysilane der Formel (I) beispielhaft gezeigt ist:
m verzweigte Hydrofluorethersilane zu erhalten, werden die Perfluorolefine mit bifunktionellen Hydroxyalkenen umgesetzt.
Die Trimethoxysilane können dann einfach in einem geeigneten
Lösungsmittel dispergiert werden und auf die zu behandelnde Oberfläche, z. B. Glas, aufgebracht werden. Durch Luftfeuchtigkeit hydrolysiert das Trimethoxysilan und bildet z. B. mit den SiOH Gruppen des Glases eine kovalente dauerhafte Verbindung.
Erfindungsgemäße Verbindungen mit Acrylat- oder Methacrylatgruppen können z. B. durch Umsetzung der entsprechenden Alkohole mit den Säuren oder Säureanhydriden nach dem Fachmann bekannten Methoden hergestellt werden.
Die entsprechenden Verbindungen der Formel (Γ) können über die
Umsetzung der entsprechenden Perfluorolefine mit den entsprechenden Thioverbindungen hergestellt werden. Beispielhaft sei die Reaktion von Perfluorpropylvinylethern mit 2-Mercaptoethanol oder 1 ,4- Dimercaptobutane-2,3-diol genannt und die weitere Umsetzung zu
Verbindungen der Formel (l'c) bzw. (I'e).
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel (Ι') gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 umfassend a) die Umsetzung von Perfluoralkylvinylethern der Formel Rf-CF=CF2 mit Mercaptoalkoholen der Formel (HS)x-Alkyl-(OH)y zu Verbindungen der Formel (Rf-CHF-CF2-S) x -Alkyl-(OH) y und b) die
Umsetzung der in a) hergestellten Verbindungen mit ungesättigten Säuren oder -Säureanhydriden, wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende, Alkylgruppe ist und x und y unabhängig voneinander 1 sind. Bevorzugt ist die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt aus den Gruppen: CF 3 -(CF2)o-3-, CF 3 -(CF2)o-3-0-, CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF 2 )i-3-,
CF3-(CF2)o-3-0-(CF 2 )i -3 -O-, CF3-(CF 2 )o- 3 -0-(CF2)i-3-0-CF2-,
CF3-(CF 2 )o-30-(CF 2 -0)i-8- und CF 3 -(CF2)o- 3 -0-(CF2-0)i-8-CF2-.
Insbesondere bevorzugt ist die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt aus den Gruppen:
CF 3 -(CF 2 )i- 2 -, CF 3 -(CF2)i- 2 -0-, CF 3 -O-(CF2)i- 2 -, CF 3 -0-(CF 2 )i-3-O-,
CF3-(CF 2 )i-2-0-CF2-, CF 3 -0-(CF 2 )i-2-0-CF2-, CF 3 -0-(CF 2 -0)i- 8 - und
CF 3 -0-(CF2-O)i-8-CF2-, insbesondere CF 3 -(CF2)i- 2 -, CF 3 -(CF2)i-2-0- und CF 3 -O-(CF 2 )i- 3 -O-.
Bevorzugte schwefelhaltige Zwischenprodukte sind dabei Verbindungen der Formeln (II), (III) und (IV), wobei Rf = eine perfluorierte, ggf. Heteroatome enthaltende Alkylgruppe wie vorstehend beschrieben ist und R 1 gleich H oder C1-C4-Alkyl, bevorzugt H oder CH3 ist:
Bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (II), (III) und (IV), in denen die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt ist aus den Gruppen:
CF 3 -(CF2)o-3-, CF 3 -(CF2)o-3-O-, CF3-(CF 2 )o-3-0-(CF2)i-3-,
CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF2)i- 3 -0-, CF 3 -(CF2)o-3-0-(CF2)i-3-0-CF 2 -,
CF3-(CF 2 )o-3O-(CF2-0)i -8 - und CF3-(CF 2 )o-3-0-(CF2-O)i -8 -CF2-.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (II), (III) und (IV), in denen die perfluorierte Gruppe Rf ausgewählt ist aus den Gruppen:
CF 3 -(CF 2 )i-2-, CF 3 -(CF2)i-2-O-, CF 3 -O-(CF 2 )i-3-, CF 3 -O-(CF 2 )i- 3 -0-,
CF 3 -(CF2)i-2-0-CF2-, CF 3 -0-(CF2)i-2-O-CF 2 -, CF 3 -0-(CF2-0)i -8 - und
CF3-0-(CF2-0)i -8 -CF 2 -.
In einer Variante kann die perfluorierte Gruppe Rf auch bevorzugt aus den Gruppen CF3-(CF2)o-3-, CF 3 -(CF2)o-3-0-, CF3-0-(CF2)i-3- und CF3-O-(CF2)i- 3-O-, insbesondere aus den Gruppen CF3-(CF2)i-2-, CF3-(CF 2 )i -2 -0-, CF3-O- (CF2)i-2- und CF3-0-(CF2) 1-2-O- ausgewählt sein.
Insbesondere solche Verbindungen der Formeln (II), (III) und (IV) sind bevorzugt, in denen Rf eine der bevorzugten oder besonders bevorzugten Gruppen ist und R 1 gleich H oder CH3 ist. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (IIa), (lila) und (IVa) mit Rf = CF 3 -(CF 2 )i -2 -, CF3-0-(CF 2 )i-3-, CF 3 -(CF 2 )i-2-O-CF2-, CF 3 -0-(CF 2 )i- 2-0-CF2- und CF 3 - -(CF 2 -0)i- 8 -CF 2 - und R 1 = H oder CH 3 :
Die in den Beispielen aufgezeigten Synthesen können analog für die Herstellung weiterer Verbindungen der Formeln (I), (Ι'), (la)-(lh) und (l'a)- (l'h) angewendet werden, bzw. auch zur Herstellung weiterer
Zwischenprodukte der Formeln (II), (III) und (IV).
Der Abbau der Verbindungen der Formeln (I) und (Γ), bevorzugt der Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und (l'a) bis (l'h) kann bevorzugt durch ein Verfahren zum Abbau von fluorhaltigen Verbindungen umfassend die folgenden Schritte erfolgen:
a) biologische und/oder abiotischer Abbau des Kohlenstoffgerüsts der fluorhaltigen Verbindungen unter Bildung von, vorzugsweise nicht toxischen, fluorhaltigen Verbindungen, bevorzugt mit einem ausreichend hohen Dampfdruck,
b) Überführen der in Schritt a) gebildeten fluorhaltigen Verbindungen in eine Gasphase,
c) Abbau der in Schritt a) gebildeten fluorhaltigen zu niedermolekularen Verbindungen durch UV-Bestrahlung in der Gasphase, d) Überführen der in Schritt c) gebildeten niedermolekularen Verbindungen aus der Gasphase in eine flüssige und/oder feste Phase,
e) Mineralisierung der Schritt c) gebildeten niedermolekularen
Verbindungen der flüssigen und/oder festen Phase.
Bevorzugt werden in Schritt a) keine fluorhaltigen, Salze gebildet.
Insbesondere werden in Schritt a) keine perfluorierten Verbindungen gebildet. Bevorzugt weisen die in Schritt a) gebildeten fluorhaltigen
Verbindungen einen ausreichend hohen Dampfdruck auf, um leicht in die Gasphase überzugehen oder überführt werden zu können, bevorzugt bei Normaldruck.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können alleine oder als Gemisch, auch mit anderen fluorierten und/oder nicht fluorierten Verbindungen, verwendet werden, insbesondere zur Herstellung von funktionellen
Überzügen und Oberflächenmodifikationen aller Art auf Gegenständen sowohl für Innen- wie auch für Außenbereiche.
Prinzipiell können alle Oberflächen beschichtet werden, insbesondere Glas, Keramik, Emaille, Metalle, Kunststoffe, Elastomere, Naturstoffe, Textilien, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorbehandlung.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (I) und/oder (Ι'), bzw. der bevorzugten Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (l'h), und den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen zur Herstellung von, z. B. schmutzabweisenden und/oder hydrophoben, Beschichtungen, insbesondere auch zur Textilausrüstung und
Glasbeschichtung, z. B. von Beschichtungen in der Displayindustrie.
Neben den Verbindungen der Formeln (I) und/oder (Ι'), bzw. der
bevorzugten Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (l'h), können die Beschichtungen auch Lösemittel, Additive, Tenside, Hilfs- und Füllstoffe enthalten. Beispielhaft seien auch Silikonpartikel und, ggf.
oberflächenmodifizierte, Pigmente genannt.
Bevorzugte Einsatzgebiete sind beispielsweise die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen in Beschichtungen für optische
Elemente oder Textilien, wie z. B. die Verwendung in Antifingerprint
Coatings, z. B. für Displays, optische Linsen, Brillengläser, Objektive für Kameras, Ferngläser, Fensterscheiben oder Spiegel, oder als
Hydrophobiermittel zur Textilausrüstung.
Die Aufbringung der erfindungsgemäßen Verbindungen oder sie
enthaltenden Mischungen auf eine geeignete Oberfläche kann, vollflächig oder teilflächig, durch verschiedene dem Fachmann bekannte
Beschichtungsprozesse erfolgen, z. B. mittels CVD-, PVD-, Spray-Coating-, Ink-Jet-, Offset-Prozessen.
Alle hier genannten Verwendungen erfindungsgemäß einzusetzender Verbindungen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die jeweilige Anwendung von Verbindungen der Formeln (I) und/oder (Ι'), bzw. der bevorzugten Verbindungen der Formeln (la) bis (Ih) und/oder (l'a) bis (l'h), zu den genannten Zwecken ist dem Fachmann bekannt, so dass der Einsatz der erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen keine
Probleme bereitet. Gegenstand der Erfindung sind auch Mittel, in denen mindestens eine der erfindungsgemäßen Verbindungen enthalten ist, wobei die Mittel auch Lösemittel, Additive, Tenside, Hilfs- und Füllstoffe enthalten können
Gegenstand der Erfindung sind auch beschichtete Gegenstände, insbesondere die vorstehend genannten Gegenstände, deren
Beschichtung unter Verwendung von mindestens einer
erfindungsgemäßen Verbindung hergestellt wurde. Bevorzugt sind Displays, optische Linsen, Brillengläser, Objektive für Kameras,
Ferngläser, Fensterscheiben, Spiegel und Textilien.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung näher, ohne den Schutzbereich zu beschränken.
Beispiele
Abkürzungen
TEMPO 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl
THF Tetrahydrofuran
MTBE tert-Butylmethylether
RT Raumtemperatur
Beispiel 1: Synthese einer Verbindung der Formel (Id) mit R 1
R'" = CH 3 u = C3F7-O
Beispiel 1a;
100g 2,3-Dihydroxy-propylacetat, 595 g Perfluorpropylvinylether, 134 g Kaliumcarbonat und 460 g Acetonitril werden in einem Druckbehälter bei 80°C 70 Std gerührt. Der Innendruck steigt während der Reaktion auf 4 bar. Das Reaktionsprodukt wird mit 100 ml Acetonitril aus dem Reaktor gewaschen, das Gemisch wird filtriert und das Lösungsmittel am
Rotationsverdampfer abgetrennt und das Rohprodukt bei vermindertem Druck (Sdp 75 °C bei 0,3 mbar) destilliert. Ausbeute: 533 g = 80%. 1H-NMR: 6,8 ppm (m, 2 H, -CFH); 4,8 ppm (m,1 H, -OCH); 4,3 ppm (m, 4H, -CH2); 2,1 ppm (s, 3 H, O=CCH3)
Beispiel 1b:
30 g Ester werden mit 20 ml Methanol, 0,5 g Natriummethylat, 27 mg Ru- MACHO (Takasago International, JP) für 12 Std bei 50 bar und 40 °C in einem Druckreaktor mit Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wird mit 50 ml Methyl-tert.butylether und 50 ml Wasser versetzt, die organische Phase abgetrennt und über NaSO4 getrocknet. Das Produkt wird vom Lösungsmittel befreit und im Vakuum destilliert (Sdp.: 74°C bei 0,4 mbar). Ausbeute: 20 g = 70%).
1H-NMR: 6,8 ppm (m, 2 H, -CFH); 4,8 - 4,3 ppm (m, 5H, -CH2);
Beispiel 1c:
10 g Fluoralkoholalkohol werden mit 0,5 g Toluol-4-sulfonsäure- Monohydrat in 35 ml Toluol gelöst. Dann werden unter Rühren 2,7 g Methacrylsäureanhydrid langsam zugegeben und die Reaktionsmischung für 24h bei 10 °C gerührt. Der auf Raumtemperatur abgekühlte Ansatz wird mit 25 mL Wasser und 25 mL MTBE versetzt und im Scheidetrichter abgetrennt. Anschließend wird die wässrige Phase zweimal mit 25 mL MTBE gewaschen. Die vereinigte organische Phase wird Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Anschließend das Lösungsmittel am
Rotationsverdampfer destilliert. Ausbeute: 9,98g
1 H-NMR: 6,8 ppm (m, 2 H, -CFH); 6,0 ppm (d,1 H, =CH); 5,6 ppm
(d,1 H,=CH); 4,8 - 4,3 ppm (m, 5H, -CH2); 1 ,7 ppm (s, 3H, -CH3) Beispiel 2: Synthese einer Verbindung der Formel (l'e) mit R"' = CH3
Beispie 2a:
8,63 g Perfluorpropylvinylether werden mit 2,5g 1 ,4-Dimercaptobutane-2,3- diol, 25 ml Acetonitril und 0,67 g Kaliumcarbonat in einem Druckreaktor für 18 Std auf 120°C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird mit 25 ml Wasser und 25 ml MTBE versetzt und die Phasen getrennt. Die wässrige Phase wird mit 2x25mL MTBE extrahiert und die vereinigte organische Phase mit 70ml_ Wasser und 70mL gesättigter NaCI-Lösung gewaschen. Das Extrakt wird über Natriumsulfat getrocknet und das Lösemittel destilliert.
Ausbeute: 9,82g = 88%
1 H-NMR: 6,8 ppm (d, 2 H, -CFH); 3,6 ppm (m, 2H, -CHOH); 3,0 ppm (m, 4H, -SCH2);
Beispiel 2b:
10 g Fluoralkoholalkohol werden mit 0,5 g Toluol-4-sulfonsäure- Monohydrat in 35 ml Toluol gelöst. Dann werden unter Rühren 4,5 g Methacrylsäureanhydrid langsam zugegeben und die Reaktionsmischung für 24h bei 110 °C gerührt. Der auf Raumtemperatur abgekühlte Ansatz wird mit 25 mL Wasser und 25 mL MTBE versetzt und im Scheidetrichter abgetrennt. Anschließend wird die wässrige Phase zweimal mit 25 ml_ MTBE gewaschen. Die vereinigte organische Phase wird Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Anschließend das Lösungsmittel am
Rotationsverdampfer destilliert. Ausbeute: 14,5 g
1H-NMR: 6,8 ppm (m, 2 H, -CFH); 6,0 ppm (d,2H, =CH); 5,6 ppm
(d,2H,=CH); 3,6 ppm (m, 2H, -OCH-); 3,0 ppm (m, 4H, -SCH2); 1 ,6 ppm (s, 6H, -CH3)
Beispiel 3: Synthese einer Verbindung der Formel (l'c) mit R"' = CH3 und Rf = C 3 F -0
Beispiel 3a:
77,30 g Perfluorpropylvinylether werden mit 52,21 g 2-Mercaptoethanol 40 ml Acetonitril und 12 g Kaliumcarbonat in einem Druckreaktor für 18 Std auf 100°C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird mit 25 ml Wasser und 25 ml MTBE versetzt und die Phasen getrennt. Die wässrige Phase wird mit 2x25mL MTBE extrahiert und die vereinigte organische Phase mit 70mL Wasser und 70mL gesättigter NaCI-Lösung gewaschen. Das Extrakt wird über Natriumsulfat getrocknet, das Lösemittel entfernt und das Rohmaterial destilliert (Sdp 45-49 °C bei 0,1 mbar). Ausbeute: 63,40g = 63%
1 H-NMR: 6,8 ppm (dt, 1 H, -CFH); 3,6 ppm (t, 2H, -CH20-); 3,1 ppm (t, 2H, -SCH2);
Beispiel 3b: 10 g Fluoralkoholalkohol werden mit 0,5 g Toluol-4-sulfonsäure-Monohydrat in 60 ml Toluol gelöst. Dann werden unter Rühren 4,5 g
Methacrylsäureanhydrid langsam zugegeben und die Reaktionsmischung für 24h bei 110 °C gerührt. Der auf Raumtemperatur abgekühlte Ansatz wird mit 25 ml_ Wasser und 25 ml_ MTBE versetzt und im Scheidetrichter abgetrennt. Anschließend wird die wässrige Phase zweimal mit 25 ml_ MTBE gewaschen. Die vereinigte organische Phase wird Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Ausbeute: 11 ,30 g = 94%
1 H-NMR: 7,1 ppm (m, 1 H, -CFH); 6,1 ppm (m,1 H, =CH); 5,7 ppm
(m,1 H,=CH); 4,3 ppm (t, 2H, -CH20-); 3,2 ppm (t,2H, -SCH2); 1 ,9 ppm (s, 3H, -CH3)
Beispiel 4: Synthese einer Verbindung der Formel (Id) mit R "
R 1 = CH und Rf = CFa-O-CaFe-O
5 g 3-Hydroxy-2-hydroxymethyl-2-methylpropionsäuremethylester, 20 ml 1 ,1 ,2,2,3,3-Hexafluoro-1-trifluoromethoxy-3-trifluorovinyloxypr opan 60 ml Acetonitril und 6 g Kaliumcarbonat werden in einem Druckreaktor bei 80°C 20 h gerührt. Es stellte sich ein Druck von 1 ,5bar ein. Die Reaktion wird abgebrochen und das Reaktionsgemisch mit Wasser und MTBE versetzt. Die Phasen werden getrennt und die wässrige Phase mit 2x50mL MTBE extrahiert. Anschließend wird die vereinigte organische Phase mit 70mL Wasser und 70mL NaCI-Lösung gewaschen. Das Extrakt wird über Natriumsulfat getrocknet und das Lösemittel destilliert.
Auswaage: 20,58g 75%
1 H-NMR: 6,6 ppm (m, 2 H, -CFH); 4,2 ppm (dd, 4H, -CH20); 3,7 ppm (s,3H, -OCH3); 1 ,25 ppm (s, 3H CCH3)
20 g Ester werden mit 15 ml Methanol, 0,3 g Natriummethylat, 15 mg Katalysator für 12 Std bei 50 bar und 40 °C in einem Druckreaktor mit Wasserstoff hydriert. Das Reaktionsgemisch wird mit 50 ml Methyl- tert.butylether und 50 ml Wasser versetzt, die organische Phase abgetrennt und über NaS04 getrocknet. Das Produkt wird vom
Lösungsmittel befreit und im Vakuum destilliert (Sdp.: 95°C bei 0,1 mbar). Ausbeute: 16 g = 82%).
1 H-NMR: 6,6 ppm (m, 2 H, -CFH); 6,1 ppm (m,1H, =CH); 5,7 ppm
(m,1 H ,=CH); 4,3-4,1 ppm (m, 6H, -CH20); 1 ,3 ppm (s, 3H CCH3)
Beispiel 4c:
10 g Fluoralkoholalkohol werden mit 0,5 g Toluol-4-sulfonsäure- Monohydrat in 35 ml Toluol gelöst. Dann werden unter Rühren 2 g
Methacrylsäureanhydrid langsam zugegeben und die Reaktionsmischung für 24h bei 110 °C gerührt. Der auf Raumtemperatur abgekühlte Ansatz wird mit 25 mL Wasser und 25 mL MTBE versetzt und im Scheidetrichter abgetrennt. Anschließend wird die wässrige Phase zweimal mit 25 mL MTBE gewaschen und die vereinigte organische Phase wird mit Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Das Lösungsmittel wird am
Rotationsverdampfer entfernt. Ausbeute: 10.5 g = 96%
1 H-NMR: 6,6 ppm (m, 2 H, -CFH); 6,2 ppm (m,1H, =CH); 5,7 ppm
(m,1 H,=CH); 4,3-4,1 ppm (m, 6H, -CH20); 1 ,9 ppm (s, 3H, -CH3); 1,25 ppm (s, 3H CCH3)
Beispiel 5: Synthese einer Verbindung der Formel (Ih) mit R" = CH3 und Rf = C3F7-O
3,56 g But-2-en1,4-diol und 26,87 g Perfluorovinyloxypropan werden mit 2,84 g KOH und 27,5 g Acetonitril in einem Autoklaven auf 80°C erhitzt und 24 h bei dieser Temperatur zur Reaktion gebracht. Der Innendruck fällt dabei von anfangs 2,6 bar auf 1 bar. Der Ansatz wird nach Abkühlen auf Raumtemperatur filtriert und das Lösungsmittel destilliert. Das Lösemittel wird im Vakuum entfernt. Rohausbeute Ausbeute: m=30,28g
Das Rohprodukt wird in 30 ml Acetonitril gelöst, mit 20 ml Toluol versetzt, wodurch ein weißes Gel ausfällt. Der Niederschlag wird über wenig
Kieselgel abfiltriert und mit 20 ml Acetonitril nachgewaschen. Nach
Entfernung des Lösungsmittels wird der Rückstand getrocknet.
Ausbeute: m= 24,8g
1 H-NMR: 6,7 ppm (m, 2 H, -CFH); 6,0 ppm (s,2H, =CH); 4,6 ppm (s, 4H, -
CH2O);
In einem 100mL 4-Halskolben werden unter Eiskühlung und unter Argon 0,15 g Hexachloroplatin (IV)-säure- Hexahydrat (~40%Pt) und 10 g
Perfluoroolefin in 12 ml abs. THF vorgelegt. Unter Rühren und Eiskühlung werden 1 ,84 ml Trichlorsilan über eine Spritze zum Ansatz zugegeben, so dass die IT 5°C nicht überschreitet. Der Ansatz auf 60°C geheizt und bei dieser Temperatur 4h zur Reaktion gebracht. Anschließend wird unter Argon über Nacht auf RT abgekühlt. Es wird mit 5ml_ Trimethylorthoformiat versetzt und anschließend 2ml_ MeOH zugegeben. Die Temperatur steigt dabei um 5K auf 33°C. Es wird auf 50°C erwärmt und 2h bei dieser
Temperatur gerührt. Der Ansatz wird abgekühlt, das Lösemittel entfernt und der Rückstand im Vakuum getrocknet. Rohausbeute: m=18,95g
Der Ansatz wird bei 120 °C in einer Kugelrohrdestille im Hochvakuum aufgereinigt.
1 H-NMR: 6,7 ppm (dt, 2 H, -CFH); 3,8 ppm (m,4 H, -OCH2); 3,5 ppm (s,9H, -OCH3); 1 ,4 ppm (m,2 H, -CH2); 0,6 ppm (m,1 H, -SiCH);
Beispiel 6: Synthese einer Verbindung der Formel (Ig) mit R" = CH3 und Rf - C3F7-O
10,0 g Allyloxy-1 ,2-propandiol werden mit 60,4 g Perfluorovinyloxypropane, 13,6 g Kaliumcarbonat und 46,5 g Acetonitril im Autoklaven bei 80°C für 48h zur Reaktion gebracht. Nach Beendigung wird der Ansatz filtriert und das Lösemittel im Vakuum entfernt. Ausbeute: m=50,2g
Das Produkt wird im Vakuum destilliert (64-65°C bei 3 mbar)
1 H-NMR: 6,8 ppm (d, 2 H, -CFH); 5,9 ppm (m, 1 H, CH); 5,3 ppm (d, 1H, =CH 2 ), 5,2 ppm (d, 1H, =CH 2 ), 4,8 ppm (d, 1H, =CH) 4,2 ppm (m,2 H, - OCH 2 ); 4,0 ppm (m,2 H, -OCH2); 3,8 ppm (m,2 H, -OCH2)
In einem 100mL 4-Halskolben werden unter Eiskühlung und unter Argon 0,15 g Hexachloroplatin (IV)-säure- Hexahydrat (~40%Pt) und 10 g
Perfluoroolefin in 12 ml abs. THF vorgelegt. Unter Rühren und Eiskühlung werden 1 ,84 ml Trichlorsilan über eine Spritze zum Ansatz zugegeben so dass die IT 5°C nicht überschreitet. Der Ansatz auf 60°C geheizt und bei dieser Temperatur 4h zur Reaktion gebracht. Anschließend wird unter Argon über Nacht auf RT abgekühlt. Es wird mit 5mL Trimethylorthoformiat versetzt und anschließend 2mL MeOH zugegeben. Es wird auf 50°C erwärmt und 6h bei dieser Temperatur gerührt. Der Ansatz wird abgekühlt, das Lösemittel entfernt und der Rückstand im Vakuum getrocknet.
Rohausbeute: m=15,2g
Das Produkt wird in der Kugelrohrdestille aufgereinigt. 115°@ C 0,01 mbar 1 H-NMR: 6,8 ppm (d, 2 H, -CFH); 5,9 ppm (m, 1 H, CH); 4,2 ppm (m, 2H, - OCH2); 4,0 ppm (m, 2H, -OCH2); 3,5 ppm (s, 9H.-OCH3); 3,4 ppm (m, 2H, - OCH2) 1 ,5-0,6ppm (m, 4H, CH2-CH2-S1-)