[0002] 根据美国法典第35篇第119(e)节的规定，本申请要求提交于2016年4月27日的美国临时
专利申请No.62/328124的权益。美国临时专利申请No.62/328124据此以引用方式并入。
技术领域
[0003] 本
发明整体涉及可用于使得表面亲水性的有机硅烷、制备有机硅烷的方法、包含有机硅烷的组合物、用包含有机硅烷的组合物处理表面的方法以及经过处理的表面。
背景技术
[0004] 硅烷具有多种已知用途。例如，它们可用作制备弹性体、
聚合物和
树脂的
单体，用作各种组合物(诸如
洗涤剂、家用和个人护理制剂)的
偶联剂、添加剂，并且用作使得表面亲水性的
表面处理剂。一些硅烷在多种应用中具有多种用途。
[0005] 用于处理表面以使得表面亲水性的硅烷具有结合到硅烷的硅
原子的已知亲水性基团。这些亲水性基团的示例为聚环
氧乙烷和聚环氧丙烷。然而，聚环氧乙烷和聚环氧丙烷具有一些不期望的特性。
[0006] 据认为，行业中长期需要可用于使得表面亲水性的有机硅烷，但该有机硅烷既不包含聚环氧乙烷也不包含聚环氧丙烷。我们认为，既不包含聚环氧乙烷也不包含聚环氧丙烷并且使得表面亲水性的有机硅烷在提供更好的与其它材料的相容性方面可实现更大的配方范围，并且在一些领域可具有改善的性能。
[0007] 已通过多种方法制备出硅烷，包括直接方法、氢化硅烷化和格利雅反应。
发明内容
[0008] 我们发现一种亲水性有机硅烷。本发明涉及以下实施方案中的每一项：
[0009] 一种有机硅烷，该有机硅烷具有式(I)，X-A-Z，其中X为-SiR4nR2(3-n)，其中每个R4独立地为OR1或卤素，每个R1独立地为氢或C1-10
烃基，并且每个R2独立地为C1-10烃基，并且n为1至3，A为C1-10亚烃基，其中亚烃基的主链被取代，并且取代物包括一个或多个氧原子、一个或多个氮原子或者羰基，Z为糖基团、双甘油基团、聚甘油基团或木糖醇基团。
[0010] 组合物，该组合物包含该有机硅烷。
[0011] 制备该有机硅烷的方法和通过该方法制备的有机硅烷。
[0012] 由该有机硅烷制备聚硅氧烷的方法。
[0013] 处理组合物，该处理组合物包含该有机硅烷的
水解和/或缩合的产物。
[0014] 一种用该有机硅烷处理表面的方法。
[0015] 一种亲水性基底，该亲水性基底包括用该有机硅烷处理的基底、包含该有机硅烷的组合物或包含该有机硅烷的水解和/或缩合的产物的处理组合物。
[0016]
化妆品组合物，该化妆品组合物包含亲水性粉末。
[0017] 有机硅烷既不包含聚环氧乙烷也不包含聚环氧丙烷；使得表面亲水性；提供某些粉末改善的分散性、透明性、紫外线防护、
接触角等特性。
具体实施方式
[0018] 以引用的方式将发明内容和
说明书摘要并入本文。下文进一步描述上文概述的发明实施方案、用途和优点。
[0019] 本文中使用各种常见的规则来描述本发明的多个方面。例如，所有的物质状态都为在25℃和101.3kPa下测定，除非另外指明。所有％均按重量计，除非另有说明或指示。除非另有说明，否则所有％值均基于用于合成或制备组合物的所有成分的总量，该总量合计达100％。在其中包括属和亚属的任何
马库什群组包括属中的亚属，例如，在“R为烃基或烯基”中，R可以为烯基，作为另外一种选择R可以为烃基，其除了别的亚属外还包括烯基。对于美国的实务，本文引用的所有美国专利申请公布和专利或者其一部分(如果仅引用该部分的话)据此在并入的主题不与本说明书相冲突的程度上以引用的方式并入本文，在任何这种冲突的情况下，应以本说明书为准。
[0020] 本文中使用各种专利术语来描述本发明的多个方面。例如，“作为另外一种选择”表示不同的和有区别的实施方案。“比较例”意指非发明实验。“包含”及其变型(包括、含有)为开放式的。“由…组成”及其变型为封闭式的。“接触”意指形成物理接触。“可”提供一个选择，而不是必要的。“任选地”意指不存在，作为另外一种选择存在。
[0021] 本文中使用各种化学术语来描述本发明的多个方面。所述术语的含义对应于它们由IUPAC公布的定义，除非本文中另有定义。为了方便起见，对某些化学术语进行了定义。
[0022] 术语“卤素”意指氟、氯、溴或碘，除非另有定义。
[0023] 术语“IUPAC”是指国际理论化学与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry)。
[0024] “元素周期表”意指IUPAC在2011年公布的版本。
[0025] 一种有机硅烷，该有机硅烷具有式(I)，X-A-Z(I)，其中X为-SiR4nR2(3-n)，其中每个R4独立地为OR1或卤素，其中每个R1独立地为氢或C1-10烃基，并且每个R2独立地为C1-10烃基，并且n为1至3，A为C1-10亚烃基，其中亚烃基的主链被取代，并且取代物包括一个或多个氧原子、一个或多个氮原子或者羰基，Z为糖基团、双甘油基团、聚甘油基团或木糖醇基团。由R4表示的卤素的示例包括F、Cl、Br和I，作为另外一种选择F、Cl和Br，作为另外一种选择Cl或Br，作为另外一种选择Cl。
[0026] 由R1和R2表示的烃基基团通常有1至10个
碳原子，作为另外一种选择1至6个碳原子，作为另外一种选择1至4个碳原子，作为另外一种选择1至3个碳原子，作为另外一种选择1或2个碳原子，作为另外一种选择2至6个碳原子，作为另外一种选择2或3个碳原子。含有至少三个碳原子的无环烃基基团可具有支链或非支链结构。烃基基团的示例包括但不限于：
烷基，诸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基；环烷基，诸如环戊基、环己基和甲基环己基；芳基，诸如苯基和
萘基；烷芳基，诸如
甲苯基和二甲苯基；芳烷基，诸如苄基和苯乙基；烯基，诸如乙烯基、烯丙基和丙烯基；芳烯基，诸如苯乙烯基和肉桂基；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基。
[0027] 由A表示的亚烃基基团通常具有1至10个碳原子，作为另外一种选择2至10个碳原子，作为另外一种选择1至6个碳原子，作为另外一种选择2至6个碳原子，作为另外一种选择1至3个碳原子，作为另外一种选择2或3个碳原子，作为另外一种选择3至10个碳原子，作为另外一种选择3至6个碳原子，作为另外一种选择3个碳原子，作为另外一种选择6个碳原子，作为另外一种选择10个碳原子。亚烃基的主链被取代，并且取代物包括一个或多个氧原子、一个或多个氮原子或羰基。由A表示的亚烃基基团除参考主链的取代物之外可进一步被取代。
[0028] 参考亚烃基的主链“被取代”意指碳主链的碳中的一者被一个或多个除碳之外的原子或一个或两个羰基基团，作为另外一种选择以下中的一者或多者置换：O、N或羰基，作为另外一种选择O、N、羰基、-NC(O)N-、-NC(O)O-或-C(O)O-，作为另外一种选择O、N、羰基、-NC(O)N-或-NC(O)O。取代物可以在碳链内或在碳链的一端。例如，包含3个碳原子并被氧取代的亚烃基包括但不限于以下结构：-CH2CH2CH2O-和-CH2OCH2CH2-，并且具有一个碳原子并被氧取代的亚烃基意指-CH2O-。
[0029] 除了参考亚烃基的主链之外，“被取代”意指烃基或亚烃基基团的氢原子被除氢或碳之外的基团或原子，作为另外一种选择羟基、胺或氧取代，其中氧为羰基基团的一部分。
[0030] 含有至少三个碳原子的无环亚烃基基团可具有支链或非支链结构。亚烃基的主链被取代并且由A表示的亚烃基基团的示例包括但不限于通过从以下物质中去除两个氢原子而形成的二基基团：烷烃，诸如甲烷(例如，1,1-甲烷-二基)、乙烷、丙烷、1-甲基乙烷、
丁烷、1-甲基丙烷、2-甲基丙烷、1,1-二甲基乙烷、戊烷、1-甲基丁烷、1-乙基丙烷、2-甲基丁烷、3-甲基丁烷、1,2-二甲基丙烷、2,2-二甲基丙烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷；环烷烃，诸如环戊烷(例如1,3-环戊烷-二基)、环己烷和甲基环己烷；芳烃，诸如苯和萘；烷芳烃，诸如甲苯和二甲苯；烯烃，诸如乙烯、丙烯、苯基丁烯；芳烯烃，诸如苯乙烯和3-苯基-2-丙烯；以及炔烃，诸如乙炔和丙炔，并且其中亚烃基主链的一个或多个，作为另外一种选择1至3个、作为另外一种选择1或2个碳原子被O、N、羰基、-NC(O)N-或-NC(O)O取代；并且还包括丁子香酚、 -(CH2)aCH2O-、-(CH2)aCH2OCH2CH(OH)CH2-，其中z为0至6，作为另外
一种选择1至3，作为另外一种选择2。
[0031] 由Z表示的基团包括但不限于糖基团、双甘油基团、聚甘油基团或木糖醇基团。糖基团可以为一个或多个由化学式C6H12O6表示的糖基团连接在一起。由Z表示的糖基团的示例包括但不限于N-甲基葡糖胺(例如，(2R,3R,4R,5S)-6-(甲
氨基)己烷-1,2,3,4,5-五醇)和
葡萄糖(例如，D-葡萄糖)，其中Z通过氮或氧原子键合和/或连接至A。在一个实施方案中糖基团为N-甲基葡糖胺，其中该基团通过氮原子键合和/或连接至A。由Z表示的双甘油和聚甘油基团包括通过氧原子连接的两个(就双甘油而言)或更多个甘油单元。
[0032] 双甘油或聚甘油基团由Glya表示，其中Gly为R3CH2CH(R3)CH2R3，其中每个R3独立地表示羟基、连接至A的氧原子或连接至另一个Gly单元的氧原子，并且a为≥2的整数，作为另外一种选择2至6、作为另外一种选择2或3、作为另外一种选择2、作为另外一种选择3的整数。在一个实施方案中，Glya表示-OCH2CH(OH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH、-OCH(CH2OCH2CH(OH)CHOH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH或-O(C3H6O2)bH，其中b大于1，作为另外一种选择为2至8，作为另外一种选择为2至6，作为另外一种选择为2或3，作为另外一种选择为2，作为另外一种选择为3，作为另外一种选择Glya表示-OCH2CH(OH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH或-OCH(CH2OCH2CH(OH)CHOH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH。
[0033] 木糖醇基团由Xyl表示，其中Xyl为CH2(R5)CH(R5)CH2C(H)(R5)CH2R5，其中每个R5独立地表示羟基或将Xyl连接至A的氧原子。木糖醇基团的示例为-OCH2CH(OH)CH2CH(OH)CH2(OH)。
[0034] 由X表示的基团为-SiR4nR2(3-n)，其中每个R4独立地为OR1或卤素，其中每个R1独立地为氢或C1-10烃基，并且每个R2独立地为C1-10烃基，并且n为1至3，作为另外一种选择2或3，作为另外一种选择2，作为另外一种选择3，作为另外一种选择1。含有至少三个碳原子的无环烃基基团可具有支链或非支链结构。由R1表示的烃基基团的示例包括但不限于：烷基，诸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基；环烷基，诸如环戊基、环己基和甲基环己基；芳基，诸如苯基和萘基；烷芳基，诸如甲苯基和二甲苯基；芳烷基，诸如苄基和苯乙基；烯基，诸如乙烯基、烯丙基和
2
丙烯基；芳烯基，诸如苯乙烯基和肉桂基；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基。由R表示的烃基基团的示例为从上文R1所述的那些。在一个实施方案中，R1与R2相同，为甲基，作为另外一种选择为乙基。
[0035] -SiR4nR2(3-n)的示例包括但不限于三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基、三丙氧基甲硅烷基、甲基二甲氧基甲硅烷基、乙基二乙氧基甲硅烷基、乙基二甲氧基甲硅烷基、甲基二乙氧基甲硅烷基、二甲基甲氧基甲硅烷基、二乙基二乙氧基甲硅烷基、二乙基甲氧基甲硅烷基、二甲基乙氧基甲硅烷基。
[0036] 有机硅烷，该有机硅烷具有式(I)，X-A-Z(I)的示例包括但不限于以下物质：
[0037]
[0038] 以及其中A-Z为 的那些，其中c≥1，作为另外一种选择为1至5，作为另外一种选择为2至4，作为另外一种选择为2，作为另外一种选择为3，并且X为三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基、三丙氧基甲硅烷基、甲基二甲氧基甲硅烷基、乙基二乙氧基甲硅烷基、乙基二甲氧基甲硅烷基、甲基二乙氧基甲硅烷基、二甲基甲氧基甲硅烷基、二乙基二乙氧基甲硅烷基、二乙基甲氧基甲硅烷基或二甲基乙氧基甲硅烷基。
[0039] 本发明的一个实施方案为包含上述有机硅烷的组合物。相对于有机硅烷的“组合物”为有机硅烷自身和一种另外的材料。另外的材料的示例包括
溶剂、
表面活性剂、添加剂、酸、
碱、油、缓和剂、蜡、调理剂(诸如阳离子、两性和甜菜碱调理剂)、
遮光剂、防晒剂和金属氧化物。
[0040] 制备有机硅烷的方法(A)
[0041] 一种用于制备有机硅烷的方法，该方法包括使有机化合物Z1-E1与有机化合物D1-E2在足以引起Z1-E1和D1-E2反应以形成F1的
温度和压
力下反应，其中Z为糖、单甘油基团、双1
甘油、聚甘油或木糖醇基团，E 为羟基、胺或包括
反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯；其中D1为包括具有2至12个碳原子的不饱和烃基基团的有机基团，并且E2为包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯的反应性官能团；其中F1为中间体；以及
[0042] 使F1与式Si(OR1)n(R2)3-nH的有机硅烷和硅氢加成催化剂反应，其中R1为含有1至4个碳原子的烷基基团并且R2为含有1至4个碳原子的烷基基团，n为1至3。
[0043] 有机化合物Z1E1
[0044] Z1表示糖、单甘油基团、二甘油基团、聚甘油基团或木糖醇基团，作为另外一种选择二甘油基团、聚甘油基团或木糖醇，作为另外一种选择二甘油、三甘油基团或木糖醇基团。由Z1表示的糖如上文针对有机硅烷所述。在一个实施方案中，糖为葡萄糖(D-葡萄糖)、果糖或N-甲基葡糖胺，作为另外一种选择N-甲基葡糖胺，作为另外一种选择D-葡萄糖或N-甲基葡糖胺。
[0045] 由Z1表示的单甘油基团、双甘油基团或三甘油基团由式Glya表示，其中Gly为R3CH2CH(R3)CH2R3，其中每个R3独立地表示羟基、连接至E1的氧原子或连接至另一个Gly单元的氧原子，并且a为≥1的整数，作为另外一种选择a为≥2的整数，作为另外一种选择从2至6、作为另外一种选择2或3、作为另外一种选择2、作为另外一种选择3的整数。在一个实施方案中，Glya表示-OCH2CH(OH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH,-OCH(CH2OCH2CH(OH)CHOH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH或-O(C3H6O2)bH，其中b大于1，作为另外一种选择大于2，作为另外一种选择为2至8，作为另外一种选择为2至6，作为另外一种选择为2或3，作为另外一种选择为2，作为另外一种选择为3，作为另外一种选择Glya表示-OCH2CH(OH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH或-OCH(CH2OCH2CH(OH)CHOH)CH2OCH2CH(OH)CH2OH。
[0046] 由Z1表示的木糖醇基团具有式CH2(R5)CH(R5)CH2C(H)(R5)CH2R5，其中每个R5独立地表示羟基或连接至E1的氧原子。在一个实施方案中，木糖醇基团为-OCH2CH(OH)CH2C(H)(OH)CH2OH。
[0047] 由E1表示的胺基团通常为伯胺或仲胺，作为另外一种选择为伯胺。键合到仲胺的基团通常为具有1至10个碳原子、作为另外一种选择1至6个碳原子、作为另外一种选择1个碳原子的烃基基团。仲胺的烃基基团的示例包括但不限于：烷基，诸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基；环烷基，诸如环戊基、环己基和甲基环己基；芳基，诸如苯基和萘基；烷芳基，诸如甲苯基和二甲苯基；芳烷基，诸如苄基和苯乙基；烯基，诸如乙烯基、烯丙基和丙烯基；芳烯基，诸如苯乙烯基和肉桂基；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基。
[0048] 包括由E1表示的反应性官能团的有机基团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯，并且通常包括具有1至10个碳原子、作为另外一种选择1至6个碳原子、作为另外一种选择1至3个碳原子的烃基基团，其中该烃基基团被羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯取代。包括反应性官能团的有机基团的烃基基团的示例包括但不限于：烷基，诸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基；环烷基，诸如环戊基、环己基和甲基环己基；芳基，诸如苯基和萘基；烷芳基，诸如甲苯基和二甲苯基；芳烷基，诸如苄基和苯乙基；烯基，诸如乙烯基、烯丙基和丙烯基；芳烯基，诸如苯乙烯基和肉桂基；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基。
[0049] 包括由E1表示的羟基基团的有机基团的示例包括但不限于：羟烷基，诸如羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、羟戊基、羟己基、羟基十二烷基。
[0050] 由包括反应性官能团的有机基团构成的胺如以上E1所定义。包括反应性官能团的有机基团的环氧乙烷基团为烃基基团意指其中氧原子直接附接到碳链或环系(即三元环醚)的两个相邻碳原子并且由以下结构式-CH(O)CH2表示的化合物。包括环氧乙烷官能团的有机基团的示例包括但不限于：氧化烯基，诸如氧化乙烯基、氧化丙烯基、氧化1-丁烯基、氧化1-戊烯基、氧化1-己烯基、氧化1-七碳烯基(septenyl)、氧化1-辛烯基；以及氧化环烯基，诸如氧化环己烯基。环氧乙烷官能团使用具有结构-CH(O)CH2的式表示。
[0051] 异氰酸酯基团具有结构-N＝C＝O，其中异氰酸酯通过氮原子键合或连接。包括异氰酸酯的有机基团的示例包括：烷基异氰酸酯，诸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基，其中烷基基团被异氰酸酯基团取代；环烷基，诸如环戊基、环己基和甲基环己基，其中环烷基基团被异氰酸酯基团取代；芳基，诸如苯基和萘基，其中芳基基团被异氰酸酯基团取代；烷芳基，诸如甲苯基和二甲苯基，其中烷芳基基团被异氰酸酯基团取代；芳烷基，诸如苄基和苯乙基，其中芳烷基基团被异氰酸酯基团取代；烯基，诸如乙烯基、烯丙基和丙烯基，其中烯基基团被异氰酸酯基团取代；芳烯基，诸如苯乙烯基和肉桂基，其中芳烯基基团被异氰酸酯基团取代；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基，其中炔基基团被异氰酸酯基团取代。
[0052] 有机化合物Z1E1的示例包括但不限于：2,3-环氧丙基双甘油、2,3-环氧丙基三甘油、2,3-环氧丙基聚甘油、N-2,3-环氧丙基-N-甲基葡糖胺、3-氨丙基双甘油、3-氨丙基三甘油、3-氨丙基聚甘油、N-3-氨丙基--N-甲基葡糖胺、3-异氰酸酯基丙基双甘油、3-异氰酸酯基丙基三甘油、3-异氰酸酯基丙基聚甘油、N-3-异氰酸酯基丙基-N-甲基葡糖胺、甘油、双甘油、三甘油、聚甘油和N-甲基葡糖胺。根据式Z1E1的化合物可从市场上购买或使用本领域已知的反应由易得的起始材料合成。例如，合成这些材料的方法可见于日本专利文档JP2001-261672A1和JP2004-277548A1，这两篇文档因为与合成根据式Z1E1的化合物有关的教导内容据此通过引用方式并入。
[0053] 有机化合物D1E2
[0054] 由D1表示的有机基团通常包括具有2至12个碳原子、作为另外一种选择2至11个碳原子、作为另外一种选择3至10个碳原子、作为另外一种选择3至6个碳原子、作为另外一种选择3或4个碳原子、作为另外一种选择3个碳原子的不饱和烃基基团。由D1表示的不饱和烃基基团的示例包括但不限于烯基，诸如乙烯基、烯丙基和丁烯基；芳烯基，诸如丁子香基、苯乙烯基和肉桂基；以及炔基，诸如乙炔基和丙炔基；芳基、诸如苯基和萘基；烷芳基，诸如甲苯基和二甲苯基；芳烷基，诸如苄基和苯乙基；。
[0055] 由E2表示的反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯。羟基基团、胺基团、环氧乙烷基团和异氰酸酯基团如上文针对E1所述。
[0056] 由D1E2表示的化合物的示例包括但不限于：烯丙醇、3-丁烯-1-醇、4-戊烯-1-醇、5-己烯-1-醇、6-七碳烯-1-醇、11-十二碳烯-1-醇、丁子香酚、3-氨基-1-丙烯、4-氨基-1-丁烯、5-氨基-1-戊烯、6-氨基-1-己烯、6-氨基-1-环己烯、12-氨基-1-十二碳烯、3,4-环氧-1-丁烯、1,2-环氧-5-己烯、1,2-环氧-9-癸烯、烯丙基异氰酸酯、1-异氰酸酯基-3-丁烯、1-异氰酸酯基-4-戊烯、1-异氰酸酯基-5-己烯以及苯异氰酸酯。由D1E2表示的许多化合物可商购获得。其它化合物可使用本领域已知的方法合成。
[0057] 中间体F1
[0058] 中间体F1为通过Z1E1与D1E2的反应形成的。由F1表示的中间体的示例包括但不限于以下化合物：
[0059]
[0060] 中间体F1与式Si(OR1)n(R2)3-nH的有机硅烷和硅氢加成催化剂反应，其中R1为含有1至4个碳原子的烷基基团并且R2为含有1至4个碳原子的烷基基团，n为1至3，作为另外一种选择2或3，作为另外一种选择1，作为另外一种选择2，作为另外一种选择3。
[0061] 由R1表示的烷基基团通常具有1至4个碳原子，作为另外一种选择1或2个碳原子，作为另外一种选择1个碳原子，作为另外一种选择2个碳原子。由R1表示的烃基基团的示例包括但不限于甲基、乙基、丙基和丁基。由R2表示的烷基基团如针对R1所定义。
[0062] 硅氢加成催化剂可以为任何已知催化在含有SiH基团的化合物与包含不饱和烃(诸如烯烃或炔烃)基团的化合物之间的硅氢加成反应的催化剂。在一个实施方案中，硅氢加成催化剂包括铂。催化剂的示例包括诸如钌、铑、钯、锇、铱等的化合物。可用作催化剂的铂化合物的示例包括氯铂酸、铂金属、铂金属支承的载体(诸如铂支承的氧化
铝、铂支承的
二氧化硅、铂支承的
炭黑等)。也可使用铂络合物，诸如铂-乙烯基硅氧烷络合物、铂膦
复合体、铂
亚磷酸盐复合体、铂醇化物催化剂等。使用有效量的催化剂。如本文所用，在使用铂催化剂的情况中，“有效量的催化剂”通常为0.5ppm至1,000ppm的铂金属。
[0063] 通过制备有机硅烷A的方法形成的有机硅烷化合物的示例包括上文针对式(I)所述的那些。
[0064] 制备有机硅烷的方法(B)
[0065] 一种用于制备有机硅烷的方法，该方法包括：使(a)和(b)在足以引起(a)和(b)反应的温度和压力下反应，(a)式Si(OR1)n(R2)3-nB1的有机硅烷，其中R1为含有1至4个碳原子的2 1
烷基基团，并且R为含有1至4个碳原子的烷基基团，n为1至3，并且B为包括反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯；(b)有机化合物Z1-E1，其中Z为糖、单甘油基团、双甘油、聚甘油、丁子香酚或木糖醇基团，E1为羟基、胺或包括反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯。
[0066] 在制备有机硅烷B的方法中反应的有机硅烷中由R1和R2表示的基团如上文针对制备有机硅烷A的方法所述。
[0067] 包括由B1表示的反应性基团的有机基团包括但不限于：具有1至10个碳原子、作为另外一种选择1至7个碳原子、作为另外一种选择1至3个碳原子的烃基基团，其中该烃基基团被反应性基团取代。烃基基团的示例包括丁子香酚，其中非芳族烯烃(即，末端不饱和)被键合至有机硅烷的硅原子的末端烷基(如甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基和癸基)置换。烃基基团的主链可以被以下原子和/或基团中的一者或多者取代：氧、氮、羰基、羧基、酰胺基和亚脲基，作为另外一种选择烃基基团的主链被以下原子和/或基团中的一者或多者取代：氧、氮、羰基、羧基、酰胺基和亚脲基，作为另外一种选择氧，作为另外一种选择氮。
[0068] 有机基团B1的反应性基团为羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯。反应性官能团如上文针对制备有机硅烷A的方法所述。B1可为式Si(OR1)n(R2)3-nH的有机氢化硅烷与上述D1E2的硅氢加成反应产物，其中R1、R2和n如上文所定义。
[0069] 有机化合物E1Z1和基团E1和Z1如上文针对制备有机硅烷A的方法所述。
[0070] 通过制备有机硅烷B的方法形成的有机硅烷化合物的示例包括上文针对式(I)所述的那些。
[0071] 用于制备上述有机硅烷的制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法在足以引起反应发生的温度下进行。足以引起反应发生的温度为25C至300C，作为另外一种选择为40C至150C，作为另外一种选择为65C至120C。
[0072] 用于制备上述有机硅烷的制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法在足以使反应发生的压力下进行。足以使反应发生的压力意指从
大气压力到大气压力以上压力、作为另外一种选择在大气压力下、作为另外一种选择在大气压力以上压力下、作为另外一种选择0kPa到100kPa表压力的压力下、作为另外一种选择压力10kPa到100kPa压力下的压力。
[0073] 用于制备上述有机硅烷的制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法进行足以使反应发生的时间。本领域的技术人员应理解，足以使反应发生的时间将随反应的温度和压力而变化。通常足以反应的时间为至少10分钟，作为另外一种选择30分钟至20小时，作为另外一种选择2至10小时。
[0074] 上述用于制备有机硅烷的制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法可在任何通常用于高温下化学反应的反应器诸如三颈玻璃烧瓶、柱、密封管、膜(诸如
薄膜或降膜式反应器)中进行。本领域的技术人员将知道如何选择适于进行用于制备有机硅烷的方法的反应器。
[0075] 制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法还可包括回收通过这些方法制备的有机硅烷的步骤。回收可通过本领域已知的方法(诸如蒸馏)完成。
[0076] 制备有机硅烷A的方法和制备有机硅烷B的方法提供了以良好效率和收率制备上述式(I)化合物的高成本效益方法。
[0077] 通过制备有机硅烷A的方法或制备有机硅烷B的方法制备的上述式(I)的有机硅烷可用于许多应用中，并提供有益效果，包括但不限于粉末改善的分散性、透射率、防雾和防污涂层。
[0078] 一种形成聚硅氧烷的方法，该方法包括：使式(I)的有机硅烷或根据上述制备有机硅烷A的方法或制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷水解和缩合，以形成聚硅氧烷。本领域的技术人员将知道如何使式(I)的有机硅烷或根据上述制备有机硅烷A的方法或制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷水解和/或缩合，以制备聚硅氧烷。如本文所用，“聚硅氧烷”包括二聚体、三聚体、低聚物以及含有通过有机硅烷的水解和缩合产生的Si-O-Si键的聚合物。
[0079] 一种处理组合物，该处理组合物包含式(I)的有机硅烷或通过制备有机硅烷A的方法或制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷的水解和/或缩合的产物。该处理组合物还包含至少一种另外的成分。至少一种另外的成分的示例包括但不限于溶剂、无机氧化物、缓和剂、表面活性剂、油、酯、聚合物、颜料、碱或酸。
[0080] 一种处理表面的方法，该方法包括将式(1)的有机硅烷，根据制备有机硅烷A的方法制备的有机硅烷，或根据制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷施用到表面。式(1)的有机硅烷，根据制备有机硅烷A的方法制备的有机硅烷，根据制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷如上文所述。本领域的技术人员将知道如何将有机硅烷施用到表面以处理该表面。
[0081] 一种在其表面上具有表面处理层的亲水性基底，该亲水性基底包含式(1)的有机硅烷、根据制备有机硅烷A的方法制备的有机硅烷或根据制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷，其中式(1)的有机硅烷、根据制备有机硅烷A的方法制备的有机硅烷，或根据制备有机硅烷B的方法制备的有机硅烷如上文所述。
[0082] 亲水性基底的示例包括但不限于粉末，作为另外一种选择金属氧化物；玻璃；颜料；角质材料，作为另外一种选择
皮肤，作为另外一种选择毛发；织物，作为另外一种选择羊毛、尼龙或人造丝，作为另外一种选择羊毛。金属氧化物的示例包括但不限于氧化锌或二氧化
钛。氧化锌和二氧化钛可商购获得。
[0083] 一种化妆品组合物，其中化妆品组合物包含亲水性粉末。化妆品的示例包括但不限于有色化妆品、皮肤乳液、防晒乳液、眼妆和粉底。制备包含亲水性粉末的化妆品的方法为本领域中已知的。本领域的技术人员将知道如何将亲水性粉末掺入化妆品组合物中。
[0084] 有机硅烷的纯度可以通过29Si-NMR、反相液相色谱法或更可能的为通过后文所述的气相色谱法(GC)来测定。例如，由GC测定的纯度可以从60面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从70面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从80面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从90面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从93面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从95面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从97面积％至≤100面积％(GC)，作为另外一种选择从99.0面积％至≤100面积％(GC)。每个≤100面积％(GC)可以独立地如先前所定义。
[0086] 通过以下的非限制性实施例来进一步说明本发明，并且本发明实施方案可以包括以下非限制性实施例的特征和限制的任意组合。
环境温度为约23℃，除非另外指明。
[0087] 29Si-NMR仪器和溶剂：使用Varian 400MHz汞
光谱仪。使用C6D6作为溶剂。
[0088] 实施例1
[0089] 在500ml三颈圆底烧瓶中添加125.0g(0.65摩尔)烯丙基木糖醇。将反应烧瓶装配上机械搅拌器、回流
冷凝器、加料漏斗、加热套和
热电偶，并将整个装置置于N2悬浮层下。然后将79.4g(0.75摩尔)二甲氧基甲基硅烷添加到加料漏斗。将烧瓶的内容物加热至50℃±2℃。然后，添加1％Dow 2-0707INT催化剂的甲苯溶液(在反应结束时得到4ppm Pt)。在放热平息之后，缓慢添加剩下的二甲氧基甲基硅烷，因此反应的温度绝不会超过58℃。完整的添加花大约两小时，并且然后将反应保持在50℃下，持续另外的4小时。接着，用N2吹扫反应容器，持续4小时。通过29Si、13C和1H NMR分析澄清产物。这些方法表明，已发生期望的反应，并且未发生与烷氧基基团的副反应。
[0090] 实施例2
[0091] 烯丙基双甘油与二甲氧基甲基硅烷的硅氢加成
[0092] 在500ml三颈圆底烧瓶中添加125.0g(0.61摩尔)烯丙基双甘油。将反应烧瓶装配上机械搅拌器、回流冷凝器、加料漏斗、加热套和热电偶，并将整个装置置于N2悬浮层下。然后将74.0g(0.70摩尔)二甲氧基甲基硅烷添加到加料漏斗。将烧瓶的内容物加热至50℃±2℃。然后，添加1％Dow 2-0707INT催化剂的甲苯溶液(在反应结束时得到4ppm Pt)。在放热平息之后，缓慢添加剩下的二甲氧基甲基硅烷，因此反应的温度绝不会超过58℃。完整的添加花大约两小时，并且然后将反应保持在50℃下，持续另外的4小时。接着，用N2吹扫反应容器，持续4小时。通过29Si、13C和1H NMR分析澄清产物。这些方法表明，已发生期望的反应，并且未发生与烷氧基基团的副反应。
[0093] 实施例3
[0094] (3-缩水甘油氧基丙基)二甲氧基甲基硅烷与木糖醇的反应
[0095] 在500ml三颈圆底烧瓶中添加72.4g(0.33摩尔)(3-缩水甘油氧基丙基)二甲氧基甲基硅烷、50.0g(0.33摩尔)木糖醇和50.0g甲苯。将烧瓶配备上机械搅拌器、回流冷凝器和热电偶，并置于N2气氛下。将该混合物加热至并保持在85℃±5℃，混合持续10小时。然后将29 13 1
粗产物加热至110℃±5℃并置于5mmHg气氛下，持续2小时。通过 Si、C和 H NMR分析所得产物。这些方法表明，已发生期望的反应，并且未发生与烷氧基基团的副反应。
[0096] 实施例4
[0097] (3-异氰酸酯基)甲基二甲氧基硅烷与木糖醇的反应
[0098] 在500ml三颈圆底烧瓶中添加62.5g(0.33摩尔)(3-异氰酸酯基丙基)二甲氧基甲基硅烷、50.0g(0.33摩尔)木糖醇和50.0g甲苯。将烧瓶配备上机械搅拌器、回流冷凝器和热电偶，并置于N2气氛下。将该混合物加热至并保持在85℃±5℃，混合持续10小时。然后将粗产物加热至110℃±5℃并置于5mmHg气氛下，持续2小时。通过29Si、13C和1H NMR分析所得产物。这些方法表明，已发生期望的反应，并且未发生与烷氧基基团的副反应。
[0099] 发明实施方案
[0100] 在第一实施方案中，有机硅烷具有式(I)
[0101] (I) X-A-Z，
[0102] 其中X为-SiR4nR2(3-n)，其中每个R4独立地为OR1或卤素，其中每个R1独立地为氢或C1-10烃基，并且每个R2独立地为C1-10烃基，并且n为1至3，A为C1-10亚烃基，其中所述亚烃基的主链被取代，并且取代物包括一个或多个氧原子、一个或多个氮原子或者羰基，Z为糖基团、双甘油基团、聚甘油基团或木糖醇基团。
[0103] 在第二实施方案中，第一实施方案所述的有机硅烷，其中Z为由Glya表示的双甘油或聚甘油基团，其中Gly为R3CH2CH(R3)CH2R3，其中每个R3独立地表示羟基、连接至A的氧原子或连接至另一个Gly单元的氧原子，并且a为≥2的整数，或为由Xyl表示的木糖醇基团，其中Xyl为CH2(R5)CH(R5)CH2C(H)(R5)CH2R5，其中每个R5独立地表示羟基或将Xyl连接至A的氧原子。
[0104] 在第三实施方案中，第一实施方案所述的有机硅烷，其中A的亚烷基主链被一个或两个氧原子、一个氮原子、-NC(O)O-、-NC(O)N-取代，或者其中A为由以下结构表示的取代的C1-10亚烃基：
[0105]
[0106] 在第四实施方案中，第一实施方案所述的有机硅烷，其中A被-OH或-CH2OH取代。
[0107] 在第五实施方案中，如在前述实施方案的任一项中所述的有机硅烷，其中R1为乙基或甲基，R2为甲基，n为2或3，A为亚丙基并且A可以被-OH或-CH2OH取代。
[0108] 在第六实施方案中，第一实施方案所述的有机硅烷，其中-A-Z选自-C3H6O(C3H6O2)bH，其中b为3或4的平均值，和 其中c大于或等于1，b为4的平均值，或者其中有机硅烷为根据下式
[0109]
[0110] 在第七实施方案中，根据第一实施方案所述的有机硅烷，其中Z为N(R7)(CH3)CH2[C(H)(R6)]4CH2(R6)，其中每个R6独立地表示羟基或连接至A的氧原子，并且R7表示氢原子、烃基或至A的键。
[0111] 在第八实施方案中，根据第七实施方案所述的有机硅烷，其中R1为乙基，n＝3，A为-(CH2)3OCH2CH(OH)CH2-，并且Z为-N(CH3)CH2[C(H)(OH)]4CH2(OH)。
[0112] 在第九实施方案中，一种组合物，所述组合物包含前述实施方案中任一项所述的有机硅烷。
[0113] 在第十实施方案中，一种制备有机硅烷的方法，该方法包括：
[0114] 使有机化合物Z1-E1与有机化合物D1-E2在足以引起Z1-E1和D1-E2反应以形成F1的温度和压力下反应，其中Z为糖、单甘油基团、双甘油、聚甘油、丁子香酚或木糖醇基团，E1为羟基、胺或包括反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯；其中D1为包括不饱和烃基基团和2至12个碳原子的有机基团，并且E2为包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯的反应性官能团；其中F1为中间体；以及
[0115] 使F1与式Si(OR1)n(R2)3-nH的有机硅烷和硅氢加成催化剂反应，其中R1为含有1至4个碳原子的烷基基团并且R2为含有1至4个碳原子的烷基基团，n为1至3。
[0116] 在第十一实施方案中，第十实施方案所述的方法，其中Z1为由Glya表示的双甘油或3 3 3 3 1
聚甘油基团，其中Gly为R CH2CH(R)CH2R ，其中每个R独立地表示羟基、连接至E的氧原子或连接至另一个Gly单元的氧原子，并且a为≥2的整数，或为由Xyl表示的木糖醇基团，其中Xyl为CH2(R5)CH(R5)CH2C(H)(R5)CH2R5，其中每个R5独立地表示羟基或将Xyl连接至E1的氧原子。
[0117] 在第十二实施方案中，第十实施方案所述的方法，其中Z为N(R7)(CH3)CH2[C(H)(R6)]4CH2(R6)，其中每个R6独立地表示羟基或连接至E1的氧原子，并且R7表示氢原子、烃基或至E1的键。
[0118] 在第十三实施方案中，第十实施方案至第十二实施方案中任一项所述的方法，其1 8 8
中E包括环氧基团并由式-RCH(O)CH2表示，其中R 为具有1至10个碳原子的亚烃基基团并且E2为羟基或胺，或者其中E1为羟基、胺或具有1至10个碳原子的烃基基团，并且还包括羟基或胺基团，并且E2包括环氧基团并由-R9CH(O)CH2表示。
[0119] 在第十四实施方案中，一种制备有机硅烷的方法，该方法包括：使(a)和(b)在足以引起(a)和(b)反应的温度和压力下反应
[0120] (a)式Si(OR1)n(R2)3-nB1的有机硅烷，其中R1为含有1至4个碳原子的烷基基团并且R2为含有1至4个碳原子的烷基基团，n为1至3，并且B1为包括反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯；
[0121] (b)有机化合物Z1-E1，其中Z为糖、单甘油基团、双甘油、聚甘油、丁子香酚或木糖醇基团，E1为羟基、胺或包括反应性官能团的有机基团，其中反应性官能团包括羟基、胺、环氧乙烷或异氰酸酯。
[0122] 在第十五实施方案中，第十四实施方案所述的方法，其中Z1为由Glya表示的双甘油或聚甘油基团，其中Gly为R3CH2CH(R3)CH2R3，其中每个R3独立地表示羟基、连接至E1的氧原子或连接至另一个Gly单元的氧原子，并且a为≥2的整数，或为由Xyl表示的木糖醇基团，其中Xyl为CH2(R5)CH(R5)CH2C(H)(R5)CH2R5，其中每个R5独立地表示羟基或将Xyl连接至E1的氧原子。
[0123] 在第十六实施方案中，第十四实施方案所述的方法，其中Z1为N(R7)(CH3)CH2[C(H)6 6 6 1 7
(R)]4CH2(R)，其中每个R独立地表示羟基或连接至E的氧原子，并且R表示氢原子、烃基或至E1的键。
[0124] 在第十七实施方案中，第十四实施方案至第十六实施方案中任一项所述的方法，其中B1中的有机基团包括环氧基团并由式R9CH(O)CH2表示，其中R9为具有1至6个碳原子的9 1 10 10 10
亚烃基基团并且R的主链被氧原子取代，并且E 为羟基、胺、R OH或R NH2，其中R 为具有1至6个碳原子的亚烃基基团，或者其中B1包括R10OH或R10NH2，并且E1包括环氧基团并由式R9CH(O)CH2表示。
[0125] 在第十八实施方案中，一种通过第十实施方案至第十七实施方案中任一项所述的方法制备的组合物。
[0126] 在第十九实施方案中，一种形成聚硅氧烷的方法，该方法包括：使第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的有机硅烷缩合，或者使第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的有机硅烷水解并缩合。
[0127] 在第二十实施方案中，一种处理组合物，该处理组合物包含来自根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的有机硅烷的水解和/或缩合的反应产物。
[0128] 在第二十一实施方案中，一种处理表面的方法，该方法包括将根据第十八实施方案或第二十实施方案中任一项所述的组合物施用到表面。
[0129] 在第二十二实施方案中，亲水性基底在其表面上具有表面处理层，该基底包含[0130] 在第二十三实施方案中，亲水性基底在其表面上具有表面处理层，该基底包含第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的有机硅烷。
[0131] 在第二十四实施方案中，第二十二实施方案所述的亲水性基底，其中该基底为粉末。
[0132] 在第二十五实施方案中，第二十三实施方案所述的亲水性基底，其中该基底为无机粉末。
[0133] 在第二十六实施方案中，第二十四实施方案所述的亲水性基底，其中该基底为氧化锌或二氧化钛。
[0134] 在第二十七实施方案中，一种化妆品，该化妆品包含第二十三实施方案至第二十五实施方案中任一项所述的粉末。
[0135] 在第二十八实施方案中，第二十二实施方案所述的亲水性基底，其中该基底为玻璃、金属氧化物、颜料、角质材料、织物或皮肤。
