Способ и композиция для получения текстильных изделий с водоотталкивающими и/или грязеотталкивающими по отношению к растворимым в воде загрязнениям свойствами
METHOD AND COMPOSITION FOR OBTAINING TEXTILES SHOWING WATER-REPELLENCY AND REPELLENCY AGAINST WATER SOLUBLE DIRT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу и химической композиции на водной основе, предназначенным для получения текстильных изделий с прекрасными водоотталкивающими свойствами, имеющих большой ресурс прочности при стирке и/или воздействии погодных условий.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу обработки текстильных изделий водной эмульсией, содержащей силан, и к способу ее получения.
В промышленности водную эмульсию, содержащую силан, согласно изобретению наносят на ткань или текстильное изделие, получая ткань с хорошими долговременными водоотталкивающими свойствами.
Наносимая эмульсия согласно изобретению содержит алкоксисилан, кислоту и эмульгирующую систему, содержащую по меньшей мере один эмульгатор и воду. Эмульсия согласно изобретению стабильна во времени и не разделяется на две фазы. В настоящем изобретении предложен способ, являющийся альтернативой обработке текстильных изделий фторсодержащими соединениями с целью получения водоотталкивающих свойств посредством обеспечения содержащей силан композиции на водной основе и определенного способа нанесения. Композиция, являющаяся предметом настоящего изобретения, представляет собой результат выбора гидрофобизирующего агента (силана), катализатора (на основе кислоты), эмульгатора (эмульгаторов) и воды, применяемой в качестве растворителя. Показано, что композиция может быть применена в условиях временного режима промышленно применяемого способа для придания износостойкости и водоотталкивающих свойств текстильным изделиям.
Настоящее изобретение относится к способу нанесения для усиления водоотталкивающих свойств текстильного изделия и/или усиления грязеотталкивающих свойств текстильного изделия по отношению к водорастворимым загрязнениям, включающему следующие этапы:
a) нанесение на текстильное изделие эмульгированной жидкой композиции, причем указанная эмульгированная жидкая композиция состоит из:
- воды;
- алкилалкоксисилана, в котором длина алкильной цепи составляет от 10 до 30 атомов углерода или алкильная цепь содержит более 12, но менее или ровно 18 атомов углерода;
- по меньшей мере одного эмульгатора, поверхностно-активного вещества, загустителя и/или стабилизатора;
- водорастворимого кислотного катализатора; и
- неизбежных примесей;
b) необязательное регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие;
c) сушку обработанного текстильного изделия до сухого состояния;
d) термообработку обработанного текстильного изделия при температуре от 100 до 200°С;
e) необязательное удаление остатка непрореагировавшей композиции с обработанного текстильного изделия посредством промывки водой и необязательную повторную сушку обработанного текстильного изделия.
Согласно альтернативному способу, для придания мягкости и износостойкости добавляют аминосиликоны, и, таким образом, способ включает следующие этапы:
a) нанесение на текстильное изделие эмульгированной жидкой композиции, причем указанная эмульгированная жидкая композиция состоит из:
- воды;
- алкилалкоксисилана, в котором длина алкильной цепи составляет от 10 до 30 атомов углерода или, например, от 12 до 30 атомов углерода;
- по меньшей мере одного эмульгатора, или загустителя, или поверхностно-активного вещества, или стабилизатора;
- водорастворимого кислотного катализатора; и
- неизбежных примесей;
b) необязательное добавление к композиции аминосиликонов для придания мягкости и повышения износостойкости водоотталкивающих свойств;
c) необязательное регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие;
d) сушку обработанного текстильного изделия до сухого состояния;
e) термообработку обработанного текстильного изделия при температуре от 100 до 200°С;
f) необязательное удаление остатка непрореагировавшей композиции с обработанного текстильного изделия посредством промывки водой и необязательную повторную сушку обработанного текстильного изделия.
Представленный способ нанесения согласно изобретению может включать любое из приведенных ниже определений или признаков в любой комбинации.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором рН указанной эмульгированной жидкой композиции составляет менее 4,5, или от 1,8 до 4,3, или от 1,9 до 4,2.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанный способ нанесения указанной эмульгированной жидкой композиции выбран из замачивания, пропитывания, плюсования, погружения, распыления, нанесения кистью, нанесения покрытия, нанесения валком, пенного нанесения, импрегнирования, метода погружения в вакууме/ под давлением или другими средствами нанесения указанной жидкой композиции.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие, производят с помощью промышленной плюсовальной машины (плюсовки), с помощью которой эмульсию наносят на основу и контролируют поглощение жидкости посредством регулирования отжимного давления или пневматической нагрузки валков, при этом поглощение жидкости составляет от 30 до 100% масс. в расчете на массу необработанного текстильного изделия.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанный алкилалкоксисилан добавляют в указанную эмульгированную жидкую композицию в концентрации, составляющей от 2 до 10% масс. в расчете на общее количество эмульгированного раствора.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором концентрация указанного кислотного катализатора в указанной эмульгированной жидкой композиции составляет <8% масс. или от 0,01 до 7% масс. в расчете на общее количество эмульгированного раствора.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором концентрация указанного эмульгатора или комбинации указанных эмульгаторов в указанной эмульгированной жидкой композиции составляет <2% масс. или от 0,9 до 1,1% масс. в расчете на общее количество эмульгированного раствора.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанное содержание воды в указанной эмульгированной жидкой композиции составляет от 80 до 97,5% масс. или от 87 до 94% масс. в расчете на общее количество эмульгированного раствора.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанное содержание воды в указанной эмульгированной жидкой композиции составляет менее 80% масс. или от 20 до 80% масс. в расчете на общее количество эмульгированного раствора, при этом перед осуществлением указанного способа нанесения в композицию может быть добавлено дополнительное количество воды.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором алкоксигруппы указанного алкилалкоксисилана выбраны из ацетокси-, метокси-, этокси-, н-пропокси-, изо-пропокси-, н-бутокси-, изо-бутокси- или трет-бутоксигрупп.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанный алкилалкоксисилан, содержащийся в указанной эмульгированной жидкой композиции, выбран из группы алкилалкоксисиланов, в которых алкильная цепь содержит более 12, но менее или ровно 18 атомов углерода.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором алкилалкоксисилан выбран из н-, изо- или их смесей гексадецилтриметоксисилана и/или октадецилтриметоксисиланов.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором алкильная группа указанного алкилалкоксисилана представляет собой неразветвленную, разветвленную или циклическую углеродную цепь или ненасыщенную и насыщенную углеродную цепь.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанный алкилалкоксисилан выбран из н- или изо-изомерных гексадецилтриметоксисилана, гексадецилтриэтоксисилана или н-октадецилтриметоксисиланов или их смесей.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором рН указанной эмульгированной жидкой композиции составляет менее 3,9 или от 1,9 до 3,9.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором pKa указанных водорастворимых кислотных катализаторов, содержащихся в указанной эмульгированной жидкой композиции, составляет 6 или менее, или pKa составляет от 14 до 4.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором указанный эмульгатор, содержащийся в указанной эмульгированной жидкой композиции, представляет собой неионный, катионный или анионный эмульгатор.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором кислотный катализатор представляет собой кислоту Льюиса или кислоту Бренстеда.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором кислотный катализатор представляет собой органическую или неорганическую кислоту.
Способ нанесения согласно изобретению, в котором кислотный катализатор представляет собой любую из пара-толуолсульфоновой кислоты, бензолсульфоновой кислоты, камфорсульфоновой кислоты, яблочной кислоты, малеиновой кислоты, глиоксиловой кислоты, лимонной кислоты, муравьиной кислоты, пировиноградной кислоты, винной кислоты, фталевой кислоты, ацетилсалициловой кислоты, салициловой кислоты, молочной кислоты, дигидроксифумаровой кислоты, миндальной кислоты, малоновой кислоты, гликолевой кислоты, уксусной кислоты, соляной кислоты, серной кислоты и щавелевой кислоты.
Способ нанесения для придания текстильному изделию долговременных водоотталкивающих свойств и/или грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям согласно изобретению, в котором сушку обработанного текстильного изделия осуществляют до сухого состояния при температуре от 15 до 180°С или от 15 до 170°С.
Способ нанесения для придания текстильному изделию сохраняемых в течение длительного времени водоотталкивающих свойств и/или грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям согласно изобретению, в котором термообработку обработанного текстильного изделия осуществляют при температуре от 100 до 180°С или от 150 до 180°С в течение промежутков времени, составляющих 5 минут или менее, например, составляющих от 0 до 5 минут.
Дополнительно в настоящем изобретении также раскрыты следующие объекты.
Эмульгированная жидкая композиция, применяемая в способе нанесения согласно изобретению.
Текстильное изделие, проявляющее износостойкие водоотталкивающие свойства и грязеотталкивающие свойства по отношению к водорастворимым загрязнениям, обработанное посредством метода нанесения согласно изобретению.
Текстильное изделие согласно изобретению, для которого результат испытания на распыление согласно стандарту ISO 4920 составляет ISO 3 или выше после пяти или более стирок указанного текстильного изделия.
Применение эмульгированной жидкой композиции согласно изобретению в способе нанесения согласно изобретению для придания текстильному изделию износостойких водоотталкивающих свойств.
Применение эмульгированной жидкой композиции согласно изобретению в способе нанесения согласно изобретению для придания текстильному изделию износостойких грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям, например, вину, кетчупу, кофе или почвенной грязи.
В настоящем описании термин "композиция" используется для идентификации композиции, применяемой в способе получения текстильных изделий, обладающих водоотталкивающими свойствами и/или грязеотталкивающими свойствами по отношению к водорастворимым загрязнениям.
ОБОСНОВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Износостойкие водоотталкивающие отделочные покрытия представляют собой гидрофобные покрытия, которые наносят на текстильные изделия для придания им водостойкости. Однако, несмотря на их название, большинство имеющихся на рынке износостойких водоотталкивающих отделочных покрытий имеют тенденцию изнашиваться с течением времени и имеют низкую износостойкость в жестких условиях (например, при стирке текстильных изделий или в кислотной среде). С целью получить текстильные изделия с водоотталкивающими свойствами было разработано несколько изобретений.
Однако с помощью известных способов можно получить лишь текстильные изделия с низкой износостойкостью и устойчивостью к стирке, а нанесение покрытий на материал вызывает определенные сложности. Причиной неудовлетворительной устойчивости упомянутых систем к стирке является слабое сцепление гидрофобизирующего агента с волокнами текстильного изделия. Следовательно, для получения стойких водоотталкивающих свойств текстильных изделий необходимо, чтобы водоотталкивающее покрытие образовывало прочные ковалентные связи с волокнами, которые дополнительно выдерживали бы воздействие жестких условий, например, в бытовых стиральных машинах или на открытом воздухе. Несмотря на всю очевидность поставленной задачи получить такие связи не просто, поскольку лишь немногие, если вообще таковые имеются, гидрофобизирующие композиции (например, пригодные для обработки целлюлозных тканей) отвечают комплексу требований, включающему образование ковалентных связей, способных выдерживать сильно щелочную среду (рН>10) при высоких температурах (≥40°С), приемлемую для промышленного способа продолжительность нанесения композиции, приемлемую стоимость и безопасный способ нанесения, а также отсутствие или очень слабое воздействие на окружающую среду.
1
В течение десятилетий нанесение соединений фтора было основным традиционным способом изготовления, например, водоотталкивающей одежды. Широкое применение фторированных углеводородов обусловлено их чрезвычайно высокой гидрофобностью и олеофобностью, чрезвычайно низким поверхностным натяжением и тенденцией закрепляться на текстильном изделии. Но несмотря на доказанную эффективность, применение «фторуглеродов» весьма дискуссионно из-за их отрицательного воздействия на окружающую среду; кроме того, исследования, проводимые на животных, показали, что накопление фторуглеродов в организме может быть чрезвычайно опасным.
В настоящее время уже известна способность (нефторированных) кремнийорганических соединений, которые представляют собой производные силанов, содержащие по меньшей мере один атом углерода, связанный с атомом кремния, придавать водоотталкивающие свойства поверхностям. В частности, так называемые алкоксисиланы и галогениды кремния (которые содержат по меньшей мере один гидрофобный фрагмент и от одной до трех гидролизуемых алкоксильных и галогенидных групп соответственно) давно рассматриваются в качестве потенциальных кандидатов, подходящих для придания водоотталкивающих свойств поверхностям, содержащим гидроксильные группы (например, материалам, содержащим целлюлозу). Эта точка зрения основана на том факте, что в присутствии воды реакционноспособные группы (алкоксигруппы/галогенидные группы) органосиланов гидролизуются, образуя гидроксильные (ОН) группы. Эти группы (теоретически) способствуют адсорбции силанов на поверхности, имеющей ОН-группы, посредством образования водородных связей. Последующее нагревание, приводящее к отщеплению воды, может приводить к образованию ковалентных связей между силанами и поверхностью.
Однако гидролизованные мономерные органосиланы отличаются высокой реакционной способностью и, как известно, подвергаются реакциям конденсации (в растворе), приводящим к образованию полимерных структур (и гелей при длительной выдержке). Кроме того, из-за высокой реакционной способности упомянутых силанов (в особенности, галогенидов кремния) необходимо предпринимать комплекс мер (обеспечить "сухие" безводные условия) для сохранения силанов в реакционноспособной форме, что до настоящего времени считается слишком сложным и экономически невыгодным. Соответственно, в настоящее время имеется лишь несколько патентов, относящихся к гидрофобизации текстильных изделий с помощью (нефторированных) органосиланов. В еще меньшем количестве патентов отражены полученные стойкость при стирке/износостойкость. Из изложенного выше становится понятно, что износостойкие водоотталкивающие отделки из нефторированных материалов должны быть/ оставаться прочно связанными с основой, особенно в условиях "обычной" стирки, и только в этом случае они могут считаться возможной альтернативой своим "фторированным аналогам". Кроме того, понятно, что применение органосиланов сопряжено с трудностями, вызванными их высокой реакционной способностью, которая, по сведениям авторов настоящего изобретения, до настоящего времени делает их применение нерациональным. Также непривлекательным с экономической, экологической и практической точек зрения является применение при работе с органосиланами или фторированными углеводородами органических растворителей, например спиртов. Кроме того, применение органосиланов должно быть экономически выгодным, промышленно применимым и более экологически безопасным по сравнению с существующими способами нанесения "фторированных покрытий". Кроме того, следует избегать применения органических растворителей, предпочтительно заменяя их водой. Основной задачей при получении композиции на водной основе, подходящей для придания текстильному изделию водоотталкивающих свойств, является создание системы, в которой реакционная способность органосилана поддерживается в течение длительного периода времени, что делает применение и хранение указанной композиции практически, экономически и экологически приемлемым.
Также важно сделать способ более экологически безопасным по сравнению с существующими на настоящий момент способами на основе силанов, которые включают применение различных растворителей. Кроме того, имеется необходимость создания износостойких покрытий, остающихся на ткани после стирки. В настоящее время не существует способа гидрофобизации, который отвечал бы всем или по меньшей мере большинству указанных требований. Это стало побудительной причиной работ, приведших к созданию настоящего изобретения. В приведенном далее описании представлена новая композиция, содержащая органосилан, а также способ ее нанесения, который, как полагают авторы, отвечает изложенным требованиям.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентной заявке РСТ/ЕР 2011/050066 автором изобретения описан способ, в котором для придания целлюлозным волокнам гидрофобности применяют органосиланы. В этом способе могут быть использованы спирты или органические растворители. Также в качестве катализатора применяют сильную кислоту с рКа <1,0, которую после обработки материала нужно удалять, чтобы водоотталкивающие свойства были удовлетворительными. Применение органических растворителей и спиртов наряду с применением очень сильных кислот нерационально с точки зрения промышленного применения, если принять во внимание коррозию, угрозу здоровью персонала, риск воспламеняемости и взрывоопасности, и, кроме того, с учетом неудовлетворительного результата в части эстетических и механических свойств обработанного материала, обусловленного применением сильной кислоты. Кроме того, для создания водоотталкивающего эффекта кислота должна быть вымыта, что не всегда приемлемо для материала, подвергшегося обработке.
В патентной заявке US 2009206296 рассмотрены содержащие силан композиции, включающие растворитель, используемый для растворения компонентов композиции. Как было указано выше, применение органических растворителей или спиртов нерационально из-за их воспламеняемости, токсичности и т.д. с точки зрения промышленной применимости и сохранения здоровья персонала. Кроме того, результаты испытания дождеванием, а также низкая стойкость при стирке ограничивает их использование в получении износостойких водоотталкивающих текстильных изделий.
Другие документы, в которых имеются примеры композиций, содержащих силан, и их применения, включают: US 5552476, JP 2007100276, FR 2735705, US 2007237901 и US 4990377.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1 представлены критерии различных оценок, применяемых в испытании дождеванием согласно ISO 4920.
На Фиг. 2 представлены результаты испытания дождеванием согласно ISO 4920 в зависимости от количества стирок для одного из воплощений изобретения.
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач изобретения состоит в том, чтобы предложить экологически безопасный и промышленно применимый способ обработки текстильного изделия с целью придания износостойких водоотталкивающих свойств и/или грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить химическую композицию, состоящую из жидкого раствора, содержащего гидрофобизирующий агент в виде органосилана, кислотный катализатор, один или комбинацию эмульгаторов/поверхностно-активных веществ/ загустителей/ стабилизаторов и только воду в качестве растворителя.
Дополнительная задача настоящего изобретения относится к способу нанесения, включающему применение содержащей силан композиции на водной основе, которая стабильна в течение длительного периода времени, чему способствует присутствие подходящей эмульгирующей системы, содержащей катализатор, имеющий рКа, не ухудшающее в значительной степени ни водоотталкивающие, ни эстетические, ни механические свойства обработанной основы, содержащей эмульгирующую систему, эффективно поддерживающую органосилан в воде в эмульгированном состоянии, но не оказывающую отрицательного влияния на стабильность композиции или не влияющую на эстетические или механические свойства и не снижающую реакционную способность силана с течением времени.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ указанного типа, привлекательный с экономической и экологической точек зрения.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить средства для промышленного применения способа и химической композиции в существующих в настоящее время способах изготовления текстильных изделий.
Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению рассмотрен способ усиления водоотталкивающих свойств текстильных изделий, включающий увлажнение материала в жидкой композиции, включающей или состоящей из органосилана в качестве гидрофобизирующего агента, кислоты, действующей как катализатор, поверхностно-активного вещества, действующего как эмульгатор, и воды в качестве растворителя, сушку и термообработку материала, содержащего волокна, при повышенной температуре в течение времени, достаточного для достижения требуемого усиления.
В настоящем описании термин "текстильные изделия" согласно настоящему изобретению может включать текстиль, полотна или ткани, которые согласно настоящему изобретению могут быть натуральными и/или синтетическими текстильными изделиями и/или ткаными и/или неткаными текстильными изделиями и их комбинациями. Текстильные изделия могут состоять из сетки натуральных и/или искусственных волокон, часто называемых нитями или пряжей. Пряжу производят прядением сырьевых волокон шерсти, льна, хлопка или другого материала с образованием длинных одиночных нитей. Текстильные изделия получают ткачеством, вязанием нитей, вязанием узлов, тамбурным вязанием или прессованием волокон друг с другом (сукно).
Термины "ткань" и "полотно" могут, например, использоваться в области техники, связанной с текстилем (например, при крое и пошиве одежды), в качестве синонимов термину "текстильное изделие". Текстильным изделием может называться любой материал, полученный из переплетенных волокон, или нетканый текстильный материал. Термин "ткань" относится к любому материалу, полученному ткачеством, переплетением нитей, расстиланием, вязанием узлами или скреплением, который может быть использован в дальнейшем получении других изделий (одежды, и т.д.). Термины "полотно" и "ткань" могут использоваться взаимозаменяемо и часто означают готовый кусок ткани, используемый для конкретной цели (например, в виде скатерти). Термин "текстильные изделия" согласно настоящему изобретению может включать все различные типы текстильных изделий, рассмотренных выше. Текстильные изделия согласно изобретению могут быть получены из множества различных типов материалов и волокон, например, животного происхождения (шерсть, шелк, мохер, кашемир, шерсть пигоры, верблюжья шерсть, шерсть альпака, ламы, викуньи, гуанако, ангоры или овцебыков и т.д.), растительного происхождения (волокна из рами, крапивы, молочая, хлопка, льна, джута или пеньки), древесного происхождения (например, вискоза и т.д.), минерального происхождения (асбест, стекловолокно и т.д.), синтетического происхождения (нейлон, эластан, полиэфирное волокно, акриловое волокно, полиамид, полипропилен, полиуретан и его производные и т.д.) и волокна на основе сахаров (кукурузное волокно, кокосовое волокно, волокно из юкки, сизаля или бамбука (искусственный шелк) и т.д.) или растительных белков (волокно из арахиса и сои, на основе хитина, молочного казеина, кератина или полимолочной кислоты). Текстильные изделия, подходящие для обработки согласно настоящему изобретению, предпочтительно представляют собой пригодные для стирки текстильные изделия.
Способ нанесения эмульгированного раствора или композиции на текстильное изделие согласно изобретению может представлять собой замачивание, или погружение, или распыление, или иное нанесение композиции на текстильное изделие, например, с помощью плюсовальной машины, или ширильной рамы, или другой машины или, например, вручную.
Согласно настоящему изобретению "неизбежные примеси" могут, например, включать небольшие количества химических веществ, которые неизбежны, поскольку присутствуют в небольших количествах в добавляемых ингредиентах.
Обработанное текстильное изделие, которое обработано способом нанесения согласно настоящему изобретению, имеет прекрасные долговременные водоотталкивающие свойства даже после стирки одежды (с или без стирального порошка). Водоотталкивающие свойства после трех стирок превышают значение 3 в испытании дождеванием согласно ISO 4920, в котором ткань подвергают воздействию стандартизированного количества воды, разбрызгиваемого на ткань, что имитирует ливневый дождь.
Обработанное текстильное изделие также демонстрирует прекрасные грязеотталкивающие свойства, в частности, в отношении водорастворимых/гидрофильных загрязнений, примеры которых включают, без ограничений, пятна почвенной грязи, или пятна от кетчупа, кофе или вина, или водорастворимые пятна.
Настоящее изобретение также включает применение эмульгированного раствора согласно изобретению для придания текстильному изделию долговременных водоотталкивающих и/или грязеотталкивающих свойств.
В настоящем описании термин "придание текстильному изделию долговременных водоотталкивающих и/или грязеотталкивающих свойств " означает, что текстильное изделие обладает водостойкостью или отталкивает воду и/или грязь даже после 5 стирок или более. Достаточное количество силана ковалентно присоединено к покрытому текстильному изделию, что означает, что изделие выдерживает стирку в обычных условиях, не теряя своих водоотталкивающих свойств после стирки.
Эмульгированная жидкая композиция
Термин "эмульгированный раствор" или "эмульгированная жидкая композиция" относится к раствору, который применяют для обработки текстильного изделия с целью придания ему долговременных водоотталкивающих и/или грязеотталкивающих свойств. Указанная эмульгированная жидкая композиция согласно изобретению включает или состоит из алкилалкоксисилана в качестве гидрофобизирующего агента, кислоты, действующей как катализатор, эмульгатора и воды, используемой в качестве растворителя. Эмульгированная жидкая композиция согласно изобретению включает алкилалкоксисиланы, сохраняющие свою реакционную способность даже во время хранения полученной эмульгированной жидкой композиции согласно изобретению. В одном из воплощений эмульгированная жидкая композиция согласно изобретению может храниться в течение по меньшей мере 6 месяцев при комнатной температуре, причем без потери алкилалкоксисиланами своей реакционной способности.
Эмульгированная жидкая композиция согласно изобретению состоит из:
- воды;
- алкилалкоксисилана, в котором длина алкильной цепи составляет от 10 до 30 атомов углерода или от 12 до 30 атомов углерода;
- по меньшей мере одного эмульгатора/ поверхностно-активного вещества/ загустителя/ стабилизатора;
- водорастворимого кислотного катализатора; и
- неизбежных примесей.
Ингредиенты жидкой композиции согласно изобретению могут иметь любые характеристики согласно различным альтернативным воплощениям, рассмотренным ниже.
Гидрофобизирующий агент
Гидрофобизирующий агент согласно изобретению выбран из группы алкилалкоксисиланов и может иметь любые характеристики согласно различным альтернативным воплощениям, описанным ниже.
В одном из воплощений алкоксигруппа алкилалкоксисилана, содержащегося в жидкой композиции согласно изобретению, выбрана из алкоксигрупп, содержащих от 1 до 4 атомов углерода или, например, содержащих 2-3 атома углерода, или, например, выбранных из ацетокси-, метокси-, этокси-, пропокси- (например, н-пропокси-, изо-пропокси-) или бутоксигрупп (например, н-бутокси-, изо-бутокси- или трет-бутокси-). В одном из воплощений выбранный алкилалкоксисилан, содержащийся в предпочтительной композиции, выбран из класса алкилтриалкоксисиланов, например, н-, изо- или их смесей, из гексадецилтриметоксисилана и октадецилтриметоксисилана (примером подходящих гексадецилтриметоксисиланов может служить соединение, содержащее неразветвленную углеродную цепь, или называемое н-гексадецилтриметоксисилан, или разветвленный силан, изо-гексадецилтриметоксисилан, или в альтернативном варианте применима смесь разветвленного и неразветвленного силана; смесь изомеров гексадецилтриметоксисилана). В других воплощениях алкилалкоксисилан согласно изобретению представляет собой органосилан, дополнительно включающий четвертичную алкиламмонийную группу, например, хлорид диметилоктадецил[3-(триметоксисилил)пропил]аммония, хлорид диметилгексадецил[3-(триметоксисилил)пропил]аммония или аналогичные соединения с другими анионами. Например, вместо хлорида может быть взят бромид, йодид, ацетат или аналогичный анион. Диметил также может быть заменен другими алкильными группами, например, этилом, пропилом, бутилом, пентилом, гексилом или фенилом.
В одном из воплощений эмульгированная композиция согласно изобретению содержит алкилалкоксисилан, содержащий алкильную цепь, в которой число атомов углерода превышает 10, но меньше или равно 30 атомам углерода. Указанная алкильная цепь алкилалкоксисилана представляет собой, например, неразветвленную насыщенную углеродную цепь для облегчения упаковки цепей на границе раздела с целлюлозным материалом, но изобретение также включает применение алкилалкоксисиланов, содержащих разветвленные, циклические и/или ненасыщенные цепи. Согласно другим вариантам воплощения эмульгированная композиция согласно изобретению содержит алкилалкоксисилан с алкильной цепью, в которой количество атомов углерода превышает 10, но меньше или равно 30, или, например, с числом атомов углерода более 12, но менее 30, или, например, с алкильной цепью с числом атомов углерода более 16, но менее 18.
В другом воплощении эмульгированная композиция согласно изобретению включает органосилан, содержащий неразветвленную или циклическую алкильную цепь, в которой количество атомов углерода превышает 10, но меньше или равно 30, или, например, с числом атомов углерода более 12, но менее 30, или, например, с алкильной цепью с числом атомов углерода более 16, но менее 18.
10
30
12
18
В одном из воплощений алкилалкоксисилана указанный алкил представляет собой неразветвленный или разветвленный, насыщенный или ненасыщенный С-С-алкил или С-С-алкил, а алкоксигруппа представляет собой ацетокси-, метокси-, этокси-, пропокси- (например, н-пропокси-, изо-пропокси-) или бутоксигруппу (например, н-бутокси-, изо-бутокси- или трет-бутокси-).
12
18
16
18
Указанная алкильная цепь алкилалкоксисилана предпочтительно представляет собой неразветвленную и насыщенную цепь, что способствует лучшей упаковке цепей на границе раздела с целлюлозным материалом, но изобретение также включает алкилалкоксисиланы с разветвленными, циклическими и/или ненасыщенными цепями. Более предпочтительным является алкилтриалкоксисилан, в котором указанный алкил представляет собой неразветвленный или разветвленный С-С-алкил. Наиболее предпочтительным является алкилтриалкоксисилан, в котором указанный алкил представляет собой неразветвленный или разветвленный С-С-алкил, например, гексадецилтриметоксисилан и/или октадецилтриметоксисилан.
В предпочтительном воплощении изобретения для обеспечения высокой гидрофобности и стабильности композиции (в процессе модификации волокон) концентрация алкилалкоксисилана в композиции должна составлять от 1 до 15% масс., или от 2 до 10% масс., или от 2 до 8% масс., или от 4 до 8% масс., например, от 5 до 7,5% масс. в пересчете на общее количество композиции.
Кислотный катализатор
Кислотный катализатор, содержащийся в эмульгированной композиции согласно изобретению, выбран из кислоты Брёнстеда или кислоты Льюиса. В одном воплощении кислотный катализатор, содержащийся в эмульгированной композиции согласно изобретению, выбран из класса кислот, легко растворимых в водном растворителе, при дополнительных условиях рКа<4 и сохранения активности в системе в течение всего процесса нанесения. Кроме того, выбранная кислота не должна влиять на водоотталкивающие свойства материала после обработки. В другом воплощении рКа кислотных катализаторов составляет от 1,5 до 4,0 или от 1,9 до 3,9. Если рКа кислотных катализаторов ниже 1,9, то это может приводить к обесцвечиванию текстильного изделия при достижении хороших водоотталкивающих и грязеотталкивающих свойств. Предпочтительный для композиции катализатор выбирают из группы кислот, легко растворимых в воде. Катализаторы должны иметь рКа<4 и должны оставаться активными в системе в течение всего процесса нанесения. В одном воплощении изобретения кислота выбрана из органических кислот. Примеры кислотных катализаторов, подходящие для введения в эмульгирующую композицию согласно изобретению, включают пара-толуолсульфоновую кислоту, бензолсульфоновую кислоту, камфорсульфоновую кислоту, яблочную кислоту, малеиновую кислоту, глиоксиловую кислоту, лимонную кислоту, муравьиную кислоту, пировиноградную кислоту, винную кислоту, фталевую кислоту, ацетилсалициловую кислоту, салициловую кислоту, молочную кислоту, дигидроксифумаровую кислоту, миндальную кислоту, малоновую кислоту, гликолевую кислоту и щавелевую кислоту. В одном из воплощений изобретения кислота выбрана из нетоксичных органических кислот. В одном из предпочтительных воплощений изобретения количество катализатора меньше или равно 8% масс. В наиболее предпочтительном воплощении изобретения применяют катализаторы с рКа менее 4 или рКа от 1,9 до 3,9; при этом количество кислотного катализатора в композиции составляет менее 7% масс. или от 1 до 7% масс. в пересчете на массу эмульгированной жидкой композиции.
Эмульгатор
Согласно настоящему изобретению термин "эмульгатор" также может относиться к поверхностно-активному веществу, загустителю или стабилизатору. Эмульгатор может быть ионным или неионным. Эмульгатор добавляют в эмульгированную жидкую композицию для эмульгирования жидкой композиции. Эмульгатор может быть выбран таким образом, чтобы не обесцвечивать выбранный текстильный материал и/или не влиять на прочность текстильного изделия. Эмульгатор может быть выбран из класса поверхностно-активных веществ, которые представляют собой неионные эмульгаторы, имеющие значения ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) от 7 до 41 и способные эмульгировать в воде гидрофобизирующий агент и кислотный катализатор. В одном из воплощений изобретения эмульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество с ГЛБ от 10 до 18, которое может быть применено в комбинации с поверхностно-активными веществами, имеющими ГЛБ от 35 до 41. В одном из воплощений эмульгатор не влияет на реакционную способность катализатора и гидрофобизирующего агента. Согласно наиболее предпочтительному воплощению изобретения, применяют поверхностно-активные вещества, ГЛБ которых составляет от 11 до 17 и/или от 39 до 41.
8
18
В одном из воплощений эмульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество, ГЛБ которого составляет от 1 до 41, выбранное из одного или комбинации из следующих веществ: карбоновых кислот с числом атомов углерода от 9 до 20; имеющих алифатические заместители бензола/ ароматических сульфоновых кислот с по меньшей мере 6 атомами углерода в алифатических заместителях; алифатических сульфоновых кислот с по меньшей мере 6 атомами углерода в алифатических заместителях; имеющего алифатические заместители простого дифенилового эфира сульфоновых кислот с по меньшей мере 6 атомами углерода в алифатических заместителях; алкилгидросульфатов с по меньшей мере 6 атомов углерода в алкильных заместителях; простых алкил- и алкиларилэфирсульфатов с по меньшей мере 6 атомами углерода в гидрофобном радикале и от 1 до 40 этиленоксидных (ЭО) и/или пропиленоксидных (ПО) звеньев; тауринов; сложных эфиров и сложных моноэфиров сульфоянтарной кислоты и одноосновных спиртов или алкилфенолов, имеющих от 4 до 15 атомов углерода, необязательно этоксилированных ЭО звеньями в количестве от 1 до 40; а также солей щелочных металлов и аммония упомянутых кислот; частичных сложных эфиров фосфорной кислоты и солей щелочных металлов и аммония этих кислот, в частности, алкил- и алкиларилфосфатов, содержащих от 8 до 20 атомов углерода в органическом радикале; простых алкильных и алкиларильных эфиров фосфатов, содержащих от 8 до 20 атомов углерода в алкильном радикале и алкиларильном радикале, соответственно, и от 1 до 40 ЭО звеньев; солей первичных, вторичных и третичных жирных аминов, содержащих от 8 до 24 атомов углерода, с уксусной кислотой, серной кислотой, соляной кислотой и фосфорными кислотами; четвертичных солей алкил- и алкилбензоламмония, в частности, содержащих в алкильной цепи до 18 атомов углерода, в особенности, галогенидов, сульфатов, фосфатов и ацетатов; простых эфиров полиалкилгликолей, предпочтительно содержащих от 3 до 40 ЭО звеньев и алкильные радикалы с от 8 до 20 атомами углерода, простых эфиров полиалкиларилгликолей, предпочтительно содержащих от 5 до 40 ЭО звеньев и от 8 до 20 атомов углерода в алкильных и арильных радикалах; блок-сополимеров этиленоксида и пропиленоксида (ЭО-ПО), предпочтительно содержащих от 8 до 40 ЭО и/или ПО звеньев; продуктов присоединения алкиламинов, содержащих от 8 до 22 атомов углерода в алкильных радикалах, и этиленоксида или пропиленоксида; алкилполигликозидов; натуральных веществ и их производных, например, лецитина, ланолина, сапонинов, целлюлозы; простых алкиловых эфиров целлюлозы и карбоксиалкилцеллюлоз; неразветвленных полиорганосилоксанов, содержащих полярные группы, в частности, содержащие элементы О, N, С, S, Р, в частности, содержащие алкоксигруппы, включающие до 24 атомов углерода и/или до 40 ЭО и/или ПО групп; аминокислот, замещенных длинноцепочечными заместителями, например, N-алкилди(аминоэтил)глицина или соли N-алкил-2-аминопропионовой кислоты; бетаинов, например, солей N-(3-ациламидопропил)-N,N-диметиламмония, содержащих С-С-ацильный радикал, и бетаинов алкилимидазолия.
Как известно в данной области техники, кроме перечисленных выше соединений, примеры стабилизаторов могут также включать хлороводород (HCl) и гидроксид натрия (NaOH).
Для максимального усиления свойств готовой обработанной основы в резервуар, содержащий водо-/грязеотталкивающее отделочное покрытие, также могут быть добавлены не обеспечивающие повторного смачивания термически разлагаемые или летучие поверхностно-активные вещества, например, на основе аминоксида.
Вода
Вода содержится в эмульгированной жидкой композиции в качестве растворителя, например, в количестве от 80 до 97% масс.
В одном из воплощений изобретения эмульгированная жидкость согласно изобретению представляет собой концентрированную жидкость, содержащую воду в количестве менее, например, 80%, которую перед использованием разбавляют до концентрации 80-97% масс.
Аминосиликоны
Согласно настоящему изобретению, термин "аминосиликон" означает любой кремнийорганический полимер, включающий по меньшей мере одну первичную, вторичную или третичную аминную функциональную группу или четвертичную аммонийную группу.
Аминосиликоны, которые могут быть необязательно добавлены в композицию с долговременными водоотталкивающими свойствами согласно настоящему изобретению для достижения мягкости и долговременного усиления водоотталкивающих свойств, выбраны из:
(а) соединений, соответствующих приведенной ниже формуле (I):
в которой:
1
8
1
8
Т представляет собой атом водорода или фенильную, гидроксильную (-ОН) или C-C-алкильную группу, и предпочтительно представляет собой метил или С-С-алкоксигруппу, предпочтительно метоксигруппу;
а равно 0 или целому числу от 1 до 3, и предпочтительно равно 0;
b равно 0 или 1 и, в частности, 1;
m и n представляют собой числа, сумма которых (n+m) может составлять от 1 до 2000 и, в частности, от 50 до 150; n может означать число, составляющее от 0 до 1999 и, в частности, от 49 до 149, и m может означать число, составляющее от 1 до 2000 и, в частности, от 1 до 10;
1
q
2q
R представляет собой одновалентную группу, имеющую формулу -CHL, в которой q представляет собой число, составляющее от 2 до 8, и L представляет собой необязательно кватернизованную аминогруппу, выбранную из следующих групп:
2
2
2
2
2
-N(R)-CH-CH-N(R);
2
2
-N(R);
+
-
2
3
-N(R)Q;
+
-
2
2
-N(R)(H)Q;
+
-
2
2
-N(R)(H)Q;
2
2
2
2
2
+
-
-N(R)-CH-CH-N(R)(H)Q,
2
-
1
20
где R может означать атом водорода, фенильную, бензильную или насыщенную одновалентную углеводородную группу, например, C-C-алкильную группу, и Q представляет собой галогенидный ион, например, фторид-, хлорид-, бромид- или йодид-ион.
В частности, аминосиликоны, соответствующие формуле (I), выбраны из соединений, соответствующих приведенной ниже формуле (II):
1
4
3
1
4
3
8
3
6
в которой R, R' и R'', которые могут быть как одинаковыми, так и различными, означают С-С-алкильную группу, предпочтительно СН; С-С-алкоксигруппу, предпочтительно метоксигруппу; или ОН; А представляет собой неразветвленную или разветвленную С-C, предпочтительно С-С, алкиленовую группу; тип представляют собой целые числа, зависящие от молекулярный массы, сумма которых составляет от 1 до 2000.
1
4
3
Согласно первому аспекту, R, R' и R'', которые могут быть как одинаковыми, так и различными, представляют собой С-С-алкильные или гидроксильные группы, А представляет собой С-алкиленовую группу, и m и n таковы, что среднемассовая молекулярная масса соединения составляет приблизительно от 5000 до 500000. В словаре CTFA (Ассоциации по парфюмерно-косметическим товарам и душистым веществам) соединения этого типа называются "амодиметиконами".
1
4
3
6
Согласно второму аспекту, каждый из R, R' и R'', которые могут быть как одинаковыми, так и различными, представляет собой С-С-алкоксигруппу или гидроксильную группу, и по меньшей мере одна из групп R или R'' представляет собой алкоксигруппу, и А представляет собой С-алкиленовую группу. Молярное соотношение гидрокси/алкокси предпочтительно составляет от 0,2/1 до 0,4/1 и преимущественно равно 0,3/1. Кроме того, m и n таковы, что среднемассовая молекулярная масса соединения составляет от 2000 до 10. В частности, n составляет от 0 до 999, и m составляет от 1 до 1000, и сумма n и m составляет от 1 до 1000.
Неограничивающим примером соединений этой категории может являться продукт Belsil ADM 652, поставляемый Компанией Wacker.
1
4
3
Согласно третьему аспекту, R и R'' различны, и каждый из них представляет собой С-С-алкоксигруппу или гидроксигруппу, по меньшей мере одна из групп R или R'' представляет собой алкоксигруппу, R' представляет собой метильную группу, и А представляет собой С-алкиленовю группу. Молярное соотношение гидрокси/алкокси предпочтительно составляет от 1/0,8 до 1/1,1 и преимущественно равно 1/0,95. Кроме того, m и n таковы, что среднемассовая молекулярная масса соединения составляет от 2000 до 200000. В частности, n составляет от 0 до 999, и m составляет от 1 до 1000, и сумма n и m составляет от 1 до 1000.
В частности, можно упомянуть продукт Fluid WR 1300, поставляемый Компанией Wacker.
Следует отметить, что молекулярную массу указанных кремнийорганических полимеров определяют с помощью гель-проникающей хроматографии (обычная температура, стандарт - полистирол; колонки μ styragem; элюент ТГФ; скорость потока 1 мм в минуту; введено 200 мкл раствора, содержащего 0,5% масс. силикона в ТГФ, и детектирование выполняют с помощью рефрактометрических и УФ-детекторов).
В частности, продукт, соответствующий формуле (I), представляет собой полимер, который в словаре CTFA назван "триметилсилиламодиметиконом", который соответствует приведенной ниже формуле (III):
в которой n и m имеют значения, определение которых приведено выше при рассмотрении формулы (I).
Такие соединения рассмотрены, например, в патенте ЕР 95238. Соединение, имеющее формулу (III), поставляет, например, Компания OSI под наименованием Q2-8220.
(b) соединения, соответствующие приведенной ниже формуле (IV):
в которой:
3
1
18
1
18
2
18
R представляет собой одновалентную C-C- углеводородную группу и, в частности, С-С-алкил или С-С-алкенилгруппу, например, метил;
4
1
18
1
18
1
8
R представляет собой двухвалентную углеводородную группу, в частности, C-C-алкиленовую группу или двухвалентную С-С и, например, С-С-алкиленоксигруппу;
-
Q представляет собой галогенидный ион, в частности, хлорид-ион;
r представляет собой среднестатистическое значение, составляющее от 2 до 20 и, в частности, от 2 до 8;
s представляет собой среднестатистическое значение, составляющее от 20 до 200 и, в частности, от 20 до 50.
Такие соединения более подробно рассмотрены в патенте US 4185087.
Соединением этого класса является продукт, поставляемый Компанией Union Carbide под наименованием Ucar Силикон ALE 56.
(с) четвертичные аммонийные силиконы, в частности, соответствующие формуле (V):
в которой:
7
1
18
2
18
R, которые могут быть как одинаковыми, так и различными, представляют собой одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 18 атомов углерода, и, в частности, С-С-алкильную группу, С-С-алкенильную группу или цикл, содержащий 5 или 6 атомов углерода, например, метил;
6
1
18
1
18
1
8
R представляет собой двухвалентную углеводородную группу, в частности, С-С-алкиленовую группу или двухвалентную С-С и, например, С-С-алкиленоксигруппу, присоединенную к Si через кремний-углеродную (SiC) связь;
8
1
18
2
18
6
7
R, которые могут быть как одинаковыми, так и различными, представляют собой атом водорода, одновалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до 18 атомов углерода, и, в частности, С-С-алкильную группу, С-С-алкенильную группу или группу -R-NHCOR;
-
X представляет собой анион, например, галогенидный ион, в частности, хлорид-ион, или ион соли органической кислоты (ацетат и т.д.);
r представляет собой среднестатистическое значение, составляющее от 2 до 200, и, в частности, от 5 до 100.
Эти силиконы рассмотрены, например, в патентной заявке ЕР А 0530974.
d) аминосиликоны, имеющие приведенную ниже формулу (VI):
в которой:
1
2
3
4
1
4
R, R, R и R, которые могут быть как одинаковыми, так и различными, означают С-С-алкильную группу или фенильную группу;
5
1
4
R означает С-С-алкильную группу или гидроксильную группу;
n равен целому числу, составляющему от 1 до 5;
m равен целому числу, составляющему от 1 до 5; и
х выбран таким образом, что аминовое число составляет от 0,01 и 1 мэкв/г.
Если применяют названные соединения, то одно из особенно преимущественных воплощений включает их применение в комбинации с катионными и/или неионными поверхностно-активными веществами.
13
27
2
4
12
Например, может быть использован продукт, поставляемый Компанией Dow Corning под наименованием Cationic Emulsion DC939, катионное поверхностно-активное вещество, а именно хлорид триметилцетиламмония, и неионное поверхностно-активное вещество, имеющее формулу СН-(OCH)-OH, известное под CTFA наименованием Trideceth-12.
2
2
40
12
25
2
2
6
Другой коммерчески доступный продукт, который может быть применен согласно изобретению, представляет собой продукт, поставляемый Компанией Dow Corning под наименованием Dow Corning Q27224, включающий комбинацию триметилсилиламодиметикона, имеющего рассмотренную выше формулу (II), рассмотренного выше неионного поверхностно-активного вещества, имеющего формулу С8Н17--С6Н4--(ОСНСН)--ОН, известного под CTFA наименованием Octoxynol-40, второго неионного поверхностно-активного вещества, имеющего формулу СН-(ОСН-СН)-ОН, известного под CTFA наименованием lsolaureth-6, и пропиленгликоля.
Аминосиликоны присутствуют в композиции в количестве от 0,1 до 10% масс. в частности, в количестве от 0,1 до 5% масс.
Способ нанесения жидкой композиции на текстильное изделие
В частности, настоящее изобретение относится к способу усиления водоотталкивающих свойств текстильного изделия и/или его грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям, включающему следующие этапы:
a) нанесение на текстильное изделие эмульгированной жидкой композиции, причем указанная эмульгированная жидкая композиция состоит из:
- воды;
- алкилалкоксисилана, в котором длина алкильной цепи составляет от 10 до 30 атомов углерода или, например, от 12 до 30 атомов углерода;
- по меньшей мере одного эмульгатора, или загустителя, или поверхностно-активного вещества, или стабилизатора;
- водорастворимого кислотного катализатора; и
- неизбежных примесей;
b) необязательное регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие;
c) сушку обработанного текстильного изделия до сухого состояния;
d) термообработку обработанного текстильного изделия при температуре от 100 до 200°С;
e) необязательное удаление остатка непрореагировавшей композиции с обработанного текстильного изделия посредством промывки водой и необязательную повторную сушку.
В одном из воплощений настоящее изобретение относится к способу усиления водоотталкивающих свойств текстильного изделия, включающему:
Способ нанесения для придания текстильному изделию долговременных водоотталкивающих свойств и/или грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям, включающий следующие этапы:
а) нанесение на текстильное изделие эмульгированной жидкой композиции, имеющей рН от 1,8 до 4,3, причем указанная эмульсия может храниться в виде эмульсии, не разделяясь на фазы, и состоит из:
- воды, присутствующей в количестве от 80 до 97% масс. от общего количества эмульгированной жидкой композиции;
- триалкилалкоксисилана, в котором длина указанной алкильной цепи составляет от 12 до 16 атомов углерода, а алкоксильные цепи включают углеродные цепи, содержащие от 1 до 3 атомов углерода, и при этом указанный алкоксиалкилсилан присутствует в количестве, составляющем от 2 до 8% масс. от общего количества эмульгированной жидкой композиции;
- по меньшей мере одного эмульгатора или комбинации эмульгаторов в количестве, составляющем от 0,9 до 1,1% масс. от общего количества эмульгированной жидкой композиции;
- водорастворимого органического кислотного катализатора с рКа<4; и
- неизбежных примесей;
f) необязательное регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие;
g) сушку обработанного текстильного изделия до сухого состояния;
h) термообработку обработанного текстильного изделия при температуре 100 до 200°С;
i) необязательное удаление остатка непрореагировавшей композиции с обработанного текстильного изделия посредством промывки водой и необязательную повторную сушку.
Способ согласно изобретению может быть осуществлен с помощью стандартной плюсовки, ширильной или аналогичных машин, применяемых при производстве текстиля для нанесения жидкости, или распылением, нанесением покрытия или способом погружения в вакууме/под давлением.
В дополнительном способе согласно изобретению, мягкость, износостойкость и усиленные водоотталкивающие свойства придают изделию при выполнении следующих этапов:
а) нанесение на текстильное изделие эмульгированной жидкой композиции, причем указанная эмульгированная жидкая композиция состоит из:
- воды;
- алкилалкоксисилана, в котором длина алкильной цепи составляет от 10 до 30 атомов углерода или, например, от 12 до 30 атомов углерода;
- по меньшей мере одного эмульгатора, или загустителя, или поверхностно-активного вещества, или стабилизатора;
- водорастворимого кислотного катализатора; и
- неизбежных примесей;
b) необязательное добавление в композицию аминосиликонов для придания мягкости и долговременного усиления водоотталкивающих свойств;
c) необязательное регулирование количества композиции, наносимой на текстильное изделие:
d) сушку обработанного текстильного изделия до сухого состояния;
e) термообработку обработанного текстильного изделия при температуре от 100 до 200°С;
f) необязательное удаление остатка непрореагировавшей композиции с обработанного текстильного изделия посредством промывки водой и необязательную повторную сушку.
Текстильный материал может быть введен в контакт с силанизирующей композицией любым подходящим образом, например, погружением, плюсованием, нанесением валком или кистью, нанесением покрытия и распылением. Силанизирующая композиция может быть введена в контакт с текстильным материалом так, чтобы материал был по существу полностью увлажнен (пропитан) или материал был увлажнен до определенной глубины относительно поверхности материала, на которую наносят композицию.
Согласно способу изобретения, сушку продолжают до по существу полного высыхания ткани, то есть до достижения содержания воды менее 5% масс. и даже ниже 2% масс. Согласно настоящему изобретению, "сушка" включает испарение воды; "по существу сухой" означает по существу не содержащий воды.
Важным признаком способа согласно изобретению является температура термообработки, которая составляет по меньшей мере 100°С, предпочтительно по меньшей мере 120°С, предпочтительнее по меньшей мере 140°С или 150°С и даже вплоть до 200°С. Температура термообработки согласно настоящему изобретению составляет от 100 до 200°С или от 130 до 180°С. Продолжительность термообработки приблизительно обратно пропорциональна температуре термообработки. Таким образом, термообработка при более высоких температурах может быть проведена в соответственно более короткое время, например, в течение нескольких минут или приблизительно от 1 минуты до 3 минут, в предварительно нагретой печи при температуре от 150°С до 200°С. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что на продолжительность термообработки при заданной температуре сушки влияют конвекция воздуха в процессе сушки, толщина и плотность текстильного материала, а также другие физические параметры материала.
Применение эмульгированной жидкой композиции
Настоящее изобретение также включает применение эмульгированной жидкой композиции согласно изобретению для придания текстильному изделию долговременных водоотталкивающих свойств, а также применение текстильного изделия, обработанного способом нанесения согласно настоящему изобретению, предназначенным для придания текстильному изделию долговременных грязеотталкивающих свойств по отношению к водорастворимым загрязнениям, неограничивающие примеры которых включают пятна почвенной грязи, или пятна от кетчупа, кофе или вина, или другие водорастворимые пятна.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Материалы
Яблочная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, глиоксиловая кислота, пировиноградная кислота и малеиновая кислота, Sigma Aldrich.
3
NaHCO, Sigma Aldrich.
Tegosoft PC 41 (сложные эфиры полиглицерина и каприновых кислот, ГЛБ ~ 14), Evonik Industries AG.
Гексадецилтриметоксисилан (КН580), Zhejiang Feidian Chemical Co., Ltd.
13
13
12
14
Lutensol TO7 (этоксилаты насыщенных изо-С-спиртов), ГЛБ ~ 12, Lutensol TO5 (этоксилаты насыщенных изо-С-спиртов), ГЛБ ~ 10,5, и Dehydol LS3N (этоксилированные жирные спирты С-С), ГЛБ ~ 12, BASF Corp.
Ethoquad С/25 (хлорид кокоалкилметил[полиоксиэтилен(15)]аммония), ГЛБ ~ 30, AkzoNobel Chemicals ltd.
Brij S2 (простой этокси(2)стеариловый эфир), ГЛБ ~ 4,9, Croda Corp.
Изооктилтриметоксисилан, н-октадецилтриметоксисилан и н-додецилтриметоксисилан, ABCR GmbH &Со KG.
н-Пропилтриметоксисилан, Alfa Aesar GmbH &Со KG.
Цифровой диспергатор IKA ultra turrax Т25, снабженный диспергирующим элементом S25 N-25G/1713300, производимый IKA-Werke GmbH & Co. KG.
Печь Fermaks TS 8136.
рН-метр Phenomenal pH 1000H, VWR int. LLC.
ASE5020 представляет собой макроэмульсию реакционноспособного аминосиликона, поставляемую Flexichem Pty Ltd.
Применяемые стандартные способы
Определение сопротивления тканей поверхностному смачиванию (испытание дождеванием): Европейский Стандарт EN 24 920 (ISO 4920:1981). Принцип: Определенным количеством воды орошают образец текстильного изделия, закрепленный на кольце. Образец располагают под углом 45° к форсунке. Центр стандартизированной форсунки расположен на заданном расстоянии выше центра образца. В резервуар, расположенный выше форсунки и соединенный с ней, помещают заданное количество воды. Оценку действия орошения производят визуально и/или фотографически. Ступенчатая шкала оценки орошения ISO 1-5 соответствует тому, что от 50 до 100% образца выдерживает смачивание.
Корреляция шкалы была следующей: 100% (ISO 5), 97,5% (ISO -5), 92,5% (ISO +4), 90% (ISO 4), 87,5% (ISO -4), 82,5% (ISO +3), 80% (ISO 3), 77,5% (ISO -3), 72,5% (ISO +2), 70% (ISO 2), 66,67% (ISO -2), 56,67% (ISO +1), 50% (ISO 1) образца выдерживает смачивание (см. Фиг. 1, на котором изображен иллюстративный пример ISO 5-1).
Перед проведением оценки ткани выполаскивали в стиральной машине на программе полоскания в воде.
Ткани сушили в предварительно нагретой печи Fermaks TS 8136 при 150°С в течение 5 минут.
Водоотталкивающие свойства обработанного текстильного изделия до и после машинной стирки в водном растворе эталонного стирального порошка В согласно IEC оценивали (температура стирки 40°С/продолжительность приблизительно 90 минут), проводя стандартизированные испытания текстильных изделий согласно SS-EN 24 920.
Эти примеры предназначены для иллюстрации изобретения для рассмотрения специалистами в данной области техники и не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Если не указано иное, в приведенных примерах все процентные соотношения даны в массовых процентах.
Общий способ получения эмульсионных композиций, применяемых в экспериментах
Эмульсии с различными значениями рН
В химический стакан помещали 1% масс. эмульгатора, 5% масс. гидрофобизирующего агента и "воду а" в количестве 50% масс. от общего количества эмульгирующего раствора, и смесь подвергали гомогенизации при 10000 об./мин. в течение 15 минут с помощью цифрового диспергатора IKA ultra turrax Т25, снабженного диспергирующим элементом S25 N-25G/1713300 (изготавливаемого IKA-Werke GmbH & Co. KG). После этого определенную массу кислотного катализатора растворяли в определенной массе "воды b" (см. Таблицу 1) и добавляли при гомогенизации в полученную выше смесь гидрофобизирующего агента. Смесь подвергали гомогенизации при 10000 об./мин. в течение 15 минут, получая целевую эмульсию.
Количество "воды b" рассчитывали после определения заданного количества кислоты. Содержание кислоты может быть различным (измеряют рН, который должен составлять от 1,9 до 4). Количество "воды b" добавляют после добавления кислоты, получая 100% масс. общей массы эмульсии (чем больше количество кислоты, тем меньше добавляемое количество "воды b").
Если производят нейтрализацию эмульсии, то к ней примешивают определенную массу гидрокарбоната натрия в соответствии с Таблицей 1.
Ниже представлены примеры воплощения изобретения, а также сравнительные примеры.
Приведенные ниже примеры согласно изобретению даны для иллюстрации изобретения и не ограничивают его объем.
Значения рН измеряли с помощью рН-метра Phenomenal рН 1000Н (VWR int. LLC) при температуре, составляющей 23°С и относительной влажности RH, составляющей 50%. Перед проведением измерений РН-метр калибровали по двум точкам (рН 4 и 7). Примеры 1-4 представляют собой примеры согласно изобретению.
2
Эмульсии наносили на куски материала, полученного из сложного полиэфира и хлопка в отношении 65:35, размерами 20×20 см (белый, сатиновое переплетение, 187 г/м) способом, включающим погружение в эмульсию, отжим (поглощение жидкости составило приблизительно 80% от массы сухой ткани), нагревание и полоскание в воде, см. Таблицу 2. Степень водоотталкивания определяли согласно SS-EN 24 920, см. Таблицу 3.
Результаты, представленные в Таблице 3, показывают, что наилучший гидрофобизирующий эффект достигается при использовании эмульсий с низким значением рН или рН ниже 4,3. Однако при слишком низком рН (рН ниже 2) происходит некоторое обесцвечивание ткани, как и в случае слишком высокого рН (рН более 4); в последнем случае также происходит снижение результатов испытания дождевания с близкого расстояния, т.е. снижение % образца, выдержавшего смачивание.
Значения в скобках показывают результат испытания дождеванием после глажки. Параметры: термообработка 5 минут/ 150°С; стирка 40°С/ 90 минут; сушка между стирками 150°С/15 минут. Значения отсутствуют (-) из-за слишком низких результатов испытания дождеванием. В Таблице 3 представлены экспериментальные данные эмульсий, рассмотренных в Таблице 2.
Таблица 4
Различные эмульгаторы
Эмульсии (Таблица 4) были получены согласно процедуре Примера 1, и их использовали так же для обработки кусков ткани, полученной из сложного полиэфира: хлопка в соотношении 65:35, размерами 20×20 см, см. Таблицу 5. Примеры 7, 8 и Пример 1 представляют собой примеры согласно настоящему изобретению.
Результаты, представленные в Таблице 6 (применение эмульсий, рассмотренных в Таблице 4), показывают, что выбор эмульгатора незначительно влияет на получаемую гидрофобность обработанной ткани и долговременность гидрофобных свойств ткани, которую подвергают машинной стирке со стиральным порошком при 40°С.
Таблица 7
Температура и различная продолжительность термообработки
Для обработки ткани, состоящей из сложного полиэфира и хлопка в соотношении 65:35, применяли эмульсию 1 (Tegosoft PC 41 (1% масс), яблочная кислота (3,5% масс), КН580 (5% масс), вода до 100%) при различных температурах и продолжительности термообработки (Таблица 7). Результаты, представленные в Таблице 8, показывают, что более длительная термообработка повышает износостойкость и гидрофобность обработанной ткани. Специалистам в данной области техники будет понятно, что термообработка при низкой температуре требует большей продолжительности, а при высоких температурах требуется меньшая продолжительность термообработки, согласно Таблицам 7, 8 и Фиг. 1.
Таблица 9
Применение алкоксисиланов, имеющих цепи различной длины
Для оценки эффективности гидрофобизирующего агента согласно процедуре Примера 1 было получено несколько эмульсий с различной длиной алкильной цепи в алкоксисилановом фрагменте, см. Таблицу 9. Эмульсии применяли, как описано выше, для гидрофобизации ткани, состоящей из сложного полиэфира и хлопка в соотношении 65:35. Результаты показывают, что чем длиннее алкильная цепочка алкоксисилана, тем дольше сохраняется гидрофобность обработанной ткани. Результаты представлены в Таблицах 10 и 11.
Примеры 10, 11 и 1 представляют собой примеры согласно изобретению. Примеры 9 и 12 являются Сравнительными примерами.
Применение различных кислот и результативность эмульсии на различных тканях
Согласно процедуре, рассмотренной в Примере 1, были получены эмульсии, содержащие кислоты, отличные от яблочной кислоты, и различные количества эмульгатора и силана, см. Таблицу 13. Куски различных тканей размером 20×20 см подвергали действию эмульсий так, как описано выше, обрабатывали при температуре, полоскали, стирали и подвергали испытанию дождеванием. Полученные результаты представлены в Таблицах 12-15.
Таблица 15
В Таблице 15 представлены результаты испытаний дождеванием обработки (с помощью эмульсии Примера 1) ткани из повторно используемого сложного полиэфира эмульсией 1 и последующих стирок (20 раз).
Параметры, подходящие для промышленного применения
2
В экспериментах по увеличению объема производства (Фиг. 2) эмульсию 1 (содержащую Tegosoft PC 41 (1% масс), яблочную кислоту (3,5% масс), КН580 (7,5% масс., "воду а" 50% масс. и "воду b" 40,5% масс.) наносили на ткань из сложного полиэфира и хлопка в соотношении 65:35 (белая, сатиновое переплетение, 187 г/м), используя для этого плюсовальную машину, ширильную рамку и печь для сушки/термообработки. Рулон ткани затем помещали в роликовую красильную машину и полоскали в воде (18 минут при 7°С и сушили при 170°С в течение 4 минут), после чего сушили на ширильной машине, объединенной с сушильной печью.
Параметры способа были следующими: поглощение жидкости - 50%, продолжительность термообработки и температура - 2 минуты/170°С и продолжительность сушки и температура после полоскания - 2 минуты/170°С.
На Фиг. 2 показаны результаты, полученные в испытании дождеванием согласно ISO 4920.
Испытание на появление пятен
Испытание на появление пятен проводили с помощью рассмотренного ниже способа испытания, который включает нанесение пятен вина, кофе и кетчупа. Использовали следующие загрязняющие жидкости: растворимый кофе (4 г Нескафе Lyx в 100 мл кипящей воды), красное вино (12,5% спирта), кетчуп Heinz и растаявший грязный снег с обочины Стокгольмского шоссе, Швеция.
2
Применяемые материалы включали необработанную белую ткань сатинового переплетения (65% сложного полиэфира/35% хлопка, 187 г/м) и ту же ткань, обработанную рассмотренной ниже эмульсией полномасштабным способом с использованием плюсования/термообработки (поглощение жидкости 50%, сушка/термообработка при 170°С в течение 2 минут, полоскание в воде в роликовой машине в течение 18 минут при 7°С и сушка при 170° С в течение 4 минут, см. Фиг. 2).
Эмульсия: Tegosoft PC 41 (1% масс); яблочная кислота (3,5% масс), КН580 (гексадецилтриметоксисилан) (7,5% масс), вода 88% масс.
Необработанные и обработанные ткани подвергали кондиционированию в течение 24 часов при 23°С и 50% относительной влажности. На необработанные и обработанные ткани наносили по два пятна по 5 мл каждой жидкости и 40 мм кетчупа Heinz. Спустя 1 час одно из пятен каждого типа удаляли влажной салфеткой. Спустя 24 часа тем же образом удаляли второе пятно. Ткани оставляли сушиться в течение 24 часов при комнатной температуре, и затем производили оценку пятен, подкладывая под ткани белую бумагу и оценивая в соответствии со следующей шкалой.
Можно отметить, что средняя оценка обработанных тканей составляла 4,0, в то время как средняя оценка необработанных тканей составляла 1,3. Таким образом, ткани, обработанные эмульсией согласно изобретению, имеют более сильные грязеотталкивающие свойства по отношению к пятнам на водной основе, чем необработанные ткани.
Органолептическую оценку обработанных полиамидных текстильных изделий, полученных согласно рассмотренным Примерам 21 и 22, производила специальная комиссия. В комиссии по органолептической оценке участвовали лица, прошедшие подготовку по сравнению текстильных изделий и оценке мягкости. Члены комиссии должны были дать числовую оценку жесткости текстильного изделия, полученного в каждом Примере. Жесткость оценивали по шкале от 0 баллов, означающих "очень мягкий", до 7 баллов, означающих "жесткий".