СИЛИКОНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИДАНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ СУБСТРАТАМ, СОДЕРЖАЩИМ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СУБСТРАТА И ОБРАБОТАННЫЙ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИЙ СУБСТРАТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК C08G77/04 D06M15/643 C09K21/14 

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится к композициям для текстильных приложений. Говоря более конкретно, настоящее изобретение относится к силиконовым композициям, которые характеризуются долговечным прилипанием к текстилям и обеспечивают получение огнестойкости.

Текстили (ткани), используемые в швейной промышленности, должны быть согласованы с определенными стандартами прежде, чем их можно будет продавать. В соответствии с правительственными предписаниями предметы одежды должны демонстрировать наличие определенного уровня огнестойкости. Получения огнестойкости можно добиться в результате смешивания тканей с огнестойкими текстилями. Например, для достижения требуемых уровней огнестойкости во многих случаях хлопок смешивают со сложным полиэфиром. Однако смешивание тканей с огнестойкими текстилями может оказать негативное влияние на свойства конечного текстиля, такие как мягкость. В тех случаях, когда задачей является получение мягкости, огнестойкость можно придать в результате проведения обработки под действием огнестойкого материала. Например, обработка текстилей под действием молекул на основе фосфора либо поликарбоксилатов, которые, обеспечивая долговечность взаимодействия, вступают в реакцию с тканью, может в результате привести к приданию тканям огнестойкости. Но данные обработки зачастую становятся причиной неприемлемой утраты тканью прочности либо требуют наличия специализированного технологического оборудования.

Поэтому желательно проводить те обработки, придающие огнестойкость, которые могут использоваться для обработки текстилей и придавать текстилям преимущества, которые бы высоко оценивались потребителями, а также демонстрировать долговечность. Таким образом, постоянно проводится поиск новых видов обработки, которые соответствовали бы данным требованиям.

Краткое изложение изобретения

Настоящее изобретение предлагает силиконовую композицию, содержащую, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализированные в результате введения, по меньшей мере, одной аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных к поперечному сшиванию, где полисилоксан либо силиконовый олигомер придают субстрату, содержащему целлюлозу, огнестойкость.

В еще одном варианте реализации настоящее изобретение предлагает способ обработки субстрата, содержащего целлюлозу, включающий

(а) смачивание субстрата, содержащего целлюлозу, под действием водных раствора, дисперсии либо эмульсии силиконовой композиции, содержащей, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализированные в результате введения аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных к поперечному сшиванию; и

(b) отверждение смоченного субстрата, содержащего целлюлозу, при температуре в диапазоне от приблизительно 125°С до приблизительно 220°С.

В еще одном дополнительном варианте реализации настоящее изобретение предлагает содержащий целлюлозу субстрат, содержащий, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализированные в результате введения, по меньшей мере, одной аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных к поперечному сшиванию.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение включает силиконовую композицию, которая содержит, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализированные в результате введения аминосодержащей группы (здесь и далее в настоящем документе также называемой «аминогруппой») и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных функционировать в качестве центров сшивания (здесь и далее в настоящем документе также называемых «предшественником сшивания»). Полисилоксан по настоящему изобретению придает огнестойкость субстратам на основе натурального волокна/целлюлозы либо субстратам, содержащим натуральное волокно/целлюлозу.

Настоящее изобретение включает, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, описываемые формулой:

М_аM'_bD_cD'_dT_eT'_fQ_g,

где подстрочные индексы a, b, c, d, e, f и g равны нулю либо положительному целому числу при условии соблюдения ограничения, заключающегося в том, что сумма подстрочных индексов b, d и f равна, по меньшей мере, двум при том условии, что b равен, по меньшей мере, 4, если d и f равны 0; где М описывается формулой:

R¹ ₃SiO_1/2,

M' описывается формулой:

(Х)_hR² _{3 - h}SiO_1/2,

D описывается формулой:

R³ ₂SiO_2/2,

D' описывается формулой:

(Х)_{(2 - i)}R_i ⁴SiO_2/2,

T описывается формулой:

R⁵SiO_3/2,

T' описывается формулой:

(Х)SiO_3/2,

и Q описывается формулой SiO_4/2, где подстрочный индекс h находится в диапазоне от 1 до 3; подстрочный индекс i равен 0 либо 1; каждый из R¹, R², R³, R⁴, R⁵ независимо в каждом случае представляет собой предшественника сшивания, атом водорода, С_1-30 алкил, С_1-22 алкокси, С_2-22 алкенил, С_6-14 арил и С_6-22 алкилзамещенный арил и С_6-22 аралкил, из числа которых любая группа может быть галогенированной, например, фторированной, содержащей фторуглероды, такой как С_1-22 фторалкил, либо может содержать элементарные звенья простого полиэфира, описываемые формулой (СН₂CHR⁶O)_k, где R⁶ в каждом повторяющемся элементарном звене независимо представляет собой СН₃ либо Н, а "k" находится в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 50; Х независимо в каждом случае представляет собой аминогруппу либо предшественник сшивания при том условии, что полисилоксан либо силоксановый олигомер имеют, по меньшей мере, три предшественника сшивания на одну молекулу и, по меньшей мере, одну аминогруппу. Аминогруппа обычно присутствует в форме С_1-30 аминоалкилов. Аминогруппа может содержать первичные азотсодержащие группы, вторичные азотсодержащие группы, третичные азотсодержащие группы, четвертичные азотсодержащие группы либо их смеси. Она может быть либо может и не быть частью алифатической циклической структуры. Она также может состоять из ароматических циклов либо может прерываться ими. Аминогруппа может содержать любое количество атомов азота, предпочтительно 1 либо 2. Предпочтительными аминогруппами являются аминопропил либо аминоэтиламинопропил. Термин «алкил» согласно его использованию в различных вариантах реализации настоящего изобретения предполагает обозначение как нормальных алкильных, разветвленных алкильных, аралкильных, так и циклоалкильных радикалов. Нормальными и разветвленными алкильными радикалами предпочтительно являются те, которые содержат атомы углерода в количестве в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 30 и включают в качестве иллюстративных неограничивающих примеров метил, этил, пропил, изопропил, бутил, третичный бутил, пентил, неопентил, гексил, додецил, цетил и стеарил. Представительными циклоалкильными радикалами предпочтительно являются те, которые содержат в цикле от приблизительно 4 до приблизительно 12 атомов углерода. Некоторые иллюстративные неограничивающие примеры данных циклоалкильных радикалов включают циклобутил, циклопентил, циклогексил, метилциклогексил и циклогептил. Предпочтительными аралкильными радикалами являются те, которые содержат от приблизительно 7 до приблизительно 14 атомов углерода. Они включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: бензил, фенилбутил, фенилпропил и фенилэтил. Арильными радикалами, используемыми в различных вариантах реализации настоящего изобретения, предпочтительно являются те, которые содержат в цикле от приблизительно 6 до приблизительно 20 атомов углерода, и они включают, по меньшей мере, одно моноциклическое либо полициклическое звено, где полициклическое звено может содержать конденсированные либо связанные циклы. Некоторые иллюстративные неограничивающие примеры данных арильных радикалов включают фенил, бифенил и нафтил. Иллюстративным неограничивающим примером подходящего галогенированного звена является трифторпропил.

В соответствии с настоящим изобретением «предшественник сшивания» согласно использованию данного термина в настоящем изобретении включает любое звено, которое способно обеспечивать сшивание либо непосредственно (например, гидрокси-группы), либо опосредованно (например, алкокси-группы) с другими аминофункционализованными полисилоксанами либо силоксановыми олигомерами настоящего изобретения, либо с добавленными сшивающими соединениями, содержащими, по меньшей мере, два предшественника сшивания. Типичные предшественники сшивания включают гидрокси-группы, алкокси-группы, водород и электрофильные группы в комбинации с нуклеофильными группами. Наиболее часто предшественником сшивания является гидрокси-группа.

В настоящем изобретении количество аминогрупп на полисилоксане либо силоксановом олигомере, которые способны придавать субстратам, содержащим целлюлозу, огнестойкость, по меньшей мере, равно единице, однако, все атомы кремния в полисилоксане либо силоксановом олигомере могут быть замещены аминогруппами. В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения среднее соотношение между атомами Si, замещенными аминогруппами, и атомами Si, которые таковыми не являются, находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 5. Предпочтительно полисилоксан либо силоксановый олигомер являются растворимыми в воде либо способными эмульгироваться.

Полисилоксаны либо силоксановые олигомеры настоящего изобретения обычно получают в результате проведения равновесных реакций, включающих силаны либо олигосиланы, замещенные аминогруппами и предшественниками сшивания, в присутствии подходящего катализатора при условии соблюдения структурных параметров, описанных выше. Катализатором предпочтительно является основный катализатор.

В одном варианте реализации настоящего изобретения силиконовая композиция включает преимущественно специфические линейные, разветвленные, сшитые либо циклические полисилоксаны. Кроме того, подходящие композиции могут содержать один либо несколько полисилоксанов либо силоксановых олигомеров, которые могут содержать выгодные количества других веществ на уровне в диапазоне от приблизительно 0,0001% (масс.) до приблизительно 5% (масс.) при расчете на совокупное количество кремнийсодержащих соединений, например возникающих в ходе способа синтеза упомянутых полисилоксанов либо силоксановых олигомеров. В иллюстративных примерах подходящие композиции могут содержать выгодные количества D₄ либо соединений, содержащих связи Si-H, Si-OH, Si-O-алкил, и их смесей, которые не содержат аминогрупп.

Силиконовая композиция для обработки ткани настоящего изобретения также может необязательно содержать добавки, такие как катализатор либо смесь катализаторов; сшиватели; органические соединения; неорганические соединения, которые включают такие компоненты как фосфор, бор, алюминий, магний либо цинк; или же их комбинации при том условии, что добавка либо группа добавок не будет оказывать негативного влияния на преимущества силиконовой композиции по огнестойкости. В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения силиконовая композиция может содержать, по меньшей мере, одно соединение алюминия, такое как лактат алюминия. В случае наличия соединения алюминия оно присутствует в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 10% (масс.) при расчете на силиконовую композицию, а более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,5% до приблизительно 5% (масс.) при расчете на силиконовую композицию.

Также могут присутствовать и катализаторы, которые ускоряют отверждение силиконовой композиции на ткани. Обычно катализатор присутствует в диапазоне от приблизительно 0,0001% (масс.) до приблизительно 10% (масс.) при расчете на кремний в композиции, а предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,001% (масс.) до приблизительно 5% (масс.) при расчете на совокупную композицию. Примеры катализаторов отверждения включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: органические либо неорганические кислоты и основания.

Силиконовые композиции настоящего изобретения, которые содержат, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализированный в результате введения, по меньшей мере, одной аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных сшиваться, обычно придают преимущества по огнестойкости материалам, таким как текстили, в том числе поверхностям, содержащим целлюлозу, таким как натуральное волокно и регенерированное волокно, в том числе смеси. Особенное преимущество настоящего изобретение заключается в том, что описанные функциональные группы делают возможным долговечное прилипание силиконовой композиции к поверхности, содержащей целлюлозу.

Силиконовую композицию можно наносить на субстрат по любому способу, известному специалистам в соответствующей области. Например, обычными для обработки текстиля являются способы плюсования. Обычно в способе плюсования субстрат смачивают водным раствором, неводным раствором, дисперсией либо эмульсией силиконовой композиции. Например, силиконовую композицию можно подавать в виде водной смеси, которая может содержать силиконовую композицию в диапазоне от приблизительно 0,01% (масс.) до приблизительно 99% (масс.) при расчете на совокупную смесь. После нанесения силиконовой композиции на субстрат композицию можно отверждать в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 5 минут до приблизительно 2 часов, а предпочтительно в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 5 минут до приблизительно 30 минут. Обычно температура отверждения находится в диапазоне от приблизительно 125°С до приблизительно 220°С, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 150°С до приблизительно 200°С. В альтернативном варианте замещенные силикон либо силиконовую смолу можно наносить на субстрат без примесей других веществ и отверждать по тому же самому способу.

Для того чтобы специалисты в соответствующей области имели больше возможностей в реализации на практике настоящего изобретения, в порядке иллюстрации, но не в порядке ограничения, приводятся нижеследующие примеры.

ПРИМЕРЫ

Характерная обработка ткани

Кусок 100%-ной хлопчатобумажной ткани с начесом размером 2 дюйма·6 дюймов при комнатной температуре встряхивали в водном растворе, содержащем 5% (масс.) силоксанового олигомера (аминоэтиламинопропилсилсесквиоксанового олигомера, Gelest, Inc., называемого в таблице 1 «силоксаном») и лактат алюминия (0,9% либо 3,7% (масс.) при расчете на совокупную массу композиции для обработки ткани). Ткань вынимали и пропускали через вращаемые вручную вальцы для отжима простынь и салфеток. Поглощение влаги определяли равным приблизительно 100%. Данную операцию повторяли в совокупности для 14 образцов ткани с начесом. Образцы нагревали в конвекционной сушилке при 150°С в течение 20 минут, а после этого им давали возможность охладиться до комнатной температуры. После обработки/нагревания для пяти образцов получали оценку эксплуатационных характеристик по огнестойкости, а пять других образцов перед проведением испытания на огнестойкость промывали.

Промывание ткани

В металлической банке для краски объемом в один галлон перемешивали 3,9 грамма моющего средства для стирки 1993 ААТСС и 1,5 кг водопроводной воды. Банку помещали на устройство для перемешивания с подогревом и оснащали подвесной механической мешалкой с 3-лопастной крыльчаткой, расположенной непосредственно под поверхностью воды. Металлическую термопару вставляли в воду под углом 45°. Добавляли семь кусков подвергнутой обработке ткани (все после одной и той же обработки). При установке для мешалки в виде 60-70% образцы промывали в течение 12 мин при 49°С. После этого образцы ткани вынимали и помещали для прополаскивания в химический стакан в потоке холодной водопроводной воды (˜ 15°С) на 5 мин. Избыточную воду удаляли и образцы высушивали в горизонтальном положении на стеллаже в течение ночи при комнатной температуре.

Испытание на огнестойкость

Перед проведением испытания все куски ткани кондиционировали в конвекционной сушилке при 105°С в течение 30 мин. Образцы по отдельности помещали в держатели образцов и выдерживали в эксикаторе в течение 1-3 часов. После этого проводили испытание образцов на огнестойкость в соответствии со стандартным протоколом для испытания 45° 16CFR1610. Использованное устройство для испытания на огнестойкость было изготовлено в компании Govmark Organization, Inc. (Беллмор, Нью-Йорк).

Таблица 1
Данные по испытанию на огнестойкость для подвергнутой и не подвергнутой обработке 100%-ной хлопчатобумажной ткани с начесомОбработкаПервоначальная огнестойкостьОгнестойкость после промыванияВВ¹ (выгорание основы)Сгоревшие ниткиВремя горения (сек)Класс FR (огнестойкости)²ВВ¹Сгоревшие ниткиВремя горения (сек)Класс FR²Отсутствует³5/55/5135/55/5825% силоксана + 3,7% лактата алюминия0/50/5Сведений нет10/52/5315% силоксана + 0,9% лактата алюминия0/50/5Сведений нет10/50/5Сведений нет15% силоксана + 0,9% коллоидального оксида алюминия0/50/5Сведений нет10/52/531¹ Количество образцов, демонстрирующих выгорание основы, из 5 образцов, подвергнутых испытанию.
² Отнесение к классу огнестойкости в соответствии с испытанием 16CRF1610.

В испытании на огнестойкость все образцы ткани, не подвергнутые обработке, до и после промывания были полностью уничтожены. Ни один из образцов, подвергнутых обработке, полностью уничтожен не был.

Данные в таблице 1 отчетливо демонстрируют, что хлопчатобумажная ткань с начесом, подвергнутая обработке под действием смеси силоксанового соединения, обнаруживала огнестойкость как до, так и после промывания.

Несмотря на то, что для цели иллюстрирования были предложены типичные варианты реализации, предшествующее описание не должно восприниматься в качестве ограничения объема изобретения. В соответствии с этим без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения для специалиста в соответствующей области могут иметь место различные модификации, адаптации и альтернативы.

Изобретение относится к силиконовым композициям, способным к долговечному прилипанию к текстилям и обеспечивающим получение огнестойкости. Техническая задача - расширение ассортимента таких композиций. Предложены варианты силиконовой композиции, содержащей, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализованные в результате введения, по меньшей мере, одной аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных к сшиванию, и (0,01-10) мас.% соединения алюминия в расчете на силиконовую композицию. Предложены также варианты способа обработки субстрата, содержащего целлюлозу, предложенной силиконовой композицией, и содержащего целлюлозу субстрата, обработанного этой композицией. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Силиконовая композиция для придания огнестойкости субстратам, содержащим целлюлозу, содержащая от примерно 0,01 мас.% до примерно 10 мас.% соединения алюминия в расчете на силиконовую композицию и, по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализованные в результате введения, по меньшей мере, одной аминогруппы и, по меньшей мере, трех функциональных групп, способных к поперечному сшиванию, где полисилоксан либо силиконовый олигомер описываются следующей формулой

М_аM'_bD_cD'_dT_eT'_fQ_g,

где подстрочные индексы а, b, с, d, e, f и g равны нулю либо положительному целому числу при соблюдении ограничения, заключающегося в том, что сумма подстрочных индексов b, d и f равна, по меньшей мере, двум при том условии, что b равен, по меньшей мере, 4, если d и f равны 0; где М описывается формулой:

R¹ ₃SiO_1/2,

M' описывается формулой:

(Х)_hR² _3-hSiO_1/2,

D описывается формулой:

R³ ₂SiO_2/2,

D' описывается формулой:

(Х)_{(2 - i)}R_i ⁴SiO_2/2,

T описывается формулой:

R⁵SiO_3/2,

T' описывается формулой:

(Х)SiO_3/2,

и Q описывается формулой SiO_4/2, где подстрочный индекс h находится в диапазоне от 1 до 3; подстрочный индекс i равен 0 либо 1; каждый из R¹, R², R³, R⁴, R⁵ независимо в каждом случае представляет собой предшественника сшивания, атом водорода, С_1-30 алкил, C_1-22 алкокси, C_2-22 алкенил, С_6-14арил, С_6-22алкилзамещенный арил, С_6-22аралкил, С_1-22фторалкил либо С_1-22простой полиэфир; а каждый Х независимо в каждом случае представляет собой аминогруппу либо предшественник сшивания при том условии, что на одну молекулу полисилоксана либо силоксанового олигомера имеются, по меньшей мере, три предшественника сшивания, и на одну молекулу полисилоксана либо силоксанового олигомера имеется, по меньшей мере, одна аминогруппа.

(а) по меньшей мере, один полисилоксан либо силоксановый олигомер, функционализованные в результате введения, по меньшей мере, одной аминоэтиламинопропильной группы и, по меньшей мере, трех функциональных гидроксигрупп, где полисилоксан либо силиконовый олигомер описываются следующей формулой:

М_аM'_bD_cD'_dT_eT'_fQ_g,

где подстрочные индексы а, b, с, d, e, f и g равны нулю либо положительному целому числу при соблюдении ограничения, заключающегося в том, что сумма подстрочных индексов b, d и f равна, по меньшей мере, двум при том условии, что b равен, по меньшей мере, 4, если d и f равны 0; где М описывается формулой:

R¹ ₃SiO_1/2,

M' описывается формулой:

(Х)_hR² _3-hSiO_1/2,

D описывается формулой:

R³ ₂SiO_2/2,

D' описывается формулой:

(Х)_(2-i)R_i ⁴SiO_2/2,

T описывается формулой:

R⁵SiO_3/2,

T' описывается формулой:

(Х)SiO_3/2,

и Q описывается формулой SiO_4/2, где подстрочный индекс h находится в диапазоне от 1 до 3; подстрочный индекс i равен 0 либо 1; каждый из R¹, R², R³, R⁴, R⁵ независимо в каждом случае представляет собой предшественника сшивания, атом водорода, C_1-30алкил, C_1-22алкокси, C_2-22алкенил, С_6-14арил, С_6-22алкилзамещенный арил, С_6-22аралкил, С_1-22фторалкил либо С_1-22 простой полиэфир; и каждый Х независимо в каждом случае представляет собой аминогруппу либо предшественник сшивания при том условии, что на одну молекулу полисилоксана либо силоксанового олигомера имеются, по меньшей мере, три предшественника сшивания, и на одну молекулу полисилоксана либо силоксанового олигомера имеется, по меньшей мере, одна аминогруппа; и

(в) от примерно 0,01 мас.% до примерно 10 мас.% соединения алюминия в расчете на силиконовую композицию лактат алюминия.

(a) смачивание субстрата, содержащего целлюлозу, под действием водных раствора, дисперсии либо эмульсии силиконовой композицей по пп.1-10, где, по меньшей мере, один полисилоксан либо олигомерный силоксан присутствует относительно соединения алюминия в весовом соотношении 5:3,7 или 5:0,9; и

(b) отверждение смоченного субстрата, содержащего целлюлозу, при температуре в диапазоне от приблизительно 125°С до приблизительно 220°С.

(a) смачивание субстрата, содержащего целлюлозу, под действием водных раствора, дисперсии либо эмульсии силиконовой композиции по п.11, где, по меньшей мере, один полисилоксан либо олигомерный силоксан присутствует относительно соединения алюминия в весовом соотношении 5:3,7 или 5:0,9; и

(b) отверждение смоченного субстрата, содержащего целлюлозу, при температуре в диапазоне от приблизительно 150°С до приблизительно 200°С в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 5 мин до приблизительно 30 мин.