Способ получения добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани Российский патент 2024 года по МПК D06M13/35 

Настоящее изобретение относится к способу получения пропитки ткани для придания несминаемого и огнезащитного эффекта. В настоящее время существует несколько различных типов химической отделки, которые можно наносить на целлюлозные материалы для придания несминаемых (US 3052570 A, US 3617181 A, US 3049446 A, US 4323624 A) и огнезащитных свойств (US 6488718 B1, US 9675998 B2, CN 105239378 A, US 20050272838 A1). Обычно огнезащитная композиция для ткани содержит аминокислоту, белок и/или пептид, может также включать сшивающий агент и/или связующий агент, и другие необязательные компоненты вместе с подходящим растворителем. Причем аминокислота, белок и/или пептид могут быть ковалентно связаны или не связаны с целлюлозным материалом. Для ковалентного связывания добавки с целлюлозным материалом используют сшивающий агент. В качестве белков, авторы предлагают использовать растительные белки, такие как соевые белки, молочные белки, такие как казеин, и ферменты. Считается, что механизм огнестойкости частично связан с декарбоксилированием аминокислот в белках и/или пептидах во время горения. Карбоновые кислоты также могут способствовать образованию угля. Азот, содержащийся в аминокислотах, белках или пептидах, также может служить для снижения горючести субстрата. Известно, что карбоновые кислоты реагируют с гидроксигруппами в различных условиях сочетания с образованием сложноэфирных связей.

В качестве сшивающих агентов используют: реагенты с одной функциональной группой, которая способна реагировать с двумя или более нуклеофильными группами в соответствующих условиях (мочевина, карбонат, ортокарбонат, хлорформиат, уретан, фосген, дифосген, трифосген, тиофосген и т.п.) Сшивающие агенты с двумя или более функциональными группами (алкилгалогениды, альфа-галогенкарбонильные соединения, такие как галогенангидриды, сульфонилгалогениды, ангидриды, сложные эфиры, эпоксиды, оксираны, тиоэфиры (1,2-дихлорэтан и 2,3-дихлорбутан. Однако использование галогенсодержащих веществ в последнее время ограничено, в связи с ужесточением требований к веществам для обработки изделий для внутренней отделки помещений и текстильных материалов для повседневного использования.

Еще одна группа сшивающих агентов активно применяемых для пропитки тканей-диальдегиды (глиоксаль, сукциндиальдегид и глутаральдегид). Таким образом предпочтительными сшивающими агентами являются водорастворимые производные мочевины с альдегидами (диметилолдигидроксиэтиленмочевина (ДМДГЭУ)), которые придают несминаемый эффект ткани. ДМДГЭУ коммерчески получают из глиоксаля, мочевины и формальдегида и часто содержат остаточный формальдегид. Присутствие остаточного формальдегида недопустимо, для обработанных текстильных изделий, контактирующих с животными или людьми.

Для фиксации огнезащитных компонентов на поверхности ткани используют катализаторы: соли щелочных металлов фосфорсодержащих кислот, включая фосфорную, фосфористую, гипофосфористую и полифосфорную кислоту. Наиболее активными катализаторами этого типа являются гипофосфиты щелочных металлов.

В качестве растворителя, обычно используют воду, однако можно использовать другие летучие органические растворители инертные по отношению к другим компонентам смеси.

В огнезащитную композицию могут быть добавлены дополнительные компоненты (другие антипирены, красители, пенообразователи, буферы, стабилизаторы рН, эмульгаторы, ПАВ) .

Наиболее близким к изобретению является способ получения антипирена на основе куринового белка (кератина), выбранного в качестве прототипа. (Wang, X.; Lu, C.; Chen, C. Effect of chicken-feather protein-based flame retardant on flame retarding performance of cotton fabric. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131).

На первой стадии идет получение кератина. Перья очищают и растворяют в растворе содержащем 10 г/л NaOH и 4 г/л мочевины при 90°С в течение 3 часов, а массовое соотношение твердого вещества к жидкости составляет 1:20. Далее полученный раствор кератина куриного пера нейтрализуют соляной кислотой, осадок фильтруют. Фильтрат обрабатывают соляной кислотой для осаждения растворенного белка (pH=4). Полученный осадок кератина фильтруют и сушат при 50°С. На второй стадии идет получение огнезащитной добавки, для этого в трехгорлую колбу объемом 250 мл добавляют осадок кератина, меламина и пирофосфата натрия и суспендируют в воде в массовом соотношении = 1:8:5, в течение 2 часов. Далее добавляют по каплям глиоксаль (180% от массы добавленного кератина). Смесь нагревают до 80°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 ч, поддерживая значение pH около 5. Далее pH раствора доводят до 8, а температуру повышают до 90°С и выдерживают смесь в течение 2 ч. Получают раствор огнезащитной добавки желтого цвета. При обработке ткани кислородный индекс составлял до 30,1%.

Недостатками данного способа являются многостадийный характер процесса. Выделенный таким образом кератин, загрязнен липидами, имеет небольшой размер частиц, поэтому для его отделения от раствора требуется специальное оборудование для центрифугирования и фильтрации. При получении огнезащитной добавки требуется строго контролировать рН среды, из-за быстро нарастающей вязкости системы, во избежание затвердевания реакционной смеси в реакторе и выхода из строя оборудования.

Техническим результатом является создание способа получения добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани, характеризующийся отсутствием выделения кератина и контроля рН реакционной среды, получением огнеупорной ткани с кислородным индексом 31%.

Технический результат достигается тем, что пухо-перьевые отходы обезжиривают летучим органическим растворителем при температуре кипения растворителя, массовое соотношение пухо-перьевых отходов к растворителю 1:20-50, растворяют пухо-перьевые отходы при температуре 60°С и концентрации щелочи 0,1-0,5 моль/л в течение 2 часов, в полученный раствор добавляют кристаллический глиоксаль и карбамид в массовом соотношении 1:2-5, добавляют фосфорную кислоту до рН=4,8, полученную смесь нагревают при перемешивании в течение 2 часов при температуре 60°С.

Пример 1. Получение добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани проводили в реакторе идеального смешения с верхнеприводной мешалкой. Пухо-перьевые отходы 100 г предварительно очищали и обезжиривали 300 г летучим органическим растворителем хлороформом при температуре кипения растворителя 61°С в течение 60 мин. Растворяли обезжиренные пухо-перьевые отходы при температуре 60°С в одном растворе с концентрацией щелочи 0,3 моль/л в течение 2 часов. В полученный раствор добавляли 30 г кристаллического глиоксаля и 60 г карбамида, далее добавляли фосфорную кислоту до рН=4,8. Использование глиоксаля с карбамидом придают ткани несминаемый эффект. Добавление фосфорной кислоты приводит к получению в растворе фосфатного буфера, благодаря чему рН реакционной среды остается постоянным и не требует контроля во время реакции. Полученную смесь нагревали при перемешивании в течение 2 часов при температуре 60°С и получали добавку на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом. При обработке ткани кислородный индекс составлял до 31%.

Пример 2. Получение добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани проводили в реакторе идеального смешения с верхнеприводной мешалкой. Пухо-перьевые отходы 100 г предварительно очищали и обезжиривали 400 г летучим органическим растворителем этилацетатом при температуре кипения растворителя 77°С в течение 60 мин. Растворяли обезжиренные пухо-перьевые отходы при температуре 60°С в одном растворе с концентрацией щелочи 0,5 моль/л в течение 2 часов. В полученный раствор добавляли 30 г кристаллического глиоксаля и 80 г карбамида, далее добавляли фосфорную кислоту до рН=4,8. Использование глиоксаля с карбамидом придают ткани несминаемый эффект. Добавление фосфорной кислоты приводит к получению в растворе фосфатного буфера, благодаря чему рН реакционной среды остается постоянным и не требует контроля во время реакции. Полученную смесь нагревали при перемешивании в течение 2 часов при температуре 60°С и получали добавку на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом. При обработке ткани кислородный индекс составлял до 31%.

Список использованных источников

1. Пат. 3052570 США. МПК D06M 15/423. Textile finishing resin, wrinkle resistant cellulose textile, processes of making resin and treated textile / Polansky R., Anghinetti J. R., заявитель и патентообладатель Wyeth Holdings LLC; опубл. 04.09.1962.

2. Пат. 3617181 США. МПК D06P 3/62. Process for finishing cellulosic textile materials with etherified melamines / Michael T. B., Frederic H. M., заявитель и патентообладатель Wyeth Holdings LLC; опубл. 02.11.1971.

3. Пат. 3049446 США. МПК D06M 13/127. Process for the manufacture of urea, glyoxal and formaldehye reaction product useful for improving cellulosic textile materials / Herman B. G., Michael A S.; заявитель и патентообладатель Sun Chemical Corp; опубл. 14.08.1962.

4. Пат. 4323624 США. МПК D06M 13/392. Method of preparing wrinkle-resistant fabric / Jerry H. H., Milton E. W., заявитель и патентообладатель International Minerals and Chemical Corp; опубл. 06.04.1982.

5. Пат. 6488718 США. МПК D06M 13/203. Methods for reducing the flammability of cellulosic substrates / William A. R.; заявитель и патентообладатель Cotton Inc; опубл. 03.12.2002.

6. Пат. 9675998 США. МПК B05D 5/00. Formaldehyde-free flame retardant compositions and their use for manufacturing durable formaldehyde-free flame retardant cellulosic materials / James R. J., Kenneth Y. M. C., Charles W.; заявитель и патентообладатель WINNITEX Ltd; опубл. 13.06.2017.

7. Пат. 105239378 Китай. МПК D06B15/00. Novel formaldehyde-free flame-retardant finishing agent for cotton and finishing method thereof / Dong R.; заявитель и патентообладатель Huzhou Shenxiang Silk CO LTD; опубл. 13.01.2016.

8. Пат. 20050272838 США. МПК D06M 13/292 Durable flame retardant finish for cellulosic materials / Charles Y., Weidong W., Jeffrey S., Edward W.; заявитель и патентообладатель University of Georgia Research Foundation Inc UGARF Ripplewood Phosphorus US LLC; опубл. 08.12.2005.

9. Wang, X.; Lu, C.; Chen, C. Effect of chicken-feather protein-based flame retardant on flame retarding performance of cotton fabric. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131.

Изобретение относится к способу получения добавки на основе кератина для придания ткани несминаемого и огнезащитного эффекта. Получение добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом ведут в реакторе идеального смешения с верхнеприводной мешалкой. Пухо-перьевые отходы предварительно очищают и обезжиривают органическим растворителем при температуре кипения растворителя (хлороформ, этилацетат, ацетон и т.д), массовое соотношение пера к растворителю 1:20-50. Растворение пухо-перьевых отходов ведут при температуре 60°С и концентрации щелочи 0,1-0,5 моль/л в течение 2 часов. В полученный раствор добавляют кристаллический глиоксаль и карбамид в массовом соотношении 1:2-5, далее добавляют фосфорную кислоту до рН=4,8, использование глиоксаля с карбамидом придают ткани несминаемый эффект. Смесь нагревают при перемешивании в течение 2 часов при температуре 60°С и получают огнезащитную добавку. Изобретение позволяет создать способ получения добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани, характеризующийся отсутствием выделения кератина и контроля рН реакционной среды, получением огнеупорной ткани с кислородным индексом 31%. 2 пр.

Способ получения добавки на основе кератина с несминаемым и огнезащитным эффектом для пропитки ткани, отличающийся тем, что пухо-перьевые отходы обезжиривают летучим органическим растворителем при температуре кипения растворителя, массовое соотношение пухо-перьевых отходов к растворителю 1:20-50, растворяют пухо-перьевые отходы при температуре 60°С и концентрации щелочи 0,1-0,5 моль/л в течение 2 часов, в полученный раствор добавляют кристаллический глиоксаль и карбамид в массовом соотношении 1:2-5, добавляют фосфорную кислоту до рН=4,8, полученную смесь нагревают при перемешивании в течение 2 часов при температуре 60°С.