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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung bestimmter UV(ultraviolett)-Strahlungsabsorber, welche
eine faser-reaktive Gruppe zur Verbesserung des Sonnenschutzfaktors
von damit behandelten Textilfasern enthalten.
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Traditionell
ist der Schutz ausgesetzter menschlicher Haut gegen mögliche Schädigung durch
die UV-Komponenten im Sonnlicht durch direkte Aufbringung einer
einen UV-Absorber enthaltenden Präparation auf die Haut erfolgt.
In Gegenden der Welt, wie z. B. in Australien oder in den Vereinigten
Staaten, welche sich eines besonders sonnigen Klimas erfreuen, hat
das Bewusstsein der möglichen
Risiken durch übermäßiges Aussetzen
an das Sonnenlicht stark zugenommen, verbunden mit der Angst vor
den Folgen der erklärten Schädigung der
Ozonschicht. Beispiele von Schädigungen
durch die Sonne schließen
die Abnahme der Hautelastizität
und das Auftreten von Falten, das beschleunigte Einsetzens des Sonnenbrands
und den Anlass für
phototoxische oder photoallergische Reaktionen ein. Einige der extremeren
Arten von Hautschäden
infolge des übermäßigen ungeschützten Aussetzens
an das Sonnelicht sind die Entwicklung von Melanomen oder Carcinomen
auf der Haut.
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Ein
Aspekt des Wunsches nach einem erhöhten Maß an Hautschutz gegenüber Sonnenlicht
waren Überlegungen
bezüglich
zusätzlicher, über den
direkten Schutz der Haut hinausgehende Maßnahmen. Beachtung fand zum
Beispiel die Bereitstellung eines erhöhten Schutzes derjenigen Haut,
die von Kleidung bedeckt und so vom Sonnenlicht teilweise abgeschirmt
ist.
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Die
meisten natürlichen
und synthetischen Textilmaterialien sind für den UV-Anteil des Sonnenlichts wenigstens teilweise
durchlässig.
Folglich bietet das bloße
Tragen von Kleidung, insbesondere von leichter Sommerkleidung, der
Haut unter der Kleidung nicht notwendigerweise einen angemessenen
Schutz vor der UV-Strahlung. Obwohl dicke und/oder dicht gewebte
Kleidung für
einen vernünftigen
Schutz der darunter liegenden Haut sorgen kann, ist eine derartige
Kleidung im heißen
Sommerklima vom Standpunkt der persönlichen Bequemlichkeit des
Trägers
aus nicht praktisch.
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Es
besteht daher Bedarf, um für
den Schutz derjenigen Haut gegen UV-Strahlung zu sorgen, welche von Kleidung,
insbesondere ungefärbter
leichter Sommerkleidung, bedeckt ist. Solche leichte Sommerkleidung besitzt
normalerweise eine Dichte von weniger als 200 g/m2 und
weist je nach Fasertyp aus dem die Kleidung gefertigt ist, eine
Sonnenschutzfaktor(SPF)-Einstufung zwischen 5 und 10 auf.
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Die
SPF-Einstufung eines Sonnenschutzmittels (Sonnencreme oder Kleidung)
kann definiert werden als die Zeit, bis zu der eine durchschnittliche
Person, welche das Sonnenschutzmittel trägt, unter einer durchschnittlichen
Aussetzung an die Sonne einen Sonnenbrand erleidet. Würde zum
Beispiel unter Standardsaussetzungsbedingungen eine durchschnittliche
Person nach 30 Minuten einen Sonnenbrand erleiden, würde ein Sonnenschutzmittel
mit einer SPF-Einstufung von 5 die Schutzdauer von 30 Minuten auf
2 Stunden und 30 Minuten ausdehnen. Für Leute, welche in besonders
sonnigem Klima leben, in dem die mittleren Sonnenbrandzeiten minimal
sind, z. B. nur 15 Minuten für
eine Person mit durchschnittlich guter Haut betragen, sind SPF-Einstufungen
für leichte
Kleidung von mindestens 20 erwünscht.
Die bedeutet in der Praxis eine Verminderung des UV-Lichtanteils,
welcher ein leichtes Textilgewebe durchdringt, von 50% oder mehr.
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In
der Patentanmeldung WO 94/4515 ist unter anderem ein Verfahren zur
Erhöhung
der SPF-Einstufung für
Fasern oder Textilien beschrieben, welches die Aufbringung eines
UV-Absorbers auf ein Gewebe mit einer Dichte von weniger als 200
g/m2 umfasst, wobei der UV-Absorber an die
Faser gebunden ist und eine Anwendung von weniger als 5% UV-Absorber,
bezogen auf des Gewicht der Textilien eine SPF-Einstufung von mehr
als 20 für
die UV-Absorber/Gewebe-Kombination
liefert. Unter den UV-Absorbern, welche darin allgemein offen gelegt
sind, sind solche mit einer UV-absorbierenden Gruppe, welche an
ein faser-reaktives Dihalogentriazin gebunden ist.
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Überraschenderweise
ist nunmehr gefunden worden, das die Behandlung von Textilfasern
mit einem UV-Absorber mit entweder zwei UV-absorbierenden Gruppen
oder einer UV-absorbierenden Gruppe und einer wasserlöslichen
Gruppe, die an ein Monohalogentriazin gebunden ist, den Anteil an
UV-Licht welcher Textilien durchdringt, die aus dermaßen behandelten
Geweben hergestellt wurden, verringert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung eines UV-Absorbers zur Verbesserung des
Sonnenschutzfaktors von Textilfasern, umfassend das Behandeln einer
Textilfaser mit 0,1 bis 6,0 Gew.-% der Faser mit einem UV-Absorber
der Formel (1)
worin A der Rest eines UV-Absorbers,
B der Rest eines UV-Absorbers ist und X für F oder CL, vorzugsweise Cl
steht, und worin mindestens eines von A und B substituiert ist durch
mindestens eine SO
3H- oder COOH-Gruppe oder
ein Salz hiervon.
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Die
UV-absorbierenden Gruppen A und B können gleich oder verschieden
sein und sind gewählt
aus geeigneten Resten von im Wesentlichen beliebigen UV-absorbierenden Verbindungen,
wovon jedoch mindestens eine von ihnen durch mindestens eine SO3H- oder COOH-Gruppe oder ein Salz hiervon,
substituiert ist.
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Typische
Reste von UV-Absorbern zur Verwendung bei dieser Erfindung sind
im US-Patent Nr. 5,098,445 und den darin zitierten Literaturstellen
offen gelegt.
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Die
UV-absorbierenden Reste A und B sind unabhängig gewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Resten der Formeln:
worin R
1 und
R
2 jeweils Wasserstoff, C
1-C
18-Alkyl, C
1-C
18-Alkoxy, Halogen, Nitro, Hydroxy, COOM
oder SO
3M sind, worin M Wasserstoff, ein
Aminsalz oder ein Alkalimetallsalz ist, und R
3 und
R
4 jeweils Wasserstoff oder C
1-C
18-Alkyl
sind, mit der Maßgabe,
dass mindestens eines von A und B durch mindestens eine SO
3H- oder COOH-Gruppe oder ein Salz hiervon,
substituiert ist.
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R1 und R2 sind vorzugsweise
jeweils Wasserstoff, C1-C7-Alkyl,
C1-C7-Alkoxy, Hydroxy,
COOM oder SO3M. R1 und
R2 sind weiter vorzugsweise jeweils Wasserstoff
oder C1-C4-Alkyl,
C1-C4-Alkoxy, Hydroxy, COOM
oder SO3M sind. M ist vorzugsweise ein Natriumion.
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R3 und R4 sind jeweils
Wasserstoff oder C1-C7-Alkyl,
weiter vorzugsweise Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl.
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B
kann auch eine Gruppe sein mit der Formel
worin Y eine Aminsalz oder
ein Alkalimetallsalz und R
5 und R
6 jeweils Wasserstoff, C
1-C
18-Alkyl, C
1-C
18-Alkoxy, Halogen, Nitro, Hydroxy, COOY
oder SO
3Y sind. R
5 und
R
6 sind vorzugsweise jeweils Wasserstoff,
C
1-C
8-Alkyl, C
1-C
8-Alkoxy, Hydroxy oder
SO
3Y.
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Die
Verbindungen der Formel (1) können
durch Umsetzung der Verbindungen A-NH2 und
B-NH2 mit Cyanursäuretrihalogeniden hergestellt
werden. Im Prinzip wird ein Monoamin-substituierter UV-Absorber
mit einem, Triazintrihalogenid umgesetzt. Dieses Produkt wird dann
entweder mit einem anderen aminosubstituierten UV-Absorber oder
einer solubilisierenden Einheit umgesetzt. Alternativ kann zuerst
eine aminosubstituierte solubilisierende Einheit mit dem Triazintrihalogenid
umgesetzt werden und mit diesem Produkt anschließend ein aminosubstituierter
UV-Absorber umgesetzt werden.
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Die
Ausgangsamine A-NH2 und B-NH2 sind
bekannte Verbindungen, welche leicht zugänglich sind.
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Eine
Reihe von Verbindungen der Formel (1), worin A und B der vorstehenden
Definition genügen
und welche zur Verwendung bei dieser Erfindung geeignet sind, sind
aus den US Patenten 4,963,160; 4,929,250 und 5,098,445 bekannt,
in denen sie als UV-Absorptionsmittel für die Bindung von Kontaktlinsen
aus Hydrogel offen gelegt sind.
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Verbindungen
der Formel (1), welche zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung
besonders bevorzugt sind, sind jene mit den Formeln:
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Die
Verwendung der vorliegenden Erfindung umfasst das Behandeln von
textilem Fasermaterial mit 0,1 bis 6,0%, vorzugsweise mit 0,3 bis
3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des textilen Fasermaterials,
mit einer oder mehreren Verbindungen der Formel (1).
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Die
erfindungsgemäß behandelten
Textilfasern können
natürliche
oder synthetische Fasern oder Mischungen hiervon sein. Beispiele
natürlicher
Fasern schließen
Pflanzenfasern wie Baumwolle, Viskose, Flax, Rayon, und Leinen ein,
vorzugsweise Baumwolle und tierische Fasern wie Wolle, Mohair, Cashmere,
Angora und Seide, vorzugsweise Wolle. Synthetische Fasern schließen Polyester,
Polyamid, Polyacrylnitril und Polyurethane wie Spandex-Fasern ein.
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Die
erfindungsgemäß behandelten
Textilfasern besitzen vorzugsweise eine Dichte von weniger als 200
g/m2.
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Die
Behandlung kann in einer analogen Weise zu den Verfahren erfolgen,
welche üblicherweise
verwendet werden, um Reaktivfarbstoffe auf Textilmaterialien aufzubringen.
Je nach der verwendeten Verbindung der Formel (1) kann es vorteilhaft
sein, die Behandlung in einem neutralen oder alkalischen Bad vorzunehmen. Das
Verfahren wird üblicherweise
in einem alkalischen Bad im Temperaturbereich von 20 bis 140°C durchgeführt, zum
Beispiel beim oder nahe am Siedepunkt des wässrigen Bades, z. B. bei etwa
90°C.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können
Lösungen
der Verbindung der Formel (1) oder ihrer Emulsionen in organischen
Lösungsmitteln
verwendet werden. Zum Beispiel können
in Färbemaschinen
so genannte Lösungsfärbe- (Foulard-Thermofix) oder Erschöpfendfärbeverfahren
verwendet werden.
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Wird
die Verwendung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Textilbehandlung oder einem Endbehandlungsverfahren
kombiniert, kann die kombinierte Behandlung vorteilhafterweise unter
Verwendung geeigneter stabiler Präparationen erfolgen, welche
eine Verbindung der Formel (1) in einer Konzentration enthalten,
damit der UV-Lichtanteil, welcher ein leichtes Textilgewebe durchdringt,
wunschgemäß verringert
wird.
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In
bestimmten Fällen
wird die Verbindung der Formel (1) durch eine Nachbehandlung voll
wirksam gemacht. Diese kann eine chemische Behandlung umfassen,
wie die Behandlung mit einem Säureaufnehmer, eine
Wärmebehandlung
oder eine kombinierte thermisch/chemische Behandlung.
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Zusätzlich zur
Verbindung der Formel (1) kann bei der vorliegenden Erfindung auch
eine Mindermenge eines oder mehrerer Hilfsstoffe eingesetzt werden.
Beispiele von Hilfsstoffen schließen Emulgierungsmittel, Duftstoffe,
Opakisierungsmittel, optische Weißmacher, Bakterizide, nichtionische
Tenside, Textilpflegemittel, insbesondere Textilweichmacher, Fleckenentfernungs-
oder Schmutzabweisungsmittel oder wasserabstoßende Mittel, Antigelierungsmittel
wie Nitrite oder Nitrate von Alkalimetallen, insbesondere Natriumnitrat
und Korrosionsinhibitoren wie Natriumsilikat ein.
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Der
Anteil eines jeden dieser wahlweise zu verwendenden Hilfsmittel
sollte auf der behandelten Faser 1 Gew.-% nicht überschreiten.
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Die
Verwendung der vorliegenden Erfindung erhöht, zusätzlich dazu, dass sie Schutz
für die
Haut vorsieht, auch die Gebrauchsdauer erfindungsgemäß behandelter
Textilien. Insbesondere können
die Reißfestigkeit
und/oder die Lichtechtheit des behandelten Textilfasermaterials
verbessert werden.
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Erfindungsgemäß behandelte
Textilfasern und aus den Fasern hergestellte Kleidung weisen typischerweise
eine SPF-Einstufung von 20 und darüber auf, wo hingegen unbehandelte
leichte Baumwolle zum Beispiel eine so niedrige SPF-Einstufung wie
etwa 5 aufweisen kann. Nachdem der UV-Absorber weiterhin an Textilfasern
wie Baumwolle und Nylon chemisch gebunden ist, nimmt der durch die
Behandlung gebotene UV-Schutz durch wiederholtes Waschen nicht nennenswert
ab.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Beispiel 1
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Herstellung der Verbindung
der Formel (1)
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Cyanursäurechlorid,
5,1 g, wird in 50 ml warmem Aceton gelöst und die Lösung in
250 ml Eis/Wasser-Gemisch gegossen. Zu dieser gerührten Cyanursäurechloridsuspension
werden bei 0°C
zusammen mit einigen Tropfen Tensid Silwet®-7500
(Union Carbide Corp.) 12,7 g 4'-Amino-2-hydroxy-4-methoxy-5-sulfobenzophenonnatriumsalz
gegeben und der pH mit 10% NaOH auf 4,0 eingestellt. Die Mischung
lässt man
sich auf 2 bis 5°C erwärmen und
rührt unter
Aufrechterhaltung eines pH-Werts von etwa 4,0 insgesamt eine Stunde. Dann
wird eine Aufschlämmung
von 17,9 g 4-(4-Aminophenylazo)benzolsulfonsäurenatriumsalz
(Gehalt: 45–50%
Gehalt, von Sandoz Chemicals) in 100 ml Wasser zugesetzt. Die Reaktionsmischung
wird auf 45°C erwärmt und
mit 10% NaOH auf pH 8,0 eingestellt. Die Mischung wird 45 Minuten
gerührt,
während
dessen mit 10% NaOH ein pH von etwa 8,0 aufrechterhalten wird. Dann
wird sie auf Raumtemperatur herunter gekühlt und der pH mit 3 N HCl
auf 7,0 eingestellt. Das Gesamtvolumen der tief orange-gelben Lösung beträgt 850 ml, wovon
20 ml zur Herstellung von Prüflösungen verwendet
werden. Die restliche Lösung
wird gefriergetrocknet und lieferte 30,5 g eines tiefgelben Pulvers.
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Beispiel 2
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Herstellung der Verbindung
der Formel (8)
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Cyanursäurechlorid,
5,1 g, wird in 50 ml warmem Aceton gelöst und die Lösung in
250 ml Eis/Wasser-Gemisch gegossen. Zu dieser gerührten Cyanursäurechloridsuspension
werden bei 0°C
zusammen mit einigen Tropfen Tensid Silwet®-7500
(Union Carbide Corp.) 12,7 g 4'-Amino-2-hydroxy-4-methoxy-5-sulfobenzophenonnatriumsalz
gegeben und der pH mit 10% NaOH auf 4,0 eingestellt. Die Mischung
lässt man
sich auf 2 bis 5°C
erwärmen
und rührt
insgesamt eine Stunde während
man den pH-Werts bei etwa 4,0 aufrechterhält. Dann werden 3,7 g Fluoresceinamin,
Isomer I (Aldrich Chemical Co., Inc.) zugegeben. Die Reaktionsmischung wird
auf 45°C
erwärmt
und auf pH 8,5 eingestellt. Die Mischung wird 45 Minuten gerührt, während dessen
ein pH von etwa 8,5 aufrechterhalten wird. Dann wird sie auf Raumtemperatur
herunter gekühlt
und der pH mit 3 N HCl auf 7,0 eingestellt. Die Lösung wird
gefriergetrocknet und lieferte 19,9 g eines orange gefärbten Feststoffs.
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Beispiel 3
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Herstellung der Verbindung
der Formel (7)
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Die
Verbindung der Formel (7) wird analog der Verbindung der Formel
(8) hergestellt, wobei jedoch das Fluoresceinamin durch 15,5 g 4,4'-Diaminostilblen-2,2'-disulfonsäure ersetzt
wurde. Die Gefriertrocknung der Lösung lieferte 31,46 g eines
gelben Feststoffs.
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Beispiel 4
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Herstellung der Verbindung
der Formel (6)
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Die
Verbindung der Formel (6) wird analog der Verbindung mit der Formel
(8) hergestellt, wobei jedoch das Fluoresceinamin durch 7,8 g 4,4'-Diaminostilblen-2,2'-disulfonsäure ersetzt
wurde. Die Gefriertrocknung der Lösung lieferte 25,1 g eines
hellgelben Feststoffs.
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Beispiel 5
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Es
wurde nachstehendes Erschöpfendfärbeverfahren
verwendet, um 3 Gew.-% von verschiedenen Komponenten der Formel
(1) auf leichte, ungefärbte
Baumwollstücke
mit einer Dichte von 119 g/m2 aufzubringen.
- 1) Vorbenetzen des Gewebes mit 0,5 g/l Silvatol® SO
in warmem Wasser (60°C,
140°F) und
gut Spülen;
- 2) Zugeben von 150 g Wasser zum Gebrauchsbad (Verwende ein Farbstoff:
Flotte-Verhältnis
15:1, d. h. 15 g Wasser pro g Gewebe).
- 3) Erwärmen
des Bades auf 80°C
(175°F);
Silvatol
ist ein eingetragenes Warenzeichen con Ciba-Geigy.
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Zyklus 1–45 min
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- 4) Zugeben von 1 g Resevierungssalz (d. h.
1% des Textilgewichts) zum Bad;
- 5) Zugeben von x g UV-Absorberlösung (hergestellt durch Auflösen von
1 g UV-Absorber in 99 g Wasser);
- 6) Zugeben von 12 g NaCl (= 80 g/l Salz) zum Bad;
- 7) Zugeben von 10 g Baumwollgewebe;
- 8) 15 Minuten zirkulieren;
- 9) Zugeben von 1,5 g Na2CO3 (=
10 g/l Sodaasche);
- 10) 15 min. zirkulieren;
- 11) Langsam 0,375 g 50% NaOH zugeben;
- 12) 15 min. zirkulieren;
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Zyklus 2 – Erschöpfend extrahieren
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- 13) Weiter 45 min. nach dem Ende des 1. Zyklus
zirkulieren;
- 14) Spülen
des Gewebes mit 100 ml heißem
Wasser während
10 min. (Verhältnis
10:1, jedes Stück
einzeln spülen).
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Zyklus 3 – Einseifen
und Schlussspülen
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- 15) Bad (200 ml) auf 87°C (200°F) einstellen;
- 16) Zugeben von 0,05 g Silvatol AS und Gewebe; 15 min. einseifen;
- 17) Spülen
des Gewebes mit 200 ml heißem
Wasser, gefolgt von 200 ml kaltem Wasser;
- 18) Gewebe bei Raumtemperatur trocknen.
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Es
wird ein modifiziertes UV-Spektrometer verwendet, um den Anteil
des UV-Lichts zwischen
den Wellenlängen
von 300 bis 400 Nanometern zu messen, welcher durch leichte, ungefärbte, 100%
Baumwollproben mit einer Dichte von 119 g/m
2,
die nach dem vorstehenden Verfahren mit 3 Gew.-% der verschiedenen
Verbindungen der Formel (1) behandelt wurden im Vergleich zu Kontrollproben
des gleichen Gewebes, welche dem gleichen Verfahren, jedoch ohne
den UV-Absorber der Formel (1), unterworfen worden waren, hindurch
drang. Es wurden die nachstehenden Verbindungen der Formel (1) eingesetzt:
Verbindung
Nr. | UV-Transmission,
% |
(2) | 50 |
(3) | 50 |
(4) | 50 |
(5) | 24 |
(6) | 22 |
(7) | 24 |
(8) | 37 |
(9) | 30 |
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Je
niedriger die % Transmission, umso wirksamer ist die Verbindung
der Formel (1) bei der Verhinderung des Durchgangs des UV-Lichts
durch das Gewebe.
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Beispiel 6
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Leichte,
ungefärbte,
100% Baumwollproben mit einer Dichte von 119 g/m
2,
die nach dem Verfahren von Beispiel 5 mit 3 Gew.-% der Verbindung
der Formel (2) behandelt worden waren, wurden dem wiederholten Waschen
gemäß der AATCC
Prüfmethode
61-1986 unterworfen. Dann wurde der Anteil des UV-Lichts gemessen,
welcher zwischen den Wellenlängen
von 300 bis 400 Nanometern durch die gewaschenen Proben hindurchging,
verglichen mit den unbehandelten, gewaschenen Kontrollproben gemäß dem Verfahren
von Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle
wiedergegeben.
Nr.
des Waschvorgangs | UV-Transmission,
% |
1 | 52 |
2 | 45 |
3 | 45 |
4 | 45,5 |
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Die
Ergebnisse dieser sehr belastenden Prüfung zeigen, dass die Wirksamkeit
der erfindungsgemäßen Textilbehandlung
durch wiederholtes Waschen nicht nennenswert beeinträchtigt wird,
d. h. sie ist dauerhaft.