JP2005511874A - 繊維基材の処理に用いられるフルオロケミカルウレタン組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)基材の1つまたは複数の表面に、本発明のコーティング組成物を塗布する段階と、
(b)そのコーティング組成物を硬化(つまり、乾燥)させる段階と、
を含む方法に関する。
別段の指定がない限り、明細書および特許請求の範囲で使用される以下の用語は、以下に示す意味を有する。
RfZR2−X’(−CONH−Q(A)m−NHCO−X’R3X’−)nCONH−Q(A)−NHCO−X’R1Si(Y)3
RfZR2−X’(−CONH−Q(A)m−NHCO−X’R3X’−)nCONHR1Si(Y)3
によって表され、
式中、RfZR2−は、フルオロケミカル単官能性化合物の少なくとも1つの残基であり;
Rfは、炭素原子2〜約12個を有するパーフルオロアルキル基、または炭素原子3〜約50個を有するパーフルオロへテロアルキル基であり;
Zは、共有結合、スルホンアミド(−SO2NR−)、またはカルボキサミド(−CONR−)(Rは水素またはアルキルである)であり;
R1は、アルキレン、ヘテロアルキレン、アラルキレン、またはヘテロアラルキレン基であり;
R2は、炭素原子1〜14個、好ましくは炭素原子1〜8個、さらに好ましくは炭素原子1〜4個、最も好ましくは炭素原子2個の、直鎖または分枝鎖の二価アルキレン、シクロアルキレン、またはヘテロアルキレン基であり、好ましくはR2は、炭素原子1〜14個のアルキレンまたはヘテロアルキレンであり;
Qは、多官能性イソシアネート化合物の残基である、多価有機基であり;
R3は、親水性ポリオキシアルキレンの残基である、多価、好ましくは二価の有機基であり;
X’は、−O−、−S−、または−N(R)−(Rは水素またはC1〜C4アルキルである)であり;
Yはそれぞれ独立して、ヒドロキシ;アルコキシ、アシルオキシ、ヘテロアルコキシ、ヘテロアシルオキシ、ハロ、およびオキシムからなる群から選択される加水分解性部位;またはフェニル、脂環式、直鎖脂肪族、および分枝鎖脂肪族からなる群から選択される非加水分解性部位;であり、少なくとも1つのYは加水分解性部位である。
mは、0〜2の整数であり;
nは、1〜10の整数である。
Rf−Z−R2−X
(式中、Rfは、上記で定義されるパーフルオロアルキル基またはパーフルオロへテロアルキル基であり;
Zは、共有結合、スルホンアミド基、カルボキサミド基、カルボキシル基、またはスルホニル基からなる群から選択される連結基であり;
R2は、炭素原子1〜14個、好ましくは炭素原子1〜8個、さらに好ましくは炭素原子1〜4個、最も好ましくは炭素原子2個の、直鎖または分枝鎖の二価アルキレン、シクロアルキレン、またはヘテロアルキレン基であり;
Xは、イソシアネート反応性官能基、例えば−NH2;−SH;−OH;−N=C=O;または−NRH(RはHまたはC1〜C4アルキルである)である)の化合物が挙げられる。
X−R1−Si−(Y)3
(式中、X、R1、およびYは上記で定義されている)の化合物である。したがって、これらのシラン化合物は、ケイ素上に1、2、もしくは3つの加水分解基(Y)および、イソシアネート反応性もしくは活性水素反応性ラジカル(X−R1)を含む1つの有機基を含有する。従来の加水分解基のいずれか、例えばアルコキシ、アシルオキシ、ヘテロアルコキシ、ヘテロアシルオキシ、ハロ、オキシム等からなる群から選択される基が、加水分解基(Y)として用いられる。加水分解基(Y)は、好ましくはアルコキシまたはアシルオキシ、さらに好ましくはアルコキシである。
R1−[N=C=N−R3]u−N=C=N−R2
(式中、uは、1〜10の値、通常1または2を有し、R1およびR2はそれぞれ独立して、炭素原子6〜18個を有することが好ましい炭化水素基、特に直鎖状、分枝鎖もしくは環式脂肪族基を示し、R3は、二価の直鎖、分枝鎖もしくは環式脂肪族基を示す)に相当するカルボジイミドが挙げられる。
試験される布は:65/35 ポリエステル/綿の綾織物(8オンス/ヤード2基本重量;サウスカロライナ州グラニットヴィールのアボンデール・ミルズ社(Avondale Mills,Graniteville,SC)から市販されている)、50/50ポリエステル/綿の平織(6オンス/ヤード2基本重量;サウスカロライナ州スパータンバーグのリーブズ・ブラザーズ社(Reeves Brothers Inc.,Spartanburg,SC)から市販されている)、および60/40綿/ポリエステルのピケニット(5オンス/ヤード2基本重量;ノースカロライナ州ローンデールのクリーブランド・ミルズ社(Cleveland Mills,Lawndale,NC)から市販されている)を含む。
ポリエステル/綿の織布への組成物の塗布
ポリエステル65%、綿35%の綾織物を、希釈したポリマーの浴に浸漬し、直ちにニップに通した。乾燥させた場合に布地の総重量に対して、固体0.2〜0.45重量%のフルオロケミカル固形コーティングを有する布地が製造されるように、その浴の濃度を調節する。その浴は、浴の重量に対して約10%でグリオキサール型樹脂、PERMAFRESH(商標)ULF(サウスカロライナ州チェスターのオムノバ・ソリューションズ社(Omnova Solutions,Inc.,Chester,SC))、浴の重量に対して約2.5%でクエン酸活性化塩化マグネシウム触媒、CATALYST(商標)531(オムノバ・ソリューションズ社(Omnova Solutions,Inc.))、浴の重量に対して約0.1%で非イオン界面活性剤、PAT−WET(商標)LF−55(サウスカロライナ州グリーンヴィルのヨークシャー・パト−ケム社(Yorkshire Pat−Chem Inc.,Greenville,SC))も含有する。その布を150℃で10分間乾燥かつ硬化させた。様々な性能試験をその布で行った。
FREEREZ(商標)845(オハイオ州クリーブランドのノヴェオン社(Noveon,Inc.,Cleveland,OH))、予め触媒添加されたグリオキサール型樹脂を、上記の樹脂と触媒の組み合わせの代わりに、浴の重量に対して約12%で使用したことを除いては、メリヤス生地を同じように処理した。
この試験では、油をベースとする攻撃(insult)に対する処理布の耐性を測定する。標準表面張力の液体(次第に低くなる表面張力を有する、一連の8種類の液体である)を一滴、処理布地に落とした。30秒後に湿潤がなければ、次に最も大きい標準番号の液体(次に最も低い表面張力)を試験する。最も小さい番号の液体が布地に染み込んだ場合には、次に小さい番号がその等級である。例えば、番号4の液体が布地を湿潤した場合、その布地は3つの等級が与えられるだろう。試験のさらに詳細な説明は、3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「撥油性試験I(Oil Repellency Test I)」法(資料番号98−0212−0719−0)に書かれている。
この試験では、水をベースとする攻撃(challenge)に対する処理繊維基材の耐性を測定する。標準表面張力の液体(次第に低くなる表面張力を有する、一連の11種類の液体であり、水および水/イソプロピルアルコール混合物をベースとし、水100%は0級であり、100%IPAは10級である)を一滴、処理布地に落とすと、玉が形成される。30秒後に湿潤がなければ、次に最も大きい標準番号の液体(次に最も低い表面張力)を試験する。最も小さい番号の液体が布地に染み込んだ場合には、次に小さい番号がその等級である。例えば、番号4の液体が布地を湿潤した場合、その布地には3つの等級が与えられるだろう。試験のさらに詳細な説明は、3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「撥水性試験II(Water Repellency Test II)」法(資料番号98−0212−0721−6)に書かれている。
この試験では、水をベースとする攻撃に対する処理繊維基材の耐性を測定する。通常、12インチ×18インチのカーペット試料を3〜6つのセクションに分割する。1つのセクションを対照として未処理のままにし、その他は保護仕上げで処理し、室温で乾燥させる(T=または<100°Fおよび相対湿度<50%)。半分が重さ10gで半分が重さ20gの40個のセラミックペレットおよび3M標準油性試験ソイル(3M保護材料部門製品(3M Protective Materials Division Product)41−4201−6292−1から入手可能)20gが充填されたドラム内に処理物品を入れる。ドラムを10分間回転させ、次いでもう一方の反対方向に10分間回転させる。カーペットを取り出し、2方向へ吸引し、処理領域を未処理領域と比較する。同じ試料で直接的な比較を行い、1〜5級に等級付けする。3級は未処理であり、1級はさらに汚れており、5級は著しい汚れはない。この試験のさらに詳細な説明は、AATC「人工汚染防止剤試験(Artificial Antisoiling Test)」法123−1995に書かれている。
この試験では、赤色酸性染料に対する処理繊維基材の耐性を測定する。試験法AATCC TM 175−1998に従った。
撥油性試験を処理布で行った。家庭用洗濯の模擬実験に関する3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「実験洗濯手順(Laboratory Laundering Procedures)」(資料番号98−0212−0703−4)に記載のように、続いてその布を、5、10、または20回の連続的な洗濯で洗浄し、続いて回転式乾燥機で乾かした。
この試験では、模擬実験の家庭用洗濯中に、付いた油性汚れの、処理布表面からの落ち易さを評価する。鉱油、ステイン(Stain)K(Kaydol、ウィトコ・ケミカル社(Kaydol,Witco Chemical Co.))5滴を、布表面上に落として1つの液溜まりとし、MAZOLA(商標)コーン油、ステインE、5滴の別の液溜まりを布上に落とし、第3番目の液溜まりとして、汚れたモーター油(3M社)5滴を布上に落とした。それぞれ60秒間、それらの液溜まりをグラシン紙で覆い、5ポンドのおもりで重みを掛けた。おもりおよびグラシン紙を布から取り除く。布試料を15〜60分間吊り下げ、次いで洗浄し、乾燥させた。等級ボードに対して試料を評価し、1〜8の番号を付ける。8級は、汚れの完全な除去を表し、1級は非常に濃い汚れである。この試験のさらに詳細な説明は、3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「ステインリリース性試験I(Stain Release Test I)」法(資料番号98−0212−0725−7)に書かれている。
ステインリリース性試験は処理布で行った。家庭用洗濯の模擬実験に関する3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「実験洗濯手順(Laboratory Laundering Procedures)」(資料番号98−0212−0703−4)に記載のように、続いてその布を、5、10、または20回の連続的な洗濯で洗浄し、続いて回転式乾燥機で乾かした。
この試験によって、布の吸収性の大まかな指数が得られる。水1滴を布表面上に置き、艶のない、湿潤表面を残して、その水滴が布に吸収されるのにかかった時間を記録する。この試験の詳細な説明は、3M保護材料部門(3M Protective Material Division)の「布の吸収性試験(Fabric Absorbency Test)」法(資料番号98−0212−0710−9)に書かれている。吸収時間は、ウイッキング時間とも言われる。湿潤時間は、水滴の適用から、黒ずみまたは湿潤の最初の証拠が水滴下で現れるまでの時間であり、それもまた記録した。
フルオロケミカルウレタンMeFBSE/N3300/PEG1450/APTES
1Lフラスコに、MeFBSE(58.89g)、DBTDL(3滴;〜約20mg)およびMIBK(237.0g)を装入した。乾燥窒素のパージ下にて、攪拌混合物の温度を60℃に上げた。次いで、温度を60〜65℃に維持しながら、N3300(40.0g)をゆっくりと加えた。添加が完了したら、その反応混合物を60℃で1時間攪拌した。次いで、反応混合物の温度を65℃未満に維持しながら、APTES(4.56g)を一滴ずつ添加し、反応混合物を30分間攪拌した。固形PEG1450(14.95g)を攪拌混合物に加え、約2289波数での−NCOバンドの消失により決定されるFTIRを経て、反応が完了した。
配合物1〜11および比較配合物C1を脱イオン水で固体3%のエマルジョンに希釈し、エアロゾル化スプレーでカーペット(ジョージア州ダルトンのショー・インダストリーズ社(Shaw Industries,Dalton,GA)から市販のブルー・トランジッションIIIバージン・カーペット(Blue Transition III virgin carpet))に塗布し、0.6g/フィート2固体追加物が形成された。実施例C1〜C11についての静的撥水性(性能試験−撥水性)、静的撥油性(性能試験−撥油性)、汚染防止性(性能試験−汚染防止耐性(Anti−Soiling Resistance))および酸性耐汚染性(acid stain resistance)試験(性能試験−酸性耐汚染性)の結果を表3に示す。
配合物1〜11および比較配合物C1を脱イオン水で固体4%のエマルジョンに希釈し、綿/ポリエステル 35/65の混合布(ニュージャージー州ミドルセックスのテスト・ファブリックス社(Test Fabrics Inc.Middlesex,NJ)からのNo.7206)に塗布し、0.8g/フィート2追加物が形成された。
ブロックイソシアネート増量剤N100/MPEG 750/BO
還流冷却器、機械攪拌機、熱電対および窒素入口を備えた1Lフラスコに、N100(95.5g)、酢酸エチル(250.0g)およびMPEG750(125.0g)を装入した。この攪拌混合物にDBTDL(0.25g)を添加し、得られた混合物を75℃に加熱し、一晩攪拌した。次いで、その混合物を室温に冷却し、攪拌しながらBO(29.1g)を一滴ずつ添加した。混合物を75℃に加熱し、一晩攪拌した。加える間、温度を65℃〜75℃に保ちながら、脱イオン水(750.0g)をゆっくりと加えた。超音波ホモジナイザー(CPX600モデル、イリノイ州ヴァーノンヒルズのコール・パーマー社(Cole−Parmer,Vernon Hills,IL)から入手可能な)を用いて、混合物を5分間ホモジナイズした。減圧下にて蒸留によって、酢酸エチルを除去した。濁った溶液が得られた。
配合物12について上述の手順に従って、表5に記載のように材料を取り替えて、配合物13〜15を製造した。
Claims (27)
- (a)(1)1種または複数種の多官能性イソシアネート化合物;
(2)1種または複数種の親水性ポリオキシアルキレン化合物;
(3)次式:
X−R1−Si−(Y)3
(式中、Xは、−NH2;−SH;−OH;−N=C=O;または−NRH(Rは、フェニル、直鎖および分枝鎖の脂肪族、脂環式、および脂肪族エステル基からなる群から選択される)であり;R1は、アルキレン、ヘテロアルキレン、アラルキレン、またはヘテロアラルキレン基であり;
各Yはそれぞれ独立して、ヒドロキシル;アルコキシ、アシルオキシ、ヘテロアルコキシ、ヘテロアシルオキシ、ハロ、およびオキシムからなる群から選択される加水分解性部位;またはフェニル、脂環式、直鎖脂肪族、および分枝鎖脂肪族からなる群から選択される非加水分解性部位であり、少なくとも1つのYは加水分解性部位である)の1種または複数種のシラン化合物;
(4)1種または複数種のフルオロケミカル単官能性化合物;
の反応生成物を含む1種または複数種のウレタンを含む第1成分と、
(b)フルオロケミカルウレタン化合物で処理された繊維基材の撥油性および/または撥水性あるいはソイル/ステインリリース性をさらに改善することができる、1種または複数種の親水性補助化合物を含む第2成分と、
を含有する化学組成物。 - 前記第1成分の多官能性イソシアネート化合物がジイソシアネートまたはトリイソシアネートである、請求項1に記載の化学組成物。
- 前記第1成分のフルオロケミカル単官能性化合物が、次式:
Rf−Z−R2−X
(式中、Rfは、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロへテロアルキル基であり;
Zは、共有結合、スルホンアミド基、カルボキサミド基、カルボキシル基、またはスルホニル基から選択される連結基であり;
R2は、炭素原子1〜14個の、直鎖または分枝鎖の二価アルキレン、シクロアルキレン、またはヘテロアルキレン基であり;
Xは、−NH2;−SH;−OH;−N=C=O;または−NRH(Rは、フェニル、直鎖および分枝鎖の脂肪族、脂環式、および脂肪族エステル基からなる群から選択される)であり;R1は、アルキレン、ヘテロアルキレン、アラルキレン、またはヘテロアラルキレン基である)の化合物である、請求項1に記載の化学組成物。 - Rfが、炭素2〜12個のパーフルオロアルキル基である、請求項3に記載の化学組成物。
- Rfが、炭素3〜5個のパーフルオロアルキル基である、請求項3に記載の化学組成物。
- 前記第1成分のポリオキシアルキレン化合物が、ポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレンのホモポリマーおよびコポリマーである、請求項1に記載の組成物。
- 前記第2補助成分が、ポリイソシアネート、ブロック剤、ポリオキシアルキレン化合物の反応生成物である、請求項1に記載の組成物。
- 前記第2成分のポリイソシアネートの前記イソシアネート基が、ブロックイソシアネート基である、請求項7に記載の組成物。
- 前記ブロックイソシアネート基が、フェノール、ラクタム、およびオキシムとの熱可逆反応によって生成される、請求項8に記載の組成物。
- 前記第2成分の前記ポリオキシアルキレン化合物が、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシテトラメチレンのホモポリマーおよびコポリマーである、請求項7に記載の組成物。
- 前記第1成分の前記親水性ポリオキシアルキレン化合物の量が、前記ウレタン化合物の利用可能なイソシアネート基の0.1〜30%と反応するのに十分な量であり、前記シラン化合物の量が、利用可能なイソシアネート基の0.1〜25%と反応するのに十分な量であり、かつ前記フルオロケミカル単官能性化合物の量が、前記ウレタン化合物の利用可能なイソシアネート基の60〜90%と反応するのに十分な量である、請求項1に記載の組成物。
- 前記第2成分の前記ポリオキシアルキレン化合物の量が、前記補助化合物の利用可能なイソシアネート基の約25〜約75%が反応するような量である、請求項1に記載の組成物。
- 前記未反応イソシアネート基がブロックイソシアネート基である、請求項12に記載の組成物。
- 前記第1成分のウレタン化合物と前記第2補助化合物との比が、12:1〜1:12である、請求項1に記載の組成物。
- 前記第1成分のウレタン化合物と前記第2補助化合物との比が、3:1〜6:1である、請求項1に記載の組成物。
- 前記第1成分の前記ポリオキシアルキレン化合物が、1を超える官能価を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記第2成分の前記ポリオキシアルキレン化合物が、1の官能価を有する、請求項7に記載の組成物。
- 請求項1に記載の化学組成物と溶媒との溶液を含む、処理用組成物。
- 溶媒が、水、有機溶媒、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項18に記載の処理用組成物。
- 化学組成物を約0.1〜約50%含有する、請求項18に記載の処理用組成物。
- 少なくとも1種類の溶媒と、請求項1に記載の化学組成物と、から得られる硬化されたコーティングを有する基材を含む物品。
- 前記基材が繊維基材である、請求項21に記載の物品。
- 請求項1に記載の処理用組成物を塗布する段階と、そのコーティング組成物を硬化させる段階と、を含む基材にステインリリース特性を付与する方法。
- 前記基材が繊維基材である、請求項23に記載の方法。
- 前記コーティング組成物が、繊維上に固体0.05%〜5%を提供するのに十分な量で塗布される、請求項24に記載の方法。
- 前記組成物が周囲温度で硬化される、請求項24に記載の方法。
- (a)請求項13に記載のコーティング組成物を塗布する段階と、
(b)そのコーティング組成物を高温で硬化させ、前記ブロックイソシアネート基をデブロックする段階と、
を含む、繊維基材にステインリリース特性を付与する方法。
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