DE1174739B

DE1174739B - Process for the antistatic finishing of molded structures

Info

Publication number: DE1174739B
Application number: DEB66003A
Authority: DE
Inventors: Dr Albert Loewenstein; Dr Otto Koch; Dr Werner Stein; Dr Herbert Weiss
Original assignee: Boehme Fettchemie GmbH
Current assignee: Boehme Fettchemie GmbH
Priority date: 1962-02-19
Filing date: 1962-02-19
Publication date: 1964-07-30

Description

Verfahren zur antistatischen Ausrüstung von geformten Gebilden Bei der Herstellung und Verarbeitung sowie beim Gebrauch von geformten Gebilden aus natürlichen oder synthetischen hydrophoben organischen Materialien machen sich elektrostatische Aufladungen häufig störend bemerkbar. Besonders stark zeigen sich diese Nachteile beim Verarbeiten von geformten Gebilden aus synthetischen Hochpolymeren, wie Polyamiden, Polyestern, Polyacryl- oder -methacrylsäurederivaten u. dgl., wobei es zum Aneinanderhaften oder Abstoßen der Gebilde sowie zum Festhaften an Maschinenteile kommt. Kunststoffflächen aus den genannten Materialien neigen überdies infolge der elektrostatischen Aufladung zur Anziehung von Staub oder Schmutzteilchen. Diese durch elektrostatische Aufladungen hervorgerufenen Störungen beschränken sich jedoch keineswegs auf synthetische Materialien, sie machen sich vielmehr, vor allem bei niedriger Luftfeuchtigkeit, auch bei natürlichen Materialien wie Wolle und Seide sowie auch bei Gebilden aus Cellulosederivaten, insbesondere Acetylcellulose bemerkbar.Process for the antistatic treatment of molded structures Bei the manufacture and processing as well as the use of shaped structures Natural or synthetic hydrophobic organic materials make themselves electrostatic Charges are often annoying. These disadvantages are particularly evident when processing molded structures made of synthetic high polymers such as polyamides, Polyesters, polyacrylic or methacrylic acid derivatives and the like, whereby it is possible to adhere to one another or the structures repel and stick to machine parts. Plastic surfaces In addition, they tend to be made of the aforementioned materials due to electrostatic charging to attract dust or dirt particles. This by electrostatic charges caused disturbances are by no means limited to synthetic materials, rather, they make themselves felt, especially when the humidity is low, even with natural ones Materials such as wool and silk as well as structures made of cellulose derivatives, especially noticeable acetyl cellulose.

Man hat bereits verschiedenartige antistatische Mittel empfohlen, die in Form von wäßrigen Lösungen oder ölhaltigen Präparationen angewendet werden, jedoch hinsichtlich der antistatischen Wirkung und sonstigen Eigenschaften in den meisten Fällen nicht befriedigten, wobei insbesondere auf mangelnde Verträglichkeit mit anderen Hilfsmitteln, mangelhafte Auswaschbarkeit und geringe Wärme- oder Lichtbeständigkeit hinzuweisen ist.Various antistatic agents have already been recommended, which are used in the form of aqueous solutions or oily preparations, however, with regard to the antistatic effect and other properties in the Most of the cases were unsatisfied, in particular due to a lack of tolerance with other aids, poor washability and poor heat or light resistance is to be pointed out.

Es wurde nun gefunden, daß man eine ausgezeichnete antistatische Wirkung erzielt, ohne die oben geschilderten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, wenn man die geformten Gebilde, wie Fasern, Fäden, Garne, Gewebe, Gewirke, Folien, Filme oder auch Kunststoffoberflächen mit wäßrigen oder organischen Lösungen von x-Sulfocarbonsäureestern bzw. deren Salzen, insbesondere den Alkali- oder Ammoniumsalzen, behandelt.It has now been found that it has an excellent antistatic effect achieved without having to accept the disadvantages outlined above, if one the shaped structures, such as fibers, threads, yarns, woven fabrics, knitted fabrics, foils, films or plastic surfaces with aqueous or organic solutions of x-sulfocarboxylic acid esters or their salts, in particular the alkali or ammonium salts.

Die Verbindungen leiten sich ab von aliphatischen oder aliphatisch-cycloaliphatischen Carbonsäuren mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, die in a-Stellung zur Carboxylgruppe eine Sulfogruppe besitzen. Als Veresterungskomponenten kommen aliphatische Alkohole mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen im Molekül in Betracht, die auch beispielsweise durch sauerstoffhaltige Gruppen substituiert und bzw. oder unterbrochen sein können. Je nach Kettenlänge und Verzweigung der verwendeten Alkohole erhält man Produkte, die einen stärker oder schwächer ausgeprägten hydrophilen oder hydrophoben Charakter besitzen, wodurch eine Verwendung der Produkte sowohl in wäßriger Lösung als auch in öligen Präparationen ermöglicht wird. Es wurde festgestellt, daß Sulfocarbonsäureester bzw. deren Salze mit mittlerer Fettkettenlänge und kurzkettiger Alkoholkomponente besonders günstige antistatische Wirkung besitzen. Doch kann es in bestimmten Fällen zweckmäßig sein, eine gewisse Verringerung der antistatischen Wirksamkeit in Kauf zu nehmen zugunsten einer verbesserten Öllöslichkeit oder eines besseren Emulgiervermögens.The compounds are derived from aliphatic or aliphatic-cycloaliphatic Carboxylic acids with 6 to 18 carbon atoms, which are in a position to the carboxyl group have a sulfo group. Aliphatic alcohols are used as esterification components with 1 to 12 carbon atoms in the molecule into consideration, also for example by oxygen-containing groups can be substituted and / or interrupted. Ever according to chain length and branching of the alcohols used, products are obtained which a more or less pronounced hydrophilic or hydrophobic character own, whereby a use of the products both in aqueous solution as well is made possible in oily preparations. It was found that sulfocarboxylic acid esters or their salts with medium fat chain length and short-chain alcohol components have a particularly favorable antistatic effect. But it can in certain cases be appropriate to take into account a certain reduction in the antistatic effectiveness to be taken in favor of improved oil solubility or better emulsifying power.

Antistatisch wirksame Verbindungen der beschriebenen Art sind beispielsweise Salze des cx-Sulfocaprylsäureisopropylesters, des x-Sulfolaurinsäurelaurylesters, des x-Sulfolaurinsäuretetrahydrofurfurylalkoholesters, des x-Sulfostearinsäurebutylesters, des aus Kokosfettsäuren der Kettenlängen C12 bis Cl, hergestellten cx-Sulfofettsäureäthylestergemisches, eines aus hydrierten Palmkernfettsäuren hergestellten x-Sulföfettsäuremethyl- oder -äthylestergemisches, eines x-Sulfostearinsäurepolyglykolesters, beispielsweise mit einer Polyglykolkette von vier bis acht Glykolresten u. dgl.Antistatic agents of the type described, for example, salts of cx-Sulfocaprylsäureisopropylesters, the x-Sulfolaurinsäurelaurylesters, the x-Sulfolaurinsäuretetrahydrofurfurylalkoholesters, the x-Sulfostearinsäurebutylesters, of the coconut fatty acids of the chain lengths C12 to Cl, prepared cx-Sulfofettsäureäthylestergemisches, a hydrogenated palm kernel fatty acids produced x- Sulfo fatty acid methyl or ethyl ester mixture, an x-sulfostearic acid polyglycol ester, for example with a polyglycol chain of four to eight glycol residues and the like.

Durch die Behandlung mit den x-Sulfocarbonsäureestern erhalten Textilfasern aus den vorerwähnten Materialien neben anderen hervorragenden antistatischen Eigenschaften gute Glätte und Verzugseigenschaften, wobei gleichzeitig noch eine weichmachende Avivage erzielt wird. Die oa-Sulfocarbonsäureester ziehen nicht Substantiv auf die behandelten Materialien auf und lassen sich ohne Schwierigkeiten durch Waschen wieder vollständig entfernen, was besonders für nachfolgende Weiterverarbeitungsprozesse von erheblicher Bedeutung sein kann. Darüber hinaus sind die Produkte ausgezeichnet hautverträglich und werden relativ leicht biologisch abgebaut.Treatment with the x-sulfocarboxylic acid esters gives textile fibers from the aforementioned materials, among other excellent antistatic properties good smoothness and warpage properties, with a softening effect at the same time Avivage is achieved. The oa-sulfocarboxylic acid esters do not draw noun on the treated materials and can be easily washed again remove completely, which is particularly important for subsequent processing from can be of considerable importance. In addition, the products are excellently skin-friendly and are relatively easily biodegraded.

Die x-Sulfocarbonsäureester bzw. deren Salze kommen in Form wäßriger oder organischer Lösungen zum Einsatz, wobei Konzentrationen von etwa 0,5 bis 20 g/1 angewendet werden. Die Anwendung kann insbesondere auch in Form von Olpräparationen erfolgen, wobei die x-Sulfocarbonsäureester in vegetabilischen oder mineralischen Ölen in Konzentrationen von 10 bis 200 g/1 gelöst sind. Derartige Ölpräparationen werden vorzugsweise zum Spulen und Zwirnen oder als Spinnpräparation verwendet, wobei gegebenenfalls bekannte netzende oder emulgierend wirkende oberflächenaktive Mittel, wie z. B. Fettalkohol-Äthylenoxyd-AddukteoderAlkylamid-Äthylenoxyd-Addukte, sowie lösungsvermittelnde Stoffe, wie Hexalin, Methylphenylcarbinol, Glycerin u. dgl., mitverwendet werden können. Bei der Ermittlung der Meßwerte gemäß der folgenden Tabelle 1 wurde von der Tatsache ausgegangen, daß die beanspruchten Verbindungen die elektrische Leitfähigkeit des behandelten Materials erhöhen. Die Messung erfolgte an Stapelfaserflocken (1 g), die in ein beiderseits durch Messingstempel (Abstand 1 cm) verschlossenes Plexiglasröhrchen (Durchmesser 1,9cm) eingebracht waren. Mittels eines Widerstandsmeßgerätes hoher Empfindlichkeit wurde der (im folgenden als »relativer Widerstand« bezeichnete) elektrische Widerstand des Flockenmaterials bestimmt. Empirisch wurde dabei gefunden, daß es bei relativen Widerständen unter 109 Ohm zu keinen oder höchstens geringfügigen elektrostatischen Aufladungen kommt, die praktisch keine ins Gewicht fallenden Nachteile hervorrufen, während relative Widerstände von 5 - 109 Ohm und darüber zu Störungen bei einzelnen Verarbeitungsstufen oder auch beim Gebrauch der Fertigware führen können. Die Imprägnierung der Stapelfasern mit dem Antistatikum erfolgte durch Eintauchen der Faserflocken in die entsprechenden wäßrigen Lösungen der x-Sulfocarbonsäureestersalze, Abschleudern bis auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von 1000/, und Trocknen bei 110°C. Die Messungen wurden nach 2tägigem Konditionieren bei 650/, relativer Luftfeuchtigkeit vorgenommen. Ein weiteres Kriterium für die Beurteilung von antistatisch wirksamen Produkten ist die Geschwindigkeit, mit der eine auf eine Gewebeprobe aufgebrachte Ladung zur Erde abgeleitet wird. Angegeben wird hier üblicherweise die »Halbwertszeit«, d. h. die Zeit, in der eine vorgegebene Ladung auf die Hälfte absinkt. Die in der nachfolgenden Tabelle 2 angeführten Halbwertszeiten wurden an 2,5 cm breiten und 40 cm langen Gewebestreifen gemessen. Zur Imprägnierung mit dem Antistatikum wurden die Gewebestreifen 15 Minuten in die wäßrige Lösung des betreffenden Sulfoestersalzes getaucht und dann auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von 1000/0 abgeschleudert. Anschließend wurden die Bänder 24 Stunden bei Zimmertemperatur verhängt und dann noch 24 Stunden bei 21 ° C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert. Wie empirisch ermittelt wurde, ist bei Halbwertszeiten unter 3 Sekunden bei nachfolgenden Verarbeitungsprozessen mit keinen Störungen zu rechnen.The x-sulfocarboxylic acid esters or their salts are used in the form of aqueous or organic solutions, with concentrations of about 0.5 to 20 g / l being used. They can also be used in particular in the form of oil preparations, the x-sulfocarboxylic acid esters being dissolved in vegetable or mineral oils in concentrations of 10 to 200 g / l. Such oil finishes are preferably used for winding and twisting or as spinning finishes, where appropriate known wetting or emulsifying surface-active agents, such as. B. fatty alcohol-ethylene oxide adducts or alkyl amide-ethylene oxide adducts, as well as solubilizing substances such as hexalin, methylphenyl carbinol, glycerine and the like, can also be used. When determining the measured values in accordance with Table 1 below, it was assumed that the compounds claimed increase the electrical conductivity of the material being treated. The measurement was carried out on staple fiber flakes (1 g) which had been inserted into a plexiglass tube (diameter 1.9 cm) closed on both sides by brass stamps (distance 1 cm). The electrical resistance of the flake material (hereinafter referred to as "relative resistance") was determined by means of a high-sensitivity resistance meter. It has been found empirically that with relative resistances below 109 ohms there is no or at most minimal electrostatic charges, which cause practically no significant disadvantages, while relative resistances of 5 - 109 ohms and above cause interference in individual processing stages or during use the finished product can lead. The staple fibers were impregnated with the antistatic agent by immersing the fiber flocks in the appropriate aqueous solutions of the x-sulfocarboxylic acid ester salts, centrifuging them to a residual moisture content of 1000 /, and drying at 110.degree. The measurements were carried out after conditioning for 2 days at 650 /, relative humidity. Another criterion for assessing antistatic products is the speed with which a charge applied to a tissue sample is discharged to earth. The "half-life" is usually given here, ie the time in which a given charge drops by half. The half-lives listed in Table 2 below were measured on strips of tissue 2.5 cm wide and 40 cm long. For impregnation with the antistatic, the fabric strips were immersed for 15 minutes in the aqueous solution of the sulfoester salt in question and then spun off to a residual moisture content of 1000/0. The tapes were then hung for 24 hours at room temperature and then conditioned for a further 24 hours at 21 ° C. and 65% relative humidity. As has been empirically determined, with half-lives of less than 3 seconds, no malfunctions are to be expected in subsequent processing processes.

Aus der USA.-Patentschrift 2 738 324 war es bereits bekannt, verzweigtkettige Dioctyl-, Dinonyl- und Didecylsulfosuccinate zusammen mit Natrium-dodecyltoluylsulfonat, in niedrig viskosem Mineralöl gelöst, als Antistatikum und Gleitmittel für Textilgarne und Fäden zu verwenden. Weiterhin wird in der deutschen Auslegeschrift 1039 474 empfohlen, Monosulfosalze aliphatischer Sulfocarbonsäuren, die durch Anlagerung von sauren Salzen der schwefligen Säure an Halbester und Halbamide ungesättigter organischer Dicarbonsäuren entstehen, als Präparier- und Aviviermittel für Textilmaterial zu verwenden. Gegenüber diesen Produkten zeichnen sich die beanspruchten Verbindungen nicht nur durch ihre andersartige chemische Konstitution, sondern vor allem durch ihre außerordentlich gute antistatische Wirksamkeit aus.From US Pat. No. 2,738,324 it was already known to use branched-chain dioctyl, dinonyl and didecyl sulfosuccinates together with sodium dodecyl toluene sulfonate, dissolved in low-viscosity mineral oil, as an antistatic agent and lubricant for textile yarns and threads. Furthermore, the German Auslegeschrift 1039 474 recommends using monosulfosalts of aliphatic sulfocarboxylic acids, which are formed by the addition of acidic salts of sulfurous acid to half-esters and half-amides of unsaturated organic dicarboxylic acids, as preparation and finishing agents for textile material. Compared to these products, the compounds claimed are not only distinguished by their different chemical constitution, but above all by their extraordinarily good antistatic effectiveness.

Die erfindungsgemäßen Produkte wurden mit denjenigen der deutschen Auslegeschrift 1039 474 bzw. der USA.-Patentschrift 2 738 324 unter gleichartigen Bedingungen verglichen A. Verwendete Antistatika I. Verzweigtkettiges Natrium-didecylsulfosuccinat mit Natrium-dodecyltoluylsulfonat im Verhältnis 1:1 (gemäß Beispiel l der USA.-Patentschrift 2738324). The products according to the invention were compared with those of the German Auslegeschrift 1039 474 or the USA patent specification 2,738,324 under similar conditions A. Antistatic agents used I. Branched-chain sodium didecylsulfosuccinate with sodium dodecyltoluylsulfonate in a ratio of 1: 1 (according to Example 1 of the USA . Patent specification 2738324).

1I. Natriumsalz des Sulfobernsteinsäureoctadecylesters (gemäß Beispiel 1 der deutschen Auslegeschrift 1039 474).1I. Sodium salt of octadecyl sulfosuccinate (according to Example 1 of German Auslegeschrift 1039 474).

111. a-Sulfohydropalmkernfettsäuremethylester (gemäß Erfindung). 111. a-sulfohydropalm kernel fatty acid methyl ester (according to the invention).

IV. a-Sulfokaprylsäureoctylester (gemäß Erfindung). B. Textilmaterial Die Versuche wurden a) mit Perlon-Stapelfaser (6 den/120 mm) und b) Acetat-Stapelfaser (1,4 den/30 mm) durchgeführt.IV. Octyl α-sulfocaprylate (according to the invention). B. textile material The tests were carried out with a) Perlon staple fiber (6 denier / 120 mm) and b) acetate staple fiber (1.4 den / 30 mm).

C. Versuchsdurchführung Die Antistatika I bis IV wurden als wäßrige Lösungen auf die Textilproben aufgebracht. Dabei wurde so gearbeitet, daß die aufgebrachte Menge an Antistatikum 0,1 bzw. 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Textilmaterial, betrug. Nach Trocknen bei 110°C und 2tägigem Konditionieren im Klimaschrank bei 60 °/o relativer Feuchtigkeit wurden die elektrischen Widerstände der behandelten Stapelfaserproben gemessen (vgl. obenstehend angegebenes Meßverfahren). Die Meßwerte zeigen die eindeutige Überlegenheit der erfindungsgemäßen Verbindungen III und IV. Beispiel l Man löst unter Erwärmen 5 Teile des Natriumsalzes des hydrierten a-Sulfopalmkernfettsäureäthylesters in einem Gemisch aus 70 Teilen eines für textile Zwecke brauchbaren Weißöls, 15 Teilen des Anlagerungsproduktes von 5 Mol Äthylenoxyd an Oleylalkohol, 3 Teilen Ölsäure und 7 Teilen Hexalin. Man erhält eine niedrig viskose klare Flüssigkeit, die sich zum Ölen von Fäden aus Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril oder Celluloseacetat auf der Umspulmaschine eignet. Dabei wird in Abhängigkeit von der Spulgeschwindigkeit ein Ölauftrag von 0,5 bis 3 °/o angestrebt. Die auf diese Weise behandelten Fäden sind mit einem lückenlosen Ölfilm versehen und unterliegen keiner elektrostatischen Aufladung. Die Präparation läßt sich mit Wasser mühelos wieder entfernen.C. Carrying out the experiment The antistatic agents I to IV were applied to the textile samples as aqueous solutions. The procedure was such that the amount of antistatic agent applied was 0.1 or 0.5 percent by weight, based on the textile material. After drying at 110 ° C. and conditioning for 2 days in a climatic cabinet at 60 ° / o relative humidity, the electrical resistances of the treated staple fiber samples were measured (cf. the measurement method given above). The measured values show the clear superiority of the compounds III and IV according to the invention. EXAMPLE 1 5 parts of the sodium salt of the hydrogenated α-sulfopalm kernel fatty acid ethyl ester are dissolved in a mixture of 70 parts of a white oil useful for textile purposes, 15 parts of the adduct of 5 moles of ethylene oxide with oleyl alcohol, 3 parts of oleic acid and 7 parts of hexalin. A clear liquid of low viscosity is obtained which is suitable for oiling threads made of polyamide, polyester, polyacrylonitrile or cellulose acetate on the rewinding machine. An oil application of 0.5 to 3% is aimed for, depending on the winding speed. The threads treated in this way are provided with a gapless oil film and are not subject to any electrostatic charge. The preparation can be easily removed with water.

Beispiel 2 Polyamidstapelfaser (3,75 den/100 mm) wird mit einer wäßrigen Lösung von 3g/1 des Natriumsalzes des x-Sulfocaprinsäureisopropylesters imprägniert. Nach dem Abschleudern auf eine Restfeuchtigkeit von 100'/" und anschließendem Trocknen bei 105'C erhält man eine rein weiße Faser, die sich auf der Karde völlig störungsfrei verarbeiten läßt. Der relative Widerstand einer derartigen Faserprobe beträgt 36 - 10' Ohm.Example 2 Polyamide staple fiber (3.75 denier / 100 mm) is impregnated with an aqueous solution of 3 g / l of the sodium salt of isopropyl x-sulfocaprate. After centrifuging to a residual moisture content of 100 'and subsequent drying at 105 ° C. , a pure white fiber is obtained which can be processed on the card without any problems. The relative resistance of such a fiber sample is 36-10' ohms.

Beispiel3 Von einer Mineralölpräparation, die aus 700/" Weißöl, 501, des Natriumsalzes des a-Sulfolaurinsäurebutylesters, 1501, des Anlagerungsproduktes von 5 Mol Äthylenoxyd an Oleylalkohol, 5 °/o des Anlagerungsproduktes von 4 Mol Äthylenoxyd an Kokosfettsäuremonoäthanolamid und 5 °/oMethylphenylcarbinol besteht, wird eine 10°/oige wäßrige Emulsion hergestellt. In diese Emulsion taucht man ein Band aus Acetattaft 15 Minuten lang ein. Nach Abschleudern, Trocknen und Konditionieren wird eine Halbwertszeit von 0,9 Sekunden gemessen.EXAMPLE 3 Of a mineral oil preparation consisting of 700 / " white oil, 501, the sodium salt of butyl a-sulfolaurate, 1501, the adduct of 5 mol of ethylene oxide with oleyl alcohol, 5% of the adduct of 4 mol of ethylene oxide with coconut fatty acid monoethanol-methyl and 5 ° / o phenyl / phenolamide A 10% aqueous emulsion is prepared, a tape of acetate juice is dipped into this emulsion for 15 minutes, after which it is spun off, dried and conditioned, and a half-life of 0.9 seconds is measured.

Claims

Claims: 1. Method for the antistatic treatment of molded Formed from natural or synthetic high polymer materials, d u r c h g e - indicates that the structure with aqueous or organic solutions of a-sulfocarboxylic acid esters or their salts, which differ from aliphatic or aliphatic-cycloaliphatic carboxylic acids having 6 to 18 carbon atoms and aliphatic alcohols having 1 to 12 carbon atoms.

2. The method according to claim 1, characterized in that the a-sulfocarboxylic acid esters or their salts are dissolved in mineral oil, optionally with the use of known wetting and emulsifying agents and solubilizing substances are used. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1039 474; U.S. Patent No. 2,738,324.