【発明の詳細な説明】
支持体に持続的な撥液性を付与するための組成物および方法
発明の分野
本発明は、カーペット、布、紙、革などの支持体に、撥水性や撥油性および/
またはしみや汚れに対する耐性を付与するための組成物および方法に関する。
発明の背景
フルオロケミカルは、支持体(特に、カーペットなどの繊維状支持体)に、撥
水性や撥油性ならびに乾燥汚れに対する耐性を付与するために広く利用されてい
る。こうして、フルオロケミカルにより支持体がその本来の審美的外観を保持す
ることが可能となる。
例えば、高いガラス転移温度を有するフルオロケミカルは、使用中、研磨され
ると、処理される支持体から剥落することがある。この結果、支持体の未保護領
域が露出し、続いて、しみや汚れに対する耐性を失うことになる。脆性が弱く剥
落しにくいフルオロケミカル処理剤は、クリーニング処理に耐えられないことが
多い。
従って、当該技術分野において、持続的な撥水性や撥油性ならびに乾燥汚れに
対する持続的な耐性を示すフルオロケミカル処理剤が必要である。こうした処理
剤はまた、持続的なしみ除去特性を有することが好ましく、更に、最近の環境問
題を考慮すると、処理剤は、有機溶剤を用いずに、水を用いて送液できる必要が
ある。
発明の概要
簡単に言えば、1実施態様において、本発明は、カーペット、布(織
布および不織布の両方)、紙、木材、コンクリート、革などの支持体に、持続的
な撥水性や撥油性、持続的なしみ除去性、ならびに乾燥汚れに対する持続的な耐
性を付与するために使用できるフルオロケミカル処理剤組成物を提供する。この
組成物には、(a)実質的に離散した実質的に単分散のポリマグラフト化無機ミク
ロ粒子が液体中に分散されたコロイド分散体を含有するゾルと、(b)少なくとも
1つのフルオロケミカルと、が含まれる。また、単分散分布のブレンドから調製
された多モードサイズ分布を有するミクロ粒子は、ゾル形成に利用することがで
きる。ゾルは、ポリマグラフト化シリカミクロ粒子の水性分散体を含むことが好
ましく、更に、このポリマは少なくとも1つの遊離基重合性エチレン系モノ不飽
和モノマの重合単位を含むことが好ましい。フルオロケミカルは、少なくとも1
つのフルオロ脂肪族基またはフルオロ脂環式基を含み、かつミクロ粒子に結合さ
れていることが好ましい。本明細書中で使用する場合、「ポリマグラフト化ミク
ロ粒子」とは、(表面に固定されたカップリング剤を介して)本質的に1つの末
端だけでミクロ粒子に共有結合された線状または分枝状の実質的に架橋されてい
ないポリマ鎖を有するミクロ粒子を指す。
本発明の組成物を使用すると、驚くべきことに、持続的な撥水性や撥油性、し
み除去性、ならびに乾燥汚れに対する耐性を、種々の支持体に付与することがで
きる。しかも、この組成物は水を基剤としているので、環境にやさしい耐久性の
あるフルオロケミカル処理剤であるという当該技術分野における要求を満足する
。もう1つの態様において、本発明はまた、持続的な撥水性や撥油性、しみ除去
性、ならびに乾燥汚れに対する耐性を付与するための一段階および二段階の処理
方法と;持続的なしみ除去性および乾燥汚れに対する耐性を付与するのに有用な
処理剤組成物〔ただし、該組成物には、実質的に離散した実質的に単分散のポリ
マグラフト化無機ミクロ粒子が液体(水または水
を含有する液体;好ましくは、水)中に分散されたコロイド分散体を含有するゾ
ルが含まれる〕と;持続的なしみ除去性および乾燥汚れに対する耐性を支持体に
付与するための処理方法と;本発明の処理剤組成物またはそれに相当する乾燥組
成物を含んでなる処理された製品と、を提供する。
発明の詳細な説明
本発明の組成物に利用するうえで好適な無機ミクロ粒子は、コロイドの大きさ
である(例えば、平均粒径は約1ナノメータ(1ミリミクロン)〜約200ナノメータ
の範囲である)。コロイドシリカが好ましいが、例えば、コロイドチタニア、コ
ロイドアルミナ、コロイドジルコニア、コロイドバナジア、コロイドクロミア、
コロイド酸化鉄、コロイド酸化アンチモン、コロイド酸化スズ、およびこれらの
混合物などの他のコロイド金属酸化物も利用できる。コロイドミクロ粒子には、
シリカなどの本質的に単一の酸化物が含まれていてもよいし、1つのタイプの酸
化物のコア上にもう1つのタイプの酸化物を析出させたものが含まれていてもよ
い。一般的には、ミクロ粒子のサイズ(平均粒径)は、約1ナノメータ〜約100
ナノメータ、より好ましくは、約2ナノメータ〜約75ナノメータの範囲である。
また、コロイドミクロ粒子のサイズは比較的均一で(すなわち、実質的に単分
散のサイズ分布を有するか、または2つ以上の実質的に単分散分布のものをブレ
ンドすることにより得られる多モード分布を有する)しかも実質的に凝結しない
状態(すなわち、実質的に離散した状態)を保持することが好ましい。さもなけ
れば、ミクロ粒子の凝結により、沈殿、ゲル化、またはゾルの顕著な粘度増加が
起こる恐れがあり、更に、支持体への接着性や光学的透明度がともに減少するこ
ともある。このため、本発明の組成物の調製に利用する特に好適なクラ
スのミクロ粒子としては、無機ミクロ粒子のゾル(例えば、液体媒質中の無機ミ
クロ粒子のコロイド分散体)、特に、アモルファスシリカのゾルが挙げられる。
コロイド粒子の不規則な凝結体を含むヒュームドシリカとは異なり、こうしたゾ
ルは、サイズや形に関して実質的に単分散であり、従って、良好な光学的透明度
および平滑性、ならびに驚くべきことに、支持体への良好な接着性を示す組成物
の調製が可能となる。こうしたゾルは、種々の技法を用いて、ヒドロゾル(この
場合、水が液体媒質として利用される)、オルガノゾル(この場合、有機液体が
使用される)、混合ゾル(この場合、液体媒質には、水と有機液体の両方が含ま
れる)などの様々な形状で調製することができる。例えば、米国特許第2,801,18
5号(Iler)および同第4,522,985号(Dasら)ならびにR.K.Iler著、The Chemistry o
f Silica,John Wiley & Sons,New York(1979)に記載の技法および形状について
の説明を参照されたい。
表面化学、低コスト、および環境的配慮という点で、本発明の組成物の調製に
使用するためにはシリカヒドロゾルが好ましい。こうしたヒドロゾルは、例えば
、メリーランド州AshlandのNyacol Products,Inc.; イリノイ州OakbrookのNalco
Chemical Company;およびデラウェア州WilmingtonのE.I.duPont de Nemours
and Companyから、酸性およびアルカリ性の両方の形状でしかも様々な粒子サイ
ズおよび濃度で入手可能である。約2重量%〜約50重量%の水中シリカ濃度が一般
的には有用である。必要な場合には、例えば、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液を
酸で部分的に中和してpH約8〜9にすることによりシリカヒドロゾルを調製する
ことができる(こうして得られる溶液のナトリウム含有量は、酸化ナトリウムに
基づいて約1重量%未満である)。シリカヒドロゾルの他の調整方法、例えば、
電気透析、珪酸ナトリウムのイオン交換、ケイ素化合物の加水分解、
およびケイ素元素の解離、については、上記のIlerの文献に記載されている。
本発明の組成物を調製する際、一般的には、ポリマグラフト化ミクロ粒子のゾ
ルを最初に調製し、撥水性および撥油性が望まれる場合には、次に、少なくとも
1つのフルオロケミカルと混合することができる。ゾルの調製にあたり、一般的
には、無機ミクロ粒子の表面の少なくとも一部分を、カップリング剤との化学反
応(または強力な物理的相互作用)により改質することが必要である。好適なカ
ップリング剤は、ミクロ粒子の表面上の化学基と反応(または強い相互作用)を
起こすことができるだけでなく、遊離基重合のための連鎖移動部位として機能で
きる少なくとも1つの官能基(連鎖移動基:例えば、-CH2SH、-CH2NH2など)を
含有しうるものである。
例えば、シリカミクロ粒子の表面上のシラノール基が、加水分解されたシラン
基と化学結合してケイ素‐酸素‐ケイ素の共有結合を形成する条件下で、加水分
解性連鎖移動基含有オルガノシランを用いて該粒子を処理することができる。シ
リカ(または他の金属酸化物)の粒子の表面を、他の化合物で処理することもで
きる。他の化合物としては、例えば、化学結合(共有結合もしくはイオン結合)
または強い物理的結合により粒子の表面に結合でき、しかも遊離基重合のための
連鎖移動部位として機能できる少なくとも1つの官能基(例えば、-CH2SH、-CH2
NH2など)を含有する加水分解性連鎖移動基含有オルガノチタネートが挙げられ
る。
加水分解性連鎖移動基含有オルガノシランを含む処理剤が一般的には好ましい
。好ましいクラスのこうした化合物は、次式で表すことができる(ただし、これ
らの部分的加水分解物および縮合物も含まれる)。
Y-R-Si(R1)a(X)3-a (I)
式中、Yは連鎖移動基(好ましくは、メルカプト基、アミノ含有基、
酸素含有基、およびハロゲン含有基から成る群より選ばれる部分)であり;Rは
、1個〜約12個の炭素原子を有するアルキレン基および約6個〜約12個の炭素原
子を有するアリーレン基から成る群より選ばれる二価基であり;Xは、加水分解
性基(好ましくは、ハロゲン、1個〜約12個の炭素原子を有しかつ場合により1
個〜約11個のエーテル酸素原子を有するアルコキシ基、アシルオキシ基、アミノ
基、およびアルキルアミノ基から成る群より選ばれる基)であり;R1は、1個〜
約4個の炭素原子を有する低級アルキル基およびフェニル基から成る群より選ば
れ;aは0〜2の整数(好ましくは、0)である。
好ましい加水分解性連鎖移動基含有オルガノシランの代表的な例としては、
3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
4-メルカプトブチルトリエトキシシラン、
4-メルカプトブチルジメトキシメチルシラン、
6-メルカプトヘキシルトリメトキシシラン、
4-メルカプトシクロヘキシルトリメトキシシラン、
3-アミノプロピルトリメトキシシラン、
4-アミノブチルトリエトキシシラン、
4-アミノブチルジメトキメチルシシラン、
6-アミノヘキシルトリメトキシシラン、
4-アミノシクロヘキシルトリメトキシシラン、
3-クロロプロピルトリメトキシシラン、
4-クロロブチルトリエトキシシラン、
4-クロロブチルジメトキメチルシシラン、
6-クロロヘキシルトリメトキシシラン、
4-クロロシクロヘキシルトリメトキシシラン、
N,N-ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、およびこれらの混合物が挙げられる
。
ポリマグラフト化ミクロ粒子のゾルを調製する際、ヒドロゾル(例えば、シリ
カヒドロゾル)、混合ゾル(例えば、液体媒質が、メタノール、エタノール、ア
セトン、テトラヒドロフラン、エチレングリコール、プロポキシエタノールなど
の少なくとも1つの有機溶剤(好ましくは水溶性)の水溶液を含む混合シリカゾ
ル)、またはオルガノゾル(例えば、有機液体媒質が、ベンゼン、トルエン、プ
ロポキシエタノール、ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、エチレングリ
コールなどを含むシリカオルガノゾル)は、一般的には、最初にカップリング剤
(1種または複数種)と混合して、得られた混合物を反応させる。反応を促進す
るために、熱(および撹拌)を加えてもよい。カップリング剤との反応およびそ
の後のモノマとの反応の間、安定性を向上させるために(および粘度を最小限に
抑えるために)、ゾルの濃度および/またはpHを調節する必要が生じる場合もあ
ることは、当業者には分かるであろう。カップリング剤は、一般的には、ミクロ
粒子の表面の少なくとも一部分が十分に改質されて効率的なグラフト重合(モノ
マおよび開始剤と組合わせて)が行える量で使用することができる。
好ましくは、カップリング剤の量は、例えば、ミクロ粒子の表面積の単位平方
メートルあたりのカップリング剤の量が約2×10ー4ミリモル〜約3×10-3ミリモル
、より好ましくは、約3×10-4ミリモル〜約2×10-3ミリモルとなるように選択さ
れる。得られた混合物を、例えば、約20℃〜約100℃、好ましくは、約50℃〜約1
00℃の温度で(例えば、約1時間〜約24時間)撹拌し、その温度を保持すること
によって、カップリング剤とミクロ粒子の表面上の化学基との反応(または他の
相互作用)を引き起こすことができる。こうして、表面に固定
されたかまたは表面と結合した有機基を有する無機ミクロ粒子のコロイド分散体
が得られる。
次に、1つ以上の遊離基重合性エチレン系モノ不飽和モノマを、こうした得ら
れた表面改質済みのミクロ粒子のコロイド分散体へ添加することができる。(場
合により、少量の1つ以上の遊離基重合性エチレン系ポリ不飽和モノマを追加し
、所望の架橋度を提供することができる。) モノマは、一般的には、使用され
るカップリング剤のモル数よりも多くの量を添加する必要がある。例えば、SiO2
の単位グラムあたり約0.001モル〜約0.10モルのモノマ(1種または複数種)を
利用することができる。得られた混合物(水性媒質中で水溶性モノマをグラフト
重合できるように、界面活性剤が含まれていることがある)から酸素を除去し、
有効量の熱活性または放射線活性の遊離基開始剤を添加し、次に、混合物を加熱
(遊離基供給源を分解するのに十分な温度まで加熱、例えば、約20℃〜約130℃
まで加熱)するかまたは放射線を照射して、モノマを重合させることができる。
本発明の組成物のポリマグラフト化ミクロ粒子の調製に使用するための好適な
モノマは、遊離基重合性エチレン系不飽和モノマ(またはモノマ混合物)である
。有用なモノマとしては、例えば、エチレン系不飽和酸および無水物;エチレン
系不飽和マクロマ;エチレン系不飽和の置換または無置換のエステル、アミド、
およびニトリル;ビニルモノマ;ビニリデンモノマ;他のオレフィンモノマ(例
えば、スチレン、エチレン、テトラフルオロエチレン、およびヘキサフルオロプ
ロペン);フルオロケミカル含有アクリレートおよびメタクリレート;ならびに
ヘテロ環モノマが挙げられる。
代表的なモノマとしては、例えば、アクリル酸;メタクリル酸;イタコン酸;
シトラコン酸;アコニット酸;マレイン酸;無水マレイン酸;フマル酸;クロト
ン酸;ケイ皮酸;オレイン酸;ビニルスルホン
酸;ビニルホスホン酸;アルキル、シクロアルキル、およびフルオロアルキルを
含有した上記の酸のエステル(ただし、アルキル基、シクロアルキル基、および
フルオロアルキル基は1個〜約18個の炭素原子を有する):例えば、エチル、ブ
チル、2-エチルヘキシル、オクタデシル、2-スルホエチル、3-スルホエチル、ア
セトキシエチル、シアノエチル、ヒドロキシエチル、およびヒドロキシプロピル
のアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル;上記の酸のアミド(例えば
、アクリルアミド、メタクリルアミド、メチロールアクリルアミド、および1,1-
ジメチルスルホエチルアクリルアミド);アクリレートまたはメタクリレート末
端保護ポリエチレングリコール;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;スチ
レン;α-メチルスチレン;p-ヒドロキシスチレン;クロロスチレン;スルホス
チレン;N-ビニルピロリドン;ビニルアセテート;ビニルクロリド;ビニルフル
オリド;ビニルエーテル;ビニルスルフィド;ビニルトルエン;ブタジエン;イ
ソプレン;クロロプレン;エチレン;イソブチレン;ビニリデンクロリド;ビニ
リデンフルオリド;テトラフルオロエチレン;ヘキサフルオロプロペン;硫酸化
ひまし油;硫酸化まっこう鯨油;硫酸化大豆油;および硫酸化脱水ひまし油が挙
げられる。特に有用なモノマとしては、例えば、1個〜約18個の炭素原子を有す
るアルキルアクリレートおよびアルキルメタクリレート、スチレン、アクリル酸
、メタクリル酸、イタコン酸、アクリルアミドおよびメタクリルアミド、フルオ
ロケミカル含有アクリレートおよびメタクリレート、ならびにナトリウムスルホ
スチレンが挙げられる。液体媒質に溶解しないモノマは、モノマの溶解または乳
化を行うのに十分な量の可溶化有機液体および/または分散剤を添加することに
よって溶解させることができる。
有用な遊離基開始剤としては、無機および有機のペルオキシド、ヒドロペルオ
キシド、ペルスルフェート、アゾ化合物、レドックス系(例
えば、K2S2O8およびNa2S2O5の混合物)、および遊離基光開始剤(例えば、K.K.
Dietliker著、 Chemistry & Technology of UV & EBFormulation for Coatings,
Inks & Paints,Volume 3,paqes276-298,SITA Technology Ltd.,London(199
1)に記載の開始剤)が挙げられる。代表的な例としては、過酸化水素、過硫酸カ
リウム、t-ブチルヒドロペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、t-ブチルペル
ベンゾエート、クメンヒドロペルオキシド、およびアゾビス(イソブチロニトリ
ル)(AIBN)が挙げられる。開始剤に何を選ぶかは反応条件(例えば、溶剤の選択
)に依存することは、当業者には分かるであろう。
エチレン系モノ不飽和モノマの重合を行うと、ポリマグラフト化ミクロ粒子の
コロイド分散体が得られる。このミクロ粒子には、表面に固定されたカップリン
グ剤へ本質的に1つの末端で共有結合させた線状または分枝状の実質的に架橋さ
れていないポリマ鎖が含まれる。(先に述べたように、架橋度(つまり複数結合
部位の割合)は、必要な場合には、1つ以上のエチレン系ポリ不飽和モノマの導
入により与えることができる。)本発明の処理剤組成物から得られたコーティン
グ(ポリマグラフト化ミクロ粒子を含有する)の耐久性を最大にするために、処
理剤組成物が適用される支持体の表面エネルギーに対応して、モノマ(1種また
は複数種)を選ぶことができる。従って、高表面エネルギーを有する支持体に対
しては極性モノマを利用することができ、また低表面エネルギーを有する支持体
に対しては非極性モノマを選ぶことができる。この他、支持体との特異的な化学
的または物理的相互作用が可能なモノマを選ぶこともできる。
ポリマグラフト化ミクロ粒子のコロイド分散体を利用して、乾燥汚れに対する
持続的な耐性を、ある場合(例えば、カルボン酸基またはスルホン酸基を含有す
るモノマを利用する場合)には持続的なしみ除
去性を、支持体に付与することができる。分散体は、例えば、固形分約0.01%〜
約20%(好ましくは、固形分約0.05%〜約10%)まで分散用溶剤で希釈して支持体
に塗布することもできるし、濃縮して(保存または輸送のために)低溶剤含有量ま
たは本質的に無溶剤の状態(すなわち、本質的に分散用液体媒質を含まない状態
)にさえすることもできる。驚くべきことに、一般的には、この無溶剤材料は、
凝結を起こさずに本質的に完全に溶剤へ再分散させることができる。
(乾燥汚れに対する持続的な耐性やしみ除去性のほかに)持続的な撥水性およ
び撥油性が望まれる場合、ポリマグラフト化ミクロ粒子のコロイド分散体を、少
なくとも1つのフルオロケミカルと混合することができる。場合により、こうし
て得られた混合物を撹拌および/または加熱して、フルオロケミカルとミクロ粒
子表面上の化学基との反応または相互作用を促進することができる。(例えば、
約20℃〜約100℃の温度を、1時間〜約24時間にわたり保持することができる。
)フルオロケミカル(1種または複数種)は、一般的には、特定の用途に望まれ
るレベルの撥液性を付与するのに十分な濃度で添加することができる。液体媒質
に溶解しないフルオロケミカル(1種または複数種)は、フルオロケミカル(1
種または複数種)を溶解または乳化するのに十分な量の可溶化有機液体および/
または界面活性剤を添加することによって、可溶化することができる。
こうして得られたフルオロケミカル含有処理剤組成物は、例えば、固形分約0.
01%〜約20%の濃度まで分散用溶剤で希釈して支持体に塗布することもできるし、
濃縮して(保存または輸送のために)低溶剤含有量にすることもできる。必要に
応じて二段階処理法を利用し、最初にポリマグラフト化ミクロ粒子のコロイド分
散体を支持体に塗布し、次にフルオロケミカル(1種または複数種)を含有する
組成物を塗布することができる。
撥水性および撥油性を付与することのできる周知のフルオロケミカルはいずれ
も、本発明の組成物に利用することができる。フルオロケミカルは、ミクロ粒子
表面上の化学基との化学反応または強い物理的相互作用を起こしうることが好ま
しいが、こうした性能をもたないフルオロケミカルを利用することもできる。
ブレンドしうる好適なフルオロケミカルとしては、支持体に撥水性および撥油
性を付与するための当該技術分野で公知のフルオロケミカル基含有ポリマ化合物
およびオリゴマ化合物が挙げられる。これらのポリマおよびオリゴマのフルオロ
ケミカル処理剤は、典型的には、約3個〜約20個の炭素原子、より好ましくは約
6個〜約14個の炭素原子を有する過フッ素化炭素鎖を含んでなる1つ以上のフル
オロケミカル基を含有する。これらのフルオロケミカル基は、直鎖、分枝鎖、も
しくは環状のフッ素化アルキレン基またはこれらの任意の組合せを含むことがで
きる。フルオロケミカル基は、好ましくは、重合性のオレフィン系不飽和を含ま
ないものがよいが、場合により、酸素、二価もしくは六価の硫黄、または窒素な
どのカテナリー(すなわち、炭素にだけ結合した鎖内の)ヘテロ原子を含むこと
ができる。完全にフッ素化された基が好ましいが、炭素原子2個につき1個以下
であれば、水素原子または塩素原子が存在していてもよい。更に、いずれのフル
オロケミカル基も、好ましくは約40重量%〜約80重量%のフッ素、より好ましくは
約50重量%〜約78重量%のフッ素を含有するものがよい。基の末端部は、一般的に
は、完全にフッ素化されているが、好ましくは、少なくとも7個のフッ素原子を
含有するもの(例えば、CF3CF2CF2-、(CF3)2CF-、SF5CF2-)がよい。過フッ素化
脂肪族基(例えば、CnF2n+1-)が最も好ましいフルオロケミカル基である。
ブレンドしうる好適なフルオロケミカルの代表的な例としては、フルオロケミ
カル型のウレタン、尿素、エステル、エーテル、アルコー
ル、エポキシド、アロファネート、アミド、アミン(およびそれらの塩)、酸(
およびそれらの塩)、カルボジイミド、グアニジン、オキサゾリジノン、イソシ
アヌレート、ビウレット、アクリレートおよびメタクリレートのホモポリマおよ
びコポリマ、ならびにこれらの混合物が挙げられる。
本発明に有用なブレンドしうる代表的なフルオロケミカル基含有ポリマとして
は、フルオロケミカル型アクリレートモノマを例えば以下のモノマとインタポリ
マ化してなるフルオロケミカル型のアクリレートおよびメタクリレートのホモポ
リマまたはコポリマが挙げられる:メチルメタクリレート、ブチルアクリレート
、オクタデシルメタクリレート、オキシアルキレンおよびポリオキシアルキレン
ポリオールオリゴマのアクリレートおよびメタクリレートエステル(例えば、ジ
エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレー
ト、ポリエチレンオキシドジアクリレート、およびポリエチレングリコールモノ
アクリレート)、グリシジルメタクリレート、エチレン、ブタジエン、スチレン
、イソプレン、クロロプレン、ビニルアセテート、ビニルクロリド、ビニリデン
クロリド、ビニリデンフルオリド、アクリロニトリル、ビニルクロロアセテート
、ビニルピリジン、ビニルアルキルエーテル、ビニルアルキルケトン、アクリル
酸、メタクリル酸、2-ヒドロキシエチルアクリレート、N-メチロールアクリルア
ミド、2-(N,N,N-トリメチルアンモニウム)エチルメタクリレート、および2-アク
リルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)。使用される種々のコモノマの
相対量は、一般的には、処理される支持体、所望の性質、支持体への適用形態に
もよるが、経験的に選択される。有用なフルオロケミカル処理剤としてはまた、
上述の種々のフルオロケミカルのブレンドが挙げられる。
本発明に有用なものとしては、この他に、フルオロケミカルと例え
ば以下のようなフッ素を含有しないエキステンダ化合物とのブレンドが挙げられ
る:
シロキサン、(メタ)アクリレートおよび置換アクリレートのポリマおよびコポ
リマ、N-メチロールアクリルアミド含有アクリレートポリマ、ウレタン、ブロッ
クトイソシアネート含有ポリマおよびオリゴマ、尿素またはメラミンとホルムア
ルデヒドとの縮合物または初期縮合物、グリオキサール樹脂、脂肪酸とメラミン
または尿素誘導体との縮合物、脂肪酸とポリアミドおよびそのエピクロロヒドリ
ン付加物との縮合物、ワックス、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、アルキル
ケテン二量体、エステル、ならびにアミド。フッ素を含有しないこれらのエキス
テンダ化合物のブレンドもまた使用することができる。フルオロケミカルに対す
るエキステンダ化合物の相対量は、決定的な要因ではない。しかしながら、フル
オロケミカル処理剤の組成物全体には、一般的には、系に存在する固体分に対し
て、少なくとも約3重量%、好ましくは少なくとも約5重量%の炭素結合フッ素が
前記のフルオロケミカル基の形態で含まれる。
先に記載したようなフッ素を含有しないエキステンダ化合物を含むブレンドも
含めて、多くのフルオロケミカルが既製品として市販されている。こうした製品
は、例えば、ScotchgardTMブランドのカーペット保護剤(ミネソタ州Saint Paul
の3M Co.製)として、またZonylTMブランドのカーペット処理剤(デラウェア州W
ilmingtonのE.I.dupont de Nemours and Company)として販売されている。
有用なフルオロケミカルは、米国特許第3,728,151号(Sherman et al.)、同第3,
816,229号(Bierbrauer)、同第3,896,035号(Schultz et al.)、同第3,901,727号(
Loudas)、同第3,916,053号(Sherman et al.)、同第4,043,923号(Loudas)、同第4
,043,964号(Sherman et al.)、同第4,264,484号(Patel)、同第4,624,889
号(Bries)、および同第5,274,159号(Pellerite et al.)に記載されている。
本発明の組成物に使用するための好ましいフルオロケミカルは、ミクロ粒子表
面上の化学基と化学反応または強い物理的相互作用をすることのできる化合物で
ある。最も好ましい化合物は、少なくとも1つの加水分解性の基または加水分解
された基を含むフルオロケミカルシランである。こうした化合物としては、例え
ばシリカミクロ粒子の表面上に存在するシラノール基と反応しうる少なくとも1
つの基と結合した少なくとも1つのケイ素原子を含有する化合物、化合物の混合
物、ポリマ、またはコポリマが挙げられる。有用なフルオロケミカルシランのク
ラスは、以下の一般式で表すことができる(ただし、これらの部分的加水分解物
および縮合物も含まれる):
Rf-[R2-Si(R1)a(X)3-a]d (II)
式中、R1、X、およびaは、式Iに対して先に規定した通りであり;Rfは、少なく
とも約4個の炭素原子および少なくとも約25(好ましくは約50)重量%のフッ素を
含有する一価または二価のフルオロ脂肪族またはフルオロ脂環式の基であり;d
は1または2の整数(好ましくは 1)であり;R2は、好ましくはアリーレン(好
ましくはフェニレン)および1個〜約12個の炭素原子のアルキレンから選ばれる
少なくとも1つの基を含む二価連結基であるが、加水分解に対して実質的に安定
な1つ以上の二価基(例えば、-CO-、-CONR3-、-SO2-、-SO2NR3-、-(C2H4O)b-、および
-(C3H6O)b-:ただし、bは1〜約4の整数であり、R3は水素または1〜約4個の炭
素原子のアルキルである)が含まれていてもよい。
好ましくは、Rfは、トリフルオロメチル基を末端とする約4個〜約24個(好ま
しくは、約4個〜約12個)の炭素原子を有する線状もしくは分枝状のフルオロ脂
肪族基であるか、または約4個〜約24個の炭素原子を有するフルオロ脂環式基で
ある。Rfは、場合により、
カテナリーエーテル酸素原子(炭素原子だけに結合する)を含有することができ
、更に、2個の炭素原子につき1個以下の水素または塩素が存在するという条件
で、少量の水素または塩素を含有することができる。最も好ましくは、Rfは、約
4個〜約12個の炭素原子を有する線状もしくは分枝状のペルフルオロ脂肪族基ま
たはペルフルオロ脂環式基である。
有用なフルオロケミカルシランの代表的な例としては、以下の化合物が挙げら
れる:
フルオロケミカルシランは、必要に応じて、他の非フッ素化シランと
混合することができる。こうした混合物の部分縮合物もまた、利用することがで
きる。
有用なフルオロケミカルシランは、例えば、少なくとも1つの反応性官能基を
有する少なくとも1つのフルオロケミカル化合物を、1個〜約3個の加水分解性
基およびフルオロケミカル化合物(1種または複数種)の少なくとも1つの官能
基と反応しうる少なくとも1つの官能基が置換された少なくとも1つのアルキル
基、アリール基、またはアルコキシアルキル基を有するシランと混合することに
よって、調製することができる。好適なフルオロケミカル化合物は、例えば、米
国特許第5,274,159 号(Pellerite et al.)に記載の方法により調整することがで
きる。
本発明の処理剤組成物を利用して、乾燥汚れに対する持続的な耐性を、ある場
合には持続的なしみ除去性を、更に(フルオロケミカル含有組成物を利用する場
合は)撥水性および撥油性を、カーペット、布(織布および不織布の両方)、紙
、革、プラスチック、木材、金属、ガラス、セラミックス、石、セメントなどの
支持体に付与することができる。この組成物は、一般的には、(例えば、固形分
濃度約0.01重量%〜約20重量%まで)希釈し、当該技術分野で公知の慣用的方法の
いずれか(例えば、パジング、吹付、吸尽、ナイフ塗布、浸漬、ロール塗布、お
よび発泡の技法など)を用いて支持体に塗布することもできる。(吸尽技法によ
りナイロン支持体を処理する場合、非揮発性の酸を用いて組成物のpHを約1.5〜
約3に調節することができ、更に加塩剤を添加することもできる。)他の従来の
添加剤、例えば、湿潤剤、帯電防止剤、しみ除去剤、殺生物剤、酸化防止剤など
、を本発明の組成物に含有させることができる。
必要に応じて、繊維または糸の支持体を、カーペットやラグなどの完成品にす
る前に処理することができる。処理された支持体は、外界
温度または高温で乾燥させることができる。
利用される処理剤の量は、支持体の性質、組成物の成分の性質、および目的と
する性質にもよるが、広範に変化させることができる。この量は、所望の程度の
しみ除去特性や汚れ防止特性または撥油特性や撥水特性と組合せたときのこれら
の特性を提供するのに十分なものでなければならない。
以下の実施例により、本発明の目的および利点を更に説明するが、これらの実
施例中に記載された特定の物質およびそれらの量ならびに他の条件および詳細に
より、本発明が不正に制限されるものと解釈すべきではない。実施例において、
温度はいずれも摂氏度単位であり、部およびパーセントはいずれも、他に記載の
ないかぎり、重量基準である。
実施例 試験方法 しみ除去(SR)
カーペットのサンプルのしみ除去性について、20mlのサクランボ風味のKOOL-A
IDTM Soft Drink Mix(イリノイ州NorthfleldのKraft General Foods から入手可
能)(またはクエン酸でpH3.2に調節された0.1重量%のFD&C Red Dye # 40溶液)の
試験用溶液を、カーペットの試験サンプルのタフト化表面上に配置された開口シ
リンダ(高さ5cm、直径5cm)中に注ぐことによって、キャラクタリゼーションを行
った。最初にカーペットが試験用溶液をはじいた場合、シリンダまたはカーペッ
トをたたいて、この液をカーペットのパイル中へ浸透させた。シリンダを取り除
き、しみの付いたカーペットのサンプルを室温(約22℃)で24時間放置した。そ
の後、流出液の色がなく
なるまで、カーペットのサンプルを水ですすいだ。次に、カーペットのサンプル
を遠心機にかけてほとんどの水を除去し、65℃で乾燥させた。Minolta CR-310 L
iqht Meterを使用して乾燥カーペット上に残存するしみ(すなわち、赤色度)を
測定し、しみ除去処理を施した同じカーペットの未着色対照サンプルに対する着
色度と比較した。着色度は、Δa(着色サンプルと未着色サンプルとの差)とし
て報告されており、Δa値が低いほど、しみ除去性が良好であること、すなわち
カーペット上に残存するしみが少ないことを表している。(三次元CIE L★a★b★
カラースケールに基づく:ただし、a★は赤色‐緑色ベクトルを表し、L★は明
/暗比を表し、b★は青色/黄色比を表す。)動的耐水性(DWR)
カーペットのサンプルの動的耐水性は、試験サンプル(15.2cm×30.5cm)を水
平方向から45度傾け、サンプルから45.7cm上に配置された内径5mmの管を介して
カーペットのサンプルの中央に脱イオン水を衝突させることにより測定した。試
験サンプルの重量増加により撥水性を表した。従って、重量増加が少ないほど撥
水性が良好であることを示す。撥油性/撥水性(OR/AR)
カーペットが試験用油をはじく能力(OR)は、American Association of Text
ile Chemists and Colorists(AATCC)標準試験法No.118-1983を使用して測定した
。この試験法は、種々の表面張力の油の浸透に対する処理済み布の耐性に基づく
ものである。油およびその関連する等級数は以下の通りである:
各試験用油5滴をカーペットのサンプル上に置き、1分後にカーペットの表面
上に残存する(すなわち、カーペットのパイル中にしみ込まない)各試験用油の
油滴数を記録した。「撥油性」の数値は、5個の試験用油滴すべてがカーペット
サンプル中へのしみ込みを示さなかった最大の等級数の試験用油(すなわち、最
低の表面張力の油)に基づいて決めた。油の等級数が高くなるほど、カーペット
の撥油性が良好であることを示す。
カーペットが試験用水性液をはじく能力(AR)は、水/イソプロピルアルコール
試験用溶液を使用して測定した。試験用溶液およびその関連する等級数は以下の
通りである:
各試験用水性液5滴をカーペットのサンプル上に置き、1分後にカーペットの
表面上に残存する(すなわち、カーペットのパイル中にしみ込まない)各液の液
滴数を記録した。「撥水性」の数値は、5個の試験用液滴すべてがカーペットサ
ンプル中へのしみ込みを示さなかっ た
最大の等級数の液体(すなわち、最低の表面張力の液体)に基づいて決めた。
水性等級数が高くなるほど、カーペットの撥水性が良好であることを示す。Si 元素分析
処理済みカーペットサンプルのSi元素含有量は、Siを含有した処理済みカーペ
ット繊維の溶液を調製し、この溶液中のSiを誘導結合プラズマ(ICP)分析法で分
析することにより測定した。
硫酸(15ml)を約1gの処理済みカーペット繊維に添加し、温めたホットプレート
上にこの混合物を置いて繊維からチャーを形成させた。チャー化した混合物が透
明な黄色に変化するまで、この混合物へ硝酸を添加した。黄変した時点で過塩素
酸(3ml)を添加し、無色のサンプルを得た。次に、このサンプルをエバポレート
して5mlとし、冷却し、更に容器を脱イオン水ですすいだ。酸性液および洗液を
合わせてプラスチック製メスフラスコ(100ml)へ移し、この溶液にフッ化水素酸(
3ml)を添加し、更に脱イオン水を添加して100mlまでサンプルを希釈した。次に
、Thermo Jarrel Ash ICAP 61E分光光度計を用い、同じ酸マトリックスを有する
Si標準液に対してサンプルの分析を行った。1モルのSiが1モルのSiO2に対応し
、かつグラフト重合反応中にすべてのMAAがシリカにグラフト化されるという仮
定に基づいて、Si含有量を、カーペット上のSiO2/メタクリル酸(MAA)グラフトの
固形分%(SOC)に変換した。Si含有量はppm Siとして報告されている。いずれの場
合においても、未処理のカーペットサンプルを分析にかけて、Si元素の他の供給
源(例えば、シリコーン油)が処理済みカーペットサンプル上のSi含有量に影響
を与えなかったことを確認した。耐久性シミュレーション
「スチームクリーニング」に対するカーペット処理剤の耐性のキャラクタリゼ
ーションは、複数回の「スチームクリーニング」処理の影響をシミュレートする
条件下で、DUPONOL WAQE(ラウリル硫酸ナトリウムを基剤とする界面活性剤系で
、コネティカット州GreenwichのWitco Corp.から入手可能である)の溶液(Ph10)
中に処理済みカーペットを浸漬することにより行った。界面活性剤を水1リット
ルあたり7mlの濃度で存在させ、リン酸三ナトリウムを用いて溶液pHを10に保っ
た。浸漬後、カーペットサンプルを水道水でよくすすぎ、遠心機にかけてほとん
どの水を除去し、室温で乾燥させた。こうした試験処理をほどこしたカーペット
サンプルについて、先に説明したしみ除去性、動的撥水性、およびシリカ含有量
を調べ、その試験結果をそれぞれWAQE SR、WAQE DWR、およびWAQE ppm Siとして
報告した。「WAQE」試験処理後、カーペット処理剤がそのもとの性能の少なくと
も約25%を保持していれば、スチームクリーニングに対する良好な耐性を有して
いることになる。歩行汚れ
処理済および未処理(対照)の矩形のカーペットをパーティクルボードに取付
け、取付られたサンプルを商業地区に置いて、通常の歩行によりカーペットサン
プルに汚れを付けた。歩行量をモニタし、汚れを付ける際のカーペットサンプル
の位置および方向の影響を最小限に抑えるようにデザインされたパターンを使用
して、試験場所内の各試験サンプルの位置を毎日変化させた。汚れを付着させる
所定の試験期間(サイクル数で測定した:ただし、1サイクルは歩数およそ10,0
00歩に相当する)が経過した後、サンプルを取出し、減圧して未接着デブリを除
去した。各サンプル上に残存する汚れの量を、比色測定によ
り決定した。この際、サンプル上の汚れの量は汚れを付着させなかったサンプル
と汚れを付着させた後の対応するサンプルとの色の差に比例すると仮定した。照
明源D65を備えた Minolta CR-310 Chroma Meterを使用して、汚れを付着させな
かったサンプルおよび続いて汚れを付着させたサンプルの3つのL★a★b★色座
標を測定した。色差値ΔEは次式を用いて計算した。
ΔE = [(ΔL★)2+(Δa★)2+(Δa★)2]1/2
ただし、ΔL★ = L★ 汚染 - L★ 未汚染
Δa★ = a★ 汚染 - a★ 未汚染
Δb★ = b★ 汚染 - b★ 未汚染
こうした比色測定から計算されたΔE値は、従来の目視評価値(例えば、AATCC
提唱の汚れ評価値)と定量的に一致することが示されたが、精度がよいうえに評
価環境やオペレータによる影響が現れないという更なる利点を有する。各サンプ
ルに対する最終ΔE値は、5回〜7回の繰返し測定値の平均として求めた。
未処理対照サンプルに対するサンプルの性能向上をΔΔEで表し、次式を用い
て計算した。
ΔΔE = ΔE汚染未処理対照 - ΔE汚染処理
カップリング剤処理シリカ前駆物質の調製
連鎖移動カップリング剤処理物は、以下の一般的手順に従って調製した。シリ
カゾル懸濁液へのカップリング剤の添加は、典型的には、シリカゾルの固形分濃
度5%〜20%において行った。入手したゾルの固形分濃度が20%を超えていた場合、
典型的には、脱イオン水で希釈して、より作業性のよい濃度(すなわち、カップ
リング剤処理中またはそれに続くグラフト重合中にゲル化を起こしたり、粘稠に
なりすぎない濃度)にした。酢酸、スルファミド酸、または硫酸の添加により懸
濁液のpHを約2.5〜3.5に調節した後、カップリング剤を添加した。表1に示され
ているシランカップリング剤を、この酸性懸濁液に添加し、得られた混合物を75
℃〜80℃において16時間〜24時間攪拌した。(シランカップリング剤は、初期に
水性懸濁液の表面上に油性の膜を形成したが、16時間〜24時間反応させた後で混
合物は均一化した。)この反応におけるシランカップリング剤の使用量は、表1
に示されているカップリング剤mmol/シリカゾルgの比となるように調節した。反
応完了後、反応混合物を脱イオン水で希釈して固形分およそ2.5%〜7.5%(好まし
くは、固形分約3%)のカップリング剤処理シリカゾル懸濁液を調製した。
1.pH3.2および粘度<10cpで水に懸濁させた固形分34%の懸濁液としてイリノイ州C
hicago のNalco Chemical Co.から入手可能な平均粒径20nmを有するコロイドSiO2
懸濁液。
2.pH4.2および粘度15cpで水に懸濁させた固形分30%の懸濁液としてNalco Chemic
al Co.から入手可能な平均粒径20nmを有するAl2O3シェル含有コロイドSiO2コア
懸濁液(〜4%Al2O3)。
3.pH9.2および粘度5cpで水に懸濁させた固形分15%の懸濁液としてNalcoChemical
Co.から入手可能な平均粒径5nmを有するコロイドSiO2懸濁液。
4.pH9.2および粘度10cpで水に懸濁させた固形分30%の懸濁液としてNalco Chemic
al Co.から入手可能な平均粒径75nmを有するコロイドSiO2懸濁液。
5.pH9.5〜10および固形分15%の水性スラリーとしてイリノイ州TuscolaのCabot C
orp.,Cab-O-Sil Divisionから入手可能なアモルファスヒュームドシリカ。
6.ウィスコンシン州 MilwaukeeのAldrich Chemical Co.から入手可能なメルカプ
トプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)。
7.Aldrich Chemical Co.から入手可能なグリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン(GPTMS)。
実施例1〜10
ポリマグラフト化シリカゾルは、以下の一般的手順に従って調製した。
表2に示されているシリカ/モノマ比でモノマを、記載の前駆物質の懸濁液(
固形分3%)へ添加し、この反応混合物を、N2パージングにより約5分間脱酸素処
理し、更に、開始剤(例えば、過硫酸カリウムまたは t-ブチルヒドロペルオキシ
ド)を、反応混合物へ添加して、典型的にはモノマ濃度をおよそ 1%にした。この
反応混合物を、N2雰囲気下、65℃〜70℃において撹拌しながら24時間保持し、グ
ラフト重合を終了させた。得られた透明な青色懸濁液にはモノマ臭がなく、更に
精製せずに使用した。
1.Aldrich Chemical Co.から入手可能なメタクリル酸(MAA)。このMAAから抑制剤
を除去した直後に、MAAをDe-Hibit-100微細網状イオン交換樹脂(水で飽和させ
た塩化物のビーズの形状でヴァージニア州WarrinqtonのPolysciences,Inc.から
入手可能)のカラムに通してグラフト重合させた。
2.Aldrich Chemical Co.から入手可能なブチルアクリレート(BA)。MAAから抑制
剤を除去したときと同じ方法で、BuAから抑制剤を除去した。
3.この反応混合物にはまた、ミネソタ州St.Paulの3M Co.から入手可能なスルホ
ン化ノボラック樹脂である3MTM Stain Release Concentrate FC-369も含まれて
いた。
4.この実施例は比較例として用いたもので、シリカ粒子は、本発明の実質的に離
散した粒子ではなく、凝集物を含むものである。
比較例C-2
NALCOAGTM 1042(36.75g)を脱イオン水(450g)に添加して、固形分約2.5%のコロ
イド懸濁液を調製した。このシリカ懸濁液に、新たに蒸留したメタクリル酸(12.
5g)を添加し、得られた混合物を、N2パージングにより約5分間脱酸素処理し、
この混合物をN2雰囲気下で80℃まで加熱し、更に、t-ブチルヒドロペルオキシド
(Aldrich Chemical Co.から入手可能な活性成分70%の水溶液1.5g)を、混合物へ
添加した。こうして得られた混合物を、N2雰囲気下、80℃において撹拌しながら
24時間保持し、重合を終了させた。得られた透明な青色懸濁液にはモノマ臭がな
く、更に精製せずに使用した。
カーペット処理手順
以下の吸尽法またはフレックスニップ法により、本発明のポリマグ
ラフト化シリカゾルを、種々のナイロン6またはナイロン66のカーペットに適用
した。吸尽処理(EX)
1000mlステンレス鋼ビーカへ本発明の組成物の固形分1重量%の水性分散体500
gを仕込み、カーペットのサンプル上へ吸尽させた。場合により、MgSO4(0.5重量
%)および/またはKarawetTMDOSS(0.1重量%;メリーランド州 BaltimoreのRhone
Poulencから入手可能なジオクチルスルホスクシネート)を、この分散体に添加し
た。スルファミド酸の10重量%溶液を用いて分散体のpHを2に調節し、次に、ビ
ーカの一部分を100℃の油浴中へ浸漬した。分散体の温度が76℃に達したとき、
およそ10gのナイロンカーペットのサンプル(面重量約1.2kg/m2を有する淡青色
のナイロン66カーペット)を分散体中に完全に浸漬し、懸濁液中でカーペットを
15分間撹拌させた。その後でカーペットを浴から取り出し、脱イオン水で十分に
すすいだ。サンプルに布タオルをあてて指圧をくわえ、カーペットからほとんど
の水を吸収させた。この時点で、サンプルを室温乾燥させてSi分析にかける、ま
たは以下に記載の水溶性フルオロカルビルアルコキシシラン(FCSi)(本質的には
米国特許第5,274,159号(Pelleriteら)の実施例6に記載されているように調製し
た)の水溶液を噴霧した。フレックスニップ処理(FN)
秤量済みのカーペットサンプル(約15cm×30cm)を脱イオン水中に少なくとも5
分間浸漬した後、Mathis Laboratory Steamer Type DH()中で加圧蒸気処理にか
けた。この蒸気処理は蒸気温度約100℃で2分間行い、サンプルが蒸気中を通過
する際、サンプルのタフト化面が上向きになるようにした。蒸気処理されたカー
ペットを遠心機にかけ、カーペットの乾燥重量を基準に含浸率10重量%〜15重量%
にしてから密閉プラスチックバッグ中にサンプルを保存(最大3時間まで)
し、その後で処理にかけた。
カーペットが全浴(典型的には、カーペットサンプルの乾燥重量の4倍〜5倍
の量)を吸収するように、処理浴の量を決めた。カーペット重量に基づいてカー
ペット上の所望の固形分%(%SOC)を計算し、適切な濃度の処理剤成分(例えば、
グラフト化シリカゾル、湿潤剤など)を脱イオン水に添加して所望の重量まで浴
を希釈し、更にスルファミド酸の10%水溶液を用いて浴のpHを2に調節した。典
型的には、1%SOCのグラフト化シリカを、0.5%SOCのMgSO4と共に浴中で混合した
。(例えば、カーペットサンプル100g上に1%SOCの処理剤を付着させるために、
グラフト化シリカ固体1gおよびMgSO4 0.5gを水に添加して全浴重量を500gとした
)。この浴を6″×12″のパン中へ注ぎ、蒸気処理されたカーペットをタフト化
面が上向きになるようにして浴中に1分間浸漬した。この際、液体の含浸を促進
するためにカーペットサンプル上に重りを置いた。次に、タフト化面が下向きに
なるようにしてカーペットをスチーマ中に配置し、カーペット上の残存浴を流し
去り、更に、上述したものと同じ条件を使用してカーペットに二回目の蒸気処理
を施した。蒸気処理の直後、およそ2リットルの脱イオン水中にカーペットを3
回浸漬し、次に、遠心機にかけてカーペットの乾燥重量を基準に含浸率10%〜15%
にした。
フレックスニップ処理の直後にフルオロケミカル処理剤を処理済みカーペット
に適用するか、またはその代わりに、フレックスニップ処理と噴霧処理との間で
最大3時間まで、湿潤した処理済みサンプルを密封プラスチックバッグ中に保存
した。フルオロケミカル成分処理
グラフト化シリカ成分の吸尽処理またはフレックスニップ処理に続いて、カー
ペット処理剤組成物のフルオロケミカル成分を湿ったカーペットサンプルに適用
した。湿潤重量増加が15%のサンプルの乾燥重
量に基づいてF元素の含浸率がおよそ500ppmとなるように固形分が調節されたフ
ルオロケミカル成分の水溶液を、湿ったカーペットの試験サンプルに局所噴霧し
た。カーペットサンプルを121℃で乾燥させ、室温で少なくとも8時間放置した
後、試験に供した。
実施例10〜40および実施例46〜54
表3に記載されているように、本発明のグラフト化シリカおよびグラフト化シ
リカ/フルオロケミカル組成物ならびに上述の適用方法を使用して、カーペット
サンプルを作製した。
1.カーペットの末処理サンプル。
2.面重量約1.3kg/m2を有する灰白色のナイロン66カーペット。歩行汚れの評価に
利用した。その理由は、汚染部分と未汚染部分との間の良好なコントラストおよ
び試験ごとの一貫した再現性が得られるためである。
3.本質的に米国特許第5,274,159号(Pelleriteら)の実施例6に記載されているよ
うに調製されたフルオロカルビルアルコキシシラン。
4.市販のカーペット保護剤 ScotchgardTM FC-1373M。フルオロケミカルウレタン
を含有する固形分31重量%の水性処理剤で、3M Co.から入手可能である。
5.市販のカーペット保護剤ScotchqardTM FC-1355。固形分46.5%を含有する水性
フルオロ脂肪族ポリマ処理剤で、3M Co.から入手可能である。
6.面重量約1.2kg/m2を有する淡青色のナイロン6カーペット。しみに対する耐性
の評価に利用した。
7.面重量約1.4kg/m2を有する淡青色のナイロン66カーペット。撥油性および撥水
性の評価に利用した。
8.この処理に使用したシリカ粒子は、本発明の実質的に離散した粒子ではなく、
より小さいシリカ粒子の凝集物であった。
9.面重量約1.2kg/m2を有する淡青色のナイロン66カーペット。
10.カーペット4へ吸尽させた NALCOAGTM 1042(浴中のSiO2固形分1%)。
11.実施例3の処理剤懸濁液をロータリーエバポレータ中で蒸発乾固し、実施例3
9で調製したシリカゾルを再分散するのに使用したものと同じ手順で水中に再分
散した。
先に作製したカーペットサンプル上における本発明の保護組成物の性能特性に
ついて、先に記載した試験方法を用いてキャラクタリゼー
ションを行った。その試験結果を表4に示す。
実施例10〜40および実施例46〜54に記載の保護処理が施されたカーペットに対
する性能データは、試験に用いたカーペットのタイプおよび所定の性能特性に従
って分類した(すなわち、カーペット1は歩行汚れの評価に利用し、カーペット
2はしみに対する耐性の評価に利用し、カーペット3は撥油性および撥水性の評
価に利用し、カーペット4は吸尽処理の前後においてSiレベルを測定するために
利用した)。
★ 定義により、対照に対するΔΔEは0である。
≠ F = いずれの試験用液体に対しても撥液性は観測されなかった。
実施例39
5Åモレキュラーシーブ上で乾燥させた、開始剤を含まないメタクリル酸(22.4
g)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS;0.56g)、および開始剤(0.
23g;Aldrich Chemical Co.から入手可能なアゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN
))を、新たに乾燥させ
たメタノール(198g;CaH2を用いて蒸留した)に添加し、N2パージングにより約10
分間脱酸素処理した。次に、反応混合物を、N2でガスシールした状態で撹拌しな
がら24時間加熱して還流させた。このメタノールポリマ溶液50gにNALCOAGTM 104
2(29.4g)を添加し、反応混合物を還流下で24時間加熱した。得られた混合物をロ
ータリーエバポレータ中で蒸発乾固し、MPTMS 0.06mmol/SiO2 1gの比およびSiO2
:MAA比2:1を有する淡黄色固体を得た。
この固体5gを脱イオン水495gに添加し、十分なHO3SNH2を添加してpHを2に調
節し、更に、この溶液を使用して先に述べた吸尽処理法によりカーペットサンプ
ルを処理した。
実施例41
NH4OHを用いて実施例1のグラフト化シリカの固体分2重量%の懸濁液500gをpH
6に調節し、この懸濁液と、FCSi 10gを脱イオン水490gに溶解した溶液とを混合
して透明懸濁液を作製することにより、処理剤溶液を調製した。この懸濁液の一
部分を木製舌圧子に塗布し、指圧を加えて木に擦り込み、その後、舌圧子を140
℃で3分間乾燥させた。外界温度まで冷却させた後、約30cmの高さから舌圧子上
へ水流を衝突させたところ、優れた動的撥水性を示した。処理済み舌圧子に対し
て撥油性試験を行ったところ、油#3まで粒状油滴が生成し、30秒後について油#6
まで油滴が保持された。
同様にして、第2の圧抵器に処理剤懸濁液を塗布したが、この際、圧抵器を外
界温度で一晩乾燥させた。第2の圧抵器もまた、良好な動的撥水性を示した。
実施例42
NALCOAGTM TX-8800(イソプロパノール中に懸濁された固形分29%
の懸濁液としてNalco Chemical Co.から入手可能な平均粒径20nmを有するコロイ
ドシリカ分散体)を 3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(0.25mmol/gのシ
リカ1.423g)と混合し、得られた混合物を65℃撹拌しながら一晩加熱した。この
分散体17.01gと、FluoradTMフルオロケミカルアクリレート FX-13(ミネソタ州 S
t.Paulの3M Co.から入手可能)13.5gおよびメタクリル酸1.5gをアセトン(65ml)に
溶解した溶液と、を混合し、混合物を65℃まで加熱した。反応混合物をN2パージ
ングにより約5分間脱酸素処理し、t-ブチルヒドロペルオキシド(活性成分70%の
化合物0.215g)を添加し、攪拌しながら加熱を22時間継続した。得られた反応混
合物にはモノマ臭はなかった。この混合物はグラフト化ポリマ/シリカ比3:1の
懸濁液(固形分20%)てあった。
木製の舌圧子をこの懸濁液中に浸漬し、ティッシュペーパで舌圧子を払拭する
ことにより過剰の液体を除去し、更に、この舌圧子を室温で少なくとも15分間乾
燥させ、その後で撥液性試験に供した。処理済み舌圧子について撥油性を調べた
ところ、油#3まで粒状油滴が生成し、油#6まで油滴が保持された。処理済み舌圧
子に対する水性キットの撥液性を調べたところ、油#1まで粒状液滴が生成し、油
#3まで液滴が保持された。約30cmの高さから舌圧子上へ水流を衝突させたところ
、この舌圧子は優れた動的撥水性を示した。
実施例43
実質的に実施例41の手順に従って処理剤溶液を調製した。この際、FCSi水溶液
(1.0gのFCSiを49gの脱イオン水に溶解したもの)を、実施例1のポリマグラフ
ト化シリカ(予め脱イオン水で希釈して固形分2%にしたもの)(50g)に添加して、
固形分約2%の分散体としてFCSi/ポリマグラフト化シリカ懸濁液100gを生成させ
た。このFCSi/
ポリマグラフト化シリカを濃縮(ロータリーエバポレータ処理)して固形分約10
%の分散体を調製し、この分散体からアリコート2.02gを取り出して撥液性試験に
供した。残りの分散体を更に濃縮(ロータリーエバポレータ処理)して固形分約50
%の分散体を調製した。この分散体は蝋状固体のコンシステンシーを有していた
。固形分10%および50%の分散体はいずれも、適切な量の脱イオン水を添加して再
分散することにより固形分2%の分散体に戻すことができた。
本質的に実施例41に記載したように、再分散した FCSi/ポリマグラフト化シリ
カサンプルで舌圧子を処理し、油キットの撥油性および動的撥水性の試験を行っ
た。再分散体で処理された舌圧子は、油キットの撥液性に関して4まで粒状油滴
を生成し、6まで油滴を保持するとともに、良好な動的撥水性を示した。
実施例44
前駆物質P-1の固形分17%の分散体(29.4g)にアセトン(65.6g)を添加し、溶剤コ
ロイド分散体を混合した。この分散体にメチルメタクリレート(5.0g)を滴下し、
得られた混合物をN2雰囲気下で65℃まで加熱し、次に、N2パージングにより5分
間脱酸素処理を施した。t-ブチルヒドロペルオキシド(Aldrich Chemical Co.か
ら入手可能な固形分70%の水溶液.071g)を添加し、反応混合物を65℃においてN2
雰囲気下で24時間加熱してポリマグラフト化シリカの透明懸濁液を得た。FCSi(0
.250g)をアセトン(4.75g)に溶解した溶液を、ポリ(メチルメタクリレート)グラ
フト化シリカのアリコート(5g)に滴下し、得られた混合物を65℃において撹拌し
ながら24時間加熱した。
本質的に実施例41に記載したように、得れた FCSi/ポリマグラフト懸濁液で舌
圧子を処理し、油キットおよび動的撥水性に関する試験を行った。処理された舌
圧子は、4まで粒状油滴を生成し、6まで油
滴を保持するとともに、優れた動的撥水性を示した。
実施例45
脱イオン水(50g)をSiO2懸濁液(50g; 88SN-123; 固形分 20%; 粒径<10nm; pH10
; Nalco Chemical Co.から入手可能)に添加して固形分約10%のコロイド懸濁液を
調製した。メルカプトプロピルトリメトキシシラン(0.25q; 0.13mM/g)をこの懸
濁液に添加し、混合物を80℃において攪拌しながら16時間加熱した。
ヒドロキシエチルアクリレート(2.0g; HEA; Aldrich Chemical Co.から入手可
能)を、得られたゾルのアリコート20gに添加し、混合物を60℃まで加熱し、N2を
用いて脱気し、更にt-ブチルヒドロペルオキシド(30mq; 固形分70%の水溶液)を
反応混合物に添加した。この混合物を65℃において16時間加熱して、やや不透明
で安定なSnO2-g-HEA(1:1)グラフトの懸濁液を得た。
本発明の範囲および精神から逸脱せずに本発明の種々の修正および変更が行える
ことは、当業者には自明であろう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Compositions and methods for imparting sustained liquid repellency to a support
Field of the invention
The present invention provides a water-repellent or oil-repellent support for a support such as carpet, cloth, paper, and leather.
Or compositions and methods for imparting resistance to spots and stains.
Background of the Invention
Fluorochemicals are repellent to a support, especially a fibrous support such as a carpet.
Widely used to impart water and oil repellency and resistance to dry stains
You. Thus, the fluorochemical allows the support to retain its original aesthetic appearance.
It becomes possible.
For example, fluorochemicals with high glass transition temperatures are polished during use.
Then, it may come off from the support to be treated. As a result, the unprotected area of the support
Areas are exposed and subsequently lose their resistance to stains and dirt. Weak brittleness
Fluorochemical treatment agents that are difficult to remove may not be able to withstand the cleaning process.
Many.
Therefore, in the technical field, it is necessary to prevent persistent water repellency, oil repellency and dry stain.
There is a need for fluorochemical treatments that exhibit sustained resistance to. Such processing
The agent also preferably has sustained stain removal properties, and in addition to recent environmental concerns.
Considering the problem, it is necessary that the treating agent can be sent using water without using an organic solvent.
is there.
Summary of the Invention
Briefly, in one embodiment, the invention is directed to carpets, fabrics (wovens).
For both fabric and non-woven fabrics), paper, wood, concrete, leather and other supports
Water and oil repellency, sustained stain removal, and lasting resistance to dry stains
Provided is a fluorochemical treating agent composition that can be used for imparting properties. this
The composition includes (a) a substantially discrete, substantially monodisperse, polymer-grafted inorganic microparticle.
Sol containing a colloidal dispersion in which the particles are dispersed in a liquid, and (b) at least
And one fluorochemical. Also prepared from a monodisperse blend
Microparticles with a modified multimodal size distribution can be used for sol formation.
Wear. The sol preferably comprises an aqueous dispersion of polymer-grafted silica microparticles.
More preferably, the polymer has at least one free-radically polymerizable ethylenic monounsaturation.
It preferably contains a polymerized unit of a sum monomer. The fluorochemical has at least one
Containing two fluoroaliphatic or fluorocycloaliphatic groups and attached to microparticles
It is preferred that As used herein, "polymer grafted mi
“Particles” are essentially one (through a coupling agent immobilized on the surface)
Linear or branched, substantially cross-linked covalently attached to the microparticles only at the ends
Refers to microparticles with no polymer chains.
Surprisingly, using the compositions of the present invention,
It is possible to impart various types of supports with high removal properties and resistance to dry stains.
Wear. Moreover, since this composition is based on water, it is environmentally friendly and durable.
Satisfies the need in the art to be a fluorochemical treatment
. In another aspect, the present invention also provides sustained water and oil repellency, stain removal
One- and two-stage treatments to impart resistance and resistance to dry soiling
And useful for imparting sustained stain removal and resistance to dry soiling
A treating agent composition (provided that the composition comprises a substantially discrete, substantially monodisperse
When the macrografted inorganic microparticles are liquid (water or water
Containing a colloidal dispersion dispersed in water).
Included in the support for sustained stain removal and resistance to dry stains
A treating method for applying; and a treating agent composition of the present invention or a dry group corresponding thereto.
A processed product comprising the composition.
Detailed description of the invention
Suitable inorganic microparticles for use in the compositions of the present invention include colloidal size
(E.g., the average particle size is from about 1 nanometer (1 millimicron) to about 200 nanometers
Range). Colloidal silica is preferred, for example, colloidal titania,
Lloyd alumina, colloidal zirconia, colloidal vanadia, colloidal chromia,
Colloidal iron oxide, colloidal antimony oxide, colloidal tin oxide, and these
Other colloidal metal oxides, such as mixtures, can also be used. Colloidal microparticles include
It may contain essentially a single oxide, such as silica, or one type of acid
May contain another type of oxide deposited on the core of the oxide
No. Generally, the size (average particle size) of the microparticles is from about 1 nanometer to about 100 nanometers.
Nanometers, more preferably, in the range of about 2 nanometers to about 75 nanometers.
Also, the size of the colloidal microparticles is relatively uniform (ie, substantially
Have a scattered size distribution or two or more substantially monodisperse distributions.
Has a multimodal distribution obtained by mixing) and does not substantially condense
It is preferable to maintain a state (ie, a substantially discrete state). Monkey
If the microparticles settle, precipitation, gelling, or a significant increase in the viscosity of the sol will occur.
May occur, and furthermore, both the adhesion to the support and the optical clarity may be reduced.
There is also. For this reason, particularly suitable compounds for use in preparing the composition of the present invention are described.
Examples of the microparticles include inorganic microparticle sols (for example, inorganic microparticles in a liquid medium).
Colloidal dispersion of black particles), in particular, a sol of amorphous silica.
Unlike fumed silica, which contains irregular aggregates of colloidal particles, these zones
Are substantially monodisperse in size and shape and therefore have good optical clarity
Compositions that exhibit good and smoothness and, surprisingly, good adhesion to substrates
Can be prepared. These sols can be prepared using various techniques,
In this case, water is used as a liquid medium), and an organosol (in this case, an organic liquid is used)
Used), mixed sols (in this case, the liquid medium includes both water and organic liquids)
) Can be prepared in various forms. For example, U.S. Pat.
No. 5 (Iler) and No. 4,522,985 (Das et al.) And R.K.Iler, The Chemistry o
f About techniques and shapes described in Silica, John Wiley & Sons, New York (1979)
Please refer to the description.
In terms of surface chemistry, low cost, and environmental considerations, the preparation of the compositions of the present invention
Silica hydrosols are preferred for use. Such hydrosols are, for example,
Nyacol Products, Inc., Ashland, MD; Nalco, Oakbrook, IL
Chemical Company; and E.M. of Wilmington, Del. I. duPont de Nemours
and Company offer a variety of particle sizes in both acidic and alkaline forms.
Available in sizes and concentrations. About 2% by weight to about 50% by weight of silica in water
It is useful. If necessary, for example, an aqueous solution of an alkali metal silicate
Prepare silica hydrosol by partially neutralizing with acid to pH about 8-9
(The sodium content of the solution thus obtained is
Less than about 1% by weight). Other preparation methods for silica hydrosols, for example,
Electrodialysis, ion exchange of sodium silicate, hydrolysis of silicon compounds,
And the dissociation of the silicon element,aboveIt is described in Iler's literature.
In preparing the compositions of the present invention, generally, the zoning of the polymer-grafted microparticles is
If water and oil repellency are desired, then at least
It can be mixed with one fluorochemical. When preparing sols,
In some cases, at least a part of the surface of the inorganic microparticles is chemically reacted with a coupling agent.
It is necessary to modify by reaction (or strong physical interaction). Suitable mosquito
The coupling agent reacts (or has strong interaction) with chemical groups on the surface of the microparticles.
Can function as a chain transfer site for free radical polymerization
At least one functional group (chain transfer group: for example, -CHTwoSH, -CHTwoNHTwoEtc.)
It can be contained.
For example, silanol groups on the surface of silica microparticles
Under conditions that form a silicon-oxygen-silicon covalent bond by chemical bonding with a group,
The particles can be treated with an organosilane containing a dissolvable chain transfer group. Shi
The surface of the particles of Rica (or other metal oxides) can be treated with other compounds.
Wear. Other compounds include, for example, chemical bonds (covalent or ionic bonds)
Or it can be bonded to the particle surface by strong physical bonding
At least one functional group capable of functioning as a chain transfer site (eg, -CHTwoSH, -CHTwo
NHTwo) Containing organotitanates containing a hydrolyzable chain transfer group.
You.
Treating agents containing hydrolyzable chain transfer group-containing organosilanes are generally preferred
. A preferred class of such compounds can be represented by the formula:
And their partial hydrolysates and condensates).
Y-R-Si (R1)a(X)3-a (I)
In the formula, Y is a chain transfer group (preferably, a mercapto group, an amino-containing group,
R is a moiety selected from the group consisting of an oxygen-containing group and a halogen-containing group);
Alkylene groups having from 1 to about 12 carbon atoms and from about 6 to about 12 carbon atoms;
X is a divalent group selected from the group consisting of an arylene group having
Anionic groups (preferably halogen, having 1 to about 12 carbon atoms and optionally
Alkoxy groups, acyloxy groups, amino groups having from 1 to about 11 ether oxygen atoms
R, a group selected from the group consisting of:1Is 1 ~
Selected from the group consisting of lower alkyl groups having about 4 carbon atoms and phenyl groups
A is an integer of 0 to 2 (preferably 0).
Representative examples of preferred hydrolyzable chain transfer group-containing organosilanes include:
3-mercaptopropyltrimethoxysilane,
4-mercaptobutyltriethoxysilane,
4-mercaptobutyldimethoxymethylsilane,
6-mercaptohexyltrimethoxysilane,
4-mercaptocyclohexyltrimethoxysilane,
3-aminopropyltrimethoxysilane,
4-aminobutyltriethoxysilane,
4-aminobutyldimethoxymethylsilane,
6-aminohexyltrimethoxysilane,
4-aminocyclohexyltrimethoxysilane,
3-chloropropyltrimethoxysilane,
4-chlorobutyltriethoxysilane,
4-chlorobutyldimethoxymethylsilane,
6-chlorohexyltrimethoxysilane,
4-chlorocyclohexyltrimethoxysilane,
N, N-dimethylaminopropyltrimethoxysilane,
Glycidoxypropyltrimethoxysilane, and mixtures thereof
.
In preparing sols of polymer-grafted microparticles, hydrosols (eg, silica
Cahydrosol), mixed sol (for example, when the liquid medium is methanol, ethanol,
Seton, tetrahydrofuran, ethylene glycol, propoxyethanol, etc.
Silica gel containing an aqueous solution of at least one organic solvent (preferably water-soluble)
), Or organosol (for example, when the organic liquid medium is benzene, toluene,
Ropoxyethanol, dimethylformamide, isopropanol, ethylene glycol
Silica organosols containing coal, etc.) are generally
(One or more) and reacting the resulting mixture. Promote the reaction
To this end, heat (and stirring) may be applied. Reaction with coupling agent and its
To improve stability (and minimize viscosity during subsequent reaction with the monomer)
Sol concentration and / or pH may need to be adjusted
It will be apparent to those skilled in the art. Coupling agents are generally micro-
At least a portion of the surface of the particles is sufficiently modified to allow efficient graft polymerization (mono-
(In combination with the initiator and initiator).
Preferably, the amount of coupling agent is, for example, unit square of the surface area of the microparticle.
The amount of coupling agent per meter is about 2 × 10ー 4Mmol to about 3 × 10-3Millimol
, More preferably about 3 × 10-FourMmol to about 2 × 10-3Millimoles selected to be
It is. The obtained mixture is, for example, about 20 ° C to about 100 ° C, preferably about 50 ° C to about 1 ° C.
Stirring at a temperature of 00 ° C. (eg, about 1 hour to about 24 hours) and maintaining that temperature
Depending on the reaction of the coupling agent with the chemical groups on the surface of the microparticles (or other
Interaction). Thus, fixed to the surface
Colloidal dispersion of inorganic microparticles with organic groups attached or bound to the surface
Is obtained.
Next, one or more free-radically polymerizable ethylenically monounsaturated monomers are obtained from such a product.
Can be added to the resulting colloidal dispersion of surface modified microparticles. (Place
Optionally, add a small amount of one or more free-radically polymerizable ethylenically polyunsaturated monomers.
, The desired degree of crosslinking. ) Monomers are commonly used
It is necessary to add a larger amount than the number of moles of the coupling agent. For example, SiO2
From about 0.001 mole to about 0.10 mole of monomer (s) per gram of
Can be used. The resulting mixture (grafted water-soluble monomer in aqueous medium)
Surfactants may be included to allow for polymerization)
Add an effective amount of a thermally or radioactive free radical initiator and then heat the mixture.
(Heat to a temperature sufficient to decompose the free radical source, for example, from about 20 ° C to about 130 ° C.
) Or irradiated with radiation to polymerize the monomer.
Suitable for use in preparing polymer-grafted microparticles of the composition of the present invention
The monomer is a free radical polymerizable ethylenically unsaturated monomer (or monomer mixture)
. Useful monomers include, for example, ethylenically unsaturated acids and anhydrides;
Unsaturated macromers; ethylenically unsaturated substituted or unsubstituted esters, amides,
And nitriles; vinyl monomers; vinylidene monomers; other olefin monomers (eg
For example, styrene, ethylene, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene
Lopen); fluorochemical-containing acrylates and methacrylates;
Heterocyclic monomers are included.
Representative monomers include, for example, acrylic acid; methacrylic acid; itaconic acid;
Citraconic acid; aconitic acid; maleic acid; maleic anhydride; fumaric acid;
Acid; Cinnamic acid; Oleic acid; Vinyl sulfone
Acids; vinylphosphonic acids; alkyl, cycloalkyl, and fluoroalkyl
Esters of the above acids contained (provided that the alkyl group, cycloalkyl group, and
Fluoroalkyl groups have from 1 to about 18 carbon atoms):
Tyl, 2-ethylhexyl, octadecyl, 2-sulfoethyl, 3-sulfoethyl, a
Sethoxyethyl, cyanoethyl, hydroxyethyl, and hydroxypropyl
Acrylates and methacrylates of the above; amides of the above acids (eg,
, Acrylamide, methacrylamide, methylolacrylamide, and 1,1-
Dimethylsulfoethylacrylamide); acrylate or methacrylate powder
Edge-protected polyethylene glycol; acrylonitrile; methacrylonitrile; styrene
Len; α-methylstyrene; p-hydroxystyrene; chlorostyrene; sulfos
Tylene; N-vinylpyrrolidone; vinyl acetate; vinyl chloride; vinylfur
Oride; vinyl ether; vinyl sulfide; vinyl toluene; butadiene;
Soprene; Chloroprene; Ethylene; Isobutylene; Vinylidene chloride;
Ridenfluoride; Tetrafluoroethylene; Hexafluoropropene; Sulfated
Castor oil; sulfated black whale oil; sulfated soybean oil; and sulfated dehydrated castor oil.
I can do it. Particularly useful monomers, for example, have from 1 to about 18 carbon atoms
Alkyl acrylate and alkyl methacrylate, styrene, acrylic acid
, Methacrylic acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, fluoro
Acrylic and methacrylate containing chemicals and sodium sulfo
Styrene is mentioned. Monomers that do not dissolve in the liquid medium are
Adding a sufficient amount of solubilizing organic liquid and / or dispersant to effect
Therefore, it can be dissolved.
Useful free radical initiators include inorganic and organic peroxides, hydroperoxides
Oxide, persulfate, azo compound, redox type (example
For example, KTwoSTwoO8And NaTwoSTwoOFiveAnd free radical photoinitiators (eg, K.K.
By Dietliker,Chemistry & Technology of UV & EBFormulation for Coatings,
Inks & Paints, Volume 3, paqes276-298, SITA Technology Ltd., London (199
Initiators described in 1). Typical examples are hydrogen peroxide and persulfuric acid.
Lium, t-butyl hydroperoxide, benzoyl peroxide, t-butyl peroxide
Benzoate, cumene hydroperoxide, and azobis (isobutyronitrile
(AIBN). The choice of initiator depends on the reaction conditions (eg, choice of solvent).
) Will be apparent to those skilled in the art.
The polymerization of ethylenically monounsaturated monomers leads to polymer-grafted microparticles.
A colloidal dispersion is obtained. These microparticles include a coupling agent fixed on the surface.
Linear or branched substantially cross-linked essentially covalently attached to the agent at one end
Not included polymer chains. (As mentioned earlier, the degree of crosslinking (that is,
The percentage of the site) can, if necessary, be derived from one or more ethylenically polyunsaturated monomers.
Can be given by entering. ) Coating obtained from treatment composition of the present invention
Treatments (including polymer-grafted microparticles) to maximize their durability.
Depending on the surface energy of the support to which the composition is applied, a monomer (one or more
Is plural kinds). Therefore, the support with high surface energy
Supports that can use polar monomers and have low surface energy
For, a non-polar monomer can be selected. In addition, specific chemistry with the support
It is also possible to select monomers capable of physical or physical interaction.
Utilizing a colloidal dispersion of polymer-grafted microparticles,
In some cases, such as containing carboxylic or sulfonic acid groups,
(If using a monomer)
Leaving properties can be imparted to the support. Dispersion, for example, about 0.01% solids
The support is diluted to about 20% (preferably, solid content of about 0.05% to about 10%) with a dispersing solvent.
Or concentrated (for storage or transport) to a low solvent content.
Or essentially solvent-free (ie essentially free of a dispersing liquid medium)
). Surprisingly, in general, this solventless material
It can be essentially completely redispersed in the solvent without setting.
Sustained water repellency (in addition to sustained resistance to dry stains and stain removal)
If oil and oil repellency are desired, the colloidal dispersion of polymer-grafted microparticles should be reduced.
It can be mixed with at least one fluorochemical. In some cases,
The resulting mixture is stirred and / or heated to obtain the fluorochemical and microparticles.
It can promote a reaction or interaction with a chemical group on the daughter surface. (For example,
A temperature of about 20C to about 100C can be maintained for 1 hour to about 24 hours.
) Fluorochemical (s) are generally desired for a particular application.
It can be added at a concentration sufficient to impart a certain level of liquid repellency. Liquid medium
The fluorochemical (s) that are not soluble in
And / or a sufficient amount of solubilized organic liquid to dissolve or emulsify
Alternatively, it can be solubilized by adding a surfactant.
The fluorochemical-containing treating agent composition thus obtained has, for example, a solid content of about 0.
It can be diluted with a dispersing solvent to a concentration of 01% to about 20% and applied to a support,
It can also be concentrated (for storage or transport) to a low solvent content. Necessary
Depending on the two-stage process, the colloid content of the polymer-grafted microparticles is
The powder is applied to a support and then contains the fluorochemical (s)
The composition can be applied.
Well-known fluorochemicals that can impart water repellency and oil repellency are
Can also be utilized in the composition of the present invention. Fluorochemicals are microparticles
Preferably, it can cause chemical reactions or strong physical interactions with chemical groups on the surface.
However, fluorochemicals that do not have such performance can also be used.
Suitable fluorochemicals that can be blended include water repellent and oil repellent substrates.
Fluorochemical group-containing polymer compounds known in the art for imparting properties
And oligomeric compounds. The fluoro of these polymers and oligomers
The chemical treating agent typically has about 3 to about 20 carbon atoms, more preferably about 3 to about 20 carbon atoms.
One or more fluors comprising a perfluorinated carbon chain having from 6 to about 14 carbon atoms
Contains olochemical groups. These fluorochemical groups can be straight chain, branched,
Or a cyclic fluorinated alkylene group or any combination thereof.
Wear. Fluorochemical groups preferably contain polymerizable olefinic unsaturation
But not oxygen, divalent or hexavalent sulfur, or nitrogen.
Including any catenary (ie, in a chain attached only to carbon) heteroatoms
Can be. Fully fluorinated groups are preferred, but no more than one for every two carbon atoms
If so, a hydrogen atom or a chlorine atom may be present. In addition, any full
Orochemical groups are also preferably about 40% to about 80% by weight fluorine, more preferably
Those containing from about 50% to about 78% by weight fluorine are preferred. The terminal end of the group is generally
Is fully fluorinated, but preferably has at least 7 fluorine atoms
Includes (for example, CFThreeCFTwoCFTwo-, (CFThree)TwoCF-, SFFiveCFTwo-) Is good. Perfluorinated
Aliphatic groups (eg, CnF2n + 1-) Is the most preferred fluorochemical group.
Representative examples of suitable fluorochemicals that can be blended include fluorochemicals.
Urethane, urea, ester, ether, alcohol
Epoxides, allophanates, amides, amines (and their salts), acids (
And their salts), carbodiimide, guanidine, oxazolidinone, isocyanate
Homopolymers of annulate, biuret, acrylate and methacrylate and
And copolymers, and mixtures thereof.
Representative blendable fluorochemical group-containing polymers useful in the present invention
Is a fluorochemical type acrylate monomer, for example,
Fluorochemical acrylate and methacrylate homopolymer
Lima or copolymers include: methyl methacrylate, butyl acrylate
, Octadecyl methacrylate, oxyalkylene and polyoxyalkylene
Acrylate and methacrylate esters of polyol oligomers (eg,
Ethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate
G, polyethylene oxide diacrylate, and polyethylene glycol mono
Acrylate), glycidyl methacrylate, ethylene, butadiene, styrene
, Isoprene, chloroprene, vinyl acetate, vinyl chloride, vinylidene
Chloride, vinylidene fluoride, acrylonitrile, vinyl chloroacetate
, Vinyl pyridine, vinyl alkyl ether, vinyl alkyl ketone, acrylic
Acid, methacrylic acid, 2-hydroxyethyl acrylate, N-methylol acrylate
Amide, 2- (N, N, N-trimethylammonium) ethyl methacrylate, and 2-
Lylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS). Of the various comonomers used
The relative amounts generally depend on the substrate to be treated, the properties desired and the form of application to the substrate.
Depending on the case, it is selected empirically. Useful fluorochemical treating agents also include
Examples include blends of the various fluorochemicals described above.
Other useful materials for the present invention include fluorochemicals.
For example, a blend with a fluorine-free extender compound such as
RU:
Siloxane, (meth) acrylate and substituted acrylate polymers and copolymers
Lima, N-methylolacrylamide-containing acrylate polymer, urethane, block
Polymers and oligomers containing octocyanate, urea or melamine and forma
Condensates or precondensates with aldehyde, glyoxal resin, fatty acids and melamine
Or condensates with urea derivatives, fatty acids and polyamides and their epichlorohydrides
Condensate with adduct, wax, polyethylene, chlorinated polyethylene, alkyl
Ketene dimers, esters, and amides. These extracts do not contain fluorine
Blends of tender compounds can also be used. For fluorochemicals
The relative amount of the extender compound is not a critical factor. However, full
The overall composition of the orochemical treatment agent generally has a solid content relative to the solids present in the system.
At least about 3% by weight, preferably at least about 5% by weight, of carbon-bonded fluorine
It is included in the form of the aforementioned fluorochemical group.
Blends containing fluorine-free extender compounds as described above may also be used.
Many fluorochemicals are commercially available, including off-the-shelf products. These products
Is, for example, ScotchgardTMBranded carpet protector (Saint Paul, Minnesota)
3M Co.) and ZonylTMBranded carpet treatment (W Delaware)
E.I. of ilmington. dupont de Nemours and Company).
Useful fluorochemicals are described in U.S. Patent Nos. 3,728,151 (Sherman et al.);
816,229 (Bierbrauer), 3,896,035 (Schultz et al.), 3,901,727 (
No. 3,916,053 (Sherman et al.), No. 4,043,923 (Loudas), No. 4
No. 4,043,964 (Sherman et al.), No. 4,264,484 (Patel), No. 4,624,889
No. (Bries) and No. 5,274,159 (Pellerite et al.).
Preferred fluorochemicals for use in the compositions of the present invention are microparticle tables.
A compound that can chemically react or strongly interact with chemical groups on a surface
is there. Most preferred compounds have at least one hydrolyzable group or
It is a fluorochemical silane containing the group shown. Such compounds include, for example,
At least one which can react with silanol groups present on the surface of the silica microparticles.
Compound containing at least one silicon atom bonded to two groups, mixture of compounds
Object, polymer, or copolymer. Useful fluorochemical silanes
Las can be represented by the following general formula (however, these partial hydrolysates
And condensates):
Rf-[RTwo-Si (R1)a(X)3-a]d (II)
Where R1, X, and a are as defined above for Formula I;fIs less
At least about 4 carbon atoms and at least about 25 (preferably about 50) weight percent fluorine.
A monovalent or divalent fluoroaliphatic or fluoroalicyclic group containing; d.
Is an integer of 1 or 2 (preferably 1);TwoIs preferably arylene (good
Preferably phenylene) and alkylene of 1 to about 12 carbon atoms
A divalent linking group containing at least one group but substantially stable to hydrolysis
One or more divalent groups (eg, -CO-, -CONRThree-, -SOTwo-, -SOTwoNRThree-,-(CTwoHFourO)b-,and
-(CThreeH6O)b-: Where b is an integer of 1 to about 4, RThreeIs hydrogen or 1 to about 4 charcoals
Which is an alkyl of a prime atom).
Preferably, RfIs about 4 to about 24 (preferably
Or from about 4 to about 12) carbon atoms.
A fluoroalicyclic group which is an aliphatic group or has about 4 to about 24 carbon atoms
is there. RfMay be
Can contain catenary ether oxygen atoms (attached to carbon atoms only)
And the condition that no more than one hydrogen or chlorine is present per two carbon atoms.
Can contain a small amount of hydrogen or chlorine. Most preferably, RfIs about
Linear or branched perfluoroaliphatic radicals having 4 to about 12 carbon atoms;
Or a perfluoroalicyclic group.
Representative examples of useful fluorochemical silanes include the following compounds:
Is:
Fluorochemical silanes can be used with other non-fluorinated silanes
Can be mixed. Partial condensates of such mixtures are also available.
Wear.
Useful fluorochemical silanes include, for example, at least one reactive functional group.
At least one fluorochemical compound having from 1 to about 3 hydrolysable
Group and at least one functionality of the fluorochemical compound (s)
At least one alkyl substituted with at least one functional group capable of reacting with a group
To mix with silanes having groups, aryl groups, or alkoxyalkyl groups
Therefore, it can be prepared. Suitable fluorochemical compounds are, for example, rice
It can be adjusted by the method described in National Patent No. 5,274,159 (Pellerite et al.).
Wear.
Utilizing the treatment composition of the present invention, a continuous resistance to dry stain
In the case of using a fluorochemical-containing composition,
Water and oil repellency on carpets, fabrics (both woven and non-woven), paper
, Leather, plastic, wood, metal, glass, ceramics, stone, cement, etc.
It can be applied to a support. The composition generally comprises (e.g., a solid content
(From about 0.01% to about 20% by weight) and diluted by conventional methods known in the art.
Either (e.g., padding, spraying, exhaustion, knife coating, dipping, roll coating,
And foaming techniques). (By exhaustion technique
When treating a nylon support, the pH of the composition is adjusted to about 1.5 to about 1.5 with a non-volatile acid.
It can be adjusted to about 3 and a salting agent can be further added. ) Other conventional
Additives, such as wetting agents, antistatic agents, stain removers, biocides, antioxidants, etc.
Can be included in the composition of the present invention.
If necessary, turn the fiber or yarn support into a finished product such as carpet or rug.
Before processing. The treated support is external
It can be dried at temperature or elevated temperature.
The amount of treating agent utilized depends on the nature of the support, the nature of the components of the composition, and the purpose.
It can vary widely, depending on the nature of the process. This amount is in the desired degree
These when combined with stain removal properties, stain prevention properties, oil repellency and water repellency
Must be sufficient to provide the properties of
The following examples further illustrate the objects and advantages of the present invention.
The specific substances and their amounts listed in the examples and other conditions and details
Accordingly, the invention should not be construed as improperly limited. In an embodiment,
All temperatures are in degrees Celsius and parts and percentages are
Unless otherwise stated, by weight.
Example Test method Stain removal (SR)
20ml cherry-flavored KOOL-A for stain removal of carpet samples
IDTM Soft Drink Mix (available from Kraft General Foods, Northfleld, IL)
(Or 0.1% by weight FD & C Red Dye # 40 solution adjusted to pH 3.2 with citric acid)
The test solution is applied to an open screen placed on the tufted surface of the test sample on the carpet.
Characterize by pouring into a Linda (5 cm high, 5 cm diameter)
Was. If the carpet first repels the test solution, the cylinder or carpet
This liquid was allowed to penetrate into the pile of the carpet by tapping. Remove cylinder
The stained carpet sample was left at room temperature (about 22 ° C.) for 24 hours. So
After the effluent has no color
The carpet sample was rinsed with water until it was. Next, a carpet sample
Was centrifuged to remove most of the water and dried at 65 ° C. Minolta CR-310 L
Use iqht Meter to remove residual blots (ie redness) on dry carpet
Measured and stained against an uncolored control sample of the same carpet that had been stain-removed.
Chromaticity was compared. The degree of coloring is Δa (difference between colored sample and uncolored sample)
It is reported that the lower the Δa value, the better the stain removal property, that is,
This indicates that few stains remain on the carpet. (3D CIE L★a★b★
Based on color scale: where a★Represents a red-green vector, L★Is light
/ Dark ratio, b★Represents the blue / yellow ratio. )Dynamic water resistance (DWR)
For the dynamic water resistance of carpet samples, test samples (15.2 cm x 30.5 cm)
Through a 5 mm inside diameter tube placed 45 ° from the sample, tilted 45 degrees from the horizontal direction
The measurements were made by bombarding the center of the carpet sample with deionized water. Trial
The water repellency was indicated by the weight increase of the test sample. Therefore, the smaller the weight increase, the more repellent
Indicates good aqueous properties.Oil / water repellency (OR / AR)
The ability of a carpet to repel test oils (OR) is determined by the American Association of Text
Measured using ile Chemists and Colorists (AATCC) Standard Test Method No. 118-1983
. This test method is based on the resistance of the treated fabric to penetration of oils of various surface tensions.
Things. The oils and their associated grade numbers are as follows:
Place 5 drops of each test oil on a carpet sample and 1 minute later
Of each test oil remaining on top (ie, not penetrating into the carpet pile)
The number of oil drops was recorded. The value of "oil repellency" indicates that all five test oil droplets are carpet.
Soak into the sampleDid not showThe highest grade of test oil (ie
Oil with low surface tension). The higher the oil grade, the higher the carpet
Shows good oil repellency.
The ability of the carpet to repel aqueous test liquids (AR) is water / isopropyl alcohol
It was measured using a test solution. The test solutions and their associated grade numbers are:
Is as follows:
Place 5 drops of each test aqueous liquid on a carpet sample and 1 minute later
Liquids that remain on the surface (ie, do not seep into the carpet pile)
The drop number was recorded. The “water repellency” values indicate that all five test droplets
Soak into the sampleNot shown Was
The determination was based on the highest grade liquid (ie, the liquid with the lowest surface tension).
The higher the water rating, the better the water repellency of the carpet.Si Elemental analysis
The Si element content of the treated carpet sample is calculated based on the treated carpet containing Si.
A solution of cut fiber is prepared, and Si in this solution is separated by inductively coupled plasma (ICP) analysis.
It was measured by analysis.
Add sulfuric acid (15ml) to about 1g of treated carpet fiber and warm hot plate
The mixture was placed on top to form a char from the fibers. The charred mixture becomes transparent
Nitric acid was added to the mixture until it turned bright yellow. Perchlorine when it turns yellow
Acid (3 ml) was added to give a colorless sample. Next, evaporate this sample
To 5 ml, cooled, and rinsed the vessel with deionized water. Acid solution and washing solution
Transfer to a plastic volumetric flask (100 ml) and add hydrofluoric acid (
3 ml) was added, followed by the addition of deionized water to dilute the sample to 100 ml. next
With the same acid matrix, using a Thermo Jarrel Ash ICAP 61E spectrophotometer
The sample was analyzed for the Si standard solution. 1 mole of Si is 1 mole of SiOTwoCorresponding to
And that all MAA is grafted to silica during the graft polymerization reaction.
The Si content on the carpet based on theTwo/ Methacrylic acid (MAA) graft
Converted to% solids (SOC). Si content is reported as ppm Si. Any place
In some cases, untreated carpet samples are analyzed for other sources of Si elements.
Source (eg, silicone oil) affects Si content on treated carpet samples
Was not given.Durability simulation
Characterization of the resistance of carpet treatments to "steam cleaning"
Simulates the effects of multiple "steam cleaning" processes
Under conditions, DUPONOL WAQE (a surfactant system based on sodium lauryl sulfate)
(Available from Witco Corp., Greenwich, Conn.)
This was done by immersing the treated carpet in it. 1 liter of surfactant
Solution at a concentration of 7 ml per solution and maintain the solution pH at 10 using trisodium phosphate.
Was. After soaking, rinse the carpet sample well with tap water and centrifuge
Any water was removed and dried at room temperature. Carpets that have undergone such testing
The stain removal, dynamic water repellency, and silica content described above for the sample
And the test results as WAQE SR, WAQE DWR, and WAQE ppm Si respectively.
reported. After the "WAQE" test treatment, the carpet treatment agent may have reduced its original performance.
Also have good resistance to steam cleaning
Will be.Walking dirt
Attached and untreated (control) rectangular carpets to particleboard
Place the attached sample in the commercial area and walk the carpet
Dirt on the pull. Carpet sample for monitoring walking distance and applying dirt
Use patterns designed to minimize the effect of location and orientation
The position of each test sample in the test location was changed daily. Apply dirt
A predetermined test period (measured by the number of cycles: one cycle is about 10,0 steps)
(Equivalent to 00 steps) has elapsed, a sample is taken out, and the pressure is reduced to remove unbonded debris.
I left. The amount of dirt remaining on each sample is determined by colorimetry.
Decided. At this time, the amount of dirt on the sample
And the corresponding sample after soiling was assumed to be proportional to the color difference. Teru
Use a Minolta CR-310 Chroma Meter with a light source D65 to keep
3 L of the sample that was washed and subsequently the sample that was stained★a★b★Color seat
The target was measured. The color difference value ΔE was calculated using the following equation.
ΔE = [(ΔL★)Two+ (Δa★)Two+ (Δa★)Two]1/2
Where ΔL★ = L★ pollution -L★ Uncontaminated
Δa★ = a★ pollution -a★ Uncontaminated
Δb★ = b★ pollution -b★ Uncontaminated
The ΔE values calculated from such colorimetric measurements are calculated using conventional visual evaluation values (eg, AATCC
(Stain evaluation value proposed)), but the accuracy was good and the evaluation was good.
It has the further advantage that the value environment and the influence by the operator do not appear. Each sump
The final ΔE value for each sample was determined as the average of five to seven replicate measurements.
Express the sample performance improvement over the untreated control sample as ΔΔE and use the following equation:
Calculated.
ΔΔE = ΔEUntreated control -ΔEPollution treatment
Preparation of silica precursor treated with coupling agent
The chain transfer coupling agent treatment was prepared according to the following general procedure. Siri
Addition of the coupling agent to the kasol suspension typically involves the solids concentration of the silica sol.
Performed at 5% to 20% degrees. If the solids concentration of the obtained sol exceeds 20%,
Typically, it is diluted with deionized water to obtain a more workable concentration (ie, cup
During the ring treatment or subsequent graft polymerization, gelation or
Concentration that does not become too high). Suspended by adding acetic acid, sulfamic acid or sulfuric acid
After adjusting the pH of the suspension to about 2.5-3.5, the coupling agent was added. Shown in Table 1
Silane coupling agent is added to the acidic suspension and the resulting mixture is
Stirred at 〜80 ° C. for 16-24 hours. (The silane coupling agent was initially used
An oily film formed on the surface of the aqueous suspension, but was mixed after reacting for 16 to 24 hours.
The mixture was homogenized. Table 1 shows the amount of the silane coupling agent used in this reaction.
Was adjusted so that the ratio of the coupling agent mmol / g of silica sol was as shown in the above. Anti
After completion of the reaction, the reaction mixture is diluted with deionized water to approximately 2.5% to 7.5% solids (preferably
In other words, a suspension of silica sol treated with a coupling agent having a solid content of about 3%) was prepared.
1.Illinois C as a 34% solids suspension in water at pH 3.2 and viscosity <10 cp
Colloidal SiO with average particle size of 20 nm available from Nalco Chemical Co. of hicagoTwo
Suspension.
2.Nalco Chemic as a 30% solids suspension in water at pH 4.2 and viscosity 15 cp
Al with an average particle size of 20 nm available from al Co.TwoOThreeShell-containing colloidal SiOTwocore
Suspension (~ 4% AlTwoOThree).
3.NalcoChemical as a 15% solids suspension in water at pH 9.2 and viscosity 5 cp
Colloidal SiO with an average particle size of 5 nm available from Co.TwoSuspension.
4.Nalco Chemic as a 30% solids suspension in water at pH 9.2 and viscosity 10 cp
Colloidal SiO with an average particle size of 75 nm available from al Co.TwoSuspension.
5.Cabot C from Tuscola, Ill. As an aqueous slurry at pH 9.5-10 and 15% solids
Amorphous fumed silica available from orp., Cab-O-Sil Division.
6. Mercap available from Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wis.
Topropyltrimethoxysilane (MPTMS).
7. Glycidoxypropyltrimethoxysila available from Aldrich Chemical Co.
(GPTMS).
Examples 1 to 10
The polymer grafted silica sol was prepared according to the following general procedure.
At the silica / monomer ratio shown in Table 2, the monomers were added to a suspension of the described precursor (
Solids 3%) and the reaction mixtureTwoDeoxygenation for about 5 minutes by purging
And an initiator (e.g., potassium persulfate or t-butyl hydroperoxy).
Was added to the reaction mixture, typically to a monomer concentration of approximately 1%. this
The reaction mixture isTwoIn an atmosphere, stir at 65 ° C to 70 ° C for 24 hours while stirring.
The raft polymerization was terminated. The resulting clear blue suspension has no monomeric odor,
Used without purification.
1. Methacrylic acid (MAA) available from Aldrich Chemical Co. Inhibitor from this MAA
Immediately after removal of the MAA, the MAA was saturated with
From Polysciences, Inc. of Warrinqton, Virginia in the form of cracked chloride beads
(Available) column for graft polymerization.
2. Butyl acrylate (BA) available from Aldrich Chemical Co. Suppress from MAA
The inhibitor was removed from BuA in the same manner as the agent was removed.
3. The reaction mixture also includes St. Minnesota. Sulfo available from Paul's 3M Co.
Novolak resin 3MTM Stain Release Concentrate FC-369 also included
Was.
4. This example was used as a comparative example, and silica particles were substantially separated according to the present invention.
It contains not aggregated particles but aggregates.
Comparative Example C-2
NALCOAGTM Add 1042 (36.75 g) to deionized water (450 g) and add approximately 2.5% solids
An id suspension was prepared. This silica suspension is added to freshly distilled methacrylic acid (12.
5 g) and the resulting mixture isTwoDeoxygenate for about 5 minutes by purging,
This mixture is NTwoHeat to 80 ° C in an atmosphere and further add t-butyl hydroperoxide
(1.5 g of a 70% aqueous solution of the active ingredient available from Aldrich Chemical Co.) to the mixture
Was added. The mixture thus obtained is mixed with NTwoWith stirring at 80 ° C under atmosphere
The polymerization was terminated for 24 hours. The resulting clear blue suspension has no monomeric odor.
And used without further purification.
Carpet treatment procedure
The polymagnes of the present invention can be prepared by the following exhaustion or flex nip method.
Apply rafted silica sol to various nylon 6 or nylon 66 carpets
did.Exhaust treatment (EX)
Aqueous dispersion 1% solids by weight of the composition of the present invention in a 1000 ml stainless steel beaker 500
g was exhausted onto a carpet sample. Optionally, MgSOFour(0.5 weight
%) And / or KarawetTMDOSS (0.1 wt%; Rhone, Baltimore, MD)
Dioctyl sulfosuccinate available from Poulenc) was added to the dispersion.
Was. The pH of the dispersion was adjusted to 2 with a 10% by weight solution of sulfamic acid, then
A part of the car was immersed in a 100 ° C. oil bath. When the temperature of the dispersion reaches 76 ° C,
Approximately 10g of nylon carpet sample (area weight about 1.2kg / mTwoPale blue with
Nylon 66 carpet) is completely immersed in the dispersion and the carpet is
Stir for 15 minutes. Then remove the carpet from the bath and add enough deionized water
Rinse. Apply a cloth towel to the sample and apply shiatsu.
Water was absorbed. At this point, the sample is dried at room temperature for Si analysis, or
Or a water-soluble fluorocarbylalkoxysilane (FCSi) as described below (essentially
Prepared as described in Example 6 of US Pat. No. 5,274,159 (Pellerite et al.).
Was sprayed.Flex nip treatment (FN)
Weigh a weighed carpet sample (approximately 15 cm x 30 cm) in deionized water for at least 5
After immersion for 5 minutes, pressurized steam treatment in Mathis Laboratory Steamer Type DH ()
I did. This steam treatment is performed at a steam temperature of about 100 ° C for 2 minutes, and the sample passes through the steam.
In this case, the tufted surface of the sample was set to face upward. Steamed car
Centrifuge the pet and impregnate 10% to 15% by weight based on the dry weight of the carpet
And then store the sample in a sealed plastic bag (up to 3 hours)
And then processed.
The carpet is full bath (typically 4-5 times the dry weight of the carpet sample)
The amount of the treatment bath was determined so that the amount of the treatment bath was absorbed. Car based on carpet weight
Calculate the desired% solids (% SOC) on the pet and treat the appropriate concentration of treatment ingredients (eg,
(Grafted silica sol, wetting agent, etc.) to deionized water and bath to desired weight
And the pH of the bath was adjusted to 2 with a 10% aqueous solution of sulfamic acid. Scripture
Formally, 1% SOC grafted silica is replaced with 0.5% SOC MgSOFourMixed in the bath with
. (For example, to deposit 1% SOC treatment agent on 100 g of carpet sample,
1 g of grafted silica solid and MgSOFour Add 0.5g to water to bring total bath weight to 500g
). Pour this bath into a 6 "x 12" pan and tuft the steamed carpet
It was immersed in the bath for 1 minute with the surface facing upward. At this time, promotes liquid impregnation
A weight was placed on the carpet sample to remove. Next, the tufted surface faces downward
Place the carpet in the steamer and flush the remaining bath on the carpet
Left, and a second steam treatment on the carpet using the same conditions as described above
Was given. Immediately after steaming, place the carpet in approximately 2 liters of deionized water.
Dip twice, then centrifuged 10% to 15% impregnation based on dry weight of carpet
I made it.
Carpet treated with fluorochemical treatment immediately after flex nip treatment
Or alternatively between the flex nip and spray treatment
Store wet processed samples in sealed plastic bags for up to 3 hours
did.Fluorochemical component treatment
Following the exhaustion or flex nip treatment of the grafted silica component,
Applying fluorochemical components of pet treatment composition to wet carpet samples
did. Dry weight of sample with 15% wet weight gain
The solid content is adjusted so that the impregnation rate of element F is about 500 ppm based on the amount.
A topical spray of an aqueous solution of the lurochemical component onto a wet carpet test sample
Was. Carpet samples were dried at 121 ° C. and left at room temperature for at least 8 hours
Later, it was subjected to the test.
Examples 10-40 and Examples 46-54
As shown in Table 3, the grafted silica of the present invention and the grafted silica
Carpet using lica / fluorochemical composition as well as application method described above
A sample was prepared.
1. Carpet finished sample.
2.Area weight about 1.3kg / mTwoA gray-white nylon 66 carpet having For evaluation of walking dirt
used. The reason is that there is good contrast between the contaminated and uncontaminated parts and
This is because consistent reproducibility is obtained for each test.
3. Essentially as described in Example 6 of US Pat. No. 5,274,159 (Pellerite et al.)
Fluorocarbylalkoxysilane prepared as follows.
4. Scotchgard, a commercially available carpet protective agentTM FC-1373M. Fluorochemical urethane
And is available from 3M Co. as a 31% by weight solids treatment.
5. Scotchqard, a commercial carpet protectantTM FC-1355. Aqueous containing 46.5% solids
A fluoroaliphatic polymer treatment available from 3M Co.
6.Area weight about 1.2kg / mTwoA light blue nylon 6 carpet having Resistance to spots
Used for evaluation.
7.Surface weight about 1.4kg / mTwoLight blue nylon 66 carpet with. Oil and water repellency
It was used for gender evaluation.
8. The silica particles used in this treatment are not substantially discrete particles of the present invention,
It was an aggregate of smaller silica particles.
9.Surface weight about 1.2kg / mTwoLight blue nylon 66 carpet with.
10. NALCOAG exhausted to carpet 4TM 1042 (SiO in bathTwo1% solids).
11. The treating agent suspension of Example 3 was evaporated to dryness in a rotary evaporator, and
Redisperse in water using the same procedure used to redisperse the silica sol prepared in 9.
Scattered.
The performance characteristics of the protective composition of the present invention on the carpet sample prepared earlier
Characterization using the test method described above.
Was conducted. Table 4 shows the test results.
For the carpet subjected to the protection treatment described in Examples 10 to 40 and Examples 46 to 54,
Performance data will depend on the type of carpet used in the test and the specified performance characteristics.
(That is, carpet 1 is used for the evaluation of walking dirt,
2 was used for evaluation of stain resistance, and carpet 3 was evaluated for oil repellency and water repellency.
The carpet 4 was used to measure the Si level before and after the exhaust treatment.
used).
★ By definition, ΔΔE for the control is zero.
≠ F = No liquid repellency was observed for any of the test liquids.
Example 39
5) Initiator-free methacrylic acid (22.4
g), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS; 0.56 g), and initiator (0.
23 g; azobis (isobutyronitrile) available from Aldrich Chemical Co. (AIBN
)), Newly dried
Methanol (198 g; CaHTwoAnd distilled with N)TwoAbout 10 due to purging
It was deoxygenated for minutes. Next, the reaction mixture isTwoDo not stir while sealing with gas.
The mixture was heated to reflux for 24 hours. NALCOAG was added to 50 g of this methanol polymer solution.TM 104
2 (29.4 g) was added and the reaction mixture was heated under reflux for 24 hours. The resulting mixture is
Evaporated to dryness in a tally evaporator, MPTMS 0.06 mmol / SiOTwo 1g ratio and SiOTwo
A pale yellow solid having a: MAA ratio of 2: 1 was obtained.
Add 5 g of this solid to 495 g of deionized water and add enough HOThreeSNHTwoTo adjust the pH to 2.
And using this solution by the exhaust treatment method described above.
Processed.
Example 41
NHFour500 g of a 2% by weight solids suspension of the grafted silica of Example 1 was
6 and mix this suspension with a solution of 10 g of FCSi dissolved in 490 g of deionized water.
Thus, a treating agent solution was prepared by preparing a clear suspension. One of this suspension
Apply the part to the wooden tongue depressor, apply finger pressure and rub the wood, then apply the tongue depressor to 140
Dry for 3 minutes at ° C. After cooling down to ambient temperature, from the height of about 30 cm on the tongue depressor
When subjected to a water flow, it exhibited excellent dynamic water repellency. For processed tongue depressor
Oil repellency test, oil droplets up to oil # 3 were formed, and after 30 seconds, oil # 6
Oil drops were retained until.
Similarly, the treatment agent suspension was applied to the second pressure vessel, but at this time, the pressure vessel was removed.
Dry overnight at ambient temperature. The second pressure vessel also showed good dynamic water repellency.
Example 42
NALCOAGTM TX-8800 (29% solids suspended in isopropanol)
Colloid with an average particle size of 20 nm available from Nalco Chemical Co. as a suspension of
Silica dispersion) with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (0.25 mmol / g silica).
Rica 1.423 g) and the resulting mixture was heated with stirring at 65 ° C. overnight. this
17.01 g of dispersion and FluoradTMFluorochemical acrylate FX-13 (Minnesota S
13.5 g and 1.5 g of methacrylic acid in acetone (65 ml).
The dissolved solution was mixed, and the mixture was heated to 65 ° C. The reaction mixture is NTwopurge
Deoxygenation treatment for about 5 minutes with t-butyl hydroperoxide (active ingredient 70%
Compound (0.215 g) was added and heating continued with stirring for 22 hours. The resulting reaction mixture
The compound had no monomeric odor. This mixture has a grafted polymer / silica ratio of 3: 1.
There was a suspension (20% solids).
Immerse a wooden tongue depressor in this suspension and wipe off the tongue depressor with tissue paper
And remove the tongue depressor at room temperature for at least 15 minutes.
After drying, they were subjected to a liquid repellency test. Oil repellency of treated tongue depressor was examined
However, granular oil droplets were generated up to oil # 3, and the oil droplets were held up to oil # 6. Treated tongue pressure
When the water repellency of the aqueous kit was examined, the granular droplets were formed up to oil # 1,
Droplets were held until # 3. Water flow impinging on the tongue depressor from a height of about 30 cm
This tongue depressor exhibited excellent dynamic water repellency.
Example 43
A treatment solution was prepared substantially according to the procedure of Example 41. At this time, FCSi aqueous solution
(1.0 g of FCSi dissolved in 49 g of deionized water) was added to the polymer graph of Example 1.
To silica (pre-diluted with deionized water to 2% solids) (50 g)
Produce 100 g of FCSi / polymer grafted silica suspension as a dispersion with about 2% solids
Was. This FCSi /
The polymer-grafted silica is concentrated (rotary evaporator treatment) to a solid content of about 10
% Dispersion was prepared and 2.02 g of an aliquot was removed from this dispersion and tested for liquid repellency.
Provided. The remaining dispersion was further concentrated (rotary evaporator treatment) to a solid content of about 50
% Dispersion was prepared. This dispersion had a waxy solid consistency
. Both 10% and 50% solids dispersions can be reconstituted by adding an appropriate amount of deionized water.
By dispersing, it was possible to return to a dispersion having a solid content of 2%.
Redispersed FCSi / polymer grafted silicone essentially as described in Example 41.
Treat the tongue depressor with a sample to test the oil repellency and dynamic water repellency of the oil kit
Was. The tongue depressor treated with the redispersion gives up to 4 oil droplets with respect to the repellency of the oil kit.
And showed good dynamic water repellency while retaining oil droplets up to 6.
Example 44
Acetone (65.6 g) was added to a dispersion (29.4 g) of the precursor P-1 having a solid content of 17%.
The Lloyd dispersion was mixed. Methyl methacrylate (5.0 g) was added dropwise to this dispersion,
The resulting mixture is NTwoHeat to 65 ° C under atmosphere, then NTwo5 minutes by purging
A deoxidation treatment was performed during the period. t-butyl hydroperoxide (Aldrich Chemical Co.
(071 g) of a 70% solids aqueous solution available from Co., Ltd.Two
Heating in an atmosphere for 24 hours gave a clear suspension of polymer-grafted silica. FCSi (0
.250 g) in acetone (4.75 g) was added to poly (methyl methacrylate)
Aliquots (5 g) of bleached silica were added dropwise and the resulting mixture was stirred at 65 ° C.
While heating for 24 hours.
The tongue is obtained with the FCSi / polymer graft suspension obtained essentially as described in Example 41.
The indenter was treated and tested for oil kit and dynamic water repellency. Processed tongue
The indenter produces granular oil droplets up to 4 and oil up to 6
It retained the drops and exhibited excellent dynamic water repellency.
Example 45
Deionized water (50g) with SiOTwoSuspension (50g; 88SN-123; 20% solids; particle size <10nm; pH10
(Available from Nalco Chemical Co.) to obtain a colloidal suspension with about 10% solids.
Prepared. Mercaptopropyltrimethoxysilane (0.25q; 0.13mM / g)
Added to the suspension and the mixture was heated at 80 ° C. with stirring for 16 hours.
Hydroxyethyl acrylate (2.0 g; HEA; available from Aldrich Chemical Co.)
Was added to a 20 g aliquot of the resulting sol and the mixture was heated to 60 ° C.TwoTo
And then degassed with t-butyl hydroperoxide (30 mq; 70% solids aqueous solution).
Added to the reaction mixture. Heat this mixture at 65 ° C for 16 hours, slightly opaque
And stable SnOTwoA suspension of -g-HEA (1: 1) graft was obtained.
Various modifications and alterations of this invention can be made without departing from the scope and spirit of this invention.
That will be obvious to those skilled in the art.
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(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),AU,CA,JP
(72)発明者 ハムロック,スティーブン ジェイ.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
セントポール,ピー.オー.ボックス
33427
(72)発明者 ペレリテ,マーク ジェイ.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
セントポール,ピー.オー.ボックス
33427────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
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U, MC, NL, PT, SE), AU, CA, JP
(72) Inventors Hamrock, Stephen Jay.
United States, Minnesota 55133-3427,
St. Paul, P. Oh. Box
33427
(72) Inventors Pererite, Mark Jay.
United States, Minnesota 55133-3427,
St. Paul, P. Oh. Box
33427