[發明專利]作為拒斥性聚合物熔體添加劑的氟化物二酯

有效

• 申請號: 200580048387.7
• 申請日: 2005-11-03
• 公開（公告）號: CN101124271A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 凱坦·P·亞里瓦拉;約翰·A·滕佩蘭特
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: C08K5/435
• 分類號: C08K5/435;C07C311/09;D01F1/10;C07C323/12;C07C69/63
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 樊衛民;郭國清

發明領域

本發明涉及將某些氟化物二酯(fluorochemical?diester)添加到聚合物熔體中，用于給熱塑性聚合物，尤其是纖維、織物、非織造物、薄膜和模制品，賦予優異的對低表面張力流體的拒斥性。

發明背景

地毯和紡織纖維在日常使用中容易被沾污(soiled)和染污(stained)。隨著合成纖維如聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯和聚酯的出現，它們顯然比傳統的天然纖維如棉和羊毛更具有親脂性(親油性)，纖維沾污的問題變得更加嚴重。

已知許多種物質可導致沾污。纖維上發現的污物可包括：各種固體粒子，如飛灰或其它無機微粒；液體，如油和油脂；固體和液體的混合物，如煙灰(其包含混有油性成分的粒子)；和生物物質，如皮膚細胞和皮脂。

污物典型地通過范德華力粘附在纖維表面，該作用力僅在很短的距離內有效。這種結合強度取決于以下因素：每單位界面面積的相互作用力，接觸面積，和纖維表面是否存在液體。在纖維上的油性薄膜增加了沾污。通常，液體的粘性越高，液體對纖維的粘附力就越強。污物粒子甚至能粘附到起初光滑的表面，如聚酯和聚乙烯薄膜。污物通常不是被機械截留在纖維中。

纖維染污會以廣泛的各種途徑發生，包括：通過外界有色物質與纖維的離子鍵合或共價鍵合。例如，尼龍纖維是具有末端氨基和羧基端基的聚酰胺。尼龍通常被酸性染料染污，該酸性染料為有色的帶負電荷的分子，其離子鍵合到質子化的末端胺上。染污的酸性染料的例子包括含有FD&C?Red?Dye?No.4、葡萄酒和芥末的液體。

多年來，通過施用拒油拒水的整理劑(finish)，賦予地毯和紡織纖維防沾污性(相對于防染污性)。也許纖維的第一防沾污劑是淀粉，當洗滌纖維時淀粉能與污物一起被除去。其它水溶性聚合耐染污整理劑包括：甲基纖維素、羥丙基淀粉、聚乙烯醇、藻酸、羥乙基纖維素和羧甲基纖維素鈉。如同淀粉那樣，這些保護性整理劑的很大的缺點是它們的作用機制是犧牲性的；它們包含污物，但是在纖維清洗時與污物一起被除去。

包括丙烯酸類、甲基丙烯酸類和馬來酸聚合物的烯類聚合物，也被用作為去污劑。美國專利3,377,249公開了如下的乳劑，該乳劑為丙烯酸乙酯與至少20％丙烯酸、甲基丙烯酸、或衣康酸與N-羥甲基丙烯酰胺的組合的共聚物。

近來，氟化物去污劑已變得很普及。將氟化物劑涂覆到纖維上，通過使表面和能沾污地毯的物質之間的化學接觸最小化來防止表面濕潤，從而使得所述物質更易除去。

第一氟化物整理劑致力于降低纖維表面能，以防止油性污物的擴散。最近開發的氟化物整理劑已試圖聯合降低表面能和親水性，其描述于美國專利3,728,151。許多專利描述了用作纖維的防沾污涂料的氟化聚合物，包括美國專利3,759,874(描述了聚氨酯類化合物，其由親油的含氟嵌段和親水的聚環氧乙烷嵌段的組合組成)和美國專利4,046,944(描述了氟化縮合嵌段共聚物，其包括由脲鍵合的親油的氟化嵌段和親水的聚環氧乙烷嵌段)。

盡管纖維上的氟化整理涂層確實給纖維帶來了一定的防沾污性，但是它們都有明顯的缺點，即在纖維的日常保養中被除去。目前可用的氟化物整理劑無一能提供永久的對沾污和染污的防護。這對于聚丙烯來說尤其是個問題，其親油性很高，并已開始與尼龍競爭作為用于住宅地毯的纖維。

熱塑性聚合物纖維經常用氟化物處理，以影響纖維的表面特性，例如提高防水性或帶來防染污性或防干污物性。最經常地，通過噴射、浸軋或起泡，將氟化物分散體局部用到這些纖維制成的織物上，隨后通過干燥步驟除去水。

例如，已知一種方法可使紡織纖維獲得防沾污性和防火焰傳播特性，該方法包括：局部涂覆各種氟化酯的水分散體，該氟化酯由全氟烷基脂族醇(其式為C_nF_2n+1(CH₂)_mOH，其中n為約3至14，m為1至3)以及一元或多元羧酸(含有3至30個碳原子，并可能含有其它取代基)衍生得到。其它氟化酯類包括，尤其是，與從DuPont購得的“ZONYL”FTS相對應的全氟烷基乙基硬脂酸酯，以及由十二烷二酸或十三烷二酸制得的全氟烷基乙基二酯。

已清楚地認識到，如果在纖維擠出之前，將氟化物添加劑摻入到聚合物熔體中，以取代局部施用，就可以簡化熱塑性聚合纖維和織物的制備方法，并且可以明顯節省資金投入。困難在于找到合適有效的氟化物添加劑。