專利名稱：用于紡織品的有機硅類阻燃劑體系的制作方法
背景技術：
本發明涉及用于紡織品涂覆的組合物。更具體地，本發明涉及牢固地附著在紡織品上并提供阻燃性的有機硅組合物。
用于服裝工業的紡織品在它們可被銷售之前必須遵守某些標準。根據政府的規定，服裝外層必須表現出一定程度的阻燃性。阻燃性可以通過將阻燃性紡織品混紡到纖維中而獲得。例如，在很多情況下棉布和聚酯混紡，以獲得所需水平的阻燃性。遺憾的是，和阻燃性紡織品混紡的纖維對于最終紡織品的性質如柔軟度有負面影響。在柔軟度是爭點時，可以通過用阻燃性材料處理來賦予阻燃性。例如用與纖維耐反應的磷類分子或聚羧酸鹽(酯)處理紡織品能得到纖維的阻燃性。遺憾的是，這些處理物常常引起不能接受的纖維強度損失，或者需要特殊的處理設備。
因此需要制備可以用于處理紡織品的阻燃處理物，并提供消費者喜歡的織品優點以及顯示出耐用性。因此，不斷在尋求滿足這些要求的新型處理物。
發明內容
本發明提供了包含至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的有機硅組合物，該聚硅氧烷或硅氧烷低聚物由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化，其中所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物賦予含纖維素基體以阻燃性。
在另一實施方案中，本發明提供了處理含纖維素基體的方法，包括(a)用有機硅組合物的水溶液，分散體或乳狀液潤濕含纖維素基體，該組合物包含至少一種由氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物；和(b)在約125℃至約220℃的溫度下固化潤濕的含纖維素基體。
在又一實施方案中，本發明提供了含有至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的含纖維素基體，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化。
具體實施例方式
本發明包含有機硅組合物，該組合物包含至少一種由含有胺的基團(下文也稱為“氨基”)和至少三個能夠用作交聯位點的官能團(下文也稱為“交聯前體”)官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物。本發明的聚硅氧烷賦予天然纖維/纖維素基體或含天然纖維/纖維素的基體以阻燃性。
本發明包括至少一種具有以下通式的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物MaM’bDcD’dTeT’fQg其中下標a、b、c、d、e、f和g是0或正整數，受到下標b、d和f之和至少為2的限制，條件是如果d和f是0，則b至少是4；其中M具有通式R13SiO1/2，M’具有通式(X)hR23-hSiO1/2D具有通式R32SiO2/2，D’具有通式(X)(2-1)1R4SiO2/2，T具有通式R5SiO3/2，T’具有通式(X)SiO3/2，以及Q具有通式SiO4/2，其中下標h介于1至3之間；下標i是0或1；每一個R1、R2、R3、R4、R5獨立地為交聯前體、氫原子、C1-30烷基、C1-22烷氧基、C2-22鏈烯基、C6-14芳基、C6-22烷基取代的芳基和C6-22芳烷基，任意這些基團都可以被鹵化，例如氟化以包含氟代烴如C1-22氟烷基，或者可以包含通式為(CH2CHR6O)K的聚醚單體，其中每個重復單元中的R6獨立地為CH3或H，“k”介于約4至約50之間；每個X獨立地為氨基或交聯前體，條件是，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的每個分子具有至少三個交聯前體和至少一個氨基。氨基通常為C1-30氨基烷基的形式。氨基可以含有伯氮基、仲氮基、叔氮基、季氮基，或它們的任何混合物。它可以是或可以不是脂肪環結構的一部分。它也可以構成芳環或被芳環隔斷。氨基可以含有任意數目的氮原子，優選1或2個。優選的氨基是氨丙基和氨乙基氨丙基。在本發明的各種實施方案中使用的術語“烷基”意指正烷基、支鏈烷基、芳烷基和環烷基。正烷基和支鏈烷基優選為含有約1至約30個碳原子的那些，且示范性的非限制性實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、十二烷基、十六烷基和十八烷基。所指的環烷基優選為含有約4至約12個環碳原子的那些。這些環烷基的一些示范性的非限制性實例包括環丁基、環戊基、環己基、甲基環己基和環庚基。優選的芳烷基是含有約7至約14個碳原子的那些。這些芳烷基包括但不限定于苯甲基、苯丁基、苯丙基和苯乙基。在本發明的各種實施方案中所用的芳基優選是含有約6至約20個環碳原子的那些并含有至少一個單環或多環基團，其中多環可以包括稠合環或連接環。這些芳基的一些示范性的非限制性實例包括苯基、聯苯基和萘基。合適的鹵代基團的示范性的非限制性實例是三氟丙基。
根據本發明，本文中使用的“交聯前體”包括能夠提供與本發明的其它氨基官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物，或者與添加的含有至少兩個交聯前體的交聯化合物直接(即羥基)或間接(即烷氧基)交聯的任何基團。典型的交聯前體包括羥基、烷氧基、氫和結合有親核基團的親電子基團。最典型地，該交聯前體是羥基。
在能夠賦予含纖維素基體阻燃性的本發明的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物上的氨基數目至少為一個，然而，聚硅氧烷或硅氧烷低聚物上的所有硅原子都可以用氨基取代。在本發明的優選實施方案中，用氨基取代的硅原子與未被取代的硅原子的平均比值介于約1和約5之間。優選地，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物是水溶性的或能夠被乳化的。
本發明的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物一般是以上面描述的結構參數為條件，在合適催化劑存在下通過包含硅烷或氨基取代的低聚硅烷和交聯前體的平衡反應而制備的。催化劑優選是堿性催化劑。
在本發明的一個實施方案中，有機硅組合物包含較大比例的特定直鏈、支鏈、交聯或環狀的聚硅氧烷。同樣，合適的組合物可以包含一種或多種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物，該聚硅氧烷或硅氧烷低聚物可以含有基于含硅物質總量約0.0001wt％至約5wt％含量的不定(adventitious)量的其它物質，例如，在所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的合成期間所產生的。在示范性實例中，合適的組合物可能含有不定量的D4，或包含S-H，Si-OH，Si-O-烷基鍵的物質，及它們的不含氨基的混合物。
本發明的有機硅纖維處理物組合物也可任選包括添加劑，例如催化劑或催化劑混合物；交聯劑；有機化合物；含有如磷、硼、鋁、鎂或鋅的無機化合物或其組合，條件是這些添加物或添加物的基團對有機硅組合物的阻燃性沒有負面效應。在本發明的優選實施方案中，有機硅組合物可以包括至少一種鋁化合物，如乳酸鋁。當存在時，該鋁組合物存在的量占有機硅組合物的約0.01重量％至約10重量％，且更優選占有機硅組合物的約0.5％至約5％。
也可以存在加速纖維上有機硅組合物固化的催化劑。通常，催化劑存在的量基于組合物中的硅為約0.0001重量％至約10重量％，優選基于組合物的總量為約0.001重量％至約5重量％。固化催化劑的實例包括但不限于，有機或無機酸和堿。
本發明的有機硅組合物包括至少一種由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物，通常賦予材料阻燃性，所述材料如紡織品，包括含有纖維素的表面，例如天然纖維和包括混紡物的再生纖維。本發明特別的優點在于，所述官能團能夠將有機硅組合物牢固地粘附到含有纖維素的表面。
有機硅組合物可以通過本領域技術人員已知的任何方法施用至基體。例如，用于紡織品處理軋染法(padding process)是常見的。通常，在軋染法中，基體用有機硅組合物的水溶液、非水溶液、分散體或乳化液潤濕。例如，可以以水的混合物供應有機硅組合物，該混合物可以含有基于混合物總量約0.01重量％至約99重量％的有機硅組合物。在將有機硅組合物施用至基體之后，可以固化該組合物一段約5分鐘至約2小時的時間，優選一段約5分鐘至30分鐘的時間。通常，固化溫度介于約125℃至約220℃之間，優選介于約150℃和200℃之間。或者，取代的有機硅或有機硅樹脂可以以相同的方式施用至潔凈的基底并固化。
為了本領域的技術人員能夠更好地實施本發明，通過說明而非限制的方式給出以下實施例。
實施例代表性的纖維處理物將2英寸×6英寸大小的100％棉布片和含有5重量％硅氧烷低聚物(氨乙基氨丙基硅倍半氧烷低聚物，Gelest，Inc.，在表1中稱為“硅氧烷”)和乳酸鋁(基于纖維處理物組合物的總重量為0.9重量％或3.7重量％)的水溶液在室溫下振蕩。移出纖維并通過手翻布匹絞干機處理。測量到收集的濕份(wet)接近100％。重復進行總共14片試樣。試樣在鼓風烘箱中于150℃加熱20分鐘，然后使其冷卻至室溫。5片試樣在處理/加熱后評價阻燃性能，在火焰測試前洗滌另外5片。
纖維洗滌在一加侖金屬涂料罐中混合3.9克1993 AATCC洗衣用洗滌劑和1.5kg自來水。將罐安放在攪拌器/熱板上，并配置有懸掛的具有三片葉輪的機械攪拌器，所述葉輪恰好位于水面下。以和水成45℃角的方式插入金屬熱電偶插。加入七片處理的織物(全都出于同樣的處理)。在攪拌器設定在60-70％時，將試樣在49℃下洗滌12分鐘。然后移出織物試樣并放在燒杯中，在流動的冷自來水下(～15℃)沖洗5分鐘。除去過量的水，在室溫下在支架上水平干燥試樣過夜。
火焰測試在測試之前，將所有的織物片在鼓風烘箱中在105℃下調節30分鐘。試樣被分別放在試樣架上并在干燥器中保持1-3小時。然后按照45°16CFR1610測試的標準約定進行試樣的火焰測試。所用的火焰檢測器是由Govmark Organization Inc.(Bellmore，NY)制造的。
表1處理和未處理的100％棉布片的火焰測試數據
1測試的5個試樣中顯示基底燒毀的試樣數目。
2根據16CFR1610測試確定阻燃性級別。
3在火焰測試中，在洗滌前后所有未處理的織物被完全燒毀。處理的試樣沒有被完全燒毀。
表1的數據清楚地表明，用有機硅組合物的混合物處理的棉布片在洗滌前后都顯示了阻燃性。
盡管為了說明已經列出了典型的實施方案，但上面的描述不應認為是對本發明范圍的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍下，本領域的技術人員可以進行各種變化、修改和替換。
權利要求
1.有機硅組合物，包括至少一種由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物，其中所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物賦予含纖維素基體以阻燃性。
2.權利要求1的組合物，其中所述至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物具有通式MaMb’DcDd’TeT’fQg其中下標a、b、c、d、e、f和g是0或正整數，受到下標b、d和f之和至少為2的限制，條件是如果d和f是0，則b至少是4；其中M具有通式R13SiO1/2，M’具有通式(X)hR23-hSiO1/2D具有通式R32SiO2/2，D’具有通式(X)(2-1)1R4SiO2/2，T具有通式R5SiO3/2，T’具有通式(X)SiO3/2，以及Q具有通式SiO4/2，其中下標h介于1至3之間；下標i是0或1；每一個R1、R2、R3、R4、R5獨立地為交聯前體，氫原子，C1-30烷基，C1-22烷氧基，C2-22鏈烯基，C6-14芳基，C6-22烷基取代的芳基，C6-22芳烷基，C1-22氟烷基，或C1-22聚醚；每個X獨立地為氨基或交聯前體，條件是，每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個交聯前體，以及每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個氨基。
3.權利要求2的組合物，其中交聯前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
4.權利要求3的組合物，其中交聯前體包括羥基。
5.權利要求1的組合物，其中氨基包括氨丙基、氨乙基氨丙基，或其組合。
6.權利要求5的組合物，其中氨基包括氨乙基氨丙基。
7.權利要求1的組合物，其中聚硅氧烷用氨基取代的硅原子與未被取代的硅原子的平均比值介于約1和約5之間。
8.權利要求1的組合物，其中含纖維素基體包括天然纖維，再生纖維，其共混物或組合。
9.權利要求8的組合物，其中含纖維素基體包括天然纖維。
10.權利要求1的組合物，其中組合物進一步包括鋁化合物。
11.權利要求10的組合物，其中組合物進一步包括乳酸鋁。
12.有機硅組合物，包括(a)至少一種由至少一個氨乙基氨丙基和至少三個官能羥基官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物；和(b)乳酸鋁，其中組合物賦予含纖維素基體以阻燃性。
13.處理含纖維素基體的方法，包括(a)用有機硅組合物的水溶液，分散體或乳狀液潤濕含纖維素基體，所述組合物包含至少一種由氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物；和(b)在約125℃至約220℃的溫度下固化潤濕的含纖維素基體。
14.權利要求13的方法，其中所述至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物具有通式MaMb’DcD’dTeTfQg其中下標a、b、c、d、e、f和g是0或正整數，受到下標b、d和f之和至少為2的限制，條件是如果d和f是0，則b至少是4；其中M具有通式R13SiO1/2，M’具有通式(X)hR23-hSiO1/2，D具有通式R32SiO2/2，D’具有通式(X)(2-1)1R4SiO2/2，T具有通式R5SiO3/2，T’具有通式(X)SiO3/2，以及Q具有通式SiO4/2，其中下標h介于1至3之間；下標i是0或1；每一個R1、R2、R3、R4、R5獨立地為交聯前體，氫原子，C1-30烷基，C1-22烷氧基，C2-22鏈烯基，C6-14芳基，C6-22烷基取代的芳基，C6-22芳烷基，C1-22氟烷基，或C1-22聚醚；每個X獨立地為氨基或交聯前體，條件是，每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個交聯前體，以及每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個氨基。
15.權利要求14的方法，其中交聯前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
16.權利要求15的方法，其中交聯前體包括羥基。
17.權利要求13的方法，其中氨基包括C1-30氨基烷基。
18.權利要求17的方法，其中氨基包括氨丙基、氨乙基氨丙基，或其組合。
19.權利要求13的方法，其中聚硅氧烷用氨基取代的硅原子與未被取代的硅原子的平均比值介于約1和約5之間。
20.權利要求13的方法，其中含纖維素基體包括天然纖維、再生纖維，其共混物或組合。
21.權利要求20的方法，其中含纖維素基體包括天然纖維。
22.權利要求13的方法，其中組合物進一步包括鋁化合物。
23.權利要求22的方法，其中組合物進一步包括乳酸鋁。
24.權利要求13的方法，其中在約125℃至約220℃的溫度下固化潤濕的含纖維素基體。
25.處理含纖維素基體的方法，包括(a)用有機硅組合物的水溶液、分散體或乳狀液潤濕含纖維素基體，該有機硅組合物包括(i)至少一種由氨乙基氨丙基和至少三個官能羥基官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物；和(ii)乳酸鋁；以及(b)在約125℃至200℃的溫度下固化潤濕的含纖維素基體一段約5分鐘至約30分鐘的時間。
26.含纖維素基體，包括至少一種由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物。
27.權利要求26的基體，其中所述至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物具有通式MaM’bDcDdTeT’fQg其中下標a、b、c、d、e、f和g是0或正整數，受到下標b、d和f之和至少為2的限制，條件是如果d和f是0，則b至少是4；其中M具有通式R13SiO1/2，M’具有通式(X)hR23-hSiO1/2D具有通式R32SiO2/2，D’具有通式(X)(2-1)1R4SiO2/2，T具有通式R5SiO3/2，T’具有通式(X)SiO3/2，以及Q具有通式SiO4/2，其中下標h介于1至3之間；下標i是0或1；每一個R1、R2、R3、R4、R5獨立地為交聯前體，氫原子，C1-30烷基，C1-22烷氧基，C2-22鏈烯基，C6-14芳基，C6-22烷基取代的芳基，C6-22芳烷基，C1-22氟烷基，或C1-22聚醚；每個X獨立地為氨基或交聯前體，條件是，每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個交聯前體，以及每一個聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個氨基。
28.權利要求27的基體，其中交聯前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
29.權利要求28的基體，其中交聯前體包括羥基。
30.權利要求26的基體，其中氨基包括C1-30氨基烷基。
31.權利要求30的基體，其中氨基包括氨丙基，氨乙基氨丙基，或其組合。
32.權利要求26的基體，其中聚硅氧烷用氨基取代的硅原子與未被取代的硅原子的平均比值介于約1和約5之間。
33.權利要求26的基體，其中含纖維素基體包括天然纖維、再生纖維，其共混物或組合。
34.權利要求33的基體，其中含纖維素基體包括天然纖維。
35.權利要求26的基體，其中含纖維素基體進一步包括鋁化合物。
36.權利要求26的基體，其中含纖維素基體進一步包括乳酸鋁。
37.含纖維素基體，包括(a)至少一種由至少一個氨乙基氨丙基和至少三個羥基官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物；和(b)乳酸鋁。
全文摘要
本發明提供了包含至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的有機硅組合物，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物由至少一個氨基和至少三個能夠交聯的官能團官能化，其中所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物賦予含纖維素基體以阻燃性。本發明的其它實施方案包括用于制備包含上述有機硅組合物的纖維素基體的方法。
文檔編號C08K5/00GK1832980SQ200480022445
公開日2006年9月13日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年6月2日
發明者馬修·D·巴茨, 凱瑟琳·A·謝弗 申請人:通用電氣公司