專利名稱：用于紡織品的有機(jī)硅類阻燃劑體系的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于紡織品涂覆的組合物。更具體地，本發(fā)明涉及牢固地附著在紡織品上并提供阻燃性的有機(jī)硅組合物。
用于服裝工業(yè)的紡織品在它們可被銷售之前必須遵守某些標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)政府的規(guī)定，服裝外層必須表現(xiàn)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(duì)于最終紡織品的性質(zhì)如柔軟度有負(fù)面影響。在柔軟度是爭(zhēng)點(diǎn)時(shí)，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(yīng)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(qiáng)度損失，或者需要特殊的處理設(shè)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(fèi)者喜歡的織品優(yōu)點(diǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了包含至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的有機(jī)硅組合物，該聚硅氧烷或硅氧烷低聚物由至少一個(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(shí)施方案中，本發(fā)明提供了處理含纖維素基體的方法，包括(a)用有機(jī)硅組合物的水溶液，分散體或乳狀液潤(rùn)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(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(rùn)濕的含纖維素基體。
在又一實(shí)施方案中，本發(fā)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(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)官能化。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包含有機(jī)硅組合物，該組合物包含至少一種由含有胺的基團(tuán)(下文也稱為“氨基”)和至少三個(gè)能夠用作交聯(lián)位點(diǎn)的官能團(tuán)(下文也稱為“交聯(lián)前體”)官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物。本發(fā)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(fā)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(biāo)a、b、c、d、e、f和g是0或正整數(shù)，受到下標(biāo)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(biāo)h介于1至3之間；下標(biāo)i是0或1；每一個(gè)R1、R2、R3、R4、R5獨(dú)立地為交聯(lián)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(tuán)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(gè)重復(fù)單元中的R6獨(dú)立地為CH3或H，“k”介于約4至約50之間；每個(gè)X獨(dú)立地為氨基或交聯(lián)前體，條件是，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的每個(gè)分子具有至少三個(gè)交聯(lián)前體和至少一個(gè)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(huán)結(jié)構(gòu)的一部分。它也可以構(gòu)成芳環(huán)或被芳環(huán)隔斷。氨基可以含有任意數(shù)目的氮原子，優(yōu)選1或2個(gè)。優(yōu)選的氨基是氨丙基和氨乙基氨丙基。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中使用的術(shù)語(yǔ)“烷基”意指正烷基、支鏈烷基、芳烷基和環(huán)烷基。正烷基和支鏈烷基優(yōu)選為含有約1至約30個(gè)碳原子的那些，且示范性的非限制性實(shí)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(huán)烷基優(yōu)選為含有約4至約12個(gè)環(huán)碳原子的那些。這些環(huán)烷基的一些示范性的非限制性實(shí)例包括環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、甲基環(huán)己基和環(huán)庚基。優(yōu)選的芳烷基是含有約7至約14個(gè)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(fā)明的各種實(shí)施方案中所用的芳基優(yōu)選是含有約6至約20個(gè)環(huán)碳原子的那些并含有至少一個(gè)單環(huán)或多環(huán)基團(tuán)，其中多環(huán)可以包括稠合環(huán)或連接環(huán)。這些芳基的一些示范性的非限制性實(shí)例包括苯基、聯(lián)苯基和萘基。合適的鹵代基團(tuán)的示范性的非限制性實(shí)例是三氟丙基。
根據(jù)本發(fā)明，本文中使用的“交聯(lián)前體”包括能夠提供與本發(fā)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(gè)交聯(lián)前體的交聯(lián)化合物直接(即羥基)或間接(即烷氧基)交聯(lián)的任何基團(tuán)。典型的交聯(lián)前體包括羥基、烷氧基、氫和結(jié)合有親核基團(tuán)的親電子基團(tuán)。最典型地，該交聯(lián)前體是羥基。
在能夠賦予含纖維素基體阻燃性的本發(fā)明的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物上的氨基數(shù)目至少為一個(gè)，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(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(yōu)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(fā)明的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物一般是以上面描述的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(lián)前體的平衡反應(yīng)而制備的。催化劑優(yōu)選是堿性催化劑。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)硅組合物包含較大比例的特定直鏈、支鏈、交聯(lián)或環(huán)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(zhì)總量約0.0001wt％至約5wt％含量的不定(adventitious)量的其它物質(zhì)，例如，在所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的合成期間所產(chǎn)生的。在示范性實(shí)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(zhì)，及它們的不含氨基的混合物。
本發(fā)明的有機(jī)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(lián)劑；有機(jī)化合物；含有如磷、硼、鋁、鎂或鋅的無機(jī)化合物或其組合，條件是這些添加物或添加物的基團(tuán)對(duì)有機(jī)硅組合物的阻燃性沒有負(fù)面效應(yīng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，有機(jī)硅組合物可以包括至少一種鋁化合物，如乳酸鋁。當(dāng)存在時(shí)，該鋁組合物存在的量占有機(jī)硅組合物的約0.01重量％至約10重量％，且更優(yōu)選占有機(jī)硅組合物的約0.5％至約5％。
也可以存在加速纖維上有機(jī)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(yōu)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(shí)例包括但不限于，有機(jī)或無機(jī)酸和堿。
本發(fā)明的有機(jī)硅組合物包括至少一種由至少一個(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(fā)明特別的優(yōu)點(diǎn)在于，所述官能團(tuán)能夠?qū)⒂袡C(jī)硅組合物牢固地粘附到含有纖維素的表面。
有機(jī)硅組合物可以通過本領(lǐng)域技術(shù)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(jī)硅組合物的水溶液、非水溶液、分散體或乳化液潤(rùn)濕。例如，可以以水的混合物供應(yīng)有機(jī)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(jī)硅組合物。在將有機(jī)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(shí)的時(shí)間，優(yōu)選一段約5分鐘至30分鐘的時(shí)間。通常，固化溫度介于約125℃至約220℃之間，優(yōu)選介于約150℃和200℃之間。或者，取代的有機(jī)硅或有機(jī)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(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地實(shí)施本發(fā)明，通過說明而非限制的方式給出以下實(shí)施例。
實(shí)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(jī)處理。測(cè)量到收集的濕份(wet)接近100％。重復(fù)進(jìn)行總共14片試樣。試樣在鼓風(fēng)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(píng)價(jià)阻燃性能，在火焰測(cè)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(jī)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(shè)定在60-70％時(shí)，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(dòng)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(cè)試在測(cè)試之前，將所有的織物片在鼓風(fēng)烘箱中在105℃下調(diào)節(jié)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(shí)。然后按照45°16CFR1610測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)約定進(jìn)行試樣的火焰測(cè)試。所用的火焰檢測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)


1測(cè)試的5個(gè)試樣中顯示基底燒毀的試樣數(shù)目。
2根據(jù)16CFR1610測(cè)試確定阻燃性級(jí)別。
3在火焰測(cè)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(shù)據(jù)清楚地表明，用有機(jī)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(jīng)列出了典型的實(shí)施方案，但上面的描述不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化、修改和替換。
權(quán)利要求
1.有機(jī)硅組合物，包括至少一種由至少一個(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(quán)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(biāo)a、b、c、d、e、f和g是0或正整數(shù)，受到下標(biāo)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(biāo)h介于1至3之間；下標(biāo)i是0或1；每一個(gè)R1、R2、R3、R4、R5獨(dú)立地為交聯(lián)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(gè)X獨(dú)立地為氨基或交聯(lián)前體，條件是，每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個(gè)交聯(lián)前體，以及每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個(gè)氨基。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中交聯(lián)前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
4.權(quán)利要求3的組合物，其中交聯(lián)前體包括羥基。
5.權(quán)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(quán)利要求5的組合物，其中氨基包括氨乙基氨丙基。
7.權(quán)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(quán)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(quán)利要求8的組合物，其中含纖維素基體包括天然纖維。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中組合物進(jìn)一步包括鋁化合物。
11.權(quán)利要求10的組合物，其中組合物進(jìn)一步包括乳酸鋁。
12.有機(jī)硅組合物，包括(a)至少一種由至少一個(gè)氨乙基氨丙基和至少三個(gè)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(jī)硅組合物的水溶液，分散體或乳狀液潤(rùn)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(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(rùn)濕的含纖維素基體。
14.權(quán)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(biāo)a、b、c、d、e、f和g是0或正整數(shù)，受到下標(biāo)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(biāo)h介于1至3之間；下標(biāo)i是0或1；每一個(gè)R1、R2、R3、R4、R5獨(dú)立地為交聯(lián)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(gè)X獨(dú)立地為氨基或交聯(lián)前體，條件是，每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個(gè)交聯(lián)前體，以及每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個(gè)氨基。
15.權(quán)利要求14的方法，其中交聯(lián)前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
16.權(quán)利要求15的方法，其中交聯(lián)前體包括羥基。
17.權(quán)利要求13的方法，其中氨基包括C1-30氨基烷基。
18.權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求20的方法，其中含纖維素基體包括天然纖維。
22.權(quán)利要求13的方法，其中組合物進(jìn)一步包括鋁化合物。
23.權(quán)利要求22的方法，其中組合物進(jìn)一步包括乳酸鋁。
24.權(quán)利要求13的方法，其中在約125℃至約220℃的溫度下固化潤(rùn)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(jī)硅組合物的水溶液、分散體或乳狀液潤(rùn)濕含纖維素基體，該有機(jī)硅組合物包括(i)至少一種由氨乙基氨丙基和至少三個(gè)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(rùn)濕的含纖維素基體一段約5分鐘至約30分鐘的時(shí)間。
26.含纖維素基體，包括至少一種由至少一個(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)官能化的聚硅氧烷或硅氧烷低聚物。
27.權(quán)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(biāo)a、b、c、d、e、f和g是0或正整數(shù)，受到下標(biāo)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(biāo)h介于1至3之間；下標(biāo)i是0或1；每一個(gè)R1、R2、R3、R4、R5獨(dú)立地為交聯(lián)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(gè)X獨(dú)立地為氨基或交聯(lián)前體，條件是，每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少三個(gè)交聯(lián)前體，以及每一個(gè)聚硅氧烷或硅氧烷低聚物分子有至少一個(gè)氨基。
28.權(quán)利要求27的基體，其中交聯(lián)前體包括羥基、烷氧基、氫，或其組合。
29.權(quán)利要求28的基體，其中交聯(lián)前體包括羥基。
30.權(quán)利要求26的基體，其中氨基包括C1-30氨基烷基。
31.權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求33的基體，其中含纖維素基體包括天然纖維。
35.權(quán)利要求26的基體，其中含纖維素基體進(jìn)一步包括鋁化合物。
36.權(quán)利要求26的基體，其中含纖維素基體進(jìn)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(gè)氨乙基氨丙基和至少三個(gè)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(fā)明提供了包含至少一種聚硅氧烷或硅氧烷低聚物的有機(jī)硅組合物，所述聚硅氧烷或硅氧烷低聚物由至少一個(gè)氨基和至少三個(gè)能夠交聯(lián)的官能團(tuán)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(fā)明的其它實(shí)施方案包括用于制備包含上述有機(jī)硅組合物的纖維素基體的方法。
文檔編號(hào)C08K5/00GK1832980SQ200480022445
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者馬修·D·巴茨, 凱瑟琳·A·謝弗 申請(qǐng)人:通用電氣公司