JP2002194336A - 水溶性撥水撥油処理剤及びその製造方法 - Google Patents
水溶性撥水撥油処理剤及びその製造方法Info
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Abstract
体に水溶性が付与され、優れた水溶性と保存安定性を有
し、また水系なので環境に悪影響を与えない上、撥水性
の耐久性も、柔軟性・風合いも良好な水溶性撥水撥油処
理剤を提供する。 【解決手段】 (A)式(1)のフッ化アルキル基含有
アルコキシシラン Rf(CH2)aX(CH2)bS
iR2 C(OR1)3-c (1) (B)式(2)のアミノ基含有アルコキシシラン
R3R4NR5SiR7 d(OR6)3-d
(2) (C)式(3)のアルコキシシリル基含有ポリオルガノ
シロキサン (R8)3Si(OSiR9 2)eR11S
i(OR10)3 (3) を共加水分解・縮合させることにより得られる反応生成
物を水に溶解してなる水溶性撥水撥油処理剤。
Description
に衣料、不織布、雨具、カーペット、ソファー、皮革及
び紙などの繊維製品等の基材に撥水性、撥油性、防汚性
と柔軟性を兼ね備えた性能を付与するために用いられる
水溶性撥水撥油処理剤及びその製造方法に関し、特に環
境に悪影響を及ぼすことなく、簡便な方法で処理が可能
な水溶性撥水撥油処理剤及びその製造方法に関する。
皮革をはじめとする繊維製品に手軽に撥水性を付与させ
る用途で市販されているものに撥水スプレーがある。特
に代表的なものにフッ素樹脂を主成分とする撥水スプレ
ーがある。この撥水スプレーに使用されている溶剤は、
昨今のオゾン層保護をはじめとする環境問題によりフロ
ンから石油系炭化水素溶剤に変更されはじめている。し
かし、この石油系炭化水素溶剤の影響により、一般消費
者が中毒を起こすなどの問題も多発しており、健康問
題、環境問題の観点から有機溶剤を使用しない、より安
全な撥水スプレーの開発が望まれている。
アクリル系グラフト共重合体とし、溶剤をアルコール系
としているもの(特許第2960304号公報)が提案
されているが、これはフッ素樹脂系のように撥水性は高
くなく、撥油性の付与も不可能であり、また、溶剤もア
ルコールなので低毒性ではあるが、臭いが全くないわけ
ではないという欠点もある。水系品としてはフッ素アク
リル重合系エマルジョンタイプが多く使用されている。
しかし問題点として、重合時、未反応の毒性モノマーが
残存しやすいこと、また処理された繊維の柔軟性が悪い
などが挙げられる。
9748号公報にて水に溶解しかつ撥水性、撥油性及び
低黄変に優れた水溶性繊維処理剤を提案したが、繊維製
品に必要な柔軟性が損なわれる場合があった。
安全性の面から水に溶解し得、かつ撥水性、撥油性及び
防汚性があり、かつ柔軟性にも優れた、保存安定性も高
い水溶性撥水撥油処理剤及びその製造方法を提供するこ
とを自的とする。
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、(A)下記一般式(1)のフッ化アルキル基含有ア
ルコキシシラン及び/又はその部分加水分解物と、
(B)下記一般式(2)のアミノ基含有アルコキシシラ
ン及び/又はその部分加水分解物と、(C)下記一般式
(3)のアルコキシシリル基含有ポリオルガノシロキサ
ン及び/又はその部分加水分解物とを共加水分解・縮合
させることにより得られる反応生成物を撥水撥油処理剤
の有効成分として使用した場合、この反応生成物は撥水
成分として有効なフッ化アルキル基シラン化合物自体に
水溶性が付与されたもので、水に容易に溶解すると共に
保存安定性も高く、優れた撥水性等の性能を有し、かつ
その耐久性も優れており、また、アルコキシシリル基含
有ポリオルガノシロキサンによるシリコーン由来の柔軟
性も付与可能になるため、処理された繊維表面に撥水・
撥油性と柔軟性を兼ね備えることができるというという
利点をも有しており、従来の撥水撥油処理剤が抱えてい
た問題点を改良した水溶性の撥水撥油処理剤が得られる
ことを知見した。またこの場合、上記反応生成物を得る
方法として、(A)成分と(C)成分とを(部分)共加
水分解させた後、(A)成分と(C)成分との(部分)
共加水分解物に(B)成分を縮合反応させることによ
り、安定して確実に共加水分解・縮合反応生成物を製造
し得ることを知見し、本発明をなすに至ったものであ
る。
フルオロアルキル基又は
示し、Xは−CH2−、−CH2O−、−NR3−、−C
O2−、−CONR3−、−S−、−SO3−又は−SO2
NR3−の一種又は二種以上の結合基(R3は水素原子又
は炭素数1〜8のアルキル基)を示し、R1は炭素数1
〜4のアルキル基、R2は炭素数1〜4のアルキル基を
示す。aは0〜3の整数、bは1〜3の整数、cは0又
は1である。nは1〜20の整数、mは1以上の整数で
ある。〕
〜15のアルキル基又は炭素数1〜15のアミノアルキ
ル基を示し、R3とR4とは互いに同一でも異なっていて
もよい。R5は炭素数1〜18の2価の炭化水素基、R6
は炭素数1〜4のアルキル基、R7は炭素数1〜4のア
ルキル基を示す。dは0又は1である。)
キル基、R11は酸素原子もしくは炭素数1〜4のアルキ
レン基、eは0〜50である。)
(B)成分と(C)成分とを共加水分解・縮合させるこ
とにより得られる反応生成物を水に溶解してなることを
特徴とする水溶性撥水撥油処理剤、及び、(A)成分と
(C)成分とを(部分)共加水分解させた後、(A)成
分と(C)成分との(部分)共加水分解物に(B)成分
を縮合反応させて共加水分解・縮合反応生成物を得るこ
とを特徴とする上記水溶性撥水撥油処理剤の製造方法を
提供する。
と、本発明で用いる(A)成分のフッ化アルキル基含有
アルコキシシランは、下記一般式(1)で表わされるも
のである。
フルオロアルキル基又は
示し、Xは−CH2−、−CH2O−、−NR3−、−C
O2−、−CONR3−、−S−、−SO3−又は−SO2
NR3−の一種又は二種以上の結合基(R3は水素原子又
は炭素数1〜8のアルキル基)を示し、R1は炭素数1
〜4のアルキル基、R2は炭素数1〜4のアルキル基を
示す。aは0〜3の整数、bは1〜3の整数、cは0又
は1である。nは1〜20の整数、好ましくは1〜1
2、mは1以上の整数、好ましくは1〜20の整数であ
る。〕
でいてもよいパーフルオロアルキル基において、パーフ
ルオロアルキル基としては下記のものが例示される。
記のものを例示することができるが、これらに限定され
るものではない。
記シランの他に上記シランの部分加水分解物を用いるこ
とができる。但しこの場合、少なくとも1個は加水分解
性基が残存している必要がある。所望により、各種シラ
ン混合物を使用してもよいし、混合シランの部分加水分
解物であってもよい。
有ポリオルガノシロキサンは下記式(3)で表されるも
のである。
キル基、R11は酸素原子もしくは炭素数1〜4のアルキ
レン基、eは0〜50、好ましくは5〜20である。)
このような式(3)のオルガノポリシロキサンとして
は、下記のものを例示することができるが、これらに限
定されるものではない。
H3)3
して上記シランの他に上記シランの部分加水分解物も使
用し得る。
ンは、下記一般式(2)で表わされるものである。
〜15、特に1〜4のアルキル基又は炭素数1〜15、
特に1〜4のアミノアルキル基を示し、R3とR4とは互
いに同一でも異なっていてもよい。R5は炭素数1〜1
8の2価の炭化水素基、R6は炭素数1〜4のアルキル
基、R7は炭素数1〜4のアルキル基を示す。dは0又
は1である。)
キシシランの具体例としては下記のものが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。 H2N(CH2)2Si(OCH3)3 H2N(CH2)2Si(OC2H5)3 CH3NH(CH2)2Si(OCH3)3 CH3NH(CH2)2Si(OC2H5)3 H2N(CH2)2SiCH3(OCH3)2 H2N(CH2)2SiCH3(OC2H5)2 CH3NH(CH2)2SiCH3(OCH3)2 CH3NH(CH2)2SiCH3(OC2H5)2 H2N(CH2)3Si(OCH3)3 H2N(CH2)3Si(OC2H5)3 CH3NH(CH2)3Si(OCH3)3 CH3NH(CH2)3Si(OC2H5)3 H2N(CH2)3SiCH3(OCH3)2 H2N(CH2)3SiCH3(OC2H5)2 CH3NH(CH2)3SiCH3(OCH3)2 CH3NH(CH2)3SiCH3(OC2H5)2 H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OC2H5)3 CH3NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 CH3NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OC2H5)3 H2N(CH2)2NH(CH2)3SiCH3(OCH3)2 H2N(CH2)2NH(CH2)3SiCH3(OC2H5)
2 CH3NH(CH2)2NH(CH2)3SiCH3(OCH
3)2 CH3NH(CH2)2NH(CH2)3SiCH3(OC2
H5)2
シランの部分加水分解物も使用し得る。
(A)成分と(B)成分及び(C)成分との共加水分解
・縮合反応生成物を主剤とし、水に溶解させたものであ
る。
成分の反応生成物は、(A)〜(C)成分を好ましくは
有機酸や無機酸の存在下に共加水分解・縮合させること
により得ることができるが、安定性の点から最初に
(A)成分と(C)成分とを有機酸或いは無機酸の存在
下、部分共加水分解し、この(A)成分と(C)成分と
の部分共加水分解物と(B)成分とを反応させることに
よって得ることが好ましい。
る際に使用される有機酸及び無機酸としては、塩酸、硫
酸、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ク
エン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、マ
ロン酸、こはく酸、グルタル酸、シュウ酸、マレイン酸
等から選ばれる少なくとも1種又は2種以上の酸が用い
られるが、特に好適なものは酢酸、プロピオン酸であ
る。この酸の使用量は、(A)成分と(C)成分との総
量100重量部に対して5〜400重量部、特に10〜
350重量部が好ましく、この酸の使用量が5重量部よ
り少ないと加水分解の進行が遅く、また、組成物の水溶
液の安定性が悪化する場合がある。この場合、水に溶解
した際に系内がpH7〜3になるような量の酸触媒を調
整して加えることが特に好適である。
行うことが好ましい。溶剤としては、アルコール系溶剤
が好適であり、メタノール、エタノール、1−プロパノ
ール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノ
ール、3−ブタノール及び2−メチル−2−ブタノール
が好適である。特に好ましくは3−ブタノールである。
成分との総量100重量部に対して100〜500重量
部、特に200〜400重量部が好ましい。この溶剤の
使用量が100重量部より少ないと縮合が進んでしまう
場合があり、また、500重量部を超えると加水分解に
時間がかかってしまう場合がある。
分解させるために加える水量は(A)成分と(C)成分
の総モル量に対し1〜3倍モル量、特に1.25〜2.
5倍モル量が好適である。加える水量が1倍モル量より
少ないとアルコキシ基が多く残存する場合があり、ま
た、3倍モル量を超えると縮合が進行しすぎる場合があ
る。
解させる際の反応条件は、反応温度10〜100℃、好
ましくは60〜90℃がよく、反応時間は1〜3時間で
加水分解反応させることがよい。
率は、(A)成分100重量部に対し(C)成分0.1
〜10重量部、特に0.5〜3重量部になる範囲が好ま
しい。(C)成分が0.1重量部より小さいと耐久性が
悪化したり、柔軟性が発現しない場合があり、また、1
0重量部よりも大きいと水溶性が悪化したり、撥油性が
悪化する場合がある。
る場合、(A)成分と(C)成分とのモル比は、
(A)、(C)成分の構造により異なってくるが、
(A)/(C)が1:0.001〜1:0.1、特に
1:0.01〜1:0.05になるように反応させるこ
とが好ましい。
分と(C)成分との反応生成物を、次に(B)成分と連
続的に縮合反応させるが、この場合、(A)成分と
(C)成分の合計量と(B)成分とのモル比が1:0.
5〜1:20、特に1:1〜1:10になるように
(B)成分を反応させることが好ましい。(B)成分の
モル比が0.5より小さいと水溶性が悪化する場合があ
り、また、20を超えると撥水性能が悪化したり、処理
した繊維の変色が激しくなる場合がある。
は、反応温度60〜100℃、反応時間1〜3時間が好
ましい。
して上記(A)〜(C)成分の反応生成物を有効成分と
するものであるが、この反応生成物の濃度が0.1〜1
0重量%、特に1〜3重量%となるように、即ち、水の
濃度が99.9〜90重量%、特に99〜97重量%と
なるように水で希釈して使用することが好ましい。水の
濃度が99.9重量%を超えると、本来の性能が発揮さ
れないだけでなく、多量に塗布しなければならない場合
がある。また、90重量%未満の場合は保存安定性が悪
くなる場合がある。
性付与、風合いの改善のためアミノ変性シリコーンエマ
ルジョンやエポキシ変性シリコーンエマルジョンなどを
添加してもよい。アミノ変性シリコーンエマルジョンや
エポキシ変性シリコーンエマルジョンを繊維に柔軟性、
風合い改善のため使用することは公知であるが、本発明
の水溶性撥水撥油剤に添加することでさらに柔軟性、風
合いを改善することができる。
分からなる加水分解物100重量部に対し、0〜200
重量部であり、特に50〜100重量部が好ましい。2
00重量部を超えると柔軟性は改善するものの、撥水
性、撥油性を低下させるので好ましくない。
液の安定性向上のために界面活性剤やアルコール等の公
知の添加剤を添加してもよい。またAl、Sn及びZn
等の金属系硬化触媒も場合によっては添加してもよい。
理剤は、通常の方法、例えば浸漬又はスプレー塗布など
の簡便な方法によって、天然もしくは合成の繊維、織
物、皮革、紙等に処理して乾燥するだけで、これらの被
処理物に良好な撥水性、撥油性及び柔軟性を付与するこ
とができる。
維製品に有用であるが、他の基材、例えばガラス、金
属、プラスチックなどの基材にも適用可能である。
のフッ化アルキル基含有シラン化合物自体に水溶性が付
与され、優れた水溶性と保存安定性を有している。また
水系なので、環境に悪影響を与えない上、付与される撥
水性の耐久性も良好で、柔軟性・風合いも良好である。
更に、本発明の製造方法によれば、主剤の反応生成物を
安定して製造し得る。
発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制
限されるものではない。
トルの四つ口フラスコにC8F17(CH2)2Si(OC
H3)3 49.5g(0.087モル)、(CH3)3S
iO(Si(CH3)2O)9Si(OCH3)3 1.0
g(0.0010モル)、3−ブタノール171.2
g、酢酸8.7g(0.145モル)及び水2.6g
(0.14モル)を入れて攪拌し、3−ブタノールが還
流するまで加熱した。そのまま2時間反応後、滴下ロー
トよりNH2(CH2)3Si(OCH3)3 17.2g
(0.096モル)を滴下し、3−ブタノール還流下に
1時間反応させ、無色透明溶液を得た。
(OCH3)3を1.0gから1.5g(0.0017モ
ル)に変更した以外は合成例1と同様の反応操作により
無色透明溶液を得た。
よう希釈した水溶液100gとアミノ変性シリコーンエ
マルジョン「ポロンMF−14EC」(信越化学工業
(株)製)を有効成分2%になるよう希釈した水溶液1
00gとを室温下10分攪拌混合し、外観無色微濁で有
効成分2%の水溶液195gを得た。
トルの四つ口フラスコにC8F17(CH2)2Si(OC
H3)3 115g(0.202モル)、(CH3)2Si
(OCH3)2 2.4g(0.020モル)、3−ブタ
ノール400g、酢酸12.2g(0.202モル)及
び水5.4g(0.3モル)を入れて攪拌し、3−ブタ
ノールが還流するまで加熱した。そのまま2時間反応
後、滴下ロートによりNH2(CH2)3Si(OCH3)
3 36.2g(0.202モル)を滴下し、3−ブタ
ノール還流下に1時間反応後、更に滴下ロートによりγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン47.6g
(0.202モル)を滴下し、3−ブタノール還流下で
1時間反応させ、淡黄色透明溶液を得た。
で得られた生成物(それぞれ実施例1、2、3、比較
例)の有効成分が2重量%となるようにそれぞれ水で希
釈し、水溶性繊維処理剤を調製した。これらの水溶性繊
維処理剤を室温下で1ヶ月放置したが変化はなかった。
イロンタフタ及び綿ブロードに霧吹きで吹き付け、1日
風乾し、乾燥したものに下記に示すスプレー方式の撥水
試験(JISL 1092 1986)及び撥油試験
(AATCC TM118 1966)を行った。ま
た、各試料の水及びヘキサデカンの接触角の測定も行っ
た。さらに風合い試験も行った。その評価結果を表1〜
4に示す。
態で撥水性を判定した。 0 :表面及び裏面が全体に湿潤するもの 5 :表面のみが全体に湿潤するもの 70 :表面の半分が湿潤し、小さな個々の水滴が布を
浸透する状態を示すもの 80 :表面が小さな個々の水滴によって湿潤するもの 90 :表面の湿潤は認められないが、小さい水滴が付
着するもの 100:表面に湿潤や水滴の付着がないもの
液滴をスポイトで試料表面に3ヶ所置き、30秒後の浸
透状態により判定を行った。 撥油度8:表面張力20.0dyn/cmのn−ヘプタ
ンで浸透しないもの 撥油度7:表面張力21.8dyn/cmのn−オクタ
ンで浸透しないもの 撥油度6:表面張力23.5dyn/cmのn−デカン
で浸透しないもの 撥油度5:表面張力25.0dyn/cmのn−ドデカ
ンで浸透しないもの 撥油度4:表面張力26.7dyn/cmのn−テトラ
デカンで浸透レないもの 撥油度3:表面硬力27.3dyn/cmのn−ヘキサ
デカンで浸透しないもの 撥油度2:表面張力29.6dyn/cmのn−ヘキサ
デカン/ヌジョール=35/65(重量%/重量%)混
合液で浸透しないもの 撥油度1:表面張力31.2dyn/cmのヌジョール
で浸透しないもの 撥油度0:撥油度1に及ばないもの
なる5ヶ所で測定を行い、最大値と最小値を切り捨てた
ものの平均値を示す。
の風合いを次の判定基準で判定した。 O:未処理布と同様の風合い △:未処理布に比較して若干硬い風合い ×:未処理布に比較して硬い風合い
タフタに霧吹きにて処理し、100℃で2分間、150
℃で更に2分間処理し、乾燥させたものについて下記の
方法で撥水性の耐久性を調べたところ、表5に示す結果
が得られた。
ダ5g及び炭酸ソーダ2gの割合で添加した洗浴中に処
理済の布を入れ、浴比1:100で家庭用電気洗濯機を
使用し、水温50℃で15分間洗濯した後、スプレー方
式の撥水試験を行った。
Claims (4)
- 【請求項1】 (A)下記一般式(1)で表わされるフ
ッ化アルキル基含有アルコキシシラン及び/又はその部
分加水分解物と、 【化1】 〔式中、RfはCnF2n+1で表されるパーフルオロアル
キル基又は 【化2】 で表されるパーフルオロポリエーテル基を示し、Xは−
CH2−、−CH2O−、−NR3−、−CO2−、−CO
NR3−、−S−、−SO3−又は−SO2NR3−の一種
又は二種以上の結合基(R3は水素原子又は炭素数1〜
8のアルキル基)を示し、R1は炭素数1〜4のアルキ
ル基、R2は炭素数1〜4のアルキル基を示す。aは0
〜3の整数、bは1〜3の整数、cは0又は1である。
nは1〜20の整数、mは1以上の整数である。〕 (B)下記一般式(2)で表わされるアミノ基含有アル
コキシシラン及び/又はその部分加水分解物と、 【化3】 (式中、R3及びR4は水素原子、炭素数1〜15のアル
キル基又は炭素数1〜15のアミノアルキル基を示し、
R3とR4とは互いに同一でも異なっていてもよい。R5
は炭素数1〜18の2価の炭化水素基、R6は炭素数1
〜4のアルキル基、R7は炭素数1〜4のアルキル基を
示す。dは0又は1である。) (C)下記一般式(3)で表わされるアルコキシシリル
基含有ポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水
分解物と、 【化4】 (式中、R8〜R10は炭素数1〜6のアルキル基、R11
は酸素原子もしくは炭素数1〜4のアルキレン基、eは
0〜50である。)を共加水分解・縮合させることによ
り得られる反応生成物を水に溶解してなることを特徴と
する水溶性撥水撥油処理剤。 - 【請求項2】 更に、アミノ変性シリコーンエマルジョ
ン及び/又はエポキシ変性シリコーンエマルジョンを含
有する請求項1記載の水溶性撥水撥油処理剤。 - 【請求項3】 繊維製品の撥水撥油処理用である請求項
1又は2記載の水溶性撥水撥油処理剤。 - 【請求項4】 (A)成分と(C)成分とを(部分)共
加水分解させた後、(A)成分と(C)成分との(部
分)共加水分解物に(B)成分を縮合反応させて請求項
1記載の共加水分解・縮合反応生成物を得ることを特徴
とする水溶性撥水撥油処理剤の製造方法。
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