Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом



Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом
Способ придания материалам гидрофильных свойств при помощи органосилоксанового покрытия с глицидолом

 


Владельцы патента RU 2493305:

Учреждение Российской академии наук Института Элементоорганических Соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (ИНЭОС РАН) (RU)
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." (KR)

Изобретение относится к обработке различных материалов (стекло, текстиль, полимерные материалы, керамика, дерево, металлы, кожа) для придания гидрофильных свойств поверхностям этих материалов. Осуществляют последовательное нанесение на поверхность материалов водного или спиртового раствора олиго(аминопропил)этоксисилоксана, сушку и термообработку его. Далее осуществляют смачивание модифицированной таким образом поверхности спиртовым раствором глицидола. Затем осуществляют сушку и термообработку. В результате на поверхности материалов образуется слой модификатора, придающий гидрофильные свойства поверхностям материалов. Непосредственно на поверхности происходит формирование модификатора путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами. Изобретение позволяет обеспечить модификацию обрабатываемых материалов с получением на их поверхностях микро/наноразмерного покрытия с различными гидрофильными свойствами. 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству модифицированных материалов и может быть использовано для придания гидрофильных свойств поверхности материалов.

Известен способ гидрофилизирующей обработки текстильного материала составом, содержащим смесь полиорганосилоксана и полидиорганосилоксана (см. патент DE №3932276 «Состав для обработки текстиля и способ обработки») [1]. Используемый полиорганосилоксан обладает гидрофильными свойствами, но является водонерастворимым соединением. Для увеличения его эмульгирующей способности при обработке волокнистых материалов добавляется другой полиорганосилоксан, выполняющий функцию поверхностно-активного вещества. Недостатком данного способа является нестабильность эмульсии, ее склонность к коагуляции, обусловленная свойствами применяемого полиорганосилоксана.

Наиболее близким по своим признакам к заявляемому способу является способ придания текстильным материалам из волокон различной природы гидрофильных свойств (см. патент RU №2370583 «Способ придания волокнистым материалам гидрофильных свойств с помощью оксиалкиленорганосилоксановых блоксополимеров») [2]. Один из главных недостатков этого способа заключается в том, что он предусматривает значительный расход блоксополимеров (оксиалкиленорганосилоксан используется в количестве 1-5% к массе волокнистого материала).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке усовершенствованного способа придания гидрофильных свойств поверхности различных материалов при значительно меньших затратах модификатора.

Технический результат достигается за счет нанесения модификатора поверхности, сформированного путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами, причем отличительная особенность заявляемого способа заключается в том, что модификатор поверхности материала формируют в две стадии, причем на первой стадии используют олиго(аминопропил)этоксисилоксан, а на второй стадии используют глицидол.

Двустадийный способ молекулярной сборки заключается в выполнении следующих операций.

На первой стадии выполняют иммобилизацию олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III, см. схему на Фиг.1) на поверхности материала. На второй стадии проводят конденсацию привитого аминопропилсодержащего органосилоксанового покрытия с глицидолом при нагревании (см. схему на Фиг.2).

Операция по иммобилизации на поверхности материала олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III, см. схему на Фиг.1) состоит в том, что поверхности материала смачивают этанольным или водным растворами олигомера заданной концентрации - 0.1; 1%-ной с последующей сушкой на воздухе и проведением химического закрепления модификатора на поверхности термообработкой.

В результате указанной обработки модификатор (I-III) ковалентно закрепляется на поверхности материала за счет конденсации этоксигрупп модификатора с функциональными группами полимера материала, образуя на поверхности микро/наноразмерное покрытие (см. схему на Фиг.1).

Количество органосилоксанового покрытия на поверхности материала после пропитки, сушки и термообработки оценивается по увеличению массы материала, выраженному в процентах от исходной массы материала. Если при однократной пропитке, сушке и термообработке материала привес не достигал требуемых значений, то пропитку, сушку и термообработку материала проводили несколько раз до тех пор, пока привес не достигал требуемых значений.

На второй стадии осуществляют смачивание модифицированной поверхности 10%-ным этанольным раствором глицидола с последующей сушкой на воздухе и проведением конденсации привитого аминопропилсодержащего органосилоксанового покрытия с глицидолом при повышенной температуре.

В результате указанной обработки глицидол вступает в конденсацию с аминогруппами органосилоксанового покрытия и образует на поверхности гидрофильные N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильные группы (схема 2 на Фиг.2). При этом поверхностный слой приобретает «щеточную геометрию» (см. Фиг.5).

Наличие в покрытиях гидрофильных (водорастворимых) N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминопропильных групп придает гидрофильные свойства поверхности материала.

Механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий на поверхности силикатного стекла на первой стадии основан на взаимодействии реакционно-способных гидрофильных этоксисилильных групп олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) с силанольными группами, находящимися на поверхности силикатного стекла (схема 3 на Фиг.3), которое протекает с выделением этилового спирта, удаляемого при термообработке материала.

На второй стадии механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий основан на взаимодействии привитых аминопропилсодержащих органосилоксановых покрытий с глицидолом (см. схему 2 на Фиг.2), приводящем к образованию гидрофильных N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминопропильных групп на поверхности органосилоксановых покрытий.

Механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий на поверхности полиэфирной пленки на первой стадии основан на взаимодействии реакционно-способных гидрофильных этоксильных групп олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) с концевыми карбоксильными (-СООН) и гидроксильными (-ОН) группами, находящимися на поверхности полиэфирной пленки (см. схему 4 на Фиг.4), которое протекает с выделением этилового спирта, который удаляется при термообработке материала.

На второй стадии механизм формирования гидрофильных органосилоксановых покрытий основан на взаимодействии привитых аминопропилсодержащих органосилоксановых покрытий с глицидолом (см. схему 2 на Фиг.2), приводящем к образованию гидрофильных N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильных групп на поверхности органосилоксанового покрытия.

Данные ПК-спектров, снятые с модифицированных образцов материалов, содержат полосы валентных колебаний С-ОН связей в области 3635 и 3625 см-1, -C(O)OR связей в области 1750-1730 см-1, С-N связей в области 1230-1030 см-1, Si-O-Si связей в области 1080-1020 см-1, Si-OC связей в области 880-810 см-1 и деформационных колебаний Si-C связей в области 1260 и 800 см-1, что подтверждает образование искомого органосилоксанового покрытия.

Общая методика обработки поверхности материалов заключается в следующем.

Первая стадия.

- Проведение смачивания поверхности материала этанольным или водным растворами олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) заданной концентрации - 0,1 - 1%-ной и сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при 140°С в течение 20 мин.

Вторая стадия.

- Проведение смачивания модифицированной поверхности 10%-ным этанольным раствором глицидола и сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при 140°С в течение 20 мин.

Пример 1. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (I). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 2. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (II). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 3. Обработка поверхности силикатного стекла 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (III). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности силикатного стекла 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности стекла оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 4. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (I). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 5. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (II). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Пример 6. Обработка поверхности полиэфирной пленки 0,1 - 1%-ным раствором олигомера (III). Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Обработка модифицированной поверхности полиэфирной пленки 10%-ным раствором глицидола. Обработка проводилась согласно изложенной методике.

Повышение гидрофильности поверхности полиэфирной пленки оценивалось по краевому углу смачивания (см. Таблицу 1).

Анализ результатов обработки поверхности материалов, описанный в примерах 1-6, показал, что заявляемый способ придания материалам гидрофильных свойств позволяет придавать различным материалам высокие гидрофильные свойства. Краевой угол смачивания поверхности материалов уменьшается в 2,5-2,8 раз при затрате олиго(аминопропил)этоксисилоксана (I-III) от 0,1 до 1% массы.

Таким образом, заявляемый способ придания материалам гидрофильных свойств позволяет повысить гидрофильность материалов в 2,5-2,8 раз, причем по гидрофилизируемой способности органосилоксановые покрытия с гидрофильными N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильных группами превосходят показатели прототипа и требуют минимального количества исходных продуктов для формирования модификатора поверхности.

Заявляемый способ может найти применение для придания гидрофильных свойств поверхностям различных материалов, таких как стекло, керамика, дерево, кожа, металлы, и изделий из них, таких как пленки, волокна, профильные изделия.

Способ придания материалам различной природы гидрофильных свойств за счет нанесения модификатора поверхности, сформированного путем молекулярной сборки органосилоксановых покрытий с N,N-бис(1,2-дигидроксипропил)аминоалкильными группами, причем модификатор поверхности материала формируют в две стадии:
- на первой стадии осуществляют смачивание поверхности материала водным или спиртовым раствором олиго(аминопропил)этоксисилоксана общей формулы

где n=5, 10, 15;
и выполняют сушку на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при температуре 140°С в течение 20 мин:
- на второй стадии осуществляют смачивание модифицированной поверхности спиртовым раствором глицидола общей формулы

с последующей сушкой на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой при температуре 140°С в течение 20 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения углеродных волокнистых материалов (УВМ) на основе гидратцеллюлозных волокон (ГЦВ), использующихся в качестве армирующего наполнителя при изготовлении композиционных материалов, применяемых в различных областях техники.

Изобретение относится к нетканым текстильным материалам на основе химических и натуральных волокон с антимикробными свойствами, которые могут быть использованы в качестве протирочных материалов в медицине.
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к отделке хлопчатобумажных текстильных материалов с комплексом защитных свойств от кислот и нефтепродуктов.
Изобретение относится к композициям на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для изготовления огнестойкого материала. .
Изобретение относится к получению углеродных волокон. .

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности касается шлихтующей композиции, состоящей из одного или двух полиорганосилоксанов, для пряжи, волокна или нитей, которые можно ткать, используя способ, не включающий стадию шлихтования или промывки, содержащих вышеуказанную композицию, по меньшей мере, на части своей поверхности.

Изобретение относится к технологии производства тканей с уменьшенным поглощением воды (намокаемостью). .

Изобретение относится к полиаммоний/полисилоксановым сополимерам, к способу их получения и их применению. .
Изобретение относится к технологии получения канатов из высокопрочных волокон и может быть использовано на морских судах, например, при глубоководных работах. .

Изобретение относится к технологии получения нетканых текстильных материалов, обладающих сорбционными и гидрофобными свойствами, и может быть использовано для очистки воды от нефтепродуктов.

Изобретение относится к композиции для обработки металлической поверхности, позволяющей формировать пленку химического преобразующего покрытия, обеспечивающую достаточное укрывание поверхности основы, сцепление покрытия и коррозионную стойкость.

Изобретение относится к составу для покрытий, устойчивых к царапанию, твердых поверхностных покрытий при применении их для получения изделий с полимерной поверхностью из состава для покрытий.

Изобретение относится к способам получения термостойких покрытий на основе органических производных кремния и фосфора. .

Изобретение относится к составам для получения супергидрофобного покрытия на силоксановом резиновом изоляторе. .

Изобретение относится к очищающим композициям, обеспечивающим также многофункциональные покрытия на чистой поверхности. .

Изобретение относится к аминовым соединениям, которые используются в получении отверждаемых композиций. .

Изобретение относится к способам получения покрытий на основе фторсодержащих полимеров, растворимых в органических растворителях, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности, для защиты от коррозии.

Изобретение относится к композициям для антикоррозионных покрытий на основе кремнийорганических смол и может быть использовано как эффективное средство защиты поверхностей от разрушения в результате коррозии и гниения под действием атмосферных и агрессивных химических сред.

Изобретение относится к строительным конструкционным элементам. .
Наверх