组合物和具有可逆适应性表面能性能的处理基材及其制造方法技术

本发明专利技术主要涉及表现出有用的、依赖基材环境自动适应的表面能性能的基材。当与目标基材表面相接触时，此表面能性能对液体提供相对高的前进接触角和后退接触角。在约２５℃的温度下，该基材表现出最多约２０毫焦耳／米↑［２］（ｍＪ／ｍ↑［２］）的低表面能，而在或经受约４０℃温度时，表现出大于约２０ｍＪ／ｍ↑［２］的表面能。更具体而言，本发明专利技术包括纺织品基材，该纺织品基材具有上述极理想的独特表面能改性性能，且表现出耐洗的抗油和抗水性及去污特征。本发明专利技术中还包括赋予基材上述表面能改性的新型组合物和制剂，以及制造此处理基材的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及表现出有用的、依赖基材环境自动适应的表面能性能的基材。当与目标基材表面接触时，此表面能性能对液体提供了相对高的前进接触角和后退接触角。具体而言，通过测角法测量及Fowkes方程计算，在约25℃温度下时，基材表现出最多约20毫焦耳/米2(mJ/m2)的低表面能，而在或经受约40℃温度时，表现出大于约20mJ/m2的表面能。这种表面能自动改性的独特能力，反过来提供了抗水和油的、表现出一定程度抗污渍的、并且赋予目标基材有效去污性能的表面。另外，依赖于所暴露的环境，该独特的表面能特征是可重复和可逆的。本专利技术还包括赋予基材上述表面能改性的新型组合物和制剂，以及上述处理基材的制造方法。更具体而言，本专利技术包括纺织品基材，该纺织品基材具有上述极理想的独特表面能改性性能，且表现出耐洗的抗油和抗水性及去除污物和/或污渍的特征。
技术介绍
长期以来，特别是在纺织工业中，有必要提供同时表现出多种耐洗性能的基材，例如作为一个例子的服装织物。更显著地，抗水性、抗油性、抗污渍性、和去污特征对促进基材的清洁是非常需要的，即使不能防止完全玷污。不幸地是，由于通常较难在此基材的整个耐洗寿命中达到某种表面能需求，严重地限制了同时的和耐洗的特征的提供。通常，对织物(或其它表面)提供以耐洗为基础的共存的抗水、抗油性和去污性的涂层或其它处理剂，还不能容易地得到或为人广泛共知，因为这些性能之一所要求的表面能特征完全不同于同时赋予其它性能时所需的表面能特征。尽管已经有两种性能在某些基材(如下所述)上初始同时存在的例子，但不幸地是，它们的耐洗程度尚不能被长期使用的目标基材所接受。结果，抗油或抗水性极大地降低，由此也令抗污性降低。随着抗污倾向的降低，实现适当去污的能力可能也减弱，特别是在暴露于更多的污渍且其中适当去污作用所需的表面能特征(与赋予前述的抗水和抗油性能所需要的相似)受损害时(例如，不耐洗的)。由于很难获得同时防止极性(水的)和非极性(烯的)液体渗透入上述织物表面中，且能够经受持续的普通洗涤程序，因此，真正有效的耐洗、长期、抗污渍性和去污的处理剂尚未出现。现有的抗油和抗水表面处理存在的问题，最显著地在例如含棉织物的典型高污渍基材上观察到。这些织物通常难以在其表面改性到所需程度，从而赋予其抗油和抗水特征，并且保留可接受的手感。由于前述的表面能问题，这三种根本性能(去污性、抗水性、和抗油性)未简单地利用于基于耐洗性的纺织工业。对于上述表面能性能的说明有助于对上述现象的更好理解。任何材料的基本物理性质是它的表面能。这种性质通常表示为mJ/m2。取决于此性质的大小，材料可分为具有高表面能的和具有低表面能的。这种性质通常取决于该基材的组合物。例如，具有含有例如羟基、羧酸基团、胺基等的极性、亲水基团为主要部分的表面的基材，一般表现为高表面能。相反地，具有含有例如硅酮、氟化基团等的非极性、疏水基团为主要部分的表面的基材，一般表现为低表面能。容易知道的是，当例如水的极性液体与基材表面相接触时，只有当液体的表面张力小于基材的表面能时，该液体才会自然地润湿该表面。反之，如果液体的表面张力高于基材的表面能，则自然地润湿不会轻易发生，并且液体将保持汇合于基材表面。正如人们预期的那样，由于多种原因，基材表面能改性长久以来已成为各种材料的主要研究领域。例如，经常希望增加基材的表面能，从而促进它吸收液体的能力，或者增加涂层与基材间的粘合力。实际的例子包括纸张或塑料的化学处理以加强其被印刷油墨润湿的能力，以及塑料的电晕处理以增加塑料与其它材料间的粘合力，例如用于包装应用中的Mylar薄膜的铝涂料。纺织品基材还已被改性，从而生产具有高表面能的基材，这导致纺织品基材是亲水的并且表现出改善的舒适性和去污性能。作为一个例子，洗涤剂工业已将这项技术应用于确定洗涤各种纺织品基材的有效方法。表面能改性还利用于其它涂料应用中，例如通过将TeflonTM应用到炊具和烹饪用具上而生产表现出低表面能量的无粘性表面。为了生产疏水的并且表现出抵抗性能(例如防水雨衣)的纺织品基材，纺织品基材还通过低表面能处理而改性。通常发现用氟化聚合物处理的基材，一般对水表现出大于100度的接触角。前进接触角和后退接触角非常相近。此处理剂的表面能的主要组分是分散的。例如在Sherman等人的美国专利No.3,574,791中公开的，与传统的氟化物防护剂相比，用双功能防护剂处理的基材通常表现出与水更低的接触角，并因此趋向于表现出更低的抵抗性。所测量的表面能含有显著分散和极性的组分。通常可以测量前进接触角与后退接触角之间的差值。在一些例子中，存在于前进接触角与后退接触角之间的可测量的滞后度，指示了表面能在液体存在下已改变。除液体吸收外，在液体存在或环境条件下，滞后显示了表面能已改变(动力学地或热力学地)。可测量的滞后度提供了基材对环境自动适应的进一步证据。得到纺织品应用的理想性能的一种方法得自于一种组合物，该组合物提供高的前进接触角(例如大于90度)，表现出无孔性质，从而赋予基材抗污渍性，并提供低的后退接触角(例如小于90度)，表现出多孔性质，从而赋予基材去污性。得到上述应用的理想性能的另一种方法得自于一种组合物，该组合物在污渍物质与基材之间赋予高的前进接触角和高的后退接触角，接着在经历洗涤过程时产生低的前进接触角和后退接触角。对多孔或可染的表面来说理想的是表现出对各种液体的高接触角，从而防止吸收或玷污。对此表面来说同样理想的是在例如洗涤介质的环境中适应变化，从而加强去污渍性和去污物性。可引起基材的表面能变化的其它环境条件包括温度、含湿量、和其它环境因素的变化。可逆地适应其环境的表面是非常理想的，以致于该表面是抗污渍的和可清洁的，并且经过多次使用循环而保持此效果。在例如服装、地毯、室内装潢等的多种最终用途的应用中，产品外观的保持是极其重要的。虽然对于这些典型应用来说已发展了抗污渍处理，已发现与服装的抗污渍处理相似，上述处理对后续的洗涤有不利影响。因此，非常需要发展抗污物和抗污渍的纺织品基材，不考虑最终用途的应用，使用适宜的洗涤技术时该纺织品基材具有增强的洗涤性。随着XPS、SIMS、和其它表面分析技术的发展，在材料表面检测某些化学基团已成为可能。例如，可测量官能团的浓度和深度特征，诸如通常在氟化聚合物抗污渍化学品中发现的CF3部分。通过适宜的样品制造技术，同样还可能观测在基材表面上发生的变化，而该变化是由基材暴露的环境改变而引起的。例如，在初设的环境下，发现含有例如CF3基团的主要为低表面能基团的基材，在不同的第二次设定的环境下，可显示出含有例如羟基的显著亲水的高表面能基团。这种极性变化通常使得基材的表面润湿(即，吸收液体)，由此提高去污性。当基材的环境恢复到初设条件时，可发现，例如CF3基团回到基材表面，因此使得基材恢复到低表面能、抗污渍状态。一些例如聚合物的处理组合物具有其它性质，例如可影响处理基材的最终性能的玻璃转变温度。例如特征在于高玻璃转变温度的硬弹性聚合物可提供增加的防润湿保护，特别是强制润湿(forcibly wetting)的保护。然而，由于聚合物内挠性较小，该硬的、高玻璃转变的聚合物将可能需要更多工作以适应其环境的改变。另外，聚合物分子量和共聚单体的加入还可能提高润本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于赋予基材耐久的抵抗性和去污性的组合物，所述组合物包括以下组合：　　　　（ａ）去污剂；　　　　（ｂ）抗污渍剂；和　　　　（ｃ）疏水交联物种。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：WC小金布雷尔，X方，Y王，DT麦克布赖德，DJ瓦伦蒂，
申请(专利权)人：美利肯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]