[发明专利]作为拒斥性聚合物熔体添加剂的氟化物二酯

说明书

发明领域

本发明涉及将某些氟化物二酯(fluorochemical diester)添加到聚合物熔体中，用于给热塑性聚合物，尤其是纤维、织物、非织造物、薄膜和模制品，赋予优异的对低表面张力流体的拒斥性。

发明背景

地毯和纺织纤维在日常使用中容易被沾污(soiled)和染污(stained)。随着合成纤维如聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯和聚酯的出现，它们显然比传统的天然纤维如棉和羊毛更具有亲脂性(亲油性)，纤维沾污的问题变得更加严重。

已知许多种物质可导致沾污。纤维上发现的污物可包括：各种固体粒子，如飞灰或其它无机微粒；液体，如油和油脂；固体和液体的混合物，如烟灰(其包含混有油性成分的粒子)；和生物物质，如皮肤细胞和皮脂。

污物典型地通过范德华力粘附在纤维表面，该作用力仅在很短的距离内有效。这种结合强度取决于以下因素：每单位界面面积的相互作用力，接触面积，和纤维表面是否存在液体。在纤维上的油性薄膜增加了沾污。通常，液体的粘性越高，液体对纤维的粘附力就越强。污物粒子甚至能粘附到起初光滑的表面，如聚酯和聚乙烯薄膜。污物通常不是被机械截留在纤维中。

纤维染污会以广泛的各种途径发生，包括：通过外界有色物质与纤维的离子键合或共价键合。例如，尼龙纤维是具有末端氨基和羧基端基的聚酰胺。尼龙通常被酸性染料染污，该酸性染料为有色的带负电荷的分子，其离子键合到质子化的末端胺上。染污的酸性染料的例子包括含有FD&C Red Dye No.4、葡萄酒和芥末的液体。

多年来，通过施用拒油拒水的整理剂(finish)，赋予地毯和纺织纤维防沾污性(相对于防染污性)。也许纤维的第一防沾污剂是淀粉，当洗涤纤维时淀粉能与污物一起被除去。其它水溶性聚合耐染污整理剂包括：甲基纤维素、羟丙基淀粉、聚乙烯醇、藻酸、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠。如同淀粉那样，这些保护性整理剂的很大的缺点是它们的作用机制是牺牲性的；它们包含污物，但是在纤维清洗时与污物一起被除去。

包括丙烯酸类、甲基丙烯酸类和马来酸聚合物的烯类聚合物，也被用作为去污剂。美国专利3,377,249公开了如下的乳剂，该乳剂为丙烯酸乙酯与至少20％丙烯酸、甲基丙烯酸、或衣康酸与N-羟甲基丙烯酰胺的组合的共聚物。

近来，氟化物去污剂已变得很普及。将氟化物剂涂覆到纤维上，通过使表面和能沾污地毯的物质之间的化学接触最小化来防止表面湿润，从而使得所述物质更易除去。

第一氟化物整理剂致力于降低纤维表面能，以防止油性污物的扩散。最近开发的氟化物整理剂已试图联合降低表面能和亲水性，其描述于美国专利3,728,151。许多专利描述了用作纤维的防沾污涂料的氟化聚合物，包括美国专利3,759,874(描述了聚氨酯类化合物，其由亲油的含氟嵌段和亲水的聚环氧乙烷嵌段的组合组成)和美国专利4,046,944(描述了氟化缩合嵌段共聚物，其包括由脲键合的亲油的氟化嵌段和亲水的聚环氧乙烷嵌段)。

尽管纤维上的氟化整理涂层确实给纤维带来了一定的防沾污性，但是它们都有明显的缺点，即在纤维的日常保养中被除去。目前可用的氟化物整理剂无一能提供永久的对沾污和染污的防护。这对于聚丙烯来说尤其是个问题，其亲油性很高，并已开始与尼龙竞争作为用于住宅地毯的纤维。

热塑性聚合物纤维经常用氟化物处理，以影响纤维的表面特性，例如提高防水性或带来防染污性或防干污物性。最经常地，通过喷射、浸轧或起泡，将氟化物分散体局部用到这些纤维制成的织物上，随后通过干燥步骤除去水。

例如，已知一种方法可使纺织纤维获得防沾污性和防火焰传播特性，该方法包括：局部涂覆各种氟化酯的水分散体，该氟化酯由全氟烷基脂族醇(其式为C_nF_2n+1(CH₂)_mOH，其中n为约3至14，m为1至3)以及一元或多元羧酸(含有3至30个碳原子，并可能含有其它取代基)衍生得到。其它氟化酯类包括，尤其是，与从DuPont购得的“ZONYL”FTS相对应的全氟烷基乙基硬脂酸酯，以及由十二烷二酸或十三烷二酸制得的全氟烷基乙基二酯。

已清楚地认识到，如果在纤维挤出之前，将氟化物添加剂掺入到聚合物熔体中，以取代局部施用，就可以简化热塑性聚合纤维和织物的制备方法，并且可以明显节省资金投入。困难在于找到合适有效的氟化物添加剂。