TWI503464B

TWI503464B - 表面經塗覆之聚酯基纖維基材

Info

Publication number: TWI503464B
Application number: TW100124920A
Authority: TW
Inventors: Tengjiao Hu
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2015-10-11
Also published as: TW201303111A

Description

表面經塗覆之聚酯基纖維基材

本發明係關於表面至少經一包括某些全氟聚醚類之組成物部分塗覆之聚酯基纖維基材，以及提供該基材之方法。與未經處理之纖維基材相比，該聚酯基纖維基材在表面塗覆後已改良耐損或耐磨性。

聚酯為主鏈上含有酯官能基的一類聚合物。最廣為人知的聚酯為聚對苯二甲酸伸烷基酯，包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)以及聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)。聚酯纖維具有某些已知的特性，例如高韌度、低吸水性、抗霉性、抗皺性以及與其他合成纖維相較具有極小的收縮性。聚酯纖維主要的應用包括衣服、家飾，例如地毯、簾幕、布匹、牆面塗料以及室內裝潢品。聚酯纖維的其他應用包括軟管、輸送帶、輪胎簾布以及枕頭中作為緩衝及隔離材料之填充用纖維、蓋被以及室內裝潢品填料。

聚酯在工業用織物、運動服、繩索或地毯的應用正不斷在尋求方法以改良聚酯的耐損或耐磨性。改良聚酯纖維耐損或耐磨性的方法包括，例如增加纖維的基本厚度、改變纖維的截面形狀或改變纖維在紡絲/拉伸製程期間的條件。另外，在融熔紡絲之前於聚酯中添加無機填料已揭露在JP4228113，其中一編織物係由含有2%TiO₂ 且展現高撕裂強度的PET紗所製成。

然而，仍有需要提供以適當的塗覆或噴灑組成物進行簡單表面處理的方法，以進一步改良聚酯基纖維基材(例如：織物、紗、地毯)的耐損或耐磨性。

已知塗覆或噴灑含氟聚合物之組成物於一纖維基材上可改變其物理/化學性質。例如，US2003/0139521(US 6,737,498)揭露一可使一纖維基材具防潑油及/或防潑水性的含氟化合物组合物。美國專利第4,929,471號揭露在製造過程期間，使用以具有一全氟烷基之乙烯基醚為基礎的聚合物來處理聚酯織物，以便生產一具備類似如在絲綢或人造絲中所發現之物理特性的聚酯織物。

因此，需找尋一適合聚酯基纖維基材的表面處理組成物以改良其耐損或耐磨性。

本文所提供者係一種經塗覆之基材，其包括一包括一聚酯的纖維基材，其中該纖維基材至少以一塗覆組成物部分塗覆，其中該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：

F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ 　(I)

其中n為5至100的整數。

本文所提供者係一種改良包括一聚酯之纖維基材之耐磨性的一方法，其包括以下步驟：

(i)　將一塗覆組成物施用至該纖維基材的至少部份表面，該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：

F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ 　(I)

其中n為5至100的整數；

(ii)　乾燥經塗覆之該纖維基材；以及

(iii)　選擇性地以水潤洗來自步驟(ii)之經塗覆之纖維基材；並乾燥經潤洗之該纖維基材。

若未特別指明，本文所提及的所有公開文獻、專利申請案、專利及其他參考文獻，係為了所有目的全部明確地以引用方式納入本文之中，如同其等已完整提出。

除非另行定義，否則本文所使用的所有技術和科學術語之含義，具有與本發明所屬領域中具有通常知識者通常理解的含義相同。在發生衝突的情況下，應以本說明書及其包含之定義為準。

除非另有明示，商標以大寫字母表示。

除非另有說明，所有百分比、部分、比例等皆以重量計。

當數量、濃度或其他數值或參數有指定的範圍、較佳範圍或表列出上下理想值之時，這應理解成特別揭露由任何上下限之數對或理想值所構成的所有範圍，不論是否分別揭露該等範圍。若本文中敘述一數值範圍，除非另有說明，該範圍意欲包括該範圍之端點與其內之所有整數與分數。本發明之範疇並不意欲限定為定義一範圍時所描述之特定值。

當使用用語「大約」於描述一數值或一範圍之端點時，應了解到該揭露內容係包括該特定值或所提出之端點。

如本文所述，用語「包括」、「包含」、「具有」、「含有」或其任何其他的變化係意指適用於一非排除性的包括。例如，含有清單列出的複數元素的一組合物、製程、方法、製品或裝置不一定僅限於清單上所列出的這些元素而已，而是可以包括未明確列出但卻是該組合物、製程、方法、製品或設裝置固有的其他元素。此外，除非另有明確說明，「或」意指一包括性的「或」而非指一排除性的「或」。例如，一條件A「或」B係滿足於下述情況之任何一種：A為真(或存在)且B為偽(或不存在)、A為偽(或不存在)且B為真(或存在)以及A與B皆為真(或存在)。

此外，位於本發明之元素或成分之前的不定冠詞「一」及「一個」旨在非限制性地說明該元素或成分的實例數目(即出現數)。因此「一」或「一個」應理解為包括一個或至少一個，且該元素或成分的單數詞形也包括複數，除非該數目顯然是指單數。

在此之材料、方法及實例僅為例示性，除非特別說明，且不意欲為限制性。雖然在本發明之實施或測試可使用相似或等同於在此所述者之方法及材料，但在此說明合適的方法及材料。

下文所述為本發明之詳細描述。

聚酯基纖維基材

聚酯聚合物為本領域具有通常知識者所熟知，且可包含源自於一醇與一包含其酯之二羧酸經酯化或轉酯化反應而得的任何縮合聚合產物。

醇類包含具有2至約10個碳原子的二醇，例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、甲氧基聚烷二醇、新戊二醇、1,3-丙二醇、伸丁二醇、伸己二醇、二伸乙二醇、聚乙二醇、環己烷二甲醇或其二或多種的組合物。其他適合的二醇包含伸乙二醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、二伸乙二醇、三伸乙二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-、1,3-及1,4環己烷二甲醇、以二醇或多元醇與環氧烷烴之反應產物所製得之較長鏈的二醇及多元醇或其二或多種的組合物。

二羧酸包含對苯二甲酸、丁二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、戊二酸、間苯二甲酸、1,10-癸二酸、鄰苯二甲酸、十二烷二酸、酯形成相等物(例如：二酯，如對苯二甲酸二甲酯)或其二或多種的組合物。其他可用以形成聚酯之二酸包含間苯二甲酸、1,4-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二甲酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、1,12-十二烷二酸及其衍生物，例如這些二羧酸之二甲基、二乙基、二丙基酯或其二或多種的組合物。

聚對苯二甲酸乙二酯(PET)係一經乙二醇與對苯二甲酸(或對苯二甲酸二甲酯)的縮合聚合反應製備的聚酯。該PET可為一較佳含70 wt%或以上之聚對苯二甲酸乙二酯之PET均聚物或共聚物，或其調合物。可以至多30 wt%自其他二醇或二酸所製成的聚酯對其進行改性。

聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)係一種可經1,3-丙二醇與對苯二甲酸(或對苯二甲酸二甲酯)的縮合聚合反應製備的聚酯。用以製造PTT的1,3-丙二醇較佳係由生化手段來自可再生來源(「經生物衍生的」1,3-丙二醇)。該PTT可為一較佳含70 wt%或以上之PTT的均聚物或共聚物，或其調合物。可以至多30 wt%由其他二醇或二酸所製成的聚酯對其進行改性。最佳的樹酯為一PTT均聚物。

聚對苯二甲酸二丁酯(PBT)係一種可經1,4-丁二醇與對苯二甲酸(或對苯二甲酸二甲酯)的縮合聚合反應製備的聚酯。該PBT可為一較佳含70 wt%或以上之PBT的均聚物或共聚物，或其調合物。可用至多30 wt%由其他二醇或二酸所製成的聚酯對其進行修改。最佳的樹酯為PBT均聚物。

聚酯及其製造方法已為本領域具有通常知識者所熟知。

在一實施例中，由一聚酯組成之該纖維基材係選自PET、PTT、PBT及其調合物。在另一實施例中，該纖維基材係由一聚酯組成，其中該聚酯係選自一PTT均聚物或一含70 wt%或以上之PTT的PTT共聚物。

對於用語「纖維基材」並沒有特殊的限制。為了本發明之目的，該用語「纖維基材」包括纖維、紗、織物、紡織品或成品，其可用於衣服、家飾、地毯以及其他消費性產品。本發明的纖維基材可為「針織」、「梭織」或「非織」基材。非織基材可包括纖維為利用熱、纏絡及/或壓力所接合之網狀或棉絮狀纖維之基材。本發明一特佳纖維基材係選自於纖維、織物、紗以及地毯。

塗覆組成物

將高分子量的六氟環氧丙烷聚合物(包含其封端及擴鏈衍生物)依照其分子量及不同的物理特性用來作為高效能的彈性體、分散劑或潤滑劑。令人意外的是，以一包括式I之全氟聚醚的塗覆組成物對聚酯基纖維基材進行表面處理，可在耐損性/耐磨性上提供意想不到的有利結果。

本發明之塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：

F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ 　(I)

其中n為5至100的整數。

本發明較佳的塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚，其中n為10至60的整數；更佳為15至40。

本發明較佳的塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚，其具有一分子量在1000-16,000的範圍內；更佳者，在1,800-10,000的範圍內；最佳者，在2,600-7,000的範圍內。

本發明之塗覆組成物進一步包括至少一溶劑。適合的溶劑包括具有一沸點在100℃以下的(全)氟化溶劑。舉例而言，全氟聚醚類，例如GaldeHT55(bp 55℃.)Solvay Plastics；全氟烷類，例如全氟辛烷、全氟己烷；氫氟烷類，例如2H,3H-十氟戊烷(E. I. du Pont de Nemours and Company(Wilmington,Del,USA),VertrelXF,bp 55℃)；(全)氟環烷類，例如1H,IH,2H-七氟環戊烷(Zeorora-H,bp 82.5℃)；購自3M公司，商品名為Novec的氫氟醚類，包含甲氧基九氟丁烷(HFE-7100,bp 61℃)、乙氧基九氟丁烷(HFE-7200,bp 76℃)、2-三氟甲基-3-乙氧基十氟己烷(HFE-7300,bp 98℃)；氫氟聚醚類，例如H-GaldenZV60(bp 60℃.)。較佳的溶劑包括2H,3H-十氟戊烷及甲氧基九氟丁烷。在另一實施例中，本發明之塗覆組成物可進一步包括一增稠劑以達成並維持所需之黏度、一香料、一染料；或任二或多種此類成分之混合物。所使用之香料包括天然及合成的香料、香水、芳香劑、精油以及其他任何釋放香氣的簡單物質及液態或粉狀化合物的混合物。以天然香料為例，存在動物源性之香料者，例如麝香、麝貓香料、海狸香、龍涎香或其類似物，以及植物源性之香料者，例如檸檬油、玫瑰油、香茅油、檀香油、薄荷油、肉桂油或類似物。另外，以合成香料為例，存在例如阿伐-蒎烯、檸檬烯、香葉醇、沈香醇、拉凡醇、橙花叔醇或類似物之混合香料者。

本發明之塗覆組成物也可含有其他成分以提供該聚酯基纖維基材額外的好處，及/或改良效能及配方。

本發明之塗覆組成物可以一溶液、一凝膠、一噴劑或一發泡體形式施用至該纖維基材。

取決於該塗覆組成物之施用方法，存在該塗覆組合物中之式I全氟聚醚或其混合物的量(以重量%計)，依該塗覆組成物之總重量通常可由約0.1%變化至約50%，較佳為約1%至約40%以及更佳為約5%至約20%。

在該塗覆組合物中所含溶劑的量(以重量%計)，依該塗覆組成物之總重量可由約50%變化至約99.9%，較佳為約60%至約99.0%以及更佳為約80%至約95%。

在該塗覆組合物中所含增稠劑的量(以重量%計)，依該塗覆組成物之總重量可由0%變化至約10%，較佳為約0.1%至約5%以及更佳為約0.2%至約1%。

在該塗覆組合物中所含香料的量(以重量%計)，依該塗覆組成物之總重量可由0%變化至約15%，較佳為約0.1%至約10%以及更佳為約0.2%至約5%。

某些特別適合之式I全氟聚醚之實例係可自市場上購得並選自KrytoxGPL-104、KrytoxGPL-105或KrytoxGPL-106氟化油(分別具有大約3000、4800及6000的平均分子量，且分別得自E. I. du Pont de Nemours and Company(Wilmington,Del,USA)。

美國專利第4,356,291號(DuPont)揭露以各種端基作為結尾的全氟聚醚及其製造方法，如同以引用方式併入本文之中。

本發明之塗覆組成物可為一溶液、凝膠、糊劑、噴劑或發泡體之形式。經由浸漬、浸泡、噴霧或噴灑製程，隨後並進行乾燥步驟，可將本發明之塗覆組成物施用至該纖維基材(例如：一織物、紗、一服裝、一地毯或其他物質)。

本發明之塗覆組成物較佳係以用作為一浸漬溶液或一噴劑之澄清液體形式存在，前述任一形式皆為穩定的且長時間在環境條件下可維持其液體狀態而不膠化。

一浸漬溶液及一噴劑配方之一般組成物的實施例可見於下文表1中

對噴劑組成物而言，根據本發明之塗覆組成物較佳具有一黏度在約0.3 cp至約5 cp的範圍內；而以液體調節劑配方的形式則為約100 cp至約450 cp。本發明之一特別優勢在於，無須像習知作法一般添加黏度控制劑即可達成此範圍內之黏度。

表面處理之方法

本發明進一步關於一種改良一纖維基材之耐損及/或耐磨性的方法，該纖維基材係由一如下文所述之聚酯所組成。

以各種慣用的程序將本發明之塗覆組成物施用至纖維基材。欲施用至可清洗的衣服紡織品，可例如以刷塗、浸漬、噴灑、填充、滾塗、發泡或類似方式，由一有機溶液施用該塗覆組成物。可將其施用至經染色或未染色之紡織品基材。對於地毯而言，可藉由浸入一溶液中或以噴劑及/或泡沫施用進行噴灑，而將本發明之塗覆組成物施用至地毯之一側。

可將本發明之塗覆組成物溶液稀釋至適合一特定的施用方法及/或裝置。當在纖維基材表面上塗覆該塗覆組成物時，係將一有效量之塗覆組成物塗覆至纖維基材之至少部分表面以達到所期望的耐磨性改良。若該纖維基材為一織物、紗或紡織品時，本發明之塗覆組成物較佳係以約0.1 g/L至約50 g/L的濃度進行施用，更佳為約0.5 g/L至約25 g/L。

通常將該塗覆組合物之分散液或溶液施用至該纖維基材，且其方式係藉由將該基材浸入該塗覆組合物之溶液中達充分的時間(由幾秒至數分鐘)以使該塗覆組成物得以被充分吸收，亦或藉由將該塗覆組成物之溶液噴灑至該纖維基材之表面上。

一旦該纖維基材之表面被該塗覆組成物至少部分塗覆，便將該基材在一室溫至約60℃的溫度範圍內乾燥。在一實施例中，對於一大型的纖維基材，例如一地毯，係於室溫下將其風乾。乾燥後，選擇性地以水潤洗表面經塗覆的纖維基材，並以如上文所述之相同方法乾燥之。另外，可將該塗覆組成物施用多次以改良耐磨性。

進一步取決於特定的施用方法，式I之全氟聚醚可能不僅塗覆於纖維基材之表面，其亦可能滲入該纖維基材至不同的深度。在一實施例中，可發現其遍布整個纖維基材。在另一實施例中，可發現其至少部分在該表面之上及表面之下。

對於經塗覆之纖維基材，例如乾燥後的織物、紡織品或地毯，相對於經塗覆之該纖維基材的總重量，塗覆組成物的施用量係足以提供約0.1至50 wt%之式I全氟聚醚；前提是該處理不會實質影響該纖維基材之外觀及觸感。更佳者，相對於經塗覆之該纖維基材的總重量，經塗覆之該纖維基材含有約1至35 wt%之式I全氟聚醚。最佳者，相對於經塗覆之該纖維基材的總重量，經塗覆之該纖維基材含有約5至20 wt%之式I全氟聚醚。

因此，本發明之一實施例係關於一種改良一纖維基材之耐磨性的方法，該纖維基材係由一聚酯所組成，包括以下步驟：

(i)　將至少部份該纖維基材的表面浸入一塗覆組成物中，該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：

F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ 　(I)

其中n為5至100的整數；

(ii)　乾燥表面經塗覆之該纖維基材；以及

(iii)　選擇性地以水潤洗來自步驟(ii)之纖維基材；並乾燥經潤洗之該纖維基材。

根據另一態樣，本發明提供一種改良一纖維基材之耐磨性的方法，該纖維基材係由一聚酯所組成，其包括以下步驟：

(i)　以一塗覆組成物噴灑該纖維基材的至少部分表面，該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚，

F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ 　(I)

其中n為5至100的整數；

(ii)　乾燥表面經塗覆之該纖維基材；以及

即使沒有進一步的闡述，相信使用上述說明的本領域具有通常知識者仍能夠最大程度地利用本發明。因此，以下實例僅為說明之用，而絕非用於限制本發明之揭露內容。除非另有指明，否則百分比係依重量計。

縮寫「Ex」代表「實例」而「Comp.」代表「比較性」，其後跟隨一個數字代表製備該化合物之實例為何。

實例材料

在實例中的聚酯基纖維基材係一由PTT所組成的織物(平織)，又名SORONA且可購自E. I. du Pont de Nemours and Company(Wilmington,DE,USA)。

用於實例中之式I全氟聚醚包括KrytoxGPL104(分子量約3000)、KrytoxGPL105(分子量約4800)以及KrytoxGPL106(分子量約6000)，其係得自E. I. du Pont de Nemours and Company(Wilmington,DE,USA)。

所製備之塗覆組成物如下：

1)　塗覆溶液A：以2H,3H-十氟戊烷(CAS No. 138495-42-8)將KrytoxGPL104稀釋成一10 wt%之溶液。

2)　塗覆溶液B：以2H,3H-十氟戊烷(CAS No. 138495-42-8)將KrytoxGPL105稀釋成一10 wt%之溶液。

3)　塗覆溶液C：以HFE-7100(甲氧基九氟丁烷及甲氧基九氟異丁烷(3M company Novec)之混合溶劑)將KrytoxGPL106稀釋成一10 wt%之溶液。

試樣製備

對於Ex. 1-6：將織物樣本切成一10 cm寬且10 cm長的條帶，並紀錄初始重量(W0)。將織物樣本浸入該塗覆組成物30秒；在環境溫度下將其乾燥直到重量恆定；並記錄該表面經處理之織物樣本的重量(W1)。將該經乾燥之織物樣本浸泡在1000 mL的水中並溫和攪拌1小時。拿起該織物樣本，將其平放在環境溫度下的真空烘箱中烘乾直到重量恆定，並紀錄最終重量(W2)。

對於Ex. 7-12：將織物樣本切成一10 cm寬且10 cm長的條帶，並紀錄初始重量(W0)。以塗覆組成物噴灑該織物樣本以覆蓋大部分的表面；在環境溫度下將其乾燥直到重量恆定；並記錄該表面經處理之織物樣本的重量(W1)。將該經乾燥之織物樣本浸泡在1000 mL的水中並溫和攪拌1小時。拿起該織物樣本，將其平放在環境溫度下的真空烘箱中烘乾直到重量恆定，並紀錄最終重量(W2)。

比較性樣本之製備

以製作試驗樣本相同的方法製備比較性織物樣本，將該織物浸入1000 mL不含式I全氟聚醚的水中(針對Comp. Ex. 1-3)或噴灑不含式I全氟聚醚的水(針對Comp. Ex. 4-5)。

磨損試驗&結果

根據ASTM標準D3884-07，使用一Taber磨損試驗來評估織物樣本的磨損性能。該機器型號為一帶有CS-10磨輪的Taber5131研磨機，且其負載為1000克。其輪速為60轉/分。在每次磨損試驗之後，以拋光紙將磨輪再拋光25轉。其耐磨性係以造成一股紗線斷裂所需的磨損轉數來評估。

表2所列為實例1至6以及比較實例1至3的塗覆結果及其磨損性能。

表2.　浸漬塗覆及磨損性的結果&磨損性能

表3所列為實例7至12以及比較實例4至5的塗覆結果及其磨損性能。

表2及3中的數據證明了，如與比較實例1至5相比，以一包括式I全氟聚醚的塗覆組成物表面處理一聚酯基纖維基材(即一SORONA織物)會在耐磨性上產生重大的改善。

Claims

一種經塗覆基材，其包括一包括一聚酯之纖維基材，其中該纖維基材至少部分經一塗覆組成物塗覆，其中該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ (I)其中n為5至100的一整數，且該經塗覆基材的總重量包括0.1-50wt%之式I全氟聚醚。
如請求項1所述之經塗覆基材，其中n為10至60的一整數。
如請求項1所述之經塗覆基材，其中該聚酯係選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯或其調合物。
如請求項1所述之經塗覆基材，其中該聚酯係一聚對苯二甲酸丙二酯均聚物或一包括至少70wt%之聚對苯二甲酸丙二酯的聚對苯二甲酸丙二酯共聚物。
如請求項1所述之經塗覆基材，其中該纖維基材係選自纖維、織物、紗或地毯。
如請求項1所述之經塗覆基材，其中以全體組成物為基礎，該塗覆組成物包括約0.1至50wt%之式I全氟聚醚。
一種用於改良一包括一聚酯之纖維基材之耐磨性的方法，其包括以下步驟：(i)將一塗覆組成物施用至該纖維基材的至少部分表面，該塗覆組成物包括一式I之全氟聚醚：F-[CF(CF₃ )-CF₂ O]_n -CF₂ CF₃ (I)其中n為5至100的一整數；(ii)乾燥經塗覆之該纖維基材；以及(iii)選擇性地以水潤洗來自步驟(ii)之經塗覆之纖維基材；並乾燥經潤洗之該纖維基材；其中，來自步驟(ii)之經塗覆之該纖維基材的總重量包括0.1-50wt%之式I全氟聚醚。
如請求項7所述之改良一包括一聚酯之纖維基材之耐磨性的方法，其中施用步驟係選自刷塗、浸漬、噴灑、填充、滾塗或發泡。