Verfahren zur Hydrophilierung Carbonamidgruppen enthaltender, nicht textiler Gebilde
Es wurde gefunden, dass man gewisse Oberflä cheneigenSchaften geformter Gebilde, die im Molekül Carbonamidgruppen enthalten, insbesondere deren Benetzbarkeit mit Wasser, verbessern kann, wenn man diese Gebilde unter völliger Erhaltung ihrer Struktur mit geringen Mengen cyclischer Säureester bzw. -amide oder Oxalkylierungsmittel umsetzt.
Carbonamidgruppen enthaltende geformte Gebilde sind in erster Linie die bekannten Kondensationsprodukte aus Dicarbonsäuren und Diamiden oder aus Caprolactam, ferner Kondensationsprodukte aus Diisocyanaten und Diamiden oder Diolen sowie solche Gebilde, die aus Carbonamidgruppen enthaltenden natürlichen Substanzen, wie z. B. Polypeptiden, hergestellt sind.
Für die Durchführung der Hydrophilierungsreaktion sind in erster Linie Propiolacton, Butyrolactone, Propansulton und Butansultone geeignet. Daneben kommen auch andere Lactone und Sultone in Betracht, wie z. B. Oxyäthoxyessigsäurelacton, Caprolactam, Tolylsulton, Naphthsulton und dergleichen, wobei die Kohlenwasserstoffreste dieser Mittel auch noch Substituenten, wie z. B. Halogen, enthalten können. Ferner kann die Hydrophilierung durch Umsetzung mit Oxalkylierungsmitteln erreicht werden, wozu zweckmässig in erster Linie die bekannten Alkylenoxyde, wie Äthylenoxyd und Propylenoxyd, verwendet werden können. Daneben kommen als Oxalkylierungsmittel in Betracht: Glycid, Glycidsäuren, Halogenhydrine, wie z. B. Athylenmonochlorhydrin, Glycerinmonochlorhydrid, Epichlorhydrin, Propylenmonochlorhydrin, Diäthylenglykolmonochlorhydrin und dergleichen.
Durch die erfindungsgemässe Behandlung wird eine wesentliche Verbesserung von Oberflächeneigenschaften der geformten Gebilde erreicht. Gleichzeitig mit ihrer Hydrophilierung werden die Gebilde auch verbessert anfärbbar, insbesondere für basische Farbstoffe, und sind sie den unbehandelten Gebilden in bezug auf antistatische Eigenschaften erheblich überlegen. Sofern die Hydrophilierung mit Hilfe von cyclischen Säureestern oder -amiden durchgeführt wird, kann der saure Charakter sowie der Umsetzungsgrad der oberflächlich hydrophilierten Produkte durch acidimetrische Gehaltsbestimmung ermittelt werden.
Durch die vorgenommene Behandlung erfahren die mechanischen bzw. strukturellen Grundeigenschaften dieser Produkte, wie z. B. Reissfestigkeit, Dehnung, Bersteigenschaften, Schmelzpunkt und dergleichen, keine Veränderung. Die geformten Gebilde können bei der Behandlung in bekannten Formen vorliegen, also in Gestalt von Borsten, Folien, Filmen, Schläuchen, Röhren, Blöcken oder auch in Gestalt entsprechender Verarbeitungsprodukte. Die Gebilde können auch Zusatzstoffe enthalten, wie z. B. andere verformbare Substrate, Füllstoffe, Farbstoffe usw.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in der Weise ausgeführt werden, dass man die geformten Gebilde bei normaler oder erhöhter Temperatur in Gegenwart von basischen Mitteln mit den genannten cyclischen Säureestern bzw. -amiden oder Oxalkylierungsmitteln behandelt, wobei man gegebenenfalls in Gegenwart von Lösungsmitteln arbeiten kann.
Eine geeignete Arbeitsweise zur Hydrophilierung besteht darin, dass man die geformten Gebilde, beispielsweise aus Polyamidkondensaten bestehend, in Gegenwart einer starken Base, z. B. Natriumhydroxyd als Katalysator, bei gewöhnlicher oder erhöhter Temperatur mit den cyclischen Säureestern bzw. -amiden umsetzt. Zu diesem Zweck kann man die geformten Gebilde zunächst mit Natronlauge tränken, abquetschen und dann in eine Lösung oder Suspension der cyclischen Säureester bzw. -amide einlegen. Sofern diese Mittel bei der gewünschten Temperatur in flüs siger Phase vorliegen, ist es auch möglich, ohne Lösungsmittel zu arbeiten. Schliesslich kann man auch so vorgehen, dass das mit verdünnter Natronlauge imprägnierte Gut mit einer Dispersion des flüssigen Mittels in einem inerten Lösungsmittel behandelt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die geformten Gebilde zunächst mit den cyclischen Säureestern bzw. -amiden bzw. deren Lösung oder Suspension zu tränken, abzuquetschen und anschliessend mit basischen Mitteln zu behandeln.
Die Umsetzung erfolgt mit positiver Wärmetönung, so dass ein Erwärmen in manchen Fällen entbehrlich ist.
Bei Verwendung von Oxalkylierungsmitteln geht man vorzugsweise so vor, dass man die geformten Gebilde, in Gegenwart von Natriumhydroxyd als Katalysator, mit oder ohne Druck bei Temperaturen oberhalb 50O, vorzugsweise bei Temperaturen von 80 bis 100 , in Gegenwart oder in Abwesenheit von Lösungsmitteln mit gasförmigem Äthylenoxyd umsetzt.
Zu diesem Zweck kann man die geformten Gebilde zunächst mit verdünnter Natronlauge tränken und abquetschen und dann darauf in einem Reaktionsraum gasförmiger Äthylenoxyd bei den angegebenen Temperaturen einwirken lassen. Man kann das mit dem Katalysator vorbehandelte Material auch mit einem inerten Lösungsmittel tränken oder kann die Behandlung überhaupt in einem inerten Lösungsmittel durchführen. Im letzteren Falle wird das Lösungsmittel bzw. ein geeignetes Lösungsmittelgemisch zweckmässig so gewählt, dass es bei der gewünschten Reaktionstemperatur siedet, wobei eine gute Durchmischung zwischen Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch und Äthylenoxyd erreicht wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die geformten Gebilde mit flüssigem, gegebenenfalls durch Lösungsmittel verdünntem Äthylenoxyd zu behandeln, wobei man auch bei niedrigen Temperaturen arbeiten kann.
Als Lösungsmittel kommen für die Durchführung des Verfahrens aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Benzol, Toluol, Xylol, oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Benzin, in Betracht, ferner Dioxan, Tetrahydronaphthalin, Dekahydronaphthalin, Äther, Wasser und dergleichen. Als basische Mittel kann man neben Alkalihydroxyden auch andere bekannte, die Aufspaltung von Lactonen, Sultonen oder Lactamen beschleunigende Katalysatoren verwenden, wie z. B. Alkoholate, Erdalkalihydroxyde, organische Basen, quaternäre Ammoniumverbindungen und dergleichen.
Die bei dem Verfahren zur Umsetzung kommenden Mengen an cyclischen Säureestern bzw. -amiden sind sehr gering. Man erhält bereits einen guten Imprägnierungseffekt mit kleinen Mengen in der Grö ssenordnung von 0, 1-0, 5%, auf das Gewicht der Carbonamidgruppen enthaltenden geformten Gebilde berechnet. Man kann jedoch auch noch grössere Mengen anwenden. Ebenfalls sind die zur Umsetzung kommenden Mengen an Oxalkylierungsmitteln gering. Die angelagerten Mengen liegen z. B. zwischen etwa 0,01 und 204 Oxalkylierungsmittel, z. B. Äthylenoxyd, auf geformte Gebilde berechnet. Man kann aber auch grössere Mengen anlagern, die jedoch 10X ó nicht über- steigen.
Nach der Behandlung wird das Behandlungsgut vom Überschuss des Reaktionsmittels und erforderlichenfalls vom anhaftenden Lösungsmittel befreit, gewaschen und getrocknet. Das Material weist keine Strukturänderungen auf und zeigt die üblichen mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials nahezu unverändert. Ferner zeigt es auch keine wesentlichen Farbänderungen, so dass es praktisch vom verwendeten Ausgangsmaterial kaum zu unterscheiden ist. Das vom Behandlungsgut aufgenommene Hydrophilierungsmittel ist mit üblichen Verfahren, z. B. mehrfacher Wäsche, nicht entfernbar, sondern befindet sich in chemischer Bindung.
Man kann die mit den hydrophilierend wirkenden Mitteln behandelten Gebilde in ihren Eigenschaften weiter dadurch verbessern, dass man sie mit solchen Reaktionsmitteln umsetzt, welche an den eingeführten reaktiven Gruppen angreifen und deren hydrophilierende Wirkung verstärken. Beispielsweise lassen sich die eingeführten Carbonsäure- bzw. Sulfonsäuregruppen mit hydrophilen Veresterungs- bzw. Amidierungsmitteln umsetzen. Als Reaktionsmittel, welche in entsprechender Weise an den Hydroxylgruppen der gebildeten Oxyalkylreste angreifen, kommen z. B. anorganische oder organische mehrbasische Säuren, Säureanhydride oder auch Säurechloride in Betracht, wie z. B. Phosphorpentoxyd, Chlorsulfonsäure und dergleichen.
Man hat bereits thermoplastische Kunststoffe, die Säureamidgruppen enthalten, in der Weise mit Alkylenoxyden behandelt, dass man sie bei niedrigen Temperaturen in Alkylenoxyden quellen liess und dann unter Zuführung weiterer Mengen von Alkylenoxyden auf höhere Temperaturen erwärmte. Dabei hat man gallertartige bis ölige Stoffe erhalten, die keinerlei Struktur mehr besitzen. Weiterhin ist es auch bekannt, Polyamide mit grösseren Mengen Alkylenoxyden zu behandeln, wobei flexible Produkte erhalten werden. Dabei erzielt man eine einschneidende Veränderung der ursprünglichen Struktur unter Ausbildung von Eigenschaften, die für Spezialzwecke brauchbar, jedoch für die üblichen Verwendungszwecke ungeeignet sind.
Im Gegensatz dazu erhält man bei dem vorliegenden Verfahren bei voller Erhaltung der ursprünglichen Struktur wertvolle Verbesserungen von bereits genannten Eigenschaften der geformten Gebilde unter Verwendung äusserst geringer Anlagerungsmengen an Hydrophilierungsmitteln.
Beispiel 1
5 g Polyamidfolie, hergestellt aus Caprolactam, werden mit 20l/oiger Natronlauge getränkt, abgequetscht, 30 Min. liegengelassen und dann in eine Lösung von 30 g Propansulton in 500 cm3 Toluol ein gelegt. Die Probe wird 90 Min. in der Lösung belassen und dabei öfters bewegt.
Die mehrfach gewaschene trockene Folie zeigt praktisch keine Gewichtsveränderung. Das Material ist hellfarbig und hydrophil. Die Folie zeigt keinerlei Neigung mehr zu elektrostatischer Aufladung.
Beispiel 2
5 g Polyamidfolie, hergestellt aus Caprolactam, werden nach Vorbehandlung, wie in Beispiel 1 angegeben, in eine Lösung von 30 g Propiolacton in 70 cm3 Wasser eingelegt und anschliessend 11/2 Std. lang bei 30o darin belassen.
Das behandelte und gewaschene Material neigt nicht mehr zu elektrostatischer Aufladung.
Beispiel 3
10 g Polyamidfilmmaterial, hergestellt aus Adipinsäure und Tetramethylendiamin, werden mit methanolischer Natronlauge angefeuchtet und in ein Reaktionsgefäss gegeben, das 1000 cm3 Toluol enthält. Das Toluol wird auf etwa 80 erwärmt, worauf man einen Äthylenoxydstrom während 3-4 Stunden langsam durchleitet. Nach dieser Zeit wird das Filmmaterial abgequetscht, gewaschen und getrocknet.
Beispiel 4
10 g Polyurethanborsten, hergestellt aus 1,6 Hexandiisocyanat und Butylenglykol, werden mit 20%iger Natronlauge getränkt, abgequetscht, 30 Min. liegengelassen und dann in eine Lösung von 60 g Butansulton in 250 cm3 Toluol gegeben. Die Borsten werden 90 Min. in der Lösung belassen. Nach Herausnehmen wird das Material gewaschen und getrocknet. Der elektrische Widerstand ist gegenüber dem unbehandelten Ausgangsmaterial so stark vermindert, dass elektrostatische Aufladung nicht mehr eintritt.