CZ309643B6 - Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku - Google Patents

Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku Download PDF

Info

Publication number
CZ309643B6
CZ309643B6 CZ2021-349A CZ2021349A CZ309643B6 CZ 309643 B6 CZ309643 B6 CZ 309643B6 CZ 2021349 A CZ2021349 A CZ 2021349A CZ 309643 B6 CZ309643 B6 CZ 309643B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
hydrogen peroxide
bath
bleaching
sample
water
Prior art date
Application number
CZ2021-349A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2021349A3 (cs
Inventor
Ladislav Burgert
Radim Hrdina
Petra Bayerová
Fouzy Ramadan Ali Alafid
Alafid Fouzy Ramadan Ali
Anna Krejčová
Pardubice Krejčová Anna
Michal Černý
Jan Vališ
Original Assignee
Univerzita Pardubice
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Pardubice filed Critical Univerzita Pardubice
Priority to CZ2021-349A priority Critical patent/CZ309643B6/cs
Publication of CZ2021349A3 publication Critical patent/CZ2021349A3/cs
Publication of CZ309643B6 publication Critical patent/CZ309643B6/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C229/00Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C229/02Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C229/04Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated
    • C07C229/24Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated having more than one carboxyl group bound to the carbon skeleton, e.g. aspartic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C229/00Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C229/02Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C229/04Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated
    • C07C229/26Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having amino and carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated having more than one amino group bound to the carbon skeleton, e.g. lysine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C229/00Compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C229/76Metal complexes of amino carboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/16Organic compounds
    • C11D3/26Organic compounds containing nitrogen
    • C11D3/33Amino carboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/395Bleaching agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/395Bleaching agents
    • C11D3/3951Bleaching agents combined with specific additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/395Bleaching agents
    • C11D3/3956Liquid compositions
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/1026Other features in bleaching processes
    • D21C9/1042Use of chelating agents
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/16Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds
    • D21C9/163Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds with peroxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Detergent Compositions (AREA)

Abstract

Předkládané řešení poskytuje stabilizátory peroxidu vodíku založené na hořečnatých solích derivátů asparagové kyseliny, které mají vysokou stabilizační účinnost, chelatační vlastnosti, antikorozní vlastnosti, a jsou biologicky odbouratelné. Předkládané řešení dále popisuje jejich použití pro stabilizaci peroxidu vodíku, a bělicí lázně je obsahující.

Description

Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku
Oblast techniky
Vynález se týká nových stabilizátorů peroxidu vodíku založených na hořečnatých solích derivátů asparagové kyseliny, které mají vysokou účinnost, chelatační vlastnosti, antikorozní vlastnosti, jsou biologicky odbouratelné. Vynález se dále týká způsobu jejich přípravy a jejich použití.
Dosavadní stav techniky
Bavlněná vlákna patří mezi nejdůležitější textilní vlákna rostlinného původu a tvoří zhruba třetinu světové produkce textilních vláken a jsou nejzpracovávanější textilní surovinou. Používají se také ve směsích se syntetickými vlákny. Oděvní průmysl je z velké části založen na bavlně a zhruba 70 až 75 % spotřeby tvoří bavlna.
Bavlněná vlákna jsou dlouhé jednobuněčné útvary, které vznikají ze semeníku. Jakmile bavlna odkvete, buňky na epidermu semeníku začnou růst a po 20 dnech dochází k mnohonásobnému prodloužení v řádech tisíců. Bavlna zraje zhruba 35 až 50 dní.
Během této doby se tvoří sekundární stěna, která je z velké části složena z α-celulózy. Po dozrání bavlny dochází k morfologickým změnám a dojde ke smrštění lumenu a zbortí se sekundární stěna.
Celulóza je polysacharid, jehož základní stavební jednotka je tvořena β-glukopyranózou (βglukóza) (Schéma 1), která je spojena 1,4-glykosidickými vazbami do polymeru. Disacharid celobióza je základní stavební jednotkou celulózy.
Necelulózové složky jsou umístěny v primární stěně a lumenu vlákna, kdežto sekundární stěna je složena převážně z α-celulózy. Primární stěna bavlny obsahuje méně než 30 % celulózy, necelulózových polymerů, uronových kyselin, cukrů a množství proteinů. Polymerační stupeň celulózy v primární stěně je mezi 2000 až 6000 s širokou distribuční křivkou. Necelulózový podíl zahrnuje proteiny. Sekundární stěna je tvořena skoro ze 100 % celulózou. Polymerační stupeň se pohybuje okolo 14 000 a distribuční křivka molekulových hmotností je podstatně užší.
Složení bavlněného vlákna ukazuje tabulka 1.
Tabulka 1: Procentuální zastoupení látek tvořící bavlněné vlákno
α-celulóza 88 až 96,5 %
proteiny 1 až 1,9 %
vosky 0,4 až 1,2 %
pektiny 0,4 až 1,2 %
anorganické sloučeniny 0,7 až 1,6 %
ostatní látky 0,5 až 0,8 %
Celulóza pomalu degraduje slunečním zářením, protože obsahuje velmi málo skupin, které absorbují v oblasti ultrafialového záření. Po určité době ale dochází k zežloutnutí a ztrátě pevnosti.
O vlastnostech bavlny ze všech pohledů se lze dočíst např. v knize Cotton: Science and Technology, Edited by S. Gordon and Y-L. Hsieh, CRC Press. Boca Raton Boston New York Washington, DC. WOODHEAD PUBLISHING LIMITED, Cambridge, 2007.
- 1 CZ 309643 B6
Cílem předúprav bavlněného textilního materiálu je příprava textilního materiálu pro následující procesy (např. barvení, tisk, finální úpravy) a zdokonalení již stávajících vlastností (zvýšení lesku, pevnosti, běli apod.). Bavlnu lze předupravovat ve všech stádiích zpracování, tj. volný materiál, v přádelnických polotovarech, přízi v přadenech nebo soukanou v cívkách či snovanou v osnovních válech anebo i ve formě plošných útvarů. Mezi základní technologické operace při předúpravě bavlny patří požehování, odšlichtování, vyvářka, mercerizace a bělení.
Bělení je důležitou součástí předúprav textilního materiálu. Peroxidové bělení patří mezi hojně používané, ale má řadu nevýhod, mezi které patří nekontrolovatelný rozklad peroxidu vodíku způsobený kovovými ionty přítomnými v běleném materiálu. Rozpad peroxidu může způsobit také poškození materiálu. Spolu s tvrdostí vody, za kterou jsou odpovědny především vápenaté a hořečnaté ionty, narušují kovové ionty přítomné v běleném materiálu bělicí proces. Stabilizátory, které mají i sekvestrační vlastnosti, se jeví jako ideální prostředek pro zabránění rozkladu peroxidu vodíku a případného poškození vlákna. Dochází tak ke zkvalitnění bělícího procesu, úspoře chemikálií a energií. Z ekologického hlediska je žádoucí, aby nově syntetizované látky poskytovaly uspokojivé výsledky a byly biodegradabilní. Důraz na ekologii v posledních letech nabývá na významu a je zde především snaha nahradit fosfáty, jež zapříčiňují eutrofizaci vod. Sekvestrace je proces, kdy dochází ke vzniku komplexní sloučeniny mezi iontem kovu a ligandem, která je v ale rozpustné nedisociované formě. Odstraňování tvrdosti vody a dalších kovových iontů pomocí sekvestrantů představuje elegantní řešení.
Je známo, že vodný roztok peroxidu vodíku má pouze minimální vliv na celulózová vlákna. Aby byl peroxid účinný, musí být aktivován a stabilizován. Peroxid vodíku je sice stabilní v kyselém prostředí, ale jeho bělicí účinek je patrný po přídavku alkálie, popřípadě zvýšením teploty. Aktivace se typicky provádí alkáliemi. Ve vodných a alkalických lázních peroxid reaguje homolyticky jako radikál nebo heterolyticky jako ion.
Heterolytické štěpení peroxidu vodíku se vyznačuje tím, že pokud se nenachází v blízkosti elektrofil, rozpadá se na elementární kyslík. Je-li akceptorem organická látka, může reagovat dvěma způsoby (1, 2):
1. Nukleofilní substitucí HOO- + X-Y ^ HOO-X + Y- (1)
2. Nukleofilní adicí HOO- + X=Y ^ HOO-X-Y- (2)
Peroxidické sloučeniny mají omezenou stálost a rozpadají se polárním mechanismem.
Homolytické štěpení peroxidu vodíku se vyznačuje tím, že homolytickým štěpením zaniká chemická vazba neutrální molekuly za vzniku dvou radikálů. Samotným varem ve vodném roztoku to není možné dosáhnout, neboť rozštěpení peroxidu vodíku vyžaduje poměrně vysokou aktivační energii. Ionty těžkých kovů i samotné kovy takovýto rozpad katalyticky urychlují. Jedná se především o ionty kovů Fe, Cu a Mn.
Iniciace Mn+ + HOOH ^ M(n+1)+ + OH- + HO· (3)
Propagace HO· + HOOH ^ HOO· + H2O (4)
Terminace HOO· + M(n+1)+ ^ Mnn+ + O2 + H+ (5)
Správné bělení tedy probíhá pouze tehdy, je-li zabezpečena aktivace a stabilizace. Alkálie vystupují jako aktivátory a podílejí se na tvorbě hydrogenperoxidového aniontu. Pro správný chod je nutný přebytek alkálie v lázni, který ovšem nesmí být příliš velký, jinak by došlo k rozkladu peroxidu na vodu a kyslík. Výběr alkálie se odvíjí od typu běleného materiálu. Pro bělení celulózového materiálu se nejčastěji používá hydroxid sodný a uhličitan sodný. Při pH vyšším než 10,8 dochází k rychlému uvolnění daného iontu a vytvoření kyslíku, který postrádá bělicí účinek.
- 2 CZ 309643 B6
Proto ideální pH při bělení se pohybuje mezi hodnotami 10,5 až 10,8, kde rychlost tvorby hydroperoxidového iontu se rovná rychlosti spotřeby iontu při bělení. Přeaktivace navíc vede k homolytickému štěpení a degradaci celulózy.
Stabilizátory jsou látky, které pomáhají snižovat rozklad peroxidu vodíku tím, že potlačují tvorbu radikálu Ό0Η a stabilizují peroxid vodíku. Velmi účinným stabilizátorem je vodní sklo, jež zajišťuje ochranu před katalytickým, homolytickým štěpením peroxidu vodíku. Vodní sklo je název pro rozpustný křemičitan sodný s poměrem Na2O:SiO2 = 1:3,3. Reakcí s NaOH vzniká metakřemičitan sodný (reakce 6). Vodní sklo má navíc pufrovací schopnost v peroxidových lázních.
Na
I o
I
Si— +
I o
I
H Jn (6)
Nevýhodou je snadná dehydratace a tvorba málo rozpustných křemičitanů, které spolu s hořečnatými ionty vytváří usazeniny na bělicích zařízeních. Ty se pak velmi těžko odstraňují z povrchu zařízení. Navíc mohou nepříjemně působit i na omak běleného materiálu a snižovat jeho lesk.
Mezi stabilizátory na aminopolykarboxylátovém základě (HEDTA, DPTA a EDTA) byla s vodním sklem při peroxidovém bělení v přítomnosti iontů Cu2+ a Fe2+ shledána nejúčinnější DPTA. Bavlna bělená v lázni s DPTA měla rovněž nej vyšší index běli (ZUB AIR, Arif, KHAN, Fahran, A. a NASIR, M., Imran. Evaluating the effect of metal and the stabilization of peroxide bleaching by aminopolycarboxytes. African journal of science and research. 2013, 2 (5), 4-10. ISSN: 23065877).
-3CZ 309643 B6
V posledních letech se dává přednost biodegradabilním stabilizátorům. Při použití stabilizátoru BCGA bylo dosaženo vyšší bělosti a menšího rozkladu peroxidu při zachování přibližně stejné 5 pevnosti v tahu. BCGA má dobrou tepelnou stabilitu, rozpouští se při nízkém i vysokém pH a degraduje ze 60 % během čtyř týdnů. V 25% hydroxidu sodném je rozpustnost přibližně desetkrát větší v porovnání s EDTA (KHAN, Farhan, A. The effect of enviromentally friendly complexing agents used as stabilizers for hydrogen peroxide bleaching bath of cotton fabric. AmericanEurasian journal of agricultural and enviromental science. 2014, 14 (3), 246-254. ISSN 181810 6769).
-4CZ 309643 B6
Mezi výborné stabilizátory peroxidu vodíku, zvláště při teplotě vyšší než 60 °C, patří EDDS, která vykazuje lepší výsledky než EDTA (CN 1084560 A). Bělení probíhá v alkalickém prostředí, ideálně při pH 9,5 až 11,5. Koncentrace použitého stabilizátoru se odvíjejí od koncentrace peroxidu, pH a teploty.
EDDS
2,2'-(ethan-1,2-diylbis(azancdiyl))dijantarová kyselina
Kromě již zmíněné EDDS patří mezi anionické stabilizátory NOBS, který má negativní zeta potenciál na celulózových vláknech ve vodném prostředí.
V praxi se bělení peroxidem provádí při teplotě 90 až 100 °C, aleje možné také zvýšit teplota na 120 °C v případě vyššího tlaku za cenu ušetření času. Při vyšší teplotě se zvyšuje účinnost bělení, ale také dochází k rozpadu peroxidu a poškození materiálu. Pod teplotou 80 °C naopak bělení neprobíhá v dostatečné míře a rychlosti. Koncentrace použitých stabilizátorů se odvíjejí od koncentrace peroxidu, pH a teploty.
Během bělení celulózových vláken jsou rovněž používány sekvestranty, a to ze dvou důvodů. Jednak je to potřeba pro změkčení vody, a především pak pro zabránění rozkladu peroxidů, který je katalyzován přítomností těžkých kovů, zejména železem, mědí a manganem. Stabilizace hydroperoxidů v bělicích lázních pomáhá k pomalejšímu a kontrolovanějšímu procesu bělení s lepšími výsledky a vyšší účinností bělení. Katalytická dekompozice hydrogenperoxidu může být zvláště poškozující, pokud nastává na povrchu celulózových vláken. Železo nejenom odbarvuje tkaninu, ale i rozkládá peroxid tak rychle, že může dojít k tvorbě oxycelulózy. Oxycelulóza způsobuje ztráta pevnosti v tahu a vytvoření děr v tkanině.
Navíc přítomnost kovových iontů v následných barvicích lázních může způsobit i další problémy. Kovové ionty mohou interagovat s molekulami barviva. S anionickými barvivý tvoří kovové ionty nerozpustné soli a mají tendenci zvyšovat agregaci nebo srážení barviva. S barvivý chromovými se změní odstín, pokud je chromitý iont nahrazen iontem železitým. S azovými barvivý dochází ke srážení s vápenatými a hořečnatými ionty v nerozpustné soli, naopak stopy železa a mědi mohou podporovat rozklad diazoniových solí u barviv vyvíjených na vlákně. Pokud dojde ke srážení barviva, nedochází k rovnoměrnému vybarvení vláken.
V patentové literatuře je popsána hořečnatá a vápenatá sůl Ν,Ν-1,2-ethandiylbis(asparagové kyseliny) (EDDS), pro použití při stabilizaci peroxidu vodíku (PCT Int. Appl. (2009), WO 2009013534 AI 20090129) a jako aditivum do pracích prášků (PCT Int Appl. (2009), WO 2009117342 AI 20090924), které se prodávají v suché formě, kde soli EDDS (Ca+2,Mg+2) způsobí nespékavost prášku při jeho výrobě a sušení.
Stran syntézy chelátového uskupení založeného na asparagové kyselině je v odborné literatuře popsán postup přípravy Λ'-alkyl derivátu kyseliny asparagové, obecného vzorce I (Piispanen, Peter S. and Pihko, Petri M.: Direct synthesis of N-substituted, functionalized aspartic acids using alkali maleates and amines, Tetrahedron Letters, 46(16), 2751-2755; 2005).
H R—N O----O O’ M+ O’ M+ M = H, Li, Na, K, nebo např. triethylamin I
Rovněž je popsán postup přípravy sekvestrující sloučeniny následujícího obecného vzorce II (Suzuki, Ryo et al: Preparation of biodegradable aminopolycarboxylic acids from amino acids and maleic acid, Jpn. Kokai Tokkyo Koho, 09157232, 17 Jun 1997).
-6CZ 309643 B6
O H \-R—N +M Ό \\ O---' ---O O’ M+ O’ M+ M = H, Li, Na, K, nebo např. triethylamin R = alifatický řetězec II
Co se týče přípravy chelátového uskupení, kde na dusíku jsou navázány dvě jantarové kyseliny, tak v čínském patentu CN 101683601 je popsána syntéza alkyliminodijantarové kyseliny, resp. jejích solí, následujícího vzorce III, kde Y je H, Na, K, NH4, a R je alkyl.
Syntéza je obecně prováděna ve směsi vody a ethanolu, kde výchozími komponentami jsou maleinanhydrid a primární amin (R-NH2), za přítomnosti katalyzátoru (0,5 až 6 % z celkové hmotnosti reakční směsi). Jako katalyzátor se zde používají sloučeniny měďné a měďnaté (např. CuCl, CuCl2).
Reakční teplota je popsána od 80 až 180 °C, reakční doba 5 až 20 hodin.
V Japonském patentu JP 09311422 A 19971202 jsou popsány vedle jiných sloučeniny vyznačené obecným vzorcem IV. Použití těchto sloučenin je jako stabilizátoru halo-stříbrných fotografických emulzí a pro „změkčení tvrdé vody“, tedy pro sekvestraci iontů vápníku, hořčíku a železa.
-7 CZ 309643 B6
V odborné literatuře (P. Kopřivová, Hodnocení modifikovaných vývojových typů biodegradabilních chelatačních tenzidů a sekvestračních prostředků, Diplomová práce, Univerzita Pardubice, 2015) je také popsán způsob výroby sloučenin vzorce I, II, III a IV, kdy se známým postupem provede adice sloučeniny obsahující primární aminovou skupinu (R-NH2) na aktivovanou dvojnou vazbu kyseliny maleinové nebo fůmarové nebo jejich monosoli. Tento krok popisuje rovnice 7. Vzniklý intermediát („monoadukt“) pak reaguje s druhou molekulou kyseliny maleinové nebo fůmarové či jejich monosoli za vzniku „diaduktu“), tento krok je popsán rovnicí 8.
(8)
Vzniklý diadukt, přesněji řečeno „volné karboxylové skupiny“ (-COOH) mohou být libovolně neutralizovány alkálií (LiOH, NaOH, KOH), anebo aminovou bází (NH4OH, triethanolamin, Nmethylmorfolin, trialkylamin, obecně terciárními aminy).
Vstupní surovinou syntézy těchto sloučenin může být s výhodou relativně levná velkotonážní sloučenina maleinanhydrid, který snadno reaguje s jedním ekvimolárním množstvím alkálie (LiOH, NaOH, KOH, NH4OH) za vzniku monosoli kyseliny maleinové (rovnice 9).
(9)
-8CZ 309643 B6
V průmyslové praxi se, aby se docílil vyšší stupeň bělosti materiálu, do bělicí lázně někdy přidává rovněž opticky zjasňující prostředek (OZP), který se sorpcí zabuduje do běleného materiálu. OZP je sloučenina, která absorbuje UV záření a emituje modré či zelené záření (světlo). Materiál se tak lidskému oku jeví jako „bělostně bílý“. Technický problém ale spočívá vtom, že zvolené OZP musí být odolné vůči oxidaci, což znamená, že se zde rovněž projevuje vliv stabilizátoru peroxidu vodíku. Navíc použitý stabilizátor peroxidu vodíku nesmí narušit sorpci OZP do běleného materiálu.
Nevýhodou současných řešení stabilizace peroxidu vodíku je fakt, že velmi účinné křemičitany spolu s hořečnatými ionty způsobují anorganické úsady na běleném zboží, které jsou následně z bělených vláken v podstatě neodstranitelné. Dále pak způsobují úsady i na zařízení. Bezsilikátové stabilizátory peroxidu vodíku nejsou tak účinné, obzvláště pak v případě, že do bělicí lázně je k dispozici pouze tvrdá voda s obsahem železa či manganu.
Předkládaný vynález nabízí nové sloučeniny pro účinnou stabilizaci peroxidu vodíku, včetně faktu, že působí současně rovněž jako sekvestranty a antikorozní prostředky, a jsou do vyšší míry biodegradabilní. Jsou použitelné jak pro bělení celulózových materiálů v destilované či demineralizované vodě, tak především ve vodě tvrdé s vysokým obsahem železa či manganu. Rovněž je lze použít do bělicích lázní obsahujících opticky zjasňující prostředek.
Podstata vynálezu
Předmětem předkládaného vynálezu jsou sloučeniny obecného vzorce A a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku:
My MgxLz (A) kde
M jsou nezávisle vybrány ze skupiny zahrnující H, Li, Na, K;
L je ligand obecného vzorce
Ri je H nebo substituent obecného vzorce Y
-9CZ 309643 B6
Η
Ό
H^C
O’ ,Ό (Y)
R2 je vybráno ze skupiny sestávající z -(CH2)r-X, alifatický alkyl -CmH2m+i, cykloalkyl -CpH2P-i, -(CH2)n-N(Y)2, -(CH2)q-NH-Y;
m = 1 až 28, p = 3 až 28, r = 1 až 18, n = 4 až 18, q = 4 až 18;
X je vybrán ze skupiny sestávající z -N(CH3)2, -N(C2H5)2, -N(C3H7)2;
x = 1 nebo 2, y = 2 až 30, z = 1 až 4, přičemž platí, že součet (y + 2x) je roven dvojnásobku počtu substituentů Y v molekule + 2;
s vyloučením látek, kde Ri je H a R2 je -(CH2)2-NH-Y.
S výhodou jsou n a/nebo q v následujících rozmezích: n = 4 až 18, a q = 4 až 18.
Protiionty karboxylových skupin v ligandech jsou kovy, tedy M nebo Mg. Iont hořčíku má v komplexu koordinační číslo 4, a je obvykle vázán ke dvěma karboxylátům a ke dvěma atomům dusíku koordinačně kovalentní vazbou.
Sloučeniny vzorce A jsou vysoce účinné stabilizátory peroxidu vodíku do bělicích lázní zboží na bázi celulózy (bavlna, len, buničina, a podobně), a to na úrovni vodního skla, a to jak pro vodu destilovanou, tvrdou, či vodu s vysokým obsahem železa či manganu. Jsou rovněž účinné sekvestranty. To jsou jejich obecné vlastnosti.
Sloučeniny, kde R2 je alifatický alkyl či cykloalkyl, mají navíc účinky jako povrchově aktivní látky. Znamená to, že při použití těchto látek se do bělicích lázní nemusí přidávat žádná další povrchově aktivní látka. V případě, že Ri je substituent vzorce Y, mají tyto sloučeniny rovněž antikorozní účinky, což znamená, že chrání zařízení před korozí.
U sloučenin vzorce A, kde R2 je -(CH2)n-N(Y)2, -(CH2)q-NH-Y, bylo velmi překvapivě zjištěno, že prodloužení středového alkylového řetězce -(CH2)n-, resp. -(CH2)q- (n > 3, resp. q > 3) vedlo kromě účinnosti jako stabilizátorů peroxidu vodíku do bělicích lázní, navíc k antikorozním účinkům, které chrání zařízení.
Princip ochrany zařízení před korozí lze vysvětlit tím, že jedna „chelatační hlava“ stabilizátoru způsobí chemisorpci tohoto stabilizátoru na povrch zařízení, které je zkonstruované ze železa či oceli a vytvoří tak v průběhu bělícího procesu na povrchu zařízení ochranný film (obr. 1).
Sloučeniny vzorce A lze připravit s využitím známých postupů, např. postupů uvedených v WO 2009/013539, kdy se výchozí lithná, sodná, či draselná, či amonná sůl derivátu asparagové kyseliny (jejichž příprava je známá ze stavu techniky) ponechá reagovat s halogenidem hořečnatým (zejména MgCh nebo MgBr2).
- 10CZ 309643 B6
Nebo je výchozí derivát asparagové kyseliny volná kyselina (-COOH) a potom se reakce s výhodou provede s Mg(OH)2.
Reakčním prostředím je typicky voda, kde ve 100 hmotnostních jednotkách vody se rozpustí výchozí derivát asparagové kyseliny tak, aby vznikl 5 až 50% (hmotn.) roztok, do kterého se za míchání přidá příslušné molární množství MgCb anebo Mg(OH)2. Reakční směs se míchá za teploty 10 až 80 °C po dobu 0,2 až 20 hodin. Posléze se produkt usuší (odpaří se voda) a to buď v sušárně při 50 až 110 °C anebo na rozprašovací sušárně, kde teplota na „hlavě sušárny“ je 110 až 160 °C.
S výhodou se vzniklý produkt neizoluje a koncentrát se destilovanou či deionizovanou vodou naředí na „sušinu“ 5 až 50 % hmotn., kterou lze přímo použít pro bělicí proces.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále bělicí lázeň obsahující 0,05 až 2 % hmotn. peroxidu vodíku, 0,025 až 0,8 % hmotn. NaOH, 0,0075 až 0,3 % hmotnostních alespoň jedné sloučeniny obecného vzorce A, a popřípadě do 0,8 % hmotnostních povrchově aktivní látky, přičemž zbytek do 100 % hmotn. tvoří voda.
Poměr lázně k surovému zboží na bázi celulózy (tzv. poměr lázně) je obvykle v rozmezí 1:5 až 1:40.
S výhodou je poměr lázně 1:10 až 1:20. Pro takovýto poměr lázně je zejména vhodná bělicí lázeň obsahující 0,1 až 1 % hmotn. peroxidu vodíku, 0,05 až 0,4 % hmotn. NaOH, 0,015 až 0,15 % hmotn. alespoň jedné sloučeniny obecného vzorce A, a popřípadě do 0,4 % hmotn. povrchově aktivní látky, přičemž zbytek do 100 % hmotn. tvoří voda.
V mnoha případech je nejvhodnější poměr lázně 1:10 až 1:20. Pro takovýto poměr lázně je zejména vhodná bělicí lázeň obsahující 0,35 až 0,85 % hmotn. peroxidu vodíku, 0,125 až 0,16 % hmotn. NaOH, 0,05 až 0,1 % hmotn. alespoň jedné sloučeniny obecného vzorce A, a popřípadě do 0,1 % hmotn. povrchově aktivní látky, přičemž zbytek do 100 % hmotn. tvoří voda.
Objasnění výkresů
Obrázek 1: Princip ochrany povrchu železných či ocelových aparátů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Použité přístroje a techniky
Barvicí aparát Ahiba G6BKD
Analytické váhy Kern 770
Digitální pH metr HANNA HI 8424
Digitální pH metr Mettler Toledo
Laboratorní váhy Kern KB
Spektrofotometr Spekol 11 (Carl Zeiss)
Spektrofotometr Datacolor 500
Měření reflektance a běli
Měření probíhalo na spektrofotometru Datacolor 500. Přístroj byl při každém měření nejprve kalibrován a poté měřeny bělené materiály vůči standardu při standardizovaném osvětlení D65 a 10° pozorovateli. Byly zjištěny hodnoty CIE L*, CIE a*, CIE b* a hodnoty běli.
- 11 CZ 309643 B6
Běl je číslo vyjadřující relativní stupeň běli nebo téměř bílých materiálů za konkrétních světelných podmínek. CIE Whiteness byla vytvořena mezinárodní komisí pro osvětlení a je to nejpoužívanější index běli. Používá se osvětlení D65, které reprezentuje denní světlo. Pro perfektně odrážející materiál nefluorescentní povahy je hodnota 100. Stupeň běli je obvykle měřen podle stupně odchylky od dokonale bílé. Mezi dvě nejvíce používané metody pro stanovení běli jsou CIE Whiteness Index a Ganz-Griesser Whiteness Index. Aby měl index běli vypovídající hodnotu, musí být použit pro typ materiálu, pro který byl určen. [AMUTHA, K. A practical guide to textile testing [Online]. New Delhi: Woodhead Pubishing India Pvt Ltd: 2016, s. 105-106. [cit. 5.5.2020] ISBN 978-9-385-05907-0]
Biologická rozložitelnost byla testována podle OECD 301 D (test v uzavřených lahvičkách) v Ekologických laboratořích EMPLA (EMPLA AG spol. s.r.o.). Zkouška v uzavřených lahvičkách (akreditovaný postup č. 308 - SOP ET 8 - Naříz. Komise 440/2008 met. C4-E, ČSN ISO 10707/1996). Jako referenční látka snadno biologicky odbouratelná byl zvolen benzoan sodný.
Stanovení hořčíku
Vzorky jsou převedeny do roztoku v mikrovlnném mineralizátoru Speedwave™ MWS-2 (Berghof, Německo). Je naváženo přesně 0,05 až 0,2 g, přidáno 7 ml kyseliny dusičné (Penta, Chrudim, čistota p.p.), vzorek je ponechán 20 minut v otevřené mineralizační nádobě, poté probíhá rozklad (170 °C 15 minut, 200 °C 20 minut), mineralizát je převeden do 50 ml výsledného objemu. Vzorky jsou před analýzou ředěny tak, aby jejich přístrojová odezva byla v rozmezí kalibrační řady.
Stanovení hořčíku je provedeno pomocí sekvenčního optického emisního spektrometru s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES; Integra 6000, GBC Austrálie) vybaveného koncentrickým zmlžovačem a cyklonickou mlžnou komorou (obojí Glass Expansion, Austrálie) na spektrální čáře 280,270 nm. Pracovní podmínky pro ICP-OES analýzu jsou následující: průtok vzorku 1,5 ml.min-1, příkon do plazmatu 1000 W, plazmový, vnější a vzorkový plyn 10, 0,6 and 0,65 l.min-1, napětí na fotonásobiči 600 V, výška pozorování 6.5 mm, tři opakovaná měření při 1s odečtu signálu, fixní korekce pozadí. Jsou použity kalibrační standardy 10 - 5 - 1 - 0,5 - 0,1 mg.dm-3, kalibrační standardy byly připraveny z komerčně dostupných standardních roztoků zinku a barya 1 g.dm-3 (SCP, Kanada). Limita detekce přístroje (koncentrace odpovídající trojnásobku směrodatné odchylky šumu v místě korekce pozadí) je za daných podmínek kolem 1 μg.dm-3, při respektování přípravy vzorku k analýze (navážka vzorku 0,05 g do 50 ml) je limita detekce pro celý analytický postup 1 mg.kg-1.
Korozní test
Korozní test byl proveden podle normy ČSN 038120/1994: Vyhodnocení korozních zkoušek podle hmotnostních úbytků, kde postup byl modifikován následovně.
Do vody (voda použita z vodovodního řadu Univerzity Pardubice) bylo za míchání přidáno 10 ml 35% H2O2 a dále testovaný stabilizátor peroxidu vodíku vzorce A v množství 2 g sušiny na 1000 g lázně. Do 60 g této lázně byl vložen plíšek z nerez oceli třídy 11 - hluboko za studena tažený (ISO 1514), hmotnosti cca 2,2 g - váženo na čtyři desetinná čísla. Testovací lázeň byla periodicky ohřívána (12 hodin při 90 °C) a chlazena (12 hodin při 22 °C) a to po dobu 21 dní. Po této době byl železný plíšek z lázně vytažen. Po vytažení plíšku z lázně byly z povrchu lehce setřeny korozní zplodiny papírovým ubrouskem, poté byl zbytek korozních zplodin odstraněn krátkým (cca 10 s) oplachem v mořicí lázni (508,5 ml HCl 35 %, 450 ml destilované vody, 5 g urotropinu). Následoval krátký oplach destilovanou vodou a oplach bezvodým ethanolem. Poté byly plíšky usušeny v sušárně při 50 °C a zváženy s přesností na 4 desetinná místa, a byl stanoven hmotnostní úbytek.
- 12 CZ 309643 B6
Chemikálie a přípravky
Clarite one (CAS 1217183-08-8)
Vodný koncentrát obsahující 43 % sušiny.
Bělicí prostředek obsahující 0,5 % diethylentriaminopenta(methylenfosfonové kyseliny) sodná sůl, 5 až 10 % alkylethoxylátu, 15 až 20 % ethoxylovaného isotridekanolu a <5 % Na polyakrylátu. Obsah hořčíku (Mg+2) v sušině 1,6 % hmota, (stanoveno na Univerzitě Pardubice).
Opticky zjasňující prostředek Rylux PRS TEK., Synthesia a.s.
Složení vodného koncentrátu
Název Vzorec Obsah (% hmotu.)
Fluorescent Brightener 134 p PP O ť V--ΙΛ X \__/ Q CC---f v δ pp o 31
Močovina O H2N'^^'NH2 23
2.2 ,2' -Nitiilotriethanol HO^__ /OH 15
Diethylenglykol HO^ PP P ΌΗ 5
Tenzid ALTARAN S8, Chemotex Děčín a.s., 48 % vodný roztok sodné soli esteru kyseliny sulfojantarové.
Výchozí deriváty jantarové kyseliny pro přípravu hořečnatých komplexů byly syntetizovány na Univerzitě Pardubice podle: P. Kopřivová, Hodnocení modifikovaných vývojových typů
- 13 CZ 309643 B6 biodegradabilních chelatačních tenzidů a sekvestračních prostředků, Diplomová práce, Univerzita Pardubice, 2015.
Příprava bělicí lázně a postup bělení
Surová bavlna byla od firmy Mileta a.s., kde stupeň běli byl následující:
Měření L* D65/10 a* D65/10 b* D65/10 457 nm Brightness D65/10 WI CIE D65/10
Surová bavlna 1 80,73 0,23 9,49 49,35 8,61
Surová bavlna 2 80,4 0,4 10,15 48,23 4,4
Surová bavlna 3 80,7 0,25 9,3 49,48 9,56
Surová bavlna 4 80,45 0,34 9,7 48,71 6,9
Surová bavlna 5 80,51 0,27 9,45 49,02 8,28
Průměr 80,56 0,30 9,62 48,96 7,55
Byly nastříhány kousky neupravené bavlny od firmy Mileta a.s. o délce 75 x 12 cm, aby hmotnost činila 10 g. Délka lázně, což je poměr hmotnosti materiálu k hmotnosti lázně, byla 1:20. Do lázně byly přidány jednotlivé komponenty v následujícím pořadí. Nejprve byl přidán jeden ze vzorků 1 až 6 nebo Clarite One, poté 50 % NaOH, Slovazol ZN (všechny vzorky kromě Claritu One) a peroxid vodíku 30 %. K vodnímu sklu byl přidán hexahydrát chloridu hořečnatého tak, aby sušina obsahovala 1,6 % Mg. Vzorky 1 až 4 byly naváženy tak, aby sušina odpovídala množství v komerčním produktu Clarite One, který obsahuje 43 % sušiny. Celková doba bělení 95 minut. Maximální teplota bělicí lázně 85 °C.
Postup: nejprve proběhlo vyhřátí lázně v aparátu Ahiba během 35 minut na 85 °C a poté při této teplotě proběhlo bělení 60 minut. V tomto okamžiku byl z lázně odebrán vzorek na stanovení obsahu peroxidu vodíku.
Tabulka 1: Složení bělicí lázně pro Clarite One
Délka lázně 1:20 (200 ml lázně)
Clarite One 0,327 g
NaOH 50% 0,55 ml
H2O2 35% 2 ml
Tabulka 2: Složení bělicí lázně pro Vzorky 1 až 6
Délka lázně 1:20 (200 ml lázně)
Vzorek 1 až 6 Navážka dle vzorku (Tab. 5)
NaOH 50% 0,55 ml
H2O2 35% 2 ml
Slovazol ZN 0,2 g
- 14 CZ 309643 B6
Tabulka 3: Složení bělicí lázně pro vodní sklo
Délka lázně 1:20 (200 ml lázně)
Vodní sklo 0,3278 g
NaOH 50% 0,55 ml
H2O2 35% 2 ml
Slovazol ZN 0,2 g
Tabulka 4: Složení bělicí lázně neobsahující stabilizátor
Délka lázně 1:20 (200 ml lázně)
NaOH 50% 0,55 ml
H2O2 35% 2 ml
Slovazol ZN 0,2 g
MgCl2-6H2O 0,05 g
Tabulka 5: Hmotnosti Vzorků 1 až 6, vodního skla a Clarite one přepočítaných na stejný obsah hořčíku
Vzorek Hmotnost |g]
Vzorek 1 0,388
Vzorek 2 0,370
Vzorek 3 0,374
Vzorek 4 0,369
Vzorek 5 0,123
Vzorek 6 0,105
Vodní sklo 0,328
Clarite one 0,327
Stanovení peroxidu vodíku v bělicí lázni
Peroxid vodíku byl titrován roztokem manganistanu draselného v prostředí kyseliny sírové za teploty místnosti podle reakce:
H2O2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 θ 5 O2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O
Stanovení koncentrace peroxidu vodíku bylo prováděno na konci bělení. Odběr byl uskutečněn dvakrát a dvakrát také titrován.
Z 200 ml lázně bylo odpipetováno 5 ml do titrační baňky a zředěno 50 ml destilované vody. K roztoku se poté přidalo 5 ml H2SO4 (1:1) a bylo titrováno 0,02 M roztokem manganistanu draselného, než se roztok zabarvil do fialova, které trvalo aspoň 30 sekund. Vypočtené množství bylo porovnáváno s teoretickým množstvím peroxidu vodíku na začátku bělení a stanoveno na základě rovnice:
mH2O2 — cKMnO4 ' ‘ fzv. ' ^H2O2 ' fKMnO4 kde:
mH2O2 = hmotnost peroxidu vodíku,
VKMno4= objem titračního činidla, &Mno4 = faktor manganistanu draselného, Mh2O2 = molární hmotnost peroxidu vodíku,
- 15 CZ 309643 B6 fzř.. = poměr celkového objemu k titrovánému (200/5).
Výpočet peroxidu vodíku Množství zbytkového peroxidu vodíku v lázních bylo vypočteno z pipeto váného objemu peroxidu vodíku. Množství peroxidu vodíku na začátku v každé lázni činil 0,791 g. Zbytkové množství bylo vypočteno podle rovnice:
mH202 — c ’ fzř. ’ ^Η2Ο2 ‘ flíMnOA, ‘ “
2005 ^3/202 = —— 34,01 bZ
Příprava bělicí lázně s opticky zjasňujícím prostředkem (OZP) a postup bělení (provozní zkouška)
Ke zkoušce použita bavlněná keprovka 131 331 504, šíře 50 mm, hmotnost 18,6 kg/1000 m.
Osnova: ba Aim 50 dtex Z470-480x2 S380
Útek: ba Aim 29,5 dtex Z600-680 BD
Záchyt: ba Mlíč 7,4 dtex Z1264-1342 x 2S1050
Bělení bylo provedeno na tlakovém aparátu LABWIN, program č. 20.
Byly navinuty dvě perforované cívky, á 140 m materiálu, hmotnost 5 kg celkem.
Objem lázně 50 litrů.
Poměr lázně 1:10.
Navážky
Chemikálie Navážka (g)
OZP Rylux PRS TEK. 24,00
Chemikálie Objem (ml)
Altaran S8 25
Peroxid vodíku 35% 600
Hydroxid sodný 50 % 80
Vzorek 1 až 6 60
Postup bělení: materiál se 10 minut smáčel při 40 °C, poté byl přidán OZP a ostatní chemikálie. Lázeň v aparátu LABWIN byla ohřátá s gradientem 2 °C.min-1 na 95 °C a běleno 120 minut. Následovalo ochlazení na 78 °C (gradient 2 °C.min-1). Posléze dvakrát praní vodou při 40 °C po dobu 10 minut a praní studenou vodou (15 °C) po dobu 10 minut.
Kvalita vody použité do bělicí lázně
Veličina Hodnota
pH 6,9
Tvrdost 0,6 mmol.dm-3
Obsah železa 0,02 mg. dm-3
Obsah manganu 4,3 mg.dm-3
Celkový chlor 11 mg.dm-3
Chemická spotřeba kyslíku manganistanem draselným 0,5 mg.dm-3
- 16CZ 309643 B6
Příklad 1 - srovnávací přiklad
V 900 g vody se rozmíchá 700,27 g (1 mol) oktasodné soli 2-[{2-[bis-(l,2-dikarboxy-etayl)amino]-ethyl}-(l,2-dikarboxy-ethyl)-amino]-jantarové kyseliny.
Posléze se za míchání přidá 0,5 molu chloridu hořečnatého - hexahydrátu (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol-1) rozpuštěného v 200 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 1901,92 g roztoku obsahujícího 689,40 g produktu C36H32MgN4O32Nai4 (M = 1378,81 g.mol-1), což představuje 36,24 % hmota. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 1.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 1,76 % hmota.
Schopnost stabilizovat peroxid vodíku v bělicí lázni ukazuje souhrnná tabulka 6, stupeň vybělení surové bavlny pak ukazují tabulky 7 až 10.
Souhrnná tabulka 11 následně ukazuje stupeň vybělení surové bavlny v bělicí lázni (provozní zkouška) obsahující opticky zjasňující prostředek.
Příklad 2
V 900 g vody se rozmíchá 756,35 g (1 mol) oktasodné soli 2,2',2,2'-(hexan-1,6diylbis(azatriyl))tetraj antarové kyseliny.
- 17CZ 309643 B6
Posléze se za míchání přidá 0,5 molu chloridu hořečnatého - hexahydráta (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol-1) rozpuštěného v 200 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 1958 g viskózního roztoku obsahujícího 745,51 g produktu C22H24Mgo,5N2Oi6Na7 (M = 745,51 g.mol-1), což představuje 38 % hmota. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 2.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 1,63 % hmota, hořčíku (Mg+2). U sušiny produktu byla stanovena biologická rozložitelnost.
Produkt označený jako vzorek 2 je komplex 2:1, tedy Nai4[MgL2] o sumárním vzorci C44H48MgN4O32Nai4 a molekulové hmotnosti M = 1491,03 g.mol-1.
Látka Biologická rozložitelnost po 28 dnech
Benzoan sodný 80,8 %
Vzorek 2 22,6 %
Schopnost stabilizovat peroxid vodíku v bělicí lázni ukazuje souhrnná tabulka 6, stupeň vybělení surové bavlny pak ukazují tabulky 7 až 10.
Souhrnná tabulka 11 následně ukazuje stupeň vybělení surové bavlny v bělicí lázni (provozní zkouška) obsahující opticky zjasňující prostředek.
Příklad 3 - srovnávací přiklad
V 900 g vody se rozmíchá 762,32 g (2 moly) tetrasodné soli 2,2'-((2-hydroxyetayl)azadiyljdijantarové kyseliny.
- 18 CZ 309643 B6
ONa ONa 0=v_ N—CH2CH2—OH 0=7 ^=o ONa ONa CioHnNOsNaí M = 381,16 g.mol-1
Posléze se za míchání přidá 0,5 molu chloridu hořečnatého - hexahydráta (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol-1) rozpuštěného v 236 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 1999,97 g viskózního roztoku obsahujícího 751,48 g produktu C4oH44MgN4036Nai4 (M = 1502,95 g.mol-1), což představuje 37,6 % hmota. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 3.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 1,62 % hmota, hořčíku (Mg+2). U sušiny produktu byla stanovena biologická rozložitelnost.
Produkt označený jako vzorek 3 je komplex 4:1, tedy Nai4[MgL4] o sumárním vzorci C4oH44MgN4036Nai4 a molekulové hmotnosti M = 1502,95 g.mol-1.
Látka Biologická rozložitelnost po 28 dnech
Benzoan sodný 80,8 %
Vzorek 3 26,2 %
Schopnost stabilizovat peroxid vodíku v bělicí lázni ukazuje souhrnná tabulka 6, stupeň vybělení surové bavlny pak ukazují tabulky 7 až 10.
Souhrnná tabulka 11 následně ukazuje stupeň vybělení surové bavlny v bělicí lázni (provozní zkouška) obsahující opticky zjasňující prostředek.
Příklad 4
V 1800 g vody se rozmíchá 1516,29 g (3 moly) tetrasodné soli 2,2'-(dodecylazadiyl)dijantarové kyseliny.
- 19CZ 309643 B6
ONa ONa N-^H2C-^- CH3 ONa ONa C2oH3iN08Na4 M = 505,43 g.mol-1
Posléze se za míchání přidá 1 mol chloridu hořečnatého - hexahydráta (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol-1) rozpuštěného v 400 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 3919,59 g viskózního roztoku obsahujícího 1494,57 g produktu CeoH93MgN3024Naio (M = 1494,60 g.mol-1), což představuje 38,1 % hmota. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 4.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 1,63 % hmota, hořčíku (Mg+2). U sušiny produktu byla stanovena biologická rozložitelnost.
Produkt označený jako vzorek 4 je komplex 3:1, tedy NawfMgLs] o sumárním vzorci CeoH93MgN3024Naio a molekulové hmotnosti M = 1494,60 g.mol-1.
Látka Biologická rozložitelnost po 28 dnech
Benzoan sodný 80,8 %
Vzorek 4 38,7 %
Schopnost stabilizovat peroxid vodíku v bělicí lázni ukazuje souhrnná tabulka 6.
Stupeň vybělení surové bavlny pak ukazují tabulky 7 až 10.
Souhrnná tabulka 11 následně ukazuje stupeň vybělení surové bavlny v bělicí lázni (provozní zkouška) obsahující opticky zjasňující prostředek.
Příklad 5
V 1800 g vody se rozmíchá 1347,96 g (3 moly) tetrasodné soli 2,2'-(oktylazadiyl)dijantarové kyseliny.
-20CZ 309643 B6
ONa ONa
C16H2JNO8Na4
M = 449,32 g.mol-1
Posléze se za míchání přidá 1 mol chloridu hořečnatého - hexahydrátu (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol1) rozpuštěného v 400 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 3751,26 g viskózního roztoku obsahujícího 1326,28 g produktu C48H69MgN3O24Nai0 (M = 1326,28 g.mol-1), což představuje 35,35 % hmotn. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 5.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 1,83 % hmota, hořčíku (Mg+2).
Produkt označený jako vzorek 5 je komplex 3:1, tedy Naio[MgL3] o sumárním vzorci C4sH69MgN3024Naio a molekulové hmotnosti M = 1326,28 g.mol-1.
Látka Biologická rozložitelnost po 28 dnech
Benzoan sodný 80,8 %
Vzorek 5 38,5 %
Příklad 6
V 1800 g vody se rozmíchá 1157,12 g (4 moly) disodné soli oktylasparagové kyseliny.
H n-^-h2c^-ch3 O / \—o ONa ONa Ci2H2iNO4Na2 M = 2S9,28 g.mol-1
Posléze se za míchání přidá 1 mol chloridu hořečnatého - hexahydrátu (MgC12.6H2O, M = 203,30 g.mol-1) rozpuštěného v 400 g vody. Reakční směs se za teploty místnosti (22 °C) míchá po dobu 1 hodiny. Vznikne 3560,42 g viskózního roztoku obsahujícího 1135,46 g produktu
-21 CZ 309643 B6
C48H84MgN4OióNa6 (M = 1135,46 g.mol-1), což představuje 31,89 % hmotn. Tento koncentrát byl označen jako vzorek 6.
Produkt se nemusí izolovat a koncentrát se použije přímo do stabilizačních lázní. Sušina produktu obsahuje 2,14 % hmotn. hořčíku (Mg+2).
Produkt označený jako vzorek 6 je komplex 4:1, tedy Na6[MgL4] o sumárním vzorci C48H84MgN4O16Na6 a molekulové hmotnosti M = 1135,46 g.mol-1.
Látka Biologická rozložitelnost po 28 dnech
Benzoan sodný 80,8 %
Vzorek 6 34,3 %
Výsledky měření parametrů připravených vzorků:
Tabulka 6: Stabilizace peroxidu vodíku v bělicích lázních po 95 minutách při 85 °C. K přípravě lázní se používala tvrdá voda z vodovodního řadu na Univerzitě Pardubice se stupněm tvrdosti 16 až 17 °dH.
Koncentrace H2O2 (% hmotn.)
Destilovaná voda Tvrdá voda Tvrdá voda + 1 mg Fe3+/1 dm3 Tvrdá voda + 5 mg Fe3+/1 dm3
Vodní sklo 89 70,1 70,1 56,3
Clarite One 84,7 75,3 66,7 46,8
Vzorek 1 (srv.) 89 70,1 72 54,6
Vzorek 2 87,3 77,9 71,8 58
Vzorek 3 (srv.) 86,4 83,1 75,4 58
Vzorek 4 89 72,7 70,2 53,7
Z naměřených výsledků vyplývá, že vzorky 1 až 4 jsou velmi účinné stabilizátory peroxidu vodíku v bělicích lázních, ve kterých byla použita jak voda destilovaná, tvrdá, či s obsahem železa. Jejich účinnost se vyrovná vodnímu sklu.
Tabulka 7: Naměřené hodnoty CIE L*, a*, b* a běli v bělicí lázni používající destilovanou vodu.
Vzorek CIE L* CIE a* CIE b* Whiteness CIE/E313
Vodní sklo 95,40 -0,59 3,85 71,16
Clarite One 95,20 -0,68 4,26 68,77
Vzorek 1 (srv.) 95,26 -0,86 5,08 65,19
Vzorek 2 95,25 -0,88 5,11 65,04
Vzorek 3 (srv.) 95,27 -0,85 4,96 65,77
Vzorek 4 95,21 -0,97 5,64 62,49
- 22 CZ 309643 B6
Tabulka 8: Naměřené hodnoty CIE L*, a*, b* a běli v bělicí lázni používající tvrdou vodu
Vzorek CIE L* CIE a* CIE b* Whiteness CIE/E313
Vodní sklo 95,29 -0,71 4,40 68,36
Clarite One 95,23 -0,73 4,52 67,65
Vzorek 1 (srv.) 95,19 -0,76 4,66 66,93
Vzorek 2 95,22 -0,90 5,17 64,64
Vzorek 3 (srv.) 95,24 -0,88 4,97 65,62
Vzorek 4 95,27 -0,87 4,94 65,83
Tabulka 9: Naměřené hodnoty CIE L*, a*, b* a běli v bělicí lázni požívající tvrdou vodu obsahující 1 mg. dm-3 Fe3+ iontů.
Vzorek CIE L* CIE a* CIE b* Whiteness CIE/E313
Vodní sklo 95,19 -0,73 5,14 64,74
Clarite One 95,31 -0,77 4,77 66,70
Vzorek 1 (srv.) 95,05 -0,82 5,62 62,20
Vzorek 2 95,26 -0,80 4,97 65,67
Vzorek 3 (srv.) 95,21 -0,87 5,38 63,67
Vzorek 4 95,09 -1,02 5,85 61,23
Tabulka 10: Naměřené hodnoty CIE L*, a*, b* a běli v bělicí lázni požívající tvrdou vodu obsahující 5 mg. dm-3 Fe3+ iontů.
Vzorek CIE L* CIE a* CIE b* Whiteness CIE/E313
Vodní sklo 95,04 -0,75 5,18 64,16
Clarite One 95,01 -0,84 5,58 62,25
Vzorek 1 (srv.) 94,83 -0,87 6,39 58,11
Vzorek 2 95,03 -0,83 5,82 61,71
Vzorek 3 (srv.) 94,94 -0,83 5,89 60,68
Vzorek 4 94,79 -0,89 6,76 56,31
Z naměřených výsledků stupně vybělení opět vyplývá, že vzorky 1 až 4 jsou velmi účinné stabilizátory peroxidu vodíku v bělicích lázních, ve kterých byla použita jak voda destilovaná, tvrdá, či s obsahem železa, a že jejich účinnost se vyrovná vodnímu sklu. Vybělený materiál je čistě bílý, vybělení je rovnoměrné.
Tabulka 11: Naměřené hodnoty CIE L*, a*, b* a běli (provozní zkouška) Surový = výchozí materiál pro bělení (keprovka)
- 23 CZ 309643 B6
Vzorek L* D65/10 a* D65/10 b* D65/10 457 nm Brightness D65/10 WI CIE D65/10
Surový 85,72 1,09 11,46 55,84 10,88
Clarite One 92,49 1,66 -10,43 97,12 129,79
Vzorek 1 (srv.) 92,55 1,65 -10,60 97,61 130,65
Vzorek 2 92,77 2,09 -12,33 100,52 138,88
Vzorek 3 (srv.) 92,89 2,08 -12,79 101,67 141,16
Vzorek 4 93,07 1,99 -12,37 101,44 139,63
Z naměřených výsledků, kdy do bělicí lázně byl přidán rovněž opticky zjasňující prostředek, a kdy voda použitá do lázně obsahovala vyšší koncentraci manganu (4,3 mg.dm-3), vyplývá, že vzorky 1 až 4 jsou opět velmi účinné stabilizátory peroxidu vodíku, které nijak nepoškozují v průběhu bělení použitý opticky zjasňující prostředek. Vybělený materiál je zářivě bílý, vybělení je rovnoměrné.
Protože index běli není plně vypovídající o účinnosti odstranění žlutých až hnědých nečistot ze surové bavlny, byla pro vybrané vybělené vzorky proměřena transmisní spektra a ze spekter odečtena reflektance při 360 nm (UV oblast spektra). Pro přípravu lázně byla použita voda s vyšším obsahem manganu (4,3 mg.dm-3). Výsledky jsou soustředěny v tabulce 12.
Tabulka 12: Naměřené hodnoty reflektance surové a vybělené bavlny při 360 nm
Vzorek Reflektance vybělené bavlny při 360 nm
Surová bavlna 31,08
Vodní sklo 55,29
Clarite One 54,67
Vzorek 1 (srv.) 55,52
Vzorek 2 55,4
Vzorek 3 (srv.) 54,77
Vzorek 5 55,09
Vzorek 6 54,83
Z naměřených výsledků vyplývá, že stabilizátory peroxidu vodíku vyznačené obecným vzorcem A jsou ve své účinnosti plně srovnatelné s účinností vodního skla ovšem s tím rozdílem, že na vyběleném materiálu a na zařízení nejsou žádné úsady.
Pro vybrané deriváty byl také podle normy proveden korozní test, kdy výsledky jsou ukázány v tabulce 13.
Tabulka 13: Korozní test - ČSN 038120: Vyhodnocení korozních zkoušek podle hmotnostních úbytků
- 24 CZ 309643 B6
Sloučenina Hmotnostní úbytek (% hmotn.) Kvalita lázně po testu
Bez přídavku (slepý pokus) 0,52 Lázeň silně znečištěna rezavými kaly
Vzorek 2 0,07 Lázeň mírně žlutohnědá
Vzorek 6 0 Lázeň čirá
Vzorek 1 (pro porovnání, jak je důležitý delší alkylový řetězec) 0,53 Lázeň silně znečištěna rezavými kaly

Claims (6)

1. Komplexy hořčíku obecného vzorce A
My MgxL (A), kde
M jsou nezávisle vybrány ze skupiny zahrnující H, Li, Na, K;
L je ligand obecného vzorce
(L),
Ri je H nebo substituent obecného vzorce Y
O (Y),
R2 je vybráno ze skupiny sestávající z -(CH2)r-X, alifatický alkyl -CmH2m+i, cykloalkyl -CpH2P-i, (CH2)n-N(Y)2, -(CH2)q-NH-Y, m = 1 až 28, p = 3 až 28, r = 1 až 18, n = 4 až 18, q = 4 až 18,
X je vybrán ze skupiny sestávající z -NýCřLŘ, -N(C2H5)2, -NýChřLŘ;
x = 1 nebo 2, y = 2 až 30, z = 1 až 4, přičemž platí, že součet (y + 2x) je roven dvojnásobku počtu substituentů Y v molekule + 2;
s vyloučením látek, kde Ri je H a zároveň R2 je -(CH2)2-NH-Y.
2. Komplexy hořčíku podle nároku 1, kde R2 je alifatický alkyl -CmH2m +1 či cykloalkyl -CpH2P-i.
-26CZ 309643 B6
3. Komplexy hořčíku podle nároku 1, kde R2 je -(CH2)n-N(Y)2 či -(CH2)q-NH-Y, přičemž n = 4 až 18, q = 4 až 18.
4. Použití komplexů hořčíku obecného vzorce A podle nároku 1 jako stabilizátorů peroxidu vodíku a sekvestrantů do bělících lázní zboží na bázi celulózy.
5
5. Použití komplexů hořčíku obecného vzorce A podle nároku 1, kde R2 je vybrán ze skupiny sestávající z: alifatický alkyl -CmH2m+i, cykloalkyl -CpH2p-i, -(CH2)n-N(Y)2, -(CH2)q-NH-Y, přičemž m = 1 až 28, p = 3 až 28, n = 4 až 18, q = 4 až 18, jako stabilizátorů peroxidu vodíku a sekvestrantů do bělících lázní zboží na bázi celulózy a pro ochranu zařízení proti korozi.
6 . Bělicí lázeň, vyznačující se tím, že obsahuje 0,05 až 2 % hmotn. peroxidu vodíku, 0,025 až 0,8
10 % hmotn. NaOH, 0,0075 až 0,3 % hmotnostních alespoň jedné sloučeniny obecného vzorce A podle nároku 1, a popřípadě do 0,8 % hmotnostních povrchově aktivní látky, přičemž zbytek do 100 % hmotn. tvoří voda.
CZ2021-349A 2021-07-21 2021-07-21 Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku CZ309643B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-349A CZ309643B6 (cs) 2021-07-21 2021-07-21 Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-349A CZ309643B6 (cs) 2021-07-21 2021-07-21 Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2021349A3 CZ2021349A3 (cs) 2023-02-01
CZ309643B6 true CZ309643B6 (cs) 2023-06-07

Family

ID=85036636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-349A CZ309643B6 (cs) 2021-07-21 2021-07-21 Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309643B6 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994003553A1 (en) * 1992-08-01 1994-02-17 The Procter & Gamble Company Peroxy bleaching composition stabilized with ethylenediamine-n,n'-disuccinic acid
WO1997030208A1 (en) * 1996-02-19 1997-08-21 Kemira Chemicals Oy Process for the treatment of chemical pulp
JP2000192091A (ja) * 1998-12-28 2000-07-11 Showa Denko Kk 漂白剤組成物
WO2009013534A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Innospec Limited Composition
CN101683601A (zh) * 2008-09-28 2010-03-31 郑州轻工业学院 烷基亚氨基二琥珀酸盐螯合性表面活性剂及其合成方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994003553A1 (en) * 1992-08-01 1994-02-17 The Procter & Gamble Company Peroxy bleaching composition stabilized with ethylenediamine-n,n'-disuccinic acid
WO1997030208A1 (en) * 1996-02-19 1997-08-21 Kemira Chemicals Oy Process for the treatment of chemical pulp
JP2000192091A (ja) * 1998-12-28 2000-07-11 Showa Denko Kk 漂白剤組成物
WO2009013534A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Innospec Limited Composition
CN101683601A (zh) * 2008-09-28 2010-03-31 郑州轻工业学院 烷基亚氨基二琥珀酸盐螯合性表面活性剂及其合成方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GANGODA, Chula K.; WILLIAMS, David R. Linear free energy relationships and the chemical speciation of amino-carboxylate ligand complexes. Chemical Speciation & Bioavailability, 1997, 9.3: 101-111. ISSN: 0954-2299, DOI:10.1080/09542299.1997.11083294 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2021349A3 (cs) 2023-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7972386B2 (en) Bleaching of substrates
AU2007344425B2 (en) Bleaching of substrates
US4880566A (en) Silicate-and magnesium-free stabilizer mixtures
US4195974A (en) Desizing and bleaching of textile goods
CA2321543C (en) Methods for the preparation of an n-bis-[2-(1,2-dicarboxy-ethoxy)-ethyl]amine derivative and products of the methods and their uses
CZ309643B6 (cs) Hořečnaté sole derivátů asparagové kyseliny a jejich použití jako stabilizátorů peroxidu vodíku
Steiner Evaluation of peracetic acid as an environmentally safe alternative for hypochlorite
US3687803A (en) Acid chloride activators for hydrogen peroxide bleaching
NO154343B (no) Stabiliseringsmiddel for peroksydforbindelser, samt en toeyvaske-pulverblanding inneholdende nevnte stabiliseringsmiddel.
US3384596A (en) Peroxy acid bleaching systems
US4912791A (en) Pretreatment of textile materials: alkaline scour or bleach with organo-phosphorus compound
US2763650A (en) Derivatives of x
US7156882B2 (en) Method for bleaching textile fibers
CN112941891B (zh) 一种生产高白度低强损羊毛织物的方法
US6524437B1 (en) Process for peroxide bleaching wherein the concentrations of Mn and Fe are monitored and maintained
US20030126689A1 (en) Process for providing improved whiteness to fabric and for removing formaldehyde and formaldehyde conjugates from treated fabric
US3077372A (en) Sodium hydroxide and chlorine for in situ hypochlorite formation in pretreatment of cotton in peroxidic bleaching
EP0414228A2 (en) Washability improver for textile article
Arifoglu et al. Sequential oxidative and reductive bleaching of stained and pigmented wool in a single bath
Khan et al. The effect of envirommentally friendly complexing agents used as stabilizers for hidrogen peroxide in the bleaching bath of cotton fabric. American-Eurasian J
US3579287A (en) Bleaching process
Cegarra et al. Comparison of stabilisers for wool bleaching with hydrogen peroxide
Sharnina et al. Hydrogen peroxide as a polymerization initiator for silicate bleaching solution stabilizers
US3514247A (en) Method for simultaneously scouring and bleaching textile fabrics,portions of which are dyed with a sensitive dyestuff
EP0585038A1 (en) Alkali containing silica solution