DE102005011112A1

DE102005011112A1 - Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden

Info

Publication number: DE102005011112A1
Application number: DE102005011112A
Authority: DE
Inventors: Markus Schütz; Florian Felix; Holger Bender
Original assignee: Holmenkol Sport-Technologies & Co KG GmbH; Holmenkol Sport Technologies GmgH and Co KG
Current assignee: HOLMENKOL GMBH, DE
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-14
Also published as: AU2006222108B2; AU2006222108A1; NZ562319A; US20080287637A1; WO2006094820A1; EP1859098A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden, insbesondere Segeln, Markisen oder in Kraftfahrzeugen eingesetzten Textilien durch Aufbringen mindestens eines Aminopolysiloxans. Hierdurch ist es möglich, einzelne und insbesondere neue Kombinationen von Eigenschaften und Effekten zu erzielen, wie bessere aerodynamische Eigenschaften, verminderte Luftdurchlässigkeit, gute Schmutzabweisung, erhöhte Elastizität, gute Wasserabweisung, Verringerung der Reibungskräfte beim Gebrauch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden durch Aufbringen spezieller Aminopolysiloxane auf die textilen Flächengebilde sowie die entsprechenden Glättungsmittel, die diese speziellen Aminopolysiloxane enthalten.

Aminopolysiloxane und Verfahren für ihre Herstellung sind im Stand der Technik bekannt. In der Druckschrift WO 2004/046452 wird beispielsweise eine Vielzahl von Aminopolysiloxanen beschrieben, die für die unterschiedlichsten Verwendungen vorgesehen sind, wobei sie insbesondere in Waschmitteln als Weichmacher dienen sollen. In der Druckschrift EP 95238 werden Zusammensetzungen zum Konditionieren der Haare beschrieben, die Aminopolysiloxane enthalten. Gemäß dem Patent US 4 247 592 werden aminofunktionelle Silicone zur Verbesserung der Wasserabweisung von synthetischen Fasern verwendet.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung der nachstehend beschriebenen Aminopolysiloxane zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden, insbesondere die Verbesserung der Oberflächenglätte in einem mikroskopischen Maßstab. Durch das Aufbringen dieser Aminopolysiloxane auf textile Flächengebilde können durch die veränderte Oberflächenglätte einzelne und insbesondere Kombinationen der im folgenden genannten Eigenschaften und Effekte erzielt werden: bessere aerodynamische Eigenschaften, insbesondere eine optimale laminate Luftströmung an textilen Flächengeweben wie Segeln (z. B. für Segelboote, Surfboards, u. dgl.) oder Gleitschirmen, wobei angenommen wird, dass an den Flächengebilden auftretende Turbulenzen vermindert werden, eine verminderte Luftdurchlässigkeit, ein besserer optischer Eindruck der Oberfläche (beispielsweise Glanz, Farbwieder gabe), Schmutzabweisung, erhöhte Elastizität, Abriebschutz, Knickstabilität, Verringerung von Reibungskräften bei der Handhabung, Schutz der Textilien vor Licht, Chemikalien, Temperatur und Witterungseinflüssen, insbesondere Salzwasser, verminderte Schimmelbildung und bessere Reiß- und Weiterreißfestigkeit des textilen Gebildes.

Die Erfindung bezieht sich daher genauer auf ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden, insbesondere die Verbesserung der Oberflächenglätte in einem mikroskopischen Maßstab, das darin besteht, mindestens ein geradkettiges oder verzweigtes Polysiloxan auf die textilen Gebilde aufzubringen, das aus Einheiten SiO_4/2, R'SiO_3/2, R'₂SiO_1/2 und R'₃SiO_1/2 aufgebaut ist, wobei die Gruppen R', die gleich oder verschieden sind, organische Reste bedeuten, mit der Maßgabe, dass mindestens eine Gruppe R' mindestens ein Stickstoffatom enthält.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Aminopolysiloxane der folgenden Formel I als Mittel zur Verbesserung der Oberflächenglätte verwendet:

worin bedeuten:

• die Gruppen R, die gleich oder voneinander verschieden sind, eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise eine Alkylgruppe, Arylgruppe oder Aralkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl oder Phenyl, und insbe sondere eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl;
• die Gruppen B, die gleich oder verschieden sind, eine Gruppe R, eine Gruppe A, Wasserstoff, Hydroxy oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen;
• die Gruppe A eine Gruppe der folgenden Formel II:
wobei in der Formel II x eine ganze Zahl von 1 bis 8 und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 4 bedeutet und die Gruppen R¹ und R², die gleich oder verschieden sind, unter einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einer Hydroxyalkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einer Alkylenaminogruppe -(CH₂)_y-NR³R⁴ ausgewählt sind, worin y eine ganze Zahl von 2 bis 8 und vorzugsweise 2 bis 4 bedeutet und die Gruppen R³ und R⁴, die gleich oder verschieden sind, ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxyalkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten.
• a und b ganze Zahlen, die so ausgewählt sind, dass die Summe (a + b) im Bereich von 1 bis 3000 und besonders im Bereich von 200 bis 1000 liegt.

Das Verhältnis von stickstofffreien Polysiloxaneinheiten und stickstoffhaltigen Polysiloxaneinheiten in den erfindungsgemäß verwendeten Aminopolysiloxanen beträgt vorteilhaft 1:1 bis 500:1.

Der typische Stickstoffgehalt der erfindungsgemäß verwendeten Aminopolysiloxane liegt beispielsweise im Bereich von 0,005 bis 18 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,02 bis 1 Gew.-%.

Bei den Alkyl-, Alkylen-, Hydroxyalkyl- oder Alkoxygruppen der Formeln I oder II kann es sich sowohl um geradkettige als auch verzweigte Gruppen handeln.

Die stickstofffreien Gruppen R' bzw. die Gruppen R der Formel I bedeuten vorzugsweise eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere die Methylgruppe.

Die stickstoffhaltigen Gruppen R' bzw. die Gruppe A der Formel I können ferner ggf. auch hydroxyliert sein.

Als besonders bevorzugte stickstoffhaltigen Gruppen R' bzw. Gruppen A können beispielsweise die folgenden Gruppen angegeben werden:
C₃H₆NH₂, C₃H₆N(CH₃)₂, C₃H₆N(CH₂CH₃)₂, C₃H₆N(CH₂CH₂OH)₂, C₃H₆NH(CH₂CH₂NH₂) oder C₃H₆N(CH₃)(CH₂CH₂NH₂).

Aminopolysiloxane, die erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet werden, sind Verbindungen der Formel I, die eine und vorzugsweise alle folgenden Bedingungen erfüllen: R bedeutet Methyl oder Phenyl, B bedeutet Methyl oder Phenyl, A bedeutet Aminopropyl oder Aminoethylaminopropyl.

Ganz besonders bevorzugt wird ein Poly(aminoalkylmethyl/dimethyl)-siloxan und insbesondere ein Poly(aminoethylaminopropylmethyl/dimethyl)-siloxan verwendet.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Aminopolysiloxanen kann es sich sowohl um Blockpolymere als auch um alternierende Polymere handeln.

Die Aminopolysiloxane können ggf. auch quaternisiert sein.

Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf Oberflächenglättungsmittel, die die oben definierten Aminopolysiloxane enthalten oder daraus bestehen. Diese Oberflächenglättungsmittel können in Form von wässrigen, alkoholischen oder wässrig-alkoholischen Lösungen, als Dispersion oder als Emulsion vorliegen. Eine besonders interessante Ausführungsform besteht darin, sie in Form von Emulsionen und insbesondere in Form von Silicon-in-Wasser-Emulsionen einzusetzen.

Die Konzentration der oben definierten Aminopolysiloxane in dem Oberflächenglättungsmittel liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 30 bis 40 Gew.-%.

Es ist ferner möglich, das Oberflächenglättungsmittel vor der Anwendung vorzugsweise mit Wasser zu verdünnen, wobei beispielsweise eine Verdünnung Oberflächenglättungsmittel/Wasser von 1:10 in Frage kommt.

Die erfindungsgemäßen Oberflächenglättungsmittel können auch Zusatzstoffe enthalten, die für Zusammensetzungen und insbesondere Emulsionen, die auf textile Flächengewebe aufgebracht werden sollen, üblich sind, wie beispielsweise Lösungsmittel, Verdickungsmittel, grenzflächenaktive Stoffe zur Verbesserung der Emulgierbarkeit, vorzugsweise kationische oder nichtionische grenzflächenaktive Stoffe, und dergleichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter einem textilen Flächengebilde in Übereinstimmung mit der allgemeinen Definition Flä chengebilde verstanden, die aus Textilfasern hergestellt sind, die in gleicher Weise unter Naturfasern, wie Baumwolle, Hanf oder Seide, synthetischen Fasern, wie Polyamidfasern (z. B. Aramidfasern, Nylon^®-Fasern), Polyesterfasern (z. B. Dacron^®, Mylar^®), Polyethylenfasern oder Polypropylenfasern, oder anorganischen Fasern, wie Glasfasern oder Kohlenstofffasern, ausgewählt werden können.

Wegen der verschiedenen günstigen Eigenschaftskombinationen, die durch die Verbesserung der Oberflächenglätte durch das Aufbringen der Aminopolysiloxane erreicht werden können, wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise besonders vorteilhaft bei Segeln, beispielsweise Spinnakersegeln, Gleit- oder Fallschirmen, Kiteschirmen, Verdecken für Cabrios oder Markisen angewandt.

Durch die Verbesserung der Oberflächenglätte können an Segeln (Boote, Surfboards, etc.) die Aerodynamik und damit die Gleitfähigkeit deutlich verbessert und die Luftdurchlässigkeit vermindert werden, was sich natürlich auf die erreichbare Geschwindigkeit jeweils sehr günstig auswirkt. Ferner kann die Lebensdauer der Segel verlängert werden, da die Oberfläche gegenüber äußeren Angriffen besser geschützt ist (Salzwasser, Licht, Chemikalien, Schimmel u. dgl.). Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Segel durch die verbesserte Wasserabweisung schneller trocknen können.

Bei Textilen, die bei Kraftfahrzeugen Verwendung finden, beispielsweise Cabrio-Verdecken, und in gleicher Weise auch bei Markisen wird durch die erfindungsgemäße Verbesserung der Oberflächenglätte eine sehr gute Schmutzabweisung und Lichtstabilität der behandelten Textilien erreicht. In diesem Fall ist auch die Verringerung der Reibungskräfte beim Zusammenfalten des Verdecks bzw. beim Aufrollen der Markise vorteilhaft.

Die erfindungsgemäßen Oberflächenglättungsmittel können in unterschiedlichsten Formen konfektioniert sein, beispielsweise in einem Aerosolbehälter unter Verwendung eines Treibmittels oder als Pumpflakon; es ist auch möglich, das oder die Aminopolysiloxane direkt oder, insbesondere, wenn sie nicht die geeignete Viskosität aufweisen, in Form von Lösungen, Dispersionen oder Emulsionen mit beliebigen geeigneten Mitteln auf das textile Flächengebilde aufzubringen oder das textile Flächengebilde darin einzutauchen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Aminopolysiloxane können nach Verfahren hergestellt werden, die im Stand der Technik für die Herstellung von aminierten Polysiloxanen bekannt sind und die beispielsweise in dem Patent US 5 593 611 beschrieben wurden.

Nachstehend werden zur Erläuterung der Erfindung Beispiele angegeben.

Beispiel 1:
Aus Poly-co-(aminoalkylmethyl-dimethyl)siloxan wird eine ca. 35%ige kationische Emulsion in Wasser hergestellt. Die Viskosität beträgt ca. 300 mPa·s und der Amingehalt im Polymer der Emulsion 0,3 mmol/g. Die Emulsion wird vor der Anwendung 1:10 mit Wasser verdünnt und mit Essigsäure auf einen pH-Wert von etwa 5 eingestellt. Die beschriebene Emulsion wird mit einem Schwamm auf einen 2 Jahre alten, gebrauchten Gleitschirm (Tuch: Nylon, Hersteller: Swing) aufgebracht. Überschüssiges Material wird mit einem Schwamm entfernt. Nach dem Trocknen der Emulsion hat sich ein dünner Film auf dem Gewebe gebildet.
Nach Expertenbegutachtung ist das textile Gewebe durch die Beschichtung sehr viel glatter geworden und um den Faktor 2 bis 4 luftundurchlässiger. Dies alles hat positive Auswirkungen auf die Flugeigenschaften des Gleitschirms. Die Optik und Farbe entspricht in etwa wie der dem Neuzustand. Durch die Glättung des Gewebes ist die Handhabung z. B. beim Start deutlich verbessert. Der Gleitschirm bleibt weniger an Steinen oder Ästen hängen und wird dadurch vor Beschädigungen geschützt. Außerdem lässt er sich nach der Landung leichter verpacken. Durch die abstoßenden Eigenschaften der Beschichtung wird der Schirm zusätzlich vor Schmutz und Wasseraufnahme geschützt, was eine höhere Sicherheit während des Fluges zur Folge hat. Zudem lässt sich der Gleitschirm leichter reinigen.
Beispiel 2:
Aus Poly-co-(aminoalkylmethyl-dimethyl)siloxan wird eine ca. 35%ige kationische Emulsion in Wasser hergestellt. Die Viskosität beträgt ca. 300 mPa·s und der Amingehalt im Polymer der Emulsion 0,3 mmol/g. Die Emulsion wird vor der Anwendung 1:10 mit Wasser verdünnt und mit Essigsäure auf einen pH-Wert von ca. 5 eingestellt. Die beschriebene Emulsion wird mit einem Schwamm auf ein handelsübliches Spinnakersegel aus Nylon aufgebracht. Überschüssiges Material wird mit einem Schwamm entfernt. Nach dem Trocknen der Emulsion hat sich ein dünner Film auf dem Gewebe gebildet.
Nach Expertenbegutachtung ist das textile Gewebe durch die Beschichtung sehr viel glatter geworden und um den Faktor 2 bis 4 luftundurchlässiger. Dies alles hat positive Auswirkungen auf die aerodynamischen Eigenschaften des Segels, was das Boot schneller werden lässt. Die Optik und Farbe entspricht in etwa wieder dem Neuzustand. Durch die Glättung des Gewebes ist die Handhabung z. B. beim Hissen und Bergen des Spinnakers deutlich verbessert. Es gleitet leichter über die Bordwand, lässt sich leichter verpacken und wird dadurch vor Beschädigungen geschützt. Durch die abstoßenden Eigenschaften der Beschichtung wird das Segel zusätzlich vor Schmutz und Wasseraufnahme geschützt und lässt sich leichter reinigen.
Beispiel 3:
Aus Poly-co-(aminoalkylmethyl-dimethyl)siloxan wird eine ca. 35%ige kationische Emulsion in Wasser hergestellt. Die Viskosität beträgt ca. 300 mPa·s und der Amingehalt im Polymer der Emulsion 0,3 mmol/g. Die Emulsion wird vor der Anwendung 1:10 mit Wasser verdünnt und mit Essigsäure auf einen pH-Wert von ca. 5 eingestellt. Die beschriebene Emulsion wird mit einem Schwamm auf ein handelsübliches Cabrioverdeck (Textilverdeck schwarz, Honda S 2000) aufgebracht. Überschüssiges Material wird mit einem Schwamm entfernt. Nach dem Trocknen der Emulsion hat sich ein dünner Film auf dem Gewebe gebildet.
Nach Expertenbegutachtung ist das Verdeck durch die Beschichtung sehr viel glatter geworden. Die Optik und Farbe entspricht in etwa wieder dem Neuzustand. Die abstoßenden Eigenschaften der Beschichtung bewirken das Abperlen von Schmutz und Wasser, wodurch das Verdeck deutlich weniger gereinigt werden muss. Der nach längerer Zeit anhaftende Schmutz lässt sich sehr einfach mit einem feuchten Schwamm abwischen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenglätte von textilen Flächengebilden, dadurch gekennzeichnet, dass auf das textile Flächengebilde mindestens ein Aminopolysiloxan aufgetragen wird, das aus Einheiten SiO_4/2, R'SiO_3/2, R'₂SiO_2/2 und R'₃SiO_1/2 aufgebaut ist, wobei die Gruppen R', die gleich oder verschieden sind, organische Reste bedeuten, mit der Maßgabe, dass mindestens eine Gruppe R' mindestens ein Stickstoffatom enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminopolysiloxane unter den Verbindungen der folgenden Formel I ausgewählt sind
worin bedeuten: • die Gruppen R, die gleich oder voneinander verschieden sind, eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise eine Alkylgruppe, Arylgruppe oder Aralkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders Methyl, • die Gruppen B, die gleich oder verschieden sind, eine Gruppe R, eine Gruppe A, Wasserstoff, Hydroxy oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen; • die Gruppe A eine Gruppe der folgenden Formel II:
wobei in der Formel II x eine ganze Zahl von 1 bis 8 und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 4 bedeutet und die Gruppen R¹ und R², die gleich oder verschieden sind, unter einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einer Hydroxyalkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einer Alkylenaminogruppe -(CH₂)_y-NR³R⁴ ausgewählt sind, worin y eine ganze Zahl von 2 bis 8 und vorzugsweise 2 bis 4 bedeutet und die Gruppen R³ und R⁴, die gleich oder verschieden sind, ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Hydroxyalkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei die Gruppe A gegebenenfalls auch hydroxyliert sein kann; • a und b ganze Zahlen, die so ausgewählt sind, dass die Summe (a + b) im Bereich von 1 bis 3000 und besonders im Bereich von 200 bis 1000 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stickstoffhaltige Gruppe R' oder die Gruppe A unter den folgenden Gruppen ausgewählt ist: C₃H₆NH₂, C₃H₆N(CH₃)₂, C₃H₆N(CH₂CH₃)₂, C₃H₆N(CH₂CH₂OH)₂, C₃H₆NH(CH₂CH₂NH₂) oder C₃H₆N(CH₃)(CH₂CH₂NH₂).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Formel I mindestens eine und vorzugsweise alle folgenden Bedingungen erfüllen: R bedeutet Methyl oder Phenyl, B bedeutet Methyl oder Phenyl, A bedeutet Aminopropyl oder Aminoethylaminopropyl.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den verwendeten Aminopolysiloxanen das Verhältnis der stickstofffreien Polysiloxaneinheiten zu den stickstoffhaltigen Polysiloxaneinheiten im Bereich von 1:1 bis 500:1 liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt der in den vorhergehenden Ansprüchen definierten Aminopolysiloxane im Bereich von 0,005 bis 18 Gew.-%, insbesondere 0,02 bis 5 Gew.-% und besonders 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aminopolysiloxans, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Flächenmaterial aus Textilfasern hergestellt ist, die unter Naturfasern, synthetischen Fasern und/oder anorganischen Fasern ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminopolysiloxane als solche oder in Form einer wässrigen, wässrig-alkoholischen oder alkoholischen Lösung, Dispersion oder Emulsion und insbesondere als Silicon-in-Wasser-Emulsion aufgebracht werden.
Oberflächenglättungsmittel für textile Flächengebilde, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein in den vorhergehenden Ansprüchen definiertes Aminopolysiloxan enthält.