防污、防着色污染的无氟涂层以及在材料上施涂的方法技术

制造防水涂层的方法可以包括：选择纺织材料基材；采用含有硅烷或硅烷衍生物以及金属氧化物前体的溶胶‑凝胶以涂敷基材；以及可选地用疏水性化学试剂和/或其它化学试剂进行涂敷基材以产生具有纳米或微米特征的表面。所述方法可以采用用于制造防止基材润湿或着色的无氟防水涂层的全溶液过程或受控环境。用于处理纺织材料的组合物涂层改进了纺织材料的防污性和防着色污染性，而组合物不包含基于氟的化学品。此外，组合物溶液可以额外赋予纺织品性能(例如物理强度)、同时保持原始外观。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】防污、防着色污染的无氟涂层以及在材料上施涂的方法相关申请本申请要求2014年11月12日提交的的美国临时申请62/078,564号的权益，其通过引用纳入本文。专利
本专利技术涉及无氟组合物涂层以及用该涂层处理纺织纤维或其它柔性材料以改进防污性、防着色污染性以及颗粒易于去除性。本专利技术还涉及用该涂层处理纺织材料以赋予防水性、防油性、减少染色和/或染色清除。专利技术背景非常需要防着色污染性和防污性/抗着色污染性和抗污性。当用于纺织制品，例如毯(carpet)、垫(rugs)、汽车垫、织物、和室/车内装饰品(upholstery)时，尤为如此。美国目前生产的所有毯的约75％以及欧洲生产的所有毯的约50％由尼龙纤维制成。尼龙以及其它聚酰胺纤维或织物容易通过天然以及人工染料或颜料(例如在咖啡、芥末、葡萄酒、和软饮料中发现的那些)着色或污染。通常，由于氟原子的存在赋予了提高的表面疏水性和相关的防着色污染性、防污性、和防水性。这典型地体现在当材料的C-H键被C-F键取代或替代时。由于相关环境和健康风险，纺织品涂层的研发和设计正在从加入和使用含氟原子的化学组合物逐渐转型。这些风险是双重的：首先，存在与涉及制造合适含氟化合物的合成过程有关的风险，其中这些过程所用化学品和副产物并不被认为是安全或“绿色”的；并且，第二，在最终产品中该化学品的降解和浸出(包括但不限于人造全氟辛酸[PFOA]、其同源物、前体和盐、全氟辛烷磺酸[PFOS]、其同源物、前体和盐)，这使得化学品能够找到它们的方式通过随后的生物累积途径(污染水源、进入食物链等)进入一般人群。如EPA-SAB-06-006(与PFOA及其盐类相关的潜在的人类健康影响风险评估草案)中详述的，美国科学顾问委员会小组判定PFOA可能致癌。在稍后的2013年，美国环境保护局(EPA)发布了有毒物质控制法(TSCA)下的重要新用途规则(SNUR)，要求意图制造(包括进口)或加工任何长链全氟烷基羧酸(LCPFAC)化学品用于在毯或毯部件中使用的任何人都要向EPA提供通报。该规定会影响广泛的工业，并且持续努力寻找替代材料。因此，对于环境和经济方面，非常需要研发用于现有基于氟防污和防着色污染处理的替代。存在使用较短链长的含有氟原子的材料例如全氟丁酸(PFBA)或类似化学品，但是这些替代品并不是总是有效或值得的。考虑到此，研发无氟替代品是有利的。在标题为“具有纳米/微米特征的防水涂层以及制造该涂层的方法(“WaterproofCoatingwithNanoscopic/MicroscopicFeaturesandMethodsofMakingSame)”的在先研究(美国非临时专利申请14/277325)中，采用了用于制造防止基材润湿或着色的自洁防水涂层的溶液法。所获得的表面能够防止水“润湿”基材(由此，变成“防水的”)并保护基材免受润湿引起的后果(例如，来自染料/颜料或水渍损害的染色)。在疏水性之外是该疏水性涂层与其它功能性添加剂组合使用能够使得选择性抗拒来自染料/颜料的污染(soil)和着色(stain)。在本文所讨论的系统和方法中，本文公开了改进的不含有基于的氟化合物的化学复合涂层以及用该涂层处理纺织材料以改进防污性、防着色污染性以及颗粒易于去除性、以及/或者适用于工业应用的方法。
技术实现思路
在一个实施方式中，用于制造在纺织或柔性制品上呈现防污性和防着色污染性的复合涂层的方法可以包括：选择纺织基材或柔性基材，以及采用至少含有硅烷、硅烷醇、金属氧化物前体、或它们衍生物的溶胶-凝胶以涂敷、结合、粘合到基材上。在一些实施方式中，所述方法可以可选地包括：用疏水性化学试剂和/或其它化学试剂涂敷基材以产生具有纳米或微米特征的表面。在一些实施方式中，上述涂层可以通过雾化或蒸气处理机制在受控环境中沉积。在其它实施方式中，上述涂层可以采用全溶液工艺进行沉积。在一些实施方案中，复合涂层可以以复合溶液提供，以有助于在所期望表面上进行施加、涂敷、沉积等。在一些实施方式中，用于处理材料表面的复合溶液可以包含分散所有组分以形成均匀溶液的溶剂。在一些实施方式中，复合物可以使用部分亲水或疏水容易以将复合物输送到基材，其本身可以更容易受水基溶剂影响。在一些实施方式中，复合溶液可以包含基础化学试剂以形成基础复合物的主体。在一些实施方式中，用于处理材料表面的复合溶液可以包含螯合剂，以提高有机/无机材料在溶液中的均匀性。在一些实施方式中，复合溶液可以包含粘合剂以有助于复合物粘合到所期望的表面上。在一些实施方式中，复合溶液可以包含增塑剂以保持基础复合物的弹性。在一些实施方式中，复合溶液可以包含粘度改性剂以获得所期望粘度的溶液。在一些实施方式中，用疏水性化学试剂处理的表面可以用于增加所获得复合物的表面疏水性。在一些实施方式中，一种或多种有机/无机材料功能性添加剂可以添加到复合溶液中，而所述添加剂的功能不会损害材料的原本功能或仅有限地影响材料的原本功能。此处，功能性添加剂可以具有(但不限于)UV吸收/阻隔性能、防反射性能、防磨性能、防火性能、导电性能、抗微生物性能、抗细菌性能、抗真菌性能或染色、或它们的组合。在一些实施方式中，一种或多种不会损害材料原本功能或仅轻微影响材料原本功能的颜料可以添加到用于纺织材料涂层的复合溶液中。该颜料可以包括由于波长选择性吸收而改变反射光或透射光颜色的材料。非限制性例子包括人能够察觉或不能察觉的波长范围，例如波长约为390至700nm的可见光；波长约100至390nm的紫外光和波长约700nm至1mm的较低能量辐射。在一些实施方式中，颜料还可以包括保护主复合物免于由曝露于紫外线辐射引起降解的材料。在一些实施方式中，颜料还可以包括发出颜色的材料，例如通过荧光、磷光和/或其它形式的发光。前述内容相当宽泛地描述了本
技术实现思路
的各种特征，使得能够更好地理解以下的详细说明。下面将描述本公开的其它特征和优点。专利技术详述应理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，不对要求专利保护的本专利技术构成限制。本文中使用的大部分术语对于本领域技术人员是可识别的，但应当理解，当未明确定义时，术语应当理解为现在本领域技术人员所采用的意思。在本申请中，单数形式的使用包括复数形式，词语“一个”或“一种”表示“至少一个/一种”，“或”字的使用表示“和/或”，除非另有具体说明。此外，使用术语“包括”以及其它形式，如“包括”和“含有”不是限制性的。同时，除非另外具体说明，术语如“元件”或组分摂同时包括一个单元的元件或组分或者包括超过一个单元的元件或组分。本文中所讨论的任何范围硬理解为包括所限定范围的端值，除非明确说明该排除该端值。例如，术语例如“X-Y之间”、“等于X-Y或X-Y之间”、或“从约”X-Y应当理解为表示X≤范围≤Y，其中X具有比Y低的值。术语和定义。术语“柔性”是指能够进行弹性形变并且当所施加的应力解除时能回复其原始形状的材料。非限制性例子包括纺织品、织物、毯等。本文中所讨论的各种实施方式可以对纺织材料进行具体讨论，但应当理解这些实施方式可用于任何柔性材料。术语“纺织品”是指可以制成织物或布的纤丝、纤维、纱线，并且该术语还包括所获得的织物或布材料本身。纺织品包括、但不限于以下材料：天然纤维(蛋白质或纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于改进防污性或防着色污染性的处理基材的方法，所述方法包括：选择待涂敷的基材；制备复合溶液，其中，复合溶液通过至少混合水、酸、第一溶剂、基础化学试剂、增塑剂和粘合剂进行制备；使用该复合溶液涂敷所述基材；干燥或固化所述基材使得复合涂层形成于基材上；以及用无氟疏水性溶液涂敷所述基材，所述疏水性溶液包含疏水性化学试剂和第三溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.12 US 62/078,5641.用于改进防污性或防着色污染性的处理基材的方法，所述方法包括：选择待涂敷的基材；制备复合溶液，其中，复合溶液通过至少混合水、酸、第一溶剂、基础化学试剂、增塑剂和粘合剂进行制备；使用该复合溶液涂敷所述基材；干燥或固化所述基材使得复合涂层形成于基材上；以及用无氟疏水性溶液涂敷所述基材，所述疏水性溶液包含疏水性化学试剂和第三溶剂。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液包含：3～8体积％的水、20～30体积％的第一溶剂、40～60体积％的基础化学试剂、15～20体积％的增塑剂、以及5～10体积％的粘合剂。3.如权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：复合溶液用第二溶剂进一步稀释至5～60体积％的最终浓度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液在pH等于或小于5的酸性条件下进行制备。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备步骤进一步包括：在50～100℃的升高的温度下搅拌复合溶液。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在升高的温度下的搅拌进行1/2小时～12小时。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成于基材上的组合物涂层不会改变基材涂敷前的触感和纹理。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液的聚合度等于或低于100。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一溶剂溶剂选自：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、甘油丙酮、乙腈、二噁烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、或它们的混合物。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基础化学试剂选自：具有通式M(OR)4的烷氧基硅烷、金属氧化物前体、或它们的组合，其中M＝Si、Al、Ti、In、Sn或Zr，并且R包括氢、取代或未取代的烷基。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液进一步包含螯合剂，其中螯合剂选自：具有通式M(OR)xR′yR″z(M＝Si、Al、In、Sn或Ti；x是整数1、2、或3；y是整数0、1、或2；z是整数1、2、或3；前提是x、y和z的总和等于4)的烷氧基硅烷、金属氧化物前体、或它们的组合，其中R包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；R’包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；并且R”包括含有3～20个碳原子的取代或未取代烷基或烯基，或者螯合剂选自：具有通式M(OR)xR′yR″z(M＝Si、Al、In、Sn或Ti；x是整数1、2、或3；y是整数0、1、或2；z是整数1、2、或3，前提是x、y和z的总和等于4)的烷氧基硅烷、金属氧化物前体、或它们的组合，其中R包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；R’包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；并且R”包括取代或未取代胺(包括伯胺、仲胺和叔胺)或巯基。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粘合剂选自：具有通式M(OR)xR′yR″z(M＝Si、Al、In、Sn或Ti；x是整数1、2、或3；y是整数0、1、或2；z是整数1、2、或3；前提是x、y和z的总和等于4)的烷氧基硅烷、金属氧化物前体、或它们的组合，其中R包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；R’包括氢、取代或未取代的烷基或它们的衍生物；并且R”包括取代或未取代环氧基或缩水甘油氧基。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，增塑剂选自：具有通式M(OR)4-xR′x(M＝Si、Al、或Ti；x是整数1、2、或3)的烷氧基硅烷、金属氧化物前体、或它们的组合，其中R包括氢、取代或未取代的烷基或它们衍生物，并且R’包括取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、或它们的衍生物。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液进一步包含选自如下的粘度改性剂：具有以下通式的低聚物/共低聚物形式、聚合物/共聚物(co-polymer)形式的烷基硅氧烷、或它们的组合：其中，R和R’可以相同或不同，并包括氢、取代或未取代烷基、或它们的衍生物。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合溶液进一步包含功能性添加剂，所述功能性添加剂提供UV吸收或阻隔性能、防反射性能、防磨性能、防火性能、导电性能、抗微生物性能、抗细菌性能、抗真菌性能或染色性能。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，疏水性化学试剂是烷基硅烷[CH3(CH2)a]bSiRcXd；其中，X包括Cl、Br、I或其它合适的有机离去基团，R包括取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、或它们的衍生物，并且a是整数0、1、2、3……至20，b是整数1、2、或3，并且c是整数0、1、2、3，并且d是整数1、2、或3，前提是b、c、d的总和等于4。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三溶剂选自：甲苯、苯、二甲苯、三氯乙烯、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、四氯乙烯、正丙基溴、二乙基醚、丙酮、二异丙醚、甲基叔丁基醚、石油醚或石油烃。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，烷基硅烷选自：氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯基氯硅烷、苯基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、甲基苯基氯硅烷、二甲基苯基氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、二甲基苯乙基氯硅烷、甲基苯乙基二氯硅烷、苯乙基三氯硅烷、二甲基辛基氯硅烷、甲基辛基二氯硅烷、辛基三氯硅烷、二甲基十二烷基氯硅烷、甲基十二烷基二氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、癸基二甲基氯硅烷、癸基甲基二氯硅烷、癸基三氯硅烷、二甲基十八烷基氯硅烷、甲基十八烷基二氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二甲基叔己基氯硅烷、甲基叔己基二氯硅烷、叔己基三氯硅烷、烯丙基甲基二氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、烯丙基三氯硅烷、(环己基甲基)二甲基氯硅烷、(环己基甲基)甲基二氯硅烷、或(环己基甲基)三氯硅烷。19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，疏水性化学试剂是烷氧基烷基硅烷[CH3(CH2)a]bSiRc[烷氧基]d；其中，[烷氧基]包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、或它们的组合；R包括取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、或它们的衍生物，并且a是整数0、1、2、3……至20，b是整数1、2、或3，c是整数0、1、2、3，并且d是整数1、2、或3，前提是b、c、和d的总和等于4。20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三溶剂溶剂选自：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、乙腈、二噁烷、四氢呋喃、四氯乙烯、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、或水。21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，烷氧基烷基硅烷选自：三甲氧基异丁基硅烷、三乙氧基异丁基硅烷、二甲氧基二异丁基硅烷、二乙氧基二异丁基硅烷、三甲氧基苯基硅烷、三乙氧基苯基硅烷、二甲氧基二苯基硅烷、二乙氧基二苯基硅烷、二甲氧基甲基苯基硅烷、二乙氧基甲基苯基硅烷、甲氧基二甲基苯基硅烷、乙氧基二甲基苯基硅烷、三甲氧基(己基)硅烷、三乙氧基(己基)硅烷、三丙氧基(己基)硅烷、三异丙氧基(己基)硅烷、三甲氧基(辛基)硅烷、三乙氧基(辛基)硅烷、三丙氧基(辛基)硅烷、三异丙氧基(辛基)硅烷、三甲氧基(癸基)硅烷、三乙氧基(癸基)硅烷、三丙氧基(癸基)硅烷、三异丙氧基(癸基)硅烷、三甲氧基(十二烷基)硅烷、三乙氧基(十二烷基)硅烷、三丙氧基(十二烷基)硅烷、或三异丙氧基(十二烷基)硅烷。22.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·柯伦，KS·廖，N·埃利，A·哈达尔，A·王，
申请(专利权)人：休斯敦大学系统，
类型：发明
国别省市：美国,US