Способ получения антистатического средства

Изобретение относится к антистатическим средствам, препятствующим накоплению статического электричества, возникающего на поверхности текстильных материалов, ковровых покрытий, на искусственном и натуральном мехе. Техническая задача - разработка способа получения антистатического средства, позволяющего повысить качество целевого продукта за счет увеличения антистатического эффекта, термической стабильности и влагоустойчивости. Предложен способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты в течении 6-10 часов при 40-60°С при массовом соотношении N,N-деметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты 1:0,005-2,0 в присутствии персульфата аммония, в массовом соотношении его к сомономерам N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты 1:250-2000, с последующим добавлением воды в количестве, в 0,8 раз большем суммарного массового количества N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, метакриловой кислоты и персульфата аммония. По сравнению с прототипом антистатический эффект увеличился в 2-3 раза, термическая стабильность и влагоустойчивость увеличились в 8-12 раз. 1 табл.

 

Изобретение относится к антистатическим средствам, препятствующим накоплению статического электричества, возникающего на поверхности текстильных материалов, ковровых покрытий, на искусственном и натуральном мехе.

Текстильные материалы, ковровые покрытия на основе искусственных и химических волокон, изделия из искусственного и натурального меха имеют склонность к накапливанию зарядов статического электричества, что приводит к быстрому их загрязнению пылью, шерстью домашних животных, пухом и т.д. При хождении по ковровым покрытиям из искусственных, натуральных или химических волокон за счет трибоэлектризации чувствительные люди испытывают дискомфорт, который усугубляется при искровых разрядах статического электричества. Статическое электричество влияет на работу точных приборов, компьютеров, провоцируя пожароопасную обстановку.

Известны антистатические средства на основе четвертичных производных гомополимеров и сополимеров аминоалкилакрилатов и аминоалкилметакрилатов [Патент Японии №40313, МКИ С08f 3/66, опублик. 1972], сополимера метакриловой кислоты и 2-акриламидо 4-метилпентасульфокислоты [А.С. СССР №1509360, МКИ С08f 220/56, опублик. 23.09.89. бюл. №35] и четвертичных полимерных солей диметилдиаллиламмоний хлорида [А.С. СССР №31455651, МКИ С08f 126/ 04, опублик. 23.12.86]. К недостаткам известных антистатических свойств относится их низкая влагостойкость, что приводит к смыванию антистатика при водной обработке и быстрому сокращению его срока службы.

Наиболее близким по химическому составу и достигаемому результату является способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида с диоксидом серы [Патент РФ №2235103, МКИ С08f 226/02, опублик. 2004, бюл. №24 (прототип)]. Получаемое антистатическое средство - промышленный высокомолекулярный азотсодержащий полимер N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, получающийся сополимеризацией N,N-диметил-N, N-диаллиламмонийхлорида с диоксидом серы. Однако известное средство имеет недостаточно высокий антистатический эффект, низкую влагостойкость вследствие хорошей растворимости в воде и невысокую термическую устойчивость, что ограничивает использование такого антистатического средства для текстильных материалов, ковров, ковровых покрытий, подвергающихся частым влажным обработкам (в том числе паром) в процессе эксплуатации в быту.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является повышение качества целевого продукта за счет увеличения антистатического эффекта, а также увеличение термической стабильности и влагоустойчивости.

Технический эффект достигается в предлагаемом способе получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты тем, что радикальную сополимеризацию проводят в течение 6-10 часов при 40-60°С при массовом соотношении сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты, равной 1:0,005-2,0, в присутствии персульфата аммония, взятого в массовом соотношении его к сомономерам N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты как 1:250-2000 с последующим добавлением воды в количестве, определяемом по математической формуле:

М=0,8x(а+b+с),

где М - масса воды, г;

а - масса N,N- диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, г;

b - масса метакриловой кислоты, г;

с - масса персульфата аммония, г.

Полученное согласно предлагаемому способу антистатическое средство может быть использовано для текстильных материалов, ковров, ковровых покрытий, подвергающихся частым влажным обработкам (в том числе паром) в процессе эксплуатации в быту, т.е. заявляемое техническое решение отвечает критерию «промышленно применимо».

Впервые предложен способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты, причем радикальную сополимеризацию проводят в течение 6-10 часов при 40-60°С при массовом соотношении сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты, равном 1:0,005-3,0, при добавлении персульфата аммония при массовом соотношении его к смеси сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты как 1:250-2000 с последующим добавлением воды в определенном количестве. Авторами впервые показано, что сополимеризация N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты приводит к образованию сополимера, в макромолекулах которого присутствуют звенья циклического строения, придающих сополимерам хорошие антистатические свойства, т.е. предложение соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Предлагаемое изобретение иллюстрируется на следующих примерах.

Пример 1. 1,97 г N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ), 0,01 г метакриловой кислоты (МАК) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты равно 1:0,005), 0,0080 г персульфата аммония (массовое соотношение его к смеси сомономеров ДМДААХ и МАК равно 1:250) растворяют в 1,59 г воды (т.е. М=0,8×(а+b+с)=0,8×(1,97+0,01+0,008)=1,59 /г/).

Реакционную смесь в токе аргона загружали в ампулу. Реакционная смесь находилась в умеренном токе аргона при 20°С в течение 30 мин, затем повышали температуру до 40°С и при этой температуре проводили реакцию в течение 6 часов в запаянной ампуле, поместив ее в термостат.

Полученный полимеризат растворяли в метаноле, после чего при добавлении диэтилового эфира выделяли сополимер. Осадок сополимера промывали этиловым спиртом, отфильтровывали и просушивали при 40°С в течение 12 часов. Выход 33,6%. По данным элементного анализа сополимер содержал 1 мол.% звеньев МАК. Термическая деструкция сополимера начиналась при 115°С. Для приготовления антистатического раствора брали 0,12 г сополимера и растворяли его в 24 г этилацетата, и получали 0,5% раствор сополимера.

Пример 2. 1,97 г N, N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ), 5,91 г метакриловой кислоты (МАК) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты равно 1:3,0), 0,00394 г персульфата аммония (массовое соотношение его к смеси сомономеров ДМДААХ и МАК равно 1:2000) растворяют в 6,31 г воды (т.е. М=0,8×(а+b+с)=0,8×(1,97+5,91+0,00394)=6,31 /г/).

Реакционную смесь в токе аргона загружали в ампулу. Реакционная смесь находилась в умеренном токе аргона при 20°С в течение 30 мин, затем повышали температуру до 50°С и при этой температуре проводили реакцию в течение 8 часов. Выделение и просушивание осадка сополимера проводили по примеру 1. Выход сополимера составлял 43,8%. По данным элементного анализа сополимер содержал 59 мол.% звеньев МАК. Сополимер устойчив при нагревании на воздухе до 170°С. Для приготовления антистатического раствора брали 0,24 г сополимера и растворяли его в 24 г этилацетата, и получали 1,0% раствор сополимера.

Пример 3. 1,97 г N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ), 2,955 г метакриловой кислоты (МАК) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты равно 1:1,5), 0,00438 г персульфата аммония (массовое соотношение его к смеси сомономеров ДМДААХ и МАК равно 1:1125) растворяют в 3,94 г воды (т.е. М=0,8×(а+b+с)=0,8×(1,97+2,95 5+0,0043 8)=3,94 /г/).

Реакционную смесь в токе аргона загружали в ампулу. Реакционная смесь находилась в умеренном токе аргона при 20°С в течение 30 мин, затем повышали температуру до 60°С и при этой температуре проводили реакцию в течение 10 часов. Выделение и просушивание осадка сополимера проводили по примеру 1. Выход сополимера составлял 43,8%. По данным элементного анализа сополимер содержал 70 мол.% звеньев МАК. Сополимер устойчив при нагревании на воздухе до 170°С. Для приготовления антистатического раствора берут 0,12 г сополимера и растворяли его в 24 г этилацетата, и получали 0,5% раствор сополимера.

Пример 4. Полученные согласно примерам 1-3 составы испытывали в качестве антистатических средств для обработки ковров, ковровых покрытий, натурального или искусственного меха в сравнении с известным средством.

Образец ковра, коврового покрытия, натурального или искусственного меха, ткани площадью 200 см² (10×20 см) помещали в ванночку, содержавшую 30 мл (0,5-1%) раствора сополимера, и держали до тех пор, пока образец полностью не впитывал раствор. Затем образец сушили при комнатной температуре под тягой в течение 1 часа до полного высыхания. Пропитку ковров, ковровых покрытий в ванночке проводили ворсом вниз, натурального и искусственного меха - ворсом вверх.

Определение напряженности электростатического поля на образцах без пропитки и после пропитки сополимерами N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метакриловой кислоты проводили согласно Межгосударственному стандарту ГОСТу 30877-2003.

Для испытания отбирали 10 проб ковра, коврового покрытия, натурального или искусственного меха, ткани размером 10х20 см каждая. Для измерения напряженности электростатического поля использовали прибор ИЭ3-П, с пределом измерения от 40 до 5000 В/см. Образцы ковра (коврового покрытия, натурального или искусственного меха, тканей) раскладывали на поверхности стола и проводили измерение их напряженности каждой пробы в трех точках, равномерно распределенных по поверхности коврового покрытия.

Образцы ковра (коврового покрытия, натурального или искусственного меха, ткани) натирали тыльной стороной ладони 10 раз и проводили измерения напряженности электростатического поля в трех разных точках образца. Результаты по исследованию антистатического эффекта у полученных сополимеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метакриловой кислоты приведены в таблице 1. Перед каждым повторным измерением заряд с поверхности изделия снимали при помощи заземленной щетки. За окончательный результат принимали наибольшее значение из полученных результатов измерения напряженности электростатического поля.

Таблица 1.
Сополимер*	[А], %	Показатели напряженности электростатического поля, Е, кВ/м и времени отекания заряда t, с
		до пропитки	после пропитки	после обработки водой и паром
Е, кВ/м	t,c	Е, кВ/м	t,c	Е, кВ/м	t,c
пример 1	0,5	133,6	155	16,2	15	11,3	17
пример 2	1,0	128,9	159	12,1	11	10,7	11
пример 3	0,5	131,5	155	17,5	21	16,3	25
прототип	0,5	130,7	145	51,3	78	128,7	134
прототип	1,0	130,0	151	33,6	67	121,9	111
* результаты таблицы приведены для образца коврового покрытия 100% полиамид, при 23°С, относительной влажности воздуха-45%. [А]- концентрация антистатического средства, выраженное в %.

Результаты таблицы 1 показывают увеличение антистатического эффекта целевого продукта почти в 3 раза по сравнению с известным средством, причем сохраняющего антистатический эффект после обработки покрытия водой и паром у сополимеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метакриловой кислоты по сравнению с известным антистатиком. Величина напряженности ЭСП до пропитки составляет почти 129 кВ/м, заряд стекает с образца в течение 159 секунд. После обработки антистатическим средством, приготовленным по примеру 2, величина напряженности электростатического поля снижается до 12,1 кВ/м, заряд стекает за 11 секунд, после промывания образца в токе воды с температурой 40°С в течение 30 минут показатели напряженности поля и времени отекания заряда существенно не изменяются. Антистатический эффект у сополимеров, приготовленных согласно примерам 1-3, сохраняется на ковровых покрытиях не менее 60 дней.

Эти данные указывают на гораздо большую эффективность сополимеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метакриловой кислоты по сравнению с известным антистатическим средством.

Таким образом, изобретение позволяет получать водостойкие и термически устойчивые сополимеры N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метакриловой кислоты, обладающие устойчивыми антистатическими свойствами, сохраняющимися также после обработки водой и паром, что позволяет применять их для эффективного снятия зарядов статического электричества с сильно электризующихся ковров, ковровых покрытий, изделий из натурального или искусственного меха, тканей.

Способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты, отличающийся тем, что радикальную сополимеризацию проводят в течении 6-10 ч при 40-60°С при массовом соотношении сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты, равном 1:0,005-2,0, в присутствии персульфата аммония, взятого в массовом соотношении его к сомономерам N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метакриловой кислоты как 1:250-2000, с последующим добавлением воды в количестве, определяемом по формуле

М=0,8·(а+b+с),

где М - масса воды, г;

а - масса N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, г;

b - масса метакриловой кислоты, г;

с - масса персульфата аммония, г.