Патент на изобретение №2346011

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИСТАТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

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 антистатический эффект, увеличить термическую стабильность и влагоустойчивость. Предложен способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты в течение 6-10 часов при 40-60°С при массовом соотношении сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты 1:0,005-3,0 при добавлении персульфата аммония при массовом соотношении его и смеси сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты 1:250-2000 с последующим добавлением диметилсульфоксида в количестве, в 3,4 раза большем суммарного массового количества N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, метилового эфира метакриловой кислоты и персульфата аммония. По сравнению с прототипом антистатический эффект увеличился в 3-5 раза, термическая стабильность и влагоустойчивость увеличились в 5-11 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 диметилдиаллиламмонийхлорида [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 метилового эфира 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 метилового эфира метакриловой кислоты, равном 1:0,005-3,0, при добавлении персульфата аммония при массовом соотношении его и смеси сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты 1:250-2000 с последующим добавлением диметилсульфоксида в количестве, определяемом по формуле:

М=3,4×(а+b+с),

где М – масса диметилсульфоксида, г;

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

b – масса метилового эфира 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 метилового эфира 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 метилового эфира метакриловой кислоты, равном 1:0,005-3,0, при добавлении персульфата аммония при массовом соотношении его и смеси сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты 1:250-2000 с последующим добавлением диметилсульфоксида в определенном количестве. Авторами впервые показано, что сополимеризация N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты приводит к образованию в макромолекулах сополимера элементарных звеньев циклического строения, получающихся путем внутримолекулярной циклизации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида, 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 метилового эфира метакриловой кислоты (ММА) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты равно 1:0,005), 0,0080 г персульфата аммония (массовое соотношение его и смеси сомономеров ДМДААХ и ММА равно 1:250) растворяют в 6,76 г диметилсульфоксида (ДМСО) (т.е. М=3,4×(а+b+с)=3,4×(1,97+0,01+0,008)=6,76 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. Выпавший в результате реакции осадок промывали этиловым спиртом и высушивали при 40°С. Выход 21%. По данным ЯМР-спектроскопии сополимер содержал 2 мол. % звеньев ММА. По результатам термического анализа сополимер ДМДААХ и ММА устойчив к нагреванию до 190°С. Для приготовления антистатического раствора брали 0,12 г сополимера, 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 метилового эфира метакриловой кислоты (ММА) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты равно 1:3,0), 0,00394 г персульфата аммония (массовое соотношение его и смеси сомономеров ДМДААХ и ММА равно 1:2000) растворяют в 26,8 г диметилсульфоксида (ДМСО) (т.е. М=3,4×(а+b+с)=3,4×(1,97+5,91+0,00394)=26,8 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 24,6%. По данным ЯМР-спектроскопии сополимер содержал 42 мол.% звеньев ММА. По результатам термического анализа сополимер ДМДААХ и ММА устойчив к нагреванию до 300°С. Для приготовления антистатического раствора брали 0,12 г сополимера, растворяли в 23,6 г этилацетата, добавляли 0,15 г воды и получали 0,5% раствор сополимера.

Пример 3. 1,97 г N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ), 2,955 г метилового эфира метакриловой кислоты (ММА) (массовое соотношение сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты равно 1:1,5), 0,00438 г персульфата аммония (массовое соотношение его и смеси сомономеров ДМДААХ и ММА равно 1:1125) растворяют в 16,8 г диметилсульфоксида (ДМСО) (т.е. М=3,4×(а+b+с)=3,4×(1,97+2,955+0,00438)=16,8 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 33,6%. По данным ЯМР-спектроскопии сополимер содержал 92 мол. % звеньев ММА. По результатам термического анализа сополимер ДМДААХ и ММА устойчив к нагреванию до 250°С. Для приготовления антистатического раствора брали 0,12 г сополимера, добавляли 23,5 г этилацетата и 0,3 г дистиллированной воды 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%) 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 метилового эфира метакриловой кислоты (ММА) проводили согласно Межгосударственному стандарту ГОСТ 30877-2003.

Для испытания отбирали 10 проб ковра, коврового покрытия, натурального или искусственного меха, ткани размером 10×20 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 метилового эфира метакриловой кислотой (ММА) приведены в таблице. 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.

Результаты таблицы показывают увеличение антистатического эффекта целевого продукта в 3-5 раз 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 метилового эфира метакриловой кислоты (ММА) по сравнению с известным антистатиком. Величина напряженности ЭСП до пропитки составляет почти 135 кВ/м, заряд стекает с образца в течение 160 секунд. После обработки антистатическим средством, приготовленным по примеру 3, величина напряженности электростатического поля снижается до 11,2 кВ/м, заряд стекает за 15 секунду, после промывания образца в токе воды с температурой 40°С в течение 30 минут показатели напряженности поля и времени стекания 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 метилового эфира (ММА) по сравнению с известным антистатическим средством.

Таким образом, изобретение позволяет получать водостойкие и термически устойчивые сополимеры N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида (ДМДААХ) и метилового эфира метакриловой кислоты (ММА), 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.

Формула изобретения

Способ получения антистатического средства путем радикальной сополимеризации N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира метакриловой кислоты, отличающийся тем, что радикальную сополимеризацию проводят в течение 6-10 ч при 40-60°С при массовом соотношении сомономеров N,N-диметил-N,N-диаллиламмонийхлорида и метилового эфира 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 метилового эфира метакриловой кислоты как 1:250-2000 с последующим добавлением диметилсульфоксида в количестве, определяемом по формуле

М=3,4·(а+b+с),

где М – масса диметилсульфоксида, г;

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

b – масса метилового эфира метакриловой кислоты, г;

с – масса персульфата аммония, г.