Патент на изобретение №2346969

(54) ОЧИЩАЮЩАЯ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПОКРЫВАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ОРГАНОСИЛАНОВОЕ ЧЕТВЕРТИЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к очищающим композициям, обеспечивающим также многофункциональные покрытия на чистой поверхности. Техническая задача – разработка композиции, обеспечивающей очистку поверхности и придание ей водо- и грязеотталкивающих и антимикробных свойств. Предложены очищающие и многофункциональные покрывающие композиции, содержащие катионное органосилановое четвертичное соединение и перекись водорода в водной среде, придающие поверхности свойства водо- и грязеотталкивания и остаточного антимикробного действия (варианты) и способ очистки поверхности и получения многофункционального покрытия с использованием заявленной композиции. Заявленный способ позволяет обрабатывать различные поверхности, включая металлические, стеклянные, пластиковые, каучуковые, фарфоровые, керамические, мраморные, гранитные, цементные, кафельные, гравийные, кварцевые, эмалированного оборудования, полиуретановые, полиэфирные, полиакриловые, из меламин/фенольных смол, поликарбонатные, кремнистые, окрашенные и деревянные поверхности 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 7 табл.

Область изобретения

Данное изобретение относится к очищающей композиции, которая обеспечивает также многофункциональное покрытие на чистой поверхности для придания ей водо- и грязеотталкивающих, а также противомикробных свойств. Органосилановые соединения четвертичного азота изготавливают с перекисью водорода в водной среде с получением очищающей и многофункциональной покрывающей композиции.

Предпосылки создания изобретения

Дождевые и мелкие брызги в прибрежной области у озер и океанов содержат достаточно растворенных газов, угольную кислоту, хлориды, сульфаты, нитраты, аммиак и частички твердых веществ, что делает их химически активными. Подобным же образом, в большинстве случаев почвенная и подаваемая в городах вода, хотя обычно безопасная для питья, приготовления пищи, мытья, стирки и купания, все еще содержит достаточное количество солей, твердых водных минералов, бактерий, органических и неорганических загрязнителей и химикатов для обработки воды, так что также является химически активной.

Когда вода из того или иного источника имеет возможность испаряться на большинстве кремнистых и некремнистых поверхностей, таких как стеклянные, фарфоровые, керамические, мраморные, гранитные, полиуретановые, полиэфирные, полиакриловые, из меланин/фенольных смол и поликарбонатные, она соединяется с обычным загрязнением, что вызывает образование, адгезию и постепенное наращивание нерастворимых минеральных отложений, известковых минеральных отложений, ржавых и мыльных отложений. Это непрерывное воздействие химически активной воды непосредственно способствует циклу усиленного загрязнения и повреждению дорогой поверхности, которое происходит в результате скобления и оттирания очищающими и моющими средствами для удаления нерастворимых отложений.

Таким образом, до тех пор, пока дождевая, почвенная и подаваемая в городах вода не является полностью деионизированной и деминерализованной, любая поверхность в кухне и ванне, на которую воздействуют вода и содержащая воду проливаемая жидкость и брызги (такая как раковины, кухонные столы, кухонные плиты, оборудования для приготовления пищи и мойки, ванн и ограждения душа), представляет собой предмет для адгезии и наращивания нерастворимых в воде загрязнений.

Для удаления нерастворимого в воде загрязнения домохозяйки и профессиональные уборщики обращались к все более сильным средствам очистки, включая сильные кислоты и щелочи, проникающие растворители и широкий ряд абразивных чистящих средств. Неизбежным результатом таких грубых чистящих средств является длительный период разрушения поверхности. Чем более сильно очищающее воздействие, тем больше оно открывает микроскопические поры и повышает гидрофильность поверхности. Чем более открыты и уязвимы поры, тем глубже проникает загрязнение и тем более его сцепление и наращивание, и тем более сильное действие необходимо для удаления загрязнения, что заканчивается все большим и большим разрушением поверхности. Хотя и микроскопический в начале, этот повторяющийся процесс неизбежно приводит поверхности к визуально неровному (шершавому) виду, проявляется потеря цвета, блеска, и она становится более предрасположенной к загрязнению.

Было установлено, что грязе- и водоотталкивающие свойства поверхностей могут быть улучшены использованием силиконовых композиций. Проведено всестороннее исследование и разработка с привлечением силиконовых композиций для придания поверхностям водоотталкивающих свойств. Например, в патенте США № 2612458 (Stedman) описано применение замещенных полисиликанов для ветровых стекол с целью достижения отталкивающих свойств. В патенте США № 2923653 (Matlin et al.) описаны улучшенные композиции с использованием алкоксигрупп в полисиликане для улучшения отталкивающих свойств. В патенте США № 2962390 (Fain et al.) описана паста, содержащая твердое оттирающее средство и алкилалкоксисилан, который, когда его растирают по стеклянной поверхности, придает отталкивающие свойства. В патенте США № 3244541 (Fain et al.) описаны кислые растворы мономеров алкилалкоксисилана, которые дают на стекле отталкивающие дождевую воду пленки, и которые также устойчивы к растворителям.

В патенте США № 3579540 (Ohlhausen) описаны водоотталкивающие пленкообразующие композиции алкилполисилоксанов и кислоты или аолкилполисилоксанов, кислоты и растворителя, которые дают в результате долговечные и эффективные водоотталкивающие пленки на разных поверхностях. Дальнейшие усовершенствования композиций без растворителя для обработки пористых и непористых поверхностей были осуществлены, как описано в патенте США № 6432181 (Ludwig and Ohlhausen). Патент удовлетворил потребность, которая существовала в отношении композиций, отталкивающих загрязнение и воду, в которых устранены растворители и более эффективно и экономично использован силикон. Дополнительные усовершенствования в композициях, отталкивающих грязь и воду были осуществлены путем получения физиологически приемлемых композиций, которые не раздражают кожу пользователя, как описано в патентной заявке США сер. № 09/941896, зарегистрированной 28 августа 2001 (Ludwig and Ohlhausen), в настоящее время патент США № __________.

Многим различным типам твердых и мягких поверхностей придавали также и антимикробные свойства с помощью покрытия различными средствами. Органосилановые соединения четвертичного азота также были эффективно использованы для устранения и/или снижения микробного загрязнения при нанесении на ряд поверхностей. Например, бактериальное, вирусное и грибковое загрязнение может быть устранено или снижено, когда на поверхности наносят такие органосилановые четвертичные соединения. Доступные для приобретения органосиланы с четвертичным аммонием, которые были использованы с этой целью, включают 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорид, 3-(триметоксисилил)пропилдидецилметиламмония хлорид и 3-(триметоксисилил)пропилтетрадецилдиметиламмония хлорид.

Несмотря на усовершенствования, которые были произведены в течение многих десятилетий исследований и разработок, касающихся очищающих или покрывающих композиций для различных поверхностей, все еще существует потребность в дальнейших усовершенствованиях.

Краткое описание изобретения

Данное изобретение относится к композиции для очищения поверхности и создания на ней связанного полифункционального покрытия. Очищающая и покрывающая композиция содержит катионное органосилановое соединение четвертичного аммония (иногда далее просто “четв. органосилан”) и перекись водорода, которые способны связываться с указанной поверхностью. Данные компоненты используют в эффективных количествах в водной среде для очистки поверхности и для связывания полифункционального покрытия на указанной поверхности с приданием тем самым ей (а) водо- и грязеотталкивающих и (b) антимикробных свойств.

Было обнаружено, что покрывающая композиция данного изобретения обладает свойствами поверхностно-активного вещества, что дает возможность очистить загрязненную поверхность и одновременно сделать ее водо- и грязеотталкивающей, а также придать ей антимикробные свойства. Соответственно, обычные поверхности, которые загрязняются ежедневным бытовым загрязнением, которое происходит в результате приготовления пищи, еды, мытья и т.д., могут быть одновременно очищены и обеспечены связанным покрытием, которое довольно длительно отталкивает воду и грязь, в то же время обладая антимикробными свойствами.

Также было открыто, что четв. органосилан в сочетании с перекисью водорода обеспечивает синергические результаты при связывании на поверхностях. Композиция данного изобретения, содержащая комбинацию компонентов четв. органосилана и перекиси водорода, обеспечивает неожиданно улучшенное связывание и долговечность композиции на разных поверхностях. Другими словами, результаты, достигаемые с комбинированными компонентами в данной композиции, превосходят ожидаемую алгебраическую сумму активностей каждого компонента, когда их применяют на поверхности отдельно. Эта синергическая активность дает уникальные композиции и способы данного изобретения.

В основном четв. органосилан используют в композиции в количестве до примерно 3% по весу, а перекись водорода используют в количестве до примерно 8% по весу от композиции. Более предпочтительно, когда четв. органосилан используют в количестве до примерно 1% по весу, а перекись водорода используют в количестве от примерно 3 до примерно 6% по весу.

Композиция покрытия может дополнительно содержать растворитель, такой как спирт, полиол, гликолевый простой эфир и их смеси, например гликоль, монометиловый эфир пропиленгликоля, метанол, этанол или изопропанол. Кроме того, предпочтительно, когда водная среда является кислой, причем рН составляет порядка от примерно 2 до примерно 5. Композицию предпочтительно изготавливают также с деионизированной водой.

Данное изобретение включает также способ обработки обычных поверхностей, которые встречаются в домах, офисах, транспортных средствах и т.д., композицией, которая обеспечивает чистую поверхность и многофункциональное покрытие. Например, обычные поверхности, которые загрязняются разливанием, рассыпанием, разбрызгиванием и пятнами, которые возникают от приготовления пищи, еды, мытья и т.д., могут быть очищены и обеспечены многофункциональным покрытием при применении композиции данного изобретения. Например, жидкую композицию данного изобретения можно наносить путем протирания или распыления на загрязненную поверхность в эффективном количестве, и загрязнение удаляют путем вытирания. При таком применении поверхность становится чистой, а многофункциональное покрытие связывается на поверхности, создавая тем самым чистую грязе- и водоотталкивающую поверхность с антимикробными свойствами.

Дальнейшее осмысление данного изобретения, его различных воплощений и рабочих параметров будет очевидным при обращении к следующему подробному описанию.

Подробное описание изобретения

В соответствии с представленным выше кратким описанием объекты данного изобретения представляют собой получение композиций и способов для одновременной очистки, дезинфекции и придания обычным поверхностям водо- и грязеотталкивания, по существу, на одной стадии. Данное изобретение представляет композиции, которые являются (1) подходящими для VOC и биодеградируемыми, (2) высокоэффективными проникающими очистителями, (3) дезинфектантами широкого спектра действия, (4) связываемыми, долговечными водо- и грязеотталкивающими средствами, которые устойчивы к удалению мылами, растворителями, детергентами и мягкими абразивами, (5) эффективными для экстраординарного круга обычных домашних поверхностей и в транспортных средствах, (6) стабильными при хранении и экономичными в отношении эксплуатационных качеств и покрытия и (7) которые можно использовать или наносить обычными методами распыления и растирания.

В соответствии с наилучшим способом данного изобретения многофункциональная покрывающая композиция включает катионное органосилановое соединение четвертичного аммония, которое может связываться на указанной поверхности, которое характеризуется формулой

где R¹=водород и/или С₁-С₄ алкил; R²=двухвалентный углеводородный радикал с С₁-С₈ атомами углерода, R³=водород или С₁-С₄ алкил; R⁴=водород или С₁-С₁₀ алкил; R⁵=С₁₀-С₂₂ насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал и Х=галогенид (предпочтительно хлорид или бромид), карбоксилат (ацетат, гликолят), сульфонат, гидроксид, сульфат или фосфат.

Четв. органосилан содержится в количестве до примерно 1-3%, предпочтительно примерно 0,4-0,7%, и перекись водорода находится в количестве до примерно 8%, предпочтительно примерно 3-6% в кислой деионизированной водной среде. Показатель рН кислой среды равен от примерно 2 до примерно 5, предпочтительно примерно 3. Композиция может дополнительно содержать растворитель, выбранный из группы спирта, полиола, гликолевого простого эфира и их смесей, как указано выше, более предпочтительно метанола, этанола или изопропанола.

Катионное органосилановое соединение четвертичного аммония выбирают из группы, состоящей из

3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдидециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилтетрадецилдиметиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилсоиаммония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилолеиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилолеиламмония хлорида и

3-(тригидроксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида. Можно использовать другие подходящие четв. органосиланы при условии, что они функционируют для очищения и связывания многофункционального покрытия на поверхности.

Было обнаружено, что предпочтительные композиции данного изобретения содержат органосилановые соединения четвертичного аммония, которые обладают действием поверхностно-активного вещества, которое облегчает очищение поверхности, а также обеспечивает реактивные группы для связывания с поверхностью с получением желаемого очищения и потенциала многофункционального покрытия. Соответственно, для органосилана предпочтительно, чтобы он имел такую углеводородную группу, как С₁₀-С₂₂ насыщенная или ненасыщенная углеводородная группа, которая облегчает действие поверхностно-активного вещества, водоотталкивающее и противомикробное действия.

Подходящие четвертичные органосиланы описаны более детально со ссылкой на следующие далее примеры. Как установлено выше, относительные количества четвертичных силанов и перекиси водорода для получения объектов данного изобретения в основном составляют до примерно 3% и 8% по весу, соответственно. Более конкретные количества для большинства предпочтительных четв. органосиланов, подобных 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлориду, составляют от примерно 0,4 до примерно 0,7% по весу и примерно 3% по весу перекиси водорода.

Соединения четвертичного аммония, как известно, связываются с анионными поверхностями путем взаимодействия с адсорбированной на поверхности водой. Это может быть описано следующим равенством.

Поверхность-Н₂О+М⁺(вод)+Х^–(вод)Поверхность-ОН^–М⁺+Х^–(вод)+Н⁺(вод),

где М+ является органическим катионом, а не водородным ионом, и водородный ион перемещается от адсорбированной на поверхности воды, становясь гидратированным, и поступает в водную фазу как Н⁺(вод). Этот органический катион (М+) является “связанным водородной связью” с анионной поверхностью.

Хотя и не желая быть связанными теорией, полагают, что для дальнейшего понимания изобретения полезно теоретически допустить механизм, по которому катионное органосилановое четвертичное соединение связано с поверхностью в присутствии перекиси водорода. Перекись водорода хорошо известна по ее антимикробной активности и ее окисляющей способности, которую использовали для разрушения ряда токсических загрязняющих веществ. В водном растворе она является более сильной кислотой, чем вода при обращении к следующему уравнению:

НООН Н⁺+НОО-

Однако до этого изобретения было известно о сочетании перекиси водорода с четв. органосиланом для получения преимуществ для очищения и покрытия, описанных здесь, особенно синергического действия.

Чтобы понять синергическое действие, которое показано в следующих примерах данного изобретения, полагают, что перекись водорода, которая очень сходна с водой, будет адсорбирована на анионных поверхностях таким же образом, который представлен следующим уравнением:

Поверхность-НООН+М⁺(вод)+Х^–(вод)Поверхность-ООН^–М⁺+Х^–+Н⁺(вод),

где М+ является органическим катионом, но не H⁺, и Н⁺ перемещается от адсорбированной на поверхности перекиси водорода, становясь гидратированным, и поступает в водную фазу как Н⁺(вод). Полагают, что органический катион (М+) является, таким образом, связанным через водород с анионной поверхностью, связанной с гидропероксидным ионом (-ООН^–) еще сильнее, чем когда он связан с гидроксидным ионом (-ОН-), когда на анионной поверхности находится вода.

Если органический катион содержит также силановую функциональную группу (-Si-OR), которая может гидролизоваться до силанола (-Si-О-Н), может возникать дополнительная связь химической природы с субстратными силанолами на поверхности субстрата или с другим органическим катионным силанолом, что обычно приводит к полимеризации и структурированию органических четвертичных соединений на поверхности субстрата. Это химическое связывание приводит к получению долговечного покрытия, которое нелегко удалить с поверхности субстрата.

При дополнительной очищающей способности перекиси водорода на анионных поверхностях и ее способности усиливать водородное связывание силанового четвертичного катиона (М+) с анионной поверхностью, содействуя, таким образом, усиленному химическому связыванию силана с поверхностью и последующему структурированию, в результате нанесения композиций данного изобретения происходит улучшенное связывание с поверхностью или обеспечивается долговечность покрытия. Было обнаружено, что комбинация катионного органосиланового четвертичного соединения с перекисью водорода дает синергические результаты. Другими словами, получаемое в результате связывание и долговечность этой комбинации компонентов неожиданно превышает суммирование активностей отдельных компонентов, как показано примерами, которые следуют далее.

Данное изобретение можно более легко понять по следующему подробному описанию предпочтительных воплощений данного изобретения. Должно быть понятно, что терминология, используемая здесь, представлена с целью описания конкретных воплощений и не предназначена для того, чтобы быть ограничивающей.

Термин “устойчивая к истиранию” в соответствии с описанием относится к поверхности, покрытию поверхности или полировке, которые устойчивы к повреждению или удалению путем мытья, выскабливания (царапин) или оттирания мягким абразивным веществом или воздействием без видимого повреждения поверхности или полировки, как при царапании или повреждении поверхности.

Термин “антимикробное” использован здесь для описания устранения, снижения и/или подавления роста микроорганизмов, таких как плесень, вирусы, грибки или бактерии.

Термин “применение”, “нанесение” или “нанесенная” в соответствии с описанием означает обработку поверхности вообще и (а) в случае жидкости, путем распыления и растирания или встряхивания и растирания, или путем растирания и полировки, (b) в случае крема, путем растирания и/или полировки и (с) в случае геля, путем растирания и/или полировки. Нанесение композиции данного изобретения происходит обычно распылением и растиранием, растиранием и полировкой или растиранием, взбалтыванием и полировкой, хотя эти формы обработки представлены в порядке иллюстрации, а не ограничения.

В соответствии с описанием термин “связь”, “связанный” или “связываемый” означает способность сильно скреплять композицию с поверхностью, как при способности связывать водо- и грязеотталкивающую полировку, покрытие, или характерную особенность иной водо- и грязесвязывающей поверхности. В соответствии с описанием композицию считают “связанной” или “связываемой”, когда она устойчива к удалению мылами, растворителями, детергентами или очистителями абразивного типа, которые, иначе, оставляли бы пятна портили или повреждали необработанную форму той же самой поверхности.

В соответствии с описанием “полифункциональный” означает процесс получения двух или более различимых результатов от единственного нанесения, как при одновременном или последовательном очищении и покрытии поверхности, причем покрытие выполняет также функцию(ции) придания поверхности водоотталкивающих, грязеотталкивающих и антимикробных свойств.

Термин “долговечный” или “долговечность” означает долговременное и нелегко удаляемое мытьем и/или стиранием с использованием простой (водопроводной) воды, мыльных растворов, растворов детергента, используемых в быту растворителей, мягких абразивных (не повреждающих) очистителей или обычных очистителей/обезжиривающих средств.

Под термином “обычное домашнее загрязнение” подразумеваются пролитые жидкости, брызги и пятна на поверхности, которые появляются в результате приготовления пищи, еды, питья, мытья, купания и мытья под душем, такие как от молока, кофе, чая, соков, соусов, подливок, выкипания пищи, пены с супа, пятна воды, минеральных отложений и т.д.

Под термином “обычное загрязнение транспортного средства” понимают пролитые жидкости, брызги и пятна на поверхности внешней части поверхности транспортного средства, которые возникают от дождя, мокрого снега, снега, насекомых, ила, дорожной грязи, и на внутренней поверхности транспортного средства, которые возникают в результате отпечатков пальцев, утечек пищи, выщелачивания пластификатора, курения, использования аэрозолей для волос и дезодорирующих аэрозолей и циркуляции воздуха.

Под термином “поверхность(и)” подразумевают все виды твердых или мягких поверхностей, или пористых или непористых, содержащих кремний, или не содержащих кремний, примером чего служат обычные поверхности и такие, как поверхности, используемые в следующих примерах, которые иллюстрируют композиции и способы данного изобретения. Примеры таких поверхностей включают, без ограничения, металлические, стеклянные, пластиковые, каучуковые, фарфоровые, керамические, мраморные, гранитные, цементные, гончарные, абразивные, кремневые, эмалевые покрытия, полиуретановые, полиэфирные, полиакриловые, из меламин/фенольных смол, поликарбонатные, кремнистые, окрашенные поверхности, деревянные и тому подобные.

Под термином “обычные поверхности” в соответствии с описанием подразумевают все виды поверхностей в домах, офисах, на предприятиях, в общественных зданиях и местах общественного пользования, транспортных средствах, самолетах и кораблях и тому подобное.

Под термином “устойчивое к удалению” подразумевается покрытие или полировка поверхности, которая нелегко удаляется мытьем или очищением с помощью обычного мыла, растворителей, детергентов, мягких абразивных очистителей или очистителей/обезжиривающих средств, которые, иначе, вытравливали бы или повреждали необработанную поверхность того же самого состава и строения.

В соответствии с описанием термин “грязеотталкивающая” означает поверхность, которая проявляет сниженную адгезию к, например, обычному домашнему загрязнению и загрязнению транспортного средства как перед, так и после испарения водного компонента.

Термины “водоотталкивающая” и “водоотталкивание” в соответствии с описанием характеризуют гидрофобные природу или свойство поверхности и ее способность отталкивать воду по измерению контактного угла капли или капельки дистиллированной воды на поверхности. (Контактные углы, измеренные с дождевой водой, поставляемой в городах водопроводной водой или почвенной водой, обычно более вариабельны и не воспроизводимы, и обычно измерения до 10° меньше, чем измерения с использованием дистиллированной или деионизированной воды.) Обычно гидрофобность дискретной поверхности оценивают по контактному углу капелек воды следующим образом:

ПРИМЕРЫ 1-22

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СВЯЗЫВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЯХ

В этих испытаниях используют степень и продолжительность водоотталкивания обработанной поверхности в качестве практической меры связывания после нанесения данной композиции на поверхность с последующим оттиранием поверхности абразивным очистителем, который способен удалять отталкивающее покрытие с поверхности без скобления. Степень отталкивания определяют по контактному углу и виду капелек воды при нанесении на протертую область поверхности. Покрытия, получающиеся в результате нанесения (1) композиций данного изобретения из четв. органосилана и перекиси водорода, сравнивали с покрытиями из (2) одного четв. органосилана и (3) одной перекиси водорода. Испытывали также сравниваемые покрытия из других видов органических катионных соединений с перекисью водорода или без нее.

А. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

Новые 12×12 стеклянные зеркала очищали и делали гидрофильными путем протирания поверхности мягким очистителем MIRACLE SCRUB (“Чудесный скраб”), не царапающим мягким абразивным очистителем для твердых поверхностей, доступным для приобретения у Unelko Corporation, Scottsdale, Arizona, и используя влажную целлюлозную губку. После очищения поверхность стекла споласкивали горячей водой для удаления остатка MIRACLE SCRUB с последующим споласкиванием деионизированной водой и последующей сушкой бумажным полотенцем. Очищенным зеркалам затем давали высохнуть на воздухе в течение, по меньшей мере, 24 часов. Поверхность оценивали как чистую и свободную от поверхностных загрязнений, когда вода растекается и увлажняет поверхность.

В. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИСПЫТУЕМЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

Испытуемые растворы для сравнительных испытаний связывания все были изготовлены в соответствии со следующими составами с перекисью водорода и без нее.

Во всех композициях рН доводили до 3 с помощью 1,0 N соляной кислоты.

С. ПРОЦЕДУРА СРАВНИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ СВЯЗЫВАНИЯ

Две композиции, изготовленные с одним и тем же видом органического катионного вещества, но одна – с перекисью водорода, а другая – без нее, наносили на одно и то же зеркало 12×12. Одну половину зеркала закрывали бумагой, а на другую половину распыляли композицию без перекиси с последующим распределением с помощью бумажного полотенца и протиранием поверхности досуха. Покрытие перемещали на противоположную сторону, и другую половину зеркала обрабатывали таким же образом композицией, содержащей перекись водорода.

Зеркало затем споласкивали водопроводной водой с последующим споласкиванием деионизированной водой для удаления избытка композиций с поверхности. Промытое зеркало затем сушили бумажным полотенцем.

Небольшое, но равное количество MIRACLE SCRUB наносили на сектор каждой половины теперь обработанной поверхности зеркала. Для оттирания поверхности каждой испытуемой половины использовали влажную целлюлозную губку, применяя круговое движение и умеренное давление на губку. Применяли десять круговых движений на каждой области. Остаток MIRACLE SCRUB споласкивали водопроводной водой с последующим споласкиванием деионизированной водой. Поверхности зеркала сушили бумажным полотенцем. Высушенные протертые области затем сравнивали и оценивали на водоотталкивание, чтобы определить относительную долговечность (степень связывания) двух покрытий поверхности.

При горизонтальном положении зеркала несколько капель одинакового размера деионизированной воды помещали на протертые области каждого сектора поверхности зеркала и оценивали на отталкивание. Определяли контактный угол капель, а также растекание капель и оценивали в соответствии со стандартом для водоотталкивания, описанным при определении терминов: превосходное-хорошее-значительное-плохое.

D. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ

В таблице 1 представлены результаты испытания сравнительного связывания шести органосилановых четвертичных соединений, приготовленных в соответствии с приведенными выше составами А и В. Во всех испытаниях наблюдали улучшенное связывание или улучшенную долговечность покрытия для препаратов, содержащих перекись водорода. Примеры 1, 2, 3 и 6 представляют тетраалкилчетвертичные соединения. Примеры 4 и 5 представляют диалкилчетвертичные соединения. Примеры 1, 2, 3, 4 и 5 представляют триалкоксисиланы. Пример 6 представляет тригидроксисилан.

В таблице 2 представлены результаты сравнительного испытания связывания для двух триалкилчетвертичных соединений (примеры 7 и 8) и одного тетраалкилчетвертичного соединения (пример 9) наряду с тремя тригидроксисиланами (примеры 11, 12 и 13). Примеры 12 и 13 применяли при 1% уровне активного вещества в этанольном растворе. Все примеры с перекисью водорода и без нее были оценены как “плохие” по сравнительному испытанию связывания. Это указывает на то, что все полученные покрытия из силановых и четвертичных соединений легко удалялись мягким абразивным очистителем. Это также показывает, что нет химических связей между “покрытием” и субстратом. Возможно только водородное связывание, которое является значительно более слабой связью, чем химическая связь, удерживало “покрытие” на субстрате.

Также отмечено, что перед оттиранием обработанной поверхности с помощью MIRACLE SCRUB все обработанные поверхности оценивали по тесту с каплями воды следующим образом:

Чтобы далее оценить данное изобретение, дополнительные поверхности в кухне и ванной комнате обрабатывали одним из предпочтительных органосилановых четвертичных соединений примера 1, т.е. во всех примерах 14-22, таблица 3, использовали 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорид, применяя испытуемые препараты без перекиси водорода и с перекисью водорода, как описано ранее, и только с 3% перекисью водорода. Таблица 3, поверхности кухни и ванной комнаты, результаты сравнительного испытания связывания, данные оценки на 8 дополнительных обычных поверхностях, встречающихся в зоне кухни и ванной комнаты. Твердые и стеклоподобные поверхности примеров 14, 15, 16 и 22 очищали и обрабатывали композициями с четвертичными органосиланами (с перекисью водорода и без нее) в соответствии с А. ПОДГОТОВКА СТЕКЛЯННОЙ ИСПЫТУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ, описанным ранее. Более пористые поверхности примеров 17-21 очищали с помощью MIRACLE SCRUB таким же образом, однако проводили 3 обработки поверхностей данными композициями, используя споласкивание водопроводной водой с последующим ополаскиванием деионизированной водой между каждым нанесением и после последнего нанесения. Сравнительное испытание связывания затем продолжали на всех поверхностях. Результаты обобщены в таблице 3.

Эти результаты снова демонстрируют данное изобретение на других поверхностях кухни и ванной комнаты. Во всех примерах действие композиции данного изобретения из четв. органосилана с перекисью водорода демонстрировало улучшенные связывание или долговечность покрытия по сравнению с композицией без перекиси водорода или обработкой одной перекисью водорода. Обращаясь к таблице 3, синергизм наблюдали между 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлоридом и перекисью водорода на всех поверхностях. Во всех примерах 14-22, одна Н₂О₂ давала в результате “плохие” связывание или долговечность. В примерах 14-16, 18-19 и 21 один четв. органосилан также давал в результате “плохие” или “значительные” связывание или долговечность. Однако синергически комбинация четв. органосилана и перекиси водорода давала “хорошие” и “превосходные” результаты. Даже в случае примеров 17, 20 и 22 “превосходные” результаты были достигнуты с комбинацией данного изобретения, где Н₂О₂ неожиданно способствовала благоприятному результату.

Во время испытания отмечено также, что перед оттиранием обработанной поверхности с помощью MIRACLE SCRUB все примеры имели оценку “превосходное” при испытании с каплями воды, за исключением примера 19, который был оценен как “хорошее-превосходное” на обеих поверхностях. А также все поверхности, обработанные одной перекисью водорода, давали “плохие” результаты перед оттиранием обработанной поверхности MIRACLE SCRUB.

ПРИМЕРЫ 23-35

ОЧИЩЕНИЕ ОБЫЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Испытание: Чтобы определить способность композиции (пример #1, таблица #1, с перекисью водорода) очищать от повседневных разливов, брызг не обработанные предварительно поверхности, на них давали высохнуть молоку, кофе, чаю, виноградному соку, мыльной пене, остаткам зубной пасты и твердым минералам воды (которые можно наносить в соответствии с поверхностью) путем испарения в течение периода, равного, по меньшей мере, 12 часам, при комнатной температуре, равной ±78°F. Композицию распыляли на загрязненные поверхности, давали проникнуть в загрязнение до тех пор, пока пена не осядет, и снимали с поверхности, и вытирали насухо, используя мягкие бумажные полотенца.

Результаты: После вытирания поверхности оценивали как визуально, так и с помощью 3× увеличения, и бумажные полотенца исследовали на пятна, изменение цвета и остатки, типичные для загрязнений, от которых очищали поверхность. Результаты представлены в таблице 4.

ПРИМЕРЫ 36-48

ПРИДАЮЩИЕ ВОДО- И ГРЯЗЕОТТАЛКИВАНИЕ ОБЫЧНЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ

Испытание: Чтобы определить способность композиции (пример #1, таблица #1, с перекисью водорода) очищать от повседневных проливаний и брызг не обработанные предварительно поверхности и одновременно придавать функциональную водо- и грязеотталкивающую отделку для того, чтобы снизить адгезию и наращивание при последующем воздействии повседневных разливаний и брызг. На не обработанные предварительно поверхности, на которых дали высохнуть молоку, кофе, чаю, виноградному соку, мыльной пене, остаткам зубной пасты и твердым минералам воды (которые можно нанести в соответствии с поверхностью) путем испарения в течение периода, равного, по меньшей мере, 12 часам, при комнатной температуре, равной ±78°F, распыляли данную композицию. Композиции давали проникнуть в загрязнение до тех пор, пока пена не осядет, и загрязненные поверхности снимали и вытирали насухо, используя мягкое бумажное полотенце. Затем по поверхности разливали и разбрызгивали дополнительное количество молока, кофе, чая, виноградного сока, мыльной пены, разведенной зубной пасты и высокоминерализованной воды и давали испариться в течение 12 часов при комнатной температуре, равной 78°F. Чтобы оценить практическое грязеотталкивание, придаваемое данной композицией, примерно половину теперь обработанных и повторно загрязненных площадей насухо вытирали мягким бумажным полотенцем, чтобы удалить разливы и брызги. Для оценки действительного водо- и грязеотталкивания, придаваемого данной композицией, на другую половину теперь обработанных и повторно загрязненных площадей распыляли водопроводную воду и насухо вытирали.

Результаты: После вытирания насухо поверхности исследовали как визуально, так и при 3× увеличении на остаточное загрязнение. После распыления водопроводной воды и вытирания досуха поверхности исследовали как визуально, так и при 3× увеличении на остаточное загрязнение. На всех бумажных полотенцах показано разное снижение загрязнения, изменения окрашивания и остатков, типичных для загрязнения, от которого очищали поверхность. Результаты представлены в таблице 5.

ПРИМЕРЫ 49-61

ДЕЙСТВИЕ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ВОДО- И ГРЯЗЕОТТАЛКИВАЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ

Испытание: Чтобы определить действие и долговечность водо- и грязеотталкивающей обработки, придаваемой композицией (пример #1, таблица #1, с перекисью водорода) при использовании для очищения обрабатываемых поверхностей от повседневных проливов и брызг, данные поверхности загрязняли молоком, кофе, чаем, виноградным соком, мыльной пеной, остатками зубной пасты и высокоминерализованной водой (которые подходят для поверхности, которую нужно испытать) и этим элементам давали высохнуть путем испарения в течение периода равного, по меньшей мере, 12 часам, при комнатной температуре, равной ±78°F. На загрязненные области затем разбрызгивали водопроводную воду и вытирали мягким бумажным полотенцем. Цикл повторного загрязнения и очистки водопроводной водой повторяли 15 раз. Когда измеряют водоотталкивание ежедневно используемых установленных поверхностей, непрактично проводить испытания с каплями или капельками воды с дистиллированной водой. Чтобы повторить условия реального мира, испытания с распылением проводили, используя обычные флаконы с пульверизаторами, заполненные подаваемой в городах водопроводной водой, типичной для области, в которой проводили испытания.

Результаты: загрязненные области легко очищались с минимальным усилием стирания. Исследование бумажных полотенец выявило остатки и изменение окрашивания, типичное для элементов, которые удаляли. Визуальное исследование поверхностей после очищения не выявило остатков загрязнения. После очищения водопроводную воду разбрызгивали по обработанным поверхностям, и гидрофобность поверхностей оценивали как высокую (75° или более), среднюю (50-75°) или низкую (25-50°), как в следующей таблице 6.

ПРИМЕР 62

ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПЫТАНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ОЧИЩАЮЩЕЙ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОКРЫВАЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ

Отвешивали 55 г деионизированной воды в 250 мл лабораторный стакан, снабженный стерженьком магнитной мешалки для перемешивания. Добавляли 18 г изопропанола и перемешивали. Раствор доводили до рН=3 1N соляной кислотой. Добавляли 4,2 г 72% раствора 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида в спирте (Dow Corning 9-6346) при перемешивании с последующим добавлением 22,9 г 35% перекиси водорода. Окончательная композиция содержала 3,0% 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида и 8% перекиси водорода и имела рН 3.

Композицию наносили на стеклянную поверхность и завершали испытание связывания по описанной методике. Результат после MIRACLE SCRUB был “превосходным”. Перед оттиранием с помощью MIRACLE SCRUB также показан “превосходный” результат отталкивания капли поверхностью.

ПРИМЕР 63

АНТИМИКРОБНОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПОЗИЦИИ ИЗ КАТИОННОГО ОРГАНОСИЛАНОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ЧЕТВЕРТИЧНОГО АММОНИЯ/ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА НА КАФЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Этими испытаниями определяют противомикробное действие композиций данного изобретения на обычных поверхностях, загрязненных смесью микроорганизмов, состоящей из Echerichia coli, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Испытуемая композиция представляла собой пример 1 (таблица 1), состоящий из 3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида с перекисью водорода. Для проведения испытаний использовали следующие материалы и методы.

Материалы

1. Микроорганизмы:

а. Echerichia coli (АТСС 11229)

b. Staphylococcus aureus (ATCC 25923)

c. Bacillus subtilis (ATCC 6363)

2. Среды:

а. Чашка с кровяным агаром (ЧКА); агар из триптической сои, дополненный 5% дефибринированной овечьей крови

b. Буфер Баттерфилда (ББФ)

3. Стандарт мутности МакФарланда (VWR)

4. Стерильные принадлежности:

а. Стерильные тампоны

b. Микропипетка и стерильные наконечники

5. Оборудование:

а. Термостат

b. Spiral Biotech Autoplate 4000

6. Бумажные полотенца

7. Кафельные поверхности

8. Композиция примера 1 (катионное органосилановое соединение четвертичного аммония с перекисью водорода) для испытания

Методы

1. Чашки с кровяным агаром (ЧКА) засевали свежими культурами испытуемых микроорганизмов для получения сплошного роста и инкубировали при 35°С в течение 24 часов. Суспензию каждого микроорганизма готовили путем переноса колоний каждого микроорганизма в отдельные 10 мл пробирки с буфером Баттерфилда. Суспензии доводили до мутности 0,5 единицы по стандарту МакФарланд, соответствующей примерно 1×10⁶ клеток.

2. Делали разведение 1:100 каждой суспензии путем отбора аликвотного образца 0,1 мл суспензии в 10 мл ББФ, получая суспензии микроорганизмов.

3. Чтобы удостовериться в том, что не присутствовало исходное микробное обсеменение, все испытуемые поверхности очищали изопропиловым спиртом и им давали высохнуть на воздухе.

4. Отмеряли площади 100 см² в двух повторах и обозначали на испытуемых поверхностях для каждого микроорганизма и снабжали этикетками, используя печатную ленту.

5. С испытуемых площадей брали образцы с помощью предварительно увлажненных ББФ стерильных тампонов, чтобы подтвердить то, что испытуемые площади были отрицательными по бактериальному росту.

6. Используя микропипетку и стерильные наконечники, 0,1 мл суспензий микроорганизмов независимо наносили на соответствующие сектора испытуемых поверхностей и равномерно распределяли, используя стерилизованную пламенем стеклянную палочку, чтобы полностью покрыть 100 см².

7. Каждую поверхность затем обрабатывали композицией примера 1 путем разбрызгивания ее на поверхность, которую нужно очистить, и вытирая бумажным полотенцем или мягкой тканью до кристальной чистоты и блеска.

8. С испытуемых площадей брали образцы с помощью предварительно увлажненных ББФ стерильных тампонов.

9. Суспензии микроорганизмов и тампоны с испытуемыми образцами взбалтывали вращением до получения гомогенности и культивировали на ЧКА с помощью Spiral Biotech Autoplate 4000.

10. Культивируемые образцы инкубировали при 35°С в течение 48 часов. Чашки исследовали и микроорганизмы подсчитывали.

Результаты

Аналитические данные для кафельной поверхности представлены ниже в таблице 7.

Отрицательные данные контроля показывают, что на всех поверхностях не было бактерий перед экспериментом. Результаты показывают, что композиция является эффективно бактерицидной против Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus и Escherichia coli.

Специалисты в данной области поймут, что описания, методики, методы и композиции, представленные выше, могут быть видоизменены или модифицированы без выхода из объема описанных воплощений и, по существу, не выйдут из объема изобретения.

Формула изобретения

1. Очищающая и многофункциональная покрывающая композиция для обработки поверхности, содержащая

катионное органосилановое соединение четвертичного аммония, которое способно связываться с указанной поверхностью и

перекись водорода в водной среде, причем указанные компоненты находятся в эффективных количествах для очищения указанной поверхности и для связывания многофункционального покрытия на указанной поверхности с приданием ей тем самым (а) водо- и грязеотталкивающих и (b) антимикробных свойств.

2. Композиция по п.1, в которой указанное четвертичное соединение имеет С₁₀-С₂₂ насыщенную или ненасыщенную углеводородную группу.

3. Композиция по п.1, в которой указанное четвертичное соединение присутствует в количестве до примерно 3% по весу, а указанная перекись водорода присутствует в количестве до примерно 8% по весу.

4. Композиция по п.1, в которой указанное четвертичное соединение присутствует в количестве до примерно 1% по весу, а указанная перекись водорода присутствует в количестве от примерно 3 до примерно 6% по весу.

5. Композиция по п.1, которая дополнительно содержит растворитель, выбранный из группы спирта, полиола, гликолевого простого эфира и их смеси.

6. Композиция по п.5, в которой полиол или спирт является гликолем, монометиловым эфиром пропиленгликоля, метанолом, этанолом или изопропанолом.

7. Композиция по п.1, в которой водная среда является кислой.

8. Композиция по п.7, причем рН составляет порядка от примерно 2 до примерно 5.

9. Композиция по п.1, причем водная среда является деионизированной водой.

10. Композиция по п.1, в которой указанное четвертичное соединение описывается формулой

где R¹ – водород и/или C₁-C₄алкил; R² – двухвалентный углеводородный радикал с C₁-C₈атомами углерода, R³ – водород или C₁-С₄алкил; R⁴ – водород или С₁-C₁₀ алкил; R⁵ – C₁₀-C₂₂ насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал и Х – галогенид, карбоксилат, сульфонат, гидроксид, сульфат или фосфат.

11. Очищающая и многофункциональная покрывающая композиция для обработки поверхности, содержащая

катионное органосилановое соединение четвертичного аммония, которое способно связываться с указанной поверхностью, в количестве до примерно 3% по весу, описываемое формулой

где R¹ – водород и/или C₁-C₄алкил; R² – двухвалентный углеводородный радикал с C₁-C₈атомами углерода, R³ – водород или C₁-C₄алкил; R⁴ – водород или С₁-С₁₀алкил; R⁵ – С₁₀-С₂₂ насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал и Х – галогенид, карбоксилат, сульфонат, гидроксид, сульфат или фосфат

и перекись водорода в количестве до примерно 8% по весу в кислой деионизированной водной среде, причем указанные компоненты находятся в эффективных количествах для очистки указанной поверхности и для связывания многофункционального покрытия на указанной поверхности с приданием ей тем самым (а) водо- и грязеотталкивающих и (b) антимикробных свойств.

12. Композиция по п.11, причем рН кислой среды составляет от примерно 2 до примерно 5.

13. Композиция по п.11, которая дополнительно содержит растворитель, выбранный из группы спирта, полиола, гликолевого простого эфира и их смесей.

14. Композиция по п.11, которая дополнительно содержит спирт, выбранный из группы, состоящей из метанола, этанола и изопропанола.

15. Композиция по п.11, в которой указанное органосилановое соединение четвертичного аммония выбрано из группы, состоящей из

3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдидециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилтетрадецилдиметиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилсоиаммония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилолеиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилолеиламмония хлорида и

3-(тригидроксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида.

16. Композиция по п.11, в которой органосилановое соединение четвертичного аммония является 3-(триметоксисилил)диметил-октадециламмония хлоридом в количестве от примерно 0,4 до примерно 0,7% по весу, и перекись водорода находится в количестве примерно 3% по весу.

17. Способ очистки поверхности и получения на ней многофункционального покрытия, включающий нанесение на поверхность композиции, содержащей катионное органосилановое соединение четвертичного аммония, которое способно связываться с указанной поверхностью, и перекись водорода в водной среде,

формирование чистого, грязе- и водоотталкивающего и антимикробного покрытия, связанного с указанной поверхностью.

18. Способ по п.17, в котором композицию наносят в виде жидкости на загрязненную поверхность, удаляя грязь с поверхности и формируя чистое, грязе- и водоотталкивающее и антимикробное покрытие, связанное с указанной поверхностью.

19. Способ по п.18, в котором указанное загрязнение стирают с указанной поверхности, формируя тем самым указанное чистое, грязе- и водоотталкивающее и антимикробное покрытие, связанное с указанной поверхностью.

20. Способ по п.17, в котором указанная композиция содержит катионное органосилановое соединение четвертичного аммония, которое

способно связываться с указанной поверхностью, в количестве до примерно 3% по весу, описываемое формулой

где R¹ – водород и/или С₁-С₄алкил; R² – двухвалентный углеводородный радикал с C₁-C₈атомами углерода, R³ – водород или C₁-C₄алкил; R⁴ – водород или С₁-С₁₀ алкил; R⁵ – C₁₀-C₂₂ насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал и Х – галогенид, карбоксилат, сульфонат, гидроксид, сульфат или фосфат

и перекись водорода в количестве до примерно 8% по весу в кислой деионизированной водной среде, причем указанные компоненты в эффективных количествах для очистки указанной поверхности и для связывания многофункционального покрытия на указанной поверхности с приданием ей тем самым (а) водо- и грязеотталкивающих и (b) антимикробных свойств.

21. Способ по п.20, причем кислая среда имеет рН от примерно 2 до примерно 5.

22. Способ по п.20, в котором дополнительно содержится спирт, выбранный из группы состоящей из метанола, этанола и изопропанола.

23. Способ по п.22, в котором указанное органосилановое соединение четвертичного аммония выбрано из группы, состоящей из

3-(триметоксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдидециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилтетрадецилдиметиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилсоиаммония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилдиметилолеиламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилоктадециламмония хлорида,

3-(триметоксисилил)пропилолеиламмония хлорида и

3-(тригидроксисилил)пропилдиметилоктадециламмония хлорида.

24. Способ по п.17, в котором органосилановое соединение четвертичного аммония является 3-(триметоксисилил)диметилоктадециламмония хлоридом в количестве от примерно 0,4 до примерно 0,7% по весу, и перекись водорода находится в количестве примерно 3% по весу.

25. Способ по п.17, причем поверхность выбрана из группы, состоящей из металлических, стеклянных, пластиковых, каучуковых, фарфоровых, керамических, мраморных, гранитных, цементных, кафельных, гравийных, кварцевых, эмалированного оборудования, полиуретановых, полиэфирных, полиакриловых, из меламин/фенольных смол, поликарбонатных, кремнистых, окрашенных и деревянных поверхностей.