Typy hydrofobizačních prostředků

Druh použitého hydrofobizačního prostředku spolu s vlivem různého uložení na textilii ovlivňuje kvalitu a stálost úpravy, především při praní nebo chemickém čištění. Určuje také jeho vhodnost pro jednotlivé druhy textilních materiálů.

Rozdělení hydrofobizačních prostředků:

1. Parafin-voskové emulze obsahující kovové soli 2. Deriváty vyšších mastných kyselin (C12-C18)

- s kvarterními amoniovými sloučeninami

- s chromovými komplexy karbonových sloučenin - jako substituované aminoplasty

3. Silikony

4. Perfluorované sloučeniny

2.4.4.1 Emulze parafinů a vosků s kovovými solemi

Nejstarší, dnes již téměř nepoužívaný, způsob vodoodpudivé úpravy je natírání povrchu tkanin roztaveným voskem nebo parafinem. Jednalo se o mechanické uložení mastných hydrofobizačních látek na vlákna, čímž se zvýšilo mezipovrchové napětí a potlačily se kapilární síly, které umožňují vzlínavost a smáčivost povrchu.

Kromě parafinů a vosků se také používala ve vodě nerozpustná kovová mýdla, která se aplikovala dvoulázňovým postupem. První lázeň obsahovala roztok mýdla, druhá lázeň roztok kovové soli. Vzájemným působením karboxylové kyseliny a vícemocných kovových iontů vznikalo kovové mýdlo. K tomuto se používalo alkalické mýdlo (např. palmitan sodný) a z kovových solí soli hliníku. /30/

Obr. 2.9: Reakce palmitanu sodného se solemi hliníku

Ačkoliv jsou hlinitá mýdla usazená na povrchu vláken nerozpustná ve vodě, nebyla tato úprava stálá v praní ani chemickém čištění.

Parafinové emulze se solemi hliníku

Tyto emulze jsou značným pokrokem oproti předcházejícím hydrofobizačním prostředkům, neboť je možno je aplikovat jednolázňovým postupem.

Chemické složení, princip hydrofobizace:

Vlákenný materiál je upraven parafinovou emulzí, která se vysráží na niti nebo tkanině a při sušení vnikne do nitra materiálu. Emulze obsahují kromě emulgátorů také hlinité soli, které se projevují hydrofobním účinkem a současně kation Al³⁺ dodává dispergovaným částečkám parafinu kladný náboj a zvyšuje tak jeho afinitu k vláknu.

Aby se zabránilo vyvločkování emulgovaných parafinových částeček přidáním elektrolytu, obsahuje emulze ochranný koloid, kterým bývá olej nebo polyvinylalkohol.

Obr. 2.10: Parafinová emulze se solemi hliníku

Tyto emulze se používají na lacinější druhy tkanin, zejména bavlněných, kde se nevyžaduje stálost hydrofobního efektu při praní nebo chemickém čištění.

Parafinové emulze se solemi zirkonu

Tyto sloučeniny dosahují lepšího vodoodpudivého efektu v porovnání se solemi hliníku, zvyšuje se také stálost v praní nebo chemickém čištění.

Chemické složení, princip hydrofobizace:

Vyšší účinnost těchto produktů je dána tím, že se soli zirkonu silně adsorbují na vlákna a při aplikaci na vlnu či PAD vytváří vazby se skupinami –NH2.

Obr. 2.11: Parafinová emulze se solí zirkonu

Technologická aplikace: Oba typy parafinových emulzí umožňují snadné a bezpečné textilní zpracování. Jedná se o impregnaci na fuláru a zasušení. Výhodou je snadná regenerace této úpravy v čistírenském provozu, a to jak z vodného prostředí, tak z organického rozpouštědla.

2.4.4.2 Deriváty vyšších mastných kyselin

Přípravky tohoto typu tvoří nejmenší skupinu hydrofobních prostředků, která je však zajímavá z chemického hlediska i z hlediska dosahované kvality finálních úprav.

Ve většině případů dochází u této skupiny hydrofobizantů k chemické vazbě mezi aplikovaným produktem a –OH skupinou celulózy. Rozsahem průmyslového použití nedosahuje tato skupina úrovně parafin-voskových emulzí nebo silikonů, používá se jen na některé speciální úpravy. /31/

Kvarterní amoniové soli

Tato skupina hydrofobizačních TPP je charakteristická tím, že kromě hydrofobního efektu propůjčuje upraveným textiliím měkkost a teplý omak. Při aplikaci na syntetická vlákna se upravená textilie při tření nabíjí nižším elektrostatickým nábojem a má menší sklon ke špinění se.

Chemické složení, princip hydrofobizace:

Z hlediska průběhu chemických reakcí a vazby na celulózce jedná o eterifikaci nejčastěji pomocí chemikálií založených na amoniové nebo pyridinové bázi.

Nejznámější sloučeninou je stearáto-amido-metylen-pyridiniumchlorid, který reaguje s celulózou dle rovnice:

Obr. 2.12: Reakce stearáto-amido-metylen-pyridiniumchloridu s celulózou

Jedná se o monofunkční produkt, který nemůže realizovat zesítění řetězců celulózy.

Vyrábí se i produkty bifunkční, které mají schopnost zesíťovat celulózu příčnými můstky. Jejich aplikací na regenerované celulóze se docílí snížení bobtnavosti, a tím vyšší pevnosti za mokra, rozměrové ustálení i částečné odolnosti vůči mikroorganismům. Nevýhodou je nižší hydrofobizační efekt.

Obr. 2.13: Bifunkční produkt – hexametylen-bis-oxymetyl-pyridiniumchlorid.

Nevýhodou kvarterních bází je odštěpování kyseliny solné, která je příčinou poškození celulózy. Proto se odštěpená HCl blokuje přídavkem octanu sodného.

Moderní produkty mají blokátory HCl již ve svém komerčním složení.

Technologická aplikace: Tkaniny se impregnují na fuláru, po sušení se zahřívají na 90-130°C, aby proběhla reakce. Je třeba zajistit odsávání uvoněného pyridinu a dále praní upravené tkaniny v roztoku sody, aby se zbavila pyridinového zápachu.

Deriváty vyšších mastných kyselin s chromovými komplexy Chemické složení, princip hydrofobizace:

Tyto sloučeniny vznikají reakcí bazického chloridu chromitého s mastnými kyselinami v alkalickém prostředí. Téměř všechny přípravky obsahují 25-35%

chromstearoylchloridu, 30-50% etanolu a 45-15% vody. Při textilní aplikaci dochází při zřeďování vodou nejdříve k hydrolýze za tvorby bazického komplexu, který při sušení (při 100-120°C) dehydratuje a přeskyslíkový můstek dochází k tvorbě vysokomolekulární sloučeniny dle následujícího zjednodušeného postupu.

Obr. 2.14: Reakce v hydrofobizační lázni

Vytvořená makromolekula má zbytky mastných kyselin orientovány vůči vnějšímu prostředí (voda). Mezi reaktivními skupinami vláken (-NH2, -OH, -COOH), chromem a hydrofobním řetězcem karboxylové kyseliny se vytváří koordinační vazba.

Tím se vysvětluje dobrá stálost této úpravy ve vodě. Dále je tato úprava těžko extrahovatelná i v běžných rozpouštědlech.

Technologická aplikace: Naimpregnované textilie (na fuláru, džinu či hašpli) se suší při teplotě 100-110°C.

Nevýhodou je zelená barva přípravku i lázně, která negativně ovlivňuje bělost výrobku i jiskrnost vybarvení. Proto není vhodná pro světlá a bílá vybarvení.

Substituované aminoplasty

Chemické složení, princip hydrofobizace:

Vychází se z motivu zabudování zbytku mastné kyseliny, která je nositelem hydrofobních vlastností, zatímco předkondenzát termoplastické pryskyřice převedený na vysokomolekulární pryskyřici zajisťuje její vysokou stálost.

Jde o produkty na základě metylolsloučenin, močoviny a melaminu.

Metylolsloučeniny jsou eterifikované vyššími alkoholy nebo se jedná o metylolsloučeniny substituované na dusíku vyšším alkylem.

Úprava modifikovanými N-hydroxymetylaminy je velmi stálá v praní a v chemickém čištění, protože na povrchu vláken vzniká hydrofobní film melaminové pryskyřice, který se částečně váže i s –OH skupinami celulózy dle následujícího schématu.

Obr. 2.15: Reakce pryskyřice s –OH skupinou celulózy

Technologická aplikace: Produkty jsou ve vodě nerozpustné, musí být proto roztaveny a dle předpisů emulgovány v kyselém prostředí. Jako katalyzátor se nejčastěji přidává síran hlinitý. Naimpregnované zboží se vytvrzuje při teplotě 160°C.

Tato nepromokavá úprava se může kombinovat se současným zesíťováním celulózy, čímž se docílí snížení mačkavosti, sráživosti a plošné stability.

2.4.4.3 Silikony

Silikony jsou nejrozšířenější skupinou hydrofobních prostředků z následujících důvodů:

1. příprava úpravnických lázní je velmi snadná pouhým naředěním, 2. jsou univerzální, lze je použít na všechny typy textilních materiálů,

3. upravené textilie mají příjemný, měkký, vláčný typicky "silikonový " omak,

4. jsou vysoce účinné i v malých koncentracích, snížení prodyšnosti prakticky nenastává,

5. lze je kombinovat s klasickými pryskyřicemi i reaktanty.

Nevýhodou jsou velké nároky na povrchovou čistotu upravovaných textilií, neboť jejich stálost je dána adhezí na povrchu zušlechťovaného materiálu. Vyžadují vysokotepelné zpracování, mohou snížit stálost vybarvení v otěru.

Chemické složení, princip hydrofobizace:

Hydrofobní prostředky obsahují polymery siloxanů, a to polymethyl-hydrogensiloxan nebo polydimethylsiloxan anebo jejich směs.

Obr. 2.16: Polymethylhydrogensiloxan Obr. 2.17: Polydimethylsiloxan

Tyto produkty nejsou schopné chemicky se vázat na textilní materiál, ale jsou dokonale fílmotvorné a obalují textilní vlákno pružným bezbarvým a hladkým filmem.

Filmotvornost je dána jejich schopností se prostorově síťovat.

Nositeli hydrofobních vlastností jsou převážně metylové skupiny, které musí být orientované vůči vnějšímu okolí, aby se získal maximální hydrofobní účinek.

Obr. 2.18 : Orientace molekul siloxanů na textilním substrátu.

Pro polymeraci siloxanů a orientaci metylových skupin se používají anorganické a organické katalyzátory. Organické katalyzátory se dělí na sloučeniny obsahující kovovou sůl (např. zinečnaté soli karboxylových kyselin) a nekovové sloučeniny (např.

epoxidové pryskyřice). Výběrem katalyzátorů je ovlivněna konečná kondenzace polysiloxanů. V přítomnosti anorganických sloučenin postačuje kratší čas zahřátí nebo nižší teplota, neboť tyto katalyzátory reagují rychleji. Prostředky se na trh dodávají ve formě emulze (stability emulze se dosahuje úpravou pH). Účinnost impregnačního přípravku závisí také na druhu a množství použitého emulgátoru, kterými mohou být

např. polyvinylalkohol, aniontové a kationtové emulgátory, samosíťující epoxidové pryskyřice. /32/

Technologická aplikace: Příprava úpravnické lázně se provádí pouhým naředěním příslušným organických rozpouštědlem, přípravky se aplikují pomocí fuláru. Poté se upravená tkanina suší na napínacím rámu při 120-135°C. Kondenzace probíhá v teplovzdušném sušícím stroji 3 min při 160°C.

2.4.4.4 Perfluorované sloučeniny Chemické složení, princip hydrofobizace:

Úprava těmito sloučeninami se zakládá na vytvoření vrstvy na povrchu textilního materiálu, jejíž povrchové napětí je menší, nežli povrchové napětí kapalin, které mohou přijít do styku s materiálem. Fox a Zisman uvádí, že povrch tuhého tělesa smáčí pouze ta kapalina, jejíž povrchové napětí je menší než kritické povrchové napětí tuhého povrchu, které je v případě těchto sloučenin v rozmezí 17,5-20,5 mN.m^-1. Tato úprava je zároveň úpravou oleofobní.

Na snížení povrchového napětí má vliv chemická konstituce fluoralkylových skupin, délka perfluorováného řetězce a jeho orientace.

Aby se zaručila volná pohyblivost CF3-skupiny, musí mezi koncovou skupinou a povrchem vlákna ležet řetězec nejméně šesti uhlíků substituovaných fluorem.

Obr. 2.19: Orientace perfluorované sloučeniny na textilním substrátu

Technologická aplikace: Přípravky je možno aplikovat fulárovým nebo vytahovacím způsobem z vodného prostředí či z organických rozpouštědel. Po sušení následuje fixace při 110-120°C.