含水組合物和用該含水組合物對製品進行表面改性的製作方法

2023-06-15 14:02:16 2

專利名稱：含水組合物和用該含水組合物對製品進行表面改性的製作方法
技術領域：
本發明涉及含水組合物，並涉及通過用該含水組合物對製品進行表面改性，更具體地，涉及用於改性製品表面的含水組合物，並涉及通過用該含水組合物對製品進行表面改性的方法。本發明提供了親水性、抗菌性、除臭活性、手感、抗起霧性、紙張強度、染色性、防水性、防汙性和/或等優良的各神產品。
背景技術：
提供冷卻、加熱和脫溼功能的空調在其熱交換器處裝有熱交換翅片。通常，形成這些熱交換翅片的翅蓋是由鋁或鋁合金制所的，這是由於希望它們具有輕的重量、優良的工作性和極好的導熱性。
當這種空調以製冷模式運行時，把熱交換器放到其室外側等於或低於空氣中水分的露點的溫度下，使得引起空氣中水冷凝並粘附在裝在熱交換器翅片門上。冷凝水在翅片表面上具有的形狀取決於翅片表面和水的潤溼性。在低潤溼性翅片表面，冷凝水會基本上呈半球狀水滴形式，並在翅片之間進一步形成水橋，從而對通過熱交換器的空氣流動產生阻力，因此，不利於空氣的流動，還產生噪音。在一些情況中，冷凝水可能四處分散，弄髒了空調四周。
為了克服這些問題，已把翅蓋的表面進行親水處理。提出的方法包括例如，使用由水玻璃等作為主要成分的組成的無機親水劑(JP 2-42389，JP3-77440B)；和使用有機親水劑如組合使用多元醇、特定的水可溶聚合物和交聯劑(JP 1-299877A)；使用聚丙烯醯胺(JP 1-270977A)；使用特定的親水乙烯基單體的共聚物(JP 6-306247)，使用羧甲基纖維素聚合物、N-羥甲基丙烯醯胺、聚丙烯酸或鋯化合物(日本專利2,520,308)。
使用無機親水劑的方法賦予翅蓋優異的親水性。然而，同時帶來這樣一個問題，即當壓制如翅蓋時模具要經受嚴重的磨損，這是因為在翅蓋表面上形成的親水塗層是由二氧化矽(SiO2)作為主要組分而形成硬材料製成的。還涉及另一個問題，即在開始冷卻時感到有令人不愉快的氣味，這是由於親水塗層有易於從周圍環境中吸附令人不愉快氣味的性能。
另一方面，在利用有機親水劑的方法中，親水劑本身作為微生物的營養源，從而微生物會在處理浴和在親水塗層中生長，因此，需要防止微生物的生長。在這些方法中，若需要，向處理浴中賦予防腐性。為了防止腐爛，向處理浴中加入抗菌劑或多或少有效。向塗層中賦予抗菌活性的任何努力本身需要大量加入抗菌劑，產生了損壞塗層的親水性的問題。為了使親水塗層的親水性持續更長，還提出把抗菌物質從親水塗層的表面溶解掉。只要抗菌物質溶出，親水塗層表現出抗菌活性，但限於表現出抗菌活性的時間內。
考慮在解決上述問題中要賦予親水塗層抗菌活性，還提出使用具有抗菌活性的殼聚糖作為塗層形成材料，以在翅蓋上形成含殼聚糖的塗層(JP7-190676A)。這種方法需要使用有機酸或無機酸來把殼聚糖形成水溶液，因為殼聚糖不溶於水。然而，這種酸被上述冷凝水洗掉，產生了殼聚糖塗層喪失了膜強度和抗菌活性的問題。也提出了使用聚合物酸如聚丙烯酸作為上述有機酸(JP 11-293149 A)。然而，使用殼聚糖的這些方法都產生了一個問題，即當在翅蓋的表面烘烤塗層時放出非常難聞的氣味。因此，這些翅蓋不能滿意地作為空調用的翅蓋。
除非把抗腐蝕塗層處理如鉻處理在其上形成親水塗層之前用於翅蓋表面，大多數上述傳統方法產生了一個問題，即當長期使用時親水塗層腐蝕鋁並粉化。因此，在翅蓋表面處理時，需要抗腐蝕底塗。從而，表面處理必須分兩個步驟進行。這從經濟上是不優選的。
因此，本發明的一個目的是提供一種含水組合物，其具有下列性能優良的親水塗層，不形成水滴，可用一步處理形成，具體地通過把含水組合物直接塗布到製品上並乾燥和固化由此塗布的含水組合物而形成；塗層具有優良的機械強度，甚至在帶水的溼態下也如此(後而把這種性能稱為「防水」或「防水性」)，從而其具有優異的防水性和抗腐蝕性，注潤滑性也極好，可經受苛刻的成形條件，並具有可以忍受的親水性而不被粘附的潤滑油等所汙染；另外，塗層不從塗層形成材料中發出難聞的氣味，並長期保持不出現微生物如黴菌。換句話說，塗層結合了優良的防水強度和親水性。本發明的另一目的是提供通過使用該含水組合物對製品表面改性的方法。

發明內容
通過下述的本發明可達到上述目的。更具體地，本發明提供了一種呈溶解在含水介質中形式的含水組合物，包括下列組分(A)和(B)
(A)二羥丙基殼聚糖，和(B)1，2，3，4-丁烷四羧酸(以下稱為「BTC(B)」))，其中所述的含水組合物當乾燥並固化時可形成防水塗層；還提供了一種改性製品表面的方法，該方法包括下列步驟把該含水組合物塗布到所述製品的所述表面上；和乾燥並固化由此塗布的含水組合物。
具體實施例方式
下面基於一些優選的實施方式更詳細介紹本發明。
用於實施本發明的「二羥基丙基殼聚糖(A)」是JP 59-8701A中公開的物質，並可通過如縮水甘油(2，3-環氧-1-丙醇)與殼聚糖以適當的比例反應而製備，其中殼聚糖由60-100％的脫乙醯基的殼多糖組成。還可以不同的商品名「甘油基-殼聚糖」在市場購得而用於本發明。
二羥基丙基殼聚糖為純態不是絕對必要的。其可含有一定程度的由上述反應形成的副產物，並可為粉狀或水溶液狀。二羥基丙基殼聚糖包括三種殼聚糖衍生物，即N-(2，3-二羥基丙基)殼聚糖、O-(2，3-二羥基丙基)殼聚糖、和N，O-(2，3-二羥基丙基)殼聚糖。這些殼聚糖衍生物都可用於本發明。然而，優選使用N-(2，3-二羥基丙基)殼聚糖、或N，O-(2，3-二羥基丙基)殼聚糖或其混合物。
用於本發明的二羥基丙基殼聚糖的二羥基丙基化程度可優選為約0.1-5、優選0.4-5。其重均分子量可優選10,000-3,000,000，更優選50,000-1,000,000。重均分子量低於10000，造成形成強度不足的塗層，而重均分子量超過3,000,000導致含水組合物的粘度過高，從而除了把二羥基丙基殼聚糖(A)的濃度限定到相當低的量以外沒有別的選擇。
另一方面，用於實施本發明的BTC(B)本身也是已知的，並可在市場上購得而用於本發明。另外，已知把BTC(B)與磷的含氧酸(phosphorus oxo-acid)的鹽組合使用作為含羥基可水溶聚合物的催化劑(JP 7-102110A)。另一方面，不知道防水塗層通過二羥基丙基殼聚糖(A)與BTC(B)單獨反應而製備，而不藉助於催化劑如磷的含氧酸鹽。還應強調該反應不需要加入催化劑。即使該反應不用催化劑，但該反應形成了沒有微生物如黴菌生長的強防水的親水塗層。另外，由二羥基丙基殼聚糖(A)和除了BTC(B)之外的交聯劑之間反應而製備的塗層產生不愉快的氣味，該氣味嚴格限制了該體系的使用。然而，不知道二羥基丙基殼聚糖(A)和BTC(B)之間的反應防止了產生難聞的氣味。
本發明的含水組合物可通過把作為基本組分的二羥基丙基殼聚糖(A)和BTC(B)溶解在含水介質而製備。當把該基本組分溶解在含水介質中時，若需要可進行加熱。用於本發明的含水介質可優選蒸餾水，但取決於本發明含水組合物的用途，常規的自來水也可使用。另外一種方法，可使用親水有機溶劑如醇或酮和水的混合溶劑，若需要。
關於用於本發明中BTC(B)與二羥基丙基殼聚糖(A)的比例，以固含量計，其重量比B/A可為0.1-3，優選0.2-2。以B/A比小於0.1使用BTC(B)異致形成防水性不足的塗層，從而在烘烤時不能充分抑止從二羥基丙基殼聚糖產生難聞的氣味。另一方面，以B/A比大於3使用BTC(B)異致形成降低親水性和柔軟性的塗層，而且由於塗層的防水性不與BTC的量成比例地提高，也不經濟。
如上所述，本發明的含水組合物也可通過把上述基本組分加入到含水介質中並任選在加熱下溶解它們而製備。對基本組分的濃度沒有特別限制。然而，考慮使用含水組合物的操作性，優選基本組分的總固體濃度為1-40％重量。
除了二羥基丙基殼聚糖(A)和BTC(B)外，本發明的含水組合物還含有非離子有機化合物(C)或含氧亞烷基單元(氧化烯的開環單元)的有機化合物(C`)。
非離子有機化合物(C)或含氧亞烷基單元的有機化合物(C`)的例子可包括、但不限於聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚環氧丁烷、環氧乙烷和環氧丙烷的無規或嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚氧乙烯烷基醚、含氧化亞烷基單元的聚酯、含氧化亞烷基單元的聚醯胺、用氧化乙烯單元接枝的聚乙烯醇、高級烷基醚、氧化乙烯烷基醚、烷基糖甙、烷基聚糖甙、蔗糖脂肪酸酯、甘油烷基醚、和甘油烷基酯。它們可組合或單獨使用。關於它們的分子量，沒有特別限制。
若把通過使用本發明的含水組合物而得到的製品經受苛刻的成形條件如深度拉伸或紡絲或燙平，在該含水組合物中含有非離子有機化合物(C)或含氧亞烷基單元的有機化合物(C`)非常有利。
在這種情況下，非離子有機化合物(C)或含氧亞烷基單元(氧化烯的開環單元)的有機化合物(C`)與二羥基丙基殼聚糖(A)之比，C/A或C`/A可優選為0.3-3，以固體物重量計。小於0.03的比例導致沒有潤滑性改善的效果。比例大於3導致該效果飽和並且是不優選的。
本發明的含水組合物也可含有表面活性劑(D)。關於表面活性劑(D)，可使用陰離子表面活性劑、陽離子表面或兩性表面活性劑。其例子可包括、但不限於聚氧乙烯十二烷基胺、聚氧乙烯十八烷基胺、二甲基十二烷基甜菜鹼、烷基二氨基乙基甘氨酸、N(N`-羊毛脂脂肪酸醯胺丙基)N-乙基-N，N-二甲基銨乙基硫酸鹽、月桂基甜菜鹼、烷基磷酸酯甜菜鹼、烷基咪唑啉、高級醇硫酸酯、高級烷基醚硫酸酯、和二烷基硫代磺基琥珀酸鹽。
表面活化劑(D)與二羥基丙基殼聚糖(A)的比例D/A可優選為0.01-0.15，以固體物重量計。在含水組合物中包括表面活性劑(D)可減少親水性變差，這是當塗布的製件在成形時在製件表面塗布的輔助潤滑劑引起的。固體重量比小於0.01不能使生成的含水組合物具有親水性改善的效果。另一方面，固體重量比大於0.15導致差的塗層，使得當使塗層在具有水的溼態下長期放置時塗層的防水性和耐腐蝕性變差。因此，不優選固體重量比不在上述範圍內。
向本發明的含水組合物中，加入一種或多種易溶於水的殼聚糖和衍生物如羥乙基殼聚糖和羥丙基殼聚糖、低級單或二羧酸作為輔助溶劑、二醯肼如己二酸二醯肼作為穩定劑、防腐劑、防黴劑、有機溶劑、細顆粒填料、潤滑劑、著色劑等。具體地，考慮各種耐久性，著色劑(D`)的代表例是有機顏料如酞菁、偶氮、蒽醌、喹吖啶酮顏料；無機顏料如二氧化鈦、氧化鐵、和複合金屬氧化物；和炭黑。在本發明的組合物中，這些著色劑(D`)的使用量可為0.1-10％重量。
如上述製備的本發明含水組合物，儘管包括BTC(B)，仍然穩定，甚至在5-30℃下保存1個月或更長也不變稠或凝膠。因此，其可用作一個包裝處理。通過在製件表面塗布含水組合物，並乾燥由此塗布的含水組合物，形成防水性優良的親水塗層。當在乾燥或固化時把形成的塗層暴露於100℃或更高的極限溫度下，得到塗層，作為堅固粘附在製件表面上的防水塗層。
本發明的含水組合物可用於各種領域中。例如，通過噴霧乾燥該含水組合物，可得到二羥基丙基殼聚糖的顆粒，所述顆粒具有高的親水性。這些顆粒可用於，例如作為用於各種色譜技術的載體。本發明的含水組合物也可用作由天然或合成纖維製成的纖維製品、紙、合成纖維、木材、玻璃、陶瓷、陶器和陶瓷器、和合成樹脂製品的表面改性劑，並提供親水性、抗菌活性和除臭活性、可染性、防水性、防汙性、和/或等性能優良的各種產品。本發明的含水組合物也可用於金屬製品，特別是由選自鐵、銅、鋁、和其合金的一種金屬製成的金屬製品的表面處理。下面介紹把本發明的含水組合物塗布到空調用的鋁製的翅蓋上，把其作為代表例。
對在鋁製翅蓋的表面上形成親水塗層的方法沒有特別限制。然而，該方法可由如下所述的通過把熱交換翅蓋作為例子來進行。
首先，對鋁蓋的表面進行脫脂。可用的脫脂介質的代表例包括但不具體限於溶劑、表面活性劑、鹼的水溶液、酸的水溶液。若表面沒有玷汙或蓋上有油或塵埃，可簡單地用60-80℃熱水洗滌表面來進行脫脂。為了可直接塗布本發明的含水組合物，得到清潔的鋁表面是很重要的。
本發明的含水組合物直接塗布到鋁表面上，然後乾燥並固化。為了進一步改善抗腐蝕性，更優選事先對鋁表面進行一些抗腐蝕塗布處理。對處理方法和要得到的抗腐蝕塗層的種類沒有特定要求。處理方法的代表例是浸漬處理、噴霧處理、和塗布處理。抗腐蝕塗料可包括無機抗腐蝕塗料如鉻酸磷和鋯塗料；和有機抗腐蝕塗料如聚氨酯樹脂、丙烯酸酯類樹脂、和苯酚樹脂塗料。
向鋁翅蓋的清潔表面上用適宜的塗布方法塗布本發明的含水組合物，塗布方法例如為輥塗、棒塗、噴塗或浸塗，以得到0.01-10g/m2幹塗層重量。然後在至少100℃、更優選130-220℃的極限溫度的條件下乾燥和固化因此塗布的含水組合物，固化時間為1秒至30分鐘，使得在翅蓋上形成親水塗層。把上述製備的熱交換翅蓋塗上輔助潤滑油，進行成形，然後乾燥，從而得到所需的熱交換用的翅蓋。
本發明的含水組合物也可塗在由鋁組件組成的熱交換器上(後塗布處理)。在這種情況下，不需要輔助潤滑油，從而熱交換器沒有其效果。
當把上述製備的熱交換器用作冷卻裝置的室內翅蓋時，通過冷卻的冷凝的水擴散到翅蓋的整個表面，使得不形成水滴。當不形成冷凝水時，在翅蓋之間不形成橋。另外，冷凝水也不造成噪音，也不擴散到四周而汙染四周。另外，由本發明的含水組合物形成的塗層不發出異味，即使在其烘烤時也如此，雖然它為有機塗層。再有，該塗層基本上具有顯著的抗菌和脫味活性。甚至當塗有該塗層的翅蓋組裝在空調中如室內冷卻裝置或汽車冷卻器並長時間使用時，在使用時也不會產生該塗層形成材料引起的異味，也不會產生黴味或其它異味，對其使用的初始階段也沒有什麼異味。另外，甚至不進行用鉻酸酸鹽的抗腐蝕塗布處理時，長期使用也不發生粉化。
實施例下面通過實施例和比較例更詳細介紹本發明，其中所有「％」是重量百分數。然而本發明並不局限於這些實施例。用作實施例和比較例的含水組合物的配方列於表1-1至表層1-3。
下面介紹作為實施例的含水組合物的製備方法。
實施例1把二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度1.1，MW100,000)(5g)分散在純水(80g)中。接下來加入BTC(15g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解，得到本發明的含水組合物。
實施例2-19以類似於實施例1的方式製備本發明的含水組合物，除了改變二羥基丙基殼聚糖的二羥基丙基化程度和重均分子量(MW)和BTC與二羥基丙基殼聚糖的混合比，如表1-1和表1-2所示。
實施例20把二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度1.1，MW100,000)(5g)分散在純水(70g)中。接下來加入BTC(5g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解。加入濃度已調到5％的聚環氧乙烷(MW20000)的水溶液(5g)，接著加入純水，使其總量為100g。把由此得到的混合物攪拌30分鐘，得到本發明的含水組合物。
實施例21把二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度1.1，MW100,000)(5g)分散在純水(50g)中。接下來加入BTC(5g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解。加入濃度已調到40％的PEO(Sanyo Chemical Industries，Ltd.的產品，MW20000)的水溶液(12.5g)，和濃度已調到40％的PEO-PPO共聚物(聚環氧乙烷和聚環氧丙烷的共聚物)的水溶液(12.5g)。最後加入純水，使其總量為100g，由此得到本發明的含水組合物。
實施例22以類似於實施例20的方法製備本發明的含水組合物，除了在用純水最後調節總量之前，加入濃度已調到10％的聚氧乙烯月桂基醚硫酸鈉(加入的乙烯的摩爾數為2)的水溶液(5g)。
實施例23以類似於實施例20的方法製備本發明的含水組合物，除了在用純水最後調節總量之前，加入濃度已調到10％的2-甲基羧甲基羥基-乙基咪唑啉翁的水溶液(10g)。
實施例24以類似於實施例20的方法製備本發明的含水組合物，除了用5％聚環氧乙烷(商品名「EENKA POVAL」，Denki kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha的產品)的水溶液(4g)和酞菁顏料的水分散液(1g)代替聚環氧乙烷的5％水溶液，所述水分散液的固含量為40％。
實施例25以類似於實施例21的方法製備本發明的含水組合物，除了在用純水最後調節總量之前，加入濃度已調到10％的2-甲基羧甲基羥基-乙基咪唑啉翁的水溶液(10g)。
下面介紹用作比較例的含水組合物的製備方法。
比較例1使用乳酸作為酸組分製備比較例1。把二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度1.1，MW100,000)(5g)分散在純水(80g)中。接下來加入乳酸(5g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解。然後加入純水得到總量為100g，得到該比較例的含水組合物。
比較例2使用乳酸作為酸組分，且所用的乳酸相對於二羥基丙基殼聚糖的比小於比較例1，來製備比較例2的含水組合物。把二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度2.2，MW70,000)(10g)分散在純水(80g)中。接下來加入乳酸(5g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解。然後加入純水得到總量為100g，得到該比較例的含水組合物。
比較例3比較例3是使用不經過二羥基丙基化的殼聚糖(二羥基丙基化程度0，MW100,000，下面簡稱為「殼聚糖」)。以類以於實施例1的方法製備該比較例1的含水組合物。
比較例4
把殼聚糖(3g)分散在純水(50g)中。接下來加入檸檬酸(6g)，把生成的混合物在室溫下攪拌4小時以溶解。之後，加入聚丙烯酸(商品名「JurymerAC10H，Nihon Junyaku Co.，Ltd.)的20％水溶液(35g)。然後加入純水得到總量為100g，得到該比較例的含水組合物。
比較例5向純水(30g)中加入濃度已調到10％的聚乙烯醇(商品名「DENKAPOVAL K05」；Denka Kagaku Kogyo kabushiki Kaisha的產品)的水溶液(50g)。接著加入BTC(5g)，把得到的混合物在室溫下攪拌1小時。最後加入純水得到總量為100g，從而製備該比較例的含水組合物。
比較例6向純水(30g)中加入濃度已調到10％的聚乙烯醇(商品名「DENKAPOVAL K05」；Denka Kagaku Kogyo kabushiki Kaisha的產品)的水溶液(50g)。接著加入脲樹脂(商品名「Cymel UFR65」，Mitrui Chemicals，Inc.的產品)的65％水溶液(4g)，把得到的混合物攪拌1小時。另外，把濃度已調到50％的聚醯胺樹脂(商品名「AQ Nlyon P-70」，Toray Industries，Inc.的產品)的水溶液(10g)，接著在室溫下攪拌1小時。最後加入純水得到總量為100g，從而製備該比較例的含水組合物。表1-1含水組合物

表1-2含水組合物

表1-3含水組合物

組分(A)二羥基丙基殼聚糖；組分(B)BTc；組分(c)非離有機化合物；組分(C｀)含氧化亞烷基單元的有機化合物；組分(D)表面活性劑；組分(D｀)著色劑PVA聚乙烯醇。比較例3-6中的括號中的份數為「重量份」。聚丙烯酸使用「JurymerAClOH(商品名，Nihon Junyaku Co.，Ltd.的產品，固體濃度20％；MW50,000)。聚乙烯醇使用「DENKA POVAL K05」；(商品名Denki Kagaku Kogyo kabushiki Kaisha的產品)。脲樹脂使用「Cymel UFR65」(商品名，Mitrui Chemicals，Inc.的產品，固體濃度65％)。聚醯胺樹脂使用「AQ Nlyon P-70」(商品名，Toray Industries，Inc.的產品，100％)。
根椐表1-1至表1-3中的配方製備含水組合物，通過下述親水塗層形成方法製備鋁翅蓋，並通過下述評估方法進行其評估測試。評估測試結果列於表2-1-表2-5。
預處理方法把鹼性脫脂劑，「Fine Cleaner 4377K」(商品名，Nihon Parkerizing Co.，Ltd.的產品)用自來水稀釋到2％，得到水溶液。對著100-110μm厚的每個鋁板的表面，在60℃下噴淋該水溶液10秒鐘進行鹼性脫脂。然後用自來水洗滌鋁板並乾燥，得到清潔的鋁板。
親水塗層的形成方法向如上所述的通過鹼性脫脂處理而清潔的鋁板(10cm×10cm)的表面上，通過棒塗儀分別塗布實施例1-25和比較例1-6的含水組合物，得到1g/m2的幹塗層重。然後在表2-1-表2-5所示的相應條件下乾燥和固化在其上塗有含水組合物的鋁板，得到用於下列評估的樣品。
(1)無味評估測試使用這些樣品，立即進行感官測試。根椐下列標準在6個階段評估其味道。
評估標準5甚至往樣品上呵氣後聞樣品也沒有味道。
4往樣品上呵氣後聞樣品有非常小的味道。
3不向樣品上吹氣時沒有氣味，但往樣品上呵氣後有輕微味道。
2不向樣品上吹氣時沒有氣味，但往樣品上呵氣後有味道。
1甚至當不向樣品吹氣時也明顯有氣味。
0甚至當不向樣品吹氣時有強列氣味。
(2)防水性評估測試把每個樣品浸在純水中24小時，然後在控制在100℃的鼓風乾燥器中乾燥30分鐘。讓樣品冷卻到室溫後，對樣品進行稱重。根椐下式測定塗層殘餘物的百分數，並根椐下列標準把樣品的防水性分成五個等級。

其中A在對表面進行親水處理之前的鋁板的重量。
B在對表面進行親水處理之後的鋁板的重量。
C在對表面親水處理後在水中浸泡24小時後鋁板的重量。
防水性的評估標準5塗層殘餘物的百分數≥95％495％＞塗層殘餘物的百分數≥80％380％＞塗層殘餘物的百分數≥70％270％＞塗層殘餘物的百分數≥50％150％＞塗層殘餘物的百分數(3)親水性評估(3)-1初始親水性把純水(2μL)滴到保持在水平位置上的每個樣品的表面上。通過接觸角儀(「CA-X Model」，商品名，由KYOWA INTERFACE SCIENCE CO.，LTD.製造)測量由此形成的水滴的接觸角，根椐下列標準評估其初始親水性。
初始親水性的評估標準5接觸角＜5°45°≤接觸角＜10°310°≤接觸角＜15°215°≤接觸角＜20°120°≤接觸角＜30°030°≤接觸角(3)-2可以忍受的親水性在揮發壓制油」RF-190」(商品名，Showa Shell Sekiyu K.K.的產品)把每個樣品浸泡1分鐘後，對樣品在150℃進行乾燥5分鐘。把兩類樣品，一類是不用揮發性壓制油處理(可忍受的親水性A)，另一類是用揮發性壓制油處理(可忍受的親水性B)，在流動的純水中浸泡200小時，然後在控制在80℃的鼓風乾燥器中乾燥1小時，以類似於初始親水性測試中的方式測量水滴的接觸角，根椐下列標準評估其可忍受的親水性。
可忍受的親水性A的評估標準5接觸角＜10°
410°≤接觸角＜15°315°≤接觸角＜20°220°≤接觸角＜30°130°≤接觸角＜40°040°≤接觸角可忍受的親水性B的評估標準5接觸角＜10°410°≤接觸角＜20°320°≤接觸角＜30°230°≤接觸角＜40°140°≤接觸角＜50°050°≤接觸角(4)耐腐蝕評估把每個樣品進行噴鹽試驗，最多進行到第500個小時。在純水在樣品表面上並沿著表面流動後，在控制在80℃的鼓風乾燥器中乾燥1小時，根椐下列標準評估其外觀。
耐腐蝕性評估標準5腐蝕面積百分數＝0％40％＜腐蝕面積百分數＜5％35％＜腐蝕面積百分數＜10％210％＜腐蝕面積百分數＜30％130％＜腐蝕面積百分數＜70％070％＜腐蝕面積百分數(5)潤滑性評估測試為了評估每個樣品的潤滑性，測定其摩擦的Bowden係數。在樣品的表面設定Bowden球/平面摩擦係數和磨損測試儀(由Toyo Baldwin Co.製造)，滑動工/16``鋼球來計算初始摩擦係數。按照下列評估標準。
潤滑性的評估標準5摩擦係數＜0.140.1≤摩擦係數＜0.15
30.15≤摩擦係數＜0.220.2≤摩擦係數＜0.310.3≤摩擦係數＜0.400.4≤摩擦係數評估潤滑性可模擬成形性。上述評估標準的至少3分表示實際使用時不會產生問題的成形水平。
表2-1評估結果

注1在實施例2中，將銅(JIS C1220)作為金屬，省去抗腐蝕評估。注2在實施例4中，用鉻酸磷處理作為預處理。用「ALCHROM K702」(商品名，Nihon Parkerizing Co.，Ltd.的產品)，在50℃下噴霧處理5秒鐘，得到20mg/m2的Cr塗層重。表2-2評估結果

表2-3評估結果

表2-4評估結果

表2-5評估結果

關於評估結果，認為至少為3的分數在實際使用中不會產生任何問題。
從表面活性劑2-1至表2-5中可知，由於在本發明中使用BTC(B)，在所有的無異味性、防水性和親水性方面均有好的結果。在實施例1-4中，通過以變量加入BTC來製備含水組合物。它們在表2-1中所示的評估結果良好。在實施例5-8中，通過使用二羥基丙基化程度改變的二羥基丙基殼聚糖(A)來製備含水組合物。它們的評估結果良好。在實施例9-12中，用具有變化的重均分子量二羥基丙基殼聚糖樣品(A)來進行測試，且生所的含水組合物具有不同的濃度。在實施例13-16中，用變化的乾燥和固化條件來進行測試。實施例9-16的結果均可以接受。
另外，甚至在實施例2中當把親水塗層塗到不同的金屬上，或甚至在實施例4中把抗腐蝕塗布處理作為預處理時，也可得到良好的性能。
在實施例17中，用BTC(B)和二羥基丙基殼聚糖(A)以B/A重量比為0.06製備含水組合物。在無異味性、防水性和可以忍受的親水性方面性能稍降落低。在實施例18中，使用二羥基丙基化程度為0.25的二羥基丙基殼聚糖(A)，使得親水性稍微降低。從這些結果可知，更優選BTC(B)與二羥基丙基殼聚糖(A)的重量比，B/A，為0.1-3，還優選二羥基丙基殼聚糖(A)的二羥基丙基化程度為0.4-5。
從實施例19可知，乾燥或固化溫度低於100℃導致可以忍受的親水性一些降低，因此，優選乾燥或固化溫度為100℃或更高。
在實施例20-25中，加入二羥基丙基殼聚糖(A)和BTC(B)的含水組合物，和具有氧化亞烷基單元的非離子有機化合物(C)或有機化合物(C`)、表面活性劑(D)或著色劑(D`)。相比實施例1-19中的含水組合物，這些含水組合物使得在用壓制油處理後提高了可以忍受的親水性和潤滑性兩者。因此，知道當把其上具有親水塗層的製品擦上壓制油和/或苛刻成形時更優選實施例20-24的含水組合物。
從實施例25可知表面活性劑(D)和二羥基丙基殼聚糖(A)以D/A重量比為0.2加以使用，使得耐腐蝕性和防水性有一些降低，因此，更優選D/A的重量比為0.15或更低。
另外，沒有一個實施例中的含水組合物變稠或凝膠，甚至過了30天後也如此。
在比較例1和2中，通過把酸組分從BTC(B)變成乳酸來製備含水組合物。這種變化導致在無異味性、防水性、可忍受的親水性和潤滑性方面變差。
在比較例3中，用未二羥基丙基化的簡單殼聚糖和BTC(B)來製備含水組合物。除了無異味性和防水性外，該含水組合物的所有性能均差。
在比較例4中，用殼聚糖和聚丙烯酸來製備含水組合物。該含水組合物在無異味性、防水性、可忍受的親水性和耐腐蝕性方面結果差。
在比較例5-6中，用其它的水可溶高分子化合物製備含水組合物。在用壓制油處理後這兩種含水組合物在可忍受的親水性上都差。
下面介紹本發明的含水組合物的一些其它的應用例。
應用例1以1∶1的重量比，配製二羥基丙基殼聚糖(二羥基丙基化程度1.1，分子量100,000)和BTC成為二羥基丙基殼聚糖濃度為0.5％的水溶液。把40×40cm見方的布浸入該含水組合物中，在輥式絞擰機上以100％的絞速絞扭該含水溶液。在熱空氣乾燥器上在150℃下熱處理5分鐘，把防水塗層牢固地塗在布上。由此處理的布手感軟。根椐JIS L1902-98測定處理後的布的抗菌活性。
樣品細菌金黃色釀膿葡萄球菌循環洗滌(10循環，JIS L0217 103)可接受的標準制菌活性≥2.2制菌活性洗滌前 洗滌後棉 5.1 4.3聚酯/棉混合4.5 3.9丙烯酸酯纖維 3.5 3.0絲 4.2 4.0羊毛 3.7 3.0從上面結果可知根椐本發明處理的布甚至在洗滌10次後仍保留充分的抗菌活性。
應用例2以1∶1的重量比向實施例1的含水組合物中加入異丙醇製備溶液，用棒塗儀把該溶液分別塗布到透明的聚酯膜、白紙張和層壓的木板上，得到0.5g/m2的幹塗層重量，然後在熱空氣乾燥器上在130℃下熱處理3分鐘。把一滴水滴到處理的聚酯膜的處理表面上，觀察處理表面上可能有的變化。在塗層上沒有觀察到明顯的溶脹，甚至當摩擦時塗層也沒有分層。用染料基油墨，用Seiko Epson Corporation製造的噴墨印表機印刷處理的白紙張。處理的白紙張成功印刷而沒有出現任何問題。為了比較，把印刷的處理的紙張和未處理的類似印刷的紙張放置1天，把水滴到其印刷的表面上。在未處理的紙張中油墨模糊，而根椐本發明處理的紙張中印刷品基本上不出現汙點。因此，本發明的處理對染料的固定非常有效。另外，把筆刷在用本發明的方法處理的層壓木板上畫畫。與未處理的層壓木板相比，處理的木板在染色後色彩優異，並使畫面具有良好的防水性。
應用例3把實施例1的含水組合物塗到鏡子的玻璃面上，得到1g/m2的幹塗層重，然後在180℃下熱處理2分鐘。把由此處理的鏡子放在浴室中，觀察帶有蒸氣和附上水滴的起霧或發混情況。該鏡子有良好的抗起霧性能。另外，把處理後的鏡子浸在水中24小時，測量處理表面的鉛筆硬度。發現其鉛筆硬度為「H」，對塗層的粘附性也好。
工業用途的開發如上所述，本發明可提供含水組合物和通過使用該含水組合物而進行表面改性的方法。該含水組合物和表面改性的方法具有特別的性能。具體是，每種含水組合物通過單步處理，具體是直接把含水組合物塗到製件的表面上並對其乾燥和固化，可形成優良的親水塗層，在其上不允許形成水滴。另外，該塗層具有優良的防水強度，甚至在具有水的溼態下也如此，因此，防水性和耐腐蝕性好。塗層潤滑性好，從而可經受苛刻的成形條件。塗層具有可忍受的親水性，而不會粘上潤滑油等而被弄髒。另外，塗層不會從塗層形成材料中發出異味，並且長時間後仍不會出現如黴菌的微生物。
權利要求
1.一種為溶解在含水介質中形式的含水組合物，包括下列組分(A)和(B)(A)二羥丙基殼聚糖，和(B)1，2，3，4-丁烷四羧酸，其中所述的含水組合物當乾燥並固化時可形成防水塗層。
2.權利要求1的含水組合物，其中1，2，3，4-丁烷四羧酸(B)與二羥丙基殼聚糖(A)的重量比B/A為0.1-3，以固體物計。
3.權利要求1的含水組合物，其中二羥丙基殼聚糖(A)的重均分子量為10,000-3,000,000。
4.權利要求1的含水組合物，其中二羥丙基殼聚糖(A)的二羥基丙基化程度為0.1-5。
5.權利要求1的含水組合物，其中所述的含水組合物的固體濃度為1-40％重量。
6.權利要求1的含水組合物，還包括下述組分(C)(C)非離子有機化合物，所述非離子有機化合物(C)與二羥丙基殼聚糖(A)的重量比C/A為0.03-3，以固體物計。
7.權利要求1的含水組合物，還包括下述組分(C`)(C)含氧亞烷基單元的有機化合物，所述有機化合物(C`)與二羥丙基殼聚糖(A)的重量比C`/A為0.03-3，以固體物計。
8.權利要求1的含水組合物，還包括下列組分(D)(D)表面活性劑，所述表面活性劑(D)與二羥丙基殼聚糖(A)的重量比D/A為0.01/0.15，以固體物計。
9.權利要求1的含水組合物，還包括著色劑。
10.改性製品表面的方法，該方法包括下列步驟把權利要求1-9中任一項的含水組合物塗布到所述製品的所述表面上；和乾燥並固化由此塗布的含水組合物。
11.權利要求10的表面改性方法，其中所說的含水組合物以按固體計為0.01-10g/m2的塗層重量進行塗布。
12.權利要求10的表面改性方法，其中當乾燥和固化時，在至少100℃的溫度下把所述的塗布含水組合物加熱至少1秒鐘。
13.權利要求10的表面改性方法，其中所述製品由選自金屬、纖維、布、紙、木材、塑料、合成樹脂、玻璃、和陶瓷的材料構成。
14.權利要求10的表面改性方法，其中所述的製品選自鐵、銅、鎂、鋅、鋁、和其合金。
15.權利要求14的表面改性方法，其中把權利要求1-9中任一項的含水組合物直接塗布到權利要求14中所述的至少一種金屬的表面上，然後乾燥並固化。
16.權利要求15的表面改性的方法，其中所述製品是用於空調的翅蓋(fin blank)。
17.一種製品，包括在其表面上通過乾燥和固化權利要求1-9中任一項的含水組合物而形成的表面改性塗層。
18.權利要求17的製品，其是用於空調的翅蓋。
19.通過乾燥和固化權利要求1-9中任一項的含水組合物而得到的模製件或類似形成的產品。
全文摘要
一種含水組合物的用途，其通過下列組分在含水介質中而製備(A)二羥丙基殼聚糖，和(B)1，2，3，4－丁烷四羧酸，從而可以提供親水性、抗菌性、除臭活性、手感、抗起霧性、紙張強度、染色性、防水性、防汙性和/或等優良的各種製品。
文檔編號C09D105/08GK1441831SQ01812540
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月6日 優先權日2000年7月12日
發明者小林誠幸, 土田真也, 山南隆德, 田中和也, 大槻哲郎, 森田良治 申請人:大日精化工業株式會社, 日本帕卡瀨精株式會社