Способ устранения запахов из силиконов

Способ устранения запахов из силиконов

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу удаления зловонных элементов из силиконовых растворителей для сухой химической чистки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В современных методах сухой химической чистки в качестве растворителей для чистки применяют перхлорэтилен ("PERC") или материалы на основе нефти. Перхлорэтилен отличается токсичностью и запахами. Продукты, основанные на нефти, не являются столь же эффективными как PERC при чистке изделий. В качестве альтернативы перхлорэтилену для сухой химической чистки начинают применять летучие силоксаны. Однако иногда после применения силоксанового растворителя остаются нежелательные запахи, поэтому существует потребность удаления запаха из силоксанового растворителя.

Ранее были описаны способы очистки органополисилоксанов с применением атомарных металлов (см. патент США 5245067). Другие патенты описывают очистку простых полиэфирсиликонов в результате их контакта с водной кислотой и удаления образующихся зловонных материалов (см. патент США 5118764) либо взаимодействия с водородом и катализатором гидрогенизации (см. патент США 5225509). Гексаметилдисилоксан очищают путем последовательной обработки катализатором конденсации, промывания водой, разделения фаз, прогонки силоксана, обработки кислой глиной и последующей обработки активированным углем (см. патент США 4774346). Силоксаны также очищают в результате их контакта с паром и отгонки примесей (см. патент ЕР 543665). Был описан способ дезодорации с применением активного углерода, к которому через силанольную связь прикрепляют функциональную группу (см. патент США 5238899). Наконец, был описан способ очистки силиконового масла в результате добавления ускорителя сушки и адсорбирующего агента к силикону и пропускания через систему инертного газа с низким содержанием водяного пара (см. патент США 4661612).

Сохраняется потребность в способе удаления нежелательных запахов из летучего силоксана, применяемого для сухой химической чистки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый аспект настоящего изобретения относится к способу удаления зловонных элементов из силиконовых растворителей для сухой химической чистки, включающему контакт силиконового растворителя с адсорбентом с целью удаления зловонных элементов и отделения силиконового растворителя.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть использован для удаления или снижения количества зловонных элементов, таких как, например, пропионовая кислота, пропионовый альдегид, масляная кислота и масляный альдегид, в силиконовом растворителе. Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть периодическим.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый предпочтительный вариант осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением включает контакт силиконового растворителя для сухой химической чистки, который может содержать зловонные элементы, с адсорбентом, удаление зловонных элементов и отделение силиконового растворителя. Силиконовый растворитель для сухой химической чистки предпочтительно означает летучий линейный, разветвленный, циклический силоксан или их сочетание.

Соединения, которые могут быть использованы в качестве адсорбента, включают соединения, эффективно удаляющие зловонные компоненты силоксанового растворителя. Примеры применимых адсорбентов включают, но не ограничиваются ими, силикагель, фуллерову землю, окись алюминия, диатомовую землю, силикат магния, гранулированный активированный уголь, молекулярные сита, порошковый бесцвечивающий древесный уголь, сульфат магния, порошок из кукурузных початков, цеолиты и глины. Адсорбент предпочтительно означает гранулированный активированный уголь, 4А или 13Х молекулярные сита.

Соединения, которые могут быть использованы в качестве линейного или разветвленного летучего силоксанового растворителя в соответствии с настоящим изобретением, включают соединения, имеющие полисилоксановую структуру, содержащую от 2 до 20 атомов кремния. Линейные или разветвленные летучие силоксаны означают предпочительно летучие материалы, имеющие, например, температуру кипения ниже приблизительно 300°С при давлении, составляющем 760 мм рт. ст.

В соответствии с предпочтительным вариантом линейный или разветвленный летучий силоксан включает одно или несколько соединений структурной формулы (I)

в которой М означает R

1

3

SiO_1/2;

D означает R

2

2

SiO_2/2;

Т означает R³SiO_3/2;

Q означает SiO_4/2;

каждый из R¹, R² и R³ независимо означает одновалентный

углеводородный радикал, а каждый из x и y означает целое

число, при этом 0≤x≤10, 0≤y≤10 и 0≤z≤10.

Подходящие одновалентные углеводородные группы включают ациклические углеводородные радикалы, одновалентные алициклические углеводородные радикалы, одновалентные и ароматические углеводородные радикалы. Предпочтительные одновалентные углеводородные радикалы означают одновалентные алкильные, арильные и аралкильные радикалы.

В данном описании термин "(C₁-C₆)алкил" означает линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода на группу, такую как, например, метил, этил, пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, пентил, гексил, предпочтительно метил.

В данном описании термин "арил" означает одновалентную ненасыщенную углеводородную кольцевую систему, содержащую одно или несколько ароматических колец на группу, которые могут быть необязательно замещены на одном или нескольких ароматических кольцах предпочтительно одной или несколькими (C₁-С₆)алкильными группами и которые, при наличии двух или нескольких колец, могут представлять собой конденсированные ядра, включая, например, фенил, 2,4,6-триметилфенил, 2-изопропилметилфенил, 1-пенталенил, нафтил, антрил, предпочтительно фенил.

В данном описании термин "аралкил" означает арильное производное алкильной группы, предпочтительно (С₂-С₆)алкильной группы, в которой алкильная часть арильного производного может быть необязательно прервана атомом кислорода, таким как, например, фенилэтил, фенилпропил, 2-(1-нафтил)этил, предпочтительно фенилпропил, фенилоксипропил, бифенилоксипропил.

В соответствии с предпочтительным вариантом одновалентный углеводородный радикал означает одновалентный (C₁-С₆)алкильный радикал, наиболее предпочтительно метил.

В соответствии с предпочтительным вариантом линейный или разветвленный летучий силоксан включает одно или несколько из следующих соединений: гексаметилдисилоксан, октаметилтрисилоксан, декаметилтетрасилоксан, додекаметилпентасилоксан, тетрадекаметилгексасилоксан или гексадекаметилгептасилоксан, или метилтрис(триметилсилокси)силан. В соответствии с более предпочтительным вариантом линейный или разветвленный летучий силоксан согласно настоящему изобретению включает октаметилтрисилоксан, декаметилтетрасилоксан или додекаметилпентасилоксан, или метилтрис(триметилсилокси)силан. В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом силоксановый компонент композиции согласно настоящему изобретению по существу состоит из декаметилтетрасилоксана.

Подходящие линейные или разветвленные летучие силоксаны получают известными способами, такими как, например, гидролиз и конденсация одного или нескольких следующих соединений: тетрахлорсилан, метилтрихлорсилан, диметилдихлорсилан, триметилхлорсилан, либо выделением желаемой фракции уравновешенной смеси гексаметилдисилоксана и октаметилциклотетрасилоксана и т.п., и являются коммерчески доступными.

Соединения, которые могут быть использованы в качестве циклического силоксанового компонента в соответствии с настоящим изобретением, включают соединения, имеющие полисилоксановую кольцевую структуру, содержащую от 2 до 20 атомов кремния в кольце. Линейные летучие силоксаны и циклические силоксаны предпочтительно означают относительно летучие материалы, имеющие, например, температуру кипения ниже приблизительно 300°С при давлении, составляющем 760 мм рт. ст.

В соответствии с предпочтительным вариантом циклический силоксановый компонент включает одно или несколько соединений структурной формулы (II)

в которой каждый из R⁵, R⁶, R⁷ и R⁸ независимо означает одновалентную углеводородную группу, а каждый из а и b означает целое число, при этом 0≤а≤10 и 0≤b≤10 при условии, что 3≤(а+b)≤10.

В соответствии с предпочтительным вариантом циклический силоксан включает одно или несколько следующих соединений: октаметилциклотетрасилоксан, декаметилциклопентасилоксан, додекаметилциклогексасилоксан, тетрадекаметилциклогептасилоксан. В соответствии с еще более предпочтительным вариантом циклический силоксан согласно настоящему изобретению включает октаметилциклотетрасилоксан или декаметилциклопентасилоксан. В соответствии с самым предпочтительным вариантом циклический силоксановый компонент композиции согласно настоящему изобретению по существу состоит из декаметилциклопентасилоксана.

Подходящие циклические силоксаны получают известными способами, такими как, например, гидролиз и конденсация диметилдихлорсилана, и являются коммерчески доступными.

В соответствии с первым вариантом способа согласно настоящему изобретению приблизительно 100 весовых частей силоксанового растворителя подвергают контакту приблизительно со 100, более предпочтительно приблизительно с 50, а еще более предпочтительно приблизительно с 25 весовыми частями адсорбента, в течение приблизительно от 0,1 до 6 часов, более предпочтительно приблизительно от 0,1 до 2 часов, а еще более предпочтительно приблизительно от 0,1 до 0,5 часов, при температуре приблизительно от 10 до 100°С, более предпочтительно приблизительно от 20 до 60°С, периодическим способом.

В соответствии с альтернативным предпочтительным вариантом настоящего изобретения силоксановый растворитель подвергают контакту со слоем адсорбента со скоростью, достаточной для того, чтобы обеспечить эффективную адсорбцию нежелательных зловонных элементов при непрерывном способе предпочтительно при отношении, составляющем приблизительно от 1 весовой части силоксанового растворителя до приблизительно 1 весовой части адсорбента (1:1) к приблизительно от 10 весовых частей силоксанового растворителя до приблизительно 1 весовой части адсорбента (10:1).

После контакта силоксанового растворителя с адсорбентом в течение надлежащего периода времени и устранения зловонных элементов силоксановый растворитель может быть рециркулирован в устройство для сухой чистки. Способ в соответствии с настоящим изобретением эффективен для снижения уровня зловонных элементов в силиконовом растворителе.

Согласно второму варианту способа по настоящему изобретению жидкость для сухой химической чистки обрабатывают в соответствии с указанным способом.

Способ в соответствии с настоящим изобретением также предусматривает способ сухой химической чистки, включающий следующие стадии: контакт изделия с силиконовым растворителем и удаление силиконового растворителя, затем обработку удаленного силиконового растворителя путем его контакта с адсорбентом, отделение силиконового растворителя от адсорбента, а затем повторное использование обработанного силиконового растворителя для сухой химической чистки.

Нижеследующие примеры иллюстрируют способ в соответствии с настоящим изобретением. Приведенные примеры служат для иллюстрации, при этом формула изобретения не должна рассматриваться как ограничивающая данные примеры.

ПРИМЕР 1

Циклический силоксан (D₅), который был использован в качестве растворителя для сухой химической чистки и подвергнут улучшению, обрабатывают с целью устранения запахов. Приблизительно 100 г использованного силоксанового растворителя с запахами смешивают с 25 г различных адсорбентов для получения взвеси. Данную взвесь перемешивают в течение 6 часов при температуре окружающей среды. Адсорбент удаляют фильтрацией, а силоксановый растворитель исследуют при помощи обоняния для того, чтобы оценить эффективность способа очистки. Полученные результаты и применяемые адсорбенты указаны в таблице 1.

В примерах применяли следующие адсорбенты:

Обозначение адсорбента	Вид адсорбента
А	Диатомовая земля (Celite® 545)
В	4Å молекулярные сита
С	13Х молекулярные сита
D	силикагель 60-200 меш
Е	гранулированный активированный уголь
F	кислая глина
G	NаНСО3
Н	Na2CO3
I	фуллерова земля
J	порошковый обесцвечивающий древесный уголь (Norit®)
К	Порошковые 13Х молекулярные сита

Таблица 1
Удаление запаха из циклического силоксана - длительный период контакта
Эксп.#	Адсорбент	Запах 1	Запах 2	Запах 3	Средняя оценка
1	Отсутствует	1	1	1	1
2	А	1	1	2	1,3
3	В	3,5	4,5	4	4
4	С	4,5	4	5	4,5
5	D	3	2	3	2,7
6	Е	5	5	5	5
7	F	1	1	2	1,3
8	G	1	1	1	1
9	Н	1	1	1	1
10	I	2,5	2	3	2,5

Применяют следующую шкалу оценки:

1=без изменений,

2=небольшое улучшение,

3=наличие некоторого запаха,

4=почти без запаха,

5=отсутствие запаха.

Таблица 1 показывает, что 4А и 13Х молекулярные сита и гранулированный активированный уголь эффективно устраняют запахи из силоксанового растворителя.

ПРИМЕР 2

Проводят второй ряд экспериментов с более коротким периодом контакта и имитацией неавтономного способа очистки. Использованный силоксановый растворитель для сухой химической чистки пропускают через стеклянную трубку (диаметром приблизительно 1/2 дюйма), содержащую различные адсорбенты. Очищенный силоксановый растворитель вновь исследуют при помощи обоняния для того, чтобы определить эффективность метода очистки. Полученные результаты и применяемые адсорбенты указаны в таблице 2.

Таблица 2
Устранение запаха из силоксанового растворителя - короткий период контакта
Эксп.#	Адсорбент	Количество адсорбента	Количество силоксана	Время контакта (мин)	Запах
11	Е	58 г	200 г	10	5
12	J	12 г (с 24 г вещества, способствующего фильтрованию)	200 г	30	5
13	В	35 г	200 г	10	5

Применяют такую же шкалу оценки, как и в примере 1.

ПРИМЕР 3

Проводят эксперимент, подобный эксперименту, описанному в примере 1, заменяя линейный силоксановый растворитель (MD₂M) циклическим силоксаном. К образцу MD₂M добавляют 10% D₅, содержащего зловонные элементы. В таблице 3 представлены результаты обработки 200 г D₅, пропитанного различными запахами (пропионовый альдегид (0,0145 г), пропионовая кислота (0,0330 г), масляный альдегид (0,0210 г) и масляная кислота (0,0353 г)), после чего образцы анализируют при помощи обоняния и ГХ. Приблизительно 40 г линейного силоксанового растворителя, пропитанного запахами, смешивают с 10 г различных адсорбентов для получения взвеси. Данную взвесь перемешивают в течение 6 часов при температуре окружающей среды. Адсорбент удаляют фильтрацией и силоксановый растворитель исследуют при помощи обоняния для того, чтобы определить эффективность способа очистки. Полученные результаты и применяемые адсорбенты указаны в таблице 3.

Таблица 3
Удаление запаха из линейного силоксанового растворителя
Эксп.#	Адсорбент	Количество адсорбента	Количество силоксана	Время контакта (часы)	Запах
14	Е	10 г	40 г	6	3,3
15	J	10 г	40 г	6	4,7
16	В	10 г	40 г	6	2,7
17	С	10 г	40 г	6	4,3
18	D	10 г	40 г	6	3,0
19	дурно пахнущий растворитель MD2M (контроль)	отсутствует	40 г	-	1,0

Применяют такую же шкалу оценки, как и в примере 1.

ПРИМЕР 4

К чистому D₅ добавляют различные компоненты (указаны в таблице 4). Образцы пропускают через адсорбенты (нагрузка адсорбента 10%, время контакта 1 мин). Образцы подвергают анализу при помощи ГХ для того, чтобы определить эффективность устранения запаха. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4
Анализ образцов с добавлением D5
Эксп.#	Адсорбент	Пропионовый альдегид	Пропионовая кислота	Масляный альдегид	Масляная кислота	Запах
17	отсутствует	73 ppm	165 ppm	105 ppm	176 ppm	1
18	J	<10 ppm	<10 ppm	<10 ppm	<10 ppm	4
19	С	<10 ppm	<10 ppm	<10 ppm	<10 ppm	4
20	Е	9 ppm	46 ppm	31 ppm	53 ppm	3
ppm - частей на млн.

Для определения оценки запаха применяют такую же шкалу оценки, как и в примере 1.

Данные, полученные в результате проведения ГХ/МС, представлены в ppm; их сравнивают с первоначальной нагрузкой контрольного образца. Порошковый обесцвечивающий древесный уголь и порошковые 13Х молекулярные сита удаляют по существу все примеси, что подтверждается результатами ГХ/МС. Такой же вывод был сделан в результате исследования при помощи обоняния, при этом оценка составляла 4 балла по шкале оценки. Гранулированный активированный уголь оказался менее эффективным, получив оценку 3, обнаруживая присутствие некоторых остаточных кислот и альдегидов, оставшихся после обработки.

1. Способ устранения зловонных элементов из силиконового растворителя для сухой химической чистки, включающий контакт силиконового растворителя с адсорбентом, и отделения силиконового растворителя от адсорбента.

2. Способ по п.1, в котором указанный способ является периодическим.

3. Способ по п.1, в котором указанный способ является непрерывным.

4. Способ по п.2, в котором приблизительно 100 вес.ч. силикона подвергают контакту приблизительно со 100 вес.ч. абсорбента.

5. Способ по п.2, в котором растворитель находится в контакте с адсорбентом в течение приблизительно 0,1-6 ч.

6. Способ по п.2, в котором растворитель находится в контакте с адсорбентом при температуре, составляющей приблизительно 10-100°С.

7. Способ по п.3, в котором силиконовый растворитель подвергают контакту с адсорбентом при соотношении, составляющем приблизительно 10 вес.ч. растворителя приблизительно до 1 вес.ч. адсорбента.

8. Способ по п.3, в котором растворитель находится в контакте с адсорбентом в течение приблизительно 0,1-6 ч.

9. Способ по п.3, в котором растворитель находится в контакте с адсорбентом при температуре, составляющей приблизительно 10-100°С.

10. Способ по п.1, в котором адсорбент означает гранулированный активированный уголь, 4А или 13Х молекулярные сита.

11. Способ по п.1, в котором растворитель означает линейный или разветвленный летучий силоксановый растворитель формулы

в которой

М означает R

1

3

SiO_1/2;

D означает R

2

2

SiO_2/2

Т означает R₃SiO_3/2;

Q означает SiO_4/2,

каждый из R¹, R² и R³ независимо означает одновалентный углеводородный радикал, а каждый из x и y означает целое число, при этом 0≤х≤10, 0≤y1≤0 и 0≤z≤10.

12. Способ по п.1, в котором растворитель означает циклический силоксан формулы

в которой каждый из R⁵, R⁶, R⁷ и R⁸ независимо означает одновалентную углеводородную группу; каждый из а и b представляет целые числа, при этом 0≤а≤10 и 0≤b≤10 при условии, что 3≤(а+b)≤10.

13. Способ по п.12, в котором циклический силоксан, по существу, состоит из декаметилциклопентасилоксана.

14. Способ по п.1, в котором зловонные элементы, удаляемые из растворителя, означают пропионовую кислоту, пропионовый альдегид, масляную кислоту или масляный альдегид.

15. Силиконовый растворитель, обработанный способом по п.1.

16. Способ сухой чистки с использованием силоксанового растворителя по п.15, включающий

(1) чистку изделия в результате проведения следующих стадий:

(a) контакт изделия с силиконовым растворителем;

(b) удаление силиконового растворителя; а также

(2) обработку силиконового растворителя, удаленного со следующих стадий:

(a) контакт силиконового растворителя с адсорбентом;

(b) отделение силиконового растворителя от адсорбента.

17. Способ по п.16, дополнительно включающий повторное использование обработанного силиконового растворителя на стадии (1).

18. Способ по п.10, в котором адсорбентом являются 4А молекулярные сита или 13Х молекулярные сита.