專利名稱：阻燃性纖維、紗線和由其制造的織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來(lái)說(shuō)涉及技術(shù)纖維、紗線和織物，并且具體地涉及包含部分芳族聚酰胺和非鹵化的阻燃性添加劑的阻燃性纖維、紗線和由其制造的織物。
背景技術(shù)：
阻燃性(FR)織物在 軍事環(huán)境和非軍事環(huán)境中都至關(guān)重要。消防員、賽車司機(jī)和石化工人是受益于阻燃性織物的附加保護(hù)的非軍事群體中的僅少數(shù)人。然而，阻燃性織物的真正益處存在于軍事中。除我們的軍隊(duì)必須在其中運(yùn)作的嚴(yán)酷環(huán)境外，非常規(guī)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的到來(lái)產(chǎn)生甚至更敵對(duì)的環(huán)境。特定地，使用臨時(shí)爆炸裝置(“IED”)停止士兵的大量護(hù)送使得個(gè)體的軍隊(duì)保護(hù)極其重要。除防彈道織物和護(hù)身盔甲外，阻燃性織物也在保護(hù)士兵免遭IED中起重要作用。IED由多種材料(例如高爆炸性裝料、易燃性液體、彈片等)構(gòu)成，一些充當(dāng)射彈并且其它的充當(dāng)爆裂后的燃燒彈。因此，軍事織物必須是各種結(jié)構(gòu)的以處理來(lái)自IED的大量威脅?；旧洗嬖趦煞N類型的保護(hù)性服裝中使用的阻燃性織物:(I)由阻燃性有機(jī)纖維(例如，芳族聚酰胺、阻燃性人造纖維、聚苯并咪唑、變性聚丙烯腈等)制造的織物；和(2)由已經(jīng)被后處理以賦予阻燃性的常規(guī)材料(例如，棉)制造的阻燃性織物。Nomex 和Kevlar 芳族聚酰胺是阻燃性合成纖維中最常見(jiàn)的類型。這些通過(guò)將間-或?qū)?芳族聚酰胺聚合物溶液紡絲成纖維來(lái)制備。芳族聚酰胺在極度加熱下不熔化，自然是阻燃性的，但必須是溶液紡絲的。不幸地，Nomex 不太舒適并且難以生產(chǎn)而且對(duì)于生產(chǎn)是昂貴的。Kevlar 也難以生產(chǎn)并且對(duì)于生產(chǎn)是昂貴的。將后處理阻燃性應(yīng)用到織物上并可以分解成兩種基本的類別:(I)持久的阻燃性；和(2)非持久的阻燃性。對(duì)于保護(hù)性服裝，處理必須經(jīng)得起洗熨，因此僅選擇持久性處理?，F(xiàn)今，更經(jīng)常地，持久的阻燃性化學(xué)依賴于磷-基FR劑和用于將FR劑固定在織物上的化學(xué)品或樹(shù)脂。由于其加工性和強(qiáng)度而被廣泛研究的一種聚合物纖維是尼龍6，6纖維。小量-約12%-的脂族尼龍纖維可以與棉混合并被化學(xué)處理以產(chǎn)生阻燃性織物。因?yàn)槊奘侵饕睦w維組分，這種織物被稱為“FR棉”織物。尼龍纖維給予FR棉織物和衣服優(yōu)良的耐穿性。然而，因?yàn)槟猃埵强扇廴诩庸さ?即，熱塑性的)并且不提供固有的阻燃性，因此FR織物中尼龍纖維的量是有限的。嘗試化學(xué)改性脂族尼龍纖維并提高尼龍纖維含量，同時(shí)達(dá)到足夠的阻燃性已經(jīng)失敗。實(shí)際上，Deopura和Alagirusamy在他們的新書(shū)Polyestersand Polyamides (聚酷和聚釀胺)(紡織協(xié)會(huì)2008在第320頁(yè))中聲明“[i]t seemsunlikely that there will be any major breakthroughs with regard to new and/orimproved reactive flame-retardant comonomers or conventional …flame retardantadditives for use in…mylon fibers.(在新的和/或改進(jìn)的反應(yīng)性阻燃性共聚用單體或常規(guī)阻燃性添加劑用于尼龍纖維方面似乎不可能有任何重要的突破)”。

發(fā)明內(nèi)容
使用熱塑性纖維與不熔化的耐燃性纖維(例如，芳族聚酰胺和FR處理的棉)的混合物的問(wèn)題是所謂的“支架效應(yīng)(scaffolding effect)”(參見(jiàn)Horrocks等人，F(xiàn)ireRetardant Materials于148，§ 4.5.2 (2001))。通常，熱塑性纖維(包括用FR劑處理的或改性的那些)通過(guò)離開(kāi)火 源皺縮或當(dāng)熔融聚合物滴下而離開(kāi)火源時(shí)自熄并且熄滅。FR聚酯纖維是具有這些性能的纖維。當(dāng)FR聚酯纖維與不熔化的阻燃性纖維例如FR處理的棉混合時(shí)，非熔化纖維形成碳質(zhì)支架(“支架效應(yīng)”)并且熱塑性FR聚酯纖維被限制在火焰中并將繼續(xù)燃燒。基本上，在垂直可燃燒性試驗(yàn)中，熱塑性纖維聚合物熔化，并且沿非熱塑性纖維織品流下并供給火焰燃燒，并且織物完全燃燒。另外，在服裝中，熔化的聚合物會(huì)滴下并可以粘到人皮膚，導(dǎo)致給穿戴者產(chǎn)生額外的傷害。
需要這樣的改進(jìn)的阻燃性尼龍混合物:其消除“支架效應(yīng)”，提供良好的阻燃性，防止滴下和粘住，并且是耐穿的。因此，期望找到可以與阻燃性添加劑混合到可以被編織或紡織或制成無(wú)紡自熄的、不滴下的，耐穿的/持久的阻燃性織物、棉胎或服裝的纖維的熔化加工的聚合物的組合。本文公開(kāi)的發(fā)明提供了由熔化加工的聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑制備的阻燃性織物。意想不到地，發(fā)現(xiàn)部分芳族聚酰胺在與阻燃性添加劑混合時(shí)是可熔化加工成纖維的，所述纖維在與相同的阻燃劑混合時(shí)展示超過(guò)脂族聚酰胺(例如，尼龍6，6)的優(yōu)良阻燃性。這是意想不到的，因?yàn)椴糠址甲寰埘０肥菬崴苄缘?即，加熱后熔化)，這與“支架效應(yīng)”和較差的阻燃性相關(guān)。一方面，公開(kāi)了包含部分芳族聚酰胺和非鹵素阻燃劑的阻燃性纖維。部分芳族聚酰胺可包含芳族二胺單體和脂族二酸單體。另外，部分芳族聚酰胺可包含芳族和脂族二胺與二酸的聚合物或共聚物，包括MXD6。例如，MXD6指由間-二甲苯二胺(MXDA)與己二酸產(chǎn)生的聚酰胺。
另一方面，公開(kāi)了用公開(kāi)的阻燃性纖維制備的阻燃性紗線和織物。紗線還包括天然的或合成的附加纖維，其包括連續(xù)的長(zhǎng)絲纖維和短纖維。附加纖維可以是固有地阻燃或用阻燃劑處理的。織物還可以包括附加的紗線，該附加的紗線是天然的、合成的、或兩者的混合物。附加的紗線可以用阻燃劑處理或包含用阻燃劑處理的纖維。織物可以被染色并且也具有施用的附加涂層(阻燃性的和非阻燃性的)。附圖
簡(jiǎn)述
圖la-1h顯示了公開(kāi)的阻燃性聚合物和常規(guī)尼龍6，6阻燃性聚合物的各方面的阻燃性。圖2顯示了支架效應(yīng)問(wèn)題。圖3a - 3c顯示了與阻燃性人造纖維混合時(shí)公開(kāi)的織物和與阻燃性人造纖維混合的尼龍6，6阻燃劑的兩方面的阻燃性。
圖4比較了 MXD6與具有各種添加劑的尼龍6，6的后燃燒時(shí)間(after-flame time)。發(fā)明詳述
術(shù)語(yǔ)“耐燃的”、“阻燃的”和“FR”在本領(lǐng)域具有微妙的差別。這些術(shù)語(yǔ)的使用中的差別涉及描述在條件例如垂直燃燒測(cè)試下抗燃燒，以更慢的速度燃燒和能夠自熄的織物。為了本發(fā)明術(shù)語(yǔ)“耐燃的”和“阻燃的”互換地使用并意指包括具有一種或更多種期望的性質(zhì)例如耐燃性、緩慢燃燒性、自熄性等的任何織物。公開(kāi)了包含部分芳族聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑的阻燃性纖維。部分芳族聚酰胺可包括包括選自以下的單體的聚合物或共聚物，芳族二胺單體、脂族二胺單體、芳族二酸單體、脂族二酸單體和它們的組合。部分芳族聚酰胺也可以包括或獨(dú)一無(wú)二地是包含芳族二胺和非芳族二酸的MXD6。其 它部分芳族聚酰胺可以基于芳族二酸例如對(duì)苯二酸(聚酰胺6T)或異酞酸(聚酰胺61)或其混合物(聚酰胺6T/6I)。部分芳族聚酰胺的熔化或加工溫度在約240°C (對(duì)于MXD6)至約355°C (對(duì)于聚酰胺酰亞胺)的范圍內(nèi)，包括約260°C、280°C、300°C、320°C和340°C。尼龍6和尼龍6，6分別具有約220°C和260°C的熔化溫度。熔化溫度越低，聚酰胺聚合物越易于加工到纖維中。下面是常見(jiàn)的部分芳族聚合物和比較非芳族的列表和它們相關(guān)的熔化溫度。
權(quán)利要求
1.一種阻燃性纖維，其包含部分芳族聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑。
2.如權(quán)利要求1所述的阻燃性纖維，其中，所述部分地芳族聚酰胺包含芳族和脂族二胺與二酸的聚合物或共聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的阻燃性纖維，其中，所述部分地芳族聚酰胺還包含芳族二胺單體和脂族二酸單體。
4.如權(quán)利要求1所述的阻燃性纖維，其中，所述部分芳族聚酰胺是MXD6。
5.如權(quán)利要求1所述的阻燃性纖維，其中，所述非鹵素阻燃性添加劑選自:三聚氰胺的縮合產(chǎn)物(包括蜜白胺、蜜勒胺和氰尿酰胺)，三聚氰胺與磷酸的反應(yīng)產(chǎn)物(包括磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺和多磷酸三聚氰胺(MPP)，三聚氰胺的縮合產(chǎn)物與磷酸的反應(yīng)產(chǎn)物(包括多磷酸蜜白胺、多磷酸蜜勒胺、多磷酸氰尿酰胺)，三聚氰胺氰脲酸酯(MC)，二乙基次膦酸鋅(DEPZn)、二乙基次膦酸鋁(DEPAI)、二乙基次膦酸鈣、二乙基次膦酸鎂、雙酚-A雙(二苯基次膦酸酯)(BPADP)，間苯二酚雙(2，6- 二二甲苯基磷酸酯)(RDX)，間苯二酚雙(二苯基磷酸酯)(RDP)，磷氮氧化物，硼酸鋅，氧化鋅，錫酸鋅，羥基錫酸鋅，硫化鋅，磷酸鋅，硅酸鋅，氫氧化鋅，碳酸鋅，硬脂酸鋅，硬脂酸鎂，八鑰酸鋁，三聚氰胺鑰酸鹽，三聚氰胺八鑰酸鹽，偏硼酸鋇，二茂鐵，磷酸硼，硼酸硼，氫氧化鎂，硼酸鎂，氫氧化鋁，鋁三水合物，甘脲和3-氨基-1，2，4-三唑-5-硫醇的三聚氰胺鹽，鉀、鋅和鐵的尿唑鹽，I, 2-乙二基-4-4，-雙-三唑烷-3，5，二 酮，硅氧烷，Mg、Al、T1、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Sb、Ba、W和Bi的氧化物，多面體寡聚硅倍半氧烷、碳納米管、納米粘土、硅鎢酸(SiTA)、磷鎢酸、鎢酸的三聚氰胺鹽、直鏈、支鏈或環(huán)狀的磷酸鹽(酯)或膦酸鹽(酯)、螺雙膦酸鹽(酯)、螺雙磷酸鹽(酯)，和它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的阻燃性纖維，其中，所述非鹵素阻燃性添加劑選自MPP、MC、DEPZn、DEPAl、和它們的組合。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的阻燃性纖維，其中，所述非鹵素阻燃性添加劑以約5重量％至約10重量％的濃度存在。
8.一種阻燃性短纖維紡織的紗線，其包含至少一種權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的阻燃性纖維。
9.如權(quán)利要求8所述的阻燃性短纖維紡織的紗線，還包含附加的纖維。
10.如權(quán)利要求9所述的阻燃性短纖維紡織的紗線，其中，所述附加的纖維選自:纖維素、芳香族聚酰胺、酚、聚酯、氧化丙烯酸、改性丙烯酸、三聚氰胺、絲、亞麻、大麻、羊毛、聚(對(duì)亞苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)和聚磺酰胺(PSA)纖維。
11.如權(quán)利要求9-10中任一項(xiàng)所述的阻燃性短纖維紡織的紗線，其中，所述附加的纖維已經(jīng)用阻燃劑處理。
12.如權(quán)利要求9所述的阻燃性短纖維紡織的紗線，其中，所述附加的纖維是棉、人造纖維、聚酯或萊賽爾。
13.一種包含至少一種權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的阻燃性纖維的阻燃性連續(xù)長(zhǎng)絲紗線，其中所述阻燃性纖維是連續(xù)的。
14.如權(quán)利要求13所述的阻燃性連續(xù)長(zhǎng)絲紗線，還包含附加的連續(xù)長(zhǎng)絲纖維。
15.如權(quán)利要求14所述的阻燃性連續(xù)長(zhǎng)絲紗線，其中，所述附加的連續(xù)長(zhǎng)絲纖維選自:芳香族聚酰胺、酚、聚酯、氧化丙烯酸、改性丙烯酸、三聚氰胺、萊賽爾、聚(對(duì)亞苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)和聚磺酰胺(PSA)纖維。
16.如權(quán)利要求14-15中任一項(xiàng)所述的阻燃性連續(xù)長(zhǎng)絲紗線，其中，所述附加的連續(xù)長(zhǎng)絲纖維已經(jīng)用阻燃劑處理。
17.—種包含權(quán)利要求8-16中任一項(xiàng)所述的紗線的織物。
18.如權(quán)利要求17所述的織物，其還包含附加的紗線。
19.如權(quán)利要求18所述的織物，其中，所述附加的紗線包含選自以下的纖維:纖維素、芳香族聚酰胺、酚、聚酯、氧化丙烯酸、改性丙烯酸、三聚氰胺、棉、絲、亞麻、大麻、羊毛、人造纖維、萊賽爾、聚(對(duì)亞苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)和聚磺酰胺(PSA)纖維。
20.一種包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的阻燃性纖維的無(wú)紡阻燃性織物。
21.如權(quán)利要求20所述的無(wú)紡阻燃性織物，其中，所述無(wú)紡織物通過(guò)選自以下的方法制造:紡粘、熔噴及其組合。
22.一種包含至少一種纖維的阻燃性織物，其中，所述纖維包含部分芳族聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑，而且其中，所述織物能夠在垂直可燃性測(cè)試中自熄。
23.一種包含至少一種纖維的阻燃性織物，其中，所述纖維包含部分地芳族聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑，而且其中，所述織物能夠在垂直可燃性測(cè)試中具有小于約60秒的后燃燒時(shí)間。
24.一種阻燃性纖維，其包含至少一種部分芳族聚酰胺、至少一種脂族聚酰胺和至少一種非鹵素阻燃性添加劑。
25.如權(quán)利要求24所述的阻`燃性纖維，其還包含第二種部分芳族聚酰胺。
26.如權(quán)利要求25所述的阻燃性纖維，其中，所述至少一種部分芳族聚酰胺是MXD6并且所述第二種部分芳族聚酰胺是尼龍6/6T。
全文摘要
公開(kāi)了用部分芳族聚酰胺和非鹵素阻燃性添加劑制造的技術(shù)纖維和紗線。用這種纖維和紗線制造的織物顯示了比傳統(tǒng)阻燃性尼龍6,6織物優(yōu)良的阻燃性。而且，公開(kāi)的纖維和紗線在與其它阻燃性纖維混合時(shí)不顯示阻燃性尼龍6,6混合織物常見(jiàn)的危險(xiǎn)的“支架效應(yīng)”。
文檔編號(hào)D01F6/60GK103109002SQ201180045765
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者D.M.薩佐蒂, T.E.施米特, A.W.布里格斯 申請(qǐng)人:英威達(dá)技術(shù)有限公司