本发明涉及一种用于处理纤维或织物(例如木棉纤维或木棉非织造织物)的阻燃剂。
背景技术：
木棉是属于马尔维科(malvaceae)的树，原产于热带美洲，广泛存在于东南亚和非洲。木棉纤维是从木棉树的果实中获得的种子纤维。木棉纤维是长度为8mm至32mm，宽度为30μm至35μm且具有圆形或椭圆形横截面的中空天然纤维。木棉纤维包括大量的空气并由此具有光和热以及如丝绸的光泽。此外，木棉纤维覆盖有天然蜡并因此是防水的。此外，木棉纤维具有如吸声、吸油、抗菌功能、除臭和远红外线辐射的特性，因此可用于各种目的。
然而，木棉纤维具有短的纤维长度和窄的孔壁，因此可以在诸如梳理的处理期间容易地进行切割。此外，由于木棉纤维是超轻的，所以当制造成网或毡时它可以分散，并且导致原材料的损失并增加火灾的风险。因此，木棉纤维的使用仅限于家具，床上用品的填充物和救生衣的填充物。
近年来，通过将木棉纤维制造成非织造织物等，已经进行了各种尝试以利用木棉纤维作为用于隔热、吸声和吸油的工业材料。例如，可以在无需单独处理的情况下通过用木棉纤维填充多孔材料来制造吸声材料，或者可以通过将木棉纤维与聚丙烯合成纤维混合来制造吸油复合非织造织物。此外，已经开发了由木棉非织造织物和热塑性或热固性树脂形成的吸声材料。然而，由于木棉纤维的散射性质，其使用仍然有限。
公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明致力于提供一种阻燃处理剂，其对纤维和/或织物(例如木棉纤维和木棉非织造织物)提供改进的性能。
本发明的示例性目的是提供一种阻燃处理剂，其能够在纤维加工例如非织造织物纺丝期间抑制木棉纤维的分散。随着木棉纤维在加工过程中的量的增加，阻燃剂降低了由木棉纤维的分散所引起的火灾的可能性。因此，阻燃剂提供工业纤维所需的阻燃性。
本发明的另一个示例性目的是提供经阻燃处理剂处理的木棉纤维。
本发明的另一个示例性目的是提供使用针刺法的由经阻燃处理剂处理的木棉纤维所制造的木棉非织造织物。这样的制造工艺可以在没有由木棉纤维的分散引起火灾的风险的情况下进行。
一方面，本发明提供一种用于处理木棉纤维或木棉非织造织物的阻燃处理剂。在阻燃处理剂的示例性实施方案中，阻燃剂分散在水性溶剂、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中，并且包括约2:8至约8:2的重量比的油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂和粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂。
另一方面，本发明提供了经上述阻燃处理剂处理的木棉纤维。
还另一方面，本发明提供了经上述阻燃处理剂处理的木棉非织造织物。
在用于制造非织造网和毡的梳理和针刺过程中，用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维中抑制了木棉纤维的分散和火灾的风险。
用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维具有优异的阻燃性并且可以约102mm/min的燃烧速度用于制造木棉非织造织物。
用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维或木棉非织造织物具有优异的耐酸性和耐光性以及改善的粘性而不产生釉质外观。
因此，用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维或木棉非纺织织物是适合用于各种工业产品例如车辆、衣服、床上用品等的材料。
下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
下面讨论本发明的上述特征及其它特征。
具体实施方式
现在将在下文中详细地提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例描述如下。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同和其它实施方案。
本发明涉及一种应用于木棉纤维或木棉非织造织物的阻燃处理剂。在纺丝、梳理和针刺过程中用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维抑制了木棉纤维的分散和由分散引起的火灾的危险。此外，用本发明的阻燃处理剂处理的木棉纤维具有所需的性能，例如改进的耐酸性和耐光性，减少的白霜样外观和改进的粘性。
下面讨论根据本发明的阻燃处理剂的细节。
本发明的阻燃处理剂的示例性实施方案可以应用于木棉纤维或木棉非织造织物，并且通过将阻燃剂分散在由水性溶剂和表面活性剂形成的水性分散体中而制备。阻燃剂均匀地分散在包括水性溶剂、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的水性分散体中。在阻燃处理剂的一些实施方案中，阻燃剂以水性分散体的总重量计以约20重量％至约40重量％的浓度(例如，约20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或约40重量％)进行分散。这种水性分散体包括约100重量份的水性溶剂，约1重量份至约10重量份(例如约1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或约10重量份)的非离子表面活性剂，和约1重量份至约10重量份(例如约1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或约10重量份)的阴离子表面活性剂。
在本发明的示例性实施方案中，选择不易溶于水的水不溶性磷酸酯类阻燃剂并作为阻燃剂。此外，使用油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂和粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂，并以约2:8至约8:2(例如，约2:8至约8:2、约4:6至约6:4或约5:5)的重量比混合。随着在阻燃处理剂中粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的量的增加，可以改善阻燃性。然而，如果以超过上述重量比的量包括粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂，则耐酸性和耐光性可能劣化，并因此可能发生水解、黄化和白霜样外观。然而，即使在阻燃处理剂中油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的量增加，阻燃性也可能仅略微改善。此外，随着油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的量的增加，粘着性增加，使得针在针刺操作期间不能通过纤维，并且导致可加工性的劣化和对装置的损坏。因此，在本发明中，考虑到阻燃性、耐酸性、耐光性、白霜样外观和粘性的最大化，以油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂和以粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂可以以约2:8至约8:2，优选约4:6至约6:4，更优选约5:5的重量比混合用作阻燃剂。
将描述构成根据本发明的阻燃处理剂的每种组分的更多细节。
水性溶剂
在本发明的示例性实施方案中，水、醇或它们混合物可以用作水性溶剂。优选地，水可以用作水性溶剂。
表面活性剂
在本发明的示例性实施方案中，使用非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂以均匀地分散阻燃剂并调节阻燃剂的颗粒的粒径。
具体地，非离子表面活性剂起到将粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的粒径控制为小尺寸的作用。此外，阴离子表面活性剂用于将分散剂均匀地分散在水性分散体中。
非离子表面活性剂可以包括选自聚氧化烯非离子表面活性剂、多元醇非离子表面活性剂、聚氧乙烯苯乙烯苯基醚非离子表面活性剂、二苯乙烯基苯基乙氧基化物环氧乙烷加合物和十三烷基乙氧基化物环氧乙烷加合物中的一种或多种。
阴离子表面活性剂可以包括选自烷基酯磺酸酯、烷基磺酸酯、烷基磷酸酯、烷基芳基磺酸酯、聚氧化烯烷基醚硫酸酯、聚氧化烯烷基酯磷酸酯、聚氧化烯烷基醚羧酸酯、聚羧酸酯、火鸡红油、石油磺酸酯、烷基二苯基醚磺酸酯和三苯乙烯苯基乙氧基化物环氧乙烷磺酸酯铵酯。
在根据本发明的阻燃处理剂的示例性实施方案中，以100重量份水性溶剂计，由包括约1重量份至约10重量份(例如约1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或约10重量份)的非离子表面活性剂和约1重量份至约10重量份(例如约1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或约10重量份)的阴离子表面活性剂制备水性分散体。
如果包括在水性分散体中的非离子表面活性剂的使用小于约1重量份，则难以将粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的粒径调节至约1μm。然而，如果包括的非离子表面活性剂的量大于约10重量份，则产品的高温稳定性可能降低，这可能导致难以喷涂和填充。
如果包括在水性分散体中的阴离子表面活性剂的使用小于约1重量份，则难以均匀地分散阻燃剂。然而，如果包括的阴离子表面活性剂的量大于约10重量份，则可能发生木棉纤维的变色(黄化)。
分散剂
在本发明的示例性实施方案中，使用水不溶性磷酸酯类阻燃剂作为分散剂。
现有技术方法使用如磷酸胍、磷酸氨基甲酸酯等的水溶性阻燃剂但是这样的水溶性阻燃剂可以水解或溶解在水中，导致阻燃性、耐酸性和耐光性的劣化。此外，由于木棉纤维是疏水性的，它不能吸收水溶性阻燃剂，因此不能抑制分散。
在本发明的示例性实施方案中，选择水不溶性磷酸酯类阻燃剂并作为阻燃剂。因此，可以抑制木棉纤维的分散并通过阻燃处理改善耐酸性和耐光性。此外，如果以适当的含量比使用油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂和粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂，则预期提供阻燃性的效果等同于阻燃性。
在本发明的示例性实施方案中，油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂可以包括选自双酚a双(二苯基磷酸酯)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、甲苯基二苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、2-联苯基二苯基磷酸酯等的一种或多种。更优选地，可以使用甲苯基二苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯或它们的混合物作为油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂。在一些情况下，这些水不溶性磷酸酯类阻燃剂是节约成本的。
在本发明的示例性实施方案中，酰胺磷酸酯可以用作粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂。
在根据本发明的阻燃处理剂中，阻燃剂以水性分散体的重量计以约20重量％至约40重量％(例如约20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％或约40重量％)的浓度进行分散。如果分散在阻燃处理剂中的阻燃剂的量小于约20重量％，则对木棉纤维或木棉非织造织物提供阻燃性的效果可能较差。然而，如果阻燃剂以高于约40重量％的高浓度包括在内，则不容易调节阻燃剂的粒径并且难以引起均匀分散。
在本发明的阻燃处理剂的示例性实施方案中，阻燃剂均匀地分散在含有水和表面活性剂的水性分散体中，并且粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂进行分散，所述粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的平均粒径被调整至等于或小于约1μm(例如，约1μm、0.9μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm、0.1μm或更小)。
同时，本发明提供了用上述阻燃处理剂处理的木棉纤维或木棉非织造织物。
阻燃处理可以通过将木棉纤维或木棉非织造织物沉积在阻燃处理剂中或将阻燃处理剂喷涂到木棉纤维或木棉非织造织物上来进行。在一些实施方案中，相对于木棉纤维或木棉非织造织物的重量，阻燃剂的浸渍量可以优选为约30重量％至约40重量％(例如约30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％，39重量％或40重量％)。
具体地，阻燃处理的木棉纤维可以通过在木棉纤维纺丝和编织时将阻燃处理剂沉积到纤维上，或者将阻燃处理剂喷涂到纤维上来进行制备。
阻燃处理的木棉非织造织物可以通过在用于制造典型非织造织物的纺丝工艺或针刺工艺期间沉积在阻燃处理剂中或喷涂阻燃处理剂来进行制备。也就是说，在制造木棉-非织造织物的过程中包括：a)纺织和编织木棉纤维；和b)通过针刺工艺将非织造织物制造成织造木棉纤维，阻燃处理可以通过在纺丝工艺或针刺工艺期间沉积在阻燃处理剂中或喷涂阻燃处理剂来进行。
本发明对阻燃处理的木棉纤维或木棉非织造织物的阻燃处理方法没有特别限制。
本发明将参照实施例进行更详细地描述。以下实例显示了本发明，并且并非旨在限制于这些实例。
实施例
以下实施例显示了本发明，并且并非旨在限制于这些实施例。
实施例1阻燃处理剂的制备
均匀分散100g水，10g聚氧化烯非离子表面活性剂和10g烷基酯磺酸酯阴离子表面活性剂以制备水性分散体。将包括重量比为2:8的油形式的甲苯基二苯基磷酸酯和粉末形式酰胺磷酸酯的阻燃剂作为水不溶性磷酸酯类阻燃剂浓度以30重量％的浓度加入经制备的水性分散体中。然后，将阻燃剂均匀地分散在水性分散体中以制备阻燃处理剂。
实施例2阻燃处理剂的制备
除了将包括重量比为5:5的甲苯基二苯基磷酸酯和酰氨基磷酸酯的阻燃剂以30重量％的浓度加入之外，以与实施例1相同的方式制备阻燃处理剂。
实施例3阻燃处理剂的制备
除了将包括重量比为8:2的甲苯基二苯基磷酸酯和酰氨基磷酸酯的阻燃剂以30重量％的浓度加入之外，以与实施例1相同的方式制备阻燃处理剂。
对比实施例1阻燃处理剂的制备
除了以30重量％的浓度单独加入磷酸胍作为水溶性磷酸酯类阻燃剂之外，以与实施例1相同的方式制备阻燃处理剂。
对比实施例2阻燃处理剂的制备
除了以30重量％的浓度单独加入甲苯基二苯基磷酸酯作为油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂之外，以与实施例1相同的方式制备阻燃处理剂。
对比实施例3阻燃处理剂的制备
除了以30重量％的浓度单独加入二苯基苯胺基膦酸酯作为粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂之外，以与实施例1相同的方式制备阻燃处理剂。
制备实施例
通过以下方法制备经阻燃处理的木棉纤维和木棉非织造织物。
制备实施例1经阻燃处理的木棉纤维的制备
通过在实施例1至3和对比实施例1至3中制备的每种阻燃处理剂中沉积木棉纤维，将阻燃剂浸渍在木棉纤维中。在这种情况下，相对于木棉纤维的重量，阻燃剂的浸渍量设定为30重量％。
将浸渍了阻燃剂的木棉纤维在120℃下干燥10分钟以获得经阻燃剂处理的木棉纤维。
制备实施例2经阻燃处理的木棉非织造织物的制备
在纺织和编织木棉纤维的同时，喷洒在实施例1至3和对比实施例1至3中制备的阻燃处理剂。在这种情况下，相对于木棉纤维的重量，阻燃剂的喷洒量设定为30重量％。将浸渍了阻燃剂的木棉纤维在120℃下干燥10分钟。然后，通过典型的针刺法将经阻燃处理的木棉纤维制造成非织造织物。
测试实施例
通过以下方法测试在制备实施例1或制备实施例2中制备的经阻燃处理的木棉纤维和经阻燃处理的木棉非织造织物以测量它们的性能。
增加的量的测量(加入至纤维中的阻燃剂的量)
在将制备实施例1中制备的经阻燃处理的木棉纤维完全干燥后，根据以下等式1测量增加的量。
等式1
增加的量(％)＝[(处理后的木棉纤维的重量(g)-处理前的木棉纤维的重量(g))/处理前的木棉纤维的重量]×100
分散
当根据等式1测量的量的增加为30％时，确定没有分散。
耐水解性
使用高压釜将制备实施例1中制备的经阻燃处理的木棉纤维在100％的湿度和120℃的温度下保持48小时。然后，测量保持在高压釜中的木棉纤维的ph。
黄化的发生
使用高压釜将制备实施例1中制备的经阻燃处理的木棉纤维在100％的湿度和120℃的温度下保持5小时。然后，检查保持在高压釜中的木棉纤维的颜色变化(ksmiso2440:2002)以确定是否发生黄化。
白霜样外观的产生
将制备实施例1中制备的经阻燃处理的木棉纤维完全干燥，然后检查纤维表面上是否存在白色粉尘。
粘性
将制备实施例1中制备的经阻燃处理的木棉纤维完全干燥，然后用手检查纤维的质地。
阻燃性
根据fmvss302(联邦机动车辆安全标准)对制备实施例2中制备的阻燃剂处理的木棉非织造织物进行阻燃性测试。
上述方法的结果示于下表1中。
[表1]
根据表1所示的结果，用本发明中提出的阻燃处理剂处理的木棉纤维由于约42％至47％的量的增加而不分散，因此具有优异的耐酸性和耐光性而没有白霜样外观及粘性。此外，用本发明提出的阻燃处理剂处理的木棉非织造织物具有优异的阻燃性。尽管预期随着粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的量的增加，阻燃性将改善，但是确认了以相同量包含油形式和粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的实施例2具有根据上述测试结果的最高阻燃性。
同时，包括对比实施例1中制备的水溶性磷酸酯类阻燃剂的阻燃处理剂具有优异的阻燃性，但是引起分散并且没有改善耐酸性和耐光性。因此，可以看出对比实施例1的阻燃处理剂不适合处理木棉纤维或木棉非织造织物。
对比实施例2和对比实施例3是分别仅包括油形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂和仅包含粉末形式的水不溶性磷酸酯类阻燃剂的阻燃处理剂。
用对比实施例2的阻燃处理剂处理的木棉纤维由于58％的量的较大增加而不分散并且具有优异的耐酸性而没有白霜样外观，但耐光性变差并且粘性过度。此外，用对比实施例2的阻燃处理剂处理的木棉非织造织物的阻燃性非常差，并因此在用作阻燃材料方面受到限制。
用对比实施例3的阻燃处理剂处理的木棉纤维具有优异的阻燃性和耐酸性而没有分散，但出现了白霜样的外观。
参考本发明的优选实施方案详细描述了本发明。然而，应理解，本领域技术人员可以对这些实施方案作出改变而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围限定在所附权利要求及其等同方案中。