具有改進的耐化學性和耐用性的阻燃耐熱彈力織物的製作方法

2023-10-06 02:31:59 1

專利名稱：具有改進的耐化學性和耐用性的阻燃耐熱彈力織物的製作方法
具有改進的耐化學性和耐用性的阻燃耐熱彈力織物
背景技術：
和

發明內容
本發明涉及具有改進的耐用性的阻燃耐熱彈力織物。所述彈力織 物包含交聯聚烯烴彈性纖維，這些纖維可以與本質阻燃纖維聯合製成 包芯紗。利用公知技術，如機織或者用與其他阻燃纖維或紗線的共針 織技術，可以方便地將該彈性纖維或紗線製成織物。該織物適用於多 種耐用或重複使用的織物應用，例如但不限於，衣服(特別是防護服) 和室內裝飾。
暴露於熱和/或火焰危險中的職業工人，例如鑄造廠工人以及化學 和煉油工業工人，需穿著防護服以使嚴重燒傷或其他身體傷害的可能 減至最小。在試圖為這些工人提供抵抗熱和火的最大化保護時，現有 技術強調使用耐熱和/或阻燃織物以形成防護服。適用於這些衣服的阻 燃織物通常由機織的本質阻燃紗線製成，該紗線往往是重的和剛性的。 因此，由此製得的衣服往往是重的、體積大的且有些不柔韌。這些織 物的剛性和普遍不柔韌性往往限制了穿著由這些織物所製衣服的工人 的活動。
在現有技術中已試圖開發對暴露於極度的熱和火有保護性的衣 服，但這種衣服是柔韌的，以使穿著者能有較大的活動自由。 一種方 法是對於衣服的大部分採用常規的、重的、有些不柔韌的阻燃織物， 而對於衣服的接縫部分採用較輕的、阻燃及耐熱較差的材料。例如，
美國專利No. 4,922,552公開了一種由厚的阻燃織物層形成的消防員衣 服，其中該保護性阻燃材料的外層有部分被從其切掉，而由阻燃和防 護性顯著較差的較輕材料層取代，但其具有更大的柔韌性和更小的體 積。該衣服的問題在於衣服的柔韌性受限於衣服的特定部分，且犧牲 了一些阻燃保護性以提高柔韌性。
近來，美國專利No.5，527,597推薦使用如斯潘德克斯(spandex)彈 性纖維或橡膠，從而使防護服更柔韌。該參考文獻教導，由於彈性包 芯紗耐熱和/或阻燃性低，因此它們需要用保護性紗線，例如由芳族聚醯胺/聚苯並咪唑(PBI)共混物製成的纖維纏繞。纏繞纖維(wrap fibers) 被設計用於保護彈性包芯紗免於直接暴露在熱和火中，否則該熱和火 將引起包芯紗降解或熔融。但是，該參考文獻承認，保護性的纏繞不 會完全保護彈性纖維(特別是受到拉伸時)，彈性紗線最終將發生斷裂。 當對衣服進行相對長時間的高溫暴露時，例如在衣服的工業洗燙過程 中，這點尤為真實。
另一種使織物阻燃的方法包括化學處理織物，否則該織物是不阻 燃的。通常認為本質阻燃纖維的織物持久保護時間較長；而通常認為 化學處理的織物(例如阻燃棉)持久保護時間較短，但對於穿著者更舒 適。而且，用在該方法中的化學處理對於彈性纖維通常太苛刻，使其 不能經受，導致彈性快速損失抑或甚至斷裂。
因此，尚需一種更舒適的彈性耐熱和/或阻燃織物，該織物經重複 暴露於工業洗燙後仍耐用。本發明涉及這種織物。所述織物是彈性的、 阻燃和/或耐熱的以及耐用的，使其特別適用於這些應用。
如果施加一偏置力(biasing force)後材料具有高百分率的彈性回復 (即，低百分率的永久變形)，那麼該材料的典型特徵在於彈性。理想地， 彈性材料的特徵在於三種重要性能的結合，即，(i)低百分率的永久變 形，(ii)低應力應變或載荷應變，和(iii)低百分率的應力鬆弛或載荷 鬆弛。換言之，應該存在(i)拉伸該材料，要求低應力或載荷，(ii) 一 旦該材料被拉伸，無或低應力或卸載鬆弛，和(iii)停止拉伸、偏置或 應變後，完全或高度回復至原始尺寸。
為了在本發明的彈性、耐用、阻燃和/或耐熱織物中使用，製成該 織物的纖維必須在，特別是在，染色和熱定型處理中以及工業洗燙條 件下穩定。對於在染色和熱定型條件下穩定的彈性聚烯烴纖維，其必 須是交聯的。這些纖維可以採用許多不同方法中的一種或多種方法得 以交聯，例如，e-電子束或紫外輻射、矽烷或疊氮化物處理、過氧化物 等， 一些方法用於特殊組成的纖維時好於其他的方法。例如，在惰性 氣氛中受輻射的聚烯烴纖維(相對於在空氣中受輻射)在染色過程中傾 向於高度穩定(即，該纖維不會熔融或熔合在一起)。在較高溫度下，例 如在一些熱定型步驟中遇到的溫度(例如，對於聚對苯二甲酸乙二酯 CPET)纖維是200-21(TC)下，加入受阻酚和受阻胺穩定劑的混合物進一歩穩定了這些纖維。
斯潘德克斯纖維(也稱作彈性纖維)， 一種嵌段聚氨酯彈性材料，目
前正用於多種彈力織物中，包括阻燃耐熱織物(見US 5,527,597)。但是 斯潘德克斯纖維與一些輔助纖維在通常的高熱定型溫度下不穩定，而 且，斯潘德克斯纖維在經受高使用溫度(例如在洗、烘、熨時所遇溫度) 時傾向於損失其完整性、形狀和彈性性能。
已經發現，彈性阻燃和/或耐熱織物可以得到製備，該織物能經受 暴露(surviving exposures),而其他阻燃和/或耐熱織物不能經受。具體 地，本發明的織物是耐用的，這是指該織物在至少65。C下能經受c) 50次工業洗燙循環，其中，"經受"是指處理後的織物表現出小於約 20%的增長，優選小於約10%，更優選小於約8%。
具體實施例方式
下列術語用於本專利申請時具有所指出的含意 "纖維"是指其長度與直徑的比率大於約10的材料。纖維通常根 據它的直徑來分類。長絲纖維通常被定義為單纖維直徑大於約15旦的 纖維，通常大於約30旦。細旦纖維通常指直徑小於約15旦的纖維。 微旦纖維通常被定義為直徑小於約100微旦的纖維。
與確定長度的不連續絲束材料的"短纖維(staple fiber)"(即，被切 斷或以別的方式分成預定長度片段的絲束)相比，"長絲纖維"或"單絲 纖維"是指不確定(即，不預定的)長度的單根、連續絲束材料。
用於織物或製品的術語"阻燃"是指該織物或製品表現出1)在直 接暴露於火焰時對於火焰傳播的反應，按照DIN EN 531:02.95準則規 範(DIN ISO15025:02.03標準測試法)屬於A級；2)暴露於火焰時的傳 熱性，按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN EN 367:11.92標準測試法) 屬於B1級或更高級(B2、B3、B4或B5); 3)暴露於輻射熱時的傳熱性， 按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN EN 366:05.93標準測試法)屬於 CI級或更高級(C2、 C3或C4)。能滿足或部分滿足這些要求的織物或 製品按照ISO 2801:1998國際標準"Clothing for protention against heat and flame — General recommendation for selection, care and use of protective clothing (耐熱和阻燃衣服——防護服選擇、保存和使用的一般推薦規程)"，被認為是適合至少"低風險水平局部暴露於熱和/或 火"的防護服。
用於織物或製品的術語"耐用"是指該織物或製品在至少65°C，
或者至少75。C、 85。C甚至95。C下，在工業洗燙50次循環後，在經向 和緯向都表現出小於20%的增長，優選小於約10%，更優選小於約8%、 6%甚至5%的增長。
術語"增長"是指在一定時間內施加載荷並允許其回復後的織物 殘餘伸長，或織物的延長量，表示為原始織物尺寸的百分率。用ASTM D3107測定增長。
"彈性纖維"是指在第一次拉伸後以及第四次達到100%應變(雙 倍長度)後，纖維將回復其拉伸長度的至少約50%，更優選至少約60%, 還更優選70%。進行該測試的合適方式是基於國際化學纖維標準化局， BISFA 1998，第7章，選項A (the International Bureau for Standardization of Manmade Fibers, BISFA 1998, chapter 7, option A)的方式。在該測試 中，將纖維置於相距4英寸的夾具(grips)之間，然後以每分鐘約20英 寸的速率將夾具拉開至相距8英寸，接著使其立即回復。優選地，本 發明的彈性紡織製品在施加一偏置力後具有高百分率的彈性回復(即， 低百分率的永久變形)。理想地，彈性材料的特徵在於三種重要性能的 結合，即，(i)低應力應變或載荷應變；(ii)低百分率的應力鬆弛或載 荷鬆弛；和(iii)低百分率的永久變形。換言之，應該存在(i)拉伸該 材料，要求低應力或載荷，(ii) 一旦該材料被拉伸，零或低應力或卸載 鬆弛，和(iii)停止拉伸、偏置或應變後，完全或高度回復至原始尺寸。
在現有技術中"彈性材料"也被稱為"彈性體"和"彈性體的"。 為了本發明的目的，"彈性製品"是指包含彈性纖維的製品。
"非彈性材料"是指不具有前述定義的彈性的材料，如纖維。 "包芯紗"是指由纖維繞芯紗捻成的紗線，該芯紗是另一種長絲 纖維或先前紡成的紗線，由此至少部分包覆了該芯紗。
本發明的一方面是一種彈性、耐用、阻燃和/或耐熱製品，例如織 物或包含耐熱、交聯彈性纖維的製成衣服(assembledgarment)。該織物 可通過與本質阻燃材料的結合而成為阻燃和/或耐熱的，和/或可以對該 製品進行化學處理而賦予其耐熱和/或阻燃性。在一個實施方案中，所述製品是由一種或多種交聯、耐熱烯烴彈 性纖維製備和加工的耐用彈力織物。該織物可以採用任何方法製備， 例如，機織、針織等，並可由彈性和非彈性("硬的")纖維聯合製備。
這些織物表現出極好的耐化學性(如耐氯:)和耐用性，例如，它們在重複
暴露於如洗滌、乾燥等使用條件後可以保持它們的形狀和感覺("手
感")。該織物或製成衣服在至少65t:下，在工業洗燙50次循環的處 理後，表現出不大於約10%的彈性變化，和/或保持不大於約50%的增 長，更優選不大於約20%的增長，更優選不大於約10%的增長，最優 選不大於約8%的增長。
所述彈性纖維優選交聯、耐熱烯烴彈性纖維。這些纖維包括乙烯 聚合物、丙烯聚合物和全氫化苯乙烯嵌段共聚物(也稱作催化改性聚合 物)。該乙烯聚合物包括均勻支化和基本線性均勻支化的乙烯聚合物， 以及乙烯-苯乙烯共聚體。最優選交聯均勻支化和基本線性均勻支化的 乙烯聚合物。
本發明的彈性纖維可以具有任何合適的纖維直徑，例如，15、 40、 70、 140旦或更高旦。
用於本發明的合適的彈性纖維在US 6,437,014中公開，在此引入 其全部內容作為參考。如該參考文獻所述，所述纖維可通過現有技術 中的許多已知方法製得，例如熔噴纖維、紡粘纖維或者更優選通過熔 紡法製得纖維。同樣地，如US 6,437,014所傳授的，該纖維可由許多 不同的材料製得，包括乙烯-a烯烴共聚體、基本氫化嵌段聚合物、苯 乙烯丁二烯苯乙烯嵌段聚合物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段聚合物、 乙烯苯乙烯共聚體、聚丙烯、聚醯胺、聚氨酯及其組合。在該參考文 獻中所述的交聯均勻支化乙烯聚合物，特別是基本線性的乙烯聚合物， 尤其適用於製備本發明的製品。
可以純粹地使用這些彈性纖維或者可以將其有利地用作包芯紗的 芯紗。包芯紗更容易在一些商用的機織或針織機器上加工。此外，通 過選擇本質阻燃材料用作包芯紗的纏繞纖維，可提高包芯紗(和包括該 紗線的製品)的整體阻燃和/或耐熱性。用於纏繞彈性芯紗的合適纖維材 料包括聚醯胺(包括芳族聚醯胺)、粘液絲人造纖維(polynosicrayon)、纖 維素(特別是阻燃纖維素)、聚酯(特別是阻燃聚酯)、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羊毛(特別是阻燃羊毛)、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚醚醯亞胺
(polyetherinide)、聚烯烴、聚醯胺醯亞胺(polyimideamide)、聚苯並噁唑 (polybenoxazole)、碳、改良丙烯酸丙烯酸、蜜胺、玻璃、聚苯並咪唑(PBI) 纖維、聚亞苯基硫醚PPS纖維、聚丙烯酸酯、單面炭(semicarbon)、酚 醛纖維(phenolic)或諾沃洛伊德(novoloid)纖維、改良丙烯酸、含氯纖維 (chlorofibres)、 FR粘膠、尼龍和丙烯酸及其組合。因為芳族聚醯胺纖 維的阻燃性，其受到特別優選。
這些纖維，無論是純粹使用還是更優選作為包芯紗的芯紗，都優 選在機織法或針織法中與其他纖維或紗線一起使用從而製得本發明的 織物。為了增加製品的阻燃性，將彈性纖維或包芯紗與本質阻燃纖維 結合起來可能是有利的。用於與彈性纖維或紗線結合的合適纖維材料 包括以上所列的那些在包芯紗中用作包覆纖維(coveringfiber)的材料。 因為芳族聚醯胺纖維的本質阻燃性，其受到特別優選。通常，交聯、 耐熱烯烴彈性纖維僅佔織物重量的少數，而對於任何具體的用途，每 種纖維的精確百分率可以得到最優化。通常地，該織物包含至少約2 重量％的彈性纖維，且機織織物往往具有小於約15重量％的彈性纖維， 而針織織物具有至多約35重量％的彈性纖維，但是用量有可能在這些 範圍以外。
在織物中包含靜態耗散纖維(static dissipating fiber),例如金屬或碳 纖維也是可取的。包含該靜態耗散纖維的衣服將對工人提供另外的保 護。
本發明的織物可以根據已知的製造方法製得，例如機織法或針織 法。本領域的一個普通技術人員應該理解，通常對於任何給定的織物 組合物，織物結構越密，織物阻燃性越好。但是同時，織物越密，織 物越重，這將使得由此織物製得的衣服舒適性較差。
本發明的織物可用於製備衣服。可由本發明的織物有利地製得的 衣服的例子包括制服，特別是受制於工業熨燙的制服。
本發明的織物包括已知的需要利用能降解大多數常規彈力織物的 化學藥品和條件來進行惡劣和嚴格加工的織物，因為這些化學藥品和 條件能降解這些織物中的彈性纖維組分。然而，本發明的織物包含特 別抵抗這種降解的彈力纖維，因此包含這些纖維的織物表現出驚人的耐用性和耐化學性。
在本發明的另一個實施方案中，可對彈性纖維進行化學處理從而 賦予阻燃性。在該方法中，所述纖維或製品採用特殊的化學藥品進行 處理從而賦予它們阻燃性。這些化學藥品在現有技術中是已知的，包
括4-羥甲基鱗鹽(此後指定為THP鹽)，例如THPS，將它們用於賦予纖 維素材料阻燃性是非常有效的。應用這些化學藥品可以採用不溶於氣 氨的THP/脲預縮物鹽或者採用THP/軋/烘/焙加工工藝法 (THP/pad/dry/cure process)或者兩者都採用。雖然可以使用任何己知的 賦予阻燃性的方法，但在美國專利No. 4,494,951、 No. 4,078,101和No. 5,238，464中描述了示範性的技術。提高基於羊毛的織物耐熱性能的處 理方法也是已知的，該處理向羊毛纖維中加入六氟鈦酸鹽和六氟鋯酸 鹽，其在沸點或沸點以下進入羊毛。該處理如同國際羊毛局(IWS)已商 業化的Zirpro整理技術。
通常用於賦予阻燃性的化學處理使纖維暴露於惡劣的環境中，這 將使得大多數的彈性纖維降解。但是，優選的包含交聯均勻支化的乙 烯聚合物的熔紡纖維，即使在這些方法中通常可見的惡劣條件下也能 抵抗降解。預計該處理可應用於纖維、織物甚至是所預期的成品。
也可能將製造阻燃和或耐熱的耐用彈力織物的技術相結合，例如 利用化學處理由本質阻燃和/或耐熱纖維製成的織物。
下述實施例用於舉例說明本發明，但並不限制本發明。除另有說 明外，比率、份數和百分率以重量計。
實施例 纖維描述
包芯紗通過賽絡(Siro)紡紗法製得。該包芯紗包含91重量％的聚醯 胺-醯亞胺纖維；1重量％的碳纖維和8重量％的由140旦交聯乙烯-辛 烯共聚纖維(獲自The Dow Chemical Company的Dow XLA纖維)製得 的纖維。使用常規環錠細紗機對緊密混合的聚醯胺-醯亞胺纖維和短(棉 狀)纖維長度的碳纖維進行紡紗，在加捻(twisting)的過程中可與140旦 乙烯-辛烯共聚物相結合，其預牽伸比率為5.2:1(牽伸)。該紡紗法導致 形成平均紗支為Nm 1/26的包芯紗，其中140旦5.2X牽伸的乙烯-辛烯共聚物構成芯紗，聚醯胺-醯亞胺纖維和碳纖維構成外包覆層。通過對
包覆纖維施加每米570捻的捻度賦予其抱合力(cohesion)。
然後採用該包芯紗作為緯紗組分機織織物。採用相似的紗線作為
經紗組分，該紗線支數為Nm 1/26，基於99重量％的聚醯胺-醯亞胺纖
維和1重量％的短(棉狀)纖維長度碳纖維。織機的設置為經線總數
4867、筘幅201釐米、每米緯紗的緯數2550。
接著對如此機織的織物以平幅形式進行鬆弛加工整理，從而促進
緯向收縮並考慮到所需要的延伸性。然後對該織物進行如下的阻燃性
測試
1) 在直接暴露於火焰時對於火焰傳播的反應，按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN ISO 15025:02.03標準測試法)結果為A級；
2) 暴露於火焰時的傳熱性，按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN EN 367:11.92標準測試法)結果為Bl級；
3) 暴露於輻射熱時的傳熱性，按照DIN EN 531:02.95準則規範 (DIN EN 366:05.93標準測試法)結果為CI級。
彈性採用現有技術中已知的TTM074 DuPont法(機織織物的總伸 長)進行測試；而增長採用現有技術中已知的TTM077 DuPont法(彈力 機織織物增長的百分率)進行測試。在這個實施例中織物上的增長和伸 長為伸長10%， 1分鐘後增長4.0%， 1小時後增長3.2%。
這些織物表現出與WO 03/078723Al(在此引入其全部內容作為參 考)中所報導的織物，特別是在實施例5 "洗燙"中所述的織物相似的 耐用性。
儘管通過前述實施方案已相當詳細地描述了本發明，但這些詳述 是為了舉例說明的目的。在不脫離如權利要求書中所述的本發明的實 質與範圍的前提下，可對本發明進行許多變化與修改。上面所引的包 括專利和專利申請的所有參考文獻，在此引入作為參考。
權利要求
1、 一種耐用彈力阻燃或耐熱製品的製備方法，該方法包括如下步驟a)選擇包含交聯聚烯烴的彈性纖維；和b)將步驟00所述纖維與 一種或多種本質阻燃纖維相結合從而製備製品。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述交聯聚烯烴是交聯的 均勻支化的乙烯聚合物。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述交聯的均勻支化的乙 烯聚合物在步驟(b)前用作包芯紗的芯紗。
4、 根據權利要求3所述的方法， 具有本質阻燃和/或耐熱性的纖維。
5、 根據權利要求4所述的方法， 纖維。
6、 根據權利要求5所述的方法， 醯胺纖維。
7、 根據權利要求1所述的方法， 維包括聚醯胺纖維。
8、 根據權利要求1所述的方法， 維包括芳族聚醯胺纖維。
9、 根據權利要求1所述的方法， 靜態耗散纖維相結合。其中，所述包芯紗的外層包覆是 其中，所述外層包覆包括聚醯胺 其中，所述聚醯胺纖維是芳族聚 其中，所述步驟(b)的本質阻燃纖 其中，所述步驟(b)的本質阻燃纖 其中，所述歩驟(b)進一步包括與
10、 一種耐用彈性阻燃和/或耐熱製品，所述製品包括含交聯聚烯 烴的彈性纖維和本質阻燃纖維。
11、 根據權利要求10所述的製品，其中，所述交聯聚烯烴是均勻 支化的乙烯聚合物。
12、 根據權利要求10所述的製品，其特徵在於所述製品在至少約65。C下，工業洗燙50次循環後，表現出小於20%的增長。
13、 根據權利要求12所述的製品，其中，所述增長小於10%。
14、 根據權利要求13所述的製品，其中，所述增長小於8%。
15、根據權利要求10所述的製品，其中，所述製品是機織或針織織物(
16、 一種由權利要求15所述的織物製成的衣服。
17、 根據權利要求10所述的製品，其中，所述本質阻燃纖維包括 聚醯胺纖維。
18、 根據權利要求10所述的製品，其進一步包括靜態耗散纖維。
19、 根據權利要求18所述的製品，其中，所述靜態耗散纖維是金 屬或碳纖維。
20、 根據權利要求10所述的製品，其中，所述製品表現出下述測 試中的至少一種a)在直接暴露於火焰時對於火焰傳播的反應，按照 DIN EN 531:02.95準則規範(DIN ISO15025:02.03標準測試法)，屬於A 級；b)暴露於火焰時的傳熱性，按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN EN 367:11.92標準測試法)屬於Bl級或更高級(B2、 B3、 B4或B5);或 c)暴露於輻射熱時的傳熱性，按照DIN EN 531:02.95準則規範(DIN EN 366:05.93標準測試法)屬於CI級或更高級(C2、 C3或C4)。
21、根據權利要求20所述的製品，其中，所述製品滿足所有的測 試要求。
全文摘要
本發明涉及具有改進的耐用性的阻燃耐熱彈力織物。所述彈力織物包含交聯聚烯烴彈性纖維，這些纖維可以與本質阻燃纖維聯合製成包芯紗。利用公知技術，如經紗或緯紗機織或者用與其他阻燃纖維或紗線的共針織技術，可以方便地將該彈性纖維或紗線製成織物。該織物適用於多種耐用或重複使用的織物應用，例如但不限於衣服(特別是防護服)和室內裝飾。
文檔編號A41D31/00GK101313094SQ200680038653
公開日2008年11月26日 申請日期2006年10月17日 優先權日2005年10月21日
發明者A·洛拉拉米亞, P·韋爾杜, W·E·斯奈德 申請人:陶氏環球技術公司