ENSEMBLE DE MATEIASSERIE OU DE MOBILIER CAPITONNE, REN-FERMANT DU SOUFRE COMME ADDITIF INHIBITANT LA COMBUSTIONLENTE ET SANS FLAMME
La présente invention se rapporte à la prévision de matières résistant à la combustion lente et sans flamme pour l'utilisation dans des ensembles de mobilier capitonné et de matelasserie, et, plus particulièrement, à un procédé pour empêcher la combustion dangereuse, lente et sans flamme, dans des matières normalement prédisposées à ce genre de combustion. De manière surprenante, la simple présence de soufre en position immédiatement adjacente à une matière prédisposée à la combustion lente et sans flamme, spécialement les matières cellulosiques classiques et les mousses de polyuréthane classiques utilisées dans des ensembles de mobilier capitonné et dans des matelas, empêche sensiblement la progression de la combustion lente et sans flamme.
Il est bien connu que les matelas et le mobilier capitonné présentent des possibilités potentiellement dangereuses du point de vue fumée et combustion lente et sans flamme, totalement différentes des propriétés de risques d'incendie d'autres matières inflammables qu'on trouve souvent au foyer. Fréquemment, un incendie fatal ou autrement désastreux résulte du fait de fumer au lit, ordinairement parce que le fumeur s'endort et que sa cigarrette allumée, tombe sur la literie, ce qui provoque des conditions de combustion lente et sans flamme augmentant constamment, produisant des fumées asphyxiantes et de la fumée provoquant des endommagements. Récemment, des efforts importants ont été entrepris pour surmonter les tendances à la combustion lente et sans flamme de la matière utilisée dans la fabrication d 'ensembles de matelasserie :
et de mobilier capitonné.
La littérature publiée a très récemment décrit l'aptitude nouvellement reconnue du soufre à la réduction de la tendance à la combustion lente et sans flamme de tissus du genre capitonnage. On se référera, par exemple, à un article dans l'édition de juin 1977 de Bedding Magazine, intitulé "Sulphur vs. Cigarette Ignition" où l'on indique que "La Commission de Sécurité des Produits pour Consommateurs considère actuellement une norme d'inflammabilité de mobilier capitonné qui exigerait que tout le mobilier capitonné résiste à la combustion par une cigarette".
Les premiers efforts sont indiqués dans la littérature concernant des tentatives pour réduire les tendances à la combustion lente et sans flamme de mousses de polyuréthane et de matières de type cellulosique. On se référera à l'article de McCarter "Smoldering of Flexible Polyurethane Foam" The Journal of
Consumer Product Flammability, Vol. 3, 1976, pages 128-140 et
à l'article de McCarter, "Smoldering Combustion of Cotton and Rayon" Proceedingsof the Fifth Annual Symposium on Textile Flammability, 20-21 avril 1977.
Alors que ces tentatives plus récentes ont conduit directement au sujet de la présente invention, la littérature antérieure des brevets concerne principalement l'aptitude au retardement d'inflammation de matières cellulosiques ou de matières polymères transformées en mousse. Par exemple, le brevet américain n[deg.] 3.542.701 décrit un procédé pour donner à des mousses de polystyrène des propriétés de retardement d'inflammation ou d'incendie en incorporant du soufre dans le mélange précurseur de perles de polystyrène. Le brevet américain n[deg.] 1.853.818 suggère l'addition
de diphényles comme agent d'ignifugation dans le cas de produits
en papier et en pulpe traités au soufre. L'agent d'ignifugation peut être le diphényle ou le diphényle chloré ou-leur mélange. Alors que ces procédés de contrôle de la résistance aux inflammations de matière du type capitonnage ont rencontré un succès considérable, aucun des procédés décrits de la littérature des brevets ne s'adresse au problème de la combustion lente et sans flamme dans de telles matières.
En conséquence, c'est un objet principal de la présente invention de. prévoir un ensemble de matelasserie ou de mobilier capitonné résistant à la combustion lente et sans flamme, et un procédé pour rendre les matières composites constituées par cet ensemble résistant à la combustion lente et sans flamme.
D'autres objets sont la production de matières résistant
à la combustion lente et sans flamme, dans une utilisation fortement économique de matières facilement disponibles, à un stade convenable dans le procédé de fabrication normal.
En bref, les objets de la présente invention sont réalisés en appliquant à une matière prédisposée à la combustion lente et sans flamme, faisant partie de la masse composite, une couche de soufre en position immédiatement adjacente. Certains procédés préférés comprennent le revêtement des matières composites avec du soufre dans un large réseau de formes, ainsi que l'imprégnation
des matières composites et l'imprégnation de films, de tissus et analogues pour le placement entre les couches de matières composi- ' tes. Dans chacun de ces cas, l'ensemble final de matelasserie
ou de mobilier capitonné est remarquablement résistant à la combustion lente et sans flamme, et les objets et les avantages, mentionnés précédemment, de la présente invention sont atteints, avec des avantages supplémentaires qui apparaîtront d'après la description suivante.
La combustion lente et sans flamme peut être définie
comme étant l'oxydation de produits solides sans flamme visible
et on présume qu'elle est une réaction hétérogène de surface.
C'est actuellement un sérieux danger pour la santé aux EtatsUnis et dans le monde, en ce que cette combustion est un danger mortel insidieux, dû à la capacité de ses produits gazeux d'as- phyxier les gens pendant leur sommeil. D'autres noms de la combus- tion lente et sans flamme sont la combustion sans incandescence et ' la combustion sans inflammation.
Deux domaines où la combustion lente et sans flamme est d'un intérêt important pour le moment,sont (1) les produits cellulosiques tels que la rayonne, le coton, etc..., utilisés dans
le rembourrage ou pour des tissus dans le mobilier capitonné ou
la literie et comme panneaux de fibres légers pour des structures,
et (2) la mousse flexible de polyuréthane pour le coussinage
dans le mobilier capitonné ou la literie.
L'application à la cellulose représente le problème leplus direct. La cellulose se pyrolyse directement de l'état solide à l'état vapeur sans phase plastique intermédiaire et, de ce fait, d'une manière générale, elle est fortement prédisposée
<EMI ID=1.1>
qui sont d'un intérêt particulier sont le coton, la rayonne et des fibres de bois. Il faut noter qu'en l'absence d'impuretés, les produits cellulosiques sont relativement immunisés contre la combustion lente et sans flamme (des exemples sont le coton absorbant, le papier filtre sans cendrée et des tissus de rayonne ou de coton non
<EMI ID=2.1>
Parmi des composés favorisant la.combustion lente
et sans flamme 'dans des produits cellulosiques, il y les. hydro-
<EMI ID=3.1> plomb. D'une manière spécifique, parmi les sels de sodium, seuls
le fluorure, le sulfate et le borate sont inefficaces-en tant qu'agents promoteurs de la combustion lente et sans flamme.
La combustion lente et sans flamme d'une mousse flexible
de polyuréthane est un procédé plus varié et plus complexe que
celui des produits cellulosiques. La plupart des mousses brûlent lentement et sans flamme seulement en relation et en interaction avec un autre carburant, comme, par exemple, avec le recouvrement de tissus de capitonnage qui brûlent lentement sans flam-
me.
- Dans l'environnement de matelas et de matières de capitonnage cellulosiques et en polyuréthane, on présume que la combustion lente et sans flamme (combustion sans incandescence, sans inflammation) est une réaction d'oxydation à l'interface entre une phase gazeuse contenant de l'oxygène (Réactif A) et un solide ri- che en carbone (Réactif B) produisant différents gaz (produits de réaction C), tels que de l'oxyde de carbone et du gaz carboni- que : ,
Gaz A + Solide B ,. Gaz C
Dans la région de l'interface, il semble qu'il y ait des
<EMI ID=4.1> .subissent diverses réactions en chaîne ou séquentielles les unes avec les autres et avec le réactif solide, pour donner une réaction d'oxydation totale.
On pense qu'un inhibiteur de combustion lente et sans flamme peut fonctionner en réagissant, soit en phase gazeuse, soit
<EMI ID=5.1>
tives, afin d'éviter, d'interrompre, de terminer, ou de retarder la participation de ces espèces dans la chaîne réactionnelle, en ralentissant ou en arrêtant ainsi toute la chaîne et la réaction
<EMI ID=6.1>
phase gazeuse au voisinage de réaction ou, moins probablement, en phase solide âpres;réaction et dépôt sur celle-
<EMI ID=7.1>
vapeur appréciable (10 mm Hg à 246[deg.]C, 100 mm Hg à 333[deg.]C, 400 mm Hg
<EMI ID=8.1>
tant qu'inhibiteur de combustion lente et sans flamme en raison
<EMI ID=9.1>
combustion lente et sans flamme, la vapeur de S2 étant ensuite introduite dans la zone de combustion lente et sans flamme, dans le courant d'air qui y pénètre.
La dose du soufre,que l'on peut appliquer sur la matière en fondant des produits solides déposés, en déposant une vapeur, en imprégnant par un liquide, ou en pratiquant un dépôt à partir
<EMI ID=10.1>
sion ou analogues est une quantité suffisante pour empêcher la combustion substantielle lente et sans flamme de la matière. Dans
<EMI ID=11.1>
protéger les produits de matelasserie et de capitonnage, dans lesquels au moins la surface de la matière adjacente à une surface vulnérable est revêtue ou imprégnée. Cette matière en surface peut être une mousse souple de polyuréthane recouverte par un tissu
<EMI ID=12.1>
extérieure cellulosique recouverte par un tissu prédisposé à la combustion lente et sans flamme. Le tissu prédisposé à la combustion lente et sans flamme peut être avantageusement rendu résistant à cette combustion par application de soufre dans l'opération classique de revêtement à l'envers, c'est-à-dire l'application d'un revêtement élastomère au-dessous (face inférieure) du tissu .
Un dosage pratique va de très faibles quantités efficaces en posi-
<EMI ID=13.1>
et sans flamme jusqu'à des gammes de 25 à 300 g/m . On peut protéger des panneaux de fibres de bois avec des doses comparables à celles des autres produits cellulosiques en recouvrant ou en imprégnant les panneaux pendant ou après la dernière étape de leur fabrication.
On peut appliquer le soufre à des matières durant leur fabrication ou au cours de leur assemblage sous forme d'unités
de matelasserie pu d'unités de mobilier. On peut appliquer le soufre sous différentes formes et selon différentes manières, telles que par dépôt de soufre liquide ou vaporisé, ou par application de soufre solide, telle qu'une poudre, avec fusion ultérieure in situ pour améliorer l'adhérence si nécessaire, ou par dépôt à partir d'une pulvérisation de liquide ou à partir de liquides comprenant des solutions, des émulsions, des suspensions et analogues. Des solvants de dépôt couramment employés comprennent le sulfure de carbone ou le tétrachlorure de carbone. Des supports de latex sont aussi excellents pour les opérations de revêtement à l'envers.
La latex peut être le latex classique de revêtement à l'envers ou un latex supplémentaire résistant à la combustion lente et sans flamme. L'imprégnation ou le revêtement doit se propager généralement sur environ 1 à 3 mm dans la matière ou, pour une matière plus mince, dans l'épaisseur de la matière.
Des normes proposées pour la résistance à l'inflammabilité par combustion par une cigarette de mobilier capitonné, sont exposées dans PFF 6-76 partie 1633. Ces normes proposées divisent les tissus capitonnés en quatre catégories, classes A, B, C
et D. Les tissus de la classe D sont ceux qui produisent un ou plusieurs charbonnements de 7,5 cm ou plus sur des panneaux d'essai, dans le test de panneaux de fibres de verre et sont appelés tissus prédisposés à la combustion lente et sans flamme. Le dernier essai fait reposer le tissu d'essai sur un panneau de fibres de verre et mesure la longueur et la quantité de combustion lente et sans flamme obtenues. Les classes restantes A, B et C montrent une résistance supérieure à la combustion lente et sans flamme. On
<EMI ID=14.1>
té des tissus utilisés dans l'ameublement capitonné actuellement aux Etats-Unis et, en tant que tels, ils ne passent pas l'essai minimum nécessaire. Avec l'addition de soufre pour empêcher la combustion lente et sans flamme, on peut utiliser de tels tissus de capitonnage sur des matières telles que des produits cellulosiques et des mousses de polyuréthane. Des normes simultanées et rattachées sont passées dans la législation concernant la literie. Dans certains cas où il peut ne pas être souhaitable de revêtir le tissu à l'envers, le soufre peut être placé sur une doublure intermédiaire, c'est-à-dire une couche de matière placée entre le tissu et la matière de coussin. Dans ces cas là, la dose peut être augmentée à 25-100 %, si cela est nécessaire, et selon la tendance de la matière adjacente à la combustion lente et sans flamme.
La présente invention comprend l'addition du soufre en quantités allant jusqu'à 300 g/m , de préférence dans l'interval-
le de 25 à 300 g/m2 sur une profondeur d'au moins 3 mm directe-
ment sur des tissus et des fibres, comprenant des produits cellu- losiques, tels que la rayonne, des balles de coton, des fibres de bois, etc..., de même que sur des matières telles qu'une mousse flexible de polyuréthane, du caoutchouc de néoprène et du latex pour la protection contre la combustion lente et sans flamme des matières assemblées, sans autre protection par un sur-revêtement traité.
Des produits de capitonnage peuvent être définis comme étant une couche unique telle que de la bourre (rembourrage) de co- ' ton ou une mousse de polyuréthane ou une construction à multicouches intercalées des mêmes matières qui peut comprendre d'autres couches, telles que des fibres de polyester, un tissu de mousseline,
du caoutchouc de néoprène, etc... Dans chaque cas, la matière est couverte ou enveloppée avec une couche supérieure (revêtement) de tissu sensible à la combustion lente et sans flamme.
La figure unique montre une comparaison de combustion lente et sans flamme. Sur cette figure,A désigne la bourre de coton
<EMI ID=15.1>
produit dit Flexel (mélange coton-polyester) et E la bourre de coton traitée par S.
EXEMPLE 1
Cet exemple se réfère à la figure 1 et aux quatre dessins représentés de gauche à droite.
L'essai 1 sur la gauche,note une destruction complète
de la bourre-de coton et le signe le dénote.
La seconde figure montre un échantillon dans lequel le coton a été traité avec de l'anhydride borique, d'une manière semblable à un procédé couramment utilisé par l'industrie. Les résultats dans ce cas montrent que la cigarette a brûlé complètement, en laissant une cendre blanche et une surface peu importante de coton endommagé. Si un tissu de classe D recouvrait cette bourre, il aurait été consommé par combustion lente et sans flamme, amorcée par la cigarette.
Le troisième panneau est un produit vert foncé qui est
un mélange de fibres de polyester et de coton (Flexel - Rancom Company, Memphis, Tennessee). Dans ce cas, la cigarette d'essai brûle complètement mais la combustion lente et sans flamme ne progressait pas très loin sur le tissu.A nouveau, un tissu de classe D sur cette matière aurait été entièrement consommé.
Le quatrième dessin,qui est celui de l'extrême droite, est de la bourre de coton ordinaire, traitée avec du soufre selon
la présente invention. La cigarette de l'essai s'est éteinte à environ 1/3 de sa longueur. Avec un tissu de classe D sur la bourre et placé sous la cigarette, la combustion lente et sans flamme dans le tissu de capitonnage se serait arrêtée.
EXEMPLE 2
On réalise les essais suivants sur des assemblages de mobiliers capitonnés, en indiquant les traitements minima de soufre tels qu'appliqués sur la surface ou dans la matière pour l'assemblage en vue de passer la norme fédérale proposée pour du mobilier capitonné (essai à la cigarette PFF6-76,partjel633).
Essais sur des sièges :
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Comme cet exemple l'indique, différentes quantités de soufre sont exigées pour les différents types de matières de capitonnage. Ceci dépend également de la surface d'application du soufre. Des quantités de soufre même inférieures à 25 g/m<2>, par exemple, seront aussi convenables dans certaines applications.
EXEMPLE 3
Dans cet exemple, plusieurs échantillons de morceaux de tissus ont été testés pour déterminer l'augmentation de résistance à la combustion lente et sans flamme, après traitement avec du soufre dans divers procédés de revêtement à l'envers du tissu. Dans chaque cas,-le morceau de tissu était un tissu de capitonnage de la classe D. Des comparaisons ont été faites pour le revêtement à l'envers d'un échantillon de tissu complètement non traité avec du soufre ou avec une compositioncontenant du soufre, et le traitement d'un échantillon de tissu, classiquement revêtu à l'envers, avec un autre revêtement à l'envers de soufre ou d'une composition contenant du soufre.
Les applications de soufre utilisées comprennent du soufre seul, du soufre plus du silicate de sodium, du soufre plus un latex de revêtement à l'envers et du soufre plus du silicate de sodium plus un latex de revêtement à l'envers. Le latex utilisé était un latex du commerce, classiquement employé sur du tissu de capitonnage. Les latex classiques de revêtement à l'envers comprennent le latex du type caoutchouc de styrène-butadiène et le latex du type acrylique. Quel que soit le latex utilisé, le soufre peut être convenablement mis en suspension dans la composition de latex, avant l'application du revêtement à l'envers.
D'autre part, le soufre peut être également mis en suspension dans du silicate de sodium ou du verre à l'eau, et appliqué au tissu séparément ou mélangé avec le latex et revêtu à l'envers dans une seule opération. Des échantillons expérimentaux particuliers démontraient que des tissus de la classe D pouvaient être améliorés pour passer le test d'inflammation par une cigarette, par un revêtement à l'envers de soufre, fortement avantageux et économique. Les compositions de revêtement à l'envers ont été employées comme suit :
A. Soufre pulvérulent mis en suspension dans du silicate de sodium.
B. Soufre pulvérulent mis en suspension dans du latex, et
C. Soufre pulvérulent mis en suspension dans un mélange de latex et de silicate de sodium.
EXEMPLE 4
<EMI ID=18.1>
conduite en appliquant le soufre ou le revêtement contenant du soufre à la plaque de mousse en polyuréthane pour déterminer la résistance à l'inflamF cion par une cigarette. Là encore, une simple technique de revêtement s'est révélée couronnée de succès pour fournir une matière résistant à la combustion lente et sans flamme.
Comme les exemples ci-dessus l'indiquent, l'addition
de soufre dans une couche adjacente à une matière prédisposée à
la combustion lente et sans flamme,améliore efficacement la matière pour fournir une matière résistant à la combustion lente et sans flamme, indépendamment du procédé d'application particulier du soufre. En conséquence, alors que le procédé le plus économique semble actuellement être l'addition de soufre à l'opération classique de revêtement à l'envers du recouvrement de tissu, d'autres procédés d'application peuvent comprendre la pulvérisation de soufre pulvérulent sur du tissu, une matière transformée en mousse et analogues, la fixation par la chaleur, la pulvérisation sur la matière sous
<EMI ID=19.1>
sion, l'immersion des matières dans une composition contenant du soufre, ou l'addition de soufre à la matière de capitonnage dans le
-4 procédé d'assemblage. Il est, bien sûr, avantageux de concentrer la couche de soufre dans une surface très proche de la source de com- bustion possible et, en conséquence, le procédé de revêtement à l'envers du recouvrement de tissu est fortement avantageux du point de vue de l'efficacité et de l'économie.
Du tissu de capitonnage amélioré, à résistance augmentée
à la combustion lente et sans flamme, peut aussi être convenablement utilisé dans l'industrie du nouveau capitonnage. Dans ce
but, un recouvrement de tissu revêtu a l'envers, contenant du soufre en quantité efficace, peut être employé. D'autres possibilités comprennent une matière de coussin en mousse traitée au soufre et une matière de capitonnage cellulosique traitée au soufre,qui peuvent .être simplement placéesimmédiatement sous le tissu capitonné de nouveau. On envisage également que des compositions de solution de revêtement à l'envers puissent être rendues disponibles afin que tout tissu ou toute matière du type coussin de capitonnage puisse être traité durant une opération de nouveau capitonnage. Par exemple, une pulvérisation par aérosol de latex contenant du soufre ou de solution de revêtement à l'envers peut être appliquée au recouvrement de tissu, et cuite à l'air ou durcie thermiquement avant
le nouveau capitonnage.
L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de
la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art..
REVENDICATIONS
1 - Ensemble composite de matelasserie ou de mobilier capitonné, caractérisé en ce qu'il comprend des couches de matière où la surface intérieure de la couche extérieure, normalement prédisposée à la combustion lente et sans flamme, est en contact intime avec une couche contenant du soufre, en quantité efficace pour rendre cet ensemble résistant à la combustion lente et
sans flamme.
SET OF MATERIALS OR FURNITURE CAPITONNE, CONTAINING SULFUR AS AN ADDITIVE INHIBITTING COMBUSTIONLENT AND WITHOUT FLAME
The present invention relates to the provision of flame retardant and flame resistant materials for use in upholstered furniture and quilting assemblies, and more particularly to a method of preventing hazardous, slow and flameless burning. , in materials normally predisposed to this type of combustion. Surprisingly, the mere presence of sulfur in a position immediately adjacent to a material prone to slow and flameless combustion, especially conventional cellulosic materials and conventional polyurethane foams used in upholstered furniture sets and in mattresses, substantially prevents the progression of slow and flameless combustion.
It is well known that mattresses and upholstered furniture present potentially hazardous possibilities from the point of view of smoke and slow and flameless combustion, totally different from the fire hazard properties of other flammable materials often found in the home. Frequently, a fatal or otherwise disastrous fire results from smoking in bed, usually because the smoker falls asleep and his lit cigarette falls on the bedding, causing slow and flameless burning conditions to constantly increase, producing asphyxiating fumes and smoke causing damage. Recently, significant efforts have been made to overcome the slow and flameless burning tendencies of the material used in the manufacture of quilting sets:
and upholstered furniture.
The published literature has very recently described the newly recognized ability of sulfur to reduce the sluggish and flameless burning tendency of upholstery-like fabrics. Reference is made, for example, to an article in the June 1977 issue of Bedding Magazine, entitled "Sulfur vs. Cigarette Ignition" where it is stated that "The Consumer Product Safety Commission is currently considering a standard of flammability of upholstered furniture which would require all upholstered furniture to resist combustion by a cigarette.
Early efforts are reported in the literature regarding attempts to reduce the slow and flameless burning tendencies of polyurethane foams and cellulose-like materials. Reference is made to McCarter's article "Smoldering of Flexible Polyurethane Foam" The Journal of
Consumer Product Flammability, Vol. 3, 1976, pages 128-140 and
to McCarter's article, "Smoldering Combustion of Cotton and Rayon" Proceedings of the Fifth Annual Symposium on Textile Flammability, April 20-21, 1977.
While these more recent attempts have led directly to the subject of the present invention, the prior patent literature relates primarily to the flame retardancy of cellulosic or foamed polymeric materials. For example, US Pat. No. 3,542,701 describes a process for imparting ignition or fire retardant properties to polystyrene foams by incorporating sulfur into the precursor mixture of polystyrene beads. US Patent No. 1,853,818 suggests the addition
of diphenyls as a flame retardant in the case of products
of paper and pulp treated with sulfur. The flame retardant can be diphenyl or chlorinated diphenyl or a mixture thereof. While these methods of controlling the ignition resistance of padding-type material have met with considerable success, none of the disclosed methods of the patent literature address the problem of slow and flameless combustion in such materials.
Accordingly, it is a main object of the present invention. provide a set of quilting or padded furniture resistant to slow combustion and flameless, and a process for making the composite materials formed by this set resistant to slow combustion and flameless.
Other objects are the production of resistant materials
by slow, flameless combustion, in a highly economical use of readily available materials, at a suitable stage in the normal manufacturing process.
Briefly, the objects of the present invention are achieved by applying to a material predisposed to slow and flameless combustion, forming part of the composite mass, a layer of sulfur in an immediately adjacent position. Some preferred methods include coating the composite materials with sulfur in a wide array of shapes, as well as impregnation.
composite materials and the impregnation of films, fabrics and the like for placement between layers of composite materials. In each of these cases, the final set of quilting
or upholstered furniture is remarkably resistant to slow and flameless combustion, and the objects and advantages, mentioned above, of the present invention are achieved, with additional advantages which will become apparent from the following description.
Slow and flameless combustion can be defined
as being the oxidation of solid products without visible flame
and it is assumed to be a heterogeneous surface reaction.
It is currently a serious health hazard in the United States and around the world, in that this combustion is an insidious lethal hazard, due to the ability of its gaseous products to asphyxiate people while they sleep. Other names for slow, flameless combustion are non-incandescent combustion and non-ignition combustion.
Two areas where slow and flameless combustion is of great interest at the moment are (1) cellulosic products such as rayon, cotton, etc., used in
upholstery or for fabrics in upholstered furniture or
bedding and as lightweight fiber boards for structures,
and (2) flexible polyurethane foam for cushioning
in upholstered furniture or bedding.
The application to cellulose represents the most direct problem. Cellulose pyrolysis directly from the solid state to the vapor state without an intermediate plastic phase and, therefore, in general, it is strongly predisposed
<EMI ID = 1.1>
which are of particular interest are cotton, rayon and wood fibers. It should be noted that in the absence of impurities, cellulosic products are relatively immune to slow and flameless combustion (examples are absorbent cotton, ashless filter paper, and non-woven rayon or cotton fabrics.
<EMI ID = 2.1>
Among the compounds favoring slow burning
and without flame 'in cellulosic products, there are them. hydro-
<EMI ID = 3.1> lead. Specifically, among the sodium salts, only
fluoride, sulphate and borate are ineffective as agents for promoting slow and flameless combustion.
The slow, flameless combustion of a flexible foam
polyurethane is a more varied and complex process than
that of cellulosic products. Most foams burn slowly and without flame only in connection and interaction with another fuel, such as, for example, with the covering of upholstery fabrics which burn slowly without flame.
me.
- In the environment of cellulosic and polyurethane mattresses and padding materials, slow and flameless combustion (combustion without incandescence, without ignition) is presumed to be an oxidation reaction at the interface between a gas phase containing oxygen (Reactant A) and a carbon-rich solid (Reagent B) producing different gases (reaction products C), such as carbon monoxide and carbon dioxide:,
Gas A + Solid B,. Gas C
In the interface region, it seems that there are
<EMI ID = 4.1>. Undergo various chain or sequential reactions with each other and with the solid reagent, to give a total oxidation reaction.
It is believed that a slow, flameless combustion inhibitor can function by reacting, either in the gas phase or
<EMI ID = 5.1>
tives, in order to avoid, interrupt, terminate, or delay the participation of these species in the reaction chain, thereby slowing or stopping the entire chain and the reaction
<EMI ID = 6.1>
gaseous phase in the vicinity of reaction or, less probably, in harsh solid phase; reaction and deposition thereon
<EMI ID = 7.1>
appreciable vapor (10 mm Hg at 246 [deg.] C, 100 mm Hg at 333 [deg.] C, 400 mm Hg
<EMI ID = 8.1>
as a slow, flameless combustion inhibitor due to
<EMI ID = 9.1>
slow and flameless combustion, the vapor of S2 then being introduced into the slow and flameless combustion zone, into the air stream which enters it.
The dose of sulfur, which can be applied to the material by melting deposited solid products, by depositing a vapor, by impregnating with a liquid, or by practicing a deposit from
<EMI ID = 10.1>
Zion or the like is an amount sufficient to prevent substantial slow and flameless combustion of the material. In
<EMI ID = 11.1>
protecting quilting and upholstery products, in which at least the surface of the material adjacent to a vulnerable surface is coated or impregnated. This surface material may be a flexible polyurethane foam covered by a fabric
<EMI ID = 12.1>
cellulose exterior covered by a fabric predisposed to slow combustion and without flame. The fabric predisposed to slow and flameless combustion can be advantageously made resistant to this combustion by application of sulfur in the conventional back-coating operation, that is to say the application of an elastomeric coating on the backside. - below (underside) of the fabric.
Practical dosage ranges from very low effective amounts to posi-
<EMI ID = 13.1>
and flameless up to ranges from 25 to 300 g / m. Fiberboard panels can be protected at rates comparable to those of other cellulosic products by covering or impregnating the panels during or after the last stage of their manufacture.
Sulfur can be applied to materials during their manufacture or during their assembly as units
of quilting or furniture units. Sulfur can be applied in different forms and in different ways, such as by deposition of liquid or vaporized sulfur, or by application of solid sulfur, such as a powder, with subsequent melting in situ to improve adhesion if necessary, or by deposition from a liquid spray or from liquids including solutions, emulsions, suspensions and the like. Commonly employed deposition solvents include carbon disulfide or carbon tetrachloride. Latex backings are also excellent for reverse coating operations.
The latex can be the classic back coating latex or an additional flame resistant, flameless latex. The impregnation or coating should propagate generally about 1 to 3 mm in the material or, for thinner material, in the thickness of the material.
Proposed standards for the resistance to cigarette-burning flammability of upholstered furniture are set out in PFF 6-76 part 1633. These proposed standards divide upholstered fabrics into four categories, classes A, B, C
and D. Class D fabrics are those which produce one or more chars of 7.5 cm or more on test panels, in the fiberglass panel test and are called fabrics prone to slow combustion and flameless. The last test rests the test fabric on a fiberglass board and measures the length and amount of slow, flameless combustion achieved. The remaining classes A, B and C show superior resistance to slow and flameless combustion. We
<EMI ID = 14.1>
of fabrics used in upholstery in the United States today and as such do not pass the minimum necessary test. With the addition of sulfur to prevent slow and flameless combustion, such upholstery fabrics can be used on materials such as cellulosics and polyurethane foams. Simultaneous and related standards are passed in the bedding legislation. In some cases where it may not be desirable to coat the fabric inside out, the sulfur can be placed on an intermediate liner, i.e. a layer of material placed between the fabric and the cushion material. In these cases the dose can be increased to 25-100%, if necessary, and depending on the tendency of the adjacent material to slow, flameless combustion.
The present invention comprises the addition of sulfur in amounts up to 300 g / m, preferably in the range-
le from 25 to 300 g / m2 to a depth of at least 3 mm direct-
ment on fabrics and fibers, including cellulosic products, such as rayon, cotton bales, wood fibers, etc., as well as on materials such as flexible polyurethane foam, neoprene rubber and latex for slow, flameless combustion protection of the assembled materials, without further protection by a treated overcoat.
Upholstery products can be defined as a single layer such as cotton fill (padding) or polyurethane foam or a multi-layer construction interposed from the same materials which can include other layers, such as fabrics. polyester fibers, a muslin fabric,
neoprene rubber, etc. In each case, the material is covered or wrapped with a top layer (covering) of sensitive, slow-burning and flameless fabric.
The single figure shows a comparison of slow and flameless combustion. In this figure, A denotes the cotton floss
<EMI ID = 15.1>
product known as Flexel (cotton-polyester blend) and E the cotton floss treated by S.
EXAMPLE 1
This example refers to Figure 1 and the four drawings shown from left to right.
Trial 1 on the left, notes complete destruction
cotton wool and the sign denotes it.
The second figure shows a sample in which the cotton has been treated with boric anhydride, in a manner similar to a process commonly used by industry. The results in this case show that the cigarette burned completely, leaving a white ash and a small area of damaged cotton. If a class D fabric covered this wad, it would have been consumed by slow and flameless combustion, initiated by cigarettes.
The third panel is a dark green product which is
a blend of polyester and cotton fibers (Flexel - Rancom Company, Memphis, Tennessee). In this case, the test cigarette burns completely but the slow, flameless combustion did not progress very far on the fabric. Again, a Class D fabric on this material would have been completely consumed.
The fourth drawing, which is the one on the far right, is ordinary cotton floss, treated with sulfur according to
the present invention. The test cigarette extinguished at about 1/3 of its length. With a Class D fabric over the wad and placed under the cigarette, the slow, flameless burning in the upholstery fabric would have stopped.
EXAMPLE 2
The following tests are carried out on upholstered furniture assemblies, indicating the minimum sulfur treatments as applied to the surface or in the material for the assembly in order to pass the proposed federal standard for upholstered furniture (test at the cigarette PFF6-76, partjel633).
Tests on seats:
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
As this example indicates, different amounts of sulfur are required for different types of upholstery material. This also depends on the sulfur application surface. Amounts of sulfur even below 25 g / m 2, for example, will also be suitable in some applications.
EXAMPLE 3
In this example, several samples of fabric pieces were tested to determine the increase in resistance to slow and flameless combustion, after treatment with sulfur in various back coating methods of the fabric. In each case, the piece of fabric was a class D upholstery fabric. Comparisons were made for the reverse coating of a fabric sample completely untreated with sulfur or with a composition containing sulfur, and treating a fabric sample, typically reverse coated, with another reverse coating of sulfur or a sulfur-containing composition.
Sulfur applications used include sulfur alone, sulfur plus sodium silicate, sulfur plus backcoat latex and sulfur plus sodium silicate plus backcoat latex. The latex used was a commercial latex, conventionally used on upholstery fabric. Conventional back-coating latexes include styrene-butadiene rubber type latex and acrylic type latex. Regardless of the latex used, sulfur can be suitably suspended in the latex composition, prior to application of the back coating.
On the other hand, the sulfur can also be suspended in sodium silicate or water glass, and applied to the fabric separately or mixed with the latex and coated inside out in a single operation. Particular experimental samples demonstrated that class D fabrics could be improved to pass the cigarette ignition test, by reverse coating of sulfur, highly beneficial and economical. The back coating compositions were employed as follows:
A. Powdered sulfur suspended in sodium silicate.
B. Powdered sulfur suspended in latex, and
C. Powdered sulfur suspended in a mixture of latex and sodium silicate.
EXAMPLE 4
<EMI ID = 18.1>
conducted by applying the sulfur or sulfur-containing coating to the polyurethane foam plate to determine the resistance to cigarette ignition. Again, a simple coating technique has been found to be successful in providing a slow burning and flameless resistant material.
As the examples above indicate, the addition
sulfur in a layer adjacent to a material predisposed to
slow, flameless combustion effectively improves the material to provide a material resistant to slow and flameless combustion, regardless of the particular sulfur application process. Accordingly, while the most economical method currently appears to be the addition of sulfur to the conventional backcoat operation of the fabric cover, other application methods may include spraying powdered sulfur onto fabric. fabric, foamed material and the like, heat fixing, spraying onto the material under
<EMI ID = 19.1>
tion, immersing the material in a composition containing sulfur, or adding sulfur to the padding material in the
-4 assembly process. It is, of course, advantageous to concentrate the sulfur layer in an area very close to the possible source of combustion and, therefore, the process of back coating the fabric cover is highly advantageous from a standpoint. efficiency and economy.
Improved upholstery fabric with increased resistance
slow burning and flameless, can also be suitably used in the new upholstery industry. In this
however, a back-coated fabric cover containing sulfur in an effective amount can be employed. Other possibilities include a sulfur treated foam cushion material and a sulfur treated cellulosic padding material, which can simply be placed immediately under the new padded fabric. It is also envisioned that back coating solution compositions may be made available so that any fabric or cushion type material can be processed during a re-upholstery operation. For example, an aerosol spray of sulfur-containing latex or reverse coating solution can be applied to the fabric cover, and air baked or heat cured before
the new upholstery.
The appreciation of some of the measurement values indicated above must take into account the fact that they come from
converting imperial units to metric units.
The present invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described; on the contrary, it is susceptible of variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
CLAIMS
1 - Composite set of quilting or padded furniture, characterized in that it comprises layers of material where the inner surface of the outer layer, normally predisposed to slow and flameless combustion, is in intimate contact with a layer containing sulfur, in an amount effective to make this assembly resistant to slow combustion and
flameless.