CH257573A

CH257573A - Apparat zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs von Menschen und Tieren.

Info

Publication number: CH257573A
Authority: CH
Inventors: Fleisch Alfred Dr Prof
Original assignee: Fleisch Alfred Dr Prof
Priority date: 1946-12-10
Filing date: 1946-12-10
Publication date: 1948-10-15

Description

Die hier beschriebene Erfindung betrifft die Venvendung von Phosphorsäure zur Flammfestausrüstung von Polypropylen-, Poly(hexamethylenadipamid)-, Polycaproamid- oder Poly(m-phenylenisophthalamid)-fasern enthaltenden Textilien durch Ablagerung von Phosphorsäure auf diesen Textilien.

Kleidung zum Gebrauch unter Bedingungen, unter denen in Notfällen eine gefährliche thermische Einwirkung vorhanden sein könnte, sollte den folgenden Minimalanforderungen genügen: a) Das Gewebe, aus dem die Kleidung hergestellt ist, sollte beim Einwirken von offenen Flammen oder erhöhter Temperatur gegen Brennen, Schmelzen oder Zersetzung beständig sein. b) Das Gewebe sollte unter Einwirkung von Hitze masshaltig bleiben, da ein stärkeres thermisches Schrumpfen die Beweglichkeit des Trägers der Kleidung behindert. c) Die Kleidung sollte als wirksame Wärmebarriere dienen und dadurch ernsthafte Hautverbrennungen verhindern. d) Die Kleider sollten dauerhaft und bequem sein und so zum Tragen einladen.

Es ist bekannt, normalerweise entflammbare Textilien aus natürlichen wie auch aus synthetischen Stoffen mit Chemikalien, z. B. Ammoniumphosphat, Tetrakis(hydroxymethyl)- phosphoniumoxyden und deren Polymeren und dergleichen zur Flammhemmendmachung zu behandeln.

Solche Behandlungen sind zwar zum Flammhemmendmachen von Geweben, z. B. von Vorhängen, Decken, Jacken und dergleichen unter normalen Gebrauchsbedingungen brauchbar, sie sind jedoch ungenügend zur Flammschutzausrüstung für Notfälle oder zur Verwendung unter höchst gefährlichen Bedingungen, so z. 13. für Piloten-Fluganzüge oder Spezialkleidung zur Verwendung in sauerstoffangereicherter Atmosphäre.

Synthetische Materiaiien. z. B. Polybenzimidazole und Polyamide wie Poly(m-phenylenisophthalamide), welche im Vergleich zu anderen Synthetika. z. B. Polypropylen und Polyamiden wie Polyhexamethylenadipamide und Polycaproamide, eine verbesserte Wärmebest ndigkeit aufweisen, sind bekannt, und Fasern aus diesen Polymeren haben die herkömmlicheren tlammhemmenden Stoffe in verschiedenen Spezialanwendungen verdrängt. Es besteht jedoch immer noch ein Bedürfnis nach einer Faser mit gegenüber den oben genannten Fasern u bcrlegencn thermischen Eigenschaften.

Aus den US-PS Nr. 1 a37 15 () und GB-PS Nr. 1 < 122 083 sind Verfahren zur Flammfestausrüstung von Textilma terialien, die aus gegebenenfalls modifizierter Cellulosc bzw.

Celluloseacetat bestehen, bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Textilgut mit verhältnismässig verdünnten phosphorsäurehaltigen Mitteln behandelt. Den genannten Patentschriften kann nicht entnommen werden, wie Textilien aus chemisch völlig andersartig zusammengesetzten Fasern wie Polypropylen-, Poly(hexamethylenadipamid)-. Polycaproamid- oder Poly(m-phenylenisophthalamid)-fasern flammfest ausgerüstet werden können. In der NL-PS Nr. 45 () 51 wird ein Verfahren zur Herstellung eines flammfestmachenden Mittels beansprucht, bei dem ein Aminoplast mit Phosphorsäure, Borsäure oder Bromwasserstoffsäure vermischt wird. Dieser Patentschrift kann nicht entnommen werden, wie synthetische faserförmige Materialien in einfacher Weise flammfest gemacht werden können.

In der US-PS Nr. 2 684 953 wird ein schäumendes Überzugsmittel für Baumaterialien aus Cellulose beschrieben, das Harnstoff, eine Formaldehydquelle, ein hydrophiles Kohlenhydrat, eine filmbildende, wässrige, latexähnliche Dispersion eines Copolymers aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, sowie ein Schäumungsmittel enthält. In der US-PS Nr. 2 971 931 ist ein Verfahren zum Flammfestmachen von Cellulosefasern geoffenbart bei dem die Cellulosefasern mit einem Mittel behandelt werden, das eine wachsähnliche Verbindung, die hydroxylierte aliphatische Acylgruppe enthält, ein hydrophiles Schutzcolloid, ein Dispersionsmittel, Monomethyloldicyandiamid und Phosphorsäure enthält.

Die Phosphorsäure dient bei diesem Verfahren dazu, das Mono methyloldicyandiamidformaldehydkondensat durch tberfüh- rung in einen Komplex löslich zu machen. Die DT-OS Nummer 2 005 589 betrifft ein Verfahren zur Herstellung flammwidriger Textilien, bei dem die Textilien mit einem Gemisch von Kunstharzen, die Phosphor in freier Form als roten Phosphor oder in gebundener Form enthalten, behandelt werden. Bei den Verbindungen, die Phosphor in gebundener Form enthalten, handelt es sich neben vielen anderen Phosphorverbindungen um Ester des Kunstharzes mit einer Phosphorsäure.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, dass Phosphorsäure zur Flammfestausrüstung von Polypropylen-, Poly(hexamethylenadipamid) -, Polycaproamid- oder Poly (m-phenylenisophthalamid)-fasern enthaltenden Textilien gut geeignet ist. Diese Textilien sind ohne Phosphorsäurebehandlung normalerweise entflammbar und können durch Verwendung bekannter Flammschutzmittel nur ungenügend flammfest ausgerüstet werden. Vorzugsweise wird dabei eine solche Menge einer Phosphorsäure auf dem Textilgut abgelagert. dass der Sauerstoffindex des behandelten Guts auf mindestens 4(1 erhöht wird.

Der Sauerstoffindex ist definiert als die prozentuale Sauerstoffkonzentration in einer Mischung von Sauerstoff und Stickstoff, welche zur Aufrechterhaltung von Gleichgewichtsbrennbedingungen befähigt ist, d. h. eine der Wärmeabgabe an die Umgebung entsprechende Verbrennungswärme erzeugt. Physikalisch entspricht der Sauerstoffindex der niedrigsten Sauerstoffkonzentration in einer Atmosphäre von Sauerstoff und Stickstoff, welche eine anhaltende Verbrennung des Materials gestattet, und er berechnet sich folgendermassen:
100 x O, Sauerstoffindex = 02+N2 wobei O2 die Sauerstoffkonzentration unter Gleichgeschwindigkeitsbedingungen und N2 die entsprechende Stickstoffkonzentration bezeichnet.

(Vergleiche auch J. L. Isaacs, The Oxygen Flame Flammability Test in Journal of Fire and Flammability, 1, 36f (1970)).

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf dem Textilgut mindestens 0,4 Gew. %, vorzugsweise 2 bis 25 Gew. % einer Phosphorsäure, insbesondere Orthophosphorsäure oder Pyrophosphorsäure abgelagert. Das Textilgut wird vorzugsweise mit einer solchen Menge behandelt, dass der Sauerstoffindex des behandelten synthetischen Polymers mindestens 40 beträgt.

Die erfindungsgemässe Verwendung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, So kann beispielsweise das synthetische Material im faserförmigen oder gewobenen Zustand in eine bzw. mit einer wässrigen Lösung einer Phosphorsäure eingelegt, getaucht, besprüht oder foulardiert werden, worauf das gründlich durchfeuchtete Material zur Entfernung von überschüssiger Feuchtigkeit getrocknet wird. Das behandelte Material kann bis unterhalb des Zersetzungspunktes des synthetischen Polymers erhitzt werden, ohne dass dadurch die Wirkung der Behandlung wesentlich beeinträchtigt würde.

Die erfindungsgemässe Behandlung kann mit kalten oder heissen verdünnten oder konzentrierten Lösungen der Phos phorsäuren erfolgen. Zweckmässigerweise wird 85 Wsige Orthophosphorsäure verwendet, obgleich auch höhere oder niedrigere Konzentrationen brauchbar sind.

Es können alle anorganischen Phosphorsäuren zur Verwendung gelangen. So werden Ortho-, Meta- oder Pyrophosphorsäure und Mischungen davon für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen. Orthophosphorsäure wird unter diesen wegen seiner allgemeinen Verfügbarkeit und Wirksamkeit bevorzugt. Wie oben angegeben worden ist, kann die Phosphorsäure so auf dem synthetischen Polymer aufgebracht werden, dass zuerst das Material mit elementarem Phosphor durchtränkt und anschliessend der Phosphor auf dem Substrat oxydiert und dann hydrolysiert wird. Diese Behandlung führt wahrscheinlich zur Bildung einer Mischung verschiedener Phosphorsäuren, welche jedoch der Einfachheit halber als Pyrophosphorsäure bezeichnet wird, da sie ja auch vorwiegend aus dieser Phosphorsäure besteht.

Zwar führt die Flammschutzbehandlung gemäss vorliegender Erfindung anfänglich zu Geweben mit einem Sauerstoffindex von mindestens 40, dieser Wert nimmt dann jedoch durch häufiges Waschen des behandelten Materials allmählich ab. Man hat gefunden - und dies gehört auch noch nebenbei zur vorliegenden Erfindung - dass die erfindungsgemässe Behandlung dadurch stabilisiert werden kann, d. h. waschecht gemacht werden kann, dass ein Überzug aus synthetischem Harz mit einem Sauerstoffindex von mindestens 40 auf das behandelte Substrat aufgebracht wird. Ein solches Harz ist z. B. Polyvinylidenchlorid. Ferner können auch perfluorierte organische Polymere wie Teflon dazu gebraucht werden.

Man hat also gefunden, dass, wenn ein erfindungsgemäss ausgerüstetes synthetisches Polymer durch Tauchen (dipping)..

Einlegen (immersing), Besprühen, Walzenbeschichtung oder eine sonstige Beschichtungsmethode mit einer Lösung von Polyvinylidenchlorid oder einem ähnlichen Polymer durchtränkt und anschliessend durch Abdampfen des Lösungsmittels getrocknet wird, seine Flammfestausrüstung gegen Waschen beständig gemacht wird.

Zu diesem Zwecke geeignete Lösungsmittel sind z. B.

Dioxan, Cyclohexanon, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid und Äthylacetat.

Die vorliegende Erfindung soll anhand der nun folgenden Beispiele noch näher erläutert werden. Darin beziehen sich sämtliche Teil- und Prozentangaben auf Gewichtsanteile und die Temperaturen auf C, falls nichts anderes angegeben wird.

Beispiel 1
Verschiedene Streifen von 0, 64 x 5 cm aus einem Poly (m-phenylenisophthalamid)-Gewebe von je ca. 203 g/m2 wurden in ein 85 %iges, wässriges Orthophosphorsäurebad eingetaucht.

Die nassen Streifen wurden in einem Warmluftstrom so lange getrocknet. bis die darauf befindliche Phosphorsäure Blasenbildung zeigte. Das teilweise getrocknete Material wurde dann unter dem fliessenden Wasser gespült und anschliessend in einem Warmluftstrom getrocknet.

Der Sauerstoffindex wurde nach dem im J. Fire and Flammability, 1, 36, (1970) angegebenen Verfahren gemessen und zu 46 + 0,5 bestimmt. Unbehandelte Streifen aus demselben synthetischen Material hatten einen Sauerstoffindex von 29,5 + 0,5.

Ähnliche Streifen aus einem leichteren, grün gefärbten Gewebe desselben Polymers, welcher als Hemdenstoff bezeichnet war, wurde wie oben behandelt und hatte einen Sauerstoffindex von 58 + 1.

Ähnliche Streifen aus grün gefärbtem synthetischem Gewebe, welche ebenfalls durch Einlegen in 85% ige Phosphorsäure behandelt, jedoch bis zur sichtbaren Trockenheit in einem Heissluftstrom getrocknet worden waren, hatten einen Sauerstoffindex von 64+ 1.

Beispiel 2
Es wurde eine Lösung von ca. 2 Teilen Polyvinylidenchlorid in 20 Teilen Dioxan angemacht. Ein kleines Stück des nachbehandelten Poly(m-phenylenisophthalamid)-Gewebe mit einem Sauerstoffindex von 59 I, welches gemäss Beispiel 2 erhalten worden war, wurde in die Dioxanlösung eingetaucht. Nach gründlicher Durchtränkung wurde das Gewebe im Heissluftstrom getrocknet. Die Flammfesteigensehaften des mit Polyvinylidenchlorid beschichteten Gewebes waren praktisch gleich wie beim nicht überzogenen ausgerüsteten Gewebe.

Das beschichtete Gewebe wurde durch Schwenken in 400 Teilen warmem Wasser während ca. 10 Minuten gewaschen und dann getrocknet. Die flammhemmenden Eigenschaften des gewaschenen beschichteten Gewebes waren leicht schlechter als beim ungewaschenen, beschichteten Gewebe, jedoch bedeutend besser als beim nicht ausgerüsteten Vergleichsgewebe und auch besser als beim nicht beschichteten ausgerüsteten Gewebe, das auf dieselbe Weise wie oben gewaschen worden war. Das beschichtete Gewebe wurde auch mit einer wässrigen detergenshaltigen Lösung gewaschen und erlitt dabei keinen wesentlichen Verlust der Flammfest Eigenschaften.

Beispiel 3
Die Auswirkung der Phosphorsäurebehandlung auf das Schrumpfverhalten von behandelten Geweben bei Flammeinwirkung wurde durch die folgenden Versuchsreihen ermittelt:
Poly(m-phenylenisophthalamid) -Gewebe von ca.

10 X 10 cm wurden wie folgt geprüft:
Eines der quadratischen Probestücke wurde unbehandelt als Vergleichsgewebe aufgehoben. Ein zweites Stück wurde mit 85 %oder Phosphorsäure wie in Beispiel 2 behandelt. was ein Gewebe mit einem Sauerstoffindex von 45 + 1 ergab. Ein drittes Stück wurde zweimal hintereinander mit Phosphorsäure behandelt, entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 2, wodurch ein Sauerstoffindex von 59 + 1 erreicht wurde. Alle drei Teststücke wurden im Abstand von 2,5 cm der Flamme eines Meeker-Brenners ausgesetzt (Zeitkontrolle durch einen Verschluss).

Die Stücke wurden vor und nach der Flammeneinwirkung gemessen und daraus die Schrumpfungswerte bestimmt, welche in der folgenden Tabelle aufgeführt sind:
Tabelle Probenstück Länge Länge lineare vorher nachher Schrumpfung (%) Vergleichsprobe 7,X cm 5,4 cm 30.8 Sauerstoffindex 45 7,8 cm 5,7 cm 27,0 Sauerstoffindex 49 8* () cm 6,7cm 16,3
Die obigen Daten zeigen, dass durch die erfindungsgemässe Phosphorsäurebehandlung auch die Schrumpfung bei Flammeneinwirkung herabgesetzt wird. Ferner wurde ein sichtbares Schmelzen bei der Vergleichsprobe festgestellt, während die behandelten Proben nur leicht sinterten und eine geringe dunkle Verfärbung zeigten.

Beispiel 4
Ein kleines Stück aus Polypropylenfilzmaterial wurde in ein Bad aus 85 %iger Phosphorsäure eingetaucht. Der benetzte Filz wurde in einem Heissluftstrom so vollständig wie möglich getrocknet. Bei der Prüfung in der offenen Flamme war das behandelte Material unbrennbar, schmolz jedoch. Ein unbehandeltes Stück desselben Polypropylengewebes brannte hingegen rasch über der offenen Flamme.

Die obige Behandlung wurde unter Verwendung von Nylon 66-Garn wiederholt. Nach dem Trocknen war das Garn flammfest, schmolz jedoch über der offenen Flamme.

Beispiel 5
Zu einer Lösung von ca. 1 g Polyvinylidenchlorid in ca.

25 ml Dioxan wurde ca. 1 g Pyrophosphorsäure zugegeben.

Ein Streifen aus Poly(m-phenylenisophthalamid)-Gewebe von 2,5 cm Breite und 10 cm Länge wurde in diese Lösung eingetaucht. Das imprägnierte Material wurde in einem Heissluftstrom getrocknet.

Das trockene Gewebe besass gute Feuerfestigkeitseigen- schaften im Vergleich zum unbehandelten Kontrollgewebe.

Das ausgerüstete Gewebe wurde ca. fünf Minuten in 400 ml warmem Wasser gewaschen und dann getrocknet. Die Flammfestigkeitseigenschaften des gewaschenen Gewebes waren praktisch gleich wie beim ungewaschenen ausgerüsteten Gewebe.

Beispiel 6
Proben von Poly(m-phenylenisophthalamid)-Gewebe wurde durch Einlegen in eine 85 % ige wässrige Lösung von Orthophosphorsäure von Raumtemperatur behandelt und dann durch Quetschwalzen mit einem Druck von 4,2 kg/cm2 durchgelassen.

Die behandelten Gewebeproben waren wie folgt: A: 169,5 g/m2 weiss B: 67,X g/m2 weiss C: 67,8 g/m2 grün gefärbt in Füllrichtung (fill direction) D: 67,8 g/m2 orange gefärbt in Füllrichtung (fill direction)
Die Proben wurden nach der H3PO4-Behandlung durch Einlegen in Wasser gewaschen und dann durch die Quetschwalzen hindurch geführt. Die gewaschenen Proben wurden dann 5 Minuten in einem zwangsbelüfteten Ofen getrocknet

Claims

und ihr Sauerstoffindex bestimmt. Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Probe Anzahl H3PO4-Sauerstoff- Waschgänge Aufnahme (%) index A 2 14 61,5 t 0,5 B 1 25 60,0 i 0,5 C 1 20 60,0 + 0,5 D 1 15 57,0 + 0,5 PATENTANSPRUCH Verwendung von Phosphorsäure zur Flammfestausrüstung von speziellen Fasern enthaltenden Textilien, dadurch gekennzeichnet, dass auf Polypropylen-, Poly(hexamethylenadipamid)-, Polycaproamid- oder Poly(m-phenylenisophthal- amid)-Fasern enthaltenden Textilien Phosphorsäure abgelagert wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilgut Poly(m-phenylenisophthalamid- Fasern enthält.

2. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilgut einen Sauerstoffindex von mindestens 40, vorzugsweise von etwa 60, hat.

3. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 0,4 Gew.%, vorzugsweise 2,0 bis 25 Gew. %, Phosphorsäure abgelagert wird.

4. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorsäure Orthophosphorsäure ist.

5. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorsäure Pyrophosphorsäure ist.

6. Verwendung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf das mit Phosphorsäure ausgerüstete Textilgut zusätzlich ein Überzug aus einem synthetischen Material mit einem Sauerstoffindex von mindestens 40, vorzugsweise aus Polyvinylidenchlorid, aufgebracht wird.