CN101289286A - 玄武岩纤维和玄武岩芯纱的功能性涂布方法及其涂布制品 - Google Patents

玄武岩纤维和玄武岩芯纱的功能性涂布方法及其涂布制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维和玄武岩芯纱的功能性涂布方法及其涂布制品，所述功能性涂布玄武岩纤维的方法包括：使玄武岩纤维以1～2米/分钟的通过速度通过包含50重量％～60重量％的聚四氟乙烯(PTFE)、2重量％～5重量％的非离子型表面活性剂以及水的氟类水溶液，来涂布所述玄武岩纤维，所述溶液保持在20～25℃；在80～110℃干燥所述经涂布的玄武岩纤维；将所述经干燥的玄武岩纤维加热至180～270℃；和在360～420℃烧结所述经加热的玄武岩纤维。

Description

玄武岩纤维和玄武岩芯纱的功能性涂布方法及其涂布制品
技术领域
本发明涉及功能性涂布玄武岩纤维和玄武岩芯纱的方法、使用该方法制成的玄武岩纤维和玄武岩芯纱以及由其织造的玄武岩织物。更具体而言，本发明涉及用氟类涂布剂功能性涂布玄武岩纤维从而使其具有柔性和易织造性的方法和用阻燃性磷类涂布剂功能性涂布玄武岩芯纱从而使其具有阻燃性的方法，以及在从使用该方法涂布的玄武岩芯纱织造的玄武岩织物的表面上涂布硅树脂从而提高起火时的耐穿孔性的方法。
背景技术
通常，玄武岩纤维，作为使用经长期风化然后稳定的玄武岩制成的环境友好的无机纤维，具有优异的耐热性、耐碱性和机械性能。
本申请人提交并被准许的韩国465272号注册专利公开了一种连续制作高品质玄武岩纤维的方法，所述方法包括：将玄武岩粉碎成直径为20mm以下(本文中的“以下”或“以上”均包含本数)的玄武岩屑；在1440～1480℃的温度熔融该玄武岩屑；在1380～1480℃的温度将熔融的该玄武岩屑拉制成玄武岩纤维；将拉制的玄武岩纤维缓慢冷却至960～1150℃的温度；在冷却的玄武岩纤维上涂布表面处理剂(施胶剂)；和干燥涂有该表面处理剂的玄武岩纤维然后卷绕干燥的玄武岩纤维。通过此方法，连续地制作了具有优异的耐热性、耐碱性和机械性能的连续的玄武岩纤维，特别是，可以得到具有非常优异的耐热性的阻燃性玄武岩纤维。
不过，由于玄武岩纤维因其具有非常低的剪切强度和结强度而容易被外力弄断，所以不容易使用这样的玄武岩纤维制得织物。另外，由于玄武岩纤维为无机材料，所以当用作内部装饰材料时玄武岩纤维具有较低的表面品质，并且不容易像使其他天然纤维或有机纤维(合成纤维)着色那样来直接使玄武岩纤维或玄武岩织物着色。
为了解决上述问题，本申请人提交并被准许的韩国722409号注册专利公开了用于制作玄武岩芯纱的方法和设备以及使用该方法和设备制成的玄武岩芯纱。用于制作玄武岩芯纱的方法和设备包括：将细度为300～1000旦的玄武岩纤维展开；在展开的玄武岩纤维上涂布施胶剂；将涂有该施胶剂的玄武岩纤维加热至100～180℃的温度；展开第一阻燃性纤维然后在该加热的玄武岩纤维周围卷绕所展开的第一阻燃性纤维，从而制成玄武岩芯纱；并卷绕所制成的玄武岩芯纱。
玄武岩芯纱包含作为芯(主纤维)的玄武岩纤维和覆盖该玄武岩纤维的阻燃性纤维(子纤维)，优点在于：当该阻燃性纤维具有良好的触感、吸湿性、光泽度和着色性时，该阻燃性纤维显示出纤维的一般性质，从而弥补玄武岩纤维的缺点，并使得作为芯(主纤维)的玄武岩纤维能够显示耐热性。
不过，韩国722409号注册专利公开的玄武岩芯纱的问题在于：必须将阻燃性纤维用作子纤维，并且在织造过程之中或者之后，构成玄武岩芯纱的芯的玄武岩纤维总是弯曲的，因而容易断裂。
发明内容
为了解决上述的与玄武岩纤维有关的问题，本发明人进行了长期的深入的试验和研究。结果，他们发现，当玄武岩纤维涂有氟类涂布剂时，极大地改善了涂布的玄武岩纤维的柔性、易织造性和着色性，并且当其中使用的玄武岩芯纱或者子纱(sub yarn)涂有阻燃性磷类涂布剂时，进一步改善了涂布的玄武岩芯纱的阻燃性和易织造性。基于这些发现，完成了本发明。
因此，本发明是鉴于上述现有技术中发生的问题而完成的，本发明的一个目的是提供用氟类涂布剂功能性涂布玄武岩纤维从而使其具有柔性和易织造性的方法和用阻燃性磷类涂布剂功能性涂布玄武岩芯纱从而使其具有阻燃性的方法，和使用这些方法制成的玄武岩纤维和玄武岩芯纱以及由其织造的玄武岩织物。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种对使用玄武岩制备的玄武岩纤维进行功能性涂布的方法，所述方法包括：使玄武岩纤维以1～2米/分钟的通过速度通过氟类涂布液，来涂布所述玄武岩纤维，所述溶液保持在20～25℃的温度。
此处，所述功能性涂布玄武岩纤维的方法中所用的涂布液包含50重量％～60重量％的聚四氟乙烯(PTFE)、2重量％～5重量％的非离子型表面活性剂和余量的水。
另外，所述功能性涂布玄武岩纤维的方法可以还包括：在涂布所述玄武岩纤维之前，将所述玄武岩纤维加热至380～420℃的温度。
作为优选，所述功能性涂布玄武岩纤维的方法可以还包括：在涂布所述玄武岩纤维之后，在80～110℃的温度干燥所述经涂布的玄武岩纤维；将所述经干燥的玄武岩纤维加热至180～270℃的温度；和在360～420℃的温度烧结所述经加热的玄武岩纤维。
另外，本发明提供了使用该方法制成的玄武岩纤维。
另外，本发明提供了从使用该方法制成的玄武岩纤维织造的玄武岩织物。
本发明的第二方面提供了一种功能性涂布玄武岩芯纱的方法，所述玄武岩芯纱通过在作为主纤维的玄武岩纤维周围卷绕子纤维、然后对所述子纤维和玄武岩纤维进行加捻而制得，所述方法包括：将含有磷类阻燃剂的涂布液加热至95～105℃的温度然后将所述涂布液保持恒温；和在将所述涂布液保持在95～105℃的温度的同时，使所述子纤维以280～320米/小时的通过速度通过所述涂布液，来涂布所述子纤维，或者制备玄武岩芯纱然后使制备的所述玄武岩芯纱以280～320米/小时的通过速度通过所述涂布液，来涂布所述玄武岩芯纱。
此处，所述功能性涂布玄武岩芯纱的方法中所用的涂布液包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂。
另外，所述涂布液通过下述方式制得：将所述磷类阻燃剂添加到所述溶剂中形成混合溶液，搅拌该混合溶液5分钟以上，将热稳定剂添加到该混合溶液中，然后进一步搅拌该混合溶液3分钟以上。
另外，本发明提供了使用该方法制成的玄武岩芯纱。
另外，本发明提供了使用经该方法制成的玄武岩芯纱而制得的玄武岩织物。
本发明的第三方面提供了通过在使用所述玄武岩芯纱作为纬纱和经纱织造的织物(以下称作“玄武岩织物”)的表面上涂布阻燃性硅树脂从而制得的具有改善的起火时的耐穿孔性的玄武岩织物。
具体实施方式
以下，将对本发明的优选实施方式进行详细说明。
首先，将对本发明的功能性涂布玄武岩纤维的方法进行详细说明。
本发明中所用的玄武岩纤维可以为连续纤维，使用上述的韩国722409号注册专利公开的技术制造。这样的玄武岩纤维具有优异的耐热性、耐碱性和机械性能，特别是具有优异的耐热性，因而适用于阻燃性纤维。
用包含氟类涂布剂作为主要成分的涂布液涂布该玄武岩纤维。
该涂布液包含50重量％～60重量％的聚四氟乙烯(PTFE)、2重量％～5重量％的非离子型表面活性剂以及余量的水。
PTFE是常用氟类溶剂。当PTFE的量低于50重量％时，玄武岩纤维因PTFE浓度较低而未得到充分的涂布。反之，当其量高于60重量％时，玄武岩纤维因PTFE浓度过高而得不到均匀的涂布。
作为表面活性剂，可以使用非离子型表面活性剂，例如，Triton-X100。表面活性剂起给予玄武岩纤维柔性的作用。当表面活性剂的量低于2重量％时，不能给予玄武岩纤维充分的柔性。反之，当表面活性剂量高于5重量％时，玄武岩纤维的柔性得不到更多的提高。
已知包含氟类涂布剂作为主要成分的涂布液适合在20～25℃的温度使用。玄武岩纤维以1～2米/分钟的通过速度通过该涂布液。
在考虑涂布完全性和生产率的情况下设定玄武岩纤维通过该涂布液的通过速度。当玄武岩纤维的通过速度低于1米/分钟时，生产率降低。反之，当其通过速度高于2米/分钟时，玄武岩纤维未得到充分的涂布。
当制得玄武岩纤维时，可以用施胶剂(例如环氧树脂或丙烯酸类树脂)在玄武岩纤维上涂布。优选在用氟类涂布液涂布该玄武岩纤维之前除去该施胶剂，特别是在需要使该玄武岩纤维着色时。
施胶剂的除去通过在用本发明的涂布液涂布该玄武岩纤维之前将该玄武岩纤维加热至380～420℃的温度的工序来进行。当该玄武岩纤维的加热温度低于380℃时，无法从该玄武岩纤维充分地除去该施胶剂。反之，当其加热温度高于420℃时，操作成本由于加热温度的快速上升而增加。
涂有氟类涂布液的玄武岩纤维在80～110℃的温度干燥，加热至180～270℃的温度，然后在360～420℃的温度进行烧结。优选在用辊或刮刀涂布从而使该涂布液能够均匀地铺展在该玄武岩纤维的表面上后干燥该玄武岩纤维。
具体而言，当该玄武岩纤维通过温度保持在80～110℃的干燥区时，涂布在该玄武岩纤维的表面上的涂布液被干燥。
然后，当该玄武岩纤维依次通过温度保持在180～270℃的焙烧区和温度保持在360～420℃的烧结区时，该玄武岩纤维被固定地涂布上该涂布液。
优选烧结区的长度设定为干燥区、焙烧区和烧结区的总长度的约50％。
在玄武岩纤维的调节中，通过以可旋转的方式设置一对辊然后使玄武岩纤维通过其间，或者通过设置刮刀使刮刀与玄武岩纤维的表面相接触，从而将涂布液均匀地分布在玄武岩纤维的表面上。
由于如上制成的玄武岩纤维具有优异的阻燃性和柔性，所以能够容易地将其织造。另外，由于其具有优异的着色性，其能够形成具有优异的阻燃性和各种颜色的内部装饰材料。
随后，将对本发明的功能性涂布玄武岩芯纱的方法进行详细说明。
玄武岩芯纱通过将作为主纤维的玄武岩纤维和作为子纤维的卷绕在该玄武岩纤维周围的纤维加捻而制成。例如，玄武岩芯纱可以使用韩国722409号注册专利公开的技术制得。
将构成玄武岩芯纱的子纤维与包含磷类阻燃剂的涂布液接触预定时间，从而使构成玄武岩芯纱的子纤维具有阻燃性。
该涂布液包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂。
构成该涂布液的这样的磷类阻燃剂为已知的具有优异的阻燃性和环境安全性的阻燃剂。
在该方法中，当该磷类阻燃剂的量低于35重量％时，该玄武岩芯纱不具有充分的阻燃性。反之，当其量高于45重量％时，该磷类阻燃剂无法充分地溶于溶剂，从而使阻燃效果下降。
所述溶剂能够使该磷类阻燃剂充分地溶解从而将阻燃性赋予玄武岩芯纱的纬纱的表面。当溶剂量低于50重量％时，该磷类阻燃剂无法充分地溶于该溶剂，从而使阻燃效果下降。反之，当溶剂量高于59.9重量％时，磷类阻燃剂的浓度极大地降低，这是不理想的。
另外，所述热稳定剂由9，10-二氢-9-氧杂-10-磷菲-10-氧化物构成。当该热稳定剂的量低于0.1重量％时，热稳定剂没有实现其功能。反之，当热稳定剂量高于10重量％时，其过量，这是不优选的。
该涂布液可以通过下述方式制得：将磷类阻燃剂与溶剂混合以形成混合溶液，搅拌该混合溶液，将热稳定剂添加到该混合溶液中，然后进一步搅拌该混合溶液。
此处，优选通过将溶剂和磷类阻燃剂搅拌5分钟以上来使它们均匀地相互混合，然后将热稳定剂添加到该混合溶液中，再通过将该混合溶液和热稳定剂进一步搅拌3分钟以上来使它们均匀地相互混合。当搅拌时间过短时，该混合溶液未均匀地混合。反之，当搅拌时间过长时，生产率下降。
可以将以此方式制得的涂布液加热至95～105℃的温度，在该温度范围内其涂布效率得到最大化。
所述子纤维以280～320米/小时的通过速度通过该涂布液。当子纤维的通过速度过低时，生产率下降。反之，当其通过速度过高时，涂布没有适当地进行。
所述子纤维卷绕在作为主纤维的玄武岩纤维的周围，从而制得玄武岩芯纱。
因此，当构成该玄武岩芯纱的子层具有阻燃性时，整个玄武岩芯纱的阻燃功能随具有优异的阻燃性的玄武岩纤维一起得到改善。
在功能性涂布玄武岩芯纱的方法中，只有构成玄武岩芯纱的子纤维涂有包含磷类阻燃剂的涂布液。此外，首先，通过使子纤维和作为主纤维的玄武岩纤维加捻制得玄武岩芯纱，然后可以将制得的玄武岩芯纱可选地用包含磷类阻燃剂的涂布液涂布。此时，整个玄武岩芯纱的阻燃功能也可以得到改善。
因此，由本发明的玄武岩芯纱织造的玄武岩织物具有优异的阻燃性。另外，由于涂布在子纤维的表面上的涂布液或者涂布在玄武岩芯纱的表面上的涂布液使子纤维与主纤维固定地结合，所以该玄武岩芯纱容易织造成玄武岩织物，并且织造的玄武岩织物具有改善的耐久性。
同时，在本发明中，用来制作玄武岩芯纱的子纤维可以为天然棉纤维。其原因如下，由于作为天然有机材料的棉纤维对环境友好并且具有优异的吸水性、防水性和着色性，所以棉纤维能够弥补作为无机纤维的玄武岩纤维的缺点，特别是当棉纤维烧成灰时，由于灰保留在织造有棉纤维的位置，所以，起火时，棉纤维与涂有后述的阻燃性硅树脂的玄武岩织物一起为玄武岩织物起火时的耐穿孔性的实现作出了巨大贡献。
优选作为用于制作本发明的玄武岩芯纱的子纤维的棉纤维的厚度为0.3～0.6mm。当棉纤维的厚度高于0.6mm时，其过厚，难以将棉纤维和玄武岩纤维加捻。反之，当其厚度低于0.3mm时，其过薄，使用该玄武岩芯纱制得的玄武岩织物不能充分地显示出起火时的耐穿孔性。
然后，本发明提供了一种涂布阻燃性玄武岩织物的方法，该玄武岩织物使用经过上述涂布处理的阻燃性玄武岩芯纱而制得，且涂有阻燃性硅树脂以提高其阻燃性。所述阻燃性硅树脂为包含阻燃剂(优选为非卤素阻燃剂)的硅树脂。Jinbo Corp.制造的FR-319或FR-319A可以用作所述阻燃性硅树脂。在该方法中，所述阻燃性硅树脂经料斗供给到从辊展开的玄武岩织物的一面。为了调节涂布到玄武岩织物的一面的阻燃性硅树脂的厚度和将阻燃性硅树脂均匀地涂布到其上，优选通过使用刮刀进行铺展来将阻燃性硅树脂涂布到玄武岩织物上。此时，优选涂布的阻燃性硅树脂的厚度为0.01～0.1mm。当涂布的阻燃性硅树脂的厚度低于0.01mm时，耐穿孔性因为涂布了少量的阻燃性硅树脂而降低。反之，当其厚度高于0.1mm时，玄武岩织物的柔性降低并且其阻燃性不进一步提高，这是不经济的。
当包含厚度为0.6mm的玄武岩纤维(主纤维)、其上涂有磷类阻燃剂的厚度为0.55mm的棉纤维(子纤维)和厚度为0.05mm的阻燃性硅树脂层的上述玄武岩织物用作内部装饰材料(壁纸)时，Korea Fire EquipmentInspection Corporation测试了该内部装饰材料是否满足作为阻燃材料的要求，其结果列于表1中。
表1
在表1给出的测试结果中，最重要的物理性质是测试样品必须没有破裂、穿孔和熔化。如果测试样品破裂、穿孔和熔化，则放热量和放热速率快速升高，并且有害气体流也快速增多。通过用阻燃性硅树脂涂布玄武岩织物而完成的制品具有比例如墙纸等内部装饰材料更高的阻燃性，这是因为，其芯纤维(主纤维)为玄武岩纤维，这是一种无机物，并且卷绕在该芯纤维周围的其子纤维为天然有机纤维(即棉纤维)，因而当其被燃烧后其灰烬保留，而且，该制品的耐热性通过形成在玄武岩织物上的阻燃性硅树脂层得到了改善。
如上所述，根据本发明的功能性涂布玄武岩纤维和玄武岩芯纱的方法、使用该方法制成的玄武岩纤维和玄武岩芯纱以及由其织造的玄武岩织物，有下述优点：玄武岩纤维因其涂有氟类涂布剂而具有柔性并且容易织造，玄武岩芯纱因其涂有阻燃性磷类涂布剂而具有改善的功能性和品质，从而使得经过功能性涂布的玄武岩纤维和玄武岩芯纱具有柔性并且容易织造和着色，结果，通过在从该玄武岩芯纱织造的玄武岩织物的表面上形成阻燃性硅树脂层而制得的内部装饰材料具有起火时的耐穿孔性。
尽管已出于说明目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将意识到在不背离所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下可作出各种改进、增加和替换。

Claims (10)

1.一种功能性涂布玄武岩纤维的方法，所述方法包括：
使玄武岩纤维以1～2米/分钟的通过速度通过包含50重量％～60重量％的聚四氟乙烯、2重量％～5重量％的非离子型表面活性剂和余量的水的氟类水溶液，来涂布所述玄武岩纤维，所述溶液保持在20～25℃的温度；
在80～110℃的温度干燥所述经涂布的玄武岩纤维；
将所述经干燥的玄武岩纤维加热至180～270℃的温度；和
在360～420℃的温度烧结所述经加热的玄武岩纤维。
2.如权利要求1所述的功能性涂布玄武岩纤维的方法，所述方法还包括：在对所述玄武岩纤维进行所述涂布之前，将所述玄武岩纤维加热至380～420℃的温度。
3.使用权利要求2所述的方法制成的玄武岩纤维。
4.一种功能性涂布玄武岩芯纱的方法，所述方法包括：
使子纤维以280～320米/小时的通过速度通过包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂的涂布液，来涂布所述子纤维，所述涂布液保持在95～105℃的温度；
干燥所述经涂布的子纤维；和
在玄武岩纤维周围卷绕所述经干燥的子纤维，然后对所述子纤维和所述玄武岩纤维进行加捻。
5.一种功能性涂布玄武岩芯纱的方法，所述方法包括：
在作为主纤维的玄武岩纤维周围卷绕子纤维，然后对所述子纤维和所述玄武岩纤维进行加捻，来制备玄武岩芯纱；
使制备的所述玄武岩芯纱以280～320米/小时的通过速度通过包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂的涂布液，来涂布所述玄武岩芯纱，所述涂布液保持在95～105℃的温度；和
干燥所述经涂布的玄武岩芯纱。
6.使用权利要求4或5所述的方法制成的玄武岩芯纱。
7.一种制作涂有阻燃性硅树脂的玄武岩织物的方法，所述方法包括：
使子纤维以280～320米/小时的通过速度通过包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂的涂布液，来涂布所述子纤维，所述涂布液保持在95～105℃的温度；
干燥所述经涂布的子纤维；
在玄武岩纤维周围卷绕所述经干燥的子纤维，然后对所述子纤维和所述玄武岩纤维进行加捻，来制备玄武岩芯纱；
使用制备的所述玄武岩芯纱作为纬纱和经纱进行织造，从而制作玄武岩织物；和
使用以非卤素阻燃剂与硅树脂相混合的阻燃性硅树脂涂布所制得的所述玄武岩织物，然后干燥所述经涂布的玄武岩织物。
8.一种制作涂有阻燃性硅树脂的玄武岩织物的方法，所述方法包括：
在作为主纤维的玄武岩纤维周围卷绕子纤维，然后对所述子纤维和所述玄武岩纤维进行加捻，来制备玄武岩芯纱；
使制备的所述玄武岩芯纱以280～320米/小时的通过速度通过包含35重量％～45重量％的磷类阻燃剂、50重量％～59.9重量％的作为溶剂的甲苯以及0.1重量％～10重量％的热稳定剂的涂布液，来涂布所述玄武岩芯纱，所述涂布液保持在95～105℃的温度；
干燥所述经涂布的玄武岩芯纱；
使用所述经干燥的玄武岩芯纱作为纬纱和经纱进行织造，从而制作玄武岩织物；和
使用以非卤素阻燃剂与硅树脂相混合的阻燃性硅树脂涂布所制得的所述玄武岩织物，然后干燥所述经涂布的玄武岩织物。
9.如权利要求7或8所述的制作涂有阻燃性硅树脂的玄武岩织物的方法，其中所述子纤维为棉纤维。
10.使用权利要求9所述的方法制成的涂有阻燃性硅树脂的玄武岩织物。
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