CN110944546B

CN110944546B - 阻燃罩

Info

Publication number: CN110944546B
Application number: CN201880022867.3A
Authority: CN
Inventors: 丹尼·霍尼格; 约翰·T·马里诺; 泰勒·马里诺; 克里斯托弗·R·李
Original assignee: Taft And Nido Co ltd
Current assignee: Taft And Nido Co ltd
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: CN110944546A; CA3053255A1; EP3579727A1; EP3579727B1; WO2018148399A1; EP3579727A4; US20180220807A1; MX2019009581A

Abstract

本发明提供了用于床垫和阻燃床垫的阻燃罩。用包含阻燃复合物如磷酸铵的共混物处理罩的纤维、纱线或织物的至少一部分。该罩不额外需要任何阻火成分，例如玻璃纤维或负载有二氧化硅的人造丝。本文提供的床垫完全符合16 C.F.R.1632和1633的联邦床垫可燃性标准。

Description

阻燃罩

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月9日提交的美国临时申请序号62/456,743的权益，其内容在此通过引用并入本文作为参考。

发明领域

本发明总的来说涉及耐明火床垫、床垫基座、床垫褥、床垫套、枕头、靠垫、装饰家具制品和其他填充有可燃弹性缓冲材料的制品，以及封闭上述这些制品的罩。

背景技术

美国国家消防协会(NFPA)估计，在2005年至2009年期间，床垫或床上用品是平均每年报告的10,260起住宅建筑火灾的首要点燃物品。估计这些火灾造成每年平均371名居民死亡，1,340名居民受伤和3.82亿美元的直接财产损失。这些火灾占所有住宅建筑火灾的3％，占死亡人数的14％，占受伤人数的10％，且占财产损失的5％。

与住宅“床垫(mattress)”火灾相关的这些统计数据导致美国联邦政府的监管工作，以降低家庭和医院等其他场所中的床垫、装饰家具和床上用品的可燃性。特别地，住宅床垫受到消费者产品安全委员会(CPSC)管理的两个联邦可燃性标准的约束。这些标准编纂在美国联邦法规16C.F.R.部分1632和1633中，其通常称为部分1632和部分1633。

大多数床垫中最大量的燃料是床垫内的填充材料，其为消费者提供舒适和支撑。填充材料通常由天然或合成纤维、乳胶泡沫和聚氨酯泡沫，或这些不同材料的各种组合制成，所有这些都是高度可燃的。因此，为了满足住宅床垫的联邦标准，制造商保护可燃的装饰材料不被点燃。

在部分1632(20世纪七十年代发布)的情况下，制造商将室内装饰材料用不允许阴燃香烟以使成品床垫表面烧穿到内部材料的材料封装。大多数美国床垫制造商通过使用由各种常规纤维(例如聚酯、聚烯烃、羊毛、丝绸)制成的外层织物来满足该标准，该外层织物将抵抗来自阴燃香烟的点燃。

为了满足部分1633(2007年实施以解决明火热源点火，例如打火机、火柴和蜡烛)的更严格要求，床垫行业敦促CPSC采用不要求制造商使用耐火泡沫的性能标准。因此，制造商使用织物或纤维屏障满足性能要求，以保护内部泡沫和其他材料免受点燃。阻挡层设计用于阻挡热量、氧气或其两者到达阻挡层包裹的装饰材料。这些在行业中通常被称为“袜(sock)”、“床垫袜”、“防火袜”或“阻火袜”的阻挡层可以是织造或针织织物或非织造纤维垫的形式。它们可以缝合在褥套布罩和内部装饰材料之间的床垫中，或者是外层织物罩的一部分，即被整合以形成基质。这些阻挡层由各种天然和合成纤维制成，其经过广泛测试并已在各种防火和其他应用中安全使用数十年。基本上，阻挡层中的这些纤维用于在暴露于点火源时通过形成炭来保护床垫。

一种这样的纤维并且可能是工业中最常用的纤维是玻璃纤维，其是用于人造纤维补强塑料或连续玻璃纤维的术语，也可以称为玻璃纤维或玻璃棉。然而，玻璃纤维对人类健康造成严重问题。例如，已发现较大的纤维引起皮肤、眼睛和上呼吸道刺激。吸入玻璃纤维或其粉尘会导致鼻子和喉咙疼痛。暴露于玻璃纤维可加重哮喘和支气管炎。吞咽玻璃纤维会引起胃部刺激。更为严重的是，玻璃纤维也被认为是一种致癌物质。

用于床垫袜的另一种固有阻燃纤维是经二氧化硅处理的或负载有二氧化硅的人造丝，其通常也被称为“固有人造丝(inherent rayon)”。通过接触和浸渍亚硫酸盐木浆片材(在溶解α纤维素的苛性碱溶液(即氢氧化钠)中)生产人造丝。换句话说，人造丝是由再生纤维素制成的纺织纤维或织物。然后，将碱纤维素片材减小成碎屑并老化。将碎屑与二硫化碳(CS₂)接触以产生黄原酸盐。主要排放问题是CS₂，并且来自粘胶人造丝行业的重要安全数据显示CS₂以及排放气体中存在少量硫化氢(H₂S)。在高水平下，CS₂可能会威胁生命，因为它会影响神经系统。吸入细碎的结晶二氧化硅粉尘会导致硅肺病、支气管炎或癌症，因为粉尘会滞留在肺部并持续刺激组织，从而降低肺活量。

美国专利号7,473,659公开了一种阻火织物，其包括具有至少两层的多层织物，包括外层和阻火层，其中所述纤维阻挡层为整个织物提供阻燃和/或耐火性能，而不需要织物涂层或处理来提供阻燃或阻火的任何贡献。

美国专利号7,484,256公开了一种用于完全或部分地封闭床垫的改型罩，其中罩由具有阻火成分的单一的整体形成的织物形成。

美国专利申请公开号2006/0160451描述了使用耐火编织管(优选为100％玻璃纤维)以保护床垫、基座、装饰物、枕头等，该耐火编织管由无缝或缝合的圆形针织物或缝合或管状经编针织物制成，。

美国专利号5,540,980；6,146,759；和6,410,140各自描述了一种由包芯纱形成的耐火织物，该包芯纱包括耐高温的连续长丝玻璃纤维芯和围绕该芯的耐低温短纤维护套。

美国专利号4,504,991描述了一种床垫，其包括由一层耐火材料制成的复合材料，其能够提供粘合到一层具有高的抗拉伸强度材料(例如，玻璃纤维织物)上的热阻挡。

上面列出的每个专利文献都通过引用其全部内容并入本文作为参考。

鉴于现有技术，提供床垫、其他装饰制品及其罩是非常有益的，其不仅在具有优异阻燃性能方面是安全的，而且对人类健康和环境也是安全的。

发明概述

本发明总的来说涉及用于床垫和阻燃床垫、床垫基座、床垫褥、床垫套、枕头、靠垫、装饰家具制品和其他填充有缓冲材料，特别是可燃材料的制品的阻燃罩。

本发明提供一种阻燃罩(cover)，其包括：织物，所述织物包括纱线网络，所述纱线网络包括多个互锁纤维；其中纤维、纱线或织物的至少一部分经包含阻燃复合物的共混物处理；织物基本上不含阻火成分；并且阻燃罩适用于至少部分地封闭填充材料的芯物质。

本发明还提供一种阻燃床垫，其包括：填充材料的芯物质；和阻燃罩，其适用于至少部分地封闭填充材料的芯物质，其中阻燃罩包括织物，织物包括纱线网络，纱线网络包括多个互锁纤维；用包含阻燃复合物的共混物处理纤维、纱线或织物的至少一部分；并且织物基本上不含阻火成分。

为了满足16C.F.R.1632和1633的联邦床垫可燃性标准，美国制造商用通常称为“袜子”的织物罩保护高度可燃的装饰材料。这些袜子通常包括阻火成分，最常见的是玻璃纤维和负载有二氧化硅的人造丝，其防止火势蔓延。然而，玻璃纤维和二氧化硅是已知的过敏原和刺激物，长期接触该物质也会使人面临癌症，特别是肺癌的风险。

本发明通过减少床垫中的玻璃纤维的使用量或消除其使用，提供了对上述技术问题的解决方案。与之相比，本发明的床垫袜用包含阻燃复合物的共混物处理，优选地该阻燃复合物是对人体健康非常安全的，例如磷酸铵。优选地，通过用共混物浸渍非阻燃纱线来处理该袜子。

附图说明

图1是显示床垫的表面(表面1)的图示，该床垫具有放置在覆盖有床单的部分上的九根点燃的香烟和放置在未被覆盖的部分上的另外九根点燃的香烟。

图2是显示床垫的表面(表面2)的图示，该床垫具有放置在覆盖有床单的部分上的九根点燃的香烟和放置在未被覆盖的部分上的另外九根点燃的香烟。

图3是显示部分1633床垫测试中的放热率随时间变化的图。

图4是显示部分1633床垫测试中的总放热随时间变化的图。

图5是显示另一部分1633床垫测试中的放热率随时间变化的图。

图6是显示另一部分1633床垫测试中的总放热随时间变化的图。

发明详述

本发明人惊奇地发现某些用作阻火屏障的织物罩(其用减少量的阻火成分制成或无阻火成分)完全能够使包裹的床垫(或任何其他可燃弹性缓冲材料)具有阻燃性。

本发明的罩可适用于至少部分地封闭填充材料的芯物质。在本发明的上下文中，术语“适用于”意味着包括该能力，或者适合用于或适用于。不需要使本发明的罩具有不仅仅能够执行功能的结构或结构特征，而是实际上使其执行该功能。根据本发明的术语“至少部分地”意味着罩位于填充材料的芯物质的至少一个表面上。在一些实施方案中，芯物质的表面积的至少约50％，优选至少约60％，更优选至少约70％，甚至更优选至少约80％，甚至更优选至少约90％被覆盖。在一些实施方案中，芯物质的整个表面积被覆盖。术语“芯(core)”或“芯物质(core mass)”是指可以存在于床垫中的主支撑系统，并且可以包括填充材料。术语“填充材料”是指通常柔软的材料，其用作睡觉、躺着、坐着或靠着的舒适支撑，并且包括但不限于诸如鸟类羽毛、大米、豆类、纸张、模制用浆、泡沫包装、海绵和泡沫材料的材料。普通泡沫材料的实例是聚氨酯、乳胶、大豆基材料、蓖麻基材料、纤维材料、回旋泡沫、网状泡沫、弹簧线圈、袋装弹簧线圈、内置弹簧、挤出聚合物、棉、羊毛、马毛、竹壳、椰壳纤维、木棉、荞麦壳等。在一个实施方案中，本发明的床垫包括两层聚氨酯泡沫，其中顶层由具有凝胶珠和石墨添加剂的快速回收的开孔粘弹性泡沫组成。底层由高密度聚氨酯泡沫组成。术语“床垫”是指单独使用或与旨在用于或促进睡眠的其他产品组合使用的填充有弹性材料的褥套布。床垫的实例包括但不限于成人床垫、青少年床垫、婴儿床垫，包括便携式婴儿床垫、双层床垫、蒲团、水床和在褥套布和床垫芯之间包含装饰材料的空气床垫，以及用于在任何装饰家具物品中使用的任何可拆卸床垫，例如可转换沙发床床垫、角组床垫、躺椅床垫、滚移式折叠床床垫、单人双人两用床(high risers)和脚轮矮床床垫。

虽然本发明的阻燃罩可用于床垫，但罩可适用于其他应用，例如，其中可用于提供阻燃效果的任何应用。例如，阻燃罩可适用于任何填充材料芯，包括但不限于任何靠垫或枕头，例如用于家具，例如椅子、沙发、脚垫和其他家具或家具相关物品；以及用于诸如座垫、头枕、扶手和其他汽车相关物品的汽车样品。在本申请中，术语“床垫”可以用任何其他填充材料芯(包括但不限于上面列出或描述的任何填充材料芯)代替。

术语“床垫褥”是指薄的平垫或垫，和/或填充有弹性材料的褥套布，用于在床垫的顶部上使用。床垫褥包括但不限于，吸收性床垫褥、扁平褥疮垫和回旋泡沫垫，其完全封闭在褥套布中。术语“褥套布”是指最外层的织物或相关材料，其包围床垫或床垫褥的芯和装饰材料。床垫褥套布可由缝合在一起的几层织物或相关材料组成。

术语“填充材料”是指床垫或床垫褥褥套布与床垫芯(如果存在芯)之间的松散或附着的材料。

术语“带边缘”或“边缘”是指床垫或床垫褥的接缝或边框边缘。

术语“缝合”是指用线缝合或通过褥套布和一层或多层装饰材料熔合。

术语“簇绒(tufted)”是指通过褥套布和装饰材料和/或芯扣上或束紧，或者使褥套布和装饰材料和/或芯通过在表面上产生一系列凹陷的任何其他方法间隔地聚集在一起。

术语“床垫基座”是指诸如泡沫、弹簧床垫或其他的表面，其上放置床垫以使其支撑用于在其上睡觉。

术语“阻燃剂”是指当暴露于火中时不易点燃或传播火焰的材料。在一些实施方案中，如果制品满足16C.F.R.部分1632(床垫和床垫褥的可燃性标准)和/或1633(可燃性标准(床垫套件的明火)中所述的要求，则认为该制品是“阻燃的”，其全部内容在此通过引用并入本文作为参考。

术语“阻火成分”是指具有固有的成炭阻燃性能的材料。在一些实施方案中，阻火成分是由于其物理结构和/或形成焦炭的能力而提供降低点燃或传播火焰的可能性的材料。术语“阻火成分”包括即使在没有涂覆或施加阻燃复合物的情况下也具有阻燃性能的材料。在一些实施方案中，阻火成分是指多种纤维。如本文所用，术语“炭”定义为由暴露于热和/或火焰的材料形成的残余物，其已被还原或不具有可燃性，或不具有燃烧或点燃的能力。炭可由不完全燃烧和熄灭的材料形成，或者由在火中发现的条件下不发生化学反应，因此不易燃的材料形成。炭也可以具有机械强度和完整性，因此可以起到物理屏障的作用，防止火焰接触床垫和床垫基座的高度可燃的内部，并防止氧气进入燃料源。在一些实施方案中，炭不会从点火源熔化、滴落或收缩，或显示明显的完全燃烧，或以足以引起相邻材料点燃的水平支持这些反应。

阻火成分的实例包括但不限于芳族聚酰胺、对位芳族聚酰胺(聚对苯二甲酰对苯二胺)、间位芳族聚酰胺(聚间苯二甲酰间苯二胺)、玻璃纤维、三聚氰胺、聚苯并咪唑(PBI)、氧化聚丙烯腈(PAN)、酚醛、聚醚酰亚胺(PEI)、二氧化硅纤维、预氧化纤维、碳纤维、变性腈纶、FR(防火或耐火、抗火、阻火或延火)人造丝、FR粘胶纤维、FR羊毛和FR聚酯。芳族聚酰胺的一个实例是

对位芳族聚酰胺的实例包括但不限于

(DupontCorporation)和

(Teijin Twaron BV)。间位芳族聚酰胺的实例包括但不限于

(Dupont Corporation)和

(Teijin Twaron BV)。三聚氰胺的实例是

(BASF/Mckinnon-Land-Moran,LLC)。PBI的一个实例是

酚醛的一个实例是

(American Kynol,Inc)。PEI的一个实例是

二氧化硅纤维的一个实例是

变性腈纶的实例包括但不限于

和

(Kaneka)、SEF(Solutia)和

(Kanebo Goshen)。FR粘胶纤维的实例包括但不限于

(Sateri Oy)和

(Lenzing AG,FibersDivision)。FR人造丝的一个实例是二氧化硅处理或负载有二氧化硅的人造丝。FR聚酯的一个实例是Trevira CS。阻火成分可包括多种上面列出的纤维。应该注意的是，这些纤维仅仅是示例性的，并且可以使用在纤维聚合过程中整合其阻燃性能的其他阻燃纤维，包括将来开发的纤维。

在一些优选的实例中，阻火成分包括玻璃纤维。术语“玻璃纤维”是指由嵌入在树脂基质中的玻璃纤维或由编织玻璃长丝制成的织物组成的补强塑料材料。换句话说，玻璃纤维中的玻璃纤维可以随机排列、扁平化为片材或织成织物。术语“玻璃纤维”还指玻璃的连续长丝，其中玻璃纤维以连续形式挤出。如本文所用，术语“玻璃纤维”还包括玻璃纤维复合材料，包括但不限于封装的玻璃纤维，例如聚合物封装的玻璃纤维。常见的聚合物封装的玻璃纤维的一个实例是聚酰胺或PA封装的玻璃纤维。所有类型的玻璃纤维通常含有二氧化硅或硅酸盐，以及不同量的钙、镁和有时硼的氧化物。普通玻璃纤维的实例是聚酯树脂(未补强的)、聚酯和短切原丝毡层压板30％E-玻璃、聚酯和编织粗纱层压板45％E-玻璃、聚酯和缎纹织布层压板55％E-玻璃、聚酯和连续粗纱层压70％E玻璃、E玻璃环氧复合材料和S玻璃环氧复合材料。玻璃纤维中使用的常见类型的玻璃纤维的实例是E-玻璃(含有少于1％w/w的碱金属氧化物的铝-硼硅酸盐玻璃)、A-玻璃(含有少量或不含氧化硼的碱-石灰玻璃)、E-CR-玻璃(电气/化学抗性；含有少于1％w/w的碱金属氧化物和具有高耐酸性的碱石灰)、C-玻璃(具有高氧化硼含量的碱-石灰玻璃)、D-玻璃(硼硅酸盐玻璃且具有低介电常数)、R-玻璃(不含氧化镁和氧化钙的铝硅酸盐玻璃并且作为补强材料具有高机械要求)和S-玻璃(不含氧化钙但具有高氧化镁含量和高拉伸强度的铝硅酸盐玻璃)。

在一些其他优选实施例中，阻火成分包括二氧化硅处理的人造丝、二氧化硅处理的粘胶纤维或二氧化硅处理的粘胶人造丝，其是在纤维挤出过程中与二氧化硅或二氧化硅粘合的粘胶人造丝纤维。

通常，通过在床垫阻燃罩内形成基质来结合阻火成分。例如，当成分的火焰阻挡层包括多种纤维时，纤维可以与其他非阻燃纤维或纱线(例如棉、聚酯)交织在一起以形成单一的交织纤维织锦。或者，阻火成分可与罩中的非阻燃纱线网络形成单独的层。在玻璃纤维的情况下，该物质提供结构完整性，使得燃烧纤维的炭将保持在一起，这防止了允许氧气与燃料源接触以产生更大火焰的后膛(breech)。至于二氧化硅处理的人造丝，当暴露在明火中时，聚酯和粘胶人造丝的纤维素部分会燃烧掉，但是二氧化硅会残留形成炭屏障，这会阻碍火焰，足以防止床垫填充物在16C.F.R.部分1633规定的时间框架范围内着火。

本发明的阻燃罩基本上不含上述阻火成分。如本文所用，“基本上不含阻火成分”可以指根据罩中包含的纤维总数小于约0.1％的固有成炭和阻燃纤维的罩，优选为约0.001至约0.05％，更优选为约0.001至约0.01％。在一个实施方案中，本发明的阻燃罩包含根据在罩中包含的纤维总数为小于约0.1％的玻璃纤维，优选为约0.001％至约0.05％，更优选为约0.001％至约0.01％。在一些实施方案中，术语“基本上不含阻火成分”是指小于罩总重量的约0.1wt％，优选为约0.001％至约0.05％，更优选为约0.001％至约0.01％。在一个实施方案中，本发明的阻燃罩包含小于约0.1wt％的玻璃纤维，优选为约0.001至约0.05％，更优选为约0.001至约0.01％。如本领域技术人员所理解的，关于数值的“约”是指稍微小于或大于所述值的值范围。例如，术语“约”可以表示在所述值的正负百分比(例如，±1％、2％或5％)范围内的值。此外，由于涉及本文使用的量的所有数字、值和表达都受到本领域中遇到的各种测量不确定性的影响，因此除非另有说明，否则所有呈现的值可以理解为由术语“约”修饰。

本发明的罩经一种或多种阻燃复合物处理。在一些实施方案中，用含有至少一种阻燃复合物的阻燃剂共混物(例如，水溶液)处理罩。在一些实施方案中，罩包含用阻燃剂共混物处理的纤维，其中将纤维纺成纱线，然后将纱线编织或针织到织物罩中。在一个替代和优选的实施方案中，罩包括用阻燃共混物处理的纱线，其中纤维纺成纱线，然后在编织或针织到织物罩中之前用阻燃剂共混物处理。在另一个实施方案中，用共混物处理罩的织物，其包括包含互锁纤维的纱线网络。在也可以使用非织造织物的情况下，纤维通过化学、机械、热或溶剂处理或其组合粘合在一起。在一些实施方案中，处理以下两种或多种。例如，在一些实施方案中，阻燃复合物处理应用于纤维和纱线两者，并且罩包括处理的纤维和处理的纱线。在其他一些实施方案中，将处理应用于纤维、纱线和织物本身。

在本发明的上下文中，当阻燃罩的纤维、纱线和/或织物被“处理”时，这意味着，在优选的实施方案中，阻燃剂共混物不仅仅在纤维的表面上形成物理层。实际上，在处理过程期间，纤维在阻燃剂共混物溶液中饱和，并且当干燥时，这些纤维被阻燃复合物封装。阻燃复合物的分子粘附或粘住到纤维上而不与纤维形成任何化学键。换句话说，纤维用阻燃复合物浸渍、涂覆、填充、吸收或渗透。在一个替代实施方案中，处理阻燃罩的纤维、纱线和/或织物导致阻燃剂共混物在纤维表面上形成物理涂层的效果。

应该注意的是，除了基本上不含阻火成分外，本发明决不受用于制造阻燃罩的纤维类型或其混合物的限制。它也不受纤维和纱线尺寸(包括厚度和长度)的限制。在一些实施方案中，纱线包括端部开口纱线。在一些优选的实施方案中，纱线包括环锭纱线或具有比端部开口纱线更结构化取向的任何其他纱线。优选使用具有更高断裂强度(即，更强的纱线)和良好的变异系数和/或伸长率的纱线。例如，纱线，例如环锭纱线，可以提供较低/较小的系数变化和/或较高的伸长率，所以可在生产过程中存在减少的潜在问题(即，使用这种纱线可允许材料如阻燃复合物在阻燃罩的生产过程中在机器上发生较少聚集)。

在一些实施方案中，棉纱支数为约8/1至约40/1，或者为约10/1至约30/1，或者为约12/1至约32/1，或者为约15/1至约30/1，或者为约18/1至约28/1，或者为约20/1至约25/1，或者为约24/1。因此，纤维可以由天然来源(例如，动物毛发或毛皮、昆虫茧，如蚕茧)制成，以及使用天然存在的聚合物的半合成方法(例如，植物基纤维素纤维，例如棉、非FR人造丝、非FR粘胶纤维、莫代尔、莱赛尔、醋酸纤维、大麻和竹子)制成，以及使用合成非阻燃纤维(如尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯酸等)的合成方法制成。优选地，织物是热塑性纤维和纤维素纤维的共混物，特别优选小于约40％的热塑性纤维和大于约50％的纤维素纤维。纤维素纤维通过吸收阻燃复合物来促进织物罩的阻燃性。另一方面，热塑性纤维在暴露于火焰时燃烧并熔化以形成粘性物质，并且该物质阻止氧气进入燃料源(即，可燃填充材料)。热塑性纤维的实例包括但不限于尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和丙烯酸。该织物共混物优选具有约60:40、约65:35、约70:30、约75:25、约80:20、约85:15、约90:10、约95:5、以及约60:40至约99:1之间的任何比例的纤维素纤维/热塑性纤维比。在某些实施方案中，织物共混物具有约100:1至1:100的纤维素纤维/热塑性纤维比，包括其之间的任何比例。在一个具体实施方案中，本发明的阻燃罩包括单面针织物或双面针织物。在一些实施方案中，阻燃罩通过将棉纤维(约75％)与再循环的黑色聚酯纺成纤维(约25％)机械共混而制成。在另一个实施方案中，本发明的阻燃罩包含约80％莱赛尔(或其他纤维素纤维)约20％聚酯的共混物。在另一个特定的实施方案中，阻燃罩是100％纤维素纤维织物，例如100％棉。

本发明也不受床垫、床垫褥、床垫基座、装饰家具制品或具有至少部分地被阻燃罩包围的填充材料芯的任何其他制品的类型的限制。此外，本发明不受所用填料的类型的限制，其可以是泡沫(例如，乳胶、聚氨酯、纤维泡沫)。阻燃复合物的代表性和非限制性实例是氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸、双氰胺、氰基胍、膦酸碳酸钙镁石、水菱镁矿、磷酸铵、磷酸二铵、多磷酸铵、红磷、三氧化锑、硼酸锌、羟基锡酸锌、锡酸锌、金属水合物、金属氧化物、溴酸铵、磷酸氢二胍、三水合铝、碳酸钙、石膏、有机卤素化合物和有机磷化合物(例如，甲基膦酸、环状甲基膦酸盐)等。优选的是铵盐，例如磷酸铵，特别是(单)磷酸铵。在一些实施方案中，用于处理阻燃罩的共混物可包含一种阻燃复合物，或一种或多种阻燃复合物的混合物。例如，在一些实施方案中，共混物包含阻燃铵复合物的混合物和/或无机盐的混合物。例如，在一些实施方案中，共混物包含磷酸铵的混合物，例如磷酸铵、磷酸二铵和多磷酸铵。合适的商业阻燃化学品的实例包括Flovan CGN(Ciba)、Pyrovatim PBS(Huntsman)、Exolit AP-462(Clariant)、FR CROS487(Budenheim)、FR CROS 489(Budenheim)、Antiblaze CU、Fyrol 51(ICL Industrial Products)和Akro Fireguard(Akrofire)。

共混物中的阻燃复合物的浓度为根据共混物溶液的总重量(wt％)为约10％至约80％，优选为约20wt％至约75wt％，更优选为约30wt％至约70wt％，甚至更优选为约40wt％至约60wt％，例如为约40wt％至约42wt％、约40wt％至约45wt％、约40wt％至约50wt％、约50wt％至约60wt％、约50wt％至约55wt％、约55wt％至约57wt％、约40wt％、约45wt％，约50wt％和约60wt％等。在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含约10wt％至约90wt％的一种或多种磷酸铵盐。在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含约10wt％至约60wt％、或者约10wt％至约50wt％、或者约20wt％至约45wt％、或者约25wt％至45wt％、或者约30wt％至约50wt％、或者约35wt％至约45wt％、或者约37wt％至约43wt％、或者约40wt％。在一些实施方案中，一种或多种磷酸铵盐的量不超过约40wt％。

在一些实施方案中，阻燃复合物使经处理的材料(例如织物、纤维或纱线)的重量增加约1％至约25％、或者约3％至约20％、或者约5％至约15％、或者约8％至约12％。例如，在一些实施方案中，阻燃复合物的重量比未处理材料的重量增加约5％至约15％。

除了包含一种或多种阻燃复合物之外，该共混物还可包含一种或多种添加剂。在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含一种或多种粘合剂，其有助于阻火罩的织物网络的组成纤维，特别是在非织造织物的情况下。这些粘合剂可包括水分散性聚合物和共聚物。最常用的粘合剂类型包括丙烯酸类、腈弹性体、苯乙烯丁二烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和聚偏二氯乙烯等。合适的商业粘合剂的实例包括Rhoplex^TM(Dow Chemical Company)、Eccogard^TM(Eastern Color and Chemical Company)和Seyco-Rez^TM(The SeydelCompanies,Inc.)。在施加到罩的纤维、纱线或织物上之前，形成乳液并以约0.1wt％至约20wt％(基于共混物溶液的总重量的重量百分比)，优选为约1wt％至约20wt％，更优选为约1wt％至约15wt％，甚至更优选为约1wt％至约10wt％或约1wt％至约5wt％的浓度将其加入到阻燃剂共混物中。

阻燃剂共混物还可包含一种或多种化学粘合剂，其促进阻燃复合物粘附到纤维、纱线或织物的表面上。这些化学粘合剂的实例包括但不限于尿素、过氧化氢、二羟甲基二羟基乙基乙基脲(DMDHEU)、二羟甲基亚乙基脲(DMEU)、氯化镁、二甲基脲/乙二醛、1,2,3,4-丁烷四羧酸、次磷酸氢钠(NaH₂PO₂)、氨、六溴环十二烷、氯化铵、乙二胺、接枝2,3-甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)、柠檬酸、丙烯酸单体接枝的Fe²⁺/H₂O₂氧化还原剂、壳聚糖和丁烷四羧酸等。这些化学粘合剂以浓度为约0.1wt％至约20wt％(基于共混物溶液的总重量的重量百分比)，优选为约1wt％至约20wt％，更优选为约1wt％至约15wt％，甚至更优选为约1wt％至约10wt％或约1wt％至约5wt％包含在阻燃剂共混物制剂中。在一些实施方案中，粘合剂使处理的材料(例如织物、纤维或纱线)的重量增加约0.1％至约5％，或者约0.2％至约4％，或者约0.3％至约3％，或者约0.4％至约2％，或者约0.5％至约1％。在一些实施方案中，粘合剂提供约1％或更低的重量增加。

在一个特别的实施方案中，阻燃剂共混物含有约30wt％至约75wt％的一种或多种磷酸铵盐(即，磷酸铵、磷酸二铵、多磷酸铵)和尿素，和约25wt％至约70wt％的水；优选约35wt％至约65wt％的一种或多种磷酸铵盐和尿素，和35wt％至约65％的水；更优选约40wt％至约60wt％的一种或多种磷酸铵盐和尿素，和40wt％至约60％的水。

在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含GTI TARD FFR-2，其由在10152GreenwayHwy,Wellford,SC 29385的GTI Chemical Solutions,Inc.制造。GTI TARD FFR-2是多磷酸单铵和多磷酸二铵的混合物，且具有低于1％的阴离子表面活性剂。GTI TARD FFR-2是阻燃剂共混物和磷基体系，不含卤素和金属，例如锑、锌和镁。GTI TARD FFR-2是透明液体，具有温和的气味和42-44％的活性，pH值为5.5-6.4，重量为约11.0磅/加仑。

在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含GTI TARD IM(也由GTI ChemicalSolutions制造)，其包含铵盐和尿素的共混物。GTI TARD IM，一种无味，透明的液体，包含无机盐的共混物，且重量为约10.45磅/加仑。GTI TARD IM具有40％的活性，在性质上是阴离子的，并且具有约5.5至7.5的pH。

在一些实施方案中，阻燃剂共混物包含GTI-TARD NY-22MG，其为基于羟甲基尿素的缩合物。GTI-TARD NY-22MG是无色至淡黄色的，透明至略带浑浊，有刺激性气味。GTI-TARD NY-22MG具有约42.0至46.0％的活性，pH值为约6.5-8.5，且重量为9.3磅/加仑。在一些实施方案中，GTI-TARD NY-22MG可以应用于褥套布织物，例如尼龙褥套布织物。

阻燃剂共混物还可包含下列中的一种或多种：表面活性剂、润湿剂、pH调节剂、稳定剂、染料、有机溶剂、多价螯合剂或络合剂和催化剂等。表面活性剂用于在乳化期间在水中稳定聚合物颗粒。有时将催化剂加入到官能聚合物中以提供交联并赋予耐热性和耐化学性。在一些实施方案中，阻燃剂共混物可包含阻燃复合物、尿素和任选的水，并且不包含另外的组分。

如果这些术语中的任何一个全部或部分相互矛盾，则最广泛的定义旨在用于本发明的本申请的目的。

可以采用各种技术以将共混物施加到阻燃罩的纤维、纱线或织物上并对其进行处理。优选地，为了使阻燃复合物的分子物理吸附在其上而不与纤维形成任何化学键或交联，使用能够进行分批染色或浸染过程的任何染色设备施加阻燃剂共混物。具体地，动力泵通过使共混物循环通过主容器外部的热交换器来施加阻燃共混物。在优选的实施方案中，将阻燃剂共混物施加到短纤纱上。加工循环中的变量是共混物中阻燃复合物的浓度及其粒度；纱线包装配置、尺寸和密度；以及通过纱线的时间、温度和流动压力的量。处理过程期间的液体流动在纱线包装的内部和外部之间的方向上交替。具有阻燃共混物的纱线的饱和量受润湿剂的存在和浓度以及纱线上的光洁度的影响。在处理过程之后，将纱线进行水力提取、干燥，然后用蜡缠绕到适于针织的包装上。或者，通过使用在连续过程中施加共混物的湿润辊或垫，用阻燃剂共混物处理纱线。

在另一个实施方案中，阻燃剂共混物通过完全浸泡或浸入浴中或通过在一组压力辊的起轧点附近溢流而使用浸渍结合来施加。挤出过量的溶液并通过辊压除去。浸渍结合方法很简单，并且可以容易地控制性质或参数，诸如产品强度、柔软度和共混物中每种成分的浓度。

阻燃剂共混物也可以使用喷雾粘合(包括静电喷涂)施加，其中共混物通过空气压力、液压或离心力雾化并使用喷嘴阵列以细小液滴的形式施加到纤维的表面和阻燃罩的织物的纱线。在喷涂之后，湿纤维、纱线或织物可以通过热炉以固化或交联并通过干燥除去水。在喷雾粘合中，可任选地形成浓度梯度，其中用不同浓度的阻燃剂共混物处理纤维、纱线或织物的不同部分。

印花粘合采用雕刻凹版印刷或旋转丝网印刷辊，其中控制阻燃剂共混物涂层的图案和厚度。如果需要，通过使用这种技术，很容易仅在纤维、纱线或织物的预定区域中施加共混物。

或者，可以通过使用技术泡沫粘合来施加阻燃剂共混物，其中空气和水用作稀释剂和用于共混物的载体。空气与共混物的体积比为约5。泡沫粘合纤维、纱线或织物在干燥时消耗较少的能量，因为使用较少的水。共混物制剂可包括泡沫稳定剂，以防止泡沫在施用和干燥过程中塌陷。

在一些实施方案中，使用垫挤压辊将阻燃剂共混物施加到精加工框架上。在一些实施方案中，该方法在低液比的包装染色机中进行，该染色机可用于对许多不同类型的纤维进行浸染。

在一些实施方案中，包含阻燃复合物的共混物的施加使经处理的材料(例如织物、纤维或纱线)的重量增加约1％至约25％、或者约3％至约20％、或者约5％至约15％、或者约8％至约12％。例如，在一些实施方案中，用包含阻燃复合物的共混物处理的材料的重量比未处理的材料的重量增加约5％至约15％。

本发明的阻燃罩可提供意想不到的益处，使得足够量的阻燃复合物保留在纤维、纱线和/或织物上，并且其中极少量或没有阻燃复合物在加工、运输或使用过程中损失或从纤维、纱线和/或纤维上脱落。

在一些实施方案中，整个阻燃罩可由相同材料组成。在一些实施方案中，阻燃罩可包含两种或多种材料和/或片。在一些实施方案中，阻燃罩可包含与阻燃罩的其余部分不同或相同组成的一个或多个面板(panel)。例如，面板可包括相同的纤维、纱线和/或织物，其具有对其施加的相同或不同类型或数量的阻燃剂共混物；或者面板可以包含不同的纤维、纱线和/或织物，其具有对其施加的相同或不同类型或数量的阻燃剂共混物。在一些实施方案中，可以使用由GTI Chemical Solutions,Inc.制造的包含GTI-TARD Im(铵盐和尿素的共混物)的阻燃剂共混物。在一些实施方案中，面板可包含热塑性纤维或者其可不包含热塑性纤维。在一些实施方案中，面板可包括非织造材料和/或纤维素材料。在一些实施方案中，可以将面板另外放置在阻燃罩的一个或多个侧面或表面上。例如，可将面板放置在阻燃罩的顶面上，该顶面是将阻燃罩放置在填充材料芯上之后待暴露的表面。一个或多个面板可以任何方式放置在阻燃罩上；在一些实施方案中，它可被胶合、缝合或仅仅放置在一个或多个表面上。在一些实施方案中，使用一个或多个面板可以增强屏障和/或阻燃效果。

在一些实施方案中，阻燃罩可以设置有另外的罩，其至少部分地或完全地覆盖阻燃罩。另外的罩可包括相同的纤维、纱线和/或织物(其施加有相同或不同类型或数量的阻燃剂共混物)，或者它可以包含不同的纤维、纱线和/或织物(其施加有相同或不同类型或数量的阻燃剂共混物)。

当按照16C.F.R.部分1632床垫可燃性标准测试时，在本发明的床垫(即，由本发明的阻燃罩包裹的)上放置18根或更多根点燃的香烟导致无点火和无焦炭，因此完全符合标准。

当按照16C.F.R.部分1633床垫可燃性标准测试时，本发明的床垫表现出不超过200kW的最大峰值放热率，并且在10分钟时总放热量不超过15MJ，因此完全符合标准。在一个实施方案中，最大峰值速率为约30-35kW(例如31.5kW、34.5kW)并且发生在75-90秒(例如76秒、89秒)。在一个实施方案中，10分钟时的总放热为不超过15MJ，例如3.5-6.5MJ(例如，3.9MJ、6.3MJ)。

通过以下实施例进一步说明本发明，包括所述实施例仅用于说明目的，其决不旨在限制所附权利要求的范围。

实施例

实施例1

16C.F.R.部分1632测试

测试简要说明：根据段落1632.4，测试前，测试室调节至大于18℃(65°F)，和小于55％的相对湿度(RH)且持续至少48小时。在测试期间，在床垫表面放置最少18支点燃的香烟。在床垫的整个宽度上绘制一条线，将其分成两个相等的部分。其中一个部分用一次洗过的100％棉床单片材覆盖。在被遮盖的部分上放置九根点燃的香烟。然后，将第二片棉布片材放置在这组九根香烟上以加强热量。另一部分保持未覆盖。在这个未覆盖的部分放置了九根点燃的香烟。在某些情况下，香烟会自行熄灭。发生这种情况时，必须在床垫上放置额外的点燃的香烟。这将使实际香烟数量超过最低要求的总数18。如果有明显的点火，则将该放置位置熄灭并且不进行炭化长度测量。在某些情况下，点火不明显，并且除了香烟之外可能还有持续燃烧。当发生这种情况时，进行炭化长度测量。如果发生任何明显的点火或者如果存在大于2”的炭化测量值，则该床垫未通过测试。

用于进行部分1632测试的申请人床垫的规格(由在Farmingdale,Ny中的TheGovmark Testing Services,Inc.提供)总结在表1中，并且测试结果在图1和2以及表2中提供。测试的点火源是SRM 1196香烟。

表1.经测试床垫的规格

表2.部分1632的测试结果(Govmark测试报告3-16684-0)

*(-)表示没有支持香烟放置的边缘。

实施例2

16C.F.R.部分1633测试

测试的简要说明：床垫套件放置在支撑系统上。用来自多孔丙烷燃烧器的火焰冲击床垫套件一侧50秒的时间，而用第二个多孔燃烧器的火焰冲击床垫套件顶部70秒的时间。用排气管中的记录仪器评估燃烧产物，并且用下式计算在测试期间所记录的最高放热值。还记录整个测试期间释放的总热量。测试继续进行，直到故障发生或经过30分钟。五种测试类型可用，即合格原型、确认原型、从属原型、生产质量控制和实验。

在合格原型中，必须证明三个床垫套件符合部分1633规定的验收标准(参见表3)。

表3.部分1633床垫套件的验收标准

峰值放热率	200kW最大值
		在10分钟时的总放热量	15MJ最大值

在确认原型中，必须证明一个床垫套件符合验收标准，并且床垫套件的制造规格(结构和部件)必须与现有合格原型床垫套件的制造规格相同。

在从属原型中，床垫套件基于合格原型或确认原型。对于待测试的从属原型没有要求。该测试豁免符合§1633.4的规定，其评论了使用不同的褥套布；不同的组件；不同的材料；不同的设计；或不同的组装方法。允许这些改变合规表明，应提供合理的基础，以表明此类改变不会导致超出测试标准。因此，假设对一组从属原型的测试将支持合理的基础理论。

在生产质量控制中，测试是持续的质量控制测试，以确定一个或多个实际生产的床垫套件是否符合合格原型。

在实验中，评估了实验床垫套件的制造规格。

如部分1633所述，“床垫套件”可以是没有基座的床垫或带有基座的床垫。在没有基座的情况下，测试的市售床垫可能仅限于该配置。

表1总结了申请人的进行部分1633测试(测试类别“Experimental”；通过“TheGovmark Testing Services,Inc.in Farmingdale,NY”)的床垫规格。表4中给出了测试室配置，并且在图3和4以及表4中提供了测试结果。测试室尺寸为10英尺×12英尺×8英尺高。表5中给出了与火焰冲击点相关的30分钟测试期间的观察结果。根据报告的结果和引用的验收标准，证明测试的床垫套件符合验收标准。

表3.部分1633测试的测试室配置

表4.部分1633测试结果(Govmark测试报告3-16234-0)

表5.部分1633测试期间记录的观察结果

实施例3

16 C.F.R.部分1633测试

表1总结了申请人的在2016年11月18日进行部分1633测试(测试类别“Experimental”；通过“The Govmark Testing Services,Inc.in Farmingdale,NY”)的床垫规格。表6中给出了测试室配置，并且在图5和6以及表7中提供了测试结果。测试室尺寸为10英尺×12英尺×8英尺高。表8中给出了与火焰冲击点相关的30分钟测试期间的观察结果。根据报告的结果和引用的验收标准，证明所测试的床垫套件符合验收标准。

表6.部分1633测试的测试室配置

表8.部分1633测试结果(Govmark测试报告3-16472-0)

表9.部分1633测试期间记录的观察结果

该书面描述使用实例来公开本发明，包括优选实施方案，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果其他实施例与权利要求的字面语言没有不同的结构成分，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构成分，则这些其他实施例意图落入权利要求的范围内。来自所描述的各种实施方案的各方面以及每个这样的方面的其他已知等同物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构建根据本申请的原理的另外的实施方案和技术。

Claims

1.一种阻燃罩，其包括：

织物，其包括纱线网络，所述纱线网络包括多个互锁纤维；其中

将纤维、纱线或织物的至少一部分用包含一种或多种阻燃复合物和尿素的共混物处理，所述一种或多种阻燃复合物使所述织物的重量增加8％至12％；基于共混物的总重量，所述尿素以0.1wt％至20wt％的量存在；

其中所述尿素作为粘合剂，并且所述尿素促进所述一种或多种阻燃复合物粘附到所述纤维、纱线或织物的表面上；

所述纤维包含一种或多种纤维素纤维和任选的一种或多种热塑性纤维；

基于阻燃罩的总重量，所述阻燃罩包含小于0.1wt％的阻火成分；和

所述阻燃罩适用于至少部分地封闭填充材料的芯物质。

2.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述一种或多种阻燃复合物是选自由如下各项组成的组中的一种或多种：氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸、双氰胺、氰基胍、膦酸碳酸钙镁石、水菱镁矿、磷酸铵、磷酸二铵、多磷酸铵、红磷、三氧化锑、硼酸锌、羟基锡酸锌、锡酸锌、金属水合物、金属氧化物、溴酸铵、磷酸氢二胍、三水合铝、碳酸钙、石膏、有机卤素化合物和有机磷化合物。

3.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述一种或多种阻燃复合物是选自由如下各项组成的组中的一种或多种：磷酸铵、磷酸二铵和多磷酸铵。

4.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述共混物包括：

10wt％至60wt％的所述一种或多种阻燃复合物，

其中所述重量百分比是基于所述共混物的总重量。

5.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述共混物包括：

25wt％至45wt％的所述一种或多种阻燃复合物，其中所述重量百分比是基于所述共混物的总重量。

6.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述阻火成分选自由如下各项组成的组：芳族聚酰胺、玻璃纤维、三聚氰胺、酚醛、聚苯并咪唑、氧化聚丙烯腈、负载有二氧化硅的人造丝和二氧化硅玻璃。

7.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述阻火成分是玻璃纤维。

8.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述阻火成分是负载有二氧化硅的人造丝。

9.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述填充材料的芯物质包含在制品中，所述制品选自由如下各项组成的组：床垫、床垫褥、床垫套、床垫基座、靠垫、枕头和装饰家具制品。

10.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述填充材料的芯物质包含在床垫中。

11.根据权利要求1所述的阻燃罩，其中所述纤维仅包含纤维素纤维和任选的热塑性纤维。

12.一种阻燃床垫，其包括：

填充材料的芯物质；和

适于至少部分地封闭填充材料的芯物质的阻燃罩，其中

所述阻燃罩包括织物，所述织物包括纱线网络，所述纱线网络包括多个互锁纤维，所述纤维包含一种或多种纤维素纤维和任选的一种或多种热塑性纤维；

其中所述尿素作为粘合剂，并且所述尿素促进所述一种或多种阻燃复合物粘附到所述纤维、纱线或织物的表面上；和

基于阻燃罩的总重量，所述阻燃罩包含小于0.1wt％的阻火成分。

13.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述一种或多种阻燃复合物选自由如下各项组成的组中的一种或多种：氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸、双氰胺、氰基胍、膦酸碳酸钙镁石、水菱镁矿、磷酸铵、磷酸二铵、多磷酸铵、红磷、三氧化锑、硼酸锌、羟基锡酸锌、锡酸锌、金属水合物、金属氧化物、溴酸铵、磷酸氢二胍、三水合铝、碳酸钙、石膏、有机卤素化合物和有机磷化合物。

14.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述一种或多种阻燃复合物选自由如下各项组成的组中的一种或多种：磷酸铵、磷酸二铵和多磷酸铵。

15.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述共混物包括：

10wt％至60wt％的所述一种或多种阻燃复合物，其中所述重量百分比基于所述共混物的总重量。

16.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述共混物包括：

25wt％至45wt％的所述一种或多种阻燃复合物，其中所述重量百分比基于所述共混物的总重量。

17.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述阻火成分选自由如下各项组成的组：芳族聚酰胺、玻璃纤维、三聚氰胺、酚醛、聚苯并咪唑、氧化聚丙烯腈、负载有二氧化硅的人造丝和二氧化硅玻璃。

18.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述阻火成分是玻璃纤维。

19.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述阻火成分是负载有二氧化硅的人造丝。

20.根据权利要求12所述的阻燃床垫，其中所述纤维仅包含纤维素纤维和任选的热塑性纤维。