DE2255113A1 - Cellulosehaltiges, feuerbestaendiges system - Google Patents

Cellulosehaltiges, feuerbestaendiges system

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DE2255113A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, «.«.w iw
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke WTMY Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
♦ 8 MÜNCHEN 86, DEN '
Case 2624/MDE/im. .- postfach 860820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
Hooker Chemical Corporation, Niagara Falls, N.Y.143O2/USA
Cellulosehaltiges, feuerbeständiges System
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um Cellulose enthaltenden Materialien feuerbeständigen Charakter zu verleihen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das cellulosehaltige Material mit einer wäßrigen Lösung einer Weiterpolymerisierbaren Methylol-Phosphorverbindung, die durch Umsetzung eines Tetrakis-Chydroxymethyiy-phosphoniumsäuresalzeSj beispielsweise Tetrakis-(hydroxymethyl)»phosphoniumchlorid, mit ungefähr 0,5 bis 1,5 Mol-Teilen Ammoniak in Anwesenheit eines Carbaminsäurederivate, beispielsweise Harnstoff, erhalten wurde, behandelt. Das behandelte Material wird dann mit einer wäßrigen Lösung von Ammoniak behandelt, wobei die Methylol-Phosphorverbindung in und auf dem cellulosehaltigen Material härtet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um flammenbeständige, Cellulose enthaltende Materialien herzustellen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Phosphor enthaltendes Polymer in Cellulose enthaltende Materialien eingearbeitet bzw. darauf aufgebracht wird.
Die Behandlung von cellulosehaltigen Materialien, um diesen feuerbeständigen Charakter zu verleihen, war Gegenstand vieler Bemühungen, und viele solche Verfahren wurden vorge-" schlagen. Jedoch besitzen die meisten, wenn nicht alle diese
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Verfahren Nachteile, die mit sich bringen, daß sie von der Fachwelt nicht vollständig akzeptiert werden.
Gemäß der US-Patentschrift 2 772 188 ist es bekannt, eine wäßrige Lösung einer weiterpolymerisierbaren Methylol-Phosphorverbindung zu verwenden, um ein cellulosehaltiges Material zu behandeln. Nach dem Trocknen des behandelten Materials wird die Methylol-Phosphorverbindung mit Ammoniak in gasförmigem oder gelöstem Zustand umgesetzt, um die Methylol-Phosphorverbindung auf dem Material in unlöslichen Zustand zu überführen.
In der US-Patentschrift 2 983 623 wird eine Verbesserung des zuvor erwähnten Verfahrens beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird das getrocknete Cellulosematerial, das mit der Methylol-Phosphorverbindung imprägniert ist, zuerst mit gasförmigem Ammoniak und danach mit wäßrigem Ammoniak behandelt.
In der US-P&tentschrift 3 096 201 wird gezeigt, daß die Behandlung mit gasförmigem Ammoniak des getrockneten, imprägnierten Cellulosematerials unnötig 1st, wenn man eine wesentliche Menge an Diammoniumsulfit in die Methylol-Phosphorverbindung-Lösung einarbeitet. " '
Gemäß der US-Patentschrift 3 236 676 wird ein cellulosehaltiges Material mit einer wäßrigen Lösung einer Phosphoniumverbindung behandelt, das Material wird getrocknet und dann auf 100 bis 1800C erwärmt, um die Phosphoniumverbindung an dem Material bzw. auf dem Material zu fixieren. Das so behandelte Material wird gasförmigem Ammoniak ausgesetzt, und dann mit wäßrigem Ammoniakhydroxyd behandelt, um die Phosphoniumverbindung auf dem Cellulosematerial zu härten.
Alle diese bekannten Verfahren sind aus einem oder mehreren Gründen nicht vollständig zufriedenstellend. Beispielsweise wurde in vielen Fällen beobachtet, daß die Phosphoniumverbin-
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dung die Neigung besitzt, während der Behandlung mit wäßrigem Ammoniak an die Oberfläche des Materials zu wandern, und spmit nicht permanent an der Faser fixiert wird. Während dieser wäßrigen Behandlung wird ein beachtlicher Teil der Phosphoniumverbindung von dem Material' ausgelaugt oder . auf der Oberfläche des Materials polymerisiert. Es ist ebenfalls bekannt, daß die Umsetzung von gasförmigem Ammoniak mit der Phosphoniumverbindung durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Ammoniaks durch das Gewebe bzw. Gewirke begrenzt ist, die in einigen Fällen sehr langsam sein kann, und in einigen Fällen muß das imprägnierte Material während langer Zeiten in der Ammoniakatmosphäre gehalten werden, damit man ein vollständig umgesetztes Produkt erhält. Da die Reaktion in ihrem Charakter exotherm ist, kann die Temperatur des cellulosehaltigen Materials in einigen Fällen unerwünscht hoch werden. Weiterhin ist, das Erwärmen des getrockneten Materials zur Fixierung der Phosphoniumverbindung auf dem Material eine weitere Verfahrensstufe. Dazu sind längere Zeiten erforderlich und größere Kosten treten auf und oft wird der physikalische Charakter der behandelten cellulosehaltigen Materialien anderweitig nachteilig beeinflußt.
Es ist ersichtlich, daß die bekannten Verfahren, die für die Anwendung von Phosphoniumverbindungen auf Cellulosematerialien vorgeschlagen wurden, nicht alle Wünsche erfüllen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, um Cellulose enthaltenden Materialien Flammenbeständigkeit zu verleihen, bei dem die Stufe, bei der das Material mit gasförmigem Ammoniak behandelt wird, nicht erforderlich ist.
Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur Behandlung von cellulosehaltigen Materialien mit wäßrigen Lösungen
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von Phosphoniumverbindungen zu schaffen, um diese.. Materialien feuerbeständig zu machen.
*
Erfindungsgemäß werden Cellulose enthaltende Materialien mit einer wäßrigen Lösung einer weiterpolymerisierbaren Methylol·* Phosphorverbindung, beispielsweise Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid, behandelt, wobei die Methylol-Phosphorverbindung mit ungefähr 0,5 bis 1,5 molaren Teilen an Ammoniak in Anwesenheit von mindestens ungefähr 0,25 Mol eines Carbaminsäurederivate umgesetzt wurde und wobei ein wasserlösliches ReaktionsprOdukt erhalten wurde. Das behandelte Material wird vorzugsweise nachdem es teilweise getrocknet wurde mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von Ammoniak behandelt, um die Methylol-Phosperrverbindung in und an bzw. auf dem Cellulose enthaltenden Material zu härten.
Bei diesem Verfahren werden die folgenden Stufen vermiedenj Fixierung der Methylol-Phosphorverbindung auf dem Material und Behandlung des imprägnierten Materials mit gasförmigem Ammoniak.und mit Wärme.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Behandlung von Cellulose enthaltenden Materialien wie Baumwolle oder regenerierte Cellulose, Mischungen dieser Materialien mit synthetischen Materialien wie Polyester-Baumwollmischungen, Holz, Papier und ähnlichen Stoffen geeignet.
Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wäßrige Lösung von Tetrakis-(hydroxymethyl )-phosphoniumsäuresalz mit ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 molaren Teilen an Ammoniak in Anwesenheit von ungefähr 0,25 bis ungefähr 2 molaren Teilen Harnstoff umgesetzt, während der pH-Wert der Lösung unter ungefähr 3 gehalten wird. Die entstehende Lösung wird durch Zugabe eines alkalischen Reagens wie Natriumhydroxyd, Triäthanolamin u.a. auf einen pH-Wert im Bereich von unge'fähr k bis 7 und vorzugsweise von
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ungefähr 5 bis 6 eingestellt. Danach wird die Lösung auf ein Cellulose, enthaltendes Material geklotzt bzw. aufgebracht, und das so behandelte Material wird vorzugsweise auf eine Feuchtigkeitsretention von mindestens ungefähr 5C# getrocknet. Die Trocknungsstufe wird bei relativ mäßiger Temperatur durchgeführt, so daß im wesentlichen keine Fixierung der Phosphoniumverbindung auf das Material erfolgt. Das getrocknete Material wird anschließend mit einer verdünnten, wäßrigen Ammoniumhydroxydlösung behandelt bzw. geklotzt, um die phosphoniumverbindung auf und in dem Material zu härten. Das Material wird mit einem wäßrigen Alkalibad, das ein Oxydationsmittel, beispielsweise Natriumperoxyd, Wasserstoffperoxyd u.a., enthält, gereinigt, und dann wird das gereinigte Material gespült und getrocknet.
Das entstehende Material ist flammenbeständig und kann mehrere Male mit Seife/wasserfreien Sodalösungen unter Kochen gewaschen werden, ohne daß es im wesentlichen seinen feuerbeständigen Charakter verliert. "Während der Härtungsstufe tritt im wesentlichen kein Auslaugen oder kein Auswandern der Phosphoniumverbindung auf.
Verschiedene saure Salze der Tetrakis-(hydroxymethyl)-phos<phoniumverbindung sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet, Beispiele solcher Salze sind das Chlorid, das Bromid, das Sulfat, das Phosphat, das Acetat und das Propionat. Das Chlorid ist wegen seiner allgemeinen Verfügbarkeit und seiner besonderen und gesamten Wirksamkeit das bevorzugte Salz.
Irgendwelche weiterpolymerisierbaren Methylol-Phosphormaterialien, die in der zuvor erwähnten US-Patentschrift 2 772 188 erwähnt werden, sind bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren geeignet. Ein besonders nützliches und· daher be- · vorzugtes Material ist ein Salz der TetrakisrChydroxymethyl)-phosphoniumsäure und insbesondere das Chlorid. Dieses Salz ( reagiert mit beschränkten Mengen an Ammoniak, wobei man ein
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Reaktionsprodukt erhält, das löslich ist und das wahrscheinlich eine Mischung der monofunktionellen und bifunktionellen Derivate ist. Wie bekannt ist, reagiert die Phosphoniumverbindung, wenn ein Überschuß an Ammoniak verwendet wird, zu einem dreifunktionellen vernetzten polymeren Reaktionsprodukt, das in Wasser unlöslich ist. Jedoch ergeben geringere Mengen, d.h. Mengen im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 Mol/Mol Phosphoniumverbindung Reaktionsprodukte, die wasserlöslich sind und offensichtlich Mischungen der mono- und difunktionellen Derivate enthalten. Weitere Zugaben von Ammoniak zu diesem Reaktionsprodukt ergeben die Bildung von dem unlöslichen dreifunktionellen vernetzten Polymeren.
Carbaminsäurederivate, die bei der Herstellung der weiterpolymerisierbaren Phosphoniumsalz-Ammoniak-Reaktionsprodukte verwendet werden können, umfassen beispielsweise Harnstoff, Thioharnstoff, Biuret, Guanidin, Cyanamid, Dicyanamid, Äthylenharnstoff u.a. Von diesen sind Harnstoff und Thioharnstoff bevorzugt. Man nimmt an, daß das Produkt, das durch Umsetzung des Phosphoniumsalzes und Ammoniaks in Anwesenheit des Carbaminsäurederivate gebildet wurde, ein relativ stabiler, löslicher Komplex ist, der während der Trocknuügs- und/oder Härtungsstufen zersetzt wird, wobei das Carbamineäurederivat freigesetzt wird. Das Carbaminsäurederivat wird aus dem imprägnierten Material ausgelaugt und bleibt somit nicht in irgendwelchen wesentlichen Mengen an dem behandelten Material haften.
Die Menge an Carbaminsäurederivat, die verwendet wird, kann über einen beachtlichen Bereich variiert werden. Vorzugsweise sollte diese Verbindung in einer Menge von mindestens ungefähr 0,25 Mol/Mol Phosphoniumverbindung vorhanden sein. Es wurde gefunden, daß allgemein Mengen an Carbaminsäurederivat, die so groß sind wie 5,0 bis 10,0 Mol oder mehr, verwendet werden können, obgleich Mengen, die beachtlich inr Überschuß von ungefähr 2 Mol/Mol Phosphoniumsalz liegen, die
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Ergebnisse nicht wesentlich beeinflussen und daher aus diesem Grund im allgemeinen nicht verwendet werden., .
Im allgemeinen wird der pH-Wert der. wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts der Phosphoniumverbindung und Ammoniak innerhalb eines Bereichs von ungefähr 4 bis 7 und vorzugsweise innerhalb' des Bereichs von ungefähr 5 bis 6 vor der Verwendung eingestellt, obgleich pH-Werte außerhalb dieser Grenzen verwendet werden können* Wie es' bekannt ist, können stark saure Medien, beispielsweise Medien, die einen pH-Wert unter ungefähr 1 besitzen, cellulosehaltige Materialien zersetzen, während stark alkalische Medien, beispielsweise Medien, die einen pH-Wert über ungefähr 8 besitzen, eine unerwünschte Zersetzung der Phosphoniumverbindung mit sich bringen können.
Der pH-Wert der wäßrigen Lösung kann innerhalb des gewünschten Bereichs durch die Verwendung alkalischer Reagentien, wie Natrium- oder Kaliumhydroxyden, Natriumacetat, wasserlöslichen tertiären Aminen wie Triäthanolamin, Tributylamin, Trihexylamin, Triisopropanolamin, Tripentanolamin u.a. eingestellt werden. Von diesen alkalischen Reagentien ist Triäthanolamin bevorzugt, und auf dieses Material wird in der vorliegenden Anmeldung hauptsächlich Bezug genommen.
Die wäßrige Lösung kann auf das Cellulose enthaltende Material durch übliche Maßnahmen wie durch Eintauchen, Besprühen, Klotzen u.a. aufgebracht werden. Das behandelte Material kann durch einen Spalt oder Abquetschwalzen geleitet werden, um die Aufnahme der Lösung auf ungefähr 100% an dem Gewicht des Materials einzustellen.
Das Trocknen des imprägnierten Materials sollte unter relativ milden Bedingungen, beispielsweise bei Temperaturen von ungefähr 120°C, durchgeführt werden. Höhere Temperaturen ,^.beispielsweise bis zu ungefähr 175° bis 2000C, können verwendet
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werden, obgleich man vorsichtig sein soll, djaß das Material nicht in dem getrockneten Zustand erwärmt wird, um das Harz nicht in'wesentlichem Ausmaß auf das Material zu fixieren, da bei solchen erhöhten Bedingungen der Temperatur/Zeit gefunden wurde, daß die herzförmigen Materialien eine ausgeprägte Neigung besitzen, an die Oberfläche des Materials zu migrieren bzw. zu wandern und oberflächliche Harzüberzüge zu bilden, die gegenüber den nachfolgenden Behandlungen wie Waschen weniger beständig sind und die auf dem Material unerwünschte Flecken ergeben können.
Man nimmt an, daß diese Trocknungsstufe für das erfindungsgemäße Verfahren nicht wesentlich ist. Man hat jedoch beobachtet, daß ein gewisses Auslaugen des Phosphoniumsalz-Ammoniak-Reaktionsproduktes auftritt, wenn das Material nicht gehärtet ist. Es ist daher bevorzugt, daß das behandelte Material getrocknet wird, in einem Maße, das mindestens der Entfernung von ungefähr 50 Gew.Ji seines Feuchtigkeitsgehaltes vor dem Härten entspricht. Man kann also sagen, daß es bevorzugt ist, daß daö behandelte Material unter mäßigen Bedingungen auf eine Feuchtigkeitsretention von 50 Gew.% oder weniger.getrocknet wird.
Nach dieser gegebenenfalls durchgeführten Trocknungsstufe wird das behandelte cellulosehaltige Material einer chemischen Härtungsstufe unter Verwendung von Ammoniak als Quelle ausgesetzt. Das Ammoniak kann bei dieser Härtungsstufe als wäßriges Ammoniak einschließlich Ammoniumhydroxyd, Lösungen von Aminoverbindungen, die mindestens zwei reaktive Wasserstoff atome pro Molekül enthalten, wie Amine, die eine primäre Aminogruppe enthalten, als Hydrazin, als Alkyisubstituierte Hydrazine und ähnliche Verbindungen, Ammoniumcarbonat oder andere leicht dissoziierte schwache Säure-
salze von Ammoniak wie Ammoniumacetat, Ammoniumformiat und ähnlichen verwendet werden. Weiterhin kann, wie in der US-Patentschrift 3 310 419 beschrieben ist, die chemische Här-
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tung des behandelten cellulosehaltigen Materials durchgeführt werden, wenn man eine Zusammensetzung verwendet, die eine Mischung des Ammoniumsalzes einer starken Säure wie Ammoniumsuifat, ein Alkalimetallcarbonat wie Natriumcarbonat und ein Alkalimetallbicarbonat wie Natriumbicarbonat enthält. Eine wäßrige Lösung einer solchen Mischung wird hergestellt und das behandelte, Cellulose enthaltende Material wird damit kentaktiert.
Wegen der leichten Verfahrensdurchführung ist es im allgemeinen bevorzugt, die chemische Härtung der polymerisierbar en Zusammensetzung mit wäßrigen Lösungen von Ammoniak, die ungefähr 3 Ms 10?6 Ammoniak enthalten, durchzuführen· Die chemische Härtung wird während einer Zeitdauer durchgeführt, die ausreicht, um eine im wesentlichen vollständige Härtung der polymerisierbaren Zusammensetzung in und auf dem Material zu ergeben, was mit sich bringt, daß die Zusammensetzung in und auf dem Cellulosematerial im wesentlichen vollständig wasserunlöslich wird· Es ist offensichtlich, daß die genaue Zeit, die für die chemische Härtung erforderlich ist, variieren wird, abhängig von der Menge an aufgenommenem Harz, das in und auf dem behandelten Material vorhanden ist, wie auch von der Art des cellulosehaltigen Materials selbst· Es wurde jedoch gefunden, daß chemische Härtungszeiten von ungefähr 1 bis ungefähr 5 Minuten typisch sind.
Wie die Behandlungs- und Trocknungsstufen kann die chemische Härtungsstufe entweder in einer Mühlenvorrichtung bzw· Mahlvorrichtung oder in technischen Waschvorrichtungen bzw. Waschmaschinen, abhängig von der Art des zu behandelnden cellulosehaltigen Materials, durchgeführt werden. Wenn Meterwaren behandelt werden, kann diese Härtungsoperation in einer Klotzvorrichtung oder in einem Jigger erfolgen. .In Fabrikanordnungen, bei denen die Klotzvorrichtung bzw. Imprägniervorrichtung oder -maschine in Tandem-Beziehung mit dem Trockner angeordnet ist, kann die chemische Härtungs-
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stufe kontinuierlich durchgeführt werden. Wenn jedoch die Finishing-Verfahren bzw. Behandlungsverfahren ein Reinigen in einem Jigger -umfassen, wird die Ammoniakhärtung zweckdienlich in einem Jigger gegen Ende der ersten Stufe bzw. während des ersten Endes durchgeführt.
Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren. Die Teile und Prozentgehalte sind, wenn nicht anders angegeben, durch das Gewicht ausgedrückt und die Temperaturen in °C.
Die Feuerbeständigkeiten, die angegeben sind, wurden gemäß dem Verfahren der American Association of Textile Chemists and Colorists, Test AATCC Base 34-1969, bestimmt. Die Zugfestigkeiten wurden gemäß dem Verfahren der Federal Specification CCCT-1916, 5100, bestimmt und die Steife des Materials bzw. Gewebes oder Gewirkes wurde unter Verwendung eines Gurley-Steifetests bestimmt.
Beispiel 1
Eine Lösung von 500 Teilen Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid (8096 =2,1 Mol) und 60 Teilen Harnstoff · (1,0 Mol) in 315 Teilen Wasser wurde hergestellt. Die Lösung wurde heftig gerührt und dann fügte man dazu während 30 Minuten tropfenweise 125 Teile von 28%igem Ammoniumhydroxyd (2,06 Mol NH,). Die Temperatur der Masse stieg auf ungefähr 74 und der pH-Wert betrug 2. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur ungefähr 24 Stunden aufbewahrt. Während dieser Zeit nahm der pH-Wert auf ungefähr 1,0 ab.
Triethanolamin, 10 Teile, wurde zu 100 Teilen der oben hergestellten Lösung zugefügt, um den pH-Wert auf 5,0 einzustellen. Die entstehende Lösung wurde verwendet, um gebleichten Baumwollpopelin 156 g/0,83 m bzw. 188 g/m (5,5 ounce per sq.yd.) zu imprägnieren bzw. zu klotzen. Das Material wurde durch Abquetschwalzen geleitet, um die
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Feuchtigkeitsaufnahme auf ungefähr 100% einzustellen. Das behandelte Material wurde 2 Minuten bei ungefähr 120 C getrocknet und dann durch eine 3%ige wäßrige Ammoniumhydroxyd-Imprägnierlösung geleitet.. Das Material wurde dann in einer wäßrigen Alkali seifenlösung, die 5% von 35%igem Wasserstoffperoxyd enthielt, geleitet, um überschüssige Chemikalien zu entfernen. Es wurde dann mit Wasser gespült, das gereinigte Material wurde getrocknet und bei 21 und 65% relative Feuchtigkeit konditioniert. Man fand, daß das getrocknete Material eine Gewichtserhöhung von 18,9% be- ' saß, verglichen mit d.em ursprünglichen Material. Das behan- * delte Material zeigte ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Verbrennen, wenn es mit dem üblichen vertikalen Streifenflammentest untersucht wurde. Diese Eigenschaft würde nicht verschlechtert, wenn man das Material 9 Mal hintereinander 1 Stunde-Kochwäschen in einer Lösung von 90 Teilen Seife, 90 Teilen Sodaasche (wasserfreie Soda), 10 Teilen synthetischem anionischem Waschmittel in ungefähr 50 000 Teilen Wasser unterwarf.
Beispiel 2 : - , ■ .
Dieses Beispiel erläutert die Wirkung verschiedener Mengen an Harz-Aufnahmen auf die Dauerhaftigkeit des feuerbeständigen Charakters des behandelten Materials.
Eine wäßrige Lösung, die das Reaktionsprodukt von 1 MoI-An-' teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid (THPC) > 0,8 Mol-Anteilen Ammoniak und 0,5 Mol-Anteilen Harnstoff enthielt, wurde wie oben in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Proben eines 188 g/m (5,5oz) Baumwollpopelin wurden mit dieser Lösung behandelt und danach wurde das Material zwischen Abquetschrollen geleitet, damit man verschiedene Mengen an feuchter Harzaufnahme erhielt. Die behandelten Proben wurden jeweils 3 Minuten in einem 120 - Ofen getrocknet, gehärtet, · indem man sie durch ein 3%iges -"V
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wäßriges Ammoniak-Imprägnierbad leitete, gewaschen, gespült und getrocknet und bei 21° und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% konditioniert. Die behandelten Proben wurden gewogen, um die Menge an Harzaufnahme zu bestimmen, und dann
■«
wurde ihre Flammenbeständigkeit zu Beginn und nach 5 und nach 9 kochzyklen wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht. Die Zugfestigkeit und die Steife wurden gemäß den vorher erwähnten Verfahren bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle I
% Reaktionsprodukt
auf dem Material -
feucht (1) 25 30 35 AO 45
% Reaktionsprodukt
nach dem Reinigen -
trocken 11 14 16 18 22
Schmorlänge zu Beginn 13,0 9,7 9,7 11,4 9,7 cm(inches) (5,1) (3,8 {3,0} (4,5) (3,8) " nach 5 Zyklen B(2) 13,5 , 10,2 12,4 12,2
(5,3) (4,0) (4,9) (4,8) n nach 9 Zyklen B B 15,0 11,4 12,2
(5,9) (4,5) (4,8)
Zugfestigkeit bzw. 2,1 2,2 2,5 2,5 2,5 Zuggriff !tensile grab). (30) (3D (35) (35) „ (.35) Schuß,kg/qcm(lbs/in)(3)
Zugfestigkeit 3,7 4,2 4,2 4,4 4,1 Kette kg/qcm(lbs/in) (53) (60) (60) (63) (58) Steife (mg), Kette 20 39 28 48 32
Legende:
(1) Bezogen auf THPC, das ursprünglich in der Reaktionsmischung vorhanden war.
(2) 11B" zeigt an, daß die Probe brennt.
(3) Zugfestigkeit des unbehandelten Materials, Schuß 2,2 kg/qcm (32 lbs/in), Kette 3,9 kg/qcm (55 lbs/in).
Diese Ergebnisse zeigen, daß zwar alle behandelten Proben zu Beginn feuerbeständig sind, daß aber eine permanente Feuerbeständigkeit nur erhalten wird, wenn ungefähr 15% oder mehr des Harzes auf bzw. von dem Material (Gewebe oder Gewirke) *
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aufgenommen werden. Diese Ergebnisse zeigen weiterhin, daß die Behandlung die Zugfestigkeit oder Steifheit des Materials nicht bemerkenswert beeinflußt,
Beispiel 3
Die Bedeutung der Anwesenheit von Carbaminsäurederivat in der wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts wird von den folgenden Versuchs Serien erläutert, , . ...
Wäßrige Lösungen des Reaktionsprodukts von 1 Mol-Teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid und 0,8 Mol-Teilen Ammoniak wurden in Abwesenheit von und in Anwesenheit verschiedener Mol-Teile an Harnstoff wie-in Beispiel 1 oben beschrieben hergestellt. Proben eines 188 g/qm (5,5 oz) gebleichten Baumwollpopeiinmaterials wurden mit dieser Lösung bis zu einer Feuchtigkeitsaufnahme von b5% Reaktionsprodukt behandelt. Die Proben wurden bei ungefähr 120° während 3 Minuten getrocknet, mit 3% wäßrigen Ammoniak gehärtet, gewaschen und wie in Beispiel 2 oben beschrieben konditioniert. Die Proben wurden dann auf ihre Flammenbeständigkeit untersucht und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt. ,
Tabelle 0 II 0,25 0,375 0,5C
Mol Harnstoff/Mol THPC 0,0 5 ,125 t2,4 17,4 20,2
Jftteaktionsprodukt nach
dem Reinigen
6,5 ja ,7 da nein nein
Auslaugen (1) . da B 14,7
(5,8)
9,9
(3,9)
10,2
(4,0)
Schmorlänge zu Beginn
cm (in,)
B(2) B B 13,5
(5,3)
12,2
(4,8)
w nach 5 Koch
zyklen ,cm (in)
B B B 14,0
(5,5).
12,4
(4,9)
11 nach 9 Koch
zyklen, cm (in)
B
Legende: (1) Das Auslaugen wird durch das Auftreten von farblosen bzw,weißen Polymerteilchen entweder auf dem-Material oder in dem Ammoniakhärtungsbad beobachtet.
V .
.S~ 309820/0970
(2) "Bn zeigt an, daß die Proben brennen.
ι ' '■· ■■■·■■·
Beispiel 4
Die Wirkung verschiedener Mengen an Ammoniak, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Reaktionsproduktes verwendet wurden, wird im folgenden erläutert.
1 Mol-Teil Tetrakis-ChydroxymethylJ-phosphoniumchlorid wurde in Anwesenheit von 0,5 Mol-Teilen Harnstoff mit verschiedenen Mol-Teilen Ammoniak wie oben in Beispiel 1 beschrieben untersucht.
Die entstehenden wäßrigen Lösungen wurden zur Behandlung von Baumwollpopelin verwendet und das behandelte Material wurde wie oben bei Beispiel 1 beschrieben weiterverarbeitet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben.
Mol NH^/Mol THPC.
JÖleaktionsprodukt auf
der Faser - feucht
#Reaktionsprodukt auf
d.gereinigten Faser
Auslaugen
Anschmorlänge zu Beginn, cm (in)
nach 5 Kochzyklen
cm (in;
nach 9 Kochzyklen
cm (in)
Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, daß das'.Reäk-T'" tionsprodukt, wenn der Anteil an Ammoniak, der verwendet wird, unter ungefähr 0,5 Mol/Mol Phosphoniumsalz abnimmt, als Mittel, um Feuei*beständigkeit zu verleihen, unwirksam wird," bezogen auf das Auslaugen aus dem Gewebe und die Permanenz
"n
3098 20/097 0
Tabelle
1,0
(4 III 0 ,8 ,4 (5, 0,6 11,7 (4,
45 (4 45 ,7 (4, 45 B
17,8
nein
11,7
(7 ,6) 19,5
nein
12,7
(4, ,6)
12,4 ,9) 11
17,8 ,0) 11
15,0
geringfügig
0) 15,2 (6,0)
5)
6)
des flammenbeständigen Charakters des behandelten cellulosehaltigen .Materials .
Beispiel 5
In diesem Beispiel wird die Wirkung des Trocknens des behandelten cellulosehaltigen Materials erläutert.
Eine wäßrige Lösung des Reaktionsprodukts von 1 Mol-Teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid, 0,8 Mol-Teilen Ammoniak und 0,5 Mol-Teilen Harnstoff wurde wie in Beispiel 1 oben beschrieben hergestellt. Proben aus Baumwollpopelin wurden mit dieser Lösung behandelt und das behandelte Material wurde durch Abquetschrollen geleitet, um die Feuchtigkeitsaufnahme auf ungefähr 100% der Lösung, bezogen auf das Gewicht des Materials, einzustellen. Das feuchte Tuch wurde dann während verschiedener Zeit in einem 120 -Ofen getrocknet, wobei man Tuchproben mit verschiedenen Mengen an zurückbehaltener Feuchtigkeit erhielt. Das getrocknete Tuch wurde dann durch Eintauchen in verdünntes, wäßriges Ammoniak gehärtet, gereinigt und konditioniert, wie in Beispiel 1 be-. schrieben. Die verschiedenen behandelten Tuchproben wurden auf ihre Flammenbeständigkeit untersucht und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV aufgeführt;
Tabelle IV
Feuchtigkeits-
retention 100% 75% 50% 25%
(nicht getrocknet) .
% Reaktionsprodukt
auf d.gerein.Probe 20,6 20,6 21,5 22,3 Auslaugen geringfügige geringfügig nicht '. nicht Anschmorlänge
zu Beginn,cm(in) 10,4 (4,1) 9,9 (3,9) 9,9(3,9) 9,7(3,8]
n.5 Kochzyk.» 13,5 (5,3) 13,0 (5,1) 12,2(4,8) 10,4(4,1
n.9 " n 15,2(6,0) B 17,8(7,0)12,4(4,9]
Gurley-Steife, mg 33 39 ' 40 * 47
309820/0 9-7 0
Diese Ergebnisse zeigen, daß das nichtgetrocknete oder nur geringfügig getrocknete behandelte Material (75% Feuchtigkeitsretention) ein gewisses Auslaugen des Phosphor enthaltenden Harzmaterials in dem Härtungsbad gibt und daß dieses Material zu Beginn feuerbeständig ist, diese Eigenschaft aber nicht immer permanent ist. Dauerhafte Flammenbeständigkeit wird erhalten, wenn das behandelte Material auf eine Feuchtigkeitsretention von ungefähr 50% oder weniger getrocknet wird.
Die Erfindung wurde im vorstehenden unter Verwendung spezifischer Ausdrücke erläutert. Außerdem wurden besondere Ausführungsformen angegeben. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Variationen dieser Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne daß man vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung und dem allgemeinen Erfindungsgedanken abweicht.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von feuerbeständigen, cellulosehaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man ein cellulosehaltiges Material mit einer wäßrigen Lösung einer weiterpolymerisierbaren Methylol-Phosphorverbindung behandelt, die durch Umsetzung eines Tetrakis- (hydroxymethyl) -pho sphoniumsäuresaizes mit ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 Mol-Teilen Ammoniak in Anwesenheit eines Carbaminsäurederivats erhalten wurde, und man das behandelte Material mit' einer wäßrigen Ammoniaklösung zur Härtung der Methylol-Phosphorverbindung in und auf bzw. an dem Cellulose enthaltenden Material kontaktiert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumsäuresalz das Chlorid verwendet,
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Methylol-Phosphorverbindung das Reaktionsprodukt von ungefähr 1 Mol-Teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid mit ungefähr 1 Mol-Teil Ammoniak in . Anwesenheit von mindestens ungefähr 0,25 Mol-Teilen eines Carbaminsäurederivats verwendet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Material auf eine Peuchtigkeitsreten-' tion von ungefähr 50% oder weniger getrocknet wird, ohne daß eine wesentliche Fixierung des Reaktionsprodukts an der Faser stattfindet. ·
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als' Carbaminsäurederivat Harnstoff oder Thioharnstoff verwendet.
y ■ ■ ' - r-.
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6. Verfahren gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man als Carbaminsäurederivat Harnstoff verwendet und dieser in einer Menge von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 Mol-Teile/Mol-Teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumsäuresaiz vorhanden ist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt durch Umsetzung von 1 Mol-Teil Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumchlorid mit ungefähr 0,8 Mol-Teilen Ammoniak und ungefähr 0,5 Mol-Teilen Harnstoff gebildet wird.
8· Feuerbeständiges bzw. flammensicheres, cellulosehaltiges Material, erhalten durch Behandlung eines Cellulose enthaltenden Materials mit einer wäßrigen Lösung des Reaktionsprodukts eines Tetrakis-(hydroxymethyl )-phosphoniumsäuresalzes mit ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 Mol-Teilen Ammoniak und mindestens ungefähr 0,25 Mol-Teilen eines Carbaminsäurederivate und Behandeln des Materials mit einer wäßrigen Ammoniaklösung.
9. Material gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Material auf eine Feuchtigkeitsretention von ungefähr 50 Gew.# oder weniger getrocknet wird, bevor das Material mit wäßrigem Ammoniak behandelt wird.
10. Material gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt das Reaktionsprodukt eines Tetra- \ kis-(hydroxymethyl)-phosphoniumsäuresalzes mit ungefähr ^ 1 Mol-Teil Ammonium und ungefähr 0,5 Mol-Teilen Harnstoff ist.
11. Material gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Tetrakis-(hydroxymethyl)-phosphoniumsäuresalz das Chlorid verwendet.
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