-
'Verfahren zum "AuSpfropfen" eines feuerhemmenden Zusatzstoffes auf
entflammbare Stoffe, Fasern und andere Werkstoffe" 20 Seiten Beschreibung mit 7
Patentansprüchen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zum "AuSpfropfen" eines feuerhemmenden Zusatzstoffes auf entflammbare Stoffe, Fasern
und andere Werkstoffe Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf ein Verfahren
zum "Aufpfropfen" eines feuerhemmenden Zusatzstoffess der aus der aus phosphorreichen
und halogenreichen feuerhemmenden Verbindungen bestehenden Gruppe ausgewählt ists
auf einen entflammbaren Faserstoff, der aus der aus Nylon, Polyester und Zellulosestoffen
bestehenden Gruppe ausgewählt ist Die Erfindung bezweckt vor allem, Stoffe, Fasern
und andere Werkstoffe einschließlich Holz und anderer von Menschenhand hergew stellterund
synthetischer, sonst entflammbarer Werkstoffe unter Verwendung von Zusatzstoffen
feuerhemmend zu machen; die Erfindung ist insbesondere auf die Entdeckung der Wirkung
einer Elektronenbestrahlung von verhältnismäßig geringer Energie bei der Bewirkung
einer neuartigen chemischen Aufpfropf- und Oberflächenbeschichtungshaftverbindung
dieser Zusatzstoffe mit den Werkstoffen gerichtet, um den Werkstoffen, auch durch
einfachere und wirksamere Verfahren, stark verbesserte, langdauernde feuerhemmende
Eigenschaften zu verleihen.
-
Zeitweise wurden die flammhemmenden Eigenschaften beispielsweise Gewebematerialien
über die chemische AuSpfropfung von phosphor- oder bromreichen Zusatzstoffen od.
dgl. auf die Fasermoleküle, beispielsweise Baumwolle oder Zellulose verliehen. Techniken
zum Erreichen dieser Eigenschaften durch chemische Verfahren sind z.B. in "A New
Durable Flame Retardant Finish For Cellulosics" von Eisenberg et al. 1974 National
Technical Conference, American Association of Textile Chemists and Colorists, New
Orleans (Persulphate cure-catalysing vinyl
phosphonate oligomer)
beschrieben. Andere Fasern als die Naturzellulosen sind jedoch schwerer zu handhaben
gewesen.
-
Folglich hat die den meisten Synthetika wie Polyestern, Polyurethanen
oder Nylon eigene hohe innere Entflammbarkeit diese für viele Anwendungszwecke in
der Bekleidungsindustrie oder der Bettenfabrikation ungeeignet gemacht. Das der
vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Verfahren ist in einem wichtigen Anwendungsbereich
auf die Lösung dieses Problems gerichtet, insbesondere, obwohl nicht ausschließlieh,
für die Polyester/ Baumwolle-Mischungen und reine Polyester, die weitgehend bei
Kinderbekleidung und Nachtzeug sowie als Füllmaterial für Matratzen und Bett-Tagesdecken
und Bezügen u. dgl. Anwendung finden. Das Verfahren macht von dem direkten Einpfropfen
des flammhemmenden Zusatzstoffes durch Elektronenstrählung in die Grundtextilfaser
oder in jeden Werkstoff Gebrauch, für den eine flammhemmende oder f3ammabstoßende
Eigenschaft gewünscht wird.
-
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren
zum Feuerhemmendmachen von Werkstoffen zu schaffen, das sich von den herkömmlichen
chemischen Verfahren grundlegend unterscheidet und von einem Aufpfropfen der Werkstoffe
mittels einer verhältnismäßig niedr-gen Elektronenstrahlenergie Gebrauch macht,
d.h. ein Verfahren, das eine strahlungsinduzierte chemische Haftverbindung und Oberflächenbeschichtungsaushärtung
des feuerhemmenden Zusatzstoffes den Werkstoffasern oder einer anderen Struktur
verleiht und das eine physikalische und chemische Veränderung sowie ein Verbundprodukt
mit einbezieht, das sich von denjenigen klar unterscheidet, die durch das übliche
auf chemische Weise induzierte feuerhemmende
Aufpfropfen erreicht
werden, bei dem herkömmliche peroxid-oder persulfatkatalysierte Prozesse angewendet
werden Zur Lösung dieser Aufgabe umschließt die Erfindung ein Verfahren zum Aufpfropfen
von feuerhemmenden Zusatzstoffen einschließlich phosphor- und halogenreicher Verbindungen
auf Stoffe, Fasern und andere entflammbare Werkstoffe, das folgende Schritte einschließt;
a) Auftragen einer Lösung des Zusatzstoffes und einer Aufpfropfverbindung auf den
Werkstoff zum Bewirken einer Mischpolymerisation mit dem Zusatzstoff; b) derartiges
Einstellen des Feststoffgehalts der aufgetragenen Lösung,daß er einem vorbestimmten
gewünschten Zusatzpegei entspricht; c) wenigstens teilweises Trocknen des Werkstoffs;
d) Aussetzen des Werkstoffs einem Elektronenbestrahlungsstrahl; e) Einstellen der
Elektronenbestrahlung innerhalb von Energiebereichen von im wesentlichen 50 bis
250 keV und Pegeln von im wesentlichen 2 bis 5 Megarad.
-
Eine bevorzugte Vorrichtung, die in Ubereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung auf eine Verwendung bei der Ausführung des Verfahrens eingestellt werden
kann, ist beispielsweise in den US-PS'en 3 702 412, 3 745 396 und 3 769 600 beschrieben
und bezieht einen Linearfächer aus energetischen Elektronen mit ein3 welche über
ein elektronendurchlässiges Fenster auf im wesentlichen übliche Weise auf den zu
behandelnden Werkstoffen beschleunigt werden, die ihrerseits in Längsrichtung am
Fenster vorbei getragen werden können. Während die verwendete Strahlung
von
verhältnismäßig niedriger Energie bei derartigen Linearfächer- oder Vorhangkonfigurationen
vorzugsweise den Zwecken der Gleichmäßigkeit und der Einfachheit dient, kann die
Erfindung auch mit anderen Elektronenstrahlen von ähnlichen Energien und Dosierungen
Anwendung finden, die auf zweckmäßige Weise bewegt oder abgetastet werden können,
oder es kann eine Vielzahl von angrenzenden Strahlen zum Schaffen einer seitlichen
Erweiterung entlang des gerade durch den Behandlungsbereich geführten Werkstoffs
verwendet werden. Die Vorteile der vorerwähnten Techniken wie im Falle der Elektrovorhangvorrichtung
("Electrocurtain") der Energy Sciences Inc., Burlington (Massachusetts), sind auch
beispielsweise von Nablo, S.V.
-
et al., I?Electron Beam Process Technology", Nonpdlluting Coatings
and Coating Processes, S. 179 bis 183, herausgegeben von J. L. Gordon und J. W.
Prane, Plenum Press, New York, 1972, beschrieben.
-
Vielleicht läßt sich die Erfindung am besten klären, wenn die verblüffenden
Ergebnisse derselben, die mittels charakteristischer, erfolgreich durchgeführter
Versuche und Verfahren erzielt wurden, und die dadurch hergestellten Produkte beschrieben
werden; zum Vermitteln einer solchen Lehre werden Zeichnungen nicht für notwendig
erachtet.
-
Ein Vinylphosphonat-Flammhemmungsmittel, das 22,5 Gew.-% Phosphor
oder 7 Phosphoratome pro Molekül(Fyrol 76?? der Stauffer Chemical Company) enthält,
wurde auf eine Vielfalt von Dekorationswerkstoffen wie strukturelle Urethanschäume,
getuftete Frottee/Baumwollgewebe usw. örtlich aufgetragen.
-
Diese Proben wurden in eine Lösung aus 47 Gew.-% des Vinylphosphonats,
43 Gew.-% H20 und 3 Gew.-% N-Methylolakrylamid (60 %ige Lösung) (N-MA) getaucht
und dann ge= polstert (??padded??), so daß ein Gewinn des Nettogewichts von ungefähr
125 % stattfand. Der Zusatzstoff ??Fyrol 70 liefert den Phosphor,.der für eine Flammhemmung
erforderlich ist, während das N-MA ein Mittel zum Erreichen eines annehmbaren Niveaus
von Aufpfropfwirksamkeit bietet, wobei geglallbW wird, daß das N-MA sich leicht
auf Baumwoll- oder ähnliche Fasern während der Mischpolymerisation mit Fyrol 76
mit geringer tatsächlicher, wenn überhaupt, Aufpfropfung des letzte-ren auf die
Fasern aufpfropft. Diese Werkstoffe wuißcn dann in verschiedenen Trockenheitsstufen,
die unterschiedliche Mengen eingeschlossenen Wassers mit einbeziehen, mit einer
Dosis von ungefähr 4 Megarad bei Zeilengeschwindigkeiten von 7 bis 50 m/min in einem
vorstehend beschriebenen Prozessor für einen Elektrovorhang der Streifenart mit
Elektronenenergien von 100 bis 175 keV behandelt. Anschließende Messungen haben
gezeigt, daß die Proben bei Feststoffgewichtszunahmen in diesen Werkstoffen von
15 bis 40 % entweder flammhemmend (wie dies durch die einschlägigen Standard-AATCC-Senkrechtflammentests
festgelegt ist) am unteren Ende (15 bis 25 %) oder flammabstoßend am oberen Ende
(25 bis 40 ) waren Es ergab sich eine ausgezeichnete Haltbarkeit, wie dies durch
den Widerstand der auf diese Weise behandelten Proben gegenüber Waschen, Trocknen,
Bleichen und Trichlor-Behandlung bewiesen wird.
-
Um die FF3-71 3-Zweitflammentests des Department of Commerce (DOC)
ordnungsgemäß zu bestehen, wurden Gewichtszunahmen von etwa 10 bis 15 % mit nicht
vergleichbaren Verhältnissen des
Vinylphosphonats und des N-MA
für notwendig erachtet. Beispielsweise fand bei einer Lösung aus ungefähr 54 % Fyrol
76, 45 $ Wasser und 3 % N-MA (60 %iger Wasserlösung), die auf merzerisierte Baumwolle
aufgetragen und, wie vorstehend beschrieben, bei 175 keV mit einer Dosis von ungefähr
2 bis 5 Megarad bestrahlt wurde, nur eine teilweise Entzündung mit einer Gewichtszunahme
von 10 %, mit keiner Entzündung für eine Gewichtszunahme von 22 % statt. Es erfolgte
eine Bestrahlung in einem teilweise getrockneten und verschiedenen Graden eines
"nassen" Zustands, und dabei wurde festgestellt, daß leichte Verringerungen des
Wassergehalts in der Lösung eine nicht unwesentliche Erhöhung der Aufpfropfwirksamkeit
zu bewirken scheinen. Daraus läßt sich schließen, daß zumindest eine mäßige Vertrocknung
vor der Bestrahlung in vielen Fällen wGnschenwert ist, um den erforderlichen Bestrahlungspegel
herabzusetzen.
-
Außerdem scheinen sich bei Verwendung der erfinderischen Elektronenstrahlung
niedriger Energie zum Bewirken der Aufpfropfung Vorteile gegenüber dem chemisch
katalysierten (z.B.
-
dem Kaliumpersulfat-) Aushärten dadurch zu ergeben, daß anscheinend
eine geringere Gelbfärbung und physikalischer Abbau stattfinden.
-
Bestrahlungsbehandelte Probe aus 11 mg/cm2 bis 19 mg/cm2 (3 to 5 oz/yd2)
Baumwoll-Jerseg-Gestrick und 22 mg/cm2 (5 3/4 oz/yd2) Baumwoll-Frottée-Gestrick
haben mit tatsächlichen Verhältnissen von 19/21/60 für Jersey, 50/10/40 für Frottée
und einer 60 %igen Wasserlösung aus Fyrol 76/N-MA den DOC FF 3-71 Entflammbarkeitstest
nach 50 Waschzyklen ohne weiteres bestande, wobei dies zum gegenwärtigen Zeitpunkt
die Norm ist, die den in Verbindung mit Nachtzeug für Kinder verwendeten Geweben
auferlegt wird. Andere behandelte Produkte schließen
ein 50/50-Polyester/Baumwoll-Jersey-Gestrick,
Polyester/ Nylon- und gestepptes Bettzeug aus 100 % Polyester und einen ungewebten
Stoff aus Polyester/Zellulose mit einem Latex/ Akryl-Bindemittel ein.
-
Bei den vorstehend erwähnten Tests werden die Proben des zu behandelnden
Gestricks oder Gewebes im allgemeinen in eine Wasserlösung aus ungefähr gleichen
Teilen von Fyrol 76 und 60%igem, in Wasser gelöstem N-MA getaucht. Es wird weiteres
Wasser hinzugegeben, um den Feststoffgehalt auf irgendeinen gewünschen Zusatzpegel
einzustellen. Vorzugs*-weise wird auch etwa 0,5 % des Benetzungsmittels Triton Xi0
(von Rohm and Haas) hinzugegeben. Gesättigte Proben werden zum Trocknen unter Bedingungen
der Außenumgebung aufgehängt und dann an Holzfaserplatten oder -bahnen befestigt
und bestrahlt. Die typischen Aushärtbedingungen für ein behandeltes Gestrick 21
mg/cm² (5 1/2 oz/yd²) sind 5 Mr bei 195 keV in Luft. Die Probe wird gewaschen, getrocknet
und erneut gewogen. Der Unterschied zwischen dem behandelten Gewicht und dem Anfangs
gewicht zeigt die Menge von an dem Gewebe befestigten Fyrol/N-MA. Abschnitte des
behandelten Gewebes werden einer Flamme ausgesetzt, damit gesehen wird, ob der Werkstoff
entflammbar ist. Wenn sich ein geeigneter Grad von Flammabstoßung gezeigt hat, werden
diese Proben gewöhnlich auf ein Gerät zur Textilverarbeitung zum Zwecke weiterer
Waschungen und Entflammbarkeitstests gemäß DOC FF 3-71 geschickt.
-
Bei der Entwicklung des vorlxgenden Verfahrens wurde versucht zwei
Ziele zu erreichen:
(1) Stoffe mit einer guten Entflammbarkeitsbewertung
herzustellen und (2) eine hohe Aufpfropfwirksamkeit der feuerhemmenden Bestandteile
während der Bestrahlung bei gleichzeitig geringster Verminderung des physikalischen
Abbaus der der Behandlung unterworfenen natürlichen oder synthetischen Fasern zu
erreichen.
-
Es wurde herausgefunden, daß die folgenden Variablen Berücksichtigung
finden müssen: (1) das Verhältnis von Fyrol 76 zu N-MA oder anderen ähnlichen Verbindungen
in dem Polsterbad; (2) der Prozentsatz an Feuchtigkeit oder Wasser in dem behandelten
Stoff während der Bestrahlung; (3) die gesamte Strahlungsdosis (in Megarad), die
Elektronen-' energie oder -eindringung (in keV), die Rückstreuung oder Reflektion,
die Behandlung bei erhöhter Temperatur gegenüber der Behandlung bei Zimmertemperatur
und die Abdeckung mittels N2 gegenüber der Abdeckung mittels Luft und (4) das Substratmaterial.
-
Was die Mischungsansatzverhältnisse oder -proportionen anbelangt,
so haben Versuche gezeigt, daß, da das Verhältnis von N-MA mit Bezug auf Fyrol 76
anwuchs, viel höhere Aufpfropfwirksamkeiten erhalten werden können, und zwar alle
mit hoch annehmbarem Angreifgerühl. Es sollte jedoch daran gedacht werden, daß bei
einer Erhöhung des Prozentsatzes
an N-MA das behandelte Gewebe
eben doch härter und irgendwann für den Verbraucher unannehmbar wird. Dardber hinaus
ist bekannt, daß durch ein Zusetzen von derartigen Querverbindungsmitteln die Zugfestigkeit
von Baumwoll- u dgl.
-
Fasern herabgesetzt wird.
-
Was den Trocknungs- oder Nässegrad anbelangt, so wurden bei früheren
Versuchen Proben bestrahlt, nachdem sie mehrere Stunde lang bei Zimmertemperatur
getrocknet worden waren Es wurde nur in geringem Umfange versucht, die Trocknungsbedingungen
zu bestimmen; man nahm jedoch an, daß die Proben während d-Bestrahlung leicht befeuchtet
oder benetzt sein müßten wobei der Grundgedanke darin liegt, daß eine vorhandene
geringe Wasee-amenge die Beweglichkeit sowohl der Monomere als auch der Radikalen
und daher die Polymerisations-/Pfropfwirksamheit erhöhen würde Des weiteren führt
ein Wasserüberschuß zu einer übermäßigen Radikalabschreckung und einer verminderten
Aufpfropfwirksamkeit Bei einem Versuch wurden einige quantitative Daten erhaltene
aus denen hervorging, daß die Aufpfropfwirksamkeit (bei Verwendung einer 62,5/6/47-Lösung)
lediglich 18 % betrug v wenn die Probe bei einem Gehalt von 24 % Wasser bestrahlt
wurde, während sich eine Aufpfropfwirksamkeit von 64 % bei einem Gehalt von 3,2
% Wasser ergab Ein umfassender Versuch zeigte, daß die vollständige Entfernung des
Wassers (selbst der restlichen Faserfeuchtigkeit) aus den Proben die beste GesamtauSpPropfwirksamkeit
zeitigte. Unter den gleichen Verarbeitungsbedingungen wurden (mit zwei unterschiedlichen
Mischungsansätzen) um 8 bis 10 % höhere Aufpfropfwirksamkeiten erhalten, wenn Proben
in einem Trockner auf sehr niedrige Feuchtigkeitspegel und nicht nur unter Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen
getrocknet wurden
In Anbetracht der unerwarteten Natur dieser Ergebnisse
wurde diejenige Dosis einer Prüfung unterzogen, die zum Aushärten von unterschiedliche
Wassermengen enthaltenden Filmen aus Fyrol 76/N-MA erforderlich ist. Unter einer
Stickstoffdecke benötigte eine dünne Lage aus 100 % Fyrol 76 auf einer Stahlplatte
4 bis 5 Mr zum Aushärten eines weichen Films. Durch Hinzusetzen einer Lösung (in
Wasser) aus 60 % N-MA derart, daß der gesamte Wassergehalt mit Fyrol 76 6,7 % beträgt
(Fyrol/N-MA beträgt 47/3,6), wurde ein weicher Film mit nur 1 Mr erhalten. Der Wassergehalt
wurde unter Beibehaltung der gleichen Verhältnisse von Fyrol 76 zu N-MA auf 13,4
%, 25 % und sogar 35 % weiter erhöht. Mit all diesen Lösungen konnten weiche Filme
hergestellt werden, wobei die notwendige Dosis während des Anwachsens der Wassermenge
ebenfalls anwächst, so daß bei 35 g Wasser der F.lm 4 bis 5 Mr zur Aushärtung benötigte.
Aus diesem Studium ließ sich folgern, daß die während der Bestrahlung vorhandene
Wassermenge eine viel geringere Auswirkung auf die Mischpolymerisation (nicht notwendigerweise
Aufpfropfung) hat, als vorher angenommen wurde.
-
Was nun die Bestrahlungsbedingungen anbelangt, so wurde durch die
frühen Versuche Aie Strahlungsdosis innerhalb weiter Grenzen verändert, daaiit hohe
oder zumindest annehmbare hemmende Zusatzpegel erreicht werden können (die Aufpfropfwirksamkeit
war in den frühen Stufen nicht wichtig).
-
Dennoch lagen die Dosispegel im allgemeinen im Bereich von 2 bis 6
Mr und gelegentlich bis zu 10 Mr. Für eine Reihe von weißen Baumwollgestrick-Produkten
von 11 mg/cm² bis 22 mg/m² (3-6 oz/yd²), die sich unter dem Test DOC FF3-71 gut
hielten, wurde durchgehend ein Dosispegel von 5 Mr aufgebracht. Es gibt Beweis,
daß 4 und sogar 3 Mr unter
manchen Bedingungen annehmbar sein können,
jedoch scheinen erst weniger als 3 Mr für die Herabsetzung der Aufpfropfwirksamkeit
von Bedeutung zu sein. Außerdem ist festgesteilt worden, daß die 5 Mr durchweg gute
Ergebnisse bei mehreren unterschiedlichen Geweben und Mischungsansätzen zeitigen
Bei vielen dieser Arbeiten wurden Spannungen von ungefähr 175 bis 195 keV verwendet,
um eine gute Elektroneneindringurr und somit -aushärtung zu gewährleisten. Bei einem
quantitativrn Versuch wurde festgestellt, daß die Aufpfropfwirksamkeiten mit Bezug
auf identische Proben (von behandeltem Baumwolle gestrick), die bei 1SOkeV gegenüber
195 keV (beide 5,0 Mr) bestrahlt worden sind, bei der niedrigeren Spannung um ungefähr
15 % absanken. Es wird für wünschenswert erachtet, daß derartige Gewebe bei einem
Minimum von etwa 190 keV bestrahlt werden, obwohl, wie vorstehend dargelegt wurde,
niedrigere Spannungen für leichtere Gewebe verwendet werden können. Es ist vorliegend
wiederholt nachgewiesen worden, daß die weit unter der zur Eindringung in die durchschnittliche
Dicke des Werkstoffs benötigten Energie liegenden Elektronenenergien für ein wirksames
Aufpfropfen sorgen. Beispielsweise wurde bei Versuchen auf 21 mg/cm2 (5 1/2 oz/yd2)
aus 100 % Baumwolle hergestelltem Flanell eine geringfügige Abnahme der Aufpfropfwirksamkeit
(< 15 %) beim Herabsetzen der Elektronenenergie von 150 keV auf 115 keV gemessen.
Da der wirksame Eindringungsbereich eines 150 keV-Elektrons bei 21 mg/cm2 liegt,
während der eines 115 keV-Elektrons nur bei 11 mg/cm2 liegt, bewiesen diese Tests,
daß Elektronen niedriger Energie in der Praxis für die Initiierung der Aufpfropfung
bei gewebten oder gestrickten Stoffen Verwendung finden können, wobei die wirksamen
Eindringungsbereiche beträchtlich unter der durchschnittlichen Dicke des Grundsubstratgewebes
liegen.
-
Diese "Bereichserweiterung" ist die Folge der Auswirkungen der Elektronen-Mehrfachstreuung
zwischen den Fasern des bei der Herstellung des Werkstoffes verwendeten Garns, so
daß sich ein tiefes Eindringen in das poröse Substrat ergibt.
-
Durch Verwendung einer Reflektionsfläche mit hoher Atomzahl zeigte
sich eine gewisse Zunahme in der Aufpropfwirksamkeit, wenn die Fläche hinter der
Stoffbehandlungszone angeordnet ist. Um die Rolle der Temperatur auf die Aufpfropfwirksamkeit
zu studieren, wurden einige Gestrickproben 2 Minuten lang bei 10400 (2200F) erwärmt,
auf eine auf 10700 (2250F) vorerwärmte Plattenauflage gelegt und dann bestrahlt,
wobei sie mit Proben, die zwar 2 Minuten lang bei 10700 erwärmt worden waren, aber
abkühlen durften, verglichen und anschließend auf auf Zimmertemperatur befindlichen
Platten bestrahlt wurden.
-
Es ergab sich ein geringfügiger Unterschied (0,6 % in der Gewichtszunahme)
zwischen den Proben, woraus zu sehen ist, daß die Temperatur beim Aufpfropfvorgang
eine geringe Rolle spielte. Dieser Parameter ist wichtig, da er die Notwendigkeit,die
Bahn nach dem Trocknen vor der Einführung in den Elektronenprozessor abzukühlen,
ausschließt. Diese Tests enthüllten auch, daß eine Behandlung bei erhöhter Temperatur
die Gelbfärbung nicht auftreten ließ, die bei Baumwolle unmittelbar nach der Bestrahwung
hervorgerufen wurde.
-
Was nun das Bestrahlungsmedium (N2 oder Luft) anbelangt, so wurden,
während es einige Beweise dafür gibt, daß eine Aushärtung mittels N2 zur Vermeidung
jeder Hemmung der Mischpolymerisierungs- oder Aufpfropfreaktion durch Sauerstoff
von Nutzen ist, durchweg höchst erfolgreiche Ergebnisse durch Luft erzielt, ohne
daß eine N2-Decke notwendig war.
-
Diese Möglichkeit eines Aufpfropfens unter.Außenumgebungsbedingungen
ist vom Standpunkt der industriellen Anwendung aus gesehen höchst wünschenswert.
-
Was die Substratwerkstoffe anbelangt, so haben sich viele Versuche
auf Baumwoll-Frottee- und -Jerseygestricke konzentriert, die die Entwicklung eines
Verfahrens zum Gegenstand hatten, das bei den Herstellern von Kindernachee zeug
Anwendung finden kann. (Nylonunterlegtes) Baumwollfrotte, das wie vorstehend erwähnt
behandelt wurde, hat den Ent flammbarkeitstest DOC FF3-71 nach 50 Waschungen bestanden
ebenso wie viele nachfolgende Proben, die von Jersey- und Frotteegestricken unterschiedlichen
Gewichts verschiedenen feuerhemmenden Mischungsansätzen und verschiedenen Zusatzpegeln
Gebrauch machen.
-
Behandelter 100 %iger Polyester und Nylon 6/Polyester haben weitere
Entflammbarkeitstests bestanden, wenn sie in trbereinstimmung mit der Erfindung
behandelt worden sind Es wird in sämtlichen Fällen von der Elektronenbestrahlungsaufpfropfung
angenommen, daß sie eine andere physikalische und chemische Haftverbindung und Wirkung
als mit den vorher behandelten herkömmlichen chemischen Polymerisationsverfahren
unter Hinweis auf die verbesserten Ergebnisse der Erfindung verleiht, und zwar sogar
bei Stoffen und Werkstoffen, die bisher nicht mit Erfolg feuerhemmend gemacht werden
konnten, wie vorstehend beschrieben wurde. Als weiteres Beispiel dafür verwenden
bekannte chemische Verfahren Chelierungsmittel in dem Polsterbad, um Metallionen
herauszuspülen, die die Polymerisation beschleunigen könnten. Bei der vorliegenden
Er findung bedarf es solcher Mittel nicht, da kein Katalysator in die Lösung mit
einbezogen wird, um die Polymerisation bei dem Bestrahlungsaufpfropfverfahren der
Erfindung zu initiieren
Während die Erfindung nichts über die besonderen
Theorien aussagen oder durch diese gebunden werden soll, zumal es genagt, die genauen
Schritte zu beschreiben, mit deren Hilfe die vorliegend aufgezeigten neuartigen
Ergebnisse erzielt werden konnten, kann es für ein Verständnis der mit einbezogenen
Mechanismen hilfreich sein, zu erläutern, was bei Durchführung des Verfahrens theoretisch
geschehen könnte.
-
Wenn Zellulose- oder ähnliche Moleküle elektronenbestrahlt werden,
wird zunächst einmal ihre Struktur verändert, um Freiradikale zu erzeugen, die in
den nicht bestrahlten Zellulosemolekülen nicht vorhanden waren, welche bisher einer
rein chemischen katalysierten Aufpfropfung wie der in der eingangs erwähnten Veröffentlichung
von Eisenberg et al. beschriebenen Kaliumpersulfat-Art unterworfen wurden.
-
Daher sind die Plätze der Freiradikalen in den Fasermolekülen>
mit denen der feuerhemmende Zusatzstoff durch die vorliegende Bestrahlungsbehandlung
haftend verbunden werden kann, von denen in den nicht bestrahlten Fasermolekülen
vorhandenen. verschieden (von solchen durch Bestrahlung erzeugten Freiradikalplätzen
in den Zellulosemolekülringen ist beispielsweise in "Sterilization by lonizing Radiation,
Seiten 400 und 401, von Gaughran et al., Multi Science Publication Ltd., Montreal,
Canada, 1974 die Rede). Somit bewirkt die Elektronenaufpfropfung des Zusatzstoffes
eine andere chemische und physikalische Anordnung als die rein chemisch ausgehärtete
Katalysator-Haftverbindung und schafft ein anderes Endprodukt, das, wie vorstehend
erklärt wurde, stark verbesserte Eigenschaften aufweist.
-
Die kritischen Elektronen niedriger Energie, die in Ubereinstimmung
mit den der Erfindung zugrundeliegenden Entdeckungen verwendet werden, sollten außerdem
im Gegensatz zu den bekannten Elektronenaufpfropftechniken hauptsächlich für andere
Zwecke als für die Feuerhemmung wie beispielsweise für die Bildung von Entsalzungsmembranen
aus Styrol Verwendung finden, die auf Zelluloseazetat aufgepfropft werden, wie dies
in "nobel Membranes Prepared By Radiation Grafting of Styrene to Cellulose Acetate,
von Hoppenberg at al., 157th National ACS Meeting, Division of Cellulose, Wood and
Fiber Chemistry, Minneapolis, 14. bis 18 April 1969, beschrieben ist. Bei solchen
gänzlich andere Anendungen, wo eine Veränderung der Eigenschaften des Substrats
nicht von Bedeutung. ist und ganz bestimmt in keiner Weise mit der verglichen werden
kann, die benötigt wird, um im wesentlichen beispielsweise genau das gleiche Aussehen,
die gleiche Leistung und die gleiche Farbe des Stoffes vor und nach der Behandlung
zu schaffen, wird von einer Strahlung sehr hoher Energie Gebrauch gemacht, die die
Ausführung der vorliegenden Erfindung oder die Lösung ihrer völlig unterschiedlichen
Aufgabe nicht ermöglichen würde. Energien von beispielsweise 1,1 bis 1,3 MeV von
eindringenden Gammastrahlen aus Kobalt 60 und anderen Quellen des gleichen Energiepegels
sind in diese anderen Verfahren mit einbezogen; und bei der vorerwähnten Membranenanwendung
finden niedrige Dosismengen von ungefähr 100 rad/sec Verwendung. Weitere Beispiele
einer ähnlichen Verwendung solch hoher Energien aus Kobalt 60 und diesbezügliche
Quellen für Gammastrahlen für gänzlich verschiedene Mischpolymerpfropfanwendungen
sind in den US-PS'en 3115418, 3 131 138, 3 201 336, 3 252 800, 3 298 942, 3 433
724 und 3 711 389 beschrieben. Im Falle der letztgenannten US-PS ist zwar eine tatsächliche
feuerhemmende Anwendung mit einbezogen, jedoch ermöglicht diese Anwendung im Gegensatz
zu der der vorliegenden Erfindung die Verwendung des Kobalt 60 hoher
Energie
(1,1 bis 1,3 MeV) und vergleichbarer Hochspannungselektronenbeschleuniger zum AuSpfropfen
ungesättigter Phosphozone auf synthetische und natürliche Polymerwerkstoffe, und
zwar anscheinendunter Bedingungen, wo die sich von innen heraus ergebenden Veränderungen
bei diesen Werkstoffen im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung nicht unerwünscht
sind.
-
Als weiterer zusätzlicher Beweis für die sich ergebenden, sehr unterschiedlichen
Produkte der Erfindung stellt die folgende Tabelle die beträchtlichen unterschiedlichen
Eigenschaften gegenüber, die mit dem flammhemmenden Mittel Fyrol 76, das mit 13
mg/cm2 ( 3 1/2 oz/yd2) Baumwollflanell haftend verbunden ist, erreicht worden waren,
wenn, wie vorstehend beschrieben, eine Elektronenbestrahlung und eine chemische
Haftverbindung bei der vorher beschriebenen katalytischen Persulfataushärtung stattfand.
Diese Taballe zeigt des weiteren beträchtlich wenige Veränderung von dem nicht behandelten
Flanell mit dem Verfahren der Erfindung.
-
Stichriß Greif-Zug Greif-Zug Wasserabsorptions-(Pin Test) (Warp)
(filling) fähigkeit.(Naßaufkg kg .kg. .nahme.15.Min.) % nicht behandelt 2,268 kg
36,742 kg 39,463 kg 559 Persulfatverfahren 0,907 kg 26,762 kg 17,237 kg 391 Elektronenbestrahlungsverfahren
der 1,361 kg 32,659 kg 31,298 kg 465 Erfindung
Die Zusätze waren
bei beiden Verfahren ungefähr im gleichen Verhältnis vorhanden (28 bis 30 %).
-
Darüber hinaus werden Fachleuten weitere Abwandlungen einfallen die
sämtlich als innerhalb des Gedankens und des Umfangs der offenbarten Erfindung liegend
angesehen werden.