JP2021036088A - ＰＢＩ−ｐ繊維含有布地 - Google Patents

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Abstract

【課題】軽量であるが、良好な難燃性および／または耐熱性を有する衣類用の新しい布地を提供する。
【解決手段】熱防護用途のための布地は、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐ繊維、および残部は通常の繊維を含み、当該布地は、布地重量がＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と比べて同等またはより良好な難燃性および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する。熱防護用途のための布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維とＰＢＩ−ｓ繊維との配合物を５〜４０重量％、および残部が通常の繊維を含み、当該布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と比べて同等またはより良好な難燃性、および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ホスホン酸化ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ−ｐ）繊維で作られた布地に関する。
E. J. Powersによる、記事「ポリベンズイミダゾールの歴史および発展」（１９８６年４月１５−１８日発表され、High Performance Polymers: Their Origin and Developmentに刊行）において、１９−２０頁、表ＸＩＩＩに２７重量％のリン酸（Ｈ３ＰＯ４）吸収（またはピックアップ）されたポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）ポリマーは、非常に熱酸化的に安定な繊維としての有用性を有し得る。Ｐｏｗｅｒｓ ＆ Ｓｅｒａｄは、２０頁にホスホン酸化ＰＢＩが２％リン酸水溶液中に浸漬したＰＢＩフィルムによって製造される旨教示している。
現在までに商業的に提供されているポリベンズイミダゾール繊維は、スルホン酸化され、すなわち、紡糸後の繊維は、２０重量％硫酸（Ｈ２ＳＯ４）水溶液で処理され、２４重量％ＡＰＵ（酸ピックアップ）スルホン酸化ＰＢＩ繊維（ＰＢＩ−ｓ）となる。このスルホン酸化ＰＢＩ繊維は、例えば消防士の出動服において、約４１％のＬＯＩ（限界酸素指数、ＡＳＴＭ Ｄ２８６３）を有することから、大きな商業的成功を収めて来た。
ホスホン酸化ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ−ｐ）繊維の商業的導入が現在検討されている。ＰＢＩ−ｐ繊維は、２０１６年６月２７日に出願された米国特許出願第１５／１９３，２０６号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。これらの新しいＰＢＩ−ｐ繊維は、以前はＰＢＩ−ｓ繊維単独で市販されていた布地よりも、より高い難燃性および耐熱性を有する新しい種類の軽量布地を可能にすることが期待されている。例えば、これらの新しいＰＢＩ−ｐ布地は、消防隊の出動服に使用され得る。新しい布地は、出動服を軽量化し、同等またはそれより良好な消防士の保護を可能にし得る。
いくつかの熱防護用途、例えば消防士の出動服では、より軽量であるが、同等またはそれより良好な難燃性および／または耐熱性を有する布地が望まれる。現在、職場で消防士が死亡した場合、死因は実際の火災に起因する死亡よりも熱ストレスによって引き起こされる突然の心臓事象である可能性がより高い。軽量の衣服によって熱ストレスが減少されることがある。しかし、消防隊員は同じ防火保護を求めている。したがって、より軽量であるが、同じか、またはより良好な難燃性および／または耐熱性を有する衣類用の新しい布地の探求が望まれる。
したがって、軽量で、現在入手可能なものと同等またはそれより良好な難燃性および／または耐熱性を有する新しい布地が必要であり、これらの新しい布地はＰＢＩ−ｐ繊維で製造され得る。
米国特許出願第１５／１９３，２０６号
軽量であるが、良好な難燃性および／または耐熱性を有する衣類用の新しい布地を提供する。
熱防護用途のための布地は、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐ繊維、および残部は通常の繊維を含み、当該布地は、布地重量がＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と同等またはより良好な難燃性および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する。熱防護用途のための布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維とＰＢＩ−ｓ繊維との配合物を５〜４０重量％、および残部が通常の繊維を含み、当該布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と同等またはより良好な難燃性、および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する。
動的炎試験に使用されるダイナミック・フレイム・キット（ＤＦＫ）の概略図を示す。 動的炎試験に使用されるダイナミック・フレイム・キット（ＤＦＫ）の概略図を示す。
発明の詳細な説明
布地は、一実施態様において、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐ繊維を有し、残部は他の通常の繊維であると特徴付けられてもよく、布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と比べて同等またはそれ以上の難燃性および耐熱性、およびより少ない布地重量（例えば坪量または面積重量−ｏｓｙ［オンス／平方ヤード］またはｇｓｍ［グラム／平方メートル］）を有する。布地は、別の実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維とＰＢＩ−ｓ繊維との配合物を５〜４０重量％有し、残部が他の通常の繊維であると特徴付けられてもよく、ＰＢＩ−ｓ繊維の量は、ＰＢＩ−ｐ繊維の量より多く、ここで、当該布地は、ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された同等の布地と比べて難燃性および耐熱性が同等またはそれ以上であり、小さい布地重量（例えば、坪量または面積重量−ｏｓｙ［オンス／平方ヤード］またはｇｓｍ［グラム／平方メートル］）を有する。
本明細書で使用される布地は、任意の布地を言う。布地は、織布、編布、不織布、またはそれらの組み合わせであってもよい。布地は、任意の重量（例えば、坪量または面積重量−ｏｓｙ［オンス／平方ヤード］またはｇｓｍ［グラム／平方メートル］）を有することができる。いくつかの実施態様において、布地の重量は、１．０〜６．５ｏｓｙ（およびその中に含まれるすべてまたは任意のサブセット）の範囲内であり得る。いくつかの実施態様において、布地重量（ｏｓｙ）範囲の下限は、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０、２．２５、２．５、２．７５、３．０、３．２５、３．７５、４．０、４．２５、４．５，４．７５および５．０であってもよい。いくつかの実施態様において、布地重量（ｏｓｙ）範囲の上限は、６．５、６．２５、６．０、５．７５、５．５、５．２５、５．０、４．７５、４．５であってもよい。織布に関するいくつかの実施態様において、布地は４．０〜６．５ｏｓｙの範囲、または４．５〜６．０ｏｓｙまたは４．７５〜６．０ｏｓｙの範囲の重量を有することができる。
布地は、任意の用途（または最終用途）で使用することができる。布地は、熱防護用途に使用することができる。例示的な熱防護用途には、消防士の出動服、テント、アークフラッシュ防護服、自動車用途、自動車用服、宇宙服、宇宙船、および電子機器が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書に使用される繊維は、任意の繊維を言う。繊維は、ステープル（短カット繊維長）またはフィラメント（すなわち、繊維長＞＞繊維径または無限長）であり得る。繊維は、任意の重量（例えば、デニール、またはＴＥＸ）を有し得る。
ＰＢＩ−ｐ繊維は、４〜３０重量％の範囲のリン酸（または４〜３０％リン酸ピックアップ（ＡＰＵ））でホスホン酸化されたＰＢＩ繊維を言う。リン酸（水性）濃度は、１０〜８５重量％以上の範囲であり得、酸濃度およびＡＰＵに関するさらなる詳細は、例えば、２０１６年６月２７日に出願されたＵＳＳＮ１５／１９３，２０６に見出すことができ、参照により本明細書に組み込まれる。ＰＢＩ−ｐ繊維は、市販のスルホン化ＰＢＩ繊維と比較してより高い熱酸化安定性を有する。リン酸の範囲は、その中に含まれる任意のおよびすべての下位範囲を含む。別の実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維は、５〜２５重量％の範囲のリン酸（ＡＰＵ）を有する。さらに別の実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維は、６〜２０重量％の範囲のリン酸（ＡＰＵ）を有する。
さらに別の実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維は、約１８重量％のリン酸（ＡＰＵ）を有する。リン酸の範囲の上限は：３０、２９、２８、２７、２６、２５、２４、２３、２２、２１、２０、１９、１８、１７、１６、１５、１４、１３、１２、１１および１０であり得る。別の実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維は、６０＋％のＬＯＩを有することができる。ＬＯＩ、または限界酸素指数は、ＡＴＳＭ Ｄ２８６３によって測定される。ＬＯＩは繊維特性であり、布地特性ではない。従って、２７重量％のリン酸ピックアップなしで、熱的に安定な繊維を得ることができる。これは、環境中のリン酸塩に関連する負の影響のために重要である。ＰＢＩ−ｐ繊維は、フィラメント当たり１．０−２．０デニール（ｄｐｆ）の範囲の重量を有してもよく、一実施態様において、繊維重量は１．５ｄｐｆであり得る。
ＰＢＩ−ｓ繊維は、PBI Performance Products, Inc. of Charlotte, NCから現在入手
可能の市販のＰＢＩ繊維を言う。
本明細書で使用される通常の繊維は、任意の通常の繊維を言う。一実施態様において、これらの通常の繊維は、天然および合成繊維を言う。通常の繊維は、難燃剤で処理（ＦＲ処理）してもよいし、処理しなくてもよい。天然繊維は、綿および／または羊毛であってもよい。合成繊維は、例えばポリオレフィン（例えばポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリアミド（例えばナイロン等）、アクリル（および／または変性アクリル）、ポリエステル（例えばＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ）、アラミド（例えばメタ−アラミド、パラ−アラミド）、セルロース系（例えばレーヨン、リオセル）、炭素、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）、メラミン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフルオライド（例えばＰＴＦＥ）、ポリエーテルケトン（例えばＰＥＫ、ＰＥＥＫ、ＰＥＥＫＫ、ＰＥＫＫなど）、およびこれらの組合せおよび配合物を言う。
繊維は、任意の従来の手段によって糸に紡糸される。糸は、単一の繊維または繊維の配合物から製造することができる。例示的な配合物には、ＰＢＩ−ｐ繊維および従来の繊維、またはＰＢＩ−ｐ、ＰＢＩ−ｓ、ならびに従来の繊維などが含まれるが、これらに限定されない。糸は、布地の５〜４０％の重量範囲のＰＢＩ−ｐを含むことができる。ＰＢＩ−ｐ繊維とＰＢＩ−ｓ繊維との配合物を用いる糸は、２０〜１００：０〜８０の範囲のＰＢＩ−ｐ：ＰＢＩ−ｓ重量比を有することができる。一実施態様において、糸は、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐおよび６０〜９５重量％のアラミド（例えば、パラ−アラミド）の例示的重量比を有するＰＢＩ−ｐおよびアラミド（例えばパラ−アラミド）の配合物であってもよい。別の実施態様において、糸は、例えば７〜４０：０〜３３：６０または１０〜４０：０〜３０：６０（ＰＢＩ−ｐ：ＰＢＩ−ｓ：アラミド（例えば、パラ−アラミド））の例示的な重量比を有するＰＢＩ−ｐ、ＰＢＩ−ｓ、およびアラミド（例えば、パラ−アラミド）の配合物であってもよい。
一実施態様において、布地は、布地重量に基づいて約５〜４０％の重量範囲のＰＢＩ−ｐ繊維を有することができる。別の実施態様において、布地は、布地重量に基づいて約５〜４０重量％の重量範囲のＰＢＩ−ｐおよびＰＢＩ−ｓ繊維の配合物を有することができる。一実施態様において、布地は、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐおよび６０〜９５重量％のアラミドの例示的な重量比を有するＰＢＩ−ｐおよびアラミド（例えば、パラ−アラミド）の配合物であってもよい。別の実施態様において、布地は、例えば７〜４０：０〜３３：６０または１０〜４０：０〜３０：６０（ＰＢＩ−ｐ：ＰＢＩ−ｓ：アラミド（例えば、パラ−アラミド））の例示的な重量比を有するＰＢＩ−ｐ、ＰＢＩ−ｓおよびアラミド（例えば、パラ−アラミド）の配合物であってもよい。
一実施態様において、ＰＢＩ−ｐ繊維で作られた布地は、同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地よりも少ない重量（例えば、坪量または面積重量−ｏｓｙ［オンス／平方ヤード］またはｇｓｍ［グラム／平方メートル］）およびそれと比べて同等または良好な難燃性、耐熱性を有し得る。例えば、第１の布地は、Ｘ重量％のＰＢＩ−ｓで作られ、通常の繊維は所定の重量（例えば、坪量または面積重量−ｏｓｙ［オンス／平方ヤード］またはｇｓｍ［グラム／平方メートル］ならびに所定の耐燃性および耐熱性（以下に詳述する）を有し、およびＸ重量％のＰＢＩ−ｐ繊維および第１の布地と同じ通常の繊維で製造された第２の布地は、第１の布地よりも軽量であり、同等または良好な耐燃性および耐熱性を有するであろう。
難燃性および耐熱性は、任意のこのような従来の特性であってもよい。例示的な難燃性または可燃性（ＦＲ）特性には、限定するものではないが、動的炎試験（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｆｌａｍｅ Ｔｅｓｔ）−以下の説明参照；垂直炎試験−ＡＳＴＭ Ｄ６４１３；熱保護性能（ＴＰＰ）−ＮＦＰＡ１９７１／ＩＳＯ１７４９２；およびＴＰＰ曝露後（ＩＳＯ１７４９２）のボールバースト（ＡＳＴＭ Ｄ３７８７）；およびそれらの組み合わせを含む。一実施態様において、難燃性は動的炎試験であってもよい。
例示的な耐熱性（ＨＲ）特性には、限定はしないが、熱収縮率−ＡＳＴＭ Ｆ２８９４／ＩＳＯ１７４９３；およびそれらとの組み合わせを含む。
動的炎試験は、以下のように図1および２を参照して説明される：
動的炎試験は、図１および２に示された動的炎キット（ＤＦＫ）を使用する。ＤＦＫ１０は、一般にプロパン源１２と、２つの同一のバーナー１８とノブ１９とを有するプロパン分配マニホールド１６と、供給源１２と分配マニホールド１６およびバーナー１８とを相互接続するプロパン管１４と、布地片２４、および布地片２４の下端部の錘部２６（例えば、２２５ｇ）を保持するためのクリップ２２を有する布地炎２０を含む。図１の第１の位置では、バーナー１８は、垂直、すなわち直立の位置にある（炎は布地片２４に向けられていない）。図２の第２の位置では、バーナー１８は、水平な、すなわち係合位置（炎は布地片２４に向けられる）にある。
動的炎試験は以下のように実施される。ＤＦＫを組み立てる；新しいプロパンボトル１２を配管１４に接続する；第１のバーナー１８を点火し、次いで第２のバーナー１８を点火する；バーナー１８を最低５分間ウォームアップさせる；１インチ幅と８インチ長の布地片（対照と試験布地片）を用意し、同じ条件で条件を調整する；布地片の上部の約１／２インチを折り畳んで、クリップ２２（例えば、バインダクリップ）で折り畳まれた端部を布地炎２０に固定することによって、コンディショニングされた布地片２４を布地炎２０に当てる；錘２６を布地片２４の下端部に取り付ける；クリップ２２の位置が試験される布地片２４の間で同じであり、試験間でクリップ２２の位置が同じであることを確かめ、また試験布地片２４と試験間で炎が同じように整列されていることを確かめる。テストの開始時に、各布地片２４が動かないことを確認する；バーナー１８を第１の位置から第２の位置へ迅速に（ノブ１９を用いて）回転させ、同時にタイマーをスタートさせる；錘２６が落ちたときに、タイマーを停止して時間を記録する；新しいサンプルを９回繰り返して合計１０回反復する；試験した１０個のサンプルの平均時間を報告する。
以下の実施例において、表に示されたデータは、ＰＢＩ−ｓ繊維で作られた布地とＰＢＩ−ｐ繊維で作られた布地を比較する。各表において、比較された布地は同一であり、同一の工程によって製造されているが、唯一の違いは、一つの布地がＰＢＩ−ｓ繊維で作られ、別の布地がＰＢＩ−ｐ繊維で作られたことである。表１−１および表１−２は、国際市場向けに販売された布地に対する試験データを列挙し、表２−１、表２−２、表３−１および表３−２は、国内（すなわち、米国）市場向けに販売された布地に対する試験データを列挙している。
Figure 2021036088
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本発明は、その精神および本質的な特性から逸脱することなく、他の形態で実施することができ、したがって、本発明の範囲を示すものとして、前述の明細書ではなく添付の特許請求の範囲を参照すべきである。

Claims (14)

  1. 熱防護用途のための布地であって、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐ繊維、および残部は通常の繊維を含み、当該布地は、布地重量が前記ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と比べて同等またはより良好な難燃性および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する、前記布地。
  2. 前記布地が、１．０〜６．５オンス／平方ヤードの範囲の重量を有する、請求項１に記載の布地。
  3. 前記熱防護用途が、消防士の出動服、テント、アークフラッシュ防護服、自動車用途、自動車用服、宇宙服、宇宙船、および電子装置を含む、請求項１に記載の布地。
  4. 前記布地が、織布、編布、または不織布である、請求項１に記載の布地。
  5. 前記通常の繊維が、綿、羊毛、ポリオレフィン、ポリアミド、アクリル、ポリエステル、アラミド、セルロース系、炭素、ポリベンズオキサゾール、メラミン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフェニルスルフィド、ポリフルオライド、ポリエーテルケトン、およびそれらの組み合わせおよび配合物を含む材料から製造される、請求項１に記載の布地。
  6. 難燃性が、動的な炎、垂直炎（ＡＳＴＭ Ｄ６４１３）；熱防護性能（ＮＦＰＡ１９７１／ＩＳＯ１７４９２）；ＴＰＰ曝露後（ＩＳＯ１７４９２）ボールバースト（ＡＳＴＭ Ｄ３７８７）；およびそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の布地。
  7. 耐熱性が、熱収縮（ＡＳＴＭ Ｆ２８９４／ＩＳＯ１７４９３）およびその組み合わせを含む、請求項１に記載の布地。
  8. 熱防護用途のための布地であって、５〜４０重量％のＰＢＩ−ｐ繊維とＰＢＩ−ｓ繊維との配合物、および残部が通常の繊維を含み、
    前記布地は、前記ＰＢＩ−ｐ繊維の代わりに同様の量のＰＢＩ−ｓ繊維を用いて製造された等価な布地と比べて同等またはより良好な難燃性、および／または耐熱性、およびより少ない布地重量損失を有する、
    前記布地。
  9. 前記布地が、１．０〜６．５オンス／平方ヤードの範囲の重量を有する、請求項８に記載の布地。
  10. 前記熱防護用途が、消防士の出動服、テント、アークフラッシュ防護服、自動車用途、自動車用服、宇宙服、宇宙船、および電子装置を含む、請求項８に記載の布地。
  11. 前記布地が、織布、編布、または不織布である、請求項８に記載の布地。
  12. 前記通常の繊維が、綿、羊毛、ポリオレフィン、ポリアミド、アクリル、ポリエステル、アラミド、セルロース系、炭素、ポリベンズオキサゾール、メラミン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフェニルスルフィド、ポリフルオライド、ポリエーテルケトン、およびそれらの組み合わせ、および配合物を含む材料から製造される、請求項８に記載の布地。
  13. 前記難燃性が、動的な炎、垂直炎（ＡＳＴＭ Ｄ６４１３）；熱防護性能（ＮＦＰＡ１９７１／ＩＳＯ１７４９２）；ＴＰＰ曝露後（ＩＳＯ１７４９２）ボールバースト（ＡＳＴＭ Ｄ３７８７）；およびそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の布地。
  14. 前記耐熱性が、熱収縮（ＡＳＴＭ Ｆ２８９４／ＩＳＯ１７４９３）およびその組み合わせを含む請求項８に記載の布地。
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