TWI475100B - 水溶性阻燃組成物及其應用 - Google Patents

Description

水溶性阻燃組成物及其應用

本發明是有關於一種阻燃組成物，且特別是有關於一種水溶性阻燃組成物。

火災係現今社會的主要災難之一，且火災之發生一般係由於人為的縱火，或是自然因素所造成(例如：天氣炎熱或陽光直射易燃物等)。火災的主要機制係「燃燒」，當物品燃燒時，燃燒所產生之熱能常引發大規模之火災，而造成人物或財產的損失。

前述「燃燒」之三大要素係指可燃物、助燃劑(例如：氧氣或強氧化劑等)及溫度。當三要素齊備時，可燃物即會燃燒。一般日常生活常見之可燃物係織物。因此，為了降低日常生活中火災之發生機會，一般係對織物作進一步之改良，以降低織物之可燃性。常見之做法係添加阻燃劑至織物中，以提升織物之阻燃性，而可避免燃燒之發生或降低燃燒擴大之機會。

然而，習知之阻燃劑常含有鹵素元素，當織物燃燒 時，會產生大量之有毒氣體，而損害環境或人員。為了解決此問題，一般係利用磷系阻燃劑來取代上述含有鹵素之阻燃劑。

雖然磷系阻燃劑可有效提升織物之阻燃性以及燃燒產生有毒氣體之問題，但一般添加阻燃劑至織物中之方法係利用浸潤之方式，使得阻燃劑附著於織物之紡織纖維之間或紡織纖維中，而達到阻燃之效果。前述之磷系阻燃劑則不易與水混合，因此增加製程上之不便。

有鑑於此，亟須提供一種水溶性阻燃組成物及其應用，以改進習知水溶性阻燃組成物及其應用的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種水溶性阻燃組成物，其係由第一阻燃化合物、第二阻燃化合物與溶劑所組成，而可與水混合為一均相，進而改良織物之浸潤製程。

本發明之另一態樣是在提供一種阻燃織物。此阻燃織物包含織物層與阻燃層，其中阻燃層係由上述之水溶性阻燃組成物所形成。

根據本發明之上述態樣，提出一種水溶性阻燃組成物。在一實施例中，此水溶性阻燃組成物係由第一阻燃化合物、第二阻燃化合物及溶劑所組成。第一阻燃化合物與第二阻燃化合物分別具有如下式(I)與式(II)所示之結構，且第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之重量比例為1：4至4：1。上述之溶劑則具有二乙二醇醚官能基：

於上述之式(I)中，A代表碳數為2至4之烷氧基，A之烷基與式(I)之氧原子鍵結，m代表1至10之整數，且x代表1至30之整數。於上述之式(II)中，B代表碳數為2至4之烷氧基，B之烷基與式(II)之氧原子鍵結，y與z之總合為1至30之整數。

依據本發明一實施例，上述之A具有如下式(III)所示之結構：

依據本發明另一實施例，上述之m代表3至6之整數。

依據本發明又一實施例，上述之B具有如下式(IV)或式(V)所示之結構：

依據本發明再一實施例，上述之y與z的總合為2至14之整數。

依據本發明又另一實施例，上述之溶劑為二乙二醇單丁基醚(diethylene glycol monobutyl ether；BDG)。

根據本發明之另一態樣，提供一種阻燃織物。在一實施例中，此阻燃織物包含織物層及阻燃層，其中阻燃層設置於織物層之至少一表面，且阻燃層係由上述之水溶性阻燃組成物所形成。此阻燃織物經至少一次水洗，並進行燃燒處理後，阻燃織物之餘焰時間係小於或等於2秒。

依據本發明之一實施例，上述之燃燒處理之處理時間可為12秒。

依據本發明之另一實施例，經燃燒處理後，上述之阻燃織物的炭化距離係小於或等於15公分。

依據本發明之又一實施例，經燃燒處理後，上述之阻燃織物的炭化距離係小於或等於10公分。

應用本發明之水溶性阻燃組成物及其應用，其係藉由第一阻燃化合物、第二阻燃化合物與溶劑來形成阻燃織物中之阻燃層，而使得阻燃織物經水洗後，仍可具有阻燃性。再者，調整第一阻燃化合物及第二阻燃化合物之重量比例可提升阻燃織物之阻燃性。

100‧‧‧曲線

200‧‧‧曲線

110‧‧‧曲線

210‧‧‧曲線

第1圖係繪示依照本發明之一實施例之第一阻燃化合物之熱重分析曲線。

第2圖係繪示依照本發明之一實施例之第二阻燃化合物之熱重分析曲線。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明所稱之「水洗處理」係指美國紡織化學協會標準(American Association of Textile Chemists and Colorists；AATCC)之水洗色牢度測試法(61-2A法)。「燃燒處理」係指中華民國國家標準(Chinese National Standards；CNS)中總號10285，類號L3196的纖維製品防焰性試驗法(CNS 10285,L3196)中之垂直法(A-4法)及垂直斜焰法(A-5法)。

再者，「餘焰時間」係指火源停止接觸織物試樣後，織物試樣殘餘之火焰繼續燃燒之時間。「炭化距離」係指織物試樣停止燃燒後，炭化部份之最大長度，其中炭化距離之量測依據前述之燃燒處理所採用之方法(A-4法或A-5法)不同，而有不同之量測方法。「阻燃性」則係指阻燃織物經過前述之水洗處理及燃燒處理後，所量測之餘焰時間及炭 化距離，其中「阻燃性降低」係指餘焰時間增加且炭化距離增加。

本發明之阻燃織物包含織物層與阻燃層，其中阻燃層係設置於織物層之至少一表面上。在一實施例中，阻燃層可形成於織物層中之各纖維之間，或著形成於單一纖維中之分子鏈之間。

上述之阻燃層係由一水溶性阻燃組成物所形成，且此水溶性阻燃組成物係由第一阻燃化合物、第二阻燃化合物與溶劑所組成，其中第一阻燃化合物與第二阻燃化合物均為氧化膦雜苯衍生物，第一阻燃化合物與第二阻燃化合物分別可具有如下式(I)與式(II)所示之結構，且上述之溶劑具有二乙二醇醚官能基：

於式(I)中，A代表碳數為2至4之烷氧基，A之烷基與式(I)之氧原子鍵結，m代表1至10之整數，且x代表 1至30之整數。倘若m小於1時，第一阻燃化合物未形成聚合物，使得阻燃織物經水洗處理後，第一阻燃化合物即會被水洗去，而降低阻燃織物之阻燃性。若m大於10時，第一阻燃化合物之分子量太大，而提升第一阻燃化合物之親水性，進而使得阻燃織物經水洗處理後，第一阻燃化合物會被水洗去，因此降低阻燃織物之阻燃性。在一實施例中，上述之m可為3至6之整數。

在一實施例中，A可具有如下式(III)所示之結構：

於式(II)中，B代表碳數為2至4之烷氧基，B之烷基與式(II)之氧原子鍵結，且y與z之總合為1至30之整數。在一實施例中，y與z之總合可為2至14之整數。

在一實施例中，B可具有如下式(IV)或式(V)所示之結構：

本發明之阻燃織物係先將上述之第一阻燃化合物、第二阻燃化合物及溶劑配製成阻燃溶液。然後，利用水來稀釋前述之阻燃溶液，並以壓吸法來製備阻燃織物。

上述之壓吸法係先將織物浸置於前述稀釋之阻燃溶液中。然後，利用壓吸機排除多餘之阻燃溶液，並將織物放置於110℃下預烘乾1分鐘至2分鐘。接著，藉由熱定 型機定型處理織物，其中定型處理係於100℃至200℃下進行1分鐘。

上述之定型處理係利用熱能讓阻燃化合物中之親水基與織物中的結晶區形成結晶相，使得第一阻燃化合物及第二阻燃化合物固著於織物之纖維上，而具有長效性之阻燃效果，且不易被水洗處理洗去，進而可提升阻燃織物經水洗處理後之阻燃性。在一實施例中，前述之定型處理可於130℃至180℃下進行。

進行定型處理後，依序對織物進行皂洗處理及烘乾處理，以製得本發明之阻燃織物。

因此，於上述之式(I)中，若x小於1時，第一阻燃化合物之親水基太短，而使得第一阻燃化合物無法與織物中的結晶區形成結晶相，進而無法附著於阻燃織物之織物層上，因此造成阻燃織物不具有阻燃效果。若x大於30時，第一阻燃化合物之親水基過長，而降低第一阻燃化合物之阻燃效果，進而降低阻燃織物之阻燃性。

於上述之式(II)中，倘若y與z之總合小於1時，第二阻燃化合物之親水基太短，而使得第二阻燃化合物無法與織物中的結晶區形成結晶相，進而無法附著於阻燃織物之織物層上，因此造成阻燃織物不具有阻燃效果。若y與z之總合大於30時，第二阻燃化合物之分子量太大，而稀釋磷原子於第二阻燃化合物中之含量，進而降低第二阻燃化合物之阻燃效果，因此降低阻燃織物的阻燃性。

其次，請參照第1圖及第2圖，其係分別繪示依照 本發明之一實施例之第一阻燃化合物及第二阻燃化合物之熱重分析曲線，其中曲線110及210分別為曲線100及200之微分曲線。故曲線110及210分別代表單位溫度內第一阻燃化合物及第二阻燃化合物之重量變化。

由曲線100及200可知，當第一阻燃化合物之重量及第二阻燃化合物之重量開始損失時，溫度分別約為200℃及100℃。當第一阻燃化合物及第二阻燃化合物之重量損失達到5%時，溫度分別約為285℃及150℃。再者，由曲線110及210可知，於單位溫度內，第一阻燃化合物之最大重量變化係位於394.57℃，而第二阻燃化合物之最大重量變化係位於409.06℃。

依據上述之熱重分析曲線可知，第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之間會形成協同作用，而可延長阻燃織物燃燒裂解之時間，進而提升阻燃性。前述之「協同作用」係指於低溫時，雖然第二阻燃化合物會先裂解，但第一阻燃化合物並未開始裂解，而可先抵擋燃燒熱之作用，進而可提升低溫狀態下阻燃織物之阻燃性。於高溫時，相較於第二阻燃化合物，第一阻燃化合物之裂解溫度則較低，因此第二阻燃化合物可抵抗燃燒熱之作用，而可提升高溫狀態下阻燃織物之阻燃性。因此，藉由前述之協同作用，本發明之阻燃織物於低溫及高溫時均可具有良好之阻燃性。

上述之第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之重量比例可為1：4至4：1。若前述之重量比例小於1：4或大於4：1時，阻燃織物中之阻燃層不易附著於織物層上，而 降低阻燃織物之阻燃特性。

在一實施例中，上述之溶劑可為二乙二醇單丁基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單甲基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、其他適當之溶劑或上述溶劑之任意混合。

在一實施例中，本發明之阻燃織物經過至少一次水洗處理，並進行燃燒處理後，此阻燃織物之餘焰時間係小於或等於2秒。在一實施例中，進行燃燒處理後，阻燃織物之炭化距離係小於或等於15公分。在另一實施例中，前述之炭化距離係小於或等於10公分。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備第一阻燃化合物

首先，以惰性氣體置換一反應瓶中之氣氛，並將100重量份之[9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物]-丁二酸(以下簡稱DOPO-IT)、20重量份之聚乙二醇醚、0.5重量份之次亞磷酸及0.5重量份之氧化鎂加至一反應瓶中。然後，於惰性氣體之存在下，升溫至220℃，以進行反應。接著，取出一部份反應液進行酸鹼滴定，並量測反應液之酸值(acid value)。當反應液之酸值小於10時，結束反應，即可製得第一阻燃化合物。

製備第二阻燃化合物

首先，以惰性氣體置換一反應瓶中之氣氛，並將100重量份之DOPO-IT、40重量份之二甲苯及0.7重量份之氫氧化鉀加至反應瓶中。然後，於惰性氣體之存在下，升溫至120℃，並將37重量份之環氧乙烷滴入反應瓶中，直至環氧乙烷全數滴入反應瓶中，即結束反應。接著，進行中和反應，即可製得第二阻燃化合物。

製備阻燃溶液 實施例1

首先，混合上述製得之第一阻燃化合物及第二阻燃化合物，並溶解於二乙二醇單丁基醚中，以配置成一阻燃溶液，其中第一阻燃化合物及第二阻燃化合物之重量比例為1：4。

然後，使用純水以重量比例1：1之方式稀釋上述之阻燃溶液，即可製得實施例1之阻燃溶液。所製得之阻燃溶液的經時穩定性之評價結果如第1表所示。其中經時穩定性之檢測方法容後再述。

實施例2至5及比較例1至3

實施例2至5及比較例1至3係使用與實施例1相同之方法來製備阻燃溶液。不同的是，實施例2至5及比較例1至3係分別使用不同之第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之重量比例，其重量比例及評價結果分別如第1表所示，在此不另贅述。

製備阻燃織物

將織物分別浸置於上述各實施例及比較例所製得之稀釋的阻燃溶液中，直至完全潤濕。接著，藉由上述之壓吸法來處理已浸置於各實施例及比較例的織物，以製得阻燃織物。所製得之阻燃織物以阻燃性之評價方式進行評價，其結果如第1表所述，其中阻燃性之檢測方法容後再述。

評價方式 1.經時穩定性

將上述各實施例與比較例所製得之阻燃溶液混合均勻。接著，靜置1小時後，以肉眼觀察，並依據下列基準來評價：○：阻燃溶液仍為均相液體。

╳：阻燃溶液分層。

2.阻燃性 (1)水洗處理前

將上述各實施例及比較例所製得之一阻燃織物分別以纖維製品防焰性試驗法(CNS 10285,L3196)中之垂直法(A-4法)及垂直斜焰法(A-5法)來燃燒阻燃織物。當火焰接觸阻燃織物12秒後，將火源移開，並依據下列基準來評價：A-4法：◎：1級。

○：2級。

╳：級外。

A-5法：◎：1級。

╳：級外。

於上述之A-4法中，「1級」代表阻燃織物之餘焰時間小於或等於2秒，而炭化距離小於或等於10公分。「2級」代表阻燃織物之餘焰時間大於2秒且小於或等於5秒，而炭化距離大於10公分且小於或等於15公分。「級外」代表阻燃織物之餘焰時間大於5秒，且炭化距離小於或等於10公分。

於上述之A-5法中，「1級」代表阻燃織物之餘焰時間小於或等於2秒，而炭化距離小於或等於15公分。「級外」代表阻燃織物之餘焰時間大於2秒，而炭化距離大於15公分。

(2)水洗處理後

水洗處理後之阻燃性的評價方法及評價基準係相同於水洗處理前之阻燃性的方法及基準。不同的是，於燃燒處理前，阻燃織物分別係先以AATCC之水洗色牢度測試法(61-2A法)水洗10次。然後，再量測經水洗後之阻燃織物的阻燃性。

前述各實施例及比較例所得之經時穩定性及阻燃性之評估結果如第1表所示。

由第1表之結果可知，當第一阻燃化合物與第二阻 燃化合物之重量比例係介於1：4至4：1時，阻燃織物於水洗處理前及水洗處理後均可獲得良好之阻燃性。再者，阻燃溶液亦具有良好之經時穩定性性，當用水來稀釋阻燃溶液時，阻燃溶液可形成一均相，而可良好地附著於織物層上。

其次，當第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之重量比例係小於1：4或大於4：1時，於水洗處理前，阻燃織物雖具有良好之經時穩定性。然而，經過水洗處理後，阻燃織物中之阻燃層易被水洗去，而降低阻燃織物之阻燃性。

此外，於比較例1中，僅使用第二阻燃化合物來形成阻燃層，雖然經過水洗處理及A-4法燃燒後，比較例1仍具有1級之阻燃性。但比較例1之經時穩定性不佳，以水稀釋阻燃溶液時，阻燃溶液易分層，而降低製程之便利性，且不易清潔製程所使用之設備。

由本發明上述實施例可知，本發明之水溶性阻燃組成物及其應用之優點在於調整第一阻燃化合物與第二阻燃化合物之重量比例，而提升阻燃溶液之水溶性，進而可利用壓吸法來製備阻燃織物。再者，藉由調整上述之阻燃化合物之重量比例，本發明之阻燃織物於水洗後仍可具有良好之阻燃性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍 所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種水溶性阻燃組成物，由以下成分所組成：一第一阻燃化合物，具有如下式(I)所示之結構： 於該式(I)中，該A代表碳數為2至4之烷氧基，該A之烷基與該式(I)之該氧原子鍵結，該m代表1至10之整數，且該x代表1至30之整數；一第二阻燃化合物，具有如下式(II)所示之結構： 於該式(II)中，該B代表碳數為2至4之烷氧基，該B之烷基與該式(II)之該氧原子鍵結，該y與該z之總合為1至30之整數，其中該第一阻燃化合物與該第二阻燃化合物之重量比例係1：4至4：1；以及一溶劑，具有二乙二醇醚官能基。
2. 如請求項1所述之水溶性阻燃組成物，其中該A具有如下式(III)所示之結構：
3. 如請求項1所述之水溶性阻燃組成物，其中該m代表3至6之整數。
4. 如請求項1所述之水溶性阻燃組成物，其中該B具有如下式(IV)或式(V)之結構：
5. 如請求項1所述之水溶性阻燃組成物，其中該y與該z之總合為2至14之整數。
6. 如請求項1所述之水溶性阻燃組成物，其中該溶劑係二乙二醇單丁基醚(diethylene glycol monobutyl ether；BDG)。
7. 一種阻燃織物，包含：一織物層；以及一阻燃層，設於該織物層之至少一表面，其中該阻燃層係由如請求項1至6中任一項所述之水溶性阻燃組成物所形成，且其中該阻燃織物經至少一次水洗處理，並進行一燃燒處理後，該阻燃織物之一餘焰時間係小於或等於2秒。
8. 如請求項7所述之阻燃織物，其中該燃燒處理之一處理時間係12秒。
9. 如請求項7所述之阻燃織物，經該燃燒處理後，該阻燃織物之一炭化距離係小於或等於15公分。
10. 如請求項7所述之阻燃織物，經該燃燒處理後，該阻燃織物之一炭化距離係小於或等於10公分。