TWI780231B - 難燃萊纖長絲 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種具有阻燃性質的長絲，以及其製備方法和用途。根據本發明的長絲係萊纖長絲。

Description

難燃萊纖長絲
本發明關於難燃萊纖長絲以及該難燃長絲之製造方法和用途。
阻燃纖維係用於各式各樣應用領域，從技術布料到衣著製品的外衣。雖然纖維素纖維長期以來一直用於這些應用領域，但是纖維素長絲由於其報導的不令人滿意的尺寸安定性及低濕強度而未在此領域得到很多關注和使用。本文所用的措辭長絲根據舉例來說BISFA (國際人造纖維標準局)術語定義(本說明書及申請專利範圍中使用的其他術語如BISFA出版物中所定義，也見於下文)，被視為是連續性(無端的)之長度非常長的纖維，其將區分用於較短類型的纖維(例如短纖維、散毛(flock))之長絲。對於這種較短類型的纖維，尺寸安定性議題以及強度議題具有較小的相關性，所以纖維素短纖維等等已經被廣泛使用，也在含有添加物(包括阻燃劑)的版本中得到廣泛使用。然而，對於長絲，涉及尺寸安定性及強度性質，特別是濕強度，的議題更受關注。這是纖維素長絲，特別是阻燃長絲尚未被廣泛使用的原因之一。
在先前技藝中，已經有人使用阻燃劑作為添加物製備黏液纖維、短纖維。然而，纖維素長絲，例如黏液長絲，當用阻燃劑製備時，未顯示出所需的性質，例如尺寸安定性以及足夠的乾濕強度。這對於要在要求嚴刻的紡織程序像是編織和染色和整理加工中生存以及在清洗時或在撕裂時使用的收縮率方面達成適當紡織性能是必要的。 本發明的目的
有鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種難燃長絲(FR長絲)，其在強度及尺寸安定性方面滿足高品質標準。本文使用的措辭難燃長絲定義一種長絲，該長絲不僅塗有阻燃材料，而且還將該阻燃劑摻入該長絲基質。
此問題得根據本發明藉由如申請專利範圍第1項之長絲解決。將較佳具體實例列於申請專利範圍第2至5項。本發明另外提供如申請專利範圍第6項之方法，其再度將較佳具體方案列於申請專利範圍第7至9項。最後，本發明提供如申請專利範圍第10項之用途及如申請專利範圍第11項之產物，其較佳具體實例係界定於申請專利範圍第12至15項。在下列描述中提供了進一步的說明。
令人驚訝地發現到阻燃萊纖長絲確實克服了先前技藝的缺點以及與阻燃纖維表長絲(例如黏液長絲)相關的認知和顧慮。如本文所述，萊纖長絲令人驚訝地顯示出非常令人滿意的性能平衡，並且可以阻燃長絲的形式可靠地製備。這些阻燃長絲已經顯示出其很有希望製造各種不同產品，包括長絲紗線以及用於防護衣(protective clothing)的布料或例如用於根據本發明的長絲和紗線所製造的其它技術應用之布料或非織造織物。
萊纖纖維在本技藝中係眾所周知的，而且其一般製造方法係揭示於舉例來說US 4,246,221及BISFA (國際人造纖維標準局)出版物“Terminology of Man-Made Fibers”，2009年版中。在此以引用的方式將該二參考文獻併入本文中。
也引用WO 02/18682 A1及WO 02/72929 A1，其關於一種纖維素長絲紗線的製造方法，並且將其全文併入本文。
如上所述，根據本發明的FR細絲是萊纖長絲，即使用萊纖法製造的長絲。此方法係技巧純熟者眾所周知的，而且因此在此不再詳細描述。該實施例提供了此方法的例證，以及本文所述的專利文獻。該長絲可具有任何所需的線密度，合適的值係於0.6至4分特的範圍內，較佳值係於0.8至2分特的範圍內。用於製備本發明的阻燃長絲之纖維素粗產物並不重要，而且可使用適用於萊纖法的任何類型之粗產物。
如上所述，具體而言本發明的特徵在於新穎和獨創性阻燃長絲確實在乾燥和濕潤狀態下顯示出非常令人驚訝的機械(強度/韌度)性能的平衡，並且另外令人非常滿意的尺寸安定性。同時，即使在長絲中也可獲得所需的阻燃性，而不會過度犧牲機械性能。可以本發明的長絲獲得的強度性質通常在調濕狀態下測定，並且就本發明的阻燃長絲而言，這些性質通常如下：
平均乾強力(FFk)為至少22 cN/tex。長絲的平均乾斷裂伸長率(FDk)為至少6%，較佳為介於6%與8%之間。這些性質用下列試驗裝備及參數來評估： 試驗設備：USTER®Tensorapid 4 2.4.2 UTR4/500N： 試驗長度：500毫米 夾鉗速度(clamp speed)：60毫米/分鐘 緊固壓力(clamp pressure)：30% 初張力(Pre-tension)：4,1 cN
根據本發明的長絲因此確實顯示出有利的高尺寸安定性，其有利於由其製備的紗線和布料。以此方式，可使用本發明的阻燃長絲來製造高品質的阻燃產品。
如上所述，本發明的長絲係阻燃長絲，即摻入阻燃劑的長絲。由於本發明的長絲係萊纖長絲，因此可藉由將該阻燃劑以合適的方式包含在該紡絲溶液中(或至少在將該長絲紡絲之前加入組合物中)而實現該阻燃劑的加入，如本文包含的實施例中進一步舉例說明的。阻燃劑的類型並不重要，只要其特別地可以典型地該阻燃劑溶液的形式，較佳地水溶液的形式包括在該紡絲溶液或紡絲組合物中。然而，該阻燃劑也可以細磨粉末的形式或此細磨粉末的分散體的形式包括在內。若要使用此固體形式的阻燃劑，較佳為該阻燃劑的平均粒徑為該長絲直徑的至多50%，更佳地至多30%，又更佳地該長絲直徑的至多10%。
最終長絲中的阻燃量典型係於該長絲的2至50重量%，較佳地10至40重量%，又更佳地15至30重量%的範圍中。此量可根據需求(舉例來說關聯所需的阻燃程度)來調整，並且可藉由該紡絲溶液或紡絲組合物中纖維素和阻燃劑的比率來調節。
如上所述，該阻燃劑的類型並不重要。然而，較佳的是以含氮和磷的化合物為基底之阻燃劑，例如在市面上可以註冊商標Aflammit®購得者。特佳的是有機磷化合物，例如Aflammit KWB。所使用的任何阻燃劑可進行預處理，例如研磨，以獲得具有適用於該紡絲製程的粒度的阻燃劑(若其不溶於該紡絲組合物)，該粒度通常取決於目標的長絲直徑。技巧純熟者皆知道此製程。
於本發明之一具體實例中，排除屬於四羥烷基鏻鹽與氨及/或含有一或數個胺基的含氮化合物之氧化縮合物的阻燃劑。
如以上概述的，根據本發明的阻燃長絲係萊纖長絲。因此，根據本發明製備長絲的方法包括提供至少包含纖維素、水、NMMO和阻燃劑的紡絲溶液，並且以技巧純熟者已知的方式將該溶液紡絲並將該長絲再生。根據本發明，確定可以採用約250至750 m/min的紡絲速度，例如300至600，較佳地350至450 m/min。於該製程期間，可視需要添加任何其他所需的添加物及安定劑，例如染料和顏料等等。
該長絲當然可經受任何通常的後紡絲處理，例如塗佈、整理加工等等。技巧純熟者將能夠根據該阻燃長絲的預期用途選擇適當的加工。
根據本發明的阻燃長絲可用於製造其他產物，例如紗線、布料及非織造物。紗線可包含不同數量的本發明的長絲，合適的例子係10至200根長絲，例如15至150根，而且具體實例係25至100根。紗線纖度(titer)可涵蓋寬廣範圍，取決於預期的使用領域，而且實例係於30至150丹尼爾，例如50至120丹尼爾的範圍。由於獨特的性質平衡，例如高機械強度及相當低的斷裂伸長率，因此可使用本發明的長絲製備具有高尺寸安定性的高品質產物。
本發明的阻燃長絲可在製造其他(紡織品)產物的情況下單獨使用，但是該長絲也可與其它類型的纖維摻混，以產生具有所需性質特徵的長絲混合物。特別地，若預期的產物不需要高度阻燃性，則可將本發明的阻燃長絲與其他纖維摻混當作一種選擇。若有任何情況需要高強度布料，另一種選擇係將該阻燃長絲與高強度長絲摻混。如以上說明的，據顯示本發明的阻燃長絲也以與其他類型纖維的摻混物的形式提供良好的性質。
以下實施例確實說明了本發明。 實施例
下列實施例證實與非難燃黏液、銅銨及萊纖長絲相比，本發明的FR萊纖長絲之優異性質。
實施例1顯示根據本發明的阻燃萊纖長絲的性質。
比較例1至3分別顯示黏液長絲、銅銨長絲及萊纖長絲的性質，所有這些都不含阻燃組分。
根據實施例1之根據本發明的長絲係按照下列方式生成：
木漿(纖維素)用78%N-甲基-嗎啉-N-氧化物(NMMO)水溶液及小量安定劑浸漬。所得的懸浮液含有11.6%纖維素、68%NMMO、20.4%水及安定劑GPE。該木漿由亞硫酸鹽纖維素和硫酸鹽纖維素的混合物構成。添加阻燃劑(Aflammit KWB，20%研磨的Aflammit KWB在50% NMMO水溶液中的懸浮液)以製備最終紡絲溶液，在剪切和加熱的作用之下自漿料中除去過量的水，得到包含12.7%纖維素、73.8% NMMO、10.7%水和2.8%阻燃劑(所有%均指以總組合物為基準計的重量)的無纖維紡絲溶液。
將該紡絲溶液過濾，並且於114℃下以乾濕製程(dry-wet process)擠出，其中該紡絲溶液係通過噴嘴擠出到氣隙中。為了使該擠出製程穩定，給該氣隙提供空氣流。紡絲速度為400 m/min。
在穿過該氣隙之後，該纖維素在含有10% NMMO和其餘部分的水之紡絲浴中沉澱。
如此獲得的無端長絲係用水清洗，浸漬整理加工劑，乾燥並且捲繞於筒管。在逆流的完全脫鹽水中進行清洗。為了乾燥，使用接觸式乾燥器濕度降低至10.5%。
使用這些長絲生成由單絲構成的複絲(multi-filament)。從該複絲製造出無撚長絲紗線。從該長絲紗線，可製造出布料。所製造的紗線之線密度係介於20與200分特之間，較佳為介於50與150分特之間。
關於該製程的其他細節，參考US 4,246,221、WO 02/18682 A1及WO 02/72929 A1。
比較例1至3的長絲使用習用方法製造，該萊纖長絲使用如實施例1所述的實驗裝置來製造，不同之處在於沒使用阻燃組分。
將各自的性質記載於以下：
Figure 107134533-A0304-0001
Figure 107134533-A0304-0002
比較例1和2顯示，即使沒有添加阻燃劑，黏液和銅銨長絲也確實顯示出完全無法令人滿意的性質。另一方面，與比較例3 (亦即非阻燃性萊纖長絲)相比，即使機械性質稍低，但是阻燃萊纖長絲確實顯示出非常令人滿意的性質。然而，與非阻燃性黏液及銅銨長絲相比，根據本發明的阻燃萊纖長絲的性質得到顯著改善。使用其他類型纖維素長絲的比較例確實遇到機械性質的極度不平衡，所以無法為這些長絲製備尺寸穩定的產物。同時，本發明的阻燃長絲除了顯示出非常令人滿意的阻燃性質外，還顯示出機械性質的極度平衡。 阻燃襯裡
由使用本發明的阻燃萊纖長絲所獲得的紗線(den 90/40 (40根總纖度為90丹尼爾的複絲)，紗線纖度dtex 100f40)，紗線纖度dtex100f40)，製造出75 g/m2 的襯裡。將此襯裡用於三層組合件，包含防潮層(moisture barrier)(疊層，148 g/m2 ，50%間位聚芳醯胺/ 50% Lenzing FR(阻燃黏液短纖維)/ PU膜)、外層布料(260 g/m2 ；50% Lenzing FR、38%對位聚芳醯胺、12% PA)及以上定義的襯裡(100%阻燃萊纖長絲)，評估該三層組合件的阻燃性。該三層組合件通過根據EN ISO 15025：2002程序A的火焰擴散試驗(flame spread test)(測試火焰到外層布料以及測試火焰到襯裡)並且滿足EN 469 (EN 533 Index 3)的所有必備條件。

Claims (18)

  1. 一種阻燃長絲(FR長絲)，包含阻燃劑及纖維素，其特徵為該長絲係萊纖長絲，且該萊纖長絲具有至少22cN/tex之平均乾強力(average dry tenacity)及/或具有至少11cN/tex之平均濕強力。
  2. 如申請專利範圍第1項之阻燃長絲，其具有至少22cN/tex之平均乾強力(average dry tenacity)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之阻燃長絲，其具有至少11cN/tex之平均濕強力。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之阻燃長絲，其中該阻燃劑的量係2至50重量%。
  5. 一種用於製造如申請專利範圍第1至4項中任一項之阻燃長絲之方法，其包含提供包含木槳、NMMO、水及阻燃劑的組合物，並且將該溶液紡絲以製造長絲。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該紡絲溶液中的阻燃劑及木槳之量係於該紡絲溶液的12至25%之範圍中。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之方法，其中該紡絲速度係於250至750m/min的範圍中。
  8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該木槳包含亞硫酸鹽纖維素和硫酸鹽纖維素。
  9. 一種如申請專利範圍第1至4項中任一項或根據申請專利範圍第5至8項中之任一項製造的阻燃長絲之用途，其係用於製備紗線、布料及紡織品。
  10. 一種紗線、布料或紡織品產物，其包含如申請專利範圍第1至4項中任一項或根據申請專利範圍第5至8項中之任一項製造的阻燃長絲。
  11. 如申請專利範圍第9項之用途，其中將該阻燃長絲與其他類 型纖維摻混。
  12. 如申請專利範圍第9項之用途，該紗線、布料及紡織品根據EN ISO 15025：2002製程B-邊緣燃燒(edge flaming)測試時滿足根據EN ISO 14 116分類“有限火焰擴散指數3”的要求。
  13. 如申請專利範圍第9項之用途，該紗線係複絲紗線。
  14. 如申請專利範圍第9項之用途，其中該阻燃長絲包含樹脂整理加工劑(resin finish)。
  15. 如申請專利範圍第10項之產物，其中將該阻燃長絲與其他類型纖維摻混。
  16. 如申請專利範圍第10或15項之產物，其根據EN ISO 15025：2002製程B-邊緣燃燒(edge flaming)測試時滿足根據EN ISO 14 116分類“有限火焰擴散指數3”的要求。
  17. 如申請專利範圍第10項之產物，該紗線係複絲紗線。
  18. 如申請專利範圍第10項之產物，其中該阻燃長絲包含樹脂整理加工劑(resin finish)。
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