[发明专利]具有抗燃性的纤维素基底及其相关生产方法

说明书

用于赋予基底抗燃性的纤维素基底的硫酸化和磷酸化的方法，其中使用至少一种式(I)PO(OH)₂‑R‑PO(OH)₂(I)的磷酸作为硫酸化催化剂和磷酸化试剂以及相关基底。

技术领域

本申请说明书涉及一种赋予纤维素基底抗燃性的方法及相关基底。

背景技术

纤维素纤维主要由纤维素形成，并且它们的化学反应性由如图1所示在1,4-位置连接在一起的众多葡聚糖单元的存在所决定^2,6。

在图1中示意性示出的纤维素纤维的化学结构显示，每个葡聚糖单元上存在的羟基2-OH、3-OH和6-OH可用于类似于其中伯、仲和叔醇可以参与的反应的化学反应^2,6。

纤维素纤维通过分子间氢键(图2中示意性地示出)的形成彼此缔合；这样的连接产生被称为微纤丝(其被组织成巨纤丝(macrofibril))的结构，而巨纤丝进而被组织成纤维。

进入纤维内部孔隙的化学物质并没有许多潜在的反应性位点，这是因为它们参与了上述氢键。

如通过化学动力学测量确定的，纤维素纤维的羟基的反应性顺序为2-OH>3-6-OH>>OH^2,6。

由于纤维素纤维被广泛用于生产私人和公共空间(如剧院、电影院、会议室等)的软装饰，研究集中在提高纤维素纤维的抗燃性上。

当以下存在时燃烧发生：

-燃料；

-助燃物，通常为空气中的氧；和

-能够促进助燃物的物理和化学变化例如引发燃料燃烧的热源。

从这一刻开始，燃烧现象由所产生的热量自供能。

纤维素纤维燃烧的一个重要步骤是解聚产物左旋葡聚糖的初始形成，如图3所示。

左旋葡聚糖是挥发性易燃物的前体，其是纤维素燃烧的扩散速度的主要贡献者。

减少左旋葡聚糖的形成减少挥发性可燃物的量并因此降低纤维素纤维的易燃性。

纤维性材料可以是无机的，因而是不燃的(石棉、玻璃、陶瓷)，或可以是有机的(纤维素、羊毛、人造或合成纤维)。

可以测定有机来源的纤维性材料的可燃性，例如，在燃烧纤维所需的最小氧量方面。在这个意义上，氧指数(OI)或极限氧指数(L.O.I.)为用活火点燃样品尖端后(之后除去该活火)燃烧持续3分钟的氧(体积)的最小百分浓度。

OI>21(对应于空气中的氧含量)的材料不能产生自持的燃烧，即使在引发后。尽管根据测试条件之间的差异和火之间的差异需要审慎的判断，但当OI>25时材料被象征地视为阻燃材料。表1列出了纺织品中使用的主要聚合物对火的反应和O.I.值。

表1

第一组包括易燃的天然和人造纤维，其特征在于L.O.I.为约18(棉花、丙烯酸树脂、聚丙烯、纤维素纤维)。其他合成纤维具有约22的L.O.I.(聚酰胺、聚酯)，并提供仅在不太重要的应用(地板、墙壁覆盖物等)中可以接受的性能。在这一组中，具有约25的值的羊毛是可以几乎被定义为天然阻燃剂的唯一纤维。

第二组包括被处理以赋予抗燃性的纤维，其特征在于28至31之间的L.O.I.值，这些是大部分用于生产纺织品的纤维，旨在用于具有着火风险的所有区域中。

为降低纤维素纤维的燃烧能力，已借助于化学修饰纤维本身的各种方法。

目前已知降低纤维素纤维的可燃性的方法被分为两类：