Функционализированный хлопок многоцелевого применения и способ его производства
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается функционализированного хлопка многоцелевого применения и способа его производства. Функционализированный хлопок многоцелевого применения содержит натуральный хлопок и композицию, содержащую водный раствор аммония, однозамещенный фосфат аммония в количестве от 20 до 25 массовых долей, бор в количестве от 3 до 7 массовых долей, анионное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,1 до 0,3 массовых долей, водоотталкивающее средство на фторидной основе в количестве от 1,5 до 3,2 массовых долей и акриловое связующее вещество на фосфатной основе в количестве от 0,5 до 2,5 массовых долей, где массовые доли рассчитаны по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония. Изобретение обеспечивает создание функционализированного хлопка многоцелевого применения, обладающего способностью к задерживанию огня, теплоизолирующими, водоотталкивающими свойствами, улучшенной прочностью на растяжение и разрыв, при сохранении свойств натурального хлопка. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к функционализированному хлопку многоцелевого применения и более конкретно к функционализированному хлопку многоцелевого применения, включающему композицию для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения и натуральный хлопок, а также к способу его производства.
Уровень техники
Натуральный хлопок широко применяется в бытовой среде и состоит по меньшей мере из 90% фибрина, который упоминается как целлюлоза, небольшого количества влаги и небольшого количества жиров. Хлопок служит в качестве теплоизолирующего материала для препятствования теплопереносу и в качестве удерживающего тепло материала, поскольку имеет в своих волокнах множество внутренних каналов и находится в скрученном состоянии. Таким образом, внутри хлопка имеется много пространства, в котором содержится препятствующий перемещению тепла воздух. Так как воздух обладает наилучшим изолирующим эффектом по сравнению с любыми другими имеющимися на земле теплоизолирующими материалами, натуральный хлопок отличается тем, что показывает превосходный уровень таких свойств, как способность удерживать тепло, теплоизолирующие свойства, способность очень мало нагреваться и звукопоглощающие свойства, не приводя к образованию токсических ингредиентов и не вызывая экологического загрязнения. Однако натуральный хлопок имеет недостатки, связанные с тем, что имеет слабую способность задерживать огонь (пламя) и высокую гигроскопичность, кроме того, на хлопке хорошо растут бактерии и грибы. Помимо этого, натуральный хлопок при подвергании действию воздуха может окисляться. Кроме того, сам по себе хлопок вызывает рассеивание тонкой пыли, а также демонстрирует низкую прочность при растяжении и недостаточную обрабатываемость. В результате хлопок (хлопок-волокно) был признан в качестве подходящего только для постельного белья и одежды и испытывает сложности с поиском применений в других различных областях.
Между тем был предложен огнестойкий (невоспламеняющийся) материал на основе целлюлозных волокон, способ изготовления функционализированного хлопка, который включает погружение хлопка в антипирен, например, на основе галогена (то есть брома, хлора или другого подобного), фосфора или бора и сушку хлопка. Однако, так как волокно имеет образованное на его поверхности покрытие, у такого волокна возникают сложности в том, что оно плохо сохраняет способность задерживать огонь (пламя) и теплоудерживающие-теплоизолирующие свойства при высокой температуре. Среди галоидных соединений соединения брома имеют недостаток, состоящий в том, что они представляют высокий риск образования канцерогенных веществ, таких как диоксины.
Огне-пламезамедляющие волоконные материалы включают стекловолокно, асбест, каменную вату, стекловату, керамическую вату и другие подобные. Однако асбест был запрещен к применению из-за его вреда для человеческому организма, а применение стекловолокна, стекловаты, керамической ваты и других подобных материалов также сокращается. Кроме того, огне-пламезамедляющие синтетические волоконные материалы включают арамидное волокно, номекс, полиимидное волокно и другие подобные. Однако эти волокна разрушаются при температуре приблизительно от 400 до 500°С и, таким образом, их применение ограничено. Помимо этого, такие волокна имеют недостатки, связанные с тем, что они являются очень дорогими, в качестве продуктов нефтехимического производства вызывают загрязнение окружающей среды и сложны в рециклировании.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение касается функционализированного хлопка многоцелевого применения, обладающего способностью к задерживанию огня (пламени), теплоизолирующими и водоотталкивающими свойствами при сохранении превосходных свойств натурального хлопка, таких как теплоудерживающие свойства, способность очень мало нагреваться, звукопоглощающие свойства и безвредные для окружающей среды характеристики, в силу того, что композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения способна проникать во внутренние каналы волокна натурального хлопка, и демонстрирующего значительно улучшенную прочность при растяжении и прочность на прорыв.
Однако цели настоящего изобретения этим не ограничиваются, и другие цели настоящего изобретения, которые здесь не раскрываются, станут более очевидными среднему специалисту в данной области из подробного описания примеров его осуществления.
Согласно одному объекту настоящего изобретения, обеспечивается композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, которая включает водный раствор аммония, однозамещенный фосфат аммония, бор, анионное поверхностно-активное вещество, водоотталкивающее средство на фторидной основе и акриловое связующее вещество на фосфатной основе. Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, однозамещенный фосфат аммоний может быть включен в количестве 20 - 25 массовых долей по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония, бор может быть включен в количестве 3-7 массовых долей, анионное поверхностно-активное вещество может быть включено в количестве от 0,1 до 0,3 массовых долей, водоотталкивающее средство на фторидной основе может быть включено в количестве от 1,5 до 3,2 массовых долей и акриловое связующее вещество на фосфатной основе может быть включено в количестве от 0,5 до 2,5 массовых долей. Кроме того, композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения может проникать в натуральный хлопок и может использоваться для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения.
Согласно другому объекту настоящего изобретения, обеспечивается способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, который включает: (1) приготовление растворяющего состава добавлением однозамещенного фосфата аммония к водному раствору аммония, (2) добавление бора к растворяющему составу, (3) охлаждение растворяющего состава и (4) впрыскивание анионного поверхностно-активного вещества, водоотталкивающего средства на фторидной основе и акрилового связующего вещества на фосфатной основе в охлажденный растворяющий состав. Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, операция (1) может, кроме того, включать растворение однозамещенного фосфата аммония в водном растворе аммония при температуре от 50 до 70°С при перемешивании в течение 2-3 минут.
Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, обеспечивается функционализированный хлопок многоцелевого применения, включающий натуральный хлопок и данную композицию. Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, натуральный хлопок и данная композиция могут присутствовать в массовом соотношении от 5:1 до 5:3. Кроме того, функционализированный хлопок многоцелевого применения может использоваться для приготовления обработанной ткани, нетканого материала, матов, щитов управления, клапанов, изгибов, теплоудерживающих-теплоизолирующих материалов для труб или фильтрующих материалов и может также использоваться для изготовления негорючих материалов, пламезамедляющих материалов, теплоудерживающих-теплоизолирующих материалов, холодостойких материалов, звукопоглощающих материалов, чрезвычайно слабо нагревающихся материалов для хранения и транспортировки сжиженного природного газа и для изготовления смешанного хлопково-углеродного волокна.
Согласно еще одному объекту настоящего изобретения, обеспечивается способ производства функционализированного хлопка многоцелевого применения, который включает (1) приготовление хлопка погружением натурального хлопка в композицию для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, (2) дегидратацию и сушку хлопка и (3) трепание хлопка. Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, операция (1) может быть выполнена погружением натурального хлопка в композицию на 1-2 минуты, предпочтительно погружением натурального хлопка в композицию таким образом, чтобы натуральный хлопок и композиция присутствовали в массовом соотношении от 5:1 до 5:3. Кроме того, операция (2) может включать дегидратацию хлопка с помощью отжимных валков и сушку хлопка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом. Предпочтительно операция (2) может включать дегидратацию хлопка с помощью отжимных валкового до тех пор, пока содержание влаги не достигнет 70-80%, и сушку обезвоженного хлопка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом до тех пор, пока содержание влаги не будет ниже 15%.
Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения, способ производства функционализированного хлопка многоцелевого применения может, кроме того, включать смешивание по меньшей мере одного вида волокон, выбранных из группы, состоящей из карбонизованного волокна, углеродного волокна, хлопчатобумажных угаров, искусственного волокна, волокон, полученных из бумажных отходов и полученных переработкой соломы, с функционализированным хлопком многоцелевого применения в массовом соотношении от 2:8 до 3:7.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными среднему специалисту в данной области из подробного описания примеров его осуществления с обращением к сопутствующим чертежам, среди которых:
Фиг.1 является изображением, полученным при рассмотрении натурального хлопка под микроскопом;
Фиг.2 является изображением, полученным при рассмотрении под микроскопом боковой поверхности натурального хлопка;
Фиг.3 представляет протокол испытания, описывающий результаты испытаний способности к задерживанию огня (пламени) функционализированным хлопком многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 иллюстрирует испытания способности к задерживанию огня (пламени) натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 представляет протокол испытания, описывающий результаты испытаний прочности при растяжении, холодостойкости и прочности на прорыв функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 является изображением, полученным при рассмотрении поверхности натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения под сканирующим электронным микроскопом;
Фиг.7 иллюстрирует испытание теплоизолирующих свойств натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению с помощью нагревательной плитки;
Фиг.8 иллюстрирует водоотталкивающие свойства функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению;
Фиг.9 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ производства функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению;
Фиг.10 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению, и
Фиг.11 является структурной схемой, представляющей установку, применяемую для производства функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Далее подробно описываются примеры осуществления настоящего изобретения с обращением к сопутствующим чертежам. При том что настоящее изобретение показано и описано применительно к примерам его осуществления, специалистам в данной области очевидно, что, не отступая от объема изобретения, могут быть выполнены различные его модификации.
Если специально не указывается иного, все используемые в данном описании технические и научные термины имеют те же значения, что и обычно подразумеваются специалистами в области, к которой принадлежит настоящее изобретение. В целом терминология, используемая в данном описании и в описываемых ниже экспериментальных методах, является широко распространенной и обычно применяемой в данной области.
Настоящее изобретение обеспечивает композицию для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения и способ ее приготовления. Здесь композиция включает водный раствор аммония, однозамещенный фосфат аммония (NH4H2PO4), бор (В2О3), анионное поверхностно-активное вещество (ROSO3NH4 и т.п.), водоотталкивающее средство на фторидной основе (перфторакрилат и т.п.) и акриловое связующее вещество на фосфатной основе (связующий агент).
Композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения может включать однозамещенный фосфат аммония в количестве от 20 до 25 массовых долей, бор в количестве от 3 до 7 массовых долей, анионное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,1 до 0,3 массовых долей, сополимер водоотталкивающего средства на фторидной основе в количестве от 1,5 до 3,2 массовых долей и акриловое связующее вещество на фосфатной основе в количестве от 0,5 до 2,5 массовых долей по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония.
В композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения однозамещенный фосфат аммония (NH4H2PO4) представляет собой фосфорсодержащее соединение, которое легко связывается с целлюлозой, которая является главным ингредиентом натурального хлопка, и участвует в дегидратации, когда функционализированный хлопок находится в окисленном состоянии. Так как молекулы данного фосфорсодержащего соединения составлены из цепочечных полимеров, его молекулы проникают во внутренние каналы волокна хлопка в форме скрученных лент и присоединяются к хлопку. Когда фосфорсодержащее соединение приводится в контакт с высокотемпературной средой, такой как пламя, полимер фосфорсодержащего соединения распадается, окисляется и преобразуется в фосфорсодержащее соединение, участвующее в дегидратации. Кроме того, фосфорсодержащее соединение извлекает воду из волокон, демонстрируя способность к задерживанию огня (пламени), и обладает охлаждающим действием и подавляющим горение эффектом вследствие «удушения» пламени. Кроме того, сам оксид фосфора связывается с водой с образованием полииндана, который осаждается на хлопке, перекрывая поступление кислорода.
Бор (B2O3) обладает бактерицидными, инсектицидными и консервирующими свойствами, а также служит для препятствования возгоранию или для тушения пламени на хлопке.
ROSO3NH4 может использоваться в качестве анионного поверхностно-активного вещества и служит для облегчения проникания и распространения раствора в натуральном хлопке. Перфторакрилат может использоваться в качестве гидрофобного средства на фторидной основе и добавляется для придания влагоотталкивающих свойств. Кроме того, гидрофобное средство на фторидной основе по сравнению с кремнийорганическими водоотталкивающими средствами демонстрирует хорошие водоотталкивающие свойства, невысокую антиадгезионную склонность и маслоотталкивающие свойства. Когда гидрофобное средство присутствует в концентрации менее 10%, водоотталкивающие свойства могут быть ослабленными и достаточный водоотталкивающий эффект может быть обеспечен, когда гидрофобное средство присутствует в концентрации 18%. Акриловое связующее вещество на фосфатной основе может служить для облегчения присоединения к натуральному хлопку функционального химического соединения. Композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения способна проникать в натуральный хлопок и может использоваться для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения.
Способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения в соответствии с настоящим изобретением может включать (1) приготовление растворяющего состава добавлением однозамещенного фосфата аммония к водному раствору аммония, (2) добавление бора к растворяющему составу, (3) охлаждение растворяющего состава и (4) впрыскивание анионного поверхностно-активного вещества, водоотталкивающего средства на фторидной основе и акрилового связующего вещества на фосфатной основе в охлажденный растворяющий состав. Способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения может, кроме того, включать добавление однозамещенного фосфата аммония в водный раствор аммония и растворение однозамещенного фосфата аммония в водном растворе аммония при температуре от 50 до 70°С с перемешиванием в течение 2-3 минут. Затем вносится бор для растворения однозамещенного фосфата аммония. Полученный растворяющий состав охлаждается в течение 1-2 часов, к охлажденному растворяющему составу добавляются анионное поверхностно-активное вещество, водоотталкивающее средство на фторидной основе и акриловое связующее вещество на фосфатной основе, и происходит реакция в течение 10-30 минут при перемешивании.
Как показано на Фиг.1 и 2, при виде сбоку хлопковые волокна представлены в форме скрученных лент и имеют внутренние каналы, наблюдаемые на изображении поперечного сечения. Поэтому обеспечиваемая настоящим изобретением композиция может проникать во внутренние каналы волокна. Соответственно, обеспечиваемая в настоящем изобретении композиция может использоваться в функционализированном хлопке многоцелевого применения, как будет описано ниже.
Настоящее изобретение обеспечивает функционализированный хлопок многоцелевого применения, получаемый обеспечением проникновения композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения внутрь натурального хлопка, а также способ его получения.
Функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может конфигурироваться так, чтобы включать композицию для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения (в дальнейшем именуемую «хлопковой композицией»), которая включает натуральный хлопок, водный раствор аммония, однозамещенный фосфат аммония, бор, анионное поверхностно-активное вещество, водоотталкивающее средство на фторидной основе и акриловое связующее вещество на фосфатной основе.
Предпочтительно натуральный хлопок и хлопковая композиция могут присутствовать в массовом соотношении от 5:1 до 5:3. Таким образом, количество впитавшейся хлопковой композиции может находиться в диапазоне от 1 до 3 г на 5,0 г натурального хлопка. Когда данное массовое соотношение оказывается меньше или равно 5:1, функции функционализированного хлопка многоцелевого применения проявляться не могут. С другой стороны, когда данное массовое соотношение превышает или равно 5:3, фрагменты хлопкового волокна утыкаются друг в друга из-за наличия большого количества хлопковой композиции. В результате хлопок не может быть восстановлен способом трепания при восстановлении толщины и может затвердеть и потерять свои оригинальные качества.
Способ производства функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может включать (1) подготовку хлопка погружением натурального хлопка в хлопковую композицию, (2) дегидратирование и сушку хлопка и (3) трепание хлопка для восстановления толщины хлопка.
Операция (1) отличается тем, что натуральный хлопок погружается в хлопковую композицию на 1-2 минуты. Кроме того, натуральный хлопок может быть погружен в хлопковую композицию таким образом, чтобы натуральный хлопок и хлопковая композиция присутствовали в массовом соотношении от 5:1 до 5:3. В целях упрощения точное описание хлопковой композиции, используемой в операции (1), опущено, так как композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения была подробно описана выше.
Операция (2) может включать дегидратирование хлопка с помощью отжимных валков. Хлопок с адсорбированной в нем хлопковой композицией должен быть обезвожен. Так как при выполнении дегидратирования с использованием центробежной силы погруженный в хлопковую композицию хлопок может быть обезвожен полностью, такой хлопок может не проявлять своей функциональности. Желательно применение компрессионного способа дегидратации, при котором хлопковая композиция может оставаться в хлопке в заданном количестве и, следовательно, процесс дегидратирования может осуществляться сжатием хлопка при пропускании через валки. Кроме того, операция (2) может включать сушку хлопка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом. В этом случае длина туннеля сушилки с диэлектрическим нагревом может находиться в диапазоне от 10 до 15 м, а сушка хлопка может выполняться при температуре от 150 до 230°С и скорости от 1,5 до 3 м/мин. Сушка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом не наносит ущерба природе и форме функционального химического соединения и не окисляет хлопок. Предпочтительно хлопок может быть обезвожен с помощью отжимных валков до достижения влагосодержания в 70-80%, после чего таким образом обезвоженный хлопок может быть высушен с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом до тех пор, пока содержание влаги не будет ниже 15%.
Операция (3) является операцией трепания высушенного хлопка для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения. Функционализированный хлопок многоцелевого применения, полученный погружением натурального хлопка в хлопковую композицию и дегидратированием и сушкой натурального хлопка, не изменяется по ширине и длине, но изменяется в толщине. Таким образом, так как функционализированный хлопок многоцелевого применения имеет степень сжатия более 90%, функционализированный хлопок многоцелевого применения должен быть подвергнут трепанию с помощью трепальной машины для восстановления начальной толщины хлопка посредством снижения степени сжатия. Функционализированный хлопок многоцелевого применения, обеспечиваемый настоящим изобретением, производится с прохождением через такие процессы трепания/восстановления толщины. Согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, функционализированный хлопок многоцелевого применения может быть изготовлен с использованием разрыхляющего устройства, отделения для хранения распутанного карбонизированного волокна, режущего элемента, приемного ролика, натяжного ролика, емкости для хранения пламезадерживающей жидкости (композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению), ролика, содействующего прониканию пламезадерживающей жидкости в функционализированный хлопок многоцелевого применения, сушильной камеры, натяжного ролика, восстановителя толщины и намоточного ролика, как показано на Фиг.11.
Функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению был подвергнут испытанию с помощью горелки Мекера и оценен как прошедший такую проверку (см. Фиг.3). Кроме того, натуральный хлопок (1,7 г) и функционализированный хлопок многоцелевого применения (1,7 г) были в течение 30 секунд подвергнуты испытанию на способность задерживать открытый огонь (пламя) с использованием паяльной лампы. В результате натуральный хлопок в течение 30 секунд полностью выгорел, не сохранив никакой формы, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению в течение 30 секунд под паяльной лампой продолжал прокаливаться, но лишь немного обуглился без пламени. В этом случае 2/3 функционализированного хлопка многоцелевого применения оставались неповрежденными, что указывает на то, что функционализированный хлопок многоцелевого применения обладает превосходной способностью задерживать огонь (пламя) (см. Фиг.4).
Предел прочности функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению был проверен согласно методу определения разрывной прочности ткани C.R.E. Было обнаружено, что натуральный хлопок не пригоден для данного испытания, однако предел прочности функционализированного хлопка многоцелевого применения был измерен и найден равным 149 (15,2) см N/5 (кгс/5 см), что указывает на то, что функционализированный хлопок многоцелевого применения обладает превосходными показателями предела прочности по сравнению со стекловолокном, имеющим предел прочности 3,43 см N/5 (кгс/5 см) (см. Фиг.5). Из полученных под сканирующим электронным микроскопом в целях сравнения изображений можно также видеть, что функционализированный хлопок многоцелевого применения содержал толстые нити и имел очень хорошую эластичность и хорошую целостность по сравнению с натуральным хлопком (см. Фиг.6).
Гидравлическим способом была проверена прочность на прорыв функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению. В результате было установлено существенное различие в прочности на прорыв между натуральным хлопком (372,7 (3,8) кПа (кгс/см2)) и функционализированным хлопком многоцелевого применения (1059,1 (10,8) кПа (кгс/см2)).
Кроме того, было показано, что и натуральный хлопок, и функционализированный хлопок многоцелевого применения имеют нормальную холодоустойчивость при выполнении в течение 24 часов теста на холодоустойчивость (способ испытания, разработанный данным заявителем) при -40°С (см. Фиг.5).
Натуральный хлопок и функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению были подвергнуты испытанию на теплоизолирующую способность с использованием горячей плиты. В результате можно видеть, что натуральный хлопок не пригоден в качестве теплоизолирующего материала, так как натуральный хлопок сгорел, не сохранив никакой формы, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения обладает превосходными качествами теплоизолирующего материала, поскольку функционализированный хлопок многоцелевого применения не горел (см. Фиг.7).
Были подвергнуты сравнению водоотталкивающие свойства натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению. В результате можно видеть, что натуральный хлопок не имеет никаких водоотталкивающих свойств, так как вода впитывается в натуральный хлопок сразу же после того, как приходит в контакт с натуральным хлопком, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения показывает превосходные водоотталкивающие свойства, поскольку вода натуральным хлопком не поглощается вообще (см. Фиг.8).
Как описано выше, поскольку функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению обладает превосходными задерживающими огонь (пламя) свойствами, прочностью при растяжении, прочностью на прорыв, теплоизолирующими и водоотталкивающими свойствами, функционализированный хлопок многоцелевого применения может использоваться в качестве материала для обработанной ткани, нетканого материала, матов, щитов управления, клапанов, изгибов, теплоудерживающих и теплоизолирующих материалов для труб, или в качестве фильтрующего материала. Кроме того, функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может использоваться для изготовления других различных материалов, таких как задерживающие огонь (пламя) материалы, теплоудерживающие и теплоизолирующие материалы, холодостойкие материалы, звукопоглощающие материалы, исключительно слабо нагревающийся материал для хранения и транспортировки сжиженного природного газа, смешанный с карбонизированным волокном хлопок и хлопок, смешанный с углеродным волокном.
Таким образом, функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может быть снабжен способностью задерживать огонь (пламя) не посредством нанесения задерживающего огонь (пламя) покрытия на поверхность волокон обрабатываемой ткани, а обеспечивая проникновение композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению в ткань из тонкого натурального хлопка (имеющего среднюю толщину приблизительно 20 мкм), которая составлена длинными и тонкими пучками волокон и внутренними волоконными каналами в форме скрученных лент.
Кроме того, функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может использоваться для предотвращения распространения огня и отсечения огня при воспламенении, использоваться в качестве теплоудерживающего и теплозащитного материала и звукопоглощающего материала в области строительства, а также использоваться в качестве теплоудерживающего и теплозащитного материала для высокотемпературных труб или фильтров.
Кроме того, по меньшей мере один вид волокон, выбранный из группы, состоящей из карбонизованного волокна (полиакрилонитрил, PAN), углеродного волокна, хлопчатобумажных угаров, искусственного волокна, волокон, получаемых из бумажных отходов и соломы, и функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению могут быть помещены в разрыхлительное устройство (для распутывания хлопка) в массовом соотношении от 2:8 до 3:7 и смешаны для приготовления хлопкового изделия.
С помощью вышеописанного способа может быть получен смешанный хлопок с повышенными положительными качествами, достигаемыми снабжением функционализированного хлопка многоцелевого применения новыми функциями, в качестве материала, который является безопасным для человеческого организма и обладает превосходными задерживающими огонь (пламя) свойствами, теплоудерживающими и теплоизолирующими свойствами, влагостойкостью, холодостойкостью, способностью к исключительно слабому нагреванию и звукопоглощающими свойствами. Кроме того, функционализированный смешанный хлопок многоцелевого применения может быть полезным для снижения производственных расходов через повторное использование ресурсов и в целях защиты глобальной окружающей среды благодаря возможности рециркуляции ресурсов.
Далее для содействия пониманию настоящего изобретения описываются предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения. Однако следует учитывать, что излагаемое здесь описание лишь иллюстрирует примеры осуществления настоящего изобретения и не предназначается для какого-либо ограничения этих примеров осуществления.
Пример 1. Получение функционализированного хлопка многоцелевого применения
Фиг.9 является диаграммой, отображающей способ производства функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, и Фиг.10 представляет диаграмму, иллюстрирующую способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения согласно настоящему изобретению. 5 г (объем после сжатия 250 см3) натурального хлопка, имеющего размеры 60 мм × 60 мм × 60 мм (ширина × длина × толщина), как показано на Фиг.9, были погружен в 53,6 г (50 см3) композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, приготовленной показанным на Фиг.9 способом, на 1-2 минуты, так, чтобы композиция впиталась в натуральный хлопок. Хлопок, в который впитывалась композиция, обезвоживался с помощью отжимных валков до тех пор, пока содержание влаги не достигло приблизительно 70-80% (количество введенного химиката составляло 14,9 г). После этого обезвоженный хлопок был высушен с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом до достижения влажности менее 15%. В этом случае длина туннеля сушилки с диэлектрическим нагревом находилась в диапазоне от 10 до 15 м, а сушка хлопка выполнялась при температуре от 150 до 230°С и скорости от 1,5 до 3 м/мин. Высушенный хлопок был подвергнут трепанию для восстановления толщины хлопка и в результате был получен функционализированный хлопок многоцелевого применения.
Натуральный хлопок при подвергании процессам погружения натурального хлопка в хлопковую композицию, обезвоживания и сушки натурального хлопка не изменился по ширине и длине, но был значительно уменьшен по толщине от 60 мм до 10 мм со степенью сжатия 91,7%. Хлопок был подвергнут трепанию с помощью устройства для восстановления толщины с целью восстановления степени сжатия, и толщина хлопка возвратилась к исходному значению (60 мм).
Показатель pH композиции равнялся 7, а масса подвергнутого трепанию хлопка составляла 6,0 г, и 1 г композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения был погружен в 5 г натурального хлопка так, чтобы массовая доля композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения составляла 20% от общей массы натурального хлопка.
Пример 2. Тест способности функционализированного хлопка многоцелевого применения к задерживанию огня (пламени)
Огне-пламезадерживающие способности функционализированного хлопка многоцелевого применения были испытаны применяющим горелку Мекера способом согласно критериям тестирования, определенным в устанавливающем меры и порядок обеспечения противопожарной защиты документе Law Enforcement Ordinance of Maintenance and Safety Control of Fire-Fighting Systems Act. Результаты представлены в нижеследующей Таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Показатель | Измеренные величины | Критерии испытания |
| Продолжительность самостоятельного горения (с) | 0 | В пределах 10 |
| Время тления (с) | 0 | В пределах 30 |
| Площадь карбонизации (см2) | 27,4 | В пределах 50 |
| Длина карбонизации (см) | 7,1 | В пределах 20 |
| Результат | Принято |
Как указано в Таблице 1, полученный в настоящем изобретении функционализированный хлопок многоцелевого применения прошел испытание на задерживание огня, так как функционализированный хлопок многоцелевого применения имел время инерции горения после воздействия открытым пламенем 0 секунд и время тления 0 секунд, что было значительно ниже контрольных величин испытания, то есть времени инерции горения в 10 секунд и времени тления в 30 секунд, имел площадь обугливания 27,4 см2, которая была лучше контрольной величины в 50 см2, и длину обугливания 7,1 см, которая была намного лучше контрольной величины в 20 см.
Кроме того, по результатам испытания на задерживание открытого огня (пламени) с использованием паяльной лампы горючий натуральный хлопок полностью выгорел в пределах 30 секунд, не сохранив никакой формы, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения непрерывно обжигался паяльной лампой в течение 30 секунд и лишь немного обуглился при отсутствии какого-либо горения, при этом 2/3 функционализированного хлопка многоцелевого применения остались, как показано на Фиг.4, в неизменном виде.
Пример 3. Сравнение прочности при растяжении натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения
Прочность при растяжении натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения сравнивалась с помощью метода определения разрывной прочности C.R.E. Как указывается в Таблице 2, прочность при растяжении натурального хлопка была непригодной для тестирования вплоть до минимальной измеримой величины, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения имел очень высокую прочность при растяжении, измеренная величина которой составила 149 (15,2) N/5 см (кгс/5 см). При сравнении с прочностью при растяжении стекловолокна (3,43 N/5 см (кгс/5 см)) можно видеть, что функционализированный хлопок многоцелевого применения показал значительно более высокую прочность при растяжении.
| Таблица 2 | |||
| Показатель | Натуральный хлопок | Функционализированный хлопок многоцелевого применения | Стекловолокно |
| Измеренные величины | Непригодно для тестирования | 149 (15,2) N/5 см (кгс/5 см) | 3,43 N/5 см (кгс/5 см) |
Пример 4. Сравнение прочности на прорыв натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения
Прочность на прорыв натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения сравнивались с помощью гидравлического метода. Из данных Таблицы 3 видно, что натуральный хлопок имел прочность на прорыв 372,7 (3,8) кПа (кгс/см2), в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения имел значительно более высокую прочность на прорыв 1059,1 (10,8) кПа (кгс/см2).
| Таблица 3 | ||
| Показатель | Натуральный хлопок | Функционализированный хлопок многоцелевого применения |
| Измеренные величины | 372,7 (3,8) кПа (кгс/см2) | 1059,1 (10,8) кПа (кгс/см2) |
Пример 5. Сравнение теплоизолирующих свойств натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения
Для сравнения теплоизолирующих свойств натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения на натуральном хлопке и функционализированном хлопке многоцелевого применения было проведено испытание теплоизолирующей способности с помощью нагревательной плитки. Натуральный хлопок, имевший толщину 3 см, нагревался при 92°С (начало воспламенения) на нагревательной плитке с температурой поверхности 360°С и полностью сгорел, что не позволило оценить способность натурального хлопок к задерживанию огня. Соответственно, натуральный хлопок оказался непригоден и в качестве теплоизолирующего материала. С другой стороны, при измерениях на нагревательной плитке с температурой поверхности 360°С было подтверждено, что функционализированный хлопок многоцелевого применения толщиной 3 см имел температуру изолирующей поверхности 39°С и, таким образом, оказался очень подходящим для применения в качестве теплоизолирующего материала, поскольку разница в температуре поверхности между нагревательной плиткой и функционализированным хлопком многоцелевого применения составила 321°С и функционализированный хлопок многоцелевого применения не возгорался (см. Фиг.7).
Пример 6. Сравнение водоотталкивающих свойств натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения
Было выполнено испытание с целью сравнения водоотталкивающих свойств натурального хлопка и функционализированного хлопка многоцелевого применения. В результате можно видеть, что натуральный хлопок не имеет никаких водоотталкивающих свойств, так как вода впитывалась в натуральный хлопок немедленно после контакта с натуральным хлопком, в то время как функционализированный хлопок многоцелевого применения показал превосходные водоотталкивающие свойства, поскольку на поверхности функционализированного хлопка многоцелевого применения образовались капли воды и эта вода, как показано на Фиг.8, функционализированным хлопком многоцелевого применения не поглощалась вообще.
Функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может быть подходящим для поддержания теплоудерживающих свойств, теплоизолирующих свойств и холодоустойчивости натурального хлопка, так как функциональному химикату, который является безопасным для человеческого организма, обеспечивается возможность проникновения в полую ткань (внутренние каналы волокна) натурального хлопка, а также подходящим для улучшения эластичности, предела прочности и прочности на прорыв, так как образуются более закрытые клетки, чем в натуральном хлопке, не обработанном функциональным химикатом. Кроме того, функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению может быть подходящим для предупреждения окисления хлопка и демонстрирует способность задерживать огонь (пламя), влагостойкость и прядомость. Кроме того, функционализированный хлопок многоцелевого применения настоящего изобретения имеет невысокую стоимость производства и может демонстрировать экологически безвредные характеристики, а использованные отходы могут многократно использоваться повторно в качестве рециклируемых материалов.
Промышленная применимость
Можно предполагать, что функционализированный хлопок многоцелевого применения согласно настоящему изобретению найдет применение в различных индустриальных областях, включая использование в качестве материала в таких волокнистых структурах, как обработанная ткань, нетканый материал, маты, хлопок с искусственным волокном, хлопок, смешанный с волокном из бумажных отходов, смешанный с продуктами рециклирования хлопок, хлопок, смешанный с продуктами переработки соломы, и хлопок, смешанный с карбонизированным (углеродным) волокном.
Специалистам в данной области очевидно, что без отступления от объема изобретения могут быть сделаны различные модификации и изменения вышеописанных примеров осуществления настоящего изобретения. Таким образом, предусматривается, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации и их эквиваленты, которые подпадают под прилагаемую формулу изобретения.
1. Композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, содержащая водный раствор аммония, однозамещенный фосфат аммония в количестве от 20 до 25 массовых долей, бор в количестве от 3 до 7 массовых долей, анионное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,1 до 0,3 массовых долей, водоотталкивающее средство на фторидной основе в количестве от 1,5 до 3,2 массовых долей и акриловое связующее вещество на фосфатной основе в количестве от 0,5 до 2,5 массовых долей, где массовые доли рассчитаны по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония.
2. Композиция по п. 1, в которой композиция для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения проникает в натуральный хлопок и используется для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения.
3. Способ приготовления композиции для получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, содержащий:
(1) приготовление растворяющего состава добавлением к водному раствору аммония однозамещенного фосфата аммония в количестве от 20 до 25 массовых долей по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония;
(2) добавление бора в количестве от 3 до 7 массовых долей по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония к растворяющему составу;
(3) охлаждение растворяющего состава; и
(4) впрыскивание в охлажденный растворяющий состав анионного поверхностно-активного вещества в количестве от 0,1 до 0,3 массовых долей, водоотталкивающего средства на фторидной основе в количестве от 1,5 до 3,2 массовых долей и акрилового связующего вещества на фосфатной основе в количестве от 0,5 до 2,5 массовых долей по отношению к 100 массовым долям водного раствора аммония.
4. Способ по п. 3, в котором операция (1) содержит, кроме того, растворение однозамещенного фосфата аммония в водном растворе аммония при температуре от 50 до 70°C с перемешиванием в течение времени от 2 до 3 минут.
5. Способ по п. 3, в котором операцию (3) выполняют посредством охлаждения растворяющего состава в течение времени от 1 до 2 часов.
6. Функционализированный хлопок многоцелевого применения, содержащий натуральный хлопок и композицию по п. 1.
7. Функционализированный хлопок многоцелевого применения по п. 6, в котором натуральный хлопок и композиция присутствуют в массовом соотношении от 5:1 до 5:3.
8. Функционализированный хлопок многоцелевого применения по п. 6, в котором функционализированный хлопок многоцелевого применения используют для изготовления обработанной ткани, нетканого материала, матов, щитов управления, клапанов, изгибов, теплоудерживающих и теплоизолирующих материалов для труб или фильтрующего материала.
9. Функционализированный хлопок многоцелевого применения по п. 6, в котором функционализированный хлопок многоцелевого применения используют для приготовления огнезадерживающего материала, огнестойкого материала, теплоудерживающего и теплоизолирующего материала, холодостойкого материала, звукопоглощающего материала, исключительно слабо нагревающегося материала для хранения и транспортировки сжиженного природного газа, смешанного с карбонизированным волокном хлопка и хлопка, смешанного с углеродным волокном.
10. Способ получения функционализированного хлопка многоцелевого применения, включающий:
(1) приготовление хлопка погружением натурального хлопка в композицию по п. 1;
(2) дегидратирование и сушку хлопка; и
(3) трепание хлопка.
11. Способ по п. 10, в котором операцию (1) выполняют погружением натурального хлопка в композицию на время от 1 до 2 минут.
12. Способ по п. 10, в котором при операции (1) натуральный хлопок погружают в композицию таким образом, чтобы натуральный хлопок и композиция присутствовали в массовом соотношении от 5:1 до 5:3.
13. Способ по п. 10, в котором операция (2) включает дегидратирование хлопка с помощью отжимных валков.
14. Способ по п. 10, в котором операция (2) включает сушку хлопка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом.
15. Способ по п. 10, в котором операция (2) включает дегидратирование хлопка с помощью отжимных валков до достижения уровня содержания влаги от 70 до 80%; и
сушку подвергнутого дегидратированию хлопка с помощью сушилки с диэлектрическим нагревом до достижения влажности менее 15%.
16. Способ по п. 10, дополнительно включающий смешивание по меньшей мере одного волокна, выбранного из группы, состоящей из карбонизированного волокна, углеродного волокна, хлопчатобумажных угаров, искусственного волокна, волокна, получаемого из бумажных отходов и соломы, с функционализированным хлопком многоцелевого применения в массовом соотношении от 2:8 до 3:7.
