Novel method of preparing flame retardant cellulose-silicate fibres

• Autorzy: Stęplewski W. , Kazimierczak J. , Wawro D.

Warianty tytułu

PL

Nowa metoda formowania trudnopalnych włókien celulozowokrzemianowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Presented herein are the results of research on the preparation of a novel environmentfriendly method of spinning cellulose-silicate (Cel/Si) fibres obtained from enzymatically modified a pulp which could be directly dissolved in aqueous sodium hydroxide. Fibres were formed from spinning solutions in a coagulation bath containing sodium silicate and sodium sulphate. For selected spinning conditions, test results are shown for the physical-mechanical properties of the Cel/Si fibres obtained and their relative flammability represented by the limiting oxygen index (LOI). Cel/Si fibres are characterised by a favourable LOI value reaching as high as 46.5%. The impact of zinc concentration in the spinning solution is shown, which largely contributes to the stability of the spinning process as well as to the mechanical properties of the fibre and the LOI value. The surface and cross-section of the Cel/Si fibres were inspected by scanning electron microscopy (SEM), including those subjected to high temperatures and a naked flame. It was found that the fibres reveal a skin/core structure in which zinc silicates are the main constituent of the skin, while cellulose forms the core. Also presented are test results of Cel/Si fibre washing durability. Proof is also given of the excellent antibacterial properties of the fibre against the Staphylococus aureus strain.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące opracowania nowej ekologicznej metody formowania włókien celulozowo-krzemianowych (Cel/Si) w oparciu o modyfikowaną enzymatycznie celulozę bezpośrednio rozpuszczalną w wodnym roztworze wodorotlenku sodowego. Włókna formowano z celulozowych roztworów przędzalniczych do kąpieli koagulacyjnej zawierającej krzemian sodu i siarczan sodu. Dla wybranych warunków formowania przedstawiono wyniki badań właściwości fizyko-mechanicznych włókien Cel/ Si oraz zapalności metodą wskaźnika tlenowego (OI). Otrzymane włókna Cel/Si charakteryzuje stosunkowo wysoka wartość wskaźnika tlenowego (do 46.5%). Wykazano istotny wpływ stężenia cynku w roztworze przędzalniczym na stabilność formowania i właściwości mechaniczne oraz zapalność (OI) włókien Cel/Si. Badano powierzchnię oraz przekrój poprzeczny włókien Cel/Si metodą mikroskopii skaningowej SEM, w tym ogrzewanych w temperaturze 450°C i 800°C. Stwierdzono, iż włókna Cel/Si posiadają budowę typu skórkardzeń, gdzie skórkę stanowią głównie cynko-krzemiany, zaś rdzeń celuloza. Przedstawiono także wyniki badań odporności włókien Cel/Si na pranie w wodnym roztworze proszku piorącego oraz pH środowiska. Wykazano także, iż otrzymane włókna wykazują doskonałe właściwości antybakteryjne w stosunku do bakterii Staphylococcus aureus.

Słowa kluczowe

EN

silicate; wet spinning; fire retardant; cellulose fibres

PL

krzemian; przędzenie na mokro; ognioodporność; włókna celulozowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 18, no. 3 (80)
• Strony: 24--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Stęplewski W.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Kazimierczak J.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Wawro D.

• Institute of Biopolymers and Chemical Fibres, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. US Pat. 2983623, (1961).
• 2. US Pat. 4494951, (1985).
• 3. „Technical-economic information bulletin on light industry”, nr 9, str. 75-76, (1975).
• 4. Sanuki H., Yamaishi K., Inokosh N., “Flame Retardancy and Free Formaldehyde Content of Fabrics Finished with Pyrovatex CP”, Journal of The Textile Machinery Society of Japan, Japan, Transactions, Vol. 30, No. 5, T98-103 (1977).
• 5. US Pat. 6365070, (2002).
• 6. Godfey L.E.A., Schappel J.W., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Develop., 9 (4), 426 (1970).
• 7. Łaszkiewicz B., „Termoodporne i trudnopalne włókna organiczne”, (Organic fibres with thermal and fire resistance),WNT, Warszawa, (1976).
• 8. Wolf R., “Flame retardant viscose rayon containing a pyrophosphate”, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 20 (3), pp. 413–420, (1981).
• 9. EP Pat. 1882760 (2008).
• 10. US Pat. 5417752, (1995).
• 11. Garvey S.J., Anand S.C., Rowe T., Horrocks A.R., Walker D.G., “The flammability of hybrid viscose blends”, Polymer Degradation and Stability, 54, 413-416, (1996).
• 12. US 2007205402 (A1), (2007).
• 13. EP Pat. 1918431 (2008).
• 14. Heidari S., Kallonen R., „Hybrid Fibres in Fire Protection”, Fire and Materials, Vol. 17, (1993).
• 15. EP Pat. 1317573 (2003).
• 16. EP Pat. 1228098 (2002).
• 17. Ciechańska D., Wawro D., Stęplewski W., Kazimierczak J., Struszczyk H., “Formation of Fibre from Bio-modified Cellulose Pulp”, Fibres & Textiles in Eastern Europe, 13, 6 (54), 19-23, 2005.
• 18. Wawro D., Stęplewski W., Bodek A., “Manufacture of Cellulose Fibres from Alkaline Solutions of Hydrothermally Treated Cellulose Pulp”, Fibres & Textiles in Eastern Europe, Vol. 17, No. 3 (74) pp. 18-22, 2009.
• 19. Ciechańska D., Wesołowska E. and Wawro D., “An introduction to cellulosic fibres, Part 2 Natural Fibres in Handbook of textile fibre structure”, Edited by S. Eichhorn, J.W.S. Hearle, M. Jaffe and T. Kikutani, Woodhead Textiles Series No. 88, Woodhead Publishing Ltd, (2009).
• 20. Pat. appl. PL388030, (2009).
• 21. Struszczyk H., Wawro D., Stęplewski W., Ciechańska D., Kazimierczak J., ”An environment-friendly method to process cellulose pulp and its application in the manufacture of CELSOL fibres”, „Modyfikacja polimerów” ( Modification of polymers) edited by. D. Żuchowska and R. Steller,, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 438-439, 2005.
• 22. Ekmanis J.L., GPC analysis of cellulose. Am. Lab. News Jan/Feb (1987), 10.
• 23. Timpa J.D., J. Agric. Food Chem., 1991, 39, pp. 270–275.
• 24. Dawsey T.R., McCormick C.L., J. Macromol. Sci. – Rev. Macromol. Chem. Phys. C30 (364): 405–440, (1990).
• 25. Wawro D., Struszczyk H., Ciechańska D., Bodek A., “Investigation of the process for obtaining microfibrids from natural polymers”, Fibres & Textiles in Eastern Europe, Vol. 10, No. 3 (38), 2002, 24.
• 26. Anseau M.R., Leung J.P., Sahai N., Swaddle T.W., “Interactions of Silicate Ions with Zinc(II) and Aluminum(III) in Alkaline Aqueous Solution”, Inorg. Chem., 2005, 44 (22), pp. 8023–8032.
• 27. Kongliang Xie, Yanhong Yu, Yaqi Shi, „Synthesis and characterization of cellulose/silica hybrid materials with chemical crosslinking”, Carbohydrate Polymers, 78, (2009), 799–805.
• 28. Jastrzębski W., “Spektroskopia oscylacyjna pierścieni krzemotlenowych w strukturach krzemianów i siloksanów” (Oscilating spectroscopy of the siliconoxygen cycles in the structures of silicates and siloxanes), Doctorial thesis at Academy of Mining and Metalurgy, Faculty of Material Engineering, Kraków, 2006.