DE60308537T2

DE60308537T2 - Flammschutzbehandlungslösung und flammhemmendes material davon

Info

Publication number: DE60308537T2
Application number: DE2003608537
Authority: DE
Inventors: Nariaki Sakai-gun ASANO; Hiroya Sakai-gun ASANO; Takahito Sakai-gun ASANO
Original assignee: Asano Mokuzai Industry Co Ltd
Current assignee: Asano Mokuzai Industry Co Ltd Fukui Jp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2023-05-31
Also published as: ES2271595T3; KR100568552B1; DE60308537D1; EP1547739B1; JP2004050828A; EP1547739A4; CN100336643C; WO2003101689A1; CA2487763A1; CN1665654A; AU2003241698A1; KR20050019090A; NZ536846A; CA2487763C; US20050155733A1; JP3485914B1; EP1547739A1; US7118617B2; ATE340058T1

Description

Technisches Gebiet
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flammschutzbehandlungslösung, insbesondere eine Flammschutzbehandlungslösung, deren Hauptkomponente eine Borverbindung ist, zu Zwecken der Verwendung hauptsächlich in einem leicht entflammbaren Gegenstand, d.h. einem Gegenstand, dessen Hauptkomponente eine Cellulose ist, wie Holz, Papier, natürliche Faser und dergleichen.
Stand der Technik
(Herkömmliche Technologie)
Es ist herkömmlich angenommen worden, daß Hölzer, Papiere und natürliche Fasern, welches natürlich vorkommende organische Materialien sind, leicht entflammbar sind.
Insbesondere aus dem Standpunkt der Architektur heraus ist eine leicht entflammbare Natur eineR Einschränkung per Gesetz unterzogen worden, welches die Verwendung extrem begrenzt, und somit ist die Verwendung kaum gefördert worden trotz einer einzigartig günstigen Eigenschaft, die mit einem natürlichen organischen Material verbunden ist.
Auf der anderen Seite sind die oben erwähnten Nachteile nützlich aus dem Standpunkt des Recycelns heraus, was der Fähigkeit zuschreibbar ist, durch Verbrennung ohne Verursachung irgendwelcher allgemeiner Verschmutzung entsorgt zu werden.
Demzufolge sind verschiedene Technologien für eine Flammhemmstrategie eines natürlichen organischen Materials, d.h. Flammhemmbehandlungstechnologien, entwickelt worden.
Gegenwärtig kann ein verbrennungsinhibierender Effekt einer Flammhemmbehandlung in zwei Typen klassifiziert werden, nämlich einen physikalischen Effekt und einen chemischen Effekt, wobei für den letzteren erwartet wird, durch eine Flammschutzbehandlungslösung erreicht zu werden.
Eine solche Flammschutzbehandlungslösung ist in verschiedenen Formen vorhanden, wie als eine Phosphorverbindung, Stickstoffverbindung, Borverbindung, Halogenverbindung und dergleichen.
Nichtsdestotrotz erzeugt eine solche Phosphorverbindung, Stickstoffverbindung oder Halogenverbindung eine große Menge an toxisches Gas enthaltendem Rauch bei Verbrennung, während eine Phosphorsäure eine problematische Schädigung oder Entfärbung des Materials bewirkt.
Auf der anderen Seite erzeugt eine Borverbindung kein toxisches Gas, das einem pyrolytischen Produkt bei Verbrennung zurechenbar ist und bewirkt eine verhältnismäßig leichte Schädigung oder Entfärbung des Materials.
Zusätzlich weist sie eine konservierende und ameisenabstoßende Wirkung auf und ermöglicht es ihrem Zielmaterial; ein Material von hohem Mehrwert zu sein.
Ein Agens, dessen Hauptkomponente eine Borverbindung ist, zeigt eine hohe wärmebildungsunterdrückende Leistung aufgrund ihrer dehydratisierenden Kalzinierungswirkung.
Der Begriff dehydratisierende Kalzinierungswirkung bedeutet eine Fähigkeit des Agens, eine Säure oder Base beim Erwärmen zu bilden, wodurch Cellulose bei einer niedrigen Temperatur innerhalb einer kurzen Dauer dehydratisiert wird, um Wasser und Kohle zu ergeben.
Somit besteht dieser verbrennungsinhibierende Effekt aus zwei Effekten, nämlich einem wasserverdampfungsinduzierten thermischen Effekt und einer Reduktion der exothermischen Geschwindigkeit aufgrund der Bildung eines Kohlerückstands, dessen Verbrennungsgeschwindigkeit gering ist.
EP-A-0953634 offenbart eine Flammschutzbehandlungslösung, die erhalten wird durch Mischen einer schwachsauren oder schwachalkalischen, wäßrigen Metallsalzlösung enthaltend eine Borverbindung mit einem Pflanzenextrakt, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist.
(Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe)
Jedoch besitzt die Verwendung einer Borverbindung als eine Flammschutzbehandlungslösung die folgenden zwei Probleme, die zu lösen sind:

1) Die Löslichkeit ist gering; und der verbrennungsinhibierende Effekt wird bei einer geringen Konzentration reduziert; und
2) eine Auswaschung findet aufgrund der Löslichkeit in Wasser statt.

Die vorliegende Erfindung ist beabsichtigt, um diese Probleme zu lösen, durch Bereitstellung einer Flammschutzbehandlungslösung mit einer hohen verbrennungsinhibierenden Wirkung, während die Auswaschung soweit wie möglich vermieden wird.
Offenbarung der Erfindung
(Mittel zum Lösen der Aufgabe)
Die Erfinder haben Anstrengungen unter dem oben beschriebenen Stand der Technik unternommen und schließlich gefunden, daß die Löslichkeit in der Gegenwart eines Metallsalzes verbessert wird, das einem Silankopplungsagens ein Filmbildungsverhalten ermöglicht, und daß die Auswaschung durch eine polyphenolische Substanz unterdrückt werden kann, wodurch die Erfindung bewerkstelligt wird.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung eine Flammschutzbehandlungslösung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Eine bevorzugte Ausführungsform kann in Anspruch 2 erkannt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein flammhemmendes Material gemäß den Ansprüchen 3 bis 6.
(Vorteilhafte Effekte der Erfindung)
Gemäß einer Flammschutzbehandlungslösung der vorliegenden Erfindung wird die Bindung eines Agens verbessert, um den verbrennungsinhibierenden Effekt zu erhöhen, während die Auswaschung soweit wie möglich unterdrückt wird.
Als ein Ergebnis kann ein Flammschutzholz bereitgestellt werden.
Ferner kann eine solche Flammschutzbehandlungslösung weitläufig auf einen Gegenstand aufgetragen werden, dessen Hauptkomponente Cellulose ist, wie Holz, Papier, natürliche Faser und dergleichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines Verbrennungstests eines Testgegenstands (K) zeigt.
2 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines Verbrennungstests eines Testgegenstands (L) zeigt.
3 zeigt die Ergebnisse einer ¹³C-NMR-Spektroskopie.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Eine Flammschutzbehandlungslösung der vorliegenden Erfindung wird erhalten durch Zufügen einer Phosphorsäure und eines Silankopplungsagens zu einer schwach sauren oder schwach alkalischen, wäßrigen Metallsalzlösung enthalten eine Borverbindung, um eine gemischte wäßrige Lösung zu bilden, und Zufügen zu der gemischten wäßrigen Lösung eines Pflanzenextrakts, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist.
Als ein Ergebnis führt eine Imprägnierung eines Materials zu einer extremen Verbesserung bezüglich des verbrennungsinhibierenden Effekts und eines auswaschungsinhibierenden Effekts.
Ein zu imprägnierendes oder anzuwendendes Material ist hauptsächlich ein Gegenstand, dessen Hauptkomponente Cellulose ist, wie Holz, Papier, natürliche Faser und dergleichen.
(Verbrennungsinhibierender Effekt)
Da eine Borverbindung selbst eine geringe Löslichkeit zeigt, wie es gut bekannt ist, wird eine Lösung der Borverbindung in einer hohen Konzentration für eine effiziente Eindringung in ein Material benötigt.
Demzufolge wird in der vorliegenden Erfindung die Löslichkeit durch einen katalytischen Effekt eines schwach sauren oder schwach alkalischen Metallsalzes verbessert.
Ein solch schwach saures oder schwach alkalisches Metallsalz, das hier verwendet wird, ist Natriumfluorid, Natriumphosphit, Natriumsulfit, Natriumborfluorid und dergleichen.
Der Gehalt des schwach sauren oder schwach alkalischen Metallsalzes ist 1 bis 10 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten.
Ein Gehalt von weniger als 1 % führt zu einer Schwierigkeit bei der Auflösung der Borverbindung, während derjenige, der 10 % übersteigt, bezüglich der Herstellbarkeit nicht effizient ist.
Das Gesamtgewicht aller Komponenten, wie es hierin verwendet wird, bedeutet das Gesamtgewicht jeder Komponente, die eine Flammschutzbehandlungslösung ist, außer Wasser.
Da die Borverbindung, wenn sie alleine verwendet wird, einer Umwandlung in ein Pulver nach dem Trocknen unterliegt, sollte ihre Kristallinität durch Verwendung einer Phosphorsäure und eines Silankopplungsagens geändert werden, was dazu dient, dem getrockneten Material eine filmbildende Fähigkeit zu vermitteln.
Als ein Ergebnis wird die Menge des in dem Material fixierten Agens erhöht, und eine verbesserte Bindung wird erreicht, wodurch ein verbesserter verbrennungsinhibierender Effekt erhalten wird.
Als ein Silankopplungsagens schließt ein Beispiel Ethoxysilan, Methoxysilan und dergleichen ein, und das Experimentieren setzt solche ein, die von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. geliefert werden, wie die beispielhaften Produktnamen KBM-602, KBM-603, KBE-603, KBM-903, KBE-903, KBE-04, KBM-13, KBM-22, KBE-22, LBE-103, KPN-3504, KBM-3063, KBM-3103C und dergleichen.
Der Gehalt des Silankopplungsagens ist 0,1 bis 5 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten.
Ein Gehalt von kleiner als 0,1 % führt zu einer Schwierigkeit beim Vermitteln einer filmbildenden Fähigkeit, während derjenige, der 5 % übersteigt, zu einer erhöhten Viskosität der Lösung führt, was in einer Schwierigkeit beim Behandeln eines Materials resultiert.
(Auswaschungsinhibierungseffekt)
Es ist ebenfalls erforderlich, die Auswaschung eines Agens (Flammschutzbehandlungslösung) in einem feuchten Zustand zu inhibieren.
In der vorliegenden Erfindung wird das Auswaschungsniveau eines Agens durch Verwendung einer polyphenolischen Substanz reduziert, welches eine Komponente eines Baumrindenextrakts ist.
Die Gründe, warum eine polyphenolische Verbindung verwendet wird, sind die Absicht, eine chemische Reaktion zu erreichen, die eine Borverbindung kaum wasserlöslich nach dem Trocknen des Materials als ein Ergebnis der Adsorption der Borverbindung durch die polyphenolische Verbindung macht.
Eine solche chemische Reaktion wird durch das unten beschriebene Beispiel 3 gestützt.
Eine verwendete polyphenolische Verbindung kann gereinigtes Tannin oder Tannin sein, welches eine Komponente eines Baumrindenextrakts ist, erhältlich beispielsweise durch Extraktion einer Zedernbaumrinde mit Wasser für 24 Stunden.
Der Gehalt der polyphenolischen Verbindung ist 0,5 bis 40 %, basierend auf dem Gesamtgewicht aller Komponenten.
Ein Gehalt von weniger als 0,5 % führt zu einem schlechten Effekt, während derjenige, der 40 % übersteigt, vielmehr zu einer Möglichkeit einer Reduktion in der Menge einer fixierten Borverbindung führt.
Die Integration einer polyphenolischen Verbindung tendiert dazu, die Temperatur anzuheben, bei der die Feststoffkomponenten im Agens ausgefällt werden.
Wenn ein solches Agens auf ein Material aufgetragen wird, können zwei Verfahren eingesetzt werden.
Im ersten Verfahren wird nach dem Imprägnieren mit einer polyphenolischen Verbindung gefolgt vom Trocknen das Material mit einer Borverbindung imprägniert.
Im zweiten Verfahren werden eine Borverbindung und eine polyphenolische Verbindung in einer Lösung gemischt, deren Temperatur angehoben und innerhalb eines Bereichs gehalten wird, der keine Ausfällung bewirkt, wodurch eine Bindung innerhalb des Materials bewirkt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird die letztere angesichts der Bindungseffizienz eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung wird weiter in den folgenden Beispielen beschrieben, welche nicht beabsichtigt sind, um die Erfindung einzuschränken, und verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden.
<Beispiel 1>
(I) Validierung der Arzneimittelbindungsgeschwindigkeit am trockenen Gegenstand
Zunächst wurde eine wäßrige Metallsalzlösung enthaltend eine Borverbindung mit einer Phosphorsäure und einem Silankopplungsagens [Methoxysilan (KBM-22)] kombiniert, um eine wäßrige Lösungsmischung zu bilden.
In dieser wäßrigen Lösungsmischung wurde ein Tannin, als ein Pflanzenextrakt, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist, integriert, um eine Behandlungslösung 1 (entsprechend einer Flammschutzbehandlungslösung) zu ergeben.
Auf der anderen Seite wurde eine Behandlungslösung 2 in ähnlicher Weise zur Behandlungslösung 1 hergestellt, außer daß kein Tannin zugegeben wurde.
Die Menge (Gewichtsprozent) jeder Komponente in der Behandlungslösung 1 und der Behandlungslösung 2 ist in Tabelle 1 angegeben, die unten gezeigt ist.
In der Behandlungslösung 1, die in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde ein Testgegenstand, hergestellt aus einem Holz (A, B, C, D, E) für drei Stunden eingetaucht, während erwärmt und bei einer erhöhten Temperatur gehalten wurde, wodurch eine Imprägnierung bewirkt wurde.
Nach der Imprägnierung gefolgt vom Trocknen wurde das Gewicht (Gewicht vor der Auswaschung) und der Wassergehalt gemessen.
Der Testgegenstand, der hier verwendet wird, war ein Holzstück mit der Größe von 20 cm × 12cm × 5cm.
Anschließend konnte jeder Testgegenstand (A, B, C, D, E) für drei Tage unter einer Bedingung mit hoher Feuchtigkeit stehen, deren Trockentemperatur 65°C und deren relative Feuchtigkeit 90 % war.
Diese Bedingung verwendete die Einstellungen, welche ermöglichen, daß die Auswaschung leicht auftritt.
Eine vollständige Trocknung wurde bei einer konstanten Temperatur von 105°C erreicht, und das Gewicht (Gewicht nach Auswaschung und nach Trocknung) wurde gemessen.
Die Auswaschungsgehalte von fünf Testgegenständen (A, B, C, D, E) sind in Tabelle 2 gezeigt, die unten angegeben ist.
Dann wurde ein Testgegenstand eines Holzstücks von 20 cm × 12cm × 5 cm (F, G, H, I, J) bereitgestellt und mit der Behandlungslösung 2 ähnlich zu den oben beschriebenen Testgegenständen (A, B, C, D, E) behandelt, gewogen und bezüglich des Wassergehalts untersucht.
Die Auswaschungsgehalte von fünf Testgegenständen (F, G, H, I, J) sind in Tabelle 3 gezeigt, die unten angegeben ist.
Wie aus Tabellen 2 und 3 ersichtlich ist, wurde der Auswaschungsgehalt beträchtlich reduziert, wenn die Behandlungslösung 1 verglichen mit der Behandlungslösung 2 verwendet wurde.
Demzufolge ermöglicht die Verwendung einer polyphenolischen Verbindung, daß ein ausreichender Inhibierungseffekt zur Auswaschung des Agens ausgeübt wird.
Während die Menge der polyphenolischen Verbindung in der Behandlungslösung 1 etwa 1 % auf der Basis der gesamten Behandlungslösung war, kann sie für die Zwecke einer weiteren Verbesserung des auswaschungsinhibierenden Effekts für das Agens erhöht werden.
<Beispiel 2>
(II) Validierung des verbrennungsinhibierenden Effekts
Zunächst wurde eine wäßrige Metallsalzlösung enthaltend eine Borverbindung mit einer Phosphorsäure und einem Silankopplungsagens [Methoxysilan (KBM-22)] kombiniert, um eine wäßrige Lösungsmischung zu bilden.
In dieser wäßrigen Lösungsmischung wurde Tannin als ein Pflanzenextrakt, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist, integriert, um eine Behandlungslösung 3 zu ergeben.
Auf der anderen Seite wurde eine Behandlungslösung 4 in ähnlicher Weise wie die Behandlungslösung 3 hergestellt, außer daß kein Silankopplungsagens (KBM-22) zugegeben wurde.
Das Mischungsverhältnis (Gew.-%) jeder Komponente in der Behandlungslösung 3 und der Behandlungslösung 4 ist in Tabelle 4 angegeben, die unten gezeigt ist.
In diesem Beispiel wurde ein Testgegenstand, hergestellt aus einem Holz, mit der Behandlungslösung 3, die in Tabelle 4 gezeigt ist, imprägniert, und der Testgegenstand (K) wurde unter Verwendung eines ISO Innenkegelkaloriemeters untersucht.
Nach einer ähnlichen Imprägnierung mit der Behandlungslösung 4 wurde der Testgegenstand (L) in ähnlicher Weise untersucht.
1 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines Verbrennungstests des Testgegenstands (K) zeigt.
Diese Ergebnisse zeigen eine Überlegenheit gegenüber der Standardleistung eines feuerhemmenden Materials an, das in dem Baugewerbe-Standardgesetz vorgeschrieben wird.
2 ist ein Graph, der die Ergebnisse eines Verbrennungstests des Testgegenstands (L) zeigt.
Diese Ergebnisse zeigen die Einhaltung der Standardleistung eines praktisch feuerhemmenden Materials, wie es im Baugewerbe-Standardgesetz vorgeschrieben wird, an, jedoch nicht eine Einhaltung der Standardleistung eines feuerhemmenden Materials.
Durch Integration eines Silankopplungsagens in einer bestimmten Menge kann somit ein feuerhemmendes Material unter dem Baugewerbe-Standardgesetz verwirklicht werden.
<Beispiel 3>
Eine Behandlungslösung ähnlich zu der Behandlungslösung 1, die in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde bereitgestellt, außer daß Catechin anstelle des Tannins verwendet wurde.
Diese Behandlungslösung wurde einer ¹³C-NMR-Spektroskopie unterzogen.
In diesem Falle wurde das Catechin (polyphenolische Verbindung), welches eine Vorstufe von Tannin ist, anstelle des Tannins verwendet, da es leicht in einem ¹³C-NMR-Spektrum analysiert werden kann.
3 zeigt die Ergebnisse einer ¹³C-NMR-Spektroskopie.
Da der Peak, der dem Catechin zuschreibbar ist, in dieser Figur reduziert war, wurde für das Catechin überlegt, mit anderen Komponenten in der Behandlungslösung wechselzuwirken, wodurch eine chemische Änderung im Catechin bewirkt wird.
Industrielle Anwendbarkeit, Gebrauchsfähigkeit
Während die vorliegende Erfindung eine Flammschutzbehandlungslösung betrifft und sie insbesondere hauptsächlich in einem leicht entflammbaren Gegenstand eingesetzt wird, d.h. einem Gegenstand, dessen Hauptkomponente eine Cellulose ist, wie Holz, Papier, natürliche Faser und dergleichen, kann sie ebenfalls auf Innentapete, Möbel, Bekleidungsmaterialien und dergleichen angewendet werden, wobei ein ähnlicher Effekt erwartet wird, solange vom Prinzip nicht abgewichen wird.
Tabelle 1
[Auswaschungsgehalt (mit Tannin)] Tabelle 2
[Auswaschungsgehalt (ohne Tannin)] Tabelle 3
Tabelle 4

Claims

Flammschutzbehandlungslösung, die erhalten wird durch Zugabe einer Phosphorsäure und eines Silankopplungsagens zu einer schwach sauren oder schwach alkalischen, wäßrigen Metallsalzlösung enthaltend eine Borverbindung, um eine gemischte wäßrige Lösung zu bilden, und Zugabe zu der gemischten wäßrigen Lösung eines Pflanzenextraktes, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist; wobei die Borverbindung in einer Menge von 50 bis 95 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten enthalten ist; das schwach saure oder schwach alkalische Metallsalz in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten enthalten ist; das Silankopplungsagens in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten enthalten ist; und der Pflanzenextrakt, dessen Hauptkomponente eine polyphenolische Verbindung ist, in einer Menge von 0,5 bis 40 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten enthalten ist.
Flammschutzbehandlungslösung nach Anspruch 1, wobei die Phosphorsäure in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts aller Komponenten enthalten ist.
Flammhemmendes Material, das erhalten wird durch Zufügen einer Flammschutzbehandlungslösung nach Anspruch 1 zu einem Gegenstand, dessen Hauptkomponente eine Cellulose ist.
Flammhemmendes Material, das erhalten wird durch Imprägnieren eines Holzes mit einer Flammschutzbehandlungslösung nach Anspruch 1.
Flammhemmendes Material, das erhalten wird durch Imprägnieren eines Papieres mit einer Flammschutzbehandlungslösung nach Anspruch 1.
Flammhemmendes Material, das erhalten wird durch Imprägnieren einer Faser mit einer Flammschutzbehandlungslösung nach Anspruch 1.