CN101374898B - 阻燃性化学组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学组合物，其可以被施加到材料上以赋予阻燃性。所述组合物包含对人体或环境无害的成分的混合物。所述组合物的成分可包括含磷材料、酸性材料、起到防腐剂作用的材料和水性溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及具有阻燃性的化学组合物，更特别地，本发明涉及可应用于织物或其它材料的组合物。
背景技术
针对消费品和其它类型的货物的防火安全条例已经促成许多制造商将他们的货物制成具有阻燃性能的。在满足这些条例所作出的努力中，许多制造商将阻燃性化学组合物应用于他们的货物。不幸的是，已知许多阻燃性化学组合物含有会对人体和环境有毒的成分。
有害的阻燃性组合物包括卤化的那些，特别是含有卤素氯和溴的那些。溴系阻燃剂(BFR)和氯化阻燃剂(CFR)已经使用了30多年，并且近年来的研究表明，这些物质的含量快速地在人体内累积。由于对于BFR进行了更多的试验，因此更加了解BFR的有害效果。研究表明BFR可与免疫抑制、癌症、内分泌干扰以及神经行为和发育的效果有关。BFR广泛应用于消费品、特别是电子设备用塑料、泡沫和纺织品中。此外怀疑用于纺织品、颜料和涂料、塑料以及绝缘泡沫中的CFR也对人体和环境造成伤害。
人们需要有效的非卤化阻燃剂来减少和/或消除BFR和CFR的使用。特别是，需要对人体或环境不造成伤害的阻燃剂。
发明内容
在一些实施方案中，提供一种用于赋予阻燃性的组合物，其包含磷酸铵、柠檬酸根离子源和苯甲酸根离子源。在一些实施方案中，所述组合物还包含水性溶剂。优选的是，柠檬酸根离子源是柠檬酸和/或苯甲酸根离子源是苯甲酸钠。
在一些实施方案中，所述组合物由下列比例的成分组成：1份的柠檬酸根离子源：12.7至20份的磷酸铵：0.8至2.2份的苯甲酸根离子源。在一些实施方案中，所述组合物是液体，但预计本发明可以采用颗粒或固体的形式。
在一些实施方案中，所述组合物的pH值为约4至约6。优选的是，向所述组合物中添加的柠檬酸根离子源的量使得pH值在该pH范围内。在一些实施方案中，向所述组合物中添加的碱性材料的量使得获得在该pH范围内的pH值。
在一些实施方案中，提供一种赋予材料阻燃性的方法，该方法包括将组合物施加到材料中，所述组合物包含磷酸铵、柠檬酸根离子源和苯甲酸根离子源。优选的是，使用该方法施加的组合物包含下列比例的成分：1份的柠檬酸根离子源：12.7至20份的磷酸铵：0.8至2.2份的苯甲酸根离子源。在一些实施方案中，所述组合物被喷涂到材料上。在其他的实施方案中，材料被置于所述组合物中。
在一些实施方案中，提供一种制备阻燃性组合物的方法，其中将包含磷酸铵、柠檬酸根离子源和苯甲酸根离子源的组合物溶解于水性溶剂中。优选的是，将磷酸铵溶解于水性溶剂中以形成溶液，然后将柠檬酸和苯甲酸钠搅拌加入该溶液中。
在一些实施方案中，提供一种组合物，其基本上由磷酸铵、柠檬酸和苯甲酸钠组成。在一些实施方案中，所述组合物还包含水性溶剂。
具体实施方式
在下面的说明中，出于解释的目的，阐述了大量的具体细节以提供对本发明的全面理解。然而，如对本领域普通技术人员将是显而易见的，示例性实施方案可以在没有这些具体细节的条件下实施。虽然参照具体实施例对下面的实施方案进行了说明，但本领域技术人员将意识到，所述实施方案中没有哪一种要素对于成功实施本发明来说是必需的，本发明可以以所述方式之外的各种其它组合方式来实施。
本发明的一些实施方案提供一种可用作阻燃剂的化学组合物。在优选的实施方案中，所述化学组合物被施加到材料的表面上以赋予目标物阻燃性。对于施加组合物的材料没有限制。在一些实施方案中，所述组合物可被施加到皮革、家具、塑料、绝缘材料、羊毛、衣物(特别是儿童的睡衣)或任何其它的材料中。织物的可燃性使得它们成为特别适用的材料。此外预计所述组合物也可用于其它应用中以预防和/或抑制燃烧。例如，据信所述组合物也可以用于抑制燃烧，如汽车燃烧、房屋燃烧和森林燃烧。
本发明的一些实施方案提供一种组合物，该组合物包含对人体不造成伤害并且优选不含卤素的成分的混合物。优选的是，本发明是由在食物或人体内天然存在的组分组成的。在一些实施方案中，发现每种成分对健康仅有的影响为：如果产品偶然与眼睛接触，则对眼睛产生刺激作用。优选的是，这种对眼睛的刺激作用小于盐(氯化钠)、天然柠檬和/或果汁对眼睛的刺激作用。在一些实施方案中，本发明提供一种组合物，该组合物包含对环境不造成伤害的成分的混合物。优选的是，本发明提供一种组合物，该组合物不含油脂，并且在施加于材料时不发出令人不悦的气味。
在一些实施方案中，所述组合物的成分包括含磷材料、酸性材料和起到防腐剂作用的材料。在一些实施方案中，所述组合物还包含水性溶剂，并且其它组合物成分溶解于所述水性溶剂中。所述水性溶剂可以是任何类型的含水的溶剂。例如，所述水性溶液可以是自来水和蒸馏水。对于那些包括水性溶剂的实施方案来说，优选的是该溶剂构成所述组合物的约55％至约95％。更优选的是所述水性溶剂构成约72％至88％的水，最优选的是其构成所述组合物的约78％至约82％。
在本发明的一些实施方案中，所述含磷材料为磷酸盐化合物，如磷酸铵(CAS no.10124-31-9)，尽管也可以使用其它类型的磷酸盐，如磷酸钾或磷酸钠。因此，预计任何类型的磷酸盐化合物都是可以使用的。本发明的优选实施方案包括磷酸氢二铵(CAS no.7783-28-0)。然而，预期也可以使用其它形式的磷酸铵，如磷酸二氢铵(CAS no.7722-76-1)、聚磷酸铵或一些其它类型的磷酸铵化合物。磷酸氢二铵的化学结构使得其成为本发明的一些实施方案的特别合适的成分。在组合物中也存在水性溶剂时，尽管可以包含宽的浓度范围的磷酸铵，但优选的是磷酸氢二铵构成组合物的约2％至约30％。更优选的是，磷酸氢二铵构成组合物的约9％至约23％，最优选的是，磷酸氢二铵构成组合物的约14％至18％。预计这些范围可随着所使用的含磷材料类型的变化而变化。
在本发明的一些实施方案中，本发明的一种成分是酸性材料。优选包含酸性材料以调控本发明的pH水平，使得磷酸铵的阻燃性能被增强。尽管pH可在宽的范围内变化，但组合物的pH优选保持在约5至9、更优选保持在约6.5至7.5的pH范围内。在一些实施方案中，pH为约7。所述酸性材料可以是任何合适的类型的酸性材料。例如乙酸(CAS.no.64-19-7)可用于调控pH水平，或者少量的强酸(即盐酸(CAS no.7647-01-0))也可以是有效的。在一些实施方案中，酸性材料是羧酸盐。优选的是，使用羧酸盐来提供柠檬酸根离子源。也可以通过使用合适的磷酸盐，或通过添加少量的强酸(如HCL)或强碱(如NaOH)来调节pH。
由于柠檬酸是相对温和的酸(可对购买人群、政府管理者或任何有原因来考虑本发明的成分的其他人来说具有吸引力)，因此其可以是特别合适的材料。酸性材料的量将取决于使用的酸性材料的类型，且其可以在宽的范围内变化。优选的是，在组合物中还存在水性溶剂时，柠檬酸构成组合物的约0.25％至约4％。更优选的是，柠檬酸构成组合物的约0.75％至约2％，最优选的是，柠檬酸构成组合物的约0.9％至1.1％。预计这些范围可随着所使用的酸性材料类型的变化而变化。
在本发明的一些实施方案中，添加防腐性材料以在组合物的运输和/或储存过程中抑制细菌或霉菌的生长。可以使用任何合适的防腐剂来达到该目的。优选的是，防腐性材料提供苯甲酸根离子源。在一些实施方案中，苯甲酸根离子源是苯甲酸，并且苯甲酸钠是优选的选择。由于苯甲酸钠是天然存在的防腐剂(可对购买人群、政府管理者或任何有原因来考虑本发明的成分的其他人来说具有吸引力)，因此其可以是特别合适的。在可选择的实施方案中，溴硝醇(CAS no.52-51-7)可用作防腐性材料。
优选的是，添加足够量的防腐性材料以在所需的时间期间内抑制组合物中的细菌和霉菌生长。在使用苯甲酸钠的实施方案中，其含量可以在宽的范围内变化，但优选的是，在组合物中还存在水性溶剂时，苯甲酸钠构成组合物的约0.25％至约7％。更优选的是，苯甲酸钠构成组合物的约0.75％至约4％，最优选的是，苯甲酸钠构成组合物的约0.9％至2％。预计这些范围可随着所使用的防腐性材料类型的变化而变化。有利的是，对于保存在室温和密闭容器中的组合物，约0.9％至2％的苯甲酸钠在至少一年的时间内消除了所有的细菌和霉菌。
在一些实施方案中，所述组合物采用液体或固体的形式。在优选实施方案中，液体形式的组合物包含水性溶剂。组合物也可具有固体或颗粒的形式。优选的是，组合物在使用时是液体形式。然而，水性溶剂可在任何阶段(包括组合物被消费者购买后)添加到组合物中。在一些实施方案中，磷酸氢二铵、柠檬酸和苯甲酸钠彼此之间的比例不受组合物形式的影响。优选的是，这些成分之间的比例为：约1份的柠檬酸：约12.7至20份的磷酸氢二铵：约0.8至2.2份的苯甲酸钠。试验表明，在组合使用这些比例范围内的成分时，组合物是特别有效的。然而，在使用其它比例的这些成分时，组合物也可以有效地阻燃。
可以采用任何合适的方式组合所述成分以制备组合物。现在将讨论一种方式(通过该方式可组合各成分以制备包含水性溶剂的组合物)的例子。可将约50％的水性溶剂倒入盘子或其它具有合适尺寸的容器中。在快速搅拌的同时可加入磷酸氢二铵，可持续搅拌约10-15分钟，直至磷酸氢二铵完全溶解为止。然后可加入柠檬酸，同时继续快速搅拌约5分钟。然后可加入苯甲酸钠，同时继续快速搅拌另外约5分钟，直至液体透明为止。然后可加入剩余50％的水性溶剂，同时继续搅拌溶液另外约5分钟。理想的是，组合物将是透明的，成分都将完全溶解，没有任何肉眼可见的固体材料的痕迹。这仅是可如何组合成分的一个例子，对本领域技术人员来说显而易见的是，存在多种其它的可使用的混合方法。
现在将讨论一种这样的方式的例子，通过该方式可组合各成分以制备至少初始不包含水性溶剂的组合物。可将磷酸氢二铵倒入任何类型的常规粉末混合器中进行混合，直至所有的块状物都溶解为止。然后可加入柠檬酸，并在粉末混合器中进行混合，直至所有的块状物都溶解为止，上述成分完全混合在一起。然后可加入苯甲酸钠(sodiumbenzoate dibasic)，并在粉末混合器中进行混合，直至所有的块状物都溶解为止，所有的成分完全混合在一起。目前组合物可以以该颗粒或粉末的形式出售或储存。颗粒或粉末混合物可在任何所需的时刻溶解于水性溶剂中。可混合该溶液直至所述颗粒粉末混合物溶解，并且不含块状物或肉眼可见的固体材料的痕迹为止，且该溶液是透明的。
组合物可在各种类型的条件下使用，但一些条件可使组合物特别有效。例如，在10摄氏度或更高的温度下将组合物施加到干燥材料上被证明是有效的。然而，在可选择的条件下施加时，组合物也是有效的。在一个实施方案中，组合物可通过将其喷涂到干燥材料上或将干燥材料浸入组合物中来进行施加。优选的是，在材料被组合物浸透后，允许对其进行干燥。这里仅提供了可如何使用组合物的一个例子，并且并不应当理解为对本发明的限制。
虽然已经在某些优选的实施方案和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解的是，在具体公开的实施方案之外的本发明延伸到其它可选择的实施方案和/或本发明及其明显的改进方式和等同方式的使用。因此，意图是本文中所公开的本发明的范围不应该局限于上述公开的具体实施方案。
Claims (15)
1.一种用于赋予阻燃性成分的组合物，其包含下列成分的混合物：
磷酸铵；
柠檬酸根离子源；以及
苯甲酸根离子源，
其中存在下列比例的成分：1份的柠檬酸根离子源∶12.7至20份的磷酸铵∶0.8至2.2份的苯甲酸根离子源。
2.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物还包含水性溶剂。
3.权利要求1所述的组合物，其中所述柠檬酸根离子源是柠檬酸。
4.权利要求1所述的组合物，其中所述苯甲酸根离子源是苯甲酸钠。
5.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物是固体。
6.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物是颗粒。
7.权利要求2所述的组合物，其中所述组合物是液体。
8.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物的pH值为4至6。
9.权利要求8所述的组合物，其中向所述组合物中添加的柠檬酸根离子源的量使得获得在该pH值范围内的pH值。
10.权利要求8所述的组合物，所述组合物还包含碱性材料，其中向所述组合物中添加的所述碱性材料的量使得获得在该pH值范围内的pH值。
11.一种赋予材料阻燃性的方法，该方法包括将包含权利要求1所述成分的组合物施加到所述材料。
12.权利要求11所述的方法，其中所述组合物被喷涂到所述材料上。
13.权利要求11所述的方法，其中所述材料被置于所述组合物中。
14.一种用于制备权利要求2所述的组合物的方法，该方法包括将磷酸铵、苯甲酸钠和柠檬酸溶解于所述水性溶剂中。
15.权利要求14所述的方法，其中将所述磷酸铵溶解于所述水性溶剂中以形成溶液，然后将柠檬酸和苯甲酸钠搅拌入所述溶液中。
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