CN102027094A - 一种阻燃剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物、制备其的方法以及该阻燃剂的使用。阻燃剂中不包含溴或硼砂组分。组合物包含预设量的磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物、和预设量的包含预设量的磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物中的至少一种。

Description

一种阻燃剂组合物
技术领域
本发明涉及一种适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物、制备方法及其应用。
背景技术
很多年来市场上的阻燃剂由包含各种溴组合物的产品所主宰。溴是易于损害人类和环境的最毒的现存卤素之一。尤其是包含二恶英的溴阻燃剂产品，二恶英长期能导致人类的基因组(DNA)突变。
由于包含溴的阻燃剂危害很大，在世界上大部分范围内争论被提上议事日程。欧盟已经决定包含溴的阻燃剂最迟在2012年逐步淘汰，并被其他环境友好型的产品所代替。在瑞典存在着大约70种品牌的包含溴的阻燃剂，最终这些将被禁止。此外，Apple
Figure BPA00001250043800011
公司最迟将在2012年终止使用溴。
在哥本哈根的“Rigshospitalet”医院进行的研究揭示了男孩生殖器的变形与阻燃剂的使用相关。
在斯德哥尔摩-索尔纳的Karolinska学院，研究已经揭示了溴与成人和儿童的脑损伤之间的关联。
因此，很长时间以来需要一种环境友好型替代物来取代有毒阻燃剂。
专利文献GB2165270A描述了一种包含溴的阻燃剂。
另一种阻燃剂成分是硼砂的组合物/化合物，例如硼酸，其昂贵而且短缺。此外，还关系到硼砂比所认识到的毒性更强。地方当局并不希望使用硼砂作为阻燃剂，因为迟早它们会进入下水道中，在下水道中硼砂能与其它化学物质反应。
因此，刺激着人们在阻燃剂中取代硼砂组合物，这在论文Day，M和Wiles，D.M的论文中被指出：″Combustibility of loose fiber fill cellulose insulation II.The role of a third chemical component in a borax：boric acid system″；Journal of Consumer Product Flammability，(Marc 1979)，卷6，页码20-27。该论文公开了盐例如为三元磷酸盐和硫酸铵与硼砂和溴酸的混合物用作阻燃剂。但是论文仅公开了部分代替硼砂组合物，而不是全部替代它们。此外，还引用文献″E.V.Anderson，Boric Acid Future in Insulation Uncertain.Chem.and Eng.News 56，(15)11(1978).″。
发明内容
本发明涉及一种阻燃剂组合物，其不含溴或硼砂组合物/化合物，只包含磺胺盐、磷酸氢二钠，因此避免了上述的问题。
因此，本发明提出了一种适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物。本发明因此包含：一预设量的磺胺盐和磷酸氢二钠的混合物、以及一预设量的水的混合物这两者中的至少一种，所述水的混合物中包含预设量的磺胺盐、磷酸二氢钠，在此在阻燃剂中不包含溴组合物和硼砂组合物。
在本发明的一个实施方式中，磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成了一固体组合物。
在另一个实施方式中，水的混合物构成了一液体组合物，该水的混合物中包含磺胺盐、磷酸二氢钠和水。
此外，本发明提出了一种适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物的制备方法。因此本发明包含：混合一预设量的磺胺盐和磷酸氢二钠、以及混合一预设量的包含预设量的磺胺盐、磷酸二氢钠的水这两者中的至少一种，在此，在阻燃剂中不包含溴组合物和硼砂组合物。
在一个实施方式中，磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成了一固体组合物。
在另一个实施方式中，包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物构成了一液体组合物。
此外，本发明提出了一种生态组合物阻燃剂。使用的组合物为：一预设量的磺胺盐和磷酸氢二钠的混合物、以及一预设量的包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物这两者中的至少一种；使用该混合物以保护可燃材料，在此，在阻燃剂中不包含溴组合物和硼砂组合物。
在一个实施方式中，磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成了一固体组合物。
在另一个实施方式中，包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物构成了一液体组合物。
另一实施方式中，磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物被用来掺入塑料中。
在另一个实施方式中，包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍木材。
在另一个实施方式中，包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍织物。
在另一个实施方式中，包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍金属材料或金属合金。
附图说明
为了更好的理解本发明，下文中参考说明书中所附的附图描述具体实施方式和实施例，其中：
图1所示是通过可控的辐射加热来测试用本发明的阻燃剂处理过的样本的锥形量热仪；
图2所示是应用了本发明的阻燃剂的样品A至C的热释放速度图；
图3所示是应用了本发明的阻燃剂的样品D的热释放速度图；
图4所示是应用了本发明的阻燃剂的样品A至C的烟产生速度图；
图5所示是应用了本发明的阻燃剂的样品D的烟产生速度图。
                        表
下列指的是本发明的所有表：
表1描述的是用于热释放和烟产生测试的材料；
表2描述的是对表1中材料进行测试过程中的测量；
表3描述的是对表1中所述材料的进一步测试结果；
表4描述的是用阻燃剂处理过的棉布的测试结果；以及
表5描述的是对没有用阻燃剂处理过的棉布的测试结果。
表格在说明书的最后。
                        词表
词表与表格在一起，其解释表格中的缩写和变量。
具体实施方式
本发明涉及一种阻燃剂组合物，其不含溴或硼砂组合物/化合物，只包含磺胺盐、磷酸氢二钠。而且，本发明提出了一种生态的用于保护可燃材料的阻燃剂组合物。同样的，本发明的一个组合物中包含预设量的磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物作为固体/粉末组合物/混合物。
本发明另一个组合物提供了一种预设量的水的混合物作为液体组合物，水中包括预设量的磺胺盐、磷酸二氢钠。
基于水的包含磺胺盐和磷酸二氢钠的组合物的一个优选实施方式中包含3-7％磺胺盐和3-7％的磷酸二氢钠以及大约80-90％的水。组合物的pH值为7.6，这表明胺盐已经溶解在阻燃剂液体中，但是理论上最多只溶解2％。当为液体时，阻燃剂的沸点为100℃，其为透明无色液体。
在另一个优选的实时方式中，本发明的阻燃剂是固态的和/或粉末/颗粒形式，磺胺盐的量在40-60％之间，磷酸二氢钠的量在40-60％之间，当混合成组合物时构成100％。其在20℃的水中最多溶解7.5％，其分解温度在240-280℃之间。
作为一免责声明，并非所有上述所提及的固态和液态这两种阻燃剂组合物都不包含溴组合物和硼砂产品。
阻燃剂的目的是防止和/或延迟火灾的发生。阻燃剂应该能阻止火灾的来临12-15分钟，可用的传统的阻燃剂即为所谓溴阻燃剂。溴阻燃剂是目前最损害环境的物质之一，长期能导致人体DNA的突变。
每天全世界大约550000人死于火灾。这是第4个最能导致事故的原因。因此，采取预防措施的需求在增加，工业上承受着压力要求变革以环保防火。
本发明的阻燃剂是非常环境友好的。它甚至可以饮用，因为其基于两种盐，磺胺盐和磷酸二氢钠，它们被分类为食物。
在认可的实验室，Boras Sweden的瑞典SP技术研究所(Statens Provningsansatalt)对本发明的盐用作阻燃剂进行了大量实验。所有的测试都有优秀的结果，测试包括试验棚屋织物和表面材料，例如建筑材料。测试的一个结果是本发明的阻燃剂满足瑞典的关于建筑材料的规定，该规定是施工人员选用建筑材料的指南。本发明的阻燃剂是无毒的，因此对环境友好。
但对一充填有本发明的阻燃剂的材料加热，会引起所包含的盐发生剧烈反应。建立一个碳层，该碳层抑制氧，而公知的是没有氧则不起火。对不同材料例如薄纸至纤维织物的测试表明那些用本发明的阻燃剂处理过的材料几乎不可能产生火。
SP进行了多个测试，所有测试都具有优秀的结果。对用阻燃剂处理过的进行测试的织物进行了六种火灾测试，即根据SIS650082规定下的测试，没有火灾发生，SP将该材料归类到难起火的类别。
其它进行测试的材料是木材、软质纤维板、刨花板和胶合板，被称为表面材料。通常那些材料应该在压力下充填本发明的阻燃剂以最大可能的防火。虽然那些材料在SP的测试中都通过了瑞典建筑规定的测试，但是它们仅被浸透。
当前对阻燃剂的多个测试是对塑料进行的。这些测试应该在2010年结束，并且将成为在全球塑料的制造中使用阻燃剂的基础。在2007年，瑞典有104人死于火灾，每天大约1.5个学校发生火灾。在过去50年中，由于目前塑料使用的增加，火灾开始的时间从15分钟下降到3分钟。
本发明的阻燃剂当为粉末/颗粒形式时，在塑料产品的制备过程中与塑料材料混合，因此嵌入到制造的塑料产品中用作阻燃剂。
图1所示是在SP中通过可控的辐射加热来测试用本发明的阻燃剂处理过的样本的锥形量热仪。在测试中所使用的样本或样品如表1所示。锥形量热器中根据ISO5660-1，0.1×0.1m的样品被暴露在可控辐射加热下。样本表面因此被加热，一个外部的火花点火器16点燃样本的裂解气体。通过排风罩20收集气体，并通过排风扇26抽出。
锥形量热仪本身由称重传感器12和放置在其上的样品14组成。加热器18从火花点火器16处引导气体至排风罩20，附图标记22指的是获取的气体样品。量热仪具有一个包括温度测量的激光消光束24，在28进行温度和压差测量。
通过排风管道中的氧浓度以及流速测量耗氧量来确定放热速度(HRR)。测试中所述样本14被放置在称重传感器12上。一持续的火焰覆盖样本14的外围，通过激光系统24测量烟速。
现在参见表2，对每个材料仅进行一次测试，软质纤维板(样品A)；刨花板、浅色(样品B)；胶合板(样品C)；和刨花板、黑(D)，而不是进行标准所规定的三次。因此其不能用作分类或证明的唯一基础。一锥体工具(ConeTools)仿真(软件)不是所述证明的一部分。
对所有产品用35kW/m2辐照进行测试。仿真软件ConeTools基于ISO5660测试结果根据EN13501-1进行分类。表2是测试结果汇总，包括FIGRA值和分类。值得注意的是根据EN13501-1进行的最终分类还根据烟产量和燃烧小滴/碎片，这在ConeTools中不考虑。
根据瑞典建筑规定，Br2和Br3类建筑中的墙壁和屋顶表面材料应该具有C-s2，d0或者D-s2，d0性质。在Br1类建筑的安全通道要求具有B-S1，d0和C-s2，d0性质。
表3中的测试结果是根据ISO5660-1：2002和ISO5660-2：2002获得的。测试产品是根据本发明的基于水的阻燃剂。表2中的所有材料被浸透在阻燃剂中48小时，所有测试的测试条件是辐照度：35kW/m2，校正常数(C)：0.042221m1/2g1/2K1/2，方向：水平，沉淀物：标准中需要的就是不燃，固定：产品宽松的放置在衬垫物上，以及注意：使用持续火焰。需要注意到是符号*指的是没有点燃，符号**指的是由于测试样本没有被点燃所以没有热释放数据。样品样本A和D的烟产量由于测量误差稍稍低于估计。参见附图4和5.
图2所示是应用了根据本发明的阻燃剂的样品A至C在辐照35kW/m2下进行的单一测试的热释放图。
图3所示是应用了根据本发明的阻燃剂的样品D在辐照35kW/m2下进行的单一测试的热释放图。
图4所示是应用了根据本发明的阻燃剂的样品A至C在辐照35kW/m2下进行的单一测试的烟产生速度图。
图5所示是应用了根据本发明的阻燃剂的样品D在辐照35kW/m2下进行的单一测试的烟产生速度图。
表4中所示为当棉布上通过喷射应用了阻燃剂时，本发明的阻燃剂如何作用。未处理过的棉布的标称单位面积重量为155g/m2，而用阻燃剂处理过的棉布的标称单位面积重量为175g/m2(干重)。根据The national Board of Housing制定的瑞典规定，Building and Planning(Boverket)，common advices 1993：2，当计算平均值时，应该略去具有最差结果的测试，因此3号测试被排除在计算的平均值外。进行测试的样本大约0.4mm，在温度(20 +5/-2)℃、以及相对湿度为(65±2)％的条件下单位面积重量大约175g/m2。在测试前没有用洗熨或干洗进行预处理。
最终，在同样条件下对没有用本发明的阻燃剂处理过的棉布进行测试，结果如表5所示。由于没有用阻燃剂喷过，棉布的重量是155g/m2。
当比较表4和表5时可以看出，本发明的阻燃剂提供了一非常好的阻燃，而且没有使用溴或硼砂组合物。
本发明并不限于上述所提供的实施例和具体实施方式。本领域技术人员能通过所附的权利要求衍生出更多可能的实施方式。
词表
测试结果解释-ISO 5660
表1
  样品   标记
  A   软质纤维板
  B   刨花板、浅色
  C   胶合板
  D   刨花板、黑
表2
Figure BPA00001250043800091
*NI＝未着火
表3
测试结果
Figure BPA00001250043800092
Figure BPA00001250043800101
*NI＝未着火
**由于样本未着火，没有热产生数据
注意由于测量误差，产品A和D的烟产生稍稍低于预计
表4
测试结果
Figure BPA00001250043800102
表5
测试结果
Figure BPA00001250043800111

Claims (13)

1.一种适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物，其特征在于包含：
预设量的磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物、与预设量的包含预设量的磺胺盐和磷酸二氢钠的水的混合物这两种混合物中的至少一种，并且在阻燃剂中不考虑溴组合物和硼砂组合物。
2.根据权利要求1所述的阻燃剂，其中所述磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成一固体组合物。
3.根据权利要求1所述的阻燃剂，其中所述包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物构成一液体组合物。
4.一种适用于保护可燃材料的生态阻燃剂组合物的制备方法，其特征在于包括：
下列两种混合中的至少一种：混合一预设量的磺胺盐和磷酸氢二钠、以及混合一预设量的包含预设量的磺胺盐、磷酸二氢钠的水，并且在阻燃剂中不考虑溴组合物和硼砂组合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成一固体组合物。
6.根据权利要求4所述的方法，其中包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物构成一液体组合物。
7.一种生态组合物阻燃剂，其特征在于其为预设量的磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物、和预设量的包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物这两种混合物中的至少之一，以用于保护可燃材料，且在阻燃剂中不考虑溴组合物和硼砂组合物。
8.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中所述磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物构成一固体组合物。
9.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中所述包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物构成一液体组合物。
10.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中所述磺胺盐和磷酸二氢钠的混合物被用来掺入塑料。
11.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍木料。
12.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍织物。
13.根据权利要求7所述的阻燃剂，其中包含磺胺盐、磷酸二氢钠的水的混合物被用来浸渍金属材料或金属合金。
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