JP2003226877A - 水系防炎・難燃化剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水系で安全性に優れるため、家具や障子等の
生活用木質系材料にも安定して適用することができ、か
つ木質系材料に塗布・含浸させた後に、従来の難燃化剤
のように木質系材料表面に粉ふきが生じることがないた
め、塗料や接着剤などの後工程が可能である木質材料を
供給できる、水系防炎・難燃化剤を提供する。 【解決手段】 硫酸アンモニウム、第一リン酸アンモニ
ウム、第二リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、
ホウ酸ナトリウム及びホウ酸からなる群から選ばれた少
なくとも１種の化合物と、寸法安定効果のある固着化合
物とを含有することを特徴とする水系防炎・難燃化剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、紙や木材等の木質
系材料に適用する水系防炎・難燃化剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】木質材料などのセルロース系素材の防炎
・難燃化を図る目的で、ホウ砂、リン酸アンモニウム
塩、硫酸アンモニウムなどの化合物が用いられている。
これらの化合物はセルロースやその他の熱分解による脱
水を促進する触媒としての働きをしていると言われてお
り、これらを含浸した木材は着火困難になる（参考文献
「木材利用の化学」ｐ．３１、今村博之他、共立出版
（1983））。

【０００３】しかしながら、これらの化合物のみの水溶
液に木質系材料に浸漬しても、充分な浸透が起こらず
（内部に充分な薬剤が入りこめず）、また加圧などによ
り一旦含浸させても、化合物が木質系材料の表面に析出
して表面に白粉がふいた状態になり、防炎・難燃効果の
早期低下や塗料や接着剤・粘着剤がつき難いと言った問
題があった。

【０００４】浸透のし難さに関しては、界面活性剤の併
用により常圧浸漬でも浸透が可能になるまでに改良する
ことが可能であるが、それでも一旦は浸透した化合物が
木材表面に析出してくる問題などがあった。

【０００５】また、特公昭５１−３５０７８号公報に
は、難燃化処理した木材等の表面に、用いた無機化合物
が結晶として析出して被処理材料の諸特性を著しく低下
させる問題を改善するために、ホウ酸等と金属イオン封
鎖作用を有するポリリン酸との混合物を用いた木材の難
燃化処理方法が開示されているが、その効果は未だ不充
分であった。

【０００６】さらに、特開平１１−１０５０１１号公報
には、水溶性難燃剤で処理した木材表面を、有機シリコ
ーン樹脂で被覆することにより、被処理物の外観を損な
わずに、しかも耐水性、耐久性等の改善された難燃性木
材を製造する方法が開示されているが、塗料や接着剤な
どを用いる工程がしにくいという課題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
問題点に鑑みてなされたものであり、水系で安全性に優
れるため、家具や障子等の生活用木質系材料にも安定し
て適用することができ、かつ木質系材料に塗布・含浸さ
せた後に、従来の難燃化剤のように木質系材料表面に粉
ふきが生じることがないため、塗料や接着剤などの後工
程が可能である木質系材料を供給できる水系防炎・難燃
化剤を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために鋭意検討した結果、ホウ酸アンモニ
ウム、硫酸アンモニウムなどに、特定の変性カルボン酸
化合物とスルファミン酸化合物とを配合し、これを木質
系材料に含浸せしめると、優れた防炎・難燃化がなさ
れ、表面に粉ふきがなく塗料や接着剤、粘着剤などを用
いた工程でも付着性を低下させることなく、防炎・難燃
化処理が可能である木質系材料を供給できることを見出
し、本発明を完成させるにいたった。

【０００９】すなわち、本発明は、硫酸アンモニウム、
第一リン酸アンモニウム、第二リン酸アンモニウム、ホ
ウ酸アンモニウム、ホウ酸ナトリウム及びホウ酸からな
る群から選ばれた少なくとも１種の化合物と、寸法安定
効果のある固着化合物とを含有することを特徴とする水
系防炎・難燃化剤を提供するものである。

【００１０】前記水系防炎・難燃化剤は、さらに、界面
活性剤及び／又は多価アルコールを含有するものであっ
てもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の水系防炎・難燃化剤で用
いる難燃性付与化合物としては、硫酸アンモニウム、第
一リン酸アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）、第二リン酸
アンモニウム（(ＮＨ₄)₂ＨＰＯ₄）、ホウ酸アンモニウ
ム、ホウ酸ナトリウム及びホウ酸などを挙げることがで
きる。これらの化合物は、１種又は２種以上組み合わせ
て使用することができる。

【００１２】これらの化合物の防炎・難燃化剤への配合
量は、木材や紙・布の種類、難燃化後の木質系材料や紙
・布の加工方法、用途により適宜に設定されるが、通常
は本発明の防炎・難燃化剤全体に対して１質量〜３０質
量％、好ましくは２〜３０質量％、より好ましくは５〜
２５質量％用いるのがよい。これらの化合物の濃度が１
質量％未満の場合、難燃化が不充分となる傾向が有る。
一方、３０質量％を越える場合は、水系の防炎・難燃化
剤が得られ難くなる。

【００１３】寸法安定効果のある固着化合物としては、
難燃性付与化合物にて難燃化処理を施した木質系材料に
固着し、寸法を安定化する効果のある化合物であればよ
く、特に限定されない。中でも、特定の変性カルボン酸
化合物とスルファミン酸化合物との併用が好ましい。前
記変性カルボン酸化合物としては、下記の（化１）で表
される化合物が好適である。この変性カルボン酸化合物
とスルファミン酸化合物とを併用することにより、防炎
・難燃化剤を水溶液の状態に保持することができる。ま
た、この防炎・難燃化剤による処理後に木質系材料の表
面に薄膜が形成されることで、木質系材料に優れた防炎
性を付与することができ、処理後の木質系材料表面に難
燃性付与化合物が析出しないため、塗装や接着等の工程
が可能な木質系材料を得ることができる。

【００１４】

【化１】

【００１５】（式中、Ｒは炭素数1〜３０の炭化水素基
又は次の式（２）〜（５）で表される基である。）

【００１６】

【化２】

【００１７】

【化３】

【００１８】

【化４】

【００１９】

【化５】

【００２０】前記の式（１）で表される化合物のＲは、
炭素数１〜３０の炭化水素基又は式（２）〜（５）で表
される基であり、炭化水素基としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル
基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウ
ンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル
基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル
基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘニ
イコシル基、ドコシル基、トリアコンチル基、シクロペ
ンチル基、シクロヘキシル基等のアルキル基；ベンジル
基、フェネチル基、各種核置換ベンジル基、各種核置換
フェネチル基、α−メチルベンジル基、クメニル基、ベ
ンズヒドリル基等のアラルキル基；フェニル基、ナフチ
ル基等が挙げられる。上記化合物は、１種又は２種以上
組み合わせて使用することができる。

【００２１】式（１）で表される化合物の製造方法につ
いては、特に制限は無く、公知の方法によって製造す
る。例えば、マレイン酸と対応するチオールとの付加反
応によって製造を行う。

【００２２】変性カルボン酸化合物の防炎・難燃化剤へ
の配合量は、木材や紙・布の種類、難燃化後の木質系材
料や紙・布の加工方法、用途により適宜に設定される
が、通常は本発明の防炎・難燃化剤全体に対して０．０
５〜３０質量％、好ましくは０．１〜２０質量％、より
好ましくは０．３〜１５質量％用いるのがよい。変性カ
ルボン酸化合物の濃度が０．０１質量％未満の場合、含
有率が低いため粉の析出防止効果が不充分であり、また
３０質量％を越える場合には、濃度が高過ぎて難燃性付
与化合物との水溶液化が難しく、水分が少ないために木
質系材料に含浸させることが困難であり、均一な防炎・
難燃性が得られない傾向が有る。

【００２３】また、スルファミン酸化合物の防炎・難燃
化剤への配合量は、木材や紙・布の種類、難燃化後の木
質材料や紙・布の加工方法、用途により適宜に設定され
るが、通常は本発明の防炎・難燃化剤全体に対して０．
０１〜３０質量％、好ましくは０．０５〜２０質量％、
より好ましくは０．１〜１０質量％用いるのがよい。化
合物の濃度が０．０１質量％未満の場合、含有率が低
く、防炎・難燃化や粉の析出防止などが不充分であり、
また３０質量％を越える場合は、濃度が高過ぎて難燃性
付与化合物との水溶液化が難しく、水分が少ないために
木質系材料に均一に含浸させることが困難であり、均一
な防炎・難燃性が得られない傾向が有る。

【００２４】本発明の防炎・難燃化剤では、上記の変性
カルボン酸化合物の木質系材料内部への浸透を容易にす
るために、界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤と
しては従来公知のものを使用できるが、特にカチオン界
面活性剤が望ましい。また、難燃性付与化合物の木質系
材料への固着量を増大させるために、グリセリン、エチ
レングリコール等の多価アルコールを添加してもよい。

【００２５】上記の界面活性剤や多価アルコールの配合
量は、木材や紙・布の種類、難燃化後の木質系材料や紙
・布の加工方法、用途により適宜に設定されるが、防
炎、難燃化剤全体に対して０〜１０質量％、好ましくは
０．５〜５質量％用いるのがよい。

【００２６】本発明の防炎・難燃化剤は、上記の各成分
を合計で２〜９０質量％、好ましくは５〜５０質量％を
水に溶解させて、水溶液とする。

【００２７】また、本発明の防炎・難燃化剤は、上記の
各成分と水から構成されるのが基本であるが、その難燃
化などの諸特性を損なわない範囲において、有機窒素含
有化合物や液体アンモニアまたは無機塩を用いてより水
溶性をはかることもできる。このような中和のための無
機塩類としては、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属が
あげられる。また有機窒素含有化合物としては、モノア
ルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミ
ン、モノシクロアルキルアミン、ジシクロアルキルアミ
ン、グアニジン、モノエタノールアミン、ジエタノール
アミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノール
アミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノ
ールアミン、メチルジエチノールアミン、エチルジエタ
ノールアミン、ブチルジエタノールアミン、シクロヘキ
シルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−チトラキ
ス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミンなどが
挙げられる。

【００２８】また、その難燃化などの諸特性を損なわな
い範囲において各種添加剤、たとえば、防虫剤、殺虫
剤、防菌防黴剤、防腐剤、香料、消臭剤、防錆剤、紫外
線吸収剤などを加えることもできる。

【００２９】本発明で処理される木質系材料としては、
原木、合板、集成剤、繊維板等や紙、セルロース等の天
然繊維が挙げられる。特に原木については国内外の種類
を広く利用できる。例えば国産材として、ナラ、ミズナ
ラ、ブナ、マカンバ、カバ、アカシデ、イタヤカエデ、
タモ、セン、ケヤキ、ヒノキ、スギ、ネムノキ、ハリギ
リ、キリ、マガシロ、マツ、キハダ、クス、シオジ、ツ
ガ、サクラ、ニレ、シナノキ等があげられ、また輸入材
として、ダグラスファー、トネリ、タウン、パラゴム、
ローズウッド、シルバービーチ、マコレ、カリン、セル
テイス、コクロジョワ、コクタン、シタン、ニトヤー、
アルダン、マコーダ、アナジエスト、マドツク、サペ
リ、マガチス、ソテツクス、ユーラシアンチーク、モア
ビ、アイオス、オーク、シルキーオーク、ブビンガ、ス
プルース、パドーク、ラジアタパイン、ウオールナッ
ト、ラワン等があげられる。合板としては、通常のラワ
ン合板の他、シナ、カバ、その他の樹種よりなる各種合
板が挙げられる。集成材としては、それを構成する樹種
に特に制限はなく、各種樹種よりなる種々のものを利用
できる。また繊維板としては、種々の樹種を利用してな
る硬質、軟質いずれの繊維板も利用できる。

【００３０】本発明の難燃化剤を木質材料に含浸させる
方法に特に制限はないが、塗布法、噴霧法、浸漬法、温
冷浴法、拡散法及び注入法やこれらの方法を適宜組み合
わせて行うことができる。また、これらの方法は、常圧
下、減圧下または加圧下のいずれで行ってもよい。

【００３１】含浸に要する時間は、含浸方法、防炎・難
燃化剤の濃度あるいは併用するその他の成分、被含浸材
である木質系材料の性質により異なるが、通常行われて
いる加圧減圧含浸方法では、多くの場合数十分ないし数
日で含浸することができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例および比較例により具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなん
ら限定されるものではない。

【００３３】（実施例１〜６）表１に示す配合組成を持
つ防炎・難燃化剤を用いて、下記の手順で木質系材料に
含浸させ、評価を行った。

【００３４】［試験片の調製］気乾状態のスギ辺材を、
８０ｍｍ（接線方向、Ｔ）×２４０ｍｍ（放射方向、
Ｒ）×４ｍｍ（繊維方向、Ｌ）に切削加工して試験片と
した。この試験片を１０５℃の送風乾燥機中に２４時間
静置し、２５℃に戻した後、処理前の重量及びＴ、Ｒ、
Ｌの寸法を測定した。

【００３５】［薬剤の含浸］試験片を防炎・難燃化剤中
に浸漬した後、加圧注入装置を用いて、約４．０×１０
³Ｐａの減圧下で１時間、続いて、約１．０×１０⁶Ｐａ
の加圧下で２時間維持した後、常圧下で一昼夜浸漬を続
けた。

【００３６】［乾燥］含浸した試験片を送風乾燥機を用
いて５０℃で２４時間予備乾燥した後に、７０℃で８時
間、さらに１２０℃で２時間乾燥した。その後２５℃に
戻し試験片とした。

【００３７】

【表１】 実 施 例 原 料 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 硫酸アンモニウム 10 8 10 10 7 10 第一リン酸アンモニウム 10 5 2 2 ほう酸アンモニウム 4 5 1 硫酸ナトリウム 1 寸法安定化剤*1） 2 1 1 1 2 2 3 スルファミン酸化合物*2） 1 1.5 1 0.7 0.5 1 2水 87 87.5 86 82.3 82.5 87 83 合 計 100 100 100 100 100 100 100 *1）カルボキシエチルチオコハク酸 *2）スルファミン酸グアニジン

【００３８】（比較例１〜６）表２に示す配合組成を持
つ防炎・難燃化剤を用いて、実施例と同様の手順で木質
系材料に含浸させ、評価を行った。

【００３９】

【表２】 比 較 例 原 料 １ ２ ３ ４ ５ ６ 硫酸アンモニウム 10 10 10 10 第一リン酸アンモニウム 5 5 ほう酸アンモニウム 硫酸ナトリウム 寸法安定化剤*1） 2 2 10 スルファミン酸化合物*2） 1 1水 100 88 89 83 84 90 合 計 100 100 100 100 100 100 *1）カルボキシエチルチオコハク酸 *2）スルファミン酸グアニジン

【００４０】(評 価) ［表面の粉ふきの評価］防炎・難燃化剤処理前後の試験
片を目視で観察し、下記の基準で評価を行った。 ○：粉ふきの無い試験片 ×：粉ふきのある試験片

【００４１】［割れの評価］防炎・難燃化剤処理前後の
試験片を目視で観察し、下記の基準で評価を行った。 ○：外観状問題のない試験片 ×：割れ又はひびのある試験片

【００４２】［難燃化の評価］処理後の試験片について
以下の方法で難燃性を評価した。試験片を防炎・難燃化
面を下にして４５°の角度で立て、メッケルバーナーを
用いて炎の先端を２分間近づけ、炭化面積、残ジン時
間、残炎時間を測定した。

【００４３】以上の結果を表３にまとめて示す。

【００４４】

【表３】 防炎・難 難 燃 化 燃化剤No. 粉ふき 割 れ 炭化面積(hr) 残じん時間(hr) 残炎時間(hr) 実施例１ ○ ○ ４２ ９ １１ 実施例２ ○ ○ ４５ ８ １０ 実施例３ ○ ○ ４０ ８ ９ 実施例４ ○ ○ ３０ ５ ５ 実施例５ ○ ○ ３７ ６ １０ 実施例６ ○ ○ ４５ ６ ９実施例７ ○ ○ ２５ ５ ５ 比較例１ × × ５５ ３０ ２０ 比較例２ × × ５１ ２０ １７ 比較例３ × × ５２ １８ １８ 比較例４ × × ４８ １３ １５ 比較例５ × × ４９ １６ １６比較例６ × × ５２ ２５ ２２

【００４５】表３の結果から、本発明の水系防炎・難燃
化剤を用いた場合は、表面への粉ふきや割れ等が無く、
良好な難燃性を示す木質系材料が得られた。それに対し
比較例では、表面への粉ふき、割れ、難燃性の不足など
が有り、いずれかの点で劣るものであった。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の水系防炎
・難燃化剤は、木質系材料に対し優れた防炎・難燃性付
与効果を発揮し、これで処理した木質系材料は、高い防
炎・難燃性を示すとともに、表面の粉ふきがなく、表面
の物性も変らないため、塗料などの塗装や接着等で処理
することが可能である。また、塗装や接着剤や粘着剤に
よる処理後も材料の性能が変化せず、木質系材料に優れ
た寸法安定性能を付与することができるため、木質系材
料に反り、狂い、割れ等が生じない。また、処理後は無
色無臭であり、材料の外観を損ねることなく着色等もな
い。さらに、抗菌性や防黴性を付与することも可能であ
る。また、本発明の防炎・難燃化剤は、水系であるた
め、取扱性や安全性に優れている。したがって、家具、
建材、障子、舞台道具、厨房器具のほか、カーテン、エ
プロン、浴衣などに使用される製品等の原材料として利
用できる。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B230 AA07 BA01 BA03 BA04 BA17 BA18 CA01 CA14 CA19 CB01 CB06 CC05 DA02 EB01 EB02 EB03 EB13 EB21 EB39 4H028 AA04 AA06 AA07 AA09 BA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硫酸アンモニウム、第一リン酸アンモニ
   ウム、第二リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、
   ホウ酸ナトリウム及びホウ酸からなる群から選ばれた少
   なくとも１種の化合物と、寸法安定効果のある固着化合
   物とを含有することを特徴とする水系防炎・難燃化剤。
2. 【請求項２】 さらに、界面活性剤を含有することを特
   徴とする請求項１に記載の水系防炎・難燃化剤。
3. 【請求項３】 さらに、多価アルコールを含有すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の水系防炎・難燃化
   剤。