JP2008528717A - 難燃剤 - Google Patents

Abstract

難燃剤は、可燃性物質の火災危険を低減するのに役立つ。該難燃剤は、少なくとも１つの炭素供与体およびリン含有酸を有する。この難燃剤は火災時に、可燃性物質を保護するフラーレンを形成する。

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念に従う難燃剤ならびに特許請求項１３の上位概念に従う可燃性物質の火災危険を低減するための方法に関する。

ＤＥ２９１０５９５Ｃ２から、泡沸剤(Intumeszenzmittel)で覆われている難燃性の複合成形体が公知である。この泡沸剤は、炭素形成剤(Kohlenstoffbildner)、殊に糖、触媒、発泡剤および球状充填剤とからなる。該泡沸剤は、火炎前面をある程度の時間にわたり複合成形体から遠ざける泡を１８０℃以上の温度で形成する。しかしながらこの泡沸剤は約３００℃を上回る高い温度で自ら燃焼するので、そのため難燃効果は長時間にわたる火災もしくは激しい火災の場合に効果をなくしうるという欠点を有する。

本発明の基礎をなす課題は、可燃性物質の表面が損傷した場合も、高い火災温度にいたるまで確実な火災抑制(Brandschutzhemmung)を有する難燃剤を示すことであった。

この課題は、本発明に従って特許請求項１の特徴によりならびに特許請求項１３の処理により解決される。

請求項１に従う難燃剤は、本質的に２つの重要な成分、すなわち炭素供与体(Kohlenstoffspender)とリン含有酸とからなる。このリン含有酸は炭素供与体上で本質的に触媒効果を有し、該触媒効果により炭素は、火災時に支配する高い温度でフラーレンに変換される。これらのフラーレンは炭素のみからなるが、しかしながら高い温度でも可燃性ではない高分子である。それゆえ火災時に、それ自体可燃性の物質の発火を抑制するフラーレンの層が可燃性物質上に形成される。形成されたフラーレンの層が局所的に破壊される場合、この下で新たにフラーレンの層が形成される。このように可燃性物質は火災時には自ら保護する。たしかに可燃性物質は火災時にその表面において損傷、殊に変色が起こるが、しかしながら広い表面への火災の伝播はこのように確実に防がれる。これは殊に、化学プラントのような火災危険領域で、また車両領域で、殊に航空機において著しく重要である。これらの領域においてこれまで、可燃性物質、例えば木材、製紙または熱可塑性プラスチックを使用することは、それにより火災危険が非常に大きくなってしまうことから不可能であった。それゆえ比較的高い材料への回避が提供されていた。本発明による難燃剤により、記載された火災危険領域であっても手頃な値段の建築材料を使用することができる。難燃剤のさらに他の適用領域は、支えとなる要素に通常木材が使用されるプレハブ家屋建築にある。本発明による難燃剤により、この種の建築物は本質的に火災に対してより安全となる。炭素供与体としてアルコールが有利であることが示された。この多価アルコール(mehrfahcen Alkohols)のフラーレンへの転換に際して、リン酸は単に触媒の役割を果たすにすぎなく、その際、炭素供与体から水が分離される。この水は蒸気として周囲を取り囲む雰囲気となりかつ同時に可燃性物質の所望された冷却効果を引き起こす。

請求項２に従ってリン酸、ホスホン酸および亜リン酸がとりわけ良好な触媒であることが明らかになった。これらは前もって化学的に変換されることなく炭素供与体に直接影響を及ぼす。

可能な限り効果的なフラーレンの形成を火災時において達成するのに有利なのは、請求項３に従ってリン含有酸が少なくとも１つのアミノ基を有する場合である。それによりリン含有酸は比較的多数の酸基を形成してもよいが、その際、分子はそれにも関わらず比較的コンパクトに形成されている。酸基の結合相手は、窒素原子でありかつ火炎時におけるリン含有酸の解離に際して火災の付加的な消失(Abstickung)を酸素除去によりもたらす。

リン含有酸として、請求項４に従ってアミノジアルキルリン酸、アミノジアルキルホスホン酸、アミノジアルキル亜リン酸、アミノトリアルキルリン酸、アミノトリアルキルホスホン酸またはアミノトリアルキル亜リン酸が有利であることが示された。

アミノジメチルリン酸、アミノジメチルホスホン酸、アミノジメチル亜リン酸、アミノトリメチルリン酸、アミノトリメチルホスホン酸およびアミノトリメチル亜リン酸は、炭素供与体をフラーレンに変換するための非常に高い能力を有しかつそれゆえ請求項５に従ってリン含有酸として有利に扱われる。

炭素供与体が請求項６に従って多価アルコールからなる場合、フラーレンへの炭素供与体のとりわけ効果的な転換がもたらされる。

フラーレンの形成をさらに改善するのに有利なのは、請求項７に従って炭素供与体がアルカリ金属の化合物を有する場合である。その際、フラーレンの形成におけるアルカリ金属の機能は依然として明らかにされていないが、その際、該機能は触媒性質を持つものと仮定される。

アルカリ金属として、請求項８に従ってナトリウムがとりわけ効果的であることがわかった。

可能な限り最適なフラーレンの形成を達成するのに有利なのは、請求項９に従って炭素供与体が、少なくとも５個の、有利には少なくとも７個の炭素原子を有するアルカン骨格を有する場合である。比較的短いアルカン鎖の場合、フラーレンを発生させる効果は比較的弱くなる。原則的に炭素骨格の長さに関してどの上限も示されえない。しかしながら極端に長い炭素骨格は高い分子量をもたらすので、そのため炭素供与体は次いで可燃性物質上に不適切にしか施与することができないとされる。これらの欠点は１５個以上の炭素原子を有する炭素鎖においてすでに目立って出てくる。

とりわけ有利な炭素供与体は、請求項１０からもたらされる。これは、各炭素原子が以下のリスト−ＯＨおよび−アルカリ金属から選択されている官能基を有する炭素骨格を有する。この処置により、アルカン骨格の各炭素原子がアルカリ金属および水素ともしくは一方では水素とそして他方ではＯＨ−基と結合していることが達成される。リン酸との触媒反応に際して、水素およびＯＨ−基は分離されかつ水が形成されるので、そのためアルカン鎖が残りかつ所望されたフラーレンが形成される。アルカン骨格の各炭素原子における官能基の選び取られた選択により、水分解下での効果的な化学反応ひいては最適なフラーレン形成がもたらされる。これはフラーレン形成のための活性化エネルギーを減少させるので、そのため可燃性物質は難燃剤により最適に保護される。

請求項１１に従って有利なのは、難燃剤が付加的に、殊にリン化合物のかつ炭素供与体の溶解性を互いに改善するアンモニアを含有する場合である。これはリン化合物の最適な触媒効果の達成のために重要である。

難燃剤を可能な限り効果的に可燃性物質上に施与しうるためには、請求項１２に従ってそれが水溶液において存在する場合に有利である。それにより非常に容易に可燃性物質上に噴霧することができる。代替的にまた難燃剤を、これが液相に存在する限り水性の形で直接的に可燃性物質と混合することも可能である。

請求項１３に従う方法の場合、火災時に可燃性物質の表面上にフラーレン層を発生させる難燃剤は、可燃性物質の火災危険を低減するために可燃性物質上に施与される。このフラーレン層は非常に難燃性であるので、そのため該フラーレン層は可燃性物質を火災時に確実に保護する。フラーレン層が局所的に破壊される場合、難燃剤は破壊された層の下で新たなフラーレン層を形成するので、そのため可燃性物質は最適に保護される。フラーレン層は網目構造として保護されるべき物体の表面上に析出する。その際、網目構造のメッシュサイズは２μｍ未満なので、そのため火災前面が保護されるべき物体の表面にまでいたることはできない。このように、物体を保護するためには非常にわずかなフラーレン量で十分である。これはまた、効果的な保護の形成のためにはただ比較的わずかな量の難燃剤のみで十分間に合うという結果を伴う。

フラーレン層を発生させるのに有利なのは、請求項１４に従って炭素供与体とリン化合物との化学反応を利用することである。この化学反応は、火災時に生じる高い温度においてのみ進行する。

難燃剤を容易に可燃性物質上に施与しうるためには、請求項１５に従ってそれが水溶液、乳濁液または懸濁液において可燃性物質上に噴霧される場合に有利である。これは技術的に非常に容易でありかつそのため低コストで実現されうるが、その際、しかしながら可燃性物質の高い保護効果が保証される。

代替的にまたは付加的に、難燃剤を請求項１６に従って可燃性物質中に組み込んでもよく、その結果、可燃性物質は非常に効果的に全体積にわたって保護される。殊にこれは、可燃性物質が火災時に破砕しえ、その結果新たな、それ以外に保護されなかった表面が発生する場合に重要である。

前記方法の容易な実現は、請求項１７からもたらされる。その際、可燃性物質は、これが硬化する前に少なくとも部分的に液状の形で難燃剤と混合される。可燃性物質がポリマーである場合、難燃剤はモノマーおよび重合助剤を有する重合されていない液体中に混入することができる。重合反応の終了後、ポリマーは全体積にわたって難燃剤により保護されている。

それ以外に請求項１８に従って有利であるのは、難燃剤がバインダーと混合される場合である。これは、例えばサイズ(Leim)、接着剤または合成樹脂であってよく、それは可燃性物質の固体部分、例えばゴム顆粒(Gummigranulat)またはおがくずを凝集させて固体マトリックスとなる。

例
溶液は、
水 ３５％、Ｈ_２Ｏ、
８０％のリン酸 １０％、

２５％のアンモニア ２４％ ＮＨ_３
および
アミノトリメチルホスホン酸 ３１％

からなる。

記載された量のデータは質量％である。付加的に、溶液中には炭素供与体として上記の量のデータとは無関係の量のヘプタグルコン酸ナトリウム (Natriumheptagluconat)

が含有されている。

溶液はプレスボード上に噴霧する。表面の乾燥後、プレスボードは１２００℃までの温度を有する直接的な火炎に対して可燃性ではない。

前記の配合は、使用される割合についてさらに別の限度において変化させてもよい。前記成分の各々に関して、そのつど１〜５０部を組み込むことができる。付加的に、難燃剤は表面の良好な湿潤を達成するために湿潤剤または例えばアルキルアミンのような増粘剤を含有してよい。

火災時、高い温度で以下の反応が始まる：

Claims (18)

1. 可燃性物質の火災危険を低減するための難燃剤であって、その際、該難燃剤が少なくとも１つの炭素供与体および少なくとも１つのリン含有酸を有する難燃剤において、炭素供与体がアルコールを有することを特徴とする難燃剤。
2. リン含有酸が少なくとも１つのリン酸、ホスホン酸または亜リン酸を有することを特徴とする、請求項１記載の難燃剤。
3. リン含有酸が、請求項２記載の少なくとも１つの酸と少なくとも１つのアミノ基とからなる少なくとも１つの有機化合物を有することを特徴とする、請求項１または２記載の難燃剤。
4. リン含有酸が、少なくとも１つのアミノジ−および／またはアミノトリアルキル−リン酸、−ホスホン酸および／または−亜リン酸を有することを特徴とする、請求項３記載の難燃剤。
5. リン含有酸が、少なくとも１つのアミノジ−および／またはアミノトリメチル−リン酸、−ホスホン酸および／または−亜リン酸を有することを特徴とする、請求項４記載の難燃剤。
6. 炭素供与体が、有利には多価アルコールを有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の難燃剤。
7. 炭素供与体が、アルカリ金属化合物を有することを特徴とする、請求項６記載の難燃剤。
8. アルカリ金属がナトリウムであることを特徴とする、請求項７記載の難燃剤。
9. 炭素供与体が、少なくとも５個の、有利には少なくとも７個の炭素原子を有するアルカン骨格を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか1項記載の難燃剤。
10. 炭素供与体の各炭素原子が、−ＯＨおよび−アルカリ金属から選択されている少なくとも１個の官能基を有することを特徴とする、請求項９記載の難燃剤。
11. 難燃剤がアンモニアを含有することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか1項記載の難燃剤。
12. 難燃剤が、可燃性物質上への施与前に水溶液、乳濁液または懸濁液において存在することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか1項記載の難燃剤。
13. 火災時に可燃性物質の表面上に、２μｍ未満のメッシュサイズを有する網目構造としてのフラーレン層を発生させる難燃剤を可燃性物質上に施与することを特徴とする、可燃性物質の火災危険を低減するための方法。
14. フラーレン層を、炭素供与体とリン化合物との化学反応により発生させることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. 難燃剤を、水溶液、乳濁液または懸濁液において可燃性物質上に噴霧することを特徴とする、請求項１３または１４記載の方法。
16. 難燃剤を可燃性物質中に組み込むことを特徴とする、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 可燃性物質を、これが硬化する前に少なくとも部分的に液状の形で難燃剤と混合することを特徴とする、請求項１６記載の方法。
18. 難燃剤をバインダーと混合することを特徴とする、請求項１７記載の方法。