JP2011057952A

JP2011057952A - 水性難燃処理用組成物

Info

Publication number: JP2011057952A
Application number: JP2009230967A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shimizu; 和夫清水
Original assignee: TOUKI CORP
Current assignee: TOUKI CORP
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】繊維製品（樹脂成型品も含む）の難燃化処理に関し、火災の発生を低下及び遅延させること、及び発生する有毒ガスの二次災害をも軽減すべく、既製品にそのまま付着させるだけで難燃処理を充実させ、不測の火災の遅延，弛緩，軽減させることにより、その被害を低減させることを、簡単に行うことのできる処理用組成物を開発する
【解決手段】主成分として硫酸塩，炭酸塩，リン酸塩，珪酸塩，硝酸塩，塩化物（塩はＮａ，Ｋ，ＮＨ_４，Ｃａ，Ｍｇ，Ａｌ、並びにスルファミン酸塩，グリコール酸塩，酒石酸塩，アジピン酸塩，乳酸塩，グルコン酸塩，ヒドロキシカルボン酸塩，サリチル酸塩，コハク酸塩，重硫酸塩（Ｋ，ＮＨ_４，Ｎａ，ＭＥＡ，ＤＥＡ，ＴＥＡ，ＭＩＰＡ，Ｍｇ）と併用した混合物）に、副成分として水溶性界面活性剤の２種以上の成分をバランスよく水溶液（ソリューション）とし、必要により第三成分として多価アルコールを含ませ、ｐＨを中性〜弱アルカリ性（６〜１０）にコントロールした、難燃性処理用組成物を完成させたものである。

Description

技術の分野

本発明は繊維製品のアフター処理として、難燃性を付与することができる難燃処理組成物に関し既製の繊維製品に塗布又は含浸するだけで繊維の難燃性，耐火性を改良するものである。

繊維自体の難燃化に関しては、無機又は有機系の双方に多数あるが、難燃加工に優れても有害ガスの発生，当該薬品の高コスト，取扱いの制約などの問題点があり、高コスト化や大幅施工の見直しなどの問題もあり、その対策が望まれるところである
また有機系の物は高コストに加えて均一化や施工にいくつかの課題が集中して現実的なものが無く、処理した物が油性，酸やアルカリなどの場合、また使用自体の管理が制限されており自ずと限りがある。

加えて施工された繊維製品が大きく物性を損なえば、商品化に適さない。
特に設備などの繊維製品としての耐火，防炎などの処理、あるいは既に完成した繊維製品を改良難燃処理するものが多く、プレケアとして簡単でローコストの難燃処理が望まれている。
また耐火性，安全性が優れ、アスベストや石膏，硝酸塩のような危険度が発覚してしまった物もあり、コストと安全性が極めて高いファクターとなり、プレケア難燃加工が困難であることを示している。
また、たとえ着火しても途中で燃焼を停止する、所謂自己消火性も肝要である。

近年の建築物や内装品（インテリア）は所謂難燃化したものが多く、火災時に毒ガスや異常成分の発生も懸念されている。

発明の関係

発明が解決しようとする課題

本発明が繊維品の難燃度を改良するものとしてプレケア（前処理）で当該製品を難燃化する方法であり、しかも安全にローコストで簡単に水性加工ができる事を以下に示す。

従来は前処理に耐火性の良いシリカ系，リン系のものが多く利用されているが、水中での安定性とｐＨや電解質によって製品がばらつく恐れが大きく、歩留まりが悪く均整のとれないものが出てくる可能性もある。最近では水ガラスは１８世紀ゲーテの文集にも出てくる防火剤として利用されてきたが、繊維加工性は付属するＮａ_２Ｏの反応でアルカリが強く、繊維の物性を変えてしまうものがある。
また無定形シリカのコロイド体も物質として流用されてきたが、水中安定性が乏しく、ソルベント，電解質などの介入を妨げる力があり、有効な物質が見当たらなく、改良しても大幅なコストアップとなり見合わない。所謂一連のシリカゲルなどは補助用としては良いがメインには向かない。

従来の汎用品として、水ガラス以外にタングステン酸ソーダ，リン酸ソーダ，硼砂，硼化アンチモン，塩化スズ，塩化アンチモンがＢ，Ｓｎ，Ｐ，ハロゲン系化合物に、Ｂｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｌ，Ｗ，Ｓｂなどの化合物があり、これらが中心となっているが、一方ではレアメタル，レアエレメントなどの資源の確保も必要で将来性は望めない。
有機系については加工コストが大幅に上昇しても省資源やエコロジーの観点から問題化されてきている。

課題を解決するための手段

本発明はセルロース中心の繊維やＰＥＴ，ナイロン，ＰＶＣ，アクリル，ＰＰ，ＰＥ，ＰＳ，レーヨン，ＰＶＡ，ＰＶＢなどの繊維体に必要なものとして、まず吸水性を良くすることと、均一に処理剤が行渡ることを考えて、まず吸水性の親水性界面活性剤を組み入れることとして、その加工性と安定性，安全性に作用し、海水やマグマに豊富に含まれる（つまり地球の成分）Ｍｇ，Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，ＮＨ_４など安定性が好ましいことを突き止めた。
つまり親水性のアルコール分子（−ＯＨが２基以上）が水中で共有性を良くし、共有溶解性に注目し、中でも硫酸のＮＨ_４，Ｎａ，Ｋイオン、硝酸のＮＨ_４，Ｎａ，Ｋイオン、塩酸のＮＨ_４，Ｎａ，Ｋ塩が優れていることを発明した。それ以外の塩類も好ましいがｐＨが６〜１０（中〜弱アルカリ性）と１０％以上の水溶液として安定であること（特に工業化の条件として炭酸塩との共有）。

具体的には無機塩として硫酸，塩酸，硝酸，ケイ酸，炭酸のＫ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃａ，ＮＨ_４の塩類である。特に硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４），硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４），塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２），炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３），リン酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_３ＰＯ_４）が第一であり、その他の塩化ナトリウム，塩化カリウム，塩化アンモニウム，硫酸アンモニウムらが強い。
つまり水中でＭ^{＋（１〜３）}イオンを解離する電解質であって無機系のものであるということであり、これらは元来海水，地中，その他天然物として存在するものであり、資源，エコロジーの点からも、対人間への影響や安全性，経済性からも有利な物質群である。
つまり可燃物の火力について、本発明が燃焼を制御または低下すること、及び着火してもそのプロセスでＣＯ２の消火物としての自己消火性（自消性）の機能を発揮させたものである。
当該無機塩はできるだけｐＨが中性近辺であり、乾燥した時に潮解性や風解性を生じにくいことが必要であると共に、自己消火性を向上させるために、スルファミン酸，酒石酸，アルミン酸，グルコン酸，グリコール酸，希硫酸，アジピン酸，コハク酸，フタル酸，サリチル酸，ヒドロキシカルボン酸，乳酸などのアンモニウム塩，アルカノールアミン塩，ナトリウム塩，カリウム塩が優れている。
この原因は、多分に存在する窒素（Ｎ）原子の存在が寄与しているものと考えられる。これらの塩類は任意の割合で配合すればよく、必要に応じてｐＨを５〜１０あたりに調整することにより、組成物の外観や臭気が改良されることがある。
一つの例として、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）を１０〜１５ｗ％、スルファミン酸アンモニウム（ＮＨ_２ＳＯ_３ＮＨ_４）を５〜１０ｗ％、ｐＨ８．５をベースにして、ダブル塩を要諦となす。
親水性界面活性剤は分子が親水基を有し、ＨＬＢが７以上のアニオン，カチオン，ノニオン，両性のどれとでも上記電解質との相性が要である。

本発明は水溶液を対象材へ被着すればよく、水溶液の濃度をコントロールして、その固形分を調整することが有利である。
無機の塩類に多価アルコールがバインダー兼キャリアとなり有効に対象材へ吸着される。
多価アルコールは電解質の中で共に補完しあって強力な皮膜を形成する。

発明の効果

本発明の組み合わせの最大の利点は、まず安全性と原料自体が安価で供給ソースが海水や食品素材のバイプロダクトであり安定していること。有害有毒物の心配は一切無く食用グレードであること。つまり一般の家庭用品から、広く産業用まで安心して提供できる。二次汚染の心配がなく、環境対応型の商品である。集合施設や病院，列車などで火事の発生があっても二次災害が軽減できることである。
不完全燃焼しても有害ガスの発生は殆どなく、不測の事態に対応できる。
またノンウォーターの粉末ブレンドにして提供し、現場で適宜水で希釈してもよい。
防火や火災の二次災害を防ぐ上で本品を携帯すればインスタントに難燃加工ができ、その用途に限りが無い。
まさに自然と人との関わりあいの中で発生した事件（火災を含む）の緩和剤になると考えられる。

一般消費者の防災の関心を引き起こすイニシエイターになる。
その調合液はソリューションの形を成しているので、粒子が小さく（μｍ以下）、施工が均一にできる事が可能である。

本発明は第一に水溶液の形で準備される。当該水分は特定しなくてもよく、水道水，工業用水，天然水，ミネラル水，地下水なども可能である。
第一成分の硫酸塩，硝酸塩，リン酸塩，ケイ酸塩，炭酸塩，塩化物のＮａ，Ｋ，ＮＨ_４，Ｍｇ，Ｃａ，Ａｌ塩が可能で、とりわけＮａ，Ｋ，ＮＨ_４塩が優れている。当該塩は水中の電解質やソルベントに安定で水とのなじみがよく、水溶性界面活性剤が上記成分と同化してソリューションを形成する。
使用濃度は各成分によって異なるが、商品としては５〜４０ｗ％、１５〜３０ｗ％が望ましい。これらの２種以上を混合すると相乗効果もある。
これらの不可欠な２成分の水溶液はｐＨとして６〜１０．８となる。強アルカリや強酸塩はそれら自体が火気に対してアクティブであり、当該成分は取扱いや周囲への影響や対象物損傷が少ないからである。
本発明の中心である第一，第二成分の水溶液のｐＨは５〜１０．８であり、７〜９が更に好ましい。
その中和塩は熱エネルギーを吸収する力があり、本発明の第二の成分として親水性の界面活性剤が必要である。特に主成分が高い電解質であり、塩析しないものを必要とする。
例えば、ＬＡＳ（アルキルベンゼンスルホン酸塩），ＡＥＳ（エーテルアルキル硫酸塩），ＡＳ（アルキル硫酸塩），ＳＤＳ，アルキルグルコシド，アルキルアミンオキシド，アルキルベタイン，アルキル脂肪酸アミドＥＯ付加物（ＥＯ：２〜１０，塩化ベンザルコニウム，エトキシジメチルラウリルアンモニウムクロライド）などの耐塩性のものが０．２〜１０ｗ％含まれる。
これら第一〜第二成分が本発明の絶対条件で、第三成分として水溶性多価アルコールはグリセリン，ポリグリセリン，ソルビトール，キシリトール，１．３ＢＧ，ＰＧ，ＰＥＧ（２００〜６００），ＨＧ，ＤＰＧ，が一般的で、−ＯＨが２基以上のものが塩析にも強く、耐発熱性もよく揮発や蒸散しにくいので、特にグリセリン，ソルビトール，ＰＧ，ＰＥＧ（４００〜８００），ＤＰＧが好ましい。当該成分は第一成分の補助剤としてのファクターが強く、２〜１５％つまり第一成分の１／３〜１／５位入れれば十分であり、多く入れると可燃性を誘発することも考えられる。
通常は水溶液（ソリューション）の形で作製する。
時にはそれぞれ粉末のまま混合し、適宜水に溶かして処理することも可能である。
本発明のソリューションに必要に応じて着色料，蛍光剤，アロマ成分，その他安定剤や難燃性エイドを加えることを妨げない（例えばコロイダルシリカやアルミナゾル、Ｚｎ，Ｔｉ，Ｂａ，Ｓｉ，Ｗの硫酸塩も加えることができる）。

本発明は対象体に含浸，塗布，吸収などの方法で付着させる。
その数値は対象体の材質や用途に支配される。特に対象材の着炎時間の関係も有意義を生じる。（例：羊毛とポリエステルは４倍以上）
含浸法は吸水性の繊維には概ね２０〜７０ｇ／ｍ^２、塗布法は２７〜４７ｇ／ｍ^２をベースとする。ドライニング（速乾）自然日光法，風乾法，ヒートドライヤー法，温風法，ＩＲ照射法，レーザービーム法により完成される。

難燃性を確認検査する方法として、簡易法とミクロバーナー法でダブルチェックして性能の判定をする。
簡易法は対象布地など（処理済のもの）にライターの炎を１０ｍｍ下方から当て、０秒，５秒，１０秒，２０秒，３０秒（５ステージ）の発火の状況を観察する。
１０秒を超えたものを第一次通過品としてミクロバーナー法でテストをする。
ミクロバーナー法の難燃条件をクリアした物を合格品とし、必要により第三者公的機関の検定を受ける。

発明の効果

本発明は対象物（繊維やプラスチックなど）に対して塗着，含浸などの方法によってその組成物成分を含有させることにより、難燃化を改良する。特にＣＯ_２の発生を促すことにより、燃焼のスピード，スケール，燃焼量を制御できる。
その対象物自体に働きかけることにより、難燃度を１０〜１５％改良できる。
既製品，既製材，既設設備に対して事後的利用が可能になることによって、そのニーズは大幅に拡大する。少なくとも泡状より難燃性は向上し、家庭用品から業務用まで、カーペット，カーテン，フィルター，壁紙，フローリングにも適応できる。
しかも安全性はそれぞれ食用または準食用として常用されているもので、その原料ソースも海水，動植物油脂など極めて安心安全なものであり、副作用も認められない。
本発明の成分組成はそのまま空気中や食品などに噴霧しても有害性はない。いつでもどこでもシンプルに簡単に利用できることも大きな特徴である。
また河川や林野に排出しても自然環境を汚染することのない、まさにエコプロダクトである。
本発明の組成物は成分性質から幅広く防炎補助品として広大なニーズに対応して、救命救急防災の一助品として活躍することが期待される。
以下、本発明の内容に対して試作品を作製し具体的な実施例をあげて証明する。

実施例１
以下の組成からなる難燃剤に対し、そのいくつかの性能を検討した

前記（表１）のサンプルを用い、
（ア）：レーヨンシート（２５ｇ／ｍ^２）
（イ）：ポリエステル６５％＋綿３５％の布（４０ｇ／ｍ^２）
について、作成液を
（Ｘ）：３０±２ｇ／ｍ^２
（Ｙ）：４０±３ｇ／ｍ^２
含ませ、テストピース（３ｍ^２）を作製した。
（テスト−１）は作製液を４０℃，３０日及び−１０℃，３０日放置した物の外観を検査し
◎：優れている
○：少し分離（固形分晶出）
×：凝析または晶出あり
（テスト−２）は原液をＪＩＳＫ−３３６２によりｐＨを測定した。
（テスト−３）は黒色ビニールのフィルムにそれぞれの原液を２０ｍｍφ径の円形に滴下し、放置して乾燥後の状態と外観を確認した。水をブランクとする。
○：殆ど変わらない
△：少し白い薄片あり
×：白化した物あり
（テスト−４）はＪＩＳＬ−１０９１のＡ法（燃焼試験）のＡ−１法（ミクロバーナー法，１分加熱）により評価した（４項目）。
（１）：炭化面積［ｃｍ^２］，（２）：残炎時間［ｓｅｃ］，（３）：残じん時間［ｓｅｃ］，（４）：炭化距離［ｃｍ］で、
（１）：３０以下，（２）：３以下，（３）：５以下，（４）：２０以下を合格とする。（小数点以下切り上げ）

実施例２
以下の組成品を作製し、燃焼テスト（Ａ−１法）と（Ｂ法）にて測定し、その判定を行った。

ＪＩＳによるＡ−１法及びＢ法の難燃試験を実施し（ｎ＝３の平均，小数点切り上げ）、その結果を下表に示す。

以上の通り、本発明品の作製は一つの目安として明らかに難燃性を有していることが証明されている。そればかりか、本発明の成分の安全性は、一時日用品にも利用されている極めて安全性の良い物ばかりで構成されていることも見逃せない。

Claims

（１）硫酸塩，リン酸塩，ケイ酸塩，硝酸塩，炭酸塩，塩化物（塩のベースはＫ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃａ，ＮＨ４^＋）を少なくとも１種以上、５〜４０ｗ％
（２）親水性界面活性剤を０．２〜１０ｗ％
これら２種を含んでｐＨが４〜１０にある水溶液状の難燃性処理用組成物
（１）硫酸ナトリウム，硫酸カリウム，硫酸アンモニウム，硫酸マグネシウム，硫酸アルミニウム，からなる１種以上の硫酸塩、及びスルファミン酸塩，蓚酸塩，アルミン酸塩，酒石酸塩，重硫酸塩，乳酸塩，ヒドロキシ酢酸塩，グルコン酸塩，アジピン酸塩，グルタル酸塩（Ｎａ，Ｋ，ＮＨ_４，アミン，Ｍｇ，Ｃａからなる塩類）を少なくとも１種以上（５〜４０ｗ％）
（２）ＬＡＳ，ＡＳ，ＡＥＳ，ＳＡＳ，アルキルグリコシド，アルキルアミンオキシド，エーテル化ソルビタン，脂肪酸エステル，アルキル脂肪酸エステル（ＥＯ２〜１０ｍｏｌ），ポリオキシアルキルエーテル，アルキルアミンオキシド，アルキルアミド，プロピルベタインアミンオキシド，アルキルベタイン，アルキルエーテル脂肪酸（ＥＯ５〜１５ｍｏｌ）からなる界面活性剤
（第３成分として０．２〜１０ｗ％）
必要により多価アルコール（ＰＧ，ＥＧ，１．３ＢＧ，ソルビトール，ＨＧ，グリセリン，ＤＰＧ，ＰＥＧ（２００〜６００），乳酸ソーダ）を第４成分として０．２〜１０ｗ％
（３）これら４種を含んだｐＨが５〜１０の水溶液状の難燃性処理用組成物