JP2011518914A - 難燃剤組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物を提供する。
【解決手段】本発明は、可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物、その調製方法及び難燃剤の使用に関する。難燃剤組成物には、臭素化合物やホウ素化合物は含まれない。難燃剤組成物は、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物の少なくとも一方を含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物、その調製方法及び難燃剤の使用に関する。難燃剤組成物には、臭素化合物やホウ素化合物は含まれない。難燃剤組成物は、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物の少なくとも一方を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物、その調製方法及びその使用に関する。
現在の難燃剤市場には、多年にわたり、種々の臭素化合物を含む製品が数多く流通している。臭素は、環境へのリスクが高く、人体にも安全と言えないような、既存の最も毒性の強いハロゲンの１つである。とりわけ、臭素系難燃剤製品にはダイオキシンが含まれており、ダイオキシンは長期間にわたってヒトのゲノム（ＤＮＡ）を突然変異させてしまうことがある。
臭素系難燃剤は、これほどまでに大きな被害をもたらすものであるので、世界中の多くの国や地域で臭素系難燃剤の見直しについての議論がなされている。欧州連合は、遅くとも２０１２年には臭素系難燃剤を廃止し、環境にやさしい製品に置き換えることを既に決定している。スウェーデン一国だけでも約７０の臭素系難燃剤ブランドがあるが、これらは全て最終的には禁止されることになる。さらに、アップル（登録商標）社は、遅くとも２０１２年までに臭素系難燃剤を使用禁止にすることを打ち出している。
コペンハーゲンの「王国病院（Rigshospitalet）」で行われた研究からは、難燃剤の使用と男性生殖器の奇形との間に相関関係があることが明らかになった。
ストックホルム北部郊外のソルナにあるカロリンスカ研究所で行われた研究からは、臭素系難燃剤と成人及び小児に対する脳障害との間に相関関係があることが明らかになった。
そこで、有毒な難燃剤に代わる環境にやさしい代替難燃剤が長年必要とされていた。臭素系難燃剤に関しては特許文献１に記載されている。
別の難燃剤成分は、ホウ酸などのホウ素化合物／組成物であるが、これらは高価でありかつ不足している。さらに、ホウ素は今までに認識されているものに比べて毒性が大きいことが懸念されている。地方都市の当局は、難燃剤中にホウ素を使用することを好ましいと思っておらず、その理由は、いつかはホウ素系難燃剤が下水管に行き着き、そこでホウ素が他の化学物質と反応しかねないからである。
そこで、難燃剤のホウ素化合物を別の何かに置き換えるインセンティブが働くが、そのことは非特許文献１の論文で指摘されている。この論文には、難燃剤としてリン酸三ナトリウム及び硫酸アンモニウムをホウ砂及びホウ酸と混合することが開示されている。しかし、非特許文献１にはホウ素化合物の部分的な置換だけが開示されており、ホウ素化合物を全部置換することは開示されていない。さらに、非特許文献１には非特許文献２の論文が引用されている。
Day, M and Wiles, D. M;" 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), Vol. 6, pages 20-27
E. V. Anderson, Boric Acid Future in Insulation Uncertain. Chem. and Eng. News 56, (15) 11 (1978)
本発明は、上記した問題を回避するために、臭素化合物やホウ素化合物を含まずに、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムのみを含む難燃剤組成物に関する。
よって、本発明は、可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物を提供する。本発明の難燃剤組成物は、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物の少なくとも一方を含み、かつ臭素化合物及びホウ素化合物を含まない。
本発明の一実施形態では、硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物は、固体組成物を構成する。
別の実施形態では、硫酸アンモニウム、リン酸水素二ナトリウム及び水を含有する水性混合物は、液体組成物を構成する。
さらに、本発明は、可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物を調製する方法を提供する。本発明の方法は、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムを混合するステップ、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物を混合するステップの少なくとも一方を含み、かつ難燃剤組成物は臭素化合物及びホウ素化合物を含まない。
一実施形態では、硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物は、固体組成物を構成する。
さらなる実施形態では、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物は、液体組成物を構成する。
さらに、本発明は、環境負荷の少ない組成物からなる難燃剤を提供する。本発明の組成物は、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物の少なくとも一方として、可燃性材料を保護するために使用され、臭素化合物及びホウ素化合物を含まない。
一実施形態では、硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物は、固体組成物を構成する。
別の実施形態では、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物は、液体組成物を構成する。
さらなる実施形態では、硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物は、プラスチックに浸透させるために使用される。
さらに別の実施形態では、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物は、木材を含浸するために用いられる。
なおも別の実施形態では、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物は、布帛を含浸するために用いられる。
さらにもう１つのなる実施形態では、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物は、金属材料または金属合金を含浸するために用いられる。
表の簡単な説明
以下の表は、本明細書の説明を通して参照される。
表１は、発熱及び煙生成を調べる試験を行った材料を示す。
表２は、表１の材料に関して試験中に記録された測定値を示す。
表３は、表１の材料に関するさらなる試験結果を示す。
表４は、難燃剤で処理した綿布に関する試験結果を示す。
表５は、難燃剤で処理しなかった綿布に関する試験結果を示す。
これらの表は、本明細書の最後に載せてある。
以下の表は、本明細書の説明を通して参照される。
表１は、発熱及び煙生成を調べる試験を行った材料を示す。
表２は、表１の材料に関して試験中に記録された測定値を示す。
表３は、表１の材料に関するさらなる試験結果を示す。
表４は、難燃剤で処理した綿布に関する試験結果を示す。
表５は、難燃剤で処理しなかった綿布に関する試験結果を示す。
これらの表は、本明細書の最後に載せてある。
単語リスト
上記の表に関連して、表中で用いられている省略形及び変数を説明する単語リストを添付する。
上記の表に関連して、表中で用いられている省略形及び変数を説明する単語リストを添付する。
本発明は、臭素化合物やホウ素化合物を含まないが、硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムのみを含む難燃剤組成物に関する。さらに、本発明は、可燃性材料を保護するための環境負荷の少ない難燃剤組成物を提供する。従って、本発明の１つの組成物は、固体／粉末状化合物として所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物を含む。
本発明の別の組成物は、液体組成物として所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物を提供する。
或る好適実施形態では、２つの塩すなわち硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムからなる水性組成物には、３〜７％の量の硫酸アンモニウムと、３〜７％の量のリン酸水素二ナトリウムと、約８０〜９０％の水とが含まれる。この組成物はｐＨ値が７．６であり、このことは難燃剤溶液にアンモニウムが溶解している可能性を示しているが、理論的には最大で２％までの量でしかない。液体として、難燃剤は沸点が１００℃であり、無色透明な液体である。
別の好適実施形態では、本発明の難燃剤が固体の状態及び／または粉末／粒状であるとき、混合して組成物にすると合計が１００％になるように、４０ないし６０％の量の硫酸アンモニウムと、４０ないし６０％の量のリン酸水素二ナトリウムとが含まれる。これは、２０℃で最大７．５％水に溶け、その熱分解温度は２４０〜２８０℃である。
上記した固体及び液体の難燃剤組成物はいずれも、臭素化合物及びホウ素化合物を含まない製品である。
難燃剤の目的は、火災の発生を防ぎかつ／または遅らせることである。難燃剤は、火災の発生を１２ないし１５分間防止できなければならない。従来型の難燃剤としていわゆる臭素系難燃剤が使用されている。臭素系難燃剤は、目下のところ最も環境に非常に悪い影響を及ぼす可能性があるものの１つであり、長期間にわたってヒトのＤＮＡの突然変異を引き起こしかねない。
全世界での１日当たりの火災死者数は約５５０，０００人である。火災は、死亡が伴う事故原因のうちで４番目に多い。それゆえ、防火措置を講じる必要性は高まっており、難燃剤業界は、環境を破壊しない防火に変えるように強い要請を受けている。本発明の難燃剤は、非常に環境にやさしい。本発明の難燃剤は、食品に分類されている２つの塩すなわち硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムをベースとしているので、飲むことさえもできる。
難燃剤としての本発明の塩に対して、数多くの試験が、認定研究所であるスウェーデン王国ボラスのスウェーデン王国ＳＰ技術研究所（Statens Provningsansatalt）において行われた。全ての試験において、建築材料などのブース用布帛及び表面化粧材を試験し、良好な結果を得たが、これについては以下の説明でさらに詳しく述べる。１つの試験結果においては、本発明の難燃剤は、建築材料を選択するときに建設業者のためのガイドラインとして適用されるスウェーデンの建築材料基準を満たしていた。本発明の難燃剤は、毒性がないので環境にやさしい。
本発明の難燃剤を含浸した材料を加熱するとき、難燃剤に含まれる塩との強力な反応が生じる。炭素の層が形成され、この層が酸素を抑制する。酸素がなければ火災が発生しないことはよく知られている。ティッシュペーパーや布帛などの種々の材料に対する試験によれば、本発明の難燃剤で処理した材料に火がつくことはほとんど起こり得ないことが分かっている。
ＳＰは、複数回の試験を行い、その全てが良好な結果に終わった。難燃剤を塗布した布帛に、６回の燃焼試験、すなわちＳＩＳ ６５ ００ ８２の基準に準拠する試験を行い、火がつかなかったので、ＳＰはこの材料を難燃材料に分類した。
この他に、木材、軟質板、パーティクルボード、及び合板（いわゆる表面化粧材）の各材料についても試験を行った。通常、これらの材料には、耐火性を最大にするように本発明の難燃剤を高圧含浸しなければならない。しかし、これらの材料は、ＳＰでの試験中に浸しただけであるが、スウェーデンの建築基準に準拠する試験に合格した。
現在、難燃剤を添加したプラスチックの燃焼試験が数多く行われている。これらの試験は、２０１０年に終了することになっており、試験結果に基づいて、世界中でプラスチック製造時の難燃剤の使用が定められることになる。２００７年、スウェーデン国内において、火災死亡者は１０４人、建物火災は１日に約１．５件であった。最近のプラスチックの使用増加により、火災発生までの時間が、過去５０年の間に、１５分から３分に短縮された。
本発明の難燃剤は、粉末／粒状の形態で、プラスチック製品の製造中にプラスチック材料と混合されるので、プラスチック製品に埋め込まれることになり、製造された製品は難燃剤として機能する。
図１は、ＳＰにおいて本発明の難燃剤で処理した試験体を一定レベルの輻射熱を照射することによって試験を行うために用いられるコーンカロリーメータ１０を概略的に示す。試験中に用いた試験体（試料）を添付の表１に示す。ＩＳＯ ５６６０−１に準拠するコーンカロリーメータ１０を用いて、０．１×０．１ｍの試験体を一定レベルの輻射熱に晒す。その結果、試験体の表面が加熱され、試験体から生成される熱分解ガスに、外部スパーク点火器１６により着火させる。ガスは、排気フード２０によって集められ、排気ブロワ２６によって排出される。
コーンカロリーメータはロードセル１２から構成され、ロードセル１２上には試料１４が置かれる。コーンヒータ１８によりガスをスパーク点火器１６から排気フード２０まで誘導する。符号２２は、ガス試料の採取部を示す。コーンカロリーメータは、温度測定器を含むレーザ消炎ビーム２４を有し、符号２８を付した場所で温度及び差圧が測定される。
発熱速度（ＨＲＲ）は、排気ダクト内の流量と酸素濃度から算出される酸素消費量の測定により決定される。上記したように、試験体１４は、試験中にロードセル１２上に置かれている。試験体１４の外縁は押さえ枠で覆われ、レーザシステム２４によって煙生成速度が測定される。
ここで、表２を参照されたい。ＩＳＯ ５６６０に規定されている試験体（試料）の数は３個であるが、そうする代わりに、各材料、すなわち、軟質板（試料Ａ）、パーティクルボード，ライト（試料Ｂ）、合板（試料Ｃ）及びパーティクルボード，ダーク（Ｄ）に対して、各１回しか試験を行わなかった。それゆえ、分類または承認の唯一の根拠として表２を用いることはできない。ＣｏｎｅＴｏｏｌｓ（ソフトウェア）によるシミュレーションは、言及した認定試験の一部ではない。
全ての製品を、輻射強度３５ｋＷ／ｍ２で試験した。シミュレーションソフトＣｏｎｅＴｏｏｌｓは、ＩＳＯ ５６６０試験結果に基づくＥＮ １３５０１−１に準拠する分類を示す。ＦＩＧＲＡ値及び分類を含む試験結果の概要を表２に示す。ＥＮ １３５０１−１に準拠する最終的な分類は、煙生成及び燃焼滴下物／焼残物にも基づくが、それはＣｏｎｅＴｏｏｌｓによって考慮されないことに留意されたい。
スウェーデンの建築基準によれば、クラスＢｒ２及びＢｒ３の建築物の壁及び天井の表面材は、Ｃ−ｓ２，ｄ０またはＤ−ｓ２，ｄ０の性能を有していなければならない。クラスＢｒ１の建築物の避難路では、Ｂ−ｓ１，ｄ０及びＣ−ｓ２，ｄ０の性能が求められる。
表３の試験結果は、ＩＳＯ ５６６０−１：２００２及びＩＳＯ ５６６０−２：２００２に従って得られたものである。試験した製品は、本発明による水性難燃剤であった。表２中の全ての材料を難燃剤に４８時間浸し、次の試験仕様で試験を行った。輻射強度：３５ｋＷ／ｍ２、較正定数（Ｃ）：０．０４２２２１ｍ１／２ｇ１／２Ｋ１／２、向き：水平、下地材：試験標準で要求される不燃性下地材以外はなし、固定：下地材の上に製品をゆるく載置、注記：押さえ枠を使用。符号＊は、試験した試験体が着火しなかったために着火データがないことを、符号＊＊は発熱データがないことをそれぞれ示すことに留意されたい。試料Ａ及びＤの煙生成は、測定誤差のせいで推定値を僅かに下回った。図４及び図５を参照されたい。
図２は、本発明による難燃剤を塗布しかつ輻射強度３５ｋＷ／ｍ２で試験を１回行った試料ＡないしＣの発熱速度のグラフを示す。
図３は、本発明による難燃剤を塗布しかつ輻射強度３５ｋＷ／ｍ２で試験を１回行った試料Ｄの発熱速度のグラフを示す。
図４は、本発明による難燃剤を塗布しかつ輻射強度３５ｋＷ／ｍ２で試験を１回行った試料ＡないしＣの煙生成速度のグラフを示す。
図５は、本発明による難燃剤を塗布しかつ輻射強度３５ｋＷ／ｍ２で試験を１回行った試料Ｄの煙生成速度のグラフを示す。
表４は、本発明の難燃剤を噴霧により綿布に塗布したときに難燃剤がどのように反応したを示している。未処理の綿布は公称単位面積当たり重量が１５５ｇ／ｍ２であり、難燃剤で処理した綿布は公称単位面積当たり重量が１７５ｇ／ｍ２（乾燥重量）である。スウェーデン王国住居庁（Ｂｏｖｅｒｋｅｔ）発行のスウェーデンの規定（common advices 1993:2）によれば、平均値を計算するときには結果が最も悪かった試験を無視することになっているので、平均値を計算するときに試験番号３を除外した。温度（２０＋５／−２）℃、相対湿度（６５±２）％の条件下で、約０．４ｍｍ、単位面積当たり重量約１７５ｇ／ｍ２の試験体の試験を行った。試験に先立ち、洗濯またはドライクリーニングで前処理を行うことはしなかった。
最後に、本発明の難燃剤で処理しなかった綿布についても、同一条件下で試験した。試験結果を表５に示す。難燃剤を噴霧しなかったので、布の重量は１５５ｇ／ｍ２であった。
表４と表５の結果を比較すると分かるように、本発明の難燃剤は、臭素化合物またはホウ素化合物を用いずに、非常に良好な防炎性を提供する。
本発明は、上記した例及び所与の実施形態に制限されるものではない。当業者は、さらなる可能な実施形態を添付の請求項にから得ることができる。
Claims (13)
- 可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物であって、
所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物の少なくとも一方を含み、かつ臭素化合物及びホウ素化合物を含まないことを特徴とする難燃剤組成物。 - 前記硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物が、固体組成物を構成することを特徴とする請求項１の難燃剤組成物。
- 前記硫酸アンモニウム、リン酸水素二ナトリウム及び水を含む水性混合物が、液体組成物を構成することを特徴とする請求項１の難燃剤組成物。
- 可燃性材料を保護するのに適しかつ環境負荷の少ない難燃剤組成物を調製する方法であって、
所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムを混合するステップ、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物を混合するステップの少なくとも一方を含み、かつ前記難燃剤組成物が臭素化合物及びホウ素化合物を含まないことを特徴とする方法。 - 前記硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物が、固体組成物を構成することを特徴とする請求項４の方法。
- 前記硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物が、液体組成物を構成することを特徴とする請求項４の方法。
- 環境負荷の少ない組成物からなる難燃剤であって、
前記組成物が、所定量の硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物、または所定量の硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する所定量の水性混合物の少なくとも一方として、可燃性材料を保護するために使用され、かつ臭素化合物及びホウ素化合物を含まないことを特徴とする難燃剤。 - 前記硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物が、固体組成物を構成することを特徴とする請求項７の難燃剤。
- 前記硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物が、液体組成物を構成することを特徴とする請求項７の難燃剤。
- 前記硫酸アンモニウムとリン酸水素二ナトリウムの混合物が、プラスチックに浸透させるために使用されることを特徴とする請求項７の難燃剤。
- 前記硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物が、木材を含浸するために用いられることを特徴とする請求項７の難燃剤。
- 前記硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物が、布帛を含浸するために用いられることを特徴とする請求項７の難燃剤。
- 前記硫酸アンモニウム及びリン酸水素二ナトリウムを含有する水性混合物が、金属材料または金属合金を含浸するために用いられることを特徴とする請求項７の難燃剤。
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