JPS6211792A - 難燃剤及び難燃木質物 - Google Patents

難燃剤及び難燃木質物

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JPS6211792A
JPS6211792A JP61039143A JP3914386A JPS6211792A JP S6211792 A JPS6211792 A JP S6211792A JP 61039143 A JP61039143 A JP 61039143A JP 3914386 A JP3914386 A JP 3914386A JP S6211792 A JPS6211792 A JP S6211792A
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flame retardant
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retardant
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JP61039143A
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Sei Umehara
梅原 瀞
Hisaomi Yamamoto
山本 久臣
Nobuo Kobayashi
小林 暢生
Tsutomu Imai
勉 今井
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Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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    • C09K21/12Organic materials containing phosphorus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27KPROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27KPROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火で加熱したときに強力な難燃性のある炭化
発泡性断熱層を木材の表面に形成しうる、耐ウェザリン
グ性のある常温硬化型表面塗装用難燃剤及び難燃木質物
ら関するものである。
木質物は古くから家具や建材として広範囲に使用されて
米だが、最近その本質的欠点である可燃性に対する各国
での防災基準が強化されて米だにもかかわらず、木質物
の効率よい、経済的な耐候性のある難燃化の技術の開発
が遅れており、これが木質物に対する需要の連年世界的
に減退する大きな原因となっている。
本発明の目的は、このような問題に対する有力な解決を
与えることにある。
木質物を難燃化するだめの一つの方法としての表面塗装
法、すなわち刷毛塗り、ハンドロールコーティング、ス
プレー、液中への浸漬などに依り表面塗装する方法は、
もう一つの方法である減圧後圧入処理法と比較して下記
のような特徴を有している。
以上の如く、減圧圧入処理法は高価な圧力容器を用いて
木材の導管の如き内部構造に難燃剤液を圧入するが、乾
燥に手間がかかり、且つ建築現場での施行が事実上不可
能である。一方、表面塗装方法は極めて高効率であるが
、この方法が普及しないのは、完全な耐ウェザリング性
のある難燃塗装処方が確立していなかったことが原因と
思われる。
このように処理工程の複雑さ、低能率、及び高価な設備
投資にもかかわらず、木材の耐、フェザリング性のすぐ
れた難燃加工は依然として減圧圧入処理方法が一般的で
ある。事実、本発明者等は、セルローズ繊維の公知の防
炎加工方法のうち、例えば英国特許第1,011,57
2号などに記載された、ノアルキルホスホノブロピオン
アミドのメチロール化物やこれらの同族体を使用する方
法を参考として、耐水性や耐ウェザリング性が特にすぐ
れた木質物への常温硬化性の難燃処方の確立を目ざして
研究したが、下記する各参考例に示すごとく、容易には
その目的を達することができなかった。この原因として
は次の三点が挙げられる。
第一の原因は、天然木材と充分に精練されたセルローズ
繊維との化学組成上の大きな差異に加えて、形態学的及
び植物解剖学的な面での両者の大きな差異による、使用
された難燃剤の作用機構や吸着形態の差異によるものと
信じられる6Nえば、米国特許第2,927.050号
では、次のように説明されている:繊維質基材において
は、実質的に独立した繊維が一緒に絡み合って、それら
の表面全ての間で毛管現象により水性媒体で充填するこ
とができる間隙を与える。各N&維は比較的少量のセル
ロースを含有しており、これらからなる材料は比較的低
い点火温度を有している。しかしながら木質基材におい
ては、セルロース1PSm維は互いに結合して毛管現象
をほとんど受けない比較的不浸透性の塊を形成する。−
片の木材はこれが含有する表面積の量に比較して小さな
表面積を有し、かつ比較的高い点火温度を有している。
これらの因子のために、繊維質親水性有機材料を防炎化
する防炎剤は木材を防炎化しないようである。何故なら
ばその燃焼を妨げる能力がそれが木材の点火温度まで加
熱されるときまでに破壊されてしまうらしく、セして/
または非揮発性物質を一片の木材量中に浸透させるのが
困難であるからである。
一般に、木質基材を難燃剤で含浸させることはこの分野
で知られている。米国特許第3,398゜019号は、
含浸は木質繊維の断熱に満足できる程度の難燃性を付与
するよう行なわれなければならないと主張し、且つ「知
9うる限9では、この。
原版を含fiする化学難燃剤の使用によってのみ、難燃
性等級を保証できる商業的に受は入れられる建築材料が
製造されうる。」と述べている。
第二の原因は、100℃以下の硬化条件では難燃剤と木
材あるいは併用される縮合系樹脂との硬化反応が完結せ
ず、水抽出により含りん難燃処理剤が除去されるためと
考えられる。
第三の原因は、これら公知文献の範囲の処方で木材を処
理した場合、塗布表面の硬化物が接炎により加熱されて
も(例えばメラミン樹脂と難燃剤の配合比率が不適当で
あるため)、充分な難燃性のある炭化発泡性の断熱層を
形成しないためであると考えられる。
本発明は、高降水量で、気候の変化の激しい日本や米国
のテキサス州ヒユーストンにおいてさえ、あるいは、極
めて高温高目照度の米国カリフォルニア州南部などにお
いてさえ、少くとも5年間の実際の屋外曝露に耐え得る
ような、木材用の難燃剤を提供する。そして、本発明は
、本出願人の特開昭59−89102号あるいは特開昭
59−122560号(以下、本出願人の既出願と記す
)に公開されている広い範囲の難燃剤処方の中から、就
中、上の様な特に過酷な屋外曝露に酎えるような特別の
性能を有する狭い範囲の!Il燃剤処方を追求の結果、
完成されるに至ったものである。
本発明者等は過酷な屋外曝露の条件として、まずAST
M  E108−80a(FIRE  TESTS  
OF  ROOF  GOVERING)法に記述され
ている降雨試験の採用を考えたが、この方法は単に降水
試験とその後で行われる乾燥のための60℃における加
熱の影響しか木材上の難燃塗装剤硬化物に作用しないた
め採用せず、より実際の屋外の曝露条件に近いと信じら
れる条件を採用した。すなわち、米国ウスコンモア州マ
ジソン所在の農務省林産周体産品研究所(U、S、DE
PARTMENT  OF  AGRrCULTURE
FOREST  5ERVICE、  FORESTS
ERVICE  LABORATORY、  MADI
SON、WIS、)で発行しているU、S。
D、A、FOREST  5ERVICE  RESE
ARCHPAPERFPL  158−1971に記載
された[木製屋根用薄板用難燃処理の評価方法J(EV
ALUATION  OF  FIRE−RETARD
ANT  TREATMENTSFORWOOD  5
HINGLES)なるC0A、HOLMES氏の研究報
告の1O−12Kに詳記されている方法c以下U、S、
D、A、FPL−1971法と記す)のうちから、加速
ウェザリング試験(ACCELERATED  WEA
THERING  EXPO3URE)の条件を採用し
、且つこの評価を幾分きびしくして耐用外曝露性(以下
耐ウェザリング性と記す)の判定の尺度とした。
この加速ウェザリング試験の装置は、下記の様な性能を
有するステンレススチール製の箱状のものである(AS
TM  D2898  Method  B参照)。
(1)勾配が5対12 (5−1n−12)の傾斜で、
且つ2列に燃え本試験用の中30.48cm、氏さ78
.74c+aの大きさの12枚のパネルを立てかけるこ
とができる。
(2) それぞれの列の試験用パネルの表面から垂直方
向の66.04c+nの距離から0.74m2につき1
個の、2,800−4,000オングストロームで、ピ
ークが波[3,654オングストロームの紫外線の出力
275ワツトのR3型太陽燈が照射される。
(3)上部に2℃〜16℃の水による2個のスプレィノ
ズルを有する。そして水は循環して使用できる。
(4)  1,800ワツトのヒーターとファンによる
熱風循環で、装置内部の温度を一定に保つことができる
(5)そして、降雨試験及び所定温度での紫外線照射と
休止が、所定時間通り自動的に運転できる。
そして、1000時間のこの加速曝露試験の条件は次の
通りである。
(a)′降水率は1分間当’) 12−344 j!/
m2(1時間当り約740.6mmに相当)である。
(b)  紫外線照射後15分以内に65.56℃に昇
温される。
(c)  難燃処理試験用のデツキは、場所によるバラ
ツキをなくするため、1週間に2回装置内の位置が順番
に移動される。
(d)24時間内に下記の如き試験を行ない、これを休
みなく42日開繰返えす。
i)4時間の降雨試験 1i)4時間の65.56℃での紫外線照射試験1ii
)4時間の降雨試験 1v)4時間の65.56℃での紫外線照射試験v)8
時間の休止 (e)  そして最後に、湿度30%、温度26.67
℃の室内で、重量が恒量に達する迄コンディショニング
される。
この加速試験の条件の強さは、上記研究報告の若者によ
ると、下記の如く結論されている。
(i)  各試料デツキ表面の降水量を実際の降雨量と
比較すると、1000時間に約io、oo。
イン)(254m)の降水量があるので、もし資料が平
均18フイートの傾斜のひさしの先におかれた場合は、
試料デツキの上を流れる水の量は、年間40吋(101
6LI+a+)の降雨量の35年分に相当する。
(ii)  65.5℃の高温紫外線照射と2°〜16
℃の低温冷水による一種の温度差効果により、スプレィ
された水が木材の内部迄浸透して親水性の難燃剤を抽出
する作用が促進される。
このU、S、D、A、FPL−1971法の条件は、以
上の如く、降水量、紫外線照射及び温度差効果等の点で
非常に過酷であり、上記のような気象の過酷な地区での
少くとも5年間の実際のウェザリングに十分相当する筈
である。それ故、本発明者等はこれを本発明完成のため
の尺度とした。
上記本出願人の既出願に記載されている方法による処理
木材は、例えば特開昭59−89102の実施例1、実
施例3及び実施例4、および、特開昭59−12256
0に記載のような常温硬化の難燃剤による処理木材でも
、上記U、S、D。
A、FPL−1971法の加速ウェザリング試験を行な
うと、難燃塗装剤の溶出による難燃性の顕著な低下、ヒ
ビワレや、白化の発生等の外観の着しい劣化を発生する
ことを本発明者等は認めた。
そこで、本発明者等は、更に総合的に詳細に検討を加え
た結果、これら本出願人の2件の既出願の発明における
必須要件Iイ更に新規の要件を加えることにより、U、
S、D、A、FPL−1971法の加速試験を1000
時間以上行った後でも尚かつ高度の難燃効果と外観を維
持する難燃木質物を与えることができる、極めて限られ
た条件の常温硬化性の難燃剤、特に木質物用難燃剤をこ
こに確立することができた。
本発明の難燃剤は、 (I)  一般式 %式% (この式で、R2とR2とはいずれも炭素数が1〜3の
アルキル基、R3は水素原子又はメチル基) で表わされる水溶性の3−(ジアルキルホスホノ)プロ
ビオンアミド[就中、3−(ジメチルホスホノ)プロピ
オンアミド(以下DMPPAと記す)、3−(ジエチル
ホスホノ)プロピオンアミド、3−(シn−プロピルホ
スホノ)プロピオンアミド、お上り3−(ジイソプロピ
ルホスホ7)プロピオンアミドから選ばれる少なくとも
1つ]を固型分として100重量部と、 (II)  水溶性メラミン樹脂[就中、炭素数1〜3
のアルコールにより完全にあるいは部分的にエーテル化
されたメチロール基を有し且つメラミンのアミ7基又は
イミド基の未反応の活性水素原子の数が多くとも平均3
個以下(即ちヘキサメナロールメラミン、ペンタメチロ
ールメラミン、テトラメチロールメラミン又はFリメチ
ロールメラミンの上記アルコールによるエーテル化物)
の初期綜合物又は水溶性を維持する範囲内で縮合の進ん
だもの]を固型分として少なくとも100重量部、好ま
しくは100〜400重量部、より好ましくは170−
230重量部、とを必須成分とし、(III)  更に
これらの混合物がpH3以下、好ましくけpH2,5〜
1.5の範囲になるよう、酸類、好ましくは塩酸を用い
て調節された水性液であること、を特徴としている。
また、本発明の処理法は、 (rV)  上記(1)、(II ’)及び(III)
の条件を満たす難燃剤を水、水溶性のアルコール又はこ
れらの混合物によってゲルタイムを調節し、あるいはせ
ずして、 (V)  固型分として100g/+n2以上、好まし
くは平面面積に換算して150−300g/a+2の割
合で木質物表面に塗布して、100℃以下で硬化させる
こと、及び (Vl)  被処理木質物が低密度で過度に乾燥してい
るような場合は、その表面を予め水で処理して適度に吸
湿させて、上記(1)、(II)及び(1)の条件を満
たす難燃剤を上記(V)の範囲となるよう表面塗布する
こと、 を特徴としている。
この様な要件を見い出し本発明を確立する上で極めて有
益な選別試験方法として、本”発明者等はまず、−辺が
22cmの正方形のガラス板の周囲にrlJ 1016
%高さ5mmのガラス板を接着剤で接着して、−辺20
cmの正方形状、深さ5ml11の成型用容器を多数作
成し、ここへ固型分濃度が約60%の種々の難燃処方を
水溶液か水/メタノールの混合溶液の形で17gを流し
込み、室温(20℃)で7日問放置して常温硬化させた
後、厚さが0.21〜0゜231mのフィルム状の難燃
性の固型物として成型用容器から取りはずし、このフィ
ルムに対し、上記U、S、D、Δ、FPL−1971法
に類似したウェザリング試験を適用した。但し、降雨試
験の水スプレーの代わりに15℃の水に16時間浸漬し
、更に65°Cにおいて同じ強度の紫外線を8時間照射
(1サイクル毎に表裏を交換)し、1サイクルとした。
そして、まず、このウェザリングを行なった後の重量の
残存率、即ち を計算した。
次に、このウェザリングの前後のりん分の含量の残存率
を、下式によって計算した。
・・・・[B] 但し、りん分の分析は次のようにして行なわれる。試料
的0.2〜0.3gを精秤し、50m1のケルブールフ
ラスコに入れ、水10m1と98%の濃硫酸5+olを
加え、固型物がなくなる迄加熱分解する。更に、この分
解を完結させるため、60%の過塩素酸を3滴加え、更
に完全に透明に分解させる迄この繰作を繰返す。かくし
て得た分解液を25m1のメスフラスコに採取する。こ
こからメスピペットで1111を50+++1のメスフ
ラスコに採取し、純水15mj!を加え3.55%モリ
ブデン酸アンモニウム溶液を5ml、更に0.12%メ
タバナジン酸アンモニウムと12%過塩索酸アンモニウ
ムの溶液を加えて水にて50m1とする。30分以上放
置し呈色が安定してから、分光光度計にて400ナノメ
ーターの単色光にて吸光度を測定し、予め濃度既知のり
ん酸溶液を同様に呈色させて吸光度を測定した上で作成
した検量線により、りん分を測定する。
さらに、上記[A]と[B]から、りん分歩留率を計算
した。
また、専門家の間で熟知されているケルダール分解法に
よる窒素分の定量分析法により、ウェザリングによる硬
化メラミン樹脂の重量変化についても追跡し、上記の実
験方法が妥当であることを確認した。
このような試験と並行して、種々の木材の板に、本発明
の範囲とt回外の難燃剤の種々の処方で塗布し、同様に
10 Li間常温硬化させた後、上記のU、S、D、A
、FPr、−1971法に準拠してウェザリングを行な
い、大いで単位面積の塗装面を木材と共に正確に削り落
し、同様にりん分歩留率や硬化メラミン樹脂の歩留率を
測定し、両方の試験法のウェザリング作用の強さを比較
したところ、大体において、フィルムを用いてのウェザ
リング簡便法による20サイクル(480時間)のウェ
ザリングが、U、S、D、A、FPL−1971法によ
るウェザリングの42サイクル(約1000時間)のウ
ェザリングとほぼ一致することが判明し、しかも配合上
の僅かの差が性能上の差として定量的に正確に把握され
るので非常に有用であった。これらの試験結果の詳細は
各実施例及び各参考例に示されている。
本発明の典型的な処方として、例えば下記の例が挙げら
れる(処方例1)。
Aと記す)          275重量部水溶性の
メチル化へキサ (HCIとして25) 水                    9  〃
合計             1ooo  h[注]
  pH2,0 比重20℃       1.17 固型分        62.6% ここで、上記275重量部のDMPPAの代わりに、類
似化合物の溶液の相当量、例えば、(A)  セルロー
ズ繊維用の難燃剤化合物とじて知られるN−メチロール
3−(ジメチルホスホノ)プロピオンアミド、即ち式 %式% DMPPA−CH20Hと記す)の70%水溶液(特公
昭41−13976あるいは英国特許1,011゜57
2により請求されている化合物)の275重量部、 (B)  セルローズmli用難燃削化合物として特公
昭46−30992に記載されている式7式% ンアミド[以下DMPPA−(CIl□0H)2と記す
】の70%メタノール溶液の275重量部、 (C)  セルローズ繊維用紺の難燃剤化合物として特
公昭46−37797に記載されている式のN−メチロ
ール−ビス[β−(ジメチルホスホノ)−プロピオンア
ミド】(以下DMPPA−DMPPA−CH,OHと記
す)の70%水溶液の275重iit部、又は(D)、
同上(I[l)の未メ千ロール化物であるビス[β−(
ジメチルホスホノ)−プロピオンアミド1(以下DMP
PA−DMPPAと記す)の70%の水/メタノールの
混合溶剤溶液の275重1部、を使用して、下記参考例
1〜4の如く配合して、7日間常温硬化(25℃)後、
フィルムを使用してのウェザリング簡便法により1サイ
クルのウェザリング試験を行なうと、を−たことに、上
記本発明の処方例1のりん歩留率は、DMPPA力C亜
りん酸塩類、亜りん酸メチルエステル或−1は未反応ツ
ノメチルハイドロジエンホスファイト等の如き不純物を
合計で4〜6%含有する粗製品の場合tこけ、70%前
後であり、再結晶法、イオン交換樹脂法、イオン交換膜
法等によってイオン性の不純場合には、90%以上であ
るのに対し、本発明の対象外である上記(A)、(B)
、(C)Xは(D)の化合物を用いた処方例のりん歩留
率は、大体50%以下で、60%を越す様な配合を見い
出すことができず大部分の難燃剤は流出してしまう事実
が発見された。
このような低い耐ウェザリング性の原因は、これら本発
明の対象外の難燃剤による固型分が100〜4001/
m”の常温硬化フィルムの場合充分縮合が進まず、充分
な水不溶性となる程度迄硬化しないためと推定された。
セルローズ繊維に対し耐洗濯性のある難燃性をこれら化
合物(A)、(B)及び(C)によって得るには、メラ
ミン樹脂を併用”し160℃5分間程度の熱処理が必要
である。木材の場合は品質の劣化を起すのみならず実際
の商業的実施が困難であるため室温硬化が望ましいが、
メチロール基を含むこれら難燃剤化合物は高度の耐ウェ
ザリング性を室温硬化で得るのに適していないことが確
認できた。また、上記化合物(D)はメチロール基を含
まないが、本発明の難燃剤よりも常温でメラミン樹層と
の共縮合硬化性が者しく低(、参考例4に示したごとく
、フィルムを使用してのウェザリング簡便法による1サ
イクルのウェザリング後のりん歩留率は着しく低かった
上記処方例1において、メチル化メチロールメラミンは
、テトラメチロールメラミン、ペンタメチロールメラミ
ンあるいはヘキサメチロールメラミンの炭素数1−3、
好ましくはメチルアルコールによるエーテル化物の初期
縮合物あるいは、水溶性を維持する範囲内で縮合された
ものであることが高度の耐ウェザリング性を得るのに必
要であり、メチル化トリノチロールメラミンのように反
応基の少ない水溶性メラミンの使用は耐ウェザリング性
の点でやや劣る結果を示した。このようなメラミン樹脂
以外の水溶性の他の7ミノプラスト類、例えば尿素、チ
オ尿素、グアニジン塩類、グ7ニノン尿素類、ノシアン
ノアミド等の如きアミノ化合物のメチロール化物又はア
ルキル化メチa−ル化物、あるいは、これらアミノ化合
物とメラミンどの入組合物類は、本発明の範囲のメラミ
ン樹層と少量ならば混合して使用することができるが、
混合率が増加すると共に難燃剤の常温硬化物の皮膜がも
ろくなったり、あるいはIItウェザVング性が着しく
低下するので好ましくない、また、アセトグアナミンや
ベンゾグアナミンをメラミンと共縮合すると耐ウェザリ
ング性が低下するが、難燃剤の皮膜を若干t+J塑化す
ることは可能である。
しかし、本発明で使用する3−(ジアルキルホスホノプ
ロピオンアミド)自体にすぐれた可塑化効果があるので
、特にこれらグアナミン類を用いる利点はない。
本発明において特に重要な要件は、非常に限られたpH
の範囲即ちpH3以下、好ましくは2.5〜1.5の範
囲に難燃処方を調節して使用することである。処方例1
において、20%塩酸の代りに種々の酸性触媒物質を加
えた時のpHの測定値は、下表の通りであった(但し、
下表の配合量は難燃剤とメラミン樹脂の固型分の合計に
対する触媒純分の重量パーセントであり、配合液量の合
計は1000重量部となるよう水を加えて調節した。)
スルホンR53,90範囲外 塩化アンモ ニウム     5  5 、20    //硝酸 
     5  2.98   範囲内?   2 、
45    // ”        9  1 、90    ////
       10  1 、60    //硫酸 
     4  3.35   範囲外#      
  7  2.35   範囲内”        9
  1 、90    //塩酸      3  2
.50    it/I       3,5  2.
20    //’/        4  2.00
    ttpi        5  1 、55 
   ’/’/        6  1 、10  
  //りん酸     5  3.27    範囲
外この中でも特に、本発明の目的番こ適した触媒として
は、塩酸、硫酸、ノ(ラトルエンスlレホン酸、りん酸
、硝酸等を使用できるが、中でも塩酸力ず使用量も少な
くてすみ、且つ耐ウェザリング性1こすく゛れた結果を
示すので好まし−1゜ また、本出願人の特開昭59−122560の実施例1
の場合の処方は、1000重量部中、−ルメラミン  
     500 〃塩化アンモニウム      1
0 〃珪酸マグネシウム微粉末   50//水   
              192  〃を含み、本
発明の範囲と近似している・が、そのpHが配合直後で
6.0であり、下記参考例7−8でも明らかなごとく、
耐ウェザリング性の点で本発明の各実施例と比較すると
者しく不良であった。
特開昭59−122560及び特開昭59−89102
には、pHを3以下で使用する例は含まれていない。
処理液のpHが、常温硬化処理の場合、難燃性の耐ウェ
ザリング性に及ぼす影響は極めて大きい。
この事実は、添付図面に示される。
添付図面は、処方例1からの常温硬化フィルムについて
の、9工ザリング簡便法による1サイクル後における重
量残存率、りん分残存率及びりん分歩留率に及ぼす処理
液pH(塩酸添加量)の影響、を示すグラフである。図
において、[A]は重量残存率、[B]はりん分残存率
、[C]はりん分歩留率をそれぞれ示す。
ここで特筆すべきことは、もし難燃剤として上記(A)
、(B)、(C)及び(D)のごとき類似の化合。
物を用いると、如何に処理液のDHを3以下に調節して
も、常温硬化の場合には、本発明の場合のような特異な
高水準の耐ウェザリング性を示さない゛ことである。こ
の事実は下記の参考例14−.16に示される。
本発明においては、pH3以下、例えば最も好ましい結
果を与えるpH2,5〜1.5、の如き低いpHの処理
液による表面塗装膜の固型分もやはり低pHであるため
、その強酸性が塗装剤と接触している木材を変質させ、
その物理的性質を劣化させる心配がある。そこで上記処
方例1の処理液(pH2,0)を米国産赤杉薄板に25
0g/m2の割合で塗布し、25℃で7日問常温硬化し
た後、アトラス型7エードメーターで65℃において照
射し、200時間毎(1年間の実際の日光照射に相当)
の外観と密着性及び塗装膜の強度の変化を観察した。照
射が進行するにつれて、僅かに外観が淡褐色化する傾向
が認められたが、1000時間後の変色の程度も特に大
きいものではなく、且つ者しい密着性や塗装膜の強度低
下は認められなかった。この塗装膜の粉砕微粉末に30
倍の純水を加えた分散液のpHは2.8であった。また
、この微粉末中の含塩案分を定量分析した結果、使用し
た塩酸は95%以上がこの微粉末中に残留しており、常
温硬化過程中に大気中にほとんど飛散しないことも判明
した。これらの事実は、その機構は不明であるが、本発
明で多量に使用される酸性物質が、含9ん難燃剤とメラ
ミンυ(JJIの縮合生成物に対して一種の親和性のあ
る結合を形成して、例えば第4級アンモニア塩構造を形
成して、安定にとじこめられていることを示唆するもの
である。
本発明の処方の一つの大きな利点は、水溶性メラミン樹
脂の有する塩基性に対する酸性硬化剤の親和性の存在に
よるためと信じられる一種のt1衝作用を示すことであ
る。このため例えば処方例1の処理液は、同量の塩酸を
含む水溶@(1−ICIとして2.5%でpHo、05
)よりも、スプレィ作業に従事する人の粘膜や皮膚への
刺戟が極めて少ない。
また、上記の類似難燃剤化合物(A)、(B)、(C)
及び(D)が、いずれも、その合成の都合上、たとえば
70%溶液の場合なら1〜4%程度の遊離ホルムアルデ
ヒドを含むのに対し、本発明の難燃剤化合物はこれを含
有せず、しかも、それはメラミン樹脂が含有する数パー
セントの遊離ホルムアルデヒドと、縮合の進行に伴って
発生量が増大し縮合物がゲル化して水不溶性となる寸前
に最大値に達する遊離ホルムアルデヒドとの双方に対し
捕集剤として作用する。例えば、処方例1の配合直後の
遊離ホルムアルデヒド含量が0.6%であったのに対し
、処方例1のDMPPAを化合物′(A)すなわちDM
PPA−CH20Hで置換した場合のそれは1.2%で
あった。このことは、作業者が有毒且つ刺戟性のホルム
アルデヒドの臭気を吸収する量が半分程度となることを
意味し、作業環境の改善に者しく役立つものである。本
発明の処方から更に遊離ホルムアルデヒドを減量させる
ため、ホルムアルデヒド捕集剤としで、少量のエチレン
尿素やメラミンを添加することは有効である。
次に、l1m剤化合物に対するメラミン樹脂の固型分の
配合比は、前者の100重量部に対し後者の100重量
部以上、好ましくは100〜400重量部の範囲内で自
由に選択できる。後者が150重量部以下の場合は常温
硬化では若干耐ウェザリング性が低下する傾向を示し、
100重量部未満では粘着性を示し、着しく耐ウェザリ
ング性が低下し、実用性がなくなる。一方、400重量
部以上用いても、それ以上は耐ウェザリング性は向上せ
ず、硬化固型分中の含りん分濃度の低下により難燃効果
の低下を伴うので却って不利である。
上記処方例1の難燃剤化合物/メラミン樹脂の固型分の
配合比率が100重量部/210重量部あるいはこれに
近い配合比率の場合には、常温硬化による形成フィルム
は透明であり、かなりのたわみ性を有する。しかし、本
発明の難燃剤化合物を化合物(A)、(B)、(C)及
!/(D)にそれぞれ置き換えて同様に作成したフィル
ムは、微細なヒビワレや発泡を有するか白濁しているも
のが多く、且つ、もろい傾向がある。そしてウェザリン
グを行なうと、この様な差がますます増大する傾向があ
る。IlI燃剤化合物として3−(シエナルホスホノ)
プロピオンアミドや3−(ジイソプロピルホスホノ)プ
ロピオンアミドを用いても、DMPPA同様無色透明で
たわみ性のあるフィルムが得られる。下記第1表及V第
2表に示された各参考例と各実施例のフェザリング後の
フィルムの外観の比較で示唆されるごとく、木材をこれ
ら処方で表面塗装し、常温硬化させ、上記U、S、D、
A、FPL−1971法で42サイクル(1000時間
)のウェザリングを行った後の、各実施例の外観や品位
の維持は満足すべきものであるのに対し、各参”考例の
場合は、塗装皮膜の木材からの脱落、白化あるいはヒビ
ワレを生じる。
木質物表面にメラミン樹脂や本発明の難燃剤化合物を夫
々単独で表面塗装しても、接炎加熱に依る炭化発泡断熱
層を形成しないが、両者を含有する本発明の難燃剤を用
いて形成される木質物表面上の硬化塗装膜は容易にこの
ような断熱層を形成し、難燃性の発揮に寄与する。とく
に、処方例1のごとく、本発明の難燃剤化合物/メラミ
ン樹脂の固型分混合比率が100重量部/170〜23
0重量部であるときに、最大の発泡倍率の炭化断熱層が
形成されることは、特筆すべきことである。
本発明において耐ウェザリング性を一層向上するにはp
H3以下の条件で安定な浸透剤の適量の併用が望ましい
。選択しうる浸透剤の例として、ノフルキルベンゼンノ
スルホネート型活性剤(例えば、ダウ・ケミカル社のD
AWFAC2A−1)、カチオン活性剤、両性含弗素活
性剤(例えば、大日本インキ化学工業株式会社製品ME
GAFACF833)、その他若干の製品が挙げられる
これらを必要以上に使用すると難燃効果の耐ウェザリン
グ性が低下することが避けられないが、処理液に対し大
体1%以下であれば、かえって木質物への難燃剤の浸透
をある程度たすけ、耐ウェザリング性を向上させること
ができろ。
この他の添加剤として、消泡剤の微量の併用が望ましい
0例えば、DIAMOND  SHAMROCK社のN
0PCONDW、あるいはシリコン系消泡剤などを0.
5−5g7i程度併用することにより、塗装表面が均一
となる。また、沈降防止剤として数平均分子量10万以
上のポリビニルピロリドンを固型分で0.5〜5重量%
添加することができる。更に、本発明の処方の性能を一
層向上するために、他の性質や品位を損わぬ限りにおい
て、上記の種々の添加剤の他に、ヒビワレ防止剤(たと
えば、木粉、二酸化硅素デル、無機繊維、可塑剤、各種
ポリマーあるいは水溶性高沸点化合物)、着色のための
耐酸性の分散顔料、香料、臭気防止剤、他種難燃剤、ダ
レ止め防止剤なども適宜加えることができる。これら添
加物の中で、特に本発明の効果を者しく向上する他種難
燃剤は。
水不溶性の微粉末状又は乳化分散状の、含りん化合物、
有機含りん化合物、有機含りん含ハロゲン化合物及び有
機ハロゲン化合物の単独又は二m類以上の組み合せであ
る。具体的なこれら添加物の例としては、赤ワん、ホス
7アーゼン類、ポリリン酸アンモニウム、塩素化パラフ
ィン、クロルフルキルホスフェート類、ビスフェノール
類の多臭化物類などを挙げることができる。これら添加
物の添加量は、本発明の難燃剤全量に基いて5重量%以
下であることが適当である。
本発明のam剤処方により塗布された木質物が硬度の高
い水と間歇的に接触するような場合、例えばCab(酸
化カルシウム)として100 ppmを越えるような水
にて降雨試験を行なう様な場合、木質物がアルカリ土類
の水酸化物や炭酸塩を吸着するような場合、難燃処方の
硬化物が水にて溶出せず、大部分が残存しても、ll燃
効果が者しく低下することとがある。この理由は、硬化
物中のDMPPA成分が加熱されて最終的に分解生成す
る、5酸化リンが、木質物中に吸着されたアルカリ土類
と反応して、全く難燃性のないアルカリ土類のリン酸塩
類を形成するためである。この様な場合、上記のような
含ハロゲン有機含9ん化合物や有機ハロゲン化合物を本
発明の処方に更に添加することに依り、この様な難燃性
の低下を防止することができ、火災の際の放水消火活動
の際の硬水使用による悪影響を防止することができる。
本発明の難燃剤は、水溶液の形で、或いはメタノール、
エタノール、イソプロパツールなどのような水溶性有機
溶剤又はこれらの混合溶剤による溶液の形で、木質物に
表面塗装するが、液中の水の量を少なくし、アルコール
量を多くすると可成りデルタイムも延長することができ
る6例えば、処方例1の場合、溶媒組成とゲルタイムの
関係は次の通りである。
40℃    97/3      約1時間u   
  85 / 15     約5〃30℃   97
/3     約3〃II     9515    
  約4〃//     90 / 10     約
7〃II      85/15     9時間以上
20℃    97/3      約9時間このこと
は、施工時の気温や作業者の都合に応じた安定性のある
処方が、単に水溶性アルコールの含量の調節により容易
に行えることを意味している。ここで特筆すべきことは
、このようにして処理液の安定性(デルタイム)を延長
してから、これを木質物表面に塗装した場合、該アルコ
ール分は水よりも早く蒸発するので、処理液が速やかに
濃縮され、かえって硬化反応が速やかに進行することで
ある。
本発明において好ましい表面塗装の方法は、スプレィガ
ン、ハンドロールコータ−あるいは刷毛による塗布又は
木質物の処理液中への浸漬による方法である。片面塗装
の場合の附着量の範囲は、固型分として100 g/ 
m2以上であるが、好ましくは、150−300g/+
a”の範囲が望ましい。
そして塗装剤の固型分濃度は、60%前後とするのが望
ましい、これより濃度を上げ、例えば70%以上とする
と、流動性が不足して均一な塗布面が得にくくなる。ま
た、50%以下とすると、木質物の種類(例えば柾目挽
きの薄板など)によっては木質物内部への浸透性が大き
くなり過ぎ、塗装剤が内部浸透しすぎるため、難燃効率
が低下する場合があり得る。
本発明の処方による難燃塗装を実施するに際し、もし木
質物が例えば含湿分5%以下迄過乾燥し且つ長時間の屋
外曝露によって過度に多孔質となっているならば、塗装
剤が過度に内部浸透して難燃効果が低下するのを防止す
るため、まず塗装すべき木材の表面を予め水でスプレィ
や刷毛塗などにより処理して成る程度吸湿させてやるこ
とにより、比較的少量の附着量(例えば150g/m2
以下)でも効率よ(難燃性を得ることができる。この場
合、水処理してから一定時間放置し、水分が均一に拡散
浸透したのち、表面塗装を行なうことが望ましい。逆に
、木質物が過度の含水状態にある場合には、難燃塗装膜
が木質物から剥離したり、ブレを起すことがあるので、
被塗装木質物の含水分は8から30%の範囲が望ましい
。この塗装前の吸湿処理を適当に行なうと、塗装による
板のソリを防止することも出来ることがある。
本発明の難燃剤で木質物を処理する方法としては、その
他に i)減圧法 ii)加圧法 iii )減圧加圧併用法 などがある、これらの方法のうち最も実施容易な方法は
耐酸性の圧力容器に木質材を入れ、この木質材が全て液
中に入り、上部に空間があるように難燃剤溶液を入れ、
上部の空間を一定条件で減圧にすると、木質材の内部構
造中の空気が除かれ、減圧(負圧)のレベルに応じて一
定時間後に平衡に達する0次いで、この空間を常圧に戻
し減圧に要した時間と同一の時間液中に放置しておくと
、減圧と同レベルの正圧で加圧することになり、かなり
の程度難燃剤が、木質物の内部に浸透し、表面塗布より
も更に耐久性のある難燃性を附与することかできる。こ
こで更に加圧を行なうと、木質物の難燃剤の注入量は更
に増大する。
本発明の難燃処方が活用できる分野は非常に広汎であり
、耐ウェザリング性の要求される木質物の難燃化の殆ん
どの場合が対象となる。例えば、米国で需要の多い松材
や杉材の屋根材の薄板及び厚板を始め、窓枠、ドア、階
段、へい、ひさし、′さく、格子、踏み台、壁板、外装
かぎり材、さくの横木、あずま屋、柱、ヨツトや船舶あ
るいは風呂場の内装材、家畜小屋、日本家屋の戸袋、坑
道支柱、輸出梱包用木箱、社寺等、全ての屋外で使用さ
れたり水分に触れる木材が対象となる。しかし、天井板
、床材、床の下敷材、内装壁材、家具、屋根の下の横木
、障子のさん、屋内のドア、柱等のような屋内で使用さ
れる木材でも、本発明が効果的に適用され得ることは勿
論である6本発明の方法が効果的に適用され得る木質物
の種類には特に制約がなく、殆んどの天然木材が効率的
に難燃化され得る。しかし、不飽和ポリエステル樹脂を
表面塗装した化粧合板のように表面層に疎水性の塗装を
施されたもの、加熱及び加圧によって硬化したフェノー
ル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等を多量に含む疎水性
の高い合板類、あるいは、天然木材でも表面層に疎水性
の塗装を有するようなものの場合には、充分な難燃効果
が得られないか、あるいは難燃効果が得られても耐ウェ
ザリング性を発揮しないことがある。
本発明の難燃剤化合物、例えばDMPPAは、経口毒性
が極めて少なく、L D 9.(RA T ’)が50
00111ET/ kg以上で、変異原性がない。また
、メラミン樹脂は微量のホルムアルデヒドを含有してい
るために僅かな生体への刺戟性があるが、上記したよう
な表面塗装の実施形態では、取扱に通常の注意をすれば
、人体への刺戟や健康への悪影響を防止することができ
る。本発明の難燃剤固型分は、極めて微量のホルムアル
デヒドを長期間発生するので、効率のよい耐ウェザリン
グ性のすぐれた木材の防虫剤や防腐剤としても持続的に
作用する。
含浸法によりこれを両面に表面塗装した版は、これらの
性能が特にすぐれている。特に、少゛量たとえば10g
以下/lのチオ尿素を添加すると、防虫防腐効果が持続
すると共に、町成りの遊離ホルムアルデヒドの捕集効果
及び若干の難燃性の向上効果が期待できる。
参考例1−15及び実施例1−9 第1表及び第2表に示した難燃剤の各処方により、上記
室温硬化フィルムを作成し、上記簡便法により、画表の
如く、1サイクル、6サイクル及び20サイクルのウェ
ザリングを行ったのち、これらウェザリングの前後の上
記重量残存率[A]、りん分残存率[B]及びりん分歩
留*[C1を求めた。
但し、表中の難燃剤化合物とメラミン樹tmに関する略
称の意味は、上記した通りである。表中の酸触媒濃度は
難燃剤化合物とメラミン樹脂の合計固型分に対する重量
パーセントを示す。これら画表中の1000時間のウェ
ザリング後の木材の難燃試験は、米国のRED  CE
DAR5HINGLE  &  HANDSPLIT 
 BUREAUの検定に合格した標準米国産赤杉の屋根
材用薄板によって作成した試験用デツキに、250B/
m2の割合でそれぞれの配合によりスプレィガンにて表
面塗装し、約20℃で7日間常温硬化させてから、上記
のU、S、D、A、FPL−1971法に準拠した加速
ウェザリング試験を42サイクル(1000時間)行な
い、湿度30%、温度27℃の室内で、恒量に達する迄
乾燥の後、ASTM  E108 80a法の0級相当
の燃え本試験を、各デツキに対し5回ずつ行なった。こ
こでは、5回とも松材の燃え木がデツキの設置部分をl
&面迄貫通させず、自然消火したもののみを合格とした
実施例10〜12及び参考例16 厚j4mI6、ff13300mm、中200mm、含
湿分1.2%の松の板を各6枚用意し、下記の3種の処
理液の中に浸漬し、各表面の耐着量がそれぞれ固型分と
してi、s Ogになるよう、試料の上端を支持して空
中に吊して余分の液を除き、25℃で7日間常温硬化さ
せた。次いで、この難燃化された各試料板について、上
記U、S、D、A、FPL−1971法に準拠した条件
で42サイクル1000時間のウェザリングを行ない、
恒量に達するまで湿度30%のデシケータ−中で乾燥の
後、薄層状の建材の不燃性に関し適用されるJ l5I
322に従って、接炎時間3分間の場合のみの難燃試験
を行なった。
実施例13及び参考例17 一辺300■、厚さ8ml11の正方形の檜の黴を4枚
用意し、そのうち2枚の板の片面に250g/L112
の固型分塗布量となるよう、処方例1に粉末メラミンを
ホルムアルデヒド捕集剤として加えた配合液を刷毛にて
塗布し、20℃で2日間室温硬化させ、次いで60℃で
5時間更に硬化させた後、未処理板の1枚を加えて上記
U、S、D、A、FPL−1971法に準拠した条件で
、42サイクル(1000時間)のウェザリングを行な
い、恒量に達するまで湿度30%のデシケータ−中で乾
燥の後(含水率はそれぞれ8.2〜8.5%の範囲)、
水平に保ったそれぞれの板の中心の表面が1050〜1
100℃に加熱されるよう、ブンゼンバーナーの炎を調
節して、それぞれ3分間ずつの接炎加熱を行なった。
求ILL!−番! 難燃塗装       上記方法  未処理ウェザリン
グ前の難燃性 熱層形成 ウェザリング後の難燃性 1回の接炎加熱時  ウェザリン 着火全焼グ前と同じ 貫通する迄の接炎 回数        6同     一実施例14 実施例6に於いて、DMPPAをメタノール溶液の再結
晶法で5回精製して純度99%以上としたものに代えて
難燃剤(pH2,1)を得たことの他は実施例6と同様
にして行なった。
その結果、ウェザリング1サイクルと20サイクルのり
ん歩留率は、それぞれ94.2%と90゜6%と極めて
高いものであった。
実施例15 実施例6の処方にテトラブロモビス7エ/−ルA40重
量部及び分散剤としてポリビニルピロリドン(数平均分
子+i360,000)5重量部を追加して難燃剤(p
H2,1)を得たのち、実施例6と同様にして難燃処理
し、次いでCaOとして130pp+n含有する水を用
いてウェザリング試験を行なった結果、燃え本試験の合
格数は5であった。
実施例16 □厚さ10mm、吸湿率12%の杉板をガラス製の圧力
容器に入れ、浮上しない様に上から器共にて押え、ここ
へ、下記配合液 20%塩酸          100 〃水    
                 217  〃から
成る難燃剤(pH2,4)を杉板が完全に沈み上部に尚
空間が残っているように加え、上部空間のバルブから気
圧が3On+mHビになる迄約20分間減圧したところ
、始めは者しく気泡が発生したが遂にこの気泡の発生は
終了した。
そこで上部のバルブを開き大気圧に戻して30分間放置
した後で杉板を取出し、25−33°Cの場所で7日間
常温乾燥させた。
このように処理された杉板は、全表面で平均110g/
m2の難燃剤固型分を有し、内部浸透のレベルは約2m
m以内であるが、そのままでも、又大阪府高石市で約1
ケ年問屋外曝露した後で8−12%に乾燥したものでも
、ブンゼンバーナーによる着火テストで持続的燃焼を起
すことはできなかった。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、処方例1からの常温硬化フィルムについて
の、ウェザリング簡便法による1サイクル後における重
量残存率、りん分残存率及びりん分歩留率に及ぼす処理
液pHの影響、を示すグラフである。 図において、[A]は重量残存率、[B]はりん分残存
率、[C]はりん分歩留率をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、固型分として100重量部の一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (この式で、R_1及びR_2はいずれも炭素数1〜3
    のアルキル基であり、R_3は水素原子又はメチル基で
    ある。) で表わされる水溶性の3−(ジアルキルホスホノ)プロ
    ピオンアミド及び固型分として少なくとも100重量部
    の水溶性メラミン樹脂を必須成分として含有しpHが3
    以下の水性液であることを特徴とする難燃剤。 2、該水溶性の3−(ジアルキルホスホノ)プロピオン
    アミドの固型分100重量部に対して該水溶性メラミン
    樹脂を固型分で100〜400重量部含有することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の難燃剤。 3、固型分として100重量部の一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (この式で、R_1及びR_2はいずれも炭素数1〜3
    のアルキル基であり、R_3は水素原子又はメチル基で
    ある。) で表わされる水溶性の3−(ジアルキルホスホノ)プロ
    ピオンアミド及び固型分として少なくとも100重量部
    の水溶性メラミン樹脂を必須成分として含有しpHが3
    以下の水性液である難燃剤で、木質物を処理してなる難
    燃木質物。 4、該難燃剤で木質物の表面を処理してなることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の難燃木質物。 5、固型分として少なくとも100g/m^2の該難燃
    剤を表面に被覆してなる特許請求の範囲第3項記載の難
    燃木質物。 6、該難燃剤を木質物に含浸処理してなることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の難燃木質物。 7、固型分として100重量部の一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (この式で、R_1及びR_2はいずれも炭素数1〜3
    のアルキル基であり、R_3は水素原子又はメチル基で
    ある。) で表わされる水溶性の3−(ジアルキルホスホノ)プロ
    ピオンアミド、固型分として少なくとも100重量部の
    水溶性メラミン樹脂、並びに、水不溶性の含リン化合物
    、有機含リン化合物、有機含リン含ハロゲン化合物及び
    有機ハロゲン化合物から選ばれる少なくとも一つの化合
    物を必須成分として含有しpHが3以下の水性液である
    ことを特徴とする難燃剤。 8、特許請求の範囲第6項記載の難燃剤で木質物を処理
    してなる難燃木質物。
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