KR100568552B1

KR100568552B1 - 불연처리액, 및 이것을 이용한 방화재

Info

Publication number: KR100568552B1
Application number: KR1020047019431A
Authority: KR
Inventors: 아사노나리아키; 아사노히로야; 아사노다카히토
Original assignee: 아사노 모쿠자이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2006-04-07
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: ES2271595T3; EP1547739A4; WO2003101689A1; AU2003241698A1; ATE340058T1; EP1547739A1; CA2487763C; NZ536846A; US7118617B2; DE60308537T2; CN1665654A; JP3485914B1; KR20050019090A; EP1547739B1; JP2004050828A; DE60308537D1; CA2487763A1; US20050155733A1; CN100336643C

Abstract

난연화처리액으로서 붕소화합물을 사용하면, 용해도가 낮고, 저농도에서는 연소억제효과가 저하하고, 또 수용성이기 때문에 용탈이 발생하는 결점이 있어, 이들 문제점을 해결할 수 있는 불연처리액을 제공하는 것이다. 붕소화합물을 포함하는 약산 또는 약알칼리의 금속염수용액에 인산 또는 실란커플링제를 가하여 혼합수용액으로 하고, 이 혼합수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물추출물을 가한 불연처리액. 이 불연처리액은, 목재, 종이 및 천연섬유 등의 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 널리 적용할 수 있다. 본 발명의 불연처리액에 의하면, 약제의 정착성이 향상하고 연소억제효과가 높아지며 또한 용탈의 발생을 극력 억제할 수 있다.

난연화, 붕소화합물, 용탈, 불연처리액, 폴리 페놀, 식물 추출물, 연소억제, 방화재, 셀룰로오스.

Description

불연처리액, 및 이것을 이용한 방화재{FIRE PROOF TREATMENT SOLUTION AND FIRE RETARDANT MATERIAL THEREFROM}

본 발명은, 불연처리액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 주로, 타기 쉬운 부재, 즉 목재, 종이 및 천연섬유 등의 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 사용하기 위한, 붕소화합물을 주성분으로 하는 불연처리액에 관한 것이다.

종래부터, 자연유기소재인 목재, 종이 및 천연섬유가 타기 쉬운 것으로 되어있다.

특히, 건축 분야의 관점으로부터 말하면, 타기 쉽지만 그러므로 법률상의 규제가 되어서 사용하는 범위가 극히 한정되어 있고, 자연유기소재로서 특유의 장점을 가지는데도 불구하고, 이용 촉진이 지장을 받는 결과가 되고 있다.

그 반면, 이 결점은, 소각 처분할 수 있고, 더욱이 또 무공해라고 하는 리사이클의 면에서는 메리트가 된다.

이러한 것으로부터, 자연유기소재의 방화 대책으로서 여러가지 기술, 즉 난연화 처리 기술이 개발되고 있다.

현재, 난연화 처리에 의한 연소 억제 작용에는 물리적 작용과, 화학적 작용의 2종류가 있고, 난연화 처리액에 후자의 작용을 기대하는 것이다.

이 난연화 처리액에는 인화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 할로겐화합물등 여러가지 것이 있다.

그러나, 인화합물, 질소화합물, 할로겐화합물은, 연소시의 유해가스를 포함하는 발연량이 많고, 또 인산에 이르러서는 강산이며, 소재의 손상, 변색이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 붕소화합물은, 연소 시에 열분해 생성물로부터의 유해한 가스의 발생이 없고, 소재의 손상, 변색도 비교적 적다.

게다가, 방부 방개미 효과도 있어, 대상으로 하는 소재를 부가가치가 높은 것으로 할 수 있다.

붕소화합물을 주성분으로 하는 약제는, 탈수 탄화작용에 의해 발열을 억제하는 효과가 현저하다.

또한 탈수 탄화작용이란, 약제가 가열되어서 산 또는 염기를 생성하고, 낮은 온도에서 단시간에 셀룰로오스를 탈수하여, 물과 탄소로 하는 것이다.

즉, 이 연소 억제 효과는, 물의 증발에 의한 흡열작용, 및 연소속도가 느린 탄소찌꺼기의 생성에 의한 발열 속도의 저감이라는 2가지 작용으로 성립하고 있다.

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 난연화 처리액으로서 붕소화합물을 사용하면,

1) 용해도가 낮고, 저농도에서는 연소 억제 효과가 저하한다,

2) 수용성이기 때문에 용탈이 발생한다,

라는 2가지의 결점이 있고, 이들의 문제를 극복할 필요가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 연소 억제 효과가 높고 또한 용탈의 발생을 극력 억제한 불연처리액을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 이러한 배경을 기초로 예의 연구한 결과, 금속염의 촉매작용 을 기초로 용해도가 향상하는 것이나, 실란커플링제에 의해 조막성이 나오는 점, 폴리 페놀계 물질에 의해 용탈을 억제할 수 있는 점을 찾아내고, 이 지견에 의해 본 발명을 달성하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명은, (1), 붕소화합물을 포함하는 약산 또는 약알칼리의 금속염수용액에 인산 및 실란커플링제를 가하여 혼합 수용액으로 하고, 상기 혼합 수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물추출물을 가한 불연처리액에 있다.

그리고, (2), 약산 또는 약알칼리의 금속염의 함유량이 전 성분중량의 1∼10%인 불연처리액에 있다.

그리고 또, (3), 붕소화합물의 함유량이 전 성분중량의 50∼95%인 불연처리액에 있다.

그리고 또, (4), 인산의 함유량이 전 성분중량의 1∼10%인 불연처리액에 있다.

그리고 또, (5), 실란커플링제의 함유량이 전 성분중량의 0.1∼5%인 불연처리액에 있다.

그리고 또, (6), 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물추출물의 함유량이 전 성분중량의 0.5∼40%인 불연처리액에 있다.

그리고 또, (7), 상기의 불연처리액을 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 부여시킨 방화재에 있다.

그리고 또, (8), 상기의 불연처리액을 목재에 함침시킨 방화재에 있다.

그리고 또, (9), 상기의 불연처리액을 종이에 함침시킨 방화재에 있다.

그리고 또, (10), 상기의 불연처리액을 섬유에 함침시킨 방화재에 있다.

본 발명은 이 목적을 따른 것이면, 상기 1∼10 중에서 선택된 2개 이상의 조합도 채용 가능하다.

(발명의 효과)

본 발명의 불연처리액에 의하면, 약제의 정착성이 향상하고 연소 억제 효과가 높아지며 또한 용탈의 발생을 극력 억제할 수 있다.

그 때문에, 불연목재의 제공이 가능하게 된다.

또, 이 불연처리액은, 목재, 종이 및 천연섬유등의 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 널리 적용할 수 있다.

도 1은, 시험체(K)의 연소시험결과의 그래프를 도시한 도면이다.

도 2는, 시험체(L)의 연소시험결과의 그래프를 도시한 도면이다.

도 3은, ¹³C-NMR스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

(발명의 실시 형태)

본 발명의 불연처리액은, 붕소화합물을 포함하는 약산 또는 약알칼리의 금속염수용액에 인산 및 실란커플링제를 가하여 혼합 수용액으로 하고, 이 혼합 수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물추출물을 가한 것이다.

그 때문에, 소재에 함침함으로써 연소 억제 효과 및 용탈 억제 효과가 극히 향상한 것이 된다.

함침 또는 부여의 대상이 되는 소재는, 주로, 목재, 종이 및 천연섬유등의 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재이다.

(연소 억제 효과)

주지와 같이 붕소화합물단독에서의 용해도는 낮기 때문에, 소재에 효율적으로 침투시키기 위해서는 붕소화합물을 고농도용액으로 할 필요가 있다.

그래서, 본 발명에서는, 약산 또는 약알칼리의 금속염의 촉매작용에 의해 용해도의 향상을 도모하고 있다.

약산 또는 약알칼리의 금속염으로서는, 불화소다, 아인산소다, 아황산소다, 붕불화소다 등을 사용하였다.

약산 또는 약알칼리의 금속염의 함유량은, 전 성분중량의 1∼10%이다.

그 함유량이 1%보다 작으면 붕소화합물의 용해가 곤란하며, 또 10%를 넘으면 생산성의 점에서 비효율적이다.

여기에서 전 성분중량이란, 불연처리액에서 물을 제외한 각 성분의 합계 중량이다.

또, 상기 붕소화합물만으로는 건조후에 분체화해 버리기 때문에 그 결정질을 더욱 변화시킬 필요가 있고, 인산 및 실란커플링제를 가함으로써, 건조후의 소재의 조막성을 부여할 수 있다.

이에 따라, 소재로의 약제의 정착량이 증가하고 또한 고정성이 좋아져서 연소 억제 효과가 향상한다.

실란커플링제로서는, 대표예로서 에톡시실란, 메톡시실란 등을 들 수 있지만, 본 실험에서는, 신에츠카가쿠고교(주)의 것, 예를 들면 제품명으로, KBM-602, KBM-603, KBE-603, KBM-903, KBE-903, KBE-04, KBM-13, KBM-22, KBE-22, KBE-103, KPN-3504, KBM-3063, KBM-3103C 등이 채용된다.

실란커플링제의 함유량은, 전 성분중량의 0.1∼5%이다.

그 함유량이 0.1%보다 작으면 조막성의 부여가 곤란하며, 또 5%를 넘으면 액의 점도가 증가하여, 소재로의 처리가 곤란하다.

(용탈억제 효과)

다음으로, 습윤상태에 있어서의 약제(불연처리액)의 용탈을 억제할 필요가 있다.

이 발명에서는, 나무 껍질 추출 성분인 폴리 페놀계 물질을 사용함으로써, 약제의 용탈량을 저하시키고 있다.

폴리 페놀계 화합물을 사용하는 것은, 폴리 페놀계 화합물이 붕소화합물을 흡착함으로써, 소재건조 후, 붕소화합물을 물에 녹기 어렵게 하는 화학변화를 겨냥하는 것이다.

이 화학변화는, 후술하는 실시예3에 의해 뒷받침되고 있다.

폴리 페놀 화합물에는, 정제 타닌이나 삼나무 껍질등으로부터 예를 들면 24시간 물추출한 나무 껍질 추출 성분인 타닌이 사용된다.

폴리 페놀 화합물의 함유량은, 전 성분중량의 0.5∼40%이다.

함유량이 0.5%보다 작으면 효과가 적고, 40%를 넘으면 반대로 붕소화합물의 정착량 저하의 가능성이 있다.

그러나, 폴리 페놀계 화합물의 배합에 의해 약제의 고형분석출의 온도가 높아지는 경향이 있다.

이 약제를 소재에 부여 처리할 경우에는, 2가지 처리 방법이 있다.

하나는, 폴리 페놀계 화합물을 침윤시킨 후, 건조시켜, 그 소재에 붕소화합물을 침윤시키는 것이다.

두번째는, 붕소화합물과 폴리 페놀계 화합물을 혼합 용액으로 하고, 석출이 없는 온도 영역까지 승온 유지시켜, 소재내부에서 정착시키는 방법이다.

본 발명에 있어서는, 정착 효율의 관점에서 후자의 방법을 채용하고 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 설명하겠지만, 본 발명은 실시예로 한정되지 않고 여러가지 변형예가 가능하다.

(실시예1)

(Ⅰ)부재건조 시에 있어서의 약제정착율의 타당성

우선, 붕소화합물을 포함하는 금속염수용액에 인산 및 실란커플링제〔메톡시실란(KBM-22)〕를 가하여 혼합 수용액으로 하였다.

이 혼합 수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물 추출물인 타닌을 가하여 조정해 처리액(1)(불연처리액에 상당)으로 하였다.

한편, 타닌을 포함하지 않는 이외는 처리액(1)과 마찬가지로 조정하여 처리액(2)으로 하였다.

처리액(1) 및 처리액(2)에 있어서의 성분의 배합 비율(중량%)은 하기의 표1 과 같다.

표1의 처리액(1)에, 목재로 이루어진 시험체(A, B, C, D, E)를 3시간 침지하고 승온 유지하여 함침시켰다.

함침 후 건조시켜 그 중량(용탈전 중량) 및 함수율을 측정하였다.

여기에서, 시험체는 20㎝×12㎝×5㎝의 목편이다.

이 후, 그 시험체(A, B, C, D, E)를 건구온도 65℃, 상대습도 90%의 고습도 조건하에 3일간 방치하였다.

이것은 적극적으로 용탈이 일어나 쉬운 조건을 설정한 것이다.

또한 105℃에서 항온건조에 의해 완전 건조시키고, 그 중량(용탈후 건조후 중량)을 측정하였다.

5개의 시험체(A, B, C, D, E)의 약제의 용탈량 등은, 하기의 표2와 같이 되었다.

다음으로, 20㎝×12㎝×5㎝의 목편의 시험체(F, G, H, I, J)를 준비하고, 처리액(2)을 사용하여, 상기한 시험체(A, B, C, D, E)와 동일한 처리, 및 중량, 함수율의 측정을 행하였다.

5개의 시험체(F, G, H, I, J)의 약제의 용탈량은, 하기의 표3과 같이 되었다.

표2 및 표3으로부터, 처리액(1)을 사용한 것은 처리액(2)을 사용한 것에 비하여, 분명하게 용탈량이 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

이것으로부터, 폴리 페놀 화합물을 사용함으로써 충분한 약제용탈 억제 효과를 발휘할 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 처리액(1)에 있어서의 폴리 페놀 화합물의 양은 처리액 전체의 1%정도이지만, 그 양을 늘림으로써, 약제용탈 억제 효과는 향상하는 것으로 생각된다.

(실시예2)

(II) 연소 억제 효과의 타당성

우선, 붕소화합물을 포함하는 금속염수용액에 인산 및 실란커플링제〔메톡시 실란(KBM-22)〕를 가하여 혼합 수용액으로 하였다.

이 혼합 수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물추출물인 타닌을 가하여 조정해 처리액(3)으로 하였다.

한편, 실란커플링제(KBM-22)를 포함하지 않는 이외는 처리액(3)과 마찬가지로 조정하여 처리액(4)으로 하였다.

처리액(3) 및 처리액(4)에 있어서의 성분의 배합 비율(중량%)은 하기의 표4 와 같다.

이 실시예에서는, 목재로 이루어진 시험체에 표4의 처리액(3)을 함침시키고, 그 시험체(K)에 대하여 ISO 콘칼로리미터으로의 시험을 행하였다.

마찬가지로 처리액(4)을 함침시키고, 그 시험체(L)에 대하여 동일한 시험을 행하였다.

도 1은, 그 시험체(K)의 연소시험결과의 그래프를 도시한다.

이 결과로부터, 건축기준법상의 불연재료로서의 기준성능을 상회하고 있는 것을 알 수 있다.

도 2는, 그 시험체(L)의 연소시험결과의 그래프를 도시한다.

이 결과로부터, 건축기준법상의 준불연재료로서의 기준성능에 상당하지만, 불연재료로서의 기준성능에는 도달하지 않고 있는 것을 알 수 있다.

이렇게, 실란커플링제를, 소정량, 포함시킴으로써, 건축기준법상의 불연재료를 실현하는 것이 가능하다.

(실시예3)

표1에 나타낸 처리액(1)의 타닌 대신에 카테킨을 이용한 것 이외는, 동일한 처리액을 준비하였다.

이 처리액에 대하여 ¹³C-NMR스펙트럼 분석을 행하였다.

이 경우, 타닌을 대신해 그 모체인 카테킨(폴리 페놀계 화합물)을 사용한 것은, ¹³C-NMR스펙트럼 분석이 하기 쉽기 때문이다.

도 3은, ¹³C-NMR스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면이다.

이 도면에 있어서 카테킨 유래의 피크가 저하하고 있는 것으로부터, 처리액중에서, 카테킨과 그 밖의 성분이 상호작용을 일으키고, 카테킨에 화학변화가 발생 하고 있는 것을 이해할 수 있다.

본 발명은, 불연처리액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 주로, 타기 쉬운 부재, 즉 목재, 종이 및 천연섬유 등의 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 사용하는 것이지만, 그 원리를 일탈하지 않는 한, 실내용 벽재, 가구, 또한 의료(衣料)소재등에 적용가능하며, 동일한 효과를 기대할 수 있는 것이다.

Claims

붕소화합물을 포함하는 약산 또는 약알칼리의 금속염수용액에 인산 및 실란커플링제를 가하여 혼합 수용액으로 하고, 이 혼합 수용액에 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물 추출물을 가한 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제 1 항에 있어서, 약산 또는 약알칼리의 금속염의 함유량이 전 성분중량의 1∼10%인 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제 1 항에 있어서, 붕소화합물의 함유량이 전 성분중량의 50∼95%인 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제 1 항에 있어서, 인산의 함유량이 전 성분중량의 1∼10%인 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제 1 항에 있어서, 실란커플링제의 함유량이 전 성분중량의 0.1∼5%인 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제 1 항에 있어서, 폴리 페놀계 화합물을 주성분으로 하는 식물 추출물의 함유량이 전 성분중량의 0.5∼40%인 것을 특징으로 하는 불연처리액.
제1항에 기재된 불연처리액을 셀룰로오스를 주성분으로 하는 부재에 부여시킨 것을 특징으로 하는 방화재.
제1항에 기재된 불연처리액을 목재에 함침시킨 것을 특징으로 하는 방화재.
제1항에 기재된 불연처리액을 종이에 함침시킨 것을 특징으로 하는 방화재.
제1항에 기재된 불연처리액을 섬유에 함침시킨 것을 특징으로 하는 방화재.