专利名称：防燃处理液和使用该防燃处理液的防火材料的制作方法
技术领域：
(发明领域)本发明涉及一种防燃处理液，更具体地，是其主要组分是硼化合物的防燃处理液，以达到主要用于易燃制品即其主要组分是纤维素的制品，例如木材、纸、天然纤维等的目的。
背景技术：
(传统技术)传统上已经认可了天然形成的有机材料木材、纸和天然纤维是易燃的。
尤其是从建筑领域的观点出发，由于易燃性质则在法律上被限制，这便极大地限制了其使用，因此尽管具有与天然有机材料相关的独特而良好的性能，但其使用仍被极少地发展。
另一方面，上述缺点从再生的观点出发是有利的，其有助于能够通过燃烧处理而不造成任何公共污染。
因此已经开发了用于天然有机材料的防火策略的各种技术，即防燃处理技术。
目前，防燃处理的燃烧抑制作用可以划分为两类，即物理作用和化学作用，正期待通过防燃处理液而实现后者。
这种防燃处理液以各种形式存在，例如磷化合物、氮化合物、硼化合物、卤素化合物等。
然而，这种磷化合物、氮化合物或卤素化合物在燃烧时产生了大量含有毒气体的烟雾，同时磷酸是强酸性的所以可能造成对材料的损害问题的退化或脱色。
另一方面，硼化合物在燃烧时不会产生归因于热解产品的任何有毒气体，并且造成相对轻微的材料损害问题的退化或脱色。
另外，其具有防腐性和防排斥作用(ant-repelling)，并使其目标材料具有高附加价值。
其主要组分是硼化合物的试剂由于其脱水的煅烧效果而展现出高的抑制热形成性能。
术语“脱水的煅烧效果”是指试剂在加热时形成酸或碱的能力，由此在低温下在短期内将纤维素脱水以产生水和碳。
因此，该燃烧抑制作用由两种作用组成，即，水蒸发引起的吸热作用和由于其燃烧速率低的碳残余物形成而放热速率的降低。
(通过本发明将要解决的问题)然而，使用硼化合物作为防燃处理液提出了下面两个将要解决的问题1)溶解性低并且燃烧抑制作用在低的浓度下降低；和2)由于水中的溶解性发生淋溶。
本发明目的在于通过提供一种具有高的燃烧抑制作用同时尽可能避免淋溶的防燃处理液而解决这些问题。
发明内容
(解决问题的方式)本发明人在上述背景下作了努力并且最终发现在金属盐存在下溶解性得到改进、硅烷偶联剂实现成膜性能和可以通过多酚物质抑制淋溶，由此完成本发明。
因此，本发明是(1)通过以下步骤获得的防燃处理液将磷酸和硅烷偶联剂加到含有硼化合物的弱酸性或弱碱性金属盐水溶液中以形成混合的水溶液，并且将其主要组分是多酚化合物的植物提取物加到所述混合的水溶液中。
其还是(2)一种防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的1-10wt％的数量含有弱酸性或弱碱性金属盐。
其还是(3)一种防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的50-95wt％的数量含有硼化合物。
其还是(4)一种防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的1-10wt％的数量含有磷酸。
其还是(5)一种防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的0.1-5wt％的数量含有硅烷偶联剂。
其还是(6)一种防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的0.5-40wt％的数量含有其主要组分是多酚化合物的植物提取物。
其还是(7)一种通过将上述防燃处理液加到其主要组分是纤维素的制品中而获得的防火材料。
其还是(8)一种通过采用上述防燃处理液浸渍木材而获得的防火材料。
其还是(9)一种通过采用上述防燃处理液浸渍纸而获得的防火材料。
其还是(10)一种通过采用上述防燃处理液浸渍纤维而获得的防火材料。
只要实现其目的，本发明还可以组合选自上述(1)-(10)中的两个或多个。
(本发明的有利效果)根据本发明的防燃处理液，试剂的固定作用得到改进以提高燃烧阻止作用同时尽可能地抑制淋溶。
结果，可以提供一种防火木材。
此外，这种防燃处理液可以广泛应用于其主要组分是纤维素的制品，例如木材、纸、天然纤维等。
附图简述
图1是示出测试制品(K)的燃烧试验结果的图。
图2是示出测试制品(L)的燃烧试验结果的图。
图3示出13C-NMR光谱的结果。
实施本发明的最佳方式本发明的防燃处理液通过以下步骤获得将磷酸和硅烷偶联剂加到含有硼化合物的弱酸性或弱碱性金属盐水溶液中以形成混合的水溶液，并且将其主要组分是多酚化合物的植物提取物加到所述混合的水溶液中。
结果，材料的浸渍导致了在燃烧抑制作用和淋溶抑制作用方面的极度改进。
将被浸渍或涂覆的材料主要是其主要组分是纤维素的制品，例如木材、纸、天然纤维等。
(燃烧阻止作用)由于硼化合物本身如众所周知的那样展现出低的溶解性，因此为了有效渗透到材料中则需要在高浓度下的硼化合物溶液。
因此在本发明中，通过弱酸性或弱碱性金属盐的催化作用提高溶解性。
这里使用的这种弱酸性或弱碱性金属盐是氟化钠、亚磷酸钠、亚硫酸钠、氟硼化钠等。
该弱酸性或弱碱性金属盐含量为基于所有组分总重量的1-10wt％。
含量少于1％导致硼化合物溶解困难，然而其超过10％在生产能力方面不够好。
作为这里使用的所有组分的总重量是指除了水之外的防燃处理液各自组分的总重量。
由于所述硼化合物当单独使用时在干燥后经历了转化成粉末，因此其结晶性将通过使用磷酸和硅烷偶联剂被改变，磷酸和硅烷偶联剂作用是赋予干燥的材料以成膜能力。
结果是固定在材料中的试剂量增加并且获得了改进的固定作用，由此获得提高的燃烧阻止作用。
作为硅烷偶联剂，有代表性者包括乙氧基硅烷、甲氧基硅烷等，并且该实验采用了由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.提供的那些，例如产品名称为KBM-602、KBM-603、KBE-603、KBM-903、KBE-903、KBE-04、KBM-13、KBM-22、KBE-22、LBE-103、KPN-3504、KBM-3063、KBM-3103C等。
硅烷偶联剂含量为基于所有组分总重量的0.1-5wt％。
含量少于0.1％导致了难以赋予成膜能力，然而其超过5％导致了溶液粘度的增加，这导致了处理材料困难。
(淋溶阻止作用)还需要抑制试剂(防燃处理液)在湿的状态中的淋溶作用。
在本发明中，试剂的淋溶程度通过使用组分是树皮提取物的多酚物质来降低。
为什么使用多酚化合物的原因是企图实现化学反应，该化学反应使得几乎不水溶的硼化合物在干燥材料后结果是通过多酚化合物吸附硼化合物。
这种化学反应通过下述实施例3给以支持。
使用的多酚化合物可以是组分为树皮提取物、例如通过用水萃取雪松树皮24小时获得的精制丹宁或丹宁。
多酚化合物含量为基于所有组分总重量的0.5-40％。
含量少于0.5％导致了差的效果，然而其超过40％相反导致了所固定的硼化合物数量降低的可能性。
引入多酚化合物会提高在试剂中的固体组分沉淀的温度。
当将这种试剂涂覆到材料上时可以采用两种方法。
在第一种方法中，在用多酚化合物浸渍接着干燥后采用硼化合物浸渍材料。
在第二种方法中，硼化合物和多酚化合物在溶液中混合，提高其温度并且保持在不造成沉淀的范围内，由此在材料内部进行固定作用。
在本发明中，考虑到固定效率而采用后者。
本发明进一步描述于下列实施例中，该实施例并不用来限制本发明并且可以作出各种改进。
<实施例1>
(I)在干燥制品时确认药物固定速率首先，将含有硼化合物的金属盐水溶液与磷酸和硅烷偶联剂[甲氧基硅烷(KBM-22)]结合以形成水溶液混合物。
向该水溶液混合物中引入丹宁作为其主要组分是多酚化合物的植物提取物，以得到处理液1(相应于防燃处理液)。
另一方面，与处理液1类似制备处理液2，只是不加入丹宁。
处理液1和处理液2中各自组分的数量(wt％)示于下面示出的表1中。
在示于表1的处理液1中，将由木材制得的测试制品(A、B、C、D、E)浸渍3小时同时加热并保持在升高的温度下，由此进行有效的浸渍。
在浸渍后接着干燥，测量重量(淋溶前的重量)和水含量。
这里使用的测试制品是尺寸为20cm×12cm×5cm的木材片。
随后，允许每个测试制品(A、B、C、D、E)在其干球温度为65℃并且其相对湿度为90％的高湿条件下保存3天。
采用的该条件以使淋溶容易发生地进行设置。
在105℃的恒温下完成完全的干燥，并且测量重量(淋溶后的干重)。
5个测试制品(A、B、C、D、E)的淋溶程度如下面示出的表2中所示。
然后提供20cm×12cm×5cm木材片的测试制品(F、G、H、I、J)并且采用与上述测试制品(A、B、C、D、E)相似的处理液2处理、称重和测量水含量。
5个测试制品(F、G、H、I、J)的淋溶程度如下面示出的表3中所示。
正如从表2和3中明显看出当与处理液2相比较时，当使用处理液1时淋溶程度显著降低。
因此使用多酚化合物使得发挥充足的试剂淋溶阻止作用。
尽管处理液1中多酚化合物的数量基于整个处理液约为1％，但其可以增加以达到进一步提高试剂淋溶阻止作用的目的。
<实施例2>
(II)证实燃烧阻止作用首先，将含有硼化合物的金属盐水溶液与磷酸和硅烷偶联剂[甲氧基硅烷(KBM-22)]结合以形成水溶液混合物。
向该水溶液混合物中引入丹宁作为其主要组分是多酚化合物的植物提取物，以得到处理液3。
另一方面，与处理液3类似制备处理液4，除了不加入硅烷偶联剂(KBM-22)之外。
处理液3和处理液4中各自组分的混合比(wt％)示于下面所示的表4中。
在该实施例中，采用示于表4中的处理液3浸渍由木材制得的测试制品，并且使用ISO锥形量热器测定测试制品(K)。
在采用处理液4类似浸渍后，类似地测定测试制品(L)。
图1是表示测试制品(K)的燃烧试验结果的图。
这些结果表示优于规定在Construction Standard Act中防火材料的标准性能。
图2是表示测试制品(L)的燃烧试验结果的图。
这些结果表示符合于规定在Construction Standard Act中准防火材料的标准性能，但不符合于防火材料的标准性能。
从而，通过以一定数量引入硅烷偶联剂可以实现在Construction StandardAct下的防火材料。
<实施例3>
提供类似于表1中示出的处理液1的处理液，除了使用儿茶酚代替丹宁。
将该处理液进行13C-NMR光谱测试。
在这种情况下，使用是丹宁前体的儿茶酚(多酚化合物)代替丹宁，因为其可以容易地进行13C-NMR光谱分析。
图3表示13C-NMR光谱的结果。
由于归因于儿茶酚的峰值在该图中降低，儿茶酚被认为与处理液中的其他组分相互作用，由此在儿茶酚中产生化学变化。
工业应用性、实用性尽管本发明涉及一种防燃处理液，更特别地其主要用于易燃制品即其主要组分是纤维素的制品，例如木材、纸、天然纤维等，但其还可以具有所预期的类似作用而应用于内部壁纸、家具、服装材料等，只要不违背原则。
表1
表2[淋溶程度(带有丹宁)]
表3[淋溶程度(没有丹宁)]
表4
权利要求
1.一种防燃处理液，该处理液通过以下步骤获得将磷酸和硅烷偶联剂加到含有硼化合物的弱酸性或弱碱性金属盐水溶液中以形成混合的水溶液，并且将其主要组分是多酚化合物的植物提取物加到所述混合的水溶液中。
2.根据权利要求1的防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的1-10wt％的数量含有弱酸性或弱碱性金属盐。
3.根据权利要求1的防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的50-95wt％的数量含有硼化合物。
4.根据权利要求1的防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的1-10wt％的数量含有磷酸。
5.根据权利要求1的防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的0.1-5wt％的数量含有硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1的防燃处理液，其中以基于所有组分总重量的0.5-40wt％的数量含有其主要组分是多酚化合物的植物提取物。
7.一种防火材料，该防火材料通过将根据权利要求1的防燃处理液加到其主要组分是纤维素的制品中而获得。
8.一种防火材料，该防火材料通过采用根据权利要求1的防燃处理液浸渍木材而获得。
9.一种防火材料，该防火材料通过采用根据权利要求1的防燃处理液浸渍纸而获得。
10.一种防火材料，该防火材料通过采用根据权利要求1的防燃处理液浸渍纤维而获得。
全文摘要
一种能够解决问题例如导致低浓度与因此低的燃烧抑制作用的低溶解性和导致淋溶缺陷的水溶性，硼化合物用作防燃处理液组分的防燃处理液。特别是一种通过以下步骤制得的防燃处理液将磷酸和硅烷偶联剂加到含有硼化合物的弱酸或弱碱含水金属盐溶液中以由此获得混合的水溶液，并且将主要由多酚化合物组成的植物提取物加到该混合的水溶液中。该防燃处理液可以广泛应用于主要由纤维素组成的物质，例如木材、纸和天然纤维。该防燃处理液可以增加化学物质的固定性以由此获得高的燃烧抑制作用并可以将淋溶的发生减少到最小。
文档编号C09K21/04GK1665654SQ0381627
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月30日 优先权日2002年5月31日
发明者浅野成昭, 浅野裕弥, 浅野天仁 申请人:浅野木材工业株式会社