ОГНЕЗАЩИТНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ
FIRE-RETARDANT CHEMICAL COMPOSITION

Область техники
Настоящее изобретение относится к химическим композициям, обладающим огнезащитными свойствами, и в частности - к композициям, которые можно наносить на ткани и другие материалы.
Уровень техники
Требования пожаробезопасности для потребительских и иных товаров вынуждают многих производителей придавать изделиям огнестойкие свойства. Для того чтобы обеспечить соответствие указанным правилам, многие производители наносят на свои товары огнестойкие химические композиции. К сожалению, многие огнестойкие химические композиции, как известно, содержат ингредиенты, которые могут быть опасными для человека и окружающей среды.
К вредным огнестойким композициям относятся галогенированные композиции, в частности содержащие такие галогены, как хлор и бром. Бромированные антивоспламенители (БА) и хлорированные антивоспаменители (ХА) используются более 30 лет, и, как показывают последние исследования, содержание этих веществ быстро накапливается в организме человека. Так как большее количество испытаний проведено с БА, их вредное влияние известно лучше. Результаты проведенных исследований позволяют предполагать, что БА могут быть связаны с подавлением иммунной системы, раком, эндокринными нарушениями, влиянием на нервную систему и поведение и развитие организма. БА широко используют в потребительских товарах, в частности в пластмассах для электронных изделий, пеноматериалах и текстильных изделиях. Предполагают, что ХА, которые используют в текстильных изделиях, красках и покрытиях, пластмассах и изоляционных пеноматериалах, также наносят вред человеку и окружающей среде.
Поэтому существует потребность в эффективных негалогенизированных антивоспламенителях, которые позволят снизить и/или исключить применение БА и ХА.
В частности, существует потребность в антивоспламенителях, которые являются безопасными для человека и окружающей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают композицию, которая придает огнестойкость и содержит фосфат аммония, источник цитрат-иона и источник бензоат-иона. В некоторых вариантах реализации указанная композиция дополнительно содержит водный растворитель. Предпочтительно, источником цитрат-иона является лимонная кислота и/или источником бензоат-иона является бензоат натрия.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения композиция содержит 1 часть источника цитрат-иона на 12.7-20 частей фосфата аммония и на 0.8-2.2 части источника бензоат-иона. В некоторых вариантах реализации композиция представляет собой жидкость, однако, предполагается, что композиция согласно настоящему изобретению может быть в гранулированной или твердой форме.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения композиция имеет величину рН в пределах от 4 до 6. Источник цитрат-иона предпочтительно добавляют в композицию в количестве, которое обеспечивает значение рН в пределах указанного диапазона. В некоторых вариантах реализации в композицию добавляют щелочной компонент в количестве, которое обеспечивает значение рН в пределах указанного диапазона.
В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение относится к способу придания материалу огнестойкости, который включает нанесение на указанный материал композиции, содержащей фосфат аммония, источник цитрат-иона и источник бензоат-иона. Композиция, которую наносят указанным способом, предпочтительно содержит 1 часть источника цитрат-иона на 12.7-20 частей фосфата аммония и на 0.8-2.2 части источника бензоат-иона. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения композицию напыляют на материал. В других вариантах реализации материал погружают в указанную композицию.
В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение относится к способу получения огнезащитной композиции, согласно которому композицию, которая содержит фосфат аммония, источник цитрат-иона и источник бензоат-иона, растворяют в водном растворителе. Предпочтительно в водном растворителе сначала растворяют фосфат аммония, чтобы получить раствор, а затем в указанный раствор при перемешивании добавляют лимонную кислоту и бензоат натрия.
В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение относится к композиции, которая по существу состоит из фосфата аммония, лимонной кислоты и бензоата натрия. В других вариантах реализации указанная композиция содержит также водный растворитель.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем описании в целях пояснения приведены многочисленные конкретные детали, которые позволяют дать полное понимание настоящего изобретения. Однако для специалистов в данной области техники очевидно, что типичные варианты реализации можно осуществить без этих конкретных деталей. Хотя описанные далее варианты реализации настоящего изобретения приведены со ссылками на конкретные примеры, для опытных специалистов в данной области техники очевидно также, что ни один из элементов описанных вариантов реализации в отдельности не является необходимым для успешной реализации изобретения и что настоящее изобретение можно реализовать в других различных комбинациях, помимо указанных в описании.
В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение обеспечивает химическую композицию, которую можно применять в качестве антивоспламенителя. В предпочтительном варианте реализации указанную химическую композицию наносят на поверхность материала, чтобы обеспечить огнезащитные свойства предмета. Ограничений для материала, на который наносят указанную композицию, не существует. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения указанную композицию можно наносить на кожу, мебель, пластмассы, изоляцию, дерево, ткань (в частности, на детское ночное белье) или на любой другой материал. Горючесть (воспламеняемость) тканей делает их особенно подходящим материалом. Подразумевается также, что такую композицию можно применять в других областях для предотвращения и/или подавления возгорания. Так, например, предполагается, что указанную композицию можно использовать для подавления возгорания автомобилей, домов и лесных массивов.
В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение обеспечивает композицию, которая содержит смесь ингредиентов, безопасных для человека, и предпочтительно не содержит галогенов. Композиция согласно изобретению предпочтительно содержит компоненты, которые естественным образом встречаются в пище или организме человека. В некоторых вариантах реализации единственным свойством отдельных компонентов композиции, которое оказывает воздействие на здоровье человека, является раздражение глаз, если продукт вступает в случайный контакт с глазами. Предпочтительно этот эффект раздражения глаз оказывается меньшим, чем в случае соли (хлорида натрия), натуральных лимонов и/или фруктового сока. В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение обеспечивает композицию, которая содержит смесь компонентов, безвредную для окружающей среды. Предпочтительно изобретение обеспечивает композицию, которая не является жирной и не дает неприятного запаха при нанесении на материалы.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения ингредиенты указанной композиции включают фосфорсодержащий материал, кислотный материал и материал, который служит в качестве консерванта. В некоторых вариантах реализации композиция содержит также водный растворитель, в котором растворяют другие ингредиенты композиции. Водный растворитель может представлять собой любой тип растворителя, который содержит воду. Так, например, водный растворитель может представлять собой водопроводную или дистиллированную воду. Для вариантов реализации, которые содержат водный растворитель, указанный растворитель предпочтительно составляет примерно от 55% до примерно 95% композиции. Более предпочтительно водный растворитель содержит примерно от 72% до 88% воды и наиболее предпочтительно составляет примерно от 78% до примерно 82% от композиции.
4
2
4
4
2
4
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения фосфорсодержащий материал представляет собой фосфатное соединение, в частности фосфат аммония (CAS №10124-31-9), однако, можно применять и другие фосфаты, в частности фосфаты калия или натрия. Таким образом, подразумевается возможность применения любого типа фосфатного соединения. Предпочтительный вариант реализации включает двухосновный фосфат аммония (гидрофосфат аммония, (NH)HPO) (CAS №7783-28-0). Однако подразумевается, что другие формы фосфата аммония также могут быть использованы, в частности одноосновный фосфат аммония (дигидрофосфат аммония, (NH)HPO) (CAS №7722-76-1), полифосфат аммония и некоторые другие типы фосфатных соединений аммония. Химическое строение двухосновного фосфата аммония делает его особенно пригодным ингредиентом для некоторых вариантов реализации настоящего изобретения. Хотя фосфат аммония можно применять в широком диапазоне концентраций, двухосновный фосфат аммония предпочтительно составляет примерно от 2% до примерно 30% композиции, если в указанной композиции присутствует также водный растворитель.
Более предпочтительно, двухосновный фосфат аммония составляет примерно от 9% до примерно 23% композиции и наиболее предпочтительно - примерно от 14% до 18% композиции. Подразумевается, что эти пределы могут смещаться в зависимости от типа применяемого материала, содержащего фосфат.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения один из ингредиентов представляет собой кислотный материал. Кислотный материал предпочтительно включают для регулирования величины рН композиции согласно настоящему изобретению, чтобы усилить огнезащитные свойства фосфата аммония. Хотя. величина рН может изменяться в широком диапазоне, рН композиции предпочтительно поддерживают в пределах примерно от 5 до 9, более предпочтительно - примерно от 6,5 до 7,5. В некоторых вариантах реализации рН составляет около 7. В качестве кислотного материала можно применять материал любого подходящего типа. Так, например, для регулирования величины рН можно применять уксусную кислоту (CAS №64-19-7), однако, более сильные кислоты в меньших количествах (например, соляная кислота (CAS №7647-01-0)) также могут быть эффективными. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения кислотный материал представляет собой карбоксилат. Предпочтительно применяют карбоксилат, который является источником цитрат-иона. Кроме того, рН можно регулировать при помощи соответствующих фосфатных солей или добавлением небольших количеств сильных кислот, в частности HCl, или сильных оснований, в частности NaOH.
Лимонная кислота может быть особенно подходящим материалом, поскольку она является относительно слабой кислотой, способной удовлетворить требования покупателей, государственных регулирующих органов и других лиц, у которых могут возникнуть причины для ознакомления с ингредиентами композиции согласно изобретению. Содержание кислотного материала зависит от типа применяемого кислотного материала и может изменяться в широких пределах. Предпочтительное содержание лимонной кислоты составляет примерно от 0.25% до примерно 4% композиции, если в ней также присутствует водный растворитель. Более предпочтительное содержание лимонной кислоты примерно от 0.75% до примерно 2% композиции, и наиболее предпочтительное - примерно от 0.9% до примерно 1.1% композиции. Подразумевается, что эти пределы могут сдвигаться в зависимости от типа применяемого кислотного материала.
В некоторых вариантах реализации изобретения добавляют консервирующий материал, чтобы предотвратить рост бактерий или плесени во время транспортировки и/или хранения композиции. Для этой цели можно применять любой пригодный консервант. Консервирующий материал предпочтительно обеспечивает источник бензоат-иона. В некоторых вариантах реализации источником бензоат-иона является бензойная кислота, а предпочтительным - является бензоат натрия. Бензоат натрия может быть особенно предпочтительным, потому что является природным консервантом и способен удовлетворить требования покупателей, правительственных чиновников и других лиц, у которых могут возникнуть причины для ознакомления с ингредиентами композиции согласно изобретению. В альтернативном варианте реализации в качестве консервирующего материала можно применять бронопол (CAS №52-51-7).
Консервирующий материал предпочтительно добавляют в количестве, достаточном для подавления роста бактерий и плесени в композиции в течение желаемого периода времени. В вариантах реализации настоящего изобретения с применением бензоата натрия его количество может изменяться в широких пределах, однако, предпочтительное содержание бензоата натрия составляет примерно от 0.25% до примерно 7% композиции, если водный растворитель также присутствует в композиции. Более предпочтительное содержание бензоата натрия - примерно от 0.75% до примерно 4% композиции, и наиболее предпочтительное - примерно от 0.9% до примерно 2% композиции. Подразумевается, что эти пределы могут сдвигаться в зависимости от типа применяемого консервирующего материала. Преимущественно бензоат натрия в пределах примерно от 0.9% до 2% устраняет все бактерии и плесень в течение по меньшей мере одного года в композиции, которая хранится при комнатной температуре в закрытом контейнере.
В некоторых вариантах реализации композиция может быть жидкой или твердой. В предпочтительном варианте реализации композиция в жидкой форме содержит водный растворитель. Композиция может быть также в твердой или гранулированной форме. Во время использования композиция согласно настоящему изобретению предпочтительно находится в жидкой форме. Однако водный растворитель можно добавлять в композицию на любой стадии, в том числе после продажи состава потребителю. В некоторых вариантах реализации форма, в которой находится композиция, не оказывает влияния на соотношение двухосновного фосфата аммония, лимонной кислоты и бензоата натрия. Предпочтительное соотношение этих ингредиентов составляет примерно 1 часть лимонной кислоты, примерно от 12.7 до 20 частей двухосновного фосфата аммония и примерно от 0.8 до 2.2 частей бензоата натрия. Испытания показали, что композиция особенно эффективна, если соотношение содержания ингредиентов лежит в указанных пределах. Однако композиция может обеспечивать эффективную защиту от возгорания, если используются и другие соотношения ингредиентов.
Для получения композиции ингредиенты можно комбинировать любым пригодным способом. Далее приведен пример способа, с помощью которого можно комбинировать ингредиенты с получением указанной композиции, которая содержит водный растворитель. Примерно 50% водного растворителя можно вылить в резервуар или иной контейнер подходящего размера. При быстром перемешивании можно добавить двухосновный фосфат аммония и продолжать перемешивание в течение 10-15 минут до полного растворения двухосновного фосфата аммония. Затем можно добавить лимонную кислоту, продолжая быстрое перемешивание в течение примерно 5 минут. После этого можно добавить бензоат натрия, продолжая быстрое перемешивание еще в течение примерно 5 минут до тех пор, пока жидкость не станет прозрачной. Затем можно добавить остальные 50% водного растворителя, продолжая перемешивать раствор в течение следующих примерно 5 минут. В идеальном случае раствор должен быть прозрачным, а ингредиенты должны полностью раствориться без видимых следов твердой фазы. Это один из примеров возможного соединения ингредиентов и для специалиста в данной области техники очевидно, что существует множество других способов смешивания, которые могут быть использованы.
Далее приведен пример возможного объединения ингредиентов с получением композиции, которая по меньшей мере вначале не содержит водный растворитель. Двухосновный фосфат аммония можно загрузить в обычный порошковый смеситель любого типа и размешать до исчезновения всех комков. Затем можно добавить лимонную кислоту и размешать в порошковом смесителе до исчезновения всех комков, после чего тщательно перемешать ингредиенты. Далее можно добавить двухосновный бензоат натрия и размешать в порошковом смесителе до исчезновения всех комков и до полного смешения всех ингредиентов. Затем композиция может быть поставлена покупателю или храниться в такой гранулированной или порошкообразной форме. В любой желаемый момент времени гранулированную или порошкообразную смесь можно растворить в водном растворителе. Раствор можно перемешивать до тех пор, пока гранулированная или порошкообразная смесь не растворится и будут отсутствовать комки или видимые следы твердого материала, а раствор не будет прозрачным.
Композицию можно применять в различных условиях, однако, некоторые условия применения делают его особенно эффективным. Так, например, эффективным оказалось нанесение композиции на материалы при температуре 10°С или более. Однако композиция является эффективной и в случае нанесения при альтернативных условиях. В одном варианте реализации композицию можно наносить напылением на сухой материал или погружением сухого материала в указанную композицию. После насыщения материала композицией его предпочтительно подвергают сушке. Такой способ является только примером возможного применения композиции и его не следует интерпретировать как ограничение изобретения.
Хотя изобретение описано в контексте определенных предпочтительных вариантов реализации и примеров, для специалистов в данной области техники является очевидным, что помимо конкретных описанных вариантов реализации для настоящего изобретения возможны альтернативные варианты реализации и/или применения, а также очевидные модификации и эквиваленты. Поэтому подразумевается, что область охвата настоящего изобретения не ограничивается конкретными вариантами реализации, приведенными в настоящем описании.