DE102007050839A1 - Carbohydrate-based additives with adhesive effect for aqueous fire and fire protection agents, their preparation and use - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Herstellung und Verwendung von vernetzten Gelmaterialien auf Basis kationisch modifizierter Polysaccharide, die sowohl auf porösen Oberflächen, z. B. aus Holz oder Papier, als auch auf glatten Oberflächen haften und dadurch eine deutlich längere Wirksamkeit als Brandschutzadditiv aufweisen. Ebenso ist die Verwendung von vernetzten kationisierten Polysaccharid-Derivaten als Additiv in wässrigen Formulierungen, die sowohl den vorbeugenden Brandschutz als auch das Löschen von Bränden effizienter gestalten, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The present invention describes the preparation and use of crosslinked gel materials based on cationically modified polysaccharides which can be used on both porous surfaces, e.g. B. of wood or paper, as well as adhere to smooth surfaces and thereby have a much longer effectiveness as a fire-resistant additive. Also, the use of crosslinked cationized polysaccharide derivatives as an additive in aqueous formulations that make both preventive fire protection and extinguishing fires more efficient is the subject of the present invention.
Description
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Herstellung und Verwendung von vernetzten Gelmaterialien auf Basis kationisch modifizierter Polysaccharide, die sowohl auf porösen Oberflächen, z. B. aus Holz oder Papier, als auch auf glatten Oberflächen haften und dadurch eine deutlich längere Wirksamkeit als Brandschutzadditiv aufweisen. Ebenso ist die Verwendung von vernetzten kationisierten Polysaccharid-Derivaten als Additiv in wässrigen Formulierungen, die sowohl den vorbeugenden Brandschutz als auch das Löschen von Bränden effizienter gestalten, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The The present invention describes the preparation and use of crosslinked gel materials based on cationically modified Polysaccharides, which can be used on both porous surfaces, z. As wood or paper, as well as on smooth surfaces adhere and thereby a much longer effectiveness than Fire protection additive have. Likewise, the use of networked cationized polysaccharide derivatives as an additive in aqueous Formulations that include both preventive fire safety as well make the extinguishing of fires more efficient, Subject of the present invention.
Aus der Praxis ist eine Vielzahl von Wasseradditiven zur aktiven und präventiven Brandbekämpfung bekannt. In der aktiven Brandbekämpfung dienen diese u. a. dazu, die rheologischen Eigenschaften des Löschmittels zu modifizieren (Oberflächenspannung), durch eine verzögerte Wasserfreisetzung mehr Löschmittel in die Brandzone zu transportieren und damit eine effizientere Feuerbekämpfung zu ermöglichen, sowie durch geeignete brandhemmende Zusätze die Wirkung des Löschmittels deutlich zu verstärken. Präventive Brandbekämpfung bedeutet u. a. das Aufbringen von temporären Schutzschichten auf in der Nähe des Brandherdes befindliche Oberflächen, um eine Ausbreitung des Brandes möglichst effektiv hinauszuzögern. Wichtige zusätzliche Eigenschaften für derartige Wasseradditive sind demzufolge u. a. Umweltverträglichkeit, gutes Haftungsvermögen an allen Arten von Oberflächen und exzellentes Quellungsvermögen.Out In practice, a variety of water additives for active and known preventive firefighting. In the active Firefighting serve these u. a. to, the rheological Properties of the extinguishing agent (surface tension), Delayed water release more extinguishing agent to transport into the fire zone and thus a more efficient fire fighting to allow, as well as by suitable flame retardant additives significantly enhance the effect of the extinguishing agent. Preventive fire fighting means u. a. the Applying temporary protective coatings on nearby the surface of the fire to spread delay the fire as effectively as possible. Important additional properties for such Water additives are therefore u. a. environmental, good adhesion to all types of surfaces and excellent swelling capacity.
In der Patentliteratur ist eine große Anzahl von derartigen Wasseradditiven beschrieben, die auf Basis sowohl synthetischer als auch aus nachwachsenden Rohstoffen erhaltener Polymere hergestellt wurden. Dabei werden nach unterschiedlichen Synthese- und Formulierungsprinzipien nahezu ausschließlich unmodifizierte bzw. anionisch modifizierte Polymere verwendet.In The patent literature is a large number of such Water additives based on both synthetic as well as from renewable raw materials obtained polymers were. They are based on different synthesis and formulation principles almost exclusively unmodified or anionically modified Polymers used.
So
beschreibt die
Wasser-in-Wasser-Polymerdispersionen
unter Verwendung vernetzter Acrylat- und Acrylamidpolymere werden
in der
Die
Verwendung von Brandschutzadditiven aus nachwachsenden Rohstoffen
ist bereits ebenfalls in einigen Schriften ausgeführt.
So werden In
Auch
monomere Kohlehydrate (Natriumheptagluconat) können in
Kombination mit bestimmten Aminophosphonaten durch die Ausbildung
einer dichten Fullerenschicht bei Wärmeeinwirkung als Brandschutzmittel
wirken (
Wesentliches Manko vieler wässriger Brandschutzformulierungen ist deren nicht ausreichende Haftfähigkeit vor allem auf nicht-horizontalen Oberflächen. Es ist bekannt, dass diese im Allgemeinen negativ geladen sind. Technisch wird bislang die Haftung des Löschmittels durch die Verwendung von tensidhaltigen Löschschäumen realisiert. Von Nachteil sind hier jedoch die temporäre Haltbarkeit des Schaums sowie die Tensidbelastung der Umwelt.essential Deficiency of many aqueous fire protection formulations is their insufficient adhesion especially on non-horizontal Surfaces. It is well known that these are generally are negatively charged. Technically, so far the liability of the extinguishing agent through the use of surfactant-containing extinguishing foams realized. The disadvantage here, however, the temporary Durability of the foam and the surfactant load of the environment.
Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Technik war es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vernetzte Gelmaterialien bereitzustellen, die eine exzellente Haftbarkeit oder Haftfähigkeit, insbesondere auf nicht-horizontalen Oberflächen aufweisen. Diese Gelmaterialien sollen sich ebenso durch eine vorzügliche brandhemmende Eigenschaft, sowohl zur Brandlöschung als auch zur Entflammungsverhinderung der benetzten Objekte auszeichnen.outgoing It was thus the task of these disadvantages of the prior art the present invention to provide crosslinked gel materials, which has excellent liability or adhesion, in particular on non-horizontal surfaces. These gel materials should also be characterized by an excellent fire retardant Property, both fire extinguishing and fire prevention of wetted objects.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zur Herstellung von vernetzten Gelmaterialien gemäß Patentanspruch 1 sowie den vernetzten Gelmaterialien gemäß Anspruch 22 gelöst. Ebenso stellt vorliegende Erfindung ein haftvermittelndes Feuer- und Brandschutzmittel gemäß Patentanspruch 24 bereit, wobei die zuvor genannten Gelmaterialien enthalten sind. Verwendungszwecke des Feuer- und Brandschutzmittels werden mit Patentanspruch 27 genannt. Die jeweils abhängigen Unteransprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.These Task is with the method for the production of crosslinked gel materials according to claim 1 and the crosslinked gel materials solved according to claim 22. Likewise present invention, an adhesion promoting fire and fire retardant according to claim 24, wherein the aforementioned Gel materials are included. Uses of the fire and Fire retardants are mentioned in claim 27. The respectively Dependent dependent claims make it advantageous Further developments.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Herstellung von vernetzten Gelmaterialien bereitgestellt, wobei
- a) mindestens ein aus einem entsprechenden Polysaccharid hergestelltes, mit einer kationischen Funktionalität versehenes, kationisch geladenes Poly saccharidderivat in mindestens einem Lösungsmittel suspendiert und
- b) mit mindestens einem Vernetzungsmittel homogenisiert und zur Reaktion gebracht wird.
- a) at least one prepared from a corresponding polysaccharide, provided with a cationic functionality, cationically charged poly saccharidderivat in at least one solvent and suspended
- b) is homogenized with at least one crosslinking agent and reacted.
Dabei wurde überraschend gefunden, dass die Vernetzung kommerzieller kationischer Polysaccharide mit verschiedenen brandhemmenden Vernetzern zu kaltquellenden Gelmaterialien mit sehr guter Wirksamkeit als Brandschutz- bzw. Feuerlöschadditiv führt. Als Basismaterialien eignen sich prinzipiell alle Kohlehydrate, die quaternäre Stickstoffatome tragen, insbesondere kationisiertes Guarkernmehl und kationische Stärken. Werden diese mit Vernetzersubstanzen, die selbst flammhemmende Eigenschaften aufweisen, zur Reaktion gebracht, entstehen in Wasser kaltquellende Gelmaterialien, die deutliche flammhemmende Wirkung haben.there It was surprisingly found that the crosslinking of commercial cationic polysaccharides with various fire retardant crosslinkers too cold swelling gel materials with very good effectiveness as Fire protection or fire extinguishing additive leads. When Basic materials are in principle all carbohydrates, the bear quaternary nitrogen atoms, in particular cationized Guar gum and cationic starches. Will these with Crosslinking substances which themselves have flame retardant properties, brought to reaction, formed in water cold swelling gel materials, which have a clear flame-retardant effect.
Die Umsetzung mit den Kohlehydraten erfolgt technologisch vorteilhaft im Trockenverfahren, beispielsweise im Kneter mit anschließender Kontakttrocknung (z. B. Waffeleisen, Platte, Walze,) oder im Doppelschneckenextruder. Zur besseren Verarbeitbarkeit können Weichmacher, die vorzugsweise ebenfalls flammhemmende Eigenschaften aufweisen sollten (z. B. Dimethylharnstoff) eingesetzt werden. Das entstandene Trockenprodukt wird anschließend gemahlen, gesichtet und kann dann in Wasser gelöst/gequollen werden.The Implementation with the carbohydrates is technologically advantageous in the dry process, for example in the kneader with subsequent Contact drying (eg waffle iron, plate, roller,) or in a twin-screw extruder. For better processability, plasticizers, preferably should also have flame retardant properties (eg dimethylurea) be used. The resulting dry product is subsequently ground, sifted and then dissolved in water / swollen become.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform lässt sich
dabei das kationisch geladene Polysaccharid-Derivat durch Umsetzung
mit mindestens einem bzw. Aufpfropfung mindestens eines (2,3-Epoxyalkyl)ammonium-Derivats
der allgemeinenen Formel I mindestens eines Ammoniumalkyl(meth)acrylat-Derivats
der allgemeinen Formel II und/oder mindestens eines
Ammoniumalkylderivats der allgemeinen Formel III herstellen, wobei in den
Formeln I, II und/oder III unabhängig voneinander
R
lineares oder verzweigtes C1-C8 Alkyl,
C6-C12 Aryl oder
lineares oder verzweigtes C6-C18 Aralykly,
R1 Wasserstoff, lineares oder verzweigtes
C1-C8 Alkyl, C6-C12 Aryl oder lineares
oder verzweigtes C6-C18 Aralkly,
X
Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid, Triflat, Tosylat,
n 1 bis
12 und
Y Chlor, Brom, Iod, Triflat oder Tosylat
bedeuten.In an advantageous embodiment, the cationically charged polysaccharide derivative can be prepared by reaction with at least one or grafting of at least one (2,3-epoxyalkyl) ammonium derivative of the general formula I at least one ammonium alkyl (meth) acrylate derivative of the general formula II and / or at least one Ammoniumalkylderivats of the general formula III in which, in the formulas I, II and / or III independently of one another
R is linear or branched C 1 -C 8 alkyl, C 6 -C 12 aryl or linear or branched C 6 -C 18 aralyclyl,
R 1 is hydrogen, linear or branched C 1 -C 8 alkyl, C 6 -C 12 aryl or linear or branched C 6 -C 18 aralkly,
X fluoride, chloride, bromide, iodide, triflate, tosylate,
n 1 to 12 and
Y is chlorine, bromine, iodine, triflate or tosylate
mean.
Derartige Umsetzungsprodukte sind bereits in großer Zahl aus dem Stand der Technik bekannt und werden als Edukte bevorzugt bei vorliegender erfindungsgemäßer Vernetzungsreaktion verwendet.such Reaction products are already in large numbers from the State of the art and are preferred as starting materials in the present used according to the invention crosslinking reaction.
Eine spezielle, vorteilhafte Auswahl der vorgenannten Reagenzien sieht vor, dass
- a) das (2,3-Epoxyalkyl)ammonium-Derivat der allgemeinenen Formel I 2,3-Epoxypropyl-N,N,N,-trimethylammoniumchlorid ist,
- b) das Ammoniumalkyl(meth)acrylat-Derivat der allgemeinen Formel II ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (N,N,N-Trimethylammoniumethyl)acrylat, (N,N,N-Trimethylammoniumethyl)methacrylat,
- c) das Ammoniumalkylderivat der allgemeinen Formel III ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N,N,N-Trimethylammoniumehtylchlorid.
- a) the (2,3-epoxyalkyl) ammonium derivative of the general formula I is 2,3-epoxypropyl-N, N, N, -trimethylammonium chloride,
- b) the ammonium alkyl (meth) acrylate derivative of the general formula II is selected from the group consisting of (N, N, N-trimethylammoniumethyl) acrylate, (N, N, N-trimethylammoniumethyl) methacrylate,
- c) the ammonium alkyl derivative of the general formula III is selected from the group consisting of N, N, N-trimethylammonium ethyl chloride.
Das zugrunde liegende Polysaccharid, das durch Reaktion mit den zuvor genannten Reagenzien, beispielsweise der Reagenzien der Formeln I, II und/oder III zum kationisch geladenen Polysaccharid-Derivat umgesetzt wird und dadurch mit einer kationischen Funktionalität versehen wird, ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenhydraten, Guarkernmehl, Chitosan, Stärken, Amylosen, Amylopektin und/oder Mischungen hieraus. Das zugrunde liegende Polysaccharid-Gerüst wird dabei durch die Umsetzung mit den Reagenzien der allgemeinen Formeln I, II und/oder III nicht berührt, es findet lediglich eine teilweise Kationisierung bzw. Aufpfropfung der entsprechenden Reagenzien auf eine OH-Funktionalität der zugrunde liegenden Monosaccharid-Einheiten statt.The underlying polysaccharide by reaction with the previously mentioned reagents, for example, the reagents of the formulas I, II and / or III to the cationically charged polysaccharide derivative is implemented and thereby with a cationic functionality is preferably selected from the group consisting of carbohydrates, guar gum, chitosan, starches, Amyloses, amylopectin and / or mixtures thereof. The underlying lying polysaccharide scaffold is thereby by the reaction not with the reagents of the general formulas I, II and / or III touched, there is only a partial cationization or grafting the corresponding reagents to an OH functionality the underlying monosaccharide units.
Vorzugsweise findet dabei die Umsetzung nicht vollständig, sondern lediglich teilweise statt, so dass Polysaccharid-Derivate resultieren, deren Substitutionsgrad (DS) bezüglich der kationischen Funktionalitäten 0,005 ≤ DS ≤ 0,5, bevorzugt 0,02 ≤ DS ≤ 0,2, besonders bevorzugt 0,05 ≤ DS ≤ 0,15 beträgt.Preferably The implementation is not complete, but only partial, resulting in polysaccharide derivatives whose Degree of substitution (DS) with respect to cationic functionalities 0.005 ≤ DS ≤ 0.5, preferably 0.02 ≦ DS ≦ 0.2, more preferably 0.05 ≤ DS ≤ 0.15.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polysaccharid-Derivate weisen dabei vorzugsweise ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 5·104 bis 5·107 g/mol, bevorzugt 1·105 bis 2·107 g/mol auf.The polysaccharide derivatives used according to the invention preferably have a weight-average molecular weight of 5 × 10 4 to 5 × 10 7 g / mol, preferably 1 × 10 5 to 2 × 10 7 g / mol.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zuvor genannte Molmasse dabei eine breite Verteilung auf.In a further advantageous embodiment, the aforementioned molecular weight while a broad distribution.
Weiterhin ist es ebenso vorteilhaft, wenn das Vernetzungsmittel mindestens zwei, die freien OH-Funktionalitäten des kationischen Polysaccharidderivats vernetzende, funktionelle Gruppen aufweist.Farther it is also advantageous if the crosslinking agent is at least two, the free OH functionalities of the cationic polysaccharide derivative having crosslinking, functional groups.
Eine spezielle Auswahl des Vernetzungsmittels sieht vor, dass das mindestens eine Vernetzungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten, Methylolmelaminen, Harnstoffderivaten, insbesondere reaktiven Harnstoffderivaten, Methylolharnstoffen, Orthosilikaten, Natriumtrimetaphosphat, Boraten, Polyboraten, Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff und/oder Mischungen hieraus.A special selection of the crosslinking agent provides that that at least a crosslinking agent is selected from the group consisting from melamine-formaldehyde precondensates, methylolmelamines, urea derivatives, especially reactive urea derivatives, methylol ureas, Orthosilicates, sodium trimetaphosphate, borates, polyborates, dimethyloldihydroxyethyleneurea and / or mixtures thereof.
Insbesondere ergeben sich Vorteile, wenn das mindestens eine Vernetzungsmittel bezüglich des Polysaccharidderivats in einem Gewichtsverhältnis von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% eingesetzt wird.Especially There are advantages when the at least one crosslinking agent with respect to the polysaccharide derivative in a weight ratio from 0.1% by weight to 50% by weight, preferably from 1% by weight to 20% by weight, particularly preferably from 1 wt .-% to 10 wt .-% is used.
Bevorzugt wird die Umsetzung zur Herstellung der erfindungsgemäßen vernetzten Gelmaterialien in Wasser durchgeführt. Das Gewichtsverhältnis des Lösungsmittels bezogen auf das kationische Polysaccharidderivat beträgt dabei 50 bis 300 Gew.-%, bevorzugt 75 bis 250 Gew.-%, besonders bevorzugt 80 bis 120 Gew.-%.Prefers is the reaction for the preparation of the inventive crosslinked gel materials in water. The weight ratio of the solvent based on the cationic polysaccharide derivative is from 50 to 300 wt .-%, preferably 75 to 250 wt .-%, particularly preferably 80 to 120% by weight.
Bei der Umsetzung können ebenso weitere Additive in die Reaktionsmischung eingearbeitet werden. Vorteilhafterweise werden dabei Additive verwendet, die selbst branndhemmende Eigenschaften aufweisen. Insbesondere sind die Additive dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Weichmachern, wie z. B. Alkylharnstoffen, Antioxidantien, Tensiden, Salzen und/oder Mischungen hieraus. Das Gewichtsverhältnis der weiteren Additive bezüglich des Polysaccharid-Derivats beträgt dabei 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%.at The reaction may also contain other additives in the reaction mixture be incorporated. Advantageously, additives are used, which have self-fire retardant properties. Especially the additives are selected from the group from plasticizers, such. As alkyl ureas, antioxidants, surfactants, Salts and / or mixtures thereof. The weight ratio the other additives with respect to the polysaccharide derivative is 1 wt .-% to 50 wt .-%, preferably 5 wt .-% to 25% by weight.
Das Reaktionsgemisch wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bei Temperaturen zwischen 5 und 95°C, bevorzugt zwischen 10 und 50°C, besonders bevorzugt zwischen 15 und 35°C homogenisiert.The Reaction mixture is in a further advantageous embodiment at temperatures between 5 and 95 ° C, preferably between 10 and 50 ° C, more preferably between 15 and 35 ° C homogenized.
Nach Abschluss der Homogenisierung bzw. der Umsetzung erfolgt vorteilhafterweise eine Trocknung, insbesondere eine Reaktivtrocknung des Produktes. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Reaktivtrocknung bei einer Temperatur oberhalb 40°C, bevorzugt zwischen 90 und 200°C, besonders bevorzugt zwischen 110 und 170°C durchgeführt wird.To Completion of the homogenization or the implementation is advantageously carried out a drying, in particular a reactive drying of the product. It is preferred if the reactive drying at a temperature above 40 ° C, preferably between 90 and 200 ° C, more preferably carried out between 110 and 170 ° C. becomes.
Die Reaktivtrocknung erfolgt insbesondere bei gleichzeitiger mechanischer Durchmischung des Produktes, beispielsweise in einem Kontakttrockner, durch Walzentrocknung und/oder durch Extrusion.The Reactive drying takes place in particular with simultaneous mechanical Mixing the product, for example in a contact dryer, by roller drying and / or by extrusion.
Weiter begünstigt ist es, wenn nach der Reaktivtrocknung das Produkt auf eine mittlere Partikelgröße von 0,02 und 2 mm, bevorzugt von 0,05 und 1,5 mm, besonders bevorzugt von 0,05 bis 1 mm und weiter bevorzugt von 0,1 bis 0,5 mm gemahlen und abgesiebt wird.Further it is beneficial if, after the reactive drying, the product to a mean particle size of 0.02 and 2 mm, preferably from 0.05 and 1.5 mm, particularly preferably from 0.05 ground to 1 mm and more preferably from 0.1 to 0.5 mm and screened becomes.
Die weiter oben definierten Reaktionsschritte a) und b) können dabei nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden. Dies trifft auch für die Zugabe der Additive zu, die demnach sowohl in Schritt a) als auch in Schritt b) zugegeben werden können.The can be defined above reaction steps a) and b) be carried out sequentially or simultaneously. This also applies to the addition of additives, which accordingly both in step a) and in step b) can be added.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein vernetztes Gelmaterial bereitgestellt, das nach einem im Voranstehenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann.According to the invention also provided a crosslinked gel material that after a can be prepared in the above-described method.
Das vernetzte Gelmaterial zeichnet sich dabei insbesondere durch die vorteilhafte Eigenschaft aus, dass es pro Gramm Gelmaterial eine Wasseraufnahmefähigkeit von 50 bis 1000 g Wasser, bevorzugt von 75 bis 750 g Wasser, besonders bevorzugt von 150 bis 450 g Wasser aufweist.The crosslinked gel material is characterized in particular by the advantageous property of having one per gram of gel material Water absorbency of 50 to 1000 g of water, preferred from 75 to 750 g of water, more preferably from 150 to 450 g of water having.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein haftvermittelndes Feuer- und Brandschutzmittel bereitgestellt, das ein im Voranstehenden beschriebenes vernetztes Gelmaterial enthält. Vorteilhafterweise ist das Gelmaterial dabei als wässrige Dispersion enthalten. Insbesondere beträgt hierbei die Konzentration des Gelmaterials in der Dispersion 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%Farther According to the invention, an adhesion-promoting fire and fire retardant provided by the one in the foregoing contains described crosslinked gel material. advantageously, the gel material is included as an aqueous dispersion. In particular, in this case, the concentration of the gel material in the dispersion 0.1 to 50 wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%
Erfindungsgemäß eignet sich das Feuer- und Brandschutzmittel zur Brandlöschung und/oder zur Entflammungshemmung von Gegenständen. Dabei ist vorgesehen, dass die Gegenstände mit dem Feuer- und Brandschutzmittel imprägniert, besprüht, getränkt und/oder bestrichen werden.According to the invention the fire and fire retardant fire extinguishing and / or for flame retardation of articles. there is provided that the objects with the fire and fire retardant impregnated, sprayed, soaked and / or be painted.
Vorliegende Erfindung wird anhand der im Folgenden ausgeführten Beispiele sowie Untersuchungen näher erläutert, ohne dass die dort genannten Ausführungsformen die Erfindung in irgendeiner Art und Weise beschränken sollen.This Invention will be based on the following examples and investigations are explained in more detail without the embodiments mentioned therein, the invention in any Way to restrict.
Ausführungsbeispieleembodiments
Synthese erfindungsgemäße haftvermittelnder Feuer- und BrandschutzmittelSynthesis of the invention Adhesive fire and fire retardants
Beispiel 1example 1
Unvernetzte kationische Kartoffelstärken als Referenzsubstanzen (Probe A)Uncrosslinked cationic potato starches as reference substances (sample A)
50
g kationische Kartoffe stärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether
von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat
aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel
1, wobei R = Me, R1= H, n = 1, X = Cl) mit
einem DS von 0,07 (Empresol NE 60, Emsland-Stärke GmbH, Emlichheim,
Deutschland) werden bei Raumtemperatur in 45 g VE-Wassser aufgeschlämmt
und während 60 Minuten in einem 250 ml-Laborkneter homogenisiert.
Anschlie ßend werden nochmals 5 g an VE-Wasser hinzugefügt
und weitere 30 Minuten bei RT geknetet. Der Ansatz wird in einen
150 ml Kontakttrockner mit Innenthermometer (Waffeleisen TCM 1000
W) überführt und das im Ansatz enthaltene Wasser
innerhalb von 20 Minuten bei 120°C verdampft. Das aus der
Trocknung erhaltene Produkt wird mittels einer Universalmühle
(bei 20000 rpm, 1 Minute) zu Pulver vermahlen. Nachfolgend wird
der grobpartikuläre Anteil im Produkt durch Sieben mit
einem Siebboden (
(Probe D)(Sample D)
Das im Sieb verbleibende Produkt (Siebüberlauf) enthält demzufolge Partikel der Größe 0,125 bis 0,500 mm. Es wurden 42 g an fraktioniertem Produkt erhalten.The product remaining in the sieve (sieve overflow) accordingly contains particles of size 0.125 to 0,500 mm. There were obtained 42 g of fractionated product.
Analog der Verfahrensweise bei Probe A wurde bei Probe D eine kationische Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel 1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X = Cl) mit einem DS von 0,12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Österreich) hergestellt.Analogous to the procedure of Sample A, sample D was a cationic potato starch (2-hydroxypropyl-1-trimethylammonium chloride ether of starch corresponding to the cationized starch derivative from a reaction of starch with the reagent of general formula 1 wherein R = Me, R 1 = H, n = 1, X = Cl) with a DS of 0.12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Austria).
Beispiel 2Example 2
Vernetzung kationischer Kartoffelstärke mittels Melamin-Formaldehyd-Kondensaten (Probe B)Crosslinking of cationic potato starch using melamine-formaldehyde condensates (sample B)
50
g an kationischer Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether
von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat
aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen
Formel 1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X
= Cl) mit einem DS von 0,07 (Empresol NE 60, Emsland-Stärke GmbH,
Emlichheim, Deutschland) werden bei Raumtemperatur in 45 g VE-Wassser
aufgeschlämmt und während 60 Minuten in einem
250 ml-Laborkneter homogenisiert. Anschließend wird eine
Mischung aus 5 g VE-Wasser und 3 g eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensats
(Helizarin Fixierer LF, BASF) hinzugefügt und weitere 30
Minuten bei RT geknetet. Der Ansatz wird in einen 150 ml-Kontakttrockner
mit Innenthermometer (Waffeleisen TCM 1000 W) überführt
und das im Ansatz enthaltene Wasser innerhalb von 20 Minuten bei 150°C
verdampft. Das aus der Trocknung erhaltene Produkt wird mittels
einer Universalmühle (bei 20000 rpm, 1 Minute) zu Pulver
vermahlen. Nachfolgend wird der grob-partikuläre Anteil
im Produkt durch Sieben mit einem Siebboden (
(Probe E)(Sample E)
Analog der Verfahrensweise bei Probe B wurde Probe E durch Vernetzung einer kationischer Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel 1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X = Cl) mit einem DS von 0,12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Österreich) hergestellt.Analogously to the procedure of Sample B, Sample E was prepared by crosslinking a cationic potato starch (2-hydroxypropyl-1-trimethylammonium chloride ether of starch corresponding to the cationized starch derivative from a reaction of starch with the reagent of general formula 1 wherein R = Me, R 1 = H, n = 1, X = Cl) with a DS of 0.12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Austria).
Beispiel 3Example 3
Vernetzung kationischer Kartoffelstärken durch Melamin-Formaldehyd-Kondensate unter Zusatz von Dimethylharnstoff (Probe C)Crosslinking of cationic potato starches by melamine-formaldehyde condensates with the addition of dimethylurea (Sample C)
a) Diskontinuierliche Verfahrensweisea) Discontinuous procedure
50
g kationischer Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether
von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat
aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel
1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X = Cl)
mit einem DS von 0,07 (Empresol NE 60, Emsland-Stärke GmbH,
Emlichheim, Deutschland) werden bei Raumtemperatur in 40 g VE-Wasser,
in dem 8 g Dimethylharnstoff gelöst wurden, aufgeschlämmt
und während 60 Minuten in einem 250 ml-Laborkneter homogenisiert.
Anschließend wird eine Mischung aus 5 g VE-Wasser und 3
g eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensats (Helizarin Fixierer LF,
BASE) hinzugefügt und weitere 30 Minuten bei RT geknetet.
Der Ansatz wird in einen 150 ml-Kontakttrockner mit Innenthermometer
(Waffeleisen TCM 1000 W) überführt und das im
Ansatz enthaltene Wasser innerhalb von 20 Minuten bei 150°C
verdampft. Das aus der Trocknung erhaltene Produkt wird mittels einer
Universalmühle (bei 20000 rpm, 1 Minute) zu Pulver vermahlen.
Nachfolgend wird der grob-partikuläre Anteil im Produkt
durch Sieben mit einem Siebboden (
(Probe F)(Sample F)
Probe F wird analog der Verfahrensweise bei Probe C hergestellt, es kommt eine kationische Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trimethylammoniumchlorid-ether von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel 1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X = Cl) mit einem DS von 0,12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Österreich) als Stärkekomponente zum Einsatz.Sample F is prepared analogously to the procedure of Sample C, there is a cationic potato starch (2-hydroxypropyl-1-trimethylammonium chloride ether of starch, corresponding to the cationized starch derivative from a reaction of starch with the reagent of general formula 1, wherein R = Me , R 1 = H, n = 1, X = Cl) with a DS of 0.12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Austria) as a starch component used.
b) Semikontinuierliche Verfahrensweise (Extrusion Probe G)b) Semicontinuous procedure (Extrusion sample G)
Für die Extrusion ist der Einsatz eines Weichmachers, z. B. Dimethylharnstoff, unabdingbar.For extrusion is the use of a plasticizer, e.g. Dimethylurea, essential.
In einem 250 ml-Laborkneter werden 60 g kationische Kartoffelstärke (2-Hydroxypropyl-1-trime thylammoniumchlorid-ether von Stärke, entsprechend dem kationisierten Stärkederivat aus einer Reaktion von Stärke mit dem Reagenz der allgemeinen Formel 1, wobei R = Me, R1 = H, n = 1, X = Cl) mit einem DS von 0,12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Österreich), 10 g Dimethylharnstoff und 3,6 g eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensats (Helizarin Fixierer LF, BASF) mit 26 g Wasser bei RT gemischt und während 60 Minuten homogenisiert. 10 g des erhaltenen gummiartigen Materials werden in einem gegenläufigen Doppelschneckenextruder (MiniLab HAAKE Rheomex CTW5, Thermo Electron Corporation; 90 min–1) bei 120°C extrudiert. Die Verweildauer des Materials beträgt 15 Minuten. Mit dem Produkt wird analog zu Beispiel 3a) verfahren. Es werden 4 g pulveriges Produkt erhalten.In a 250 ml laboratory kneader 60 g of cationic potato starch (2-hydroxypropyl-1-trimethyl ammonium chloride ether of starch, corresponding to the cationized starch derivative from a reaction of starch with the reagent of general formula 1, wherein R = Me, R 1 = H, n = 1, X = Cl) with a DS of 0.12 (ZFT 1092, Zuckerforschung Tulln GmbH, Tulln, Austria), 10 g of dimethylurea and 3.6 g of a melamine-formaldehyde precondensate (Helizarin Fixer LF, BASF ) mixed with 26 g of water at RT and homogenized for 60 minutes. 10 g of the obtained rubbery material are extruded in a counterrotating twin-screw extruder (MiniLab HAAKE Rheomex CTW5, Thermo Electron Corporation, 90 min -1 ) at 120 ° C. The residence time of the material is 15 minutes. The procedure is analogous to Example 3a). There are obtained 4 g of powdery product.
Anwendungsbeispiel 1Application example 1
Brandtechnische Untersuchung als haftvermittelndes FlammschutzmittelFire engineering investigation as an adhesion-promoting flame retardant
Zur
Quantifizierung der Wirksamkeit der Substanzen B, C, E, F und G
als haftvermittelnde Brandschutzmittel werden in Anlehnung an
Aus einem Filterbogen
(500 mm × 500 mm; 80 g/m2) von
weichem Filterpapier wird ein Probenkörper der Kantenlänge
von 200 mm und Breite von 80 mm entnommen, so dass der Prüfkörper
eine Masse von 1,28 ±0,01 g aufweist.To quantify the effectiveness of the substances B, C, E, F and G as adhesion promoting fire retardants are based on
From a filter sheet (500 mm x 500 mm, 80 g / m 2 ) of soft filter paper, a specimen of edge length of 200 mm and width of 80 mm is taken so that the specimen has a mass of 1.28 ± 0.01 g ,
Der
Prüfkörper wird anschließend in eine
1%-ige wässrige Lösung der zu untersuchenden Probe (A–G)
eingetaucht und durchfeuchtet. Nach der Durchfeuchtung wird der
Prüfkörper aus der Lösung entnommen,
auf einem Probenhalter hängend befestigt, 15 bzw. 20 Minuten
getrocknet und die Massenzunahme des Prüfkörpers
durch Differenzwägung ermittelt. Dann wird der Probenkörper
in einen belüfteten Brennkasten senkrecht eingespannt und
an der Unterseite mit einem Propangasbrenner definierter Flammenlänge
permanent (abweichend von
Anwendungsbeispiel 2Application Example 2
Brandtechnische Anwendungsuntersuchung als haftvermittelnder LöschwasserzusatzFire technical application investigation as adhesion-promoting extinguishing water additive
Ein
Holzstapel (Holzkrippe 8A nach
Zuerst wird reines Leitungswasser als Löschmittel verwendet, im zweiten Brandversuch wird dem Leitungswasser ein Masseprozent an Probe F zugesetzt. Der Löschversuch mit reinem Leitungswasser zeigt, dass das Brandobjekt mit der verwendeten Applikationsrate an Löschmittel nicht gelöscht werden kann. An allen brennenden Holzoberflächen werden nach kurzer Zeit wieder brennbare Gase und Dämpfe für die Flammen geliefert.First pure tap water is used as extinguishing agent in the second fire test the tap water is a mass percent Sample F added. The deletion test with pure tap water shows that the fire object with the applied application rate on extinguishing agent can not be deleted. At all burning wood surfaces will be after a short time again flammable gases and vapors for the flames delivered.
Bei Verwendung des Löschmittels, das eine Zumischung an Probe F enthält, wird das Brandobjekt binnen 5 Minuten sicher gelöscht, es verbleiben 1.5 1 Lösung im Handfeuerlöscher.at Use of the extinguishing agent, which is an admixture of sample F, the fire object will be safe within 5 minutes deleted, it remains 1.5 1 solution in the hand fire extinguisher.
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