JP2004137499A - 高い耐老化性を有する難燃性かつ可撓性のポリウレタン発泡体 - Google Patents

高い耐老化性を有する難燃性かつ可撓性のポリウレタン発泡体 Download PDF

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Abstract

【課題】 ハロゲン不含難燃性ポリウレタン発泡体と比較して加水分解による老化に対して向上された耐性を有し、そして従来のポリウレタン発泡体と比較してハロゲン含有率がより低い、ハロゲン含有率が低減されかつ放出物量が少ないポリウレタン発泡体を提供すること。
【解決手段】 ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物を含む、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
【選択図】 なし

Description

 本発明は、高い耐老化性を有する難燃性かつ可撓性のポリウレタン発泡体、及びそれの製造方法に関する。
 ポリウレタン発泡体は、多くの分野、例えば家具、マットレス、輸送、建築及び絶縁技術用などに使用されているプラスチックである。厳しい耐火要件、例えば、中でも、自動車、列車もしくは航空機の内装に使用される材料または建築物の絶縁に使用される材料に課せられるこのような要件を満たすために、ポリウレタン発泡体には、一般的に、難燃剤を供する必要がある。このような目的のための幅広い種々の難燃剤が公知でありそして商業的に入手することができる。しかし、それらの使用は、取り扱い上の技術的な問題及び/または有毒性に関する心配が大きいため制限されることが多々ある。
 例えば、メラミン、ポリリン酸アンモニウム及び硫酸アンモニウムなどの固形の難燃剤を使用した場合は、計量添加技術に関連して問題が生じ、そしてしばしば発泡プラントの改修、すなわち設計の複雑な変更と改修が必要となる。使用される液状難燃剤の多く、例えばトリス(2−クロロエチル)ホスフェート及びトリス(2−クロロイソプロピル)ホスフェートは、マイグレーションを起こす傾向が高く、そのため、凝縮性放出物(曇り)に関する要件から、自動車の内装用の連続気泡型可撓性ポリウレタン発泡体系におけるそれらの有用性が制限されてしまう。
 曇り(Fogging )とは、窓ガラス、特にフロントガラス上で、自動車の内装に使用した材料から気化した揮発性成分が凝縮することである。この現象の定量的な評価は、DIN75201に従い行うことができる。
 環境毒性の観点、火災の際の向上された補助的性質の観点並びに煙密度及び煙の毒性の観点から、ハロゲン不含の難燃剤系も好ましい。また、ハロゲン不含の難燃剤は、性能関連の理由からも特に重要であり得る。例えば、ハロゲン化された難燃剤を使用した場合、ポリウレタン発泡体のフレームラミネーションに使用したプラント部材上に酷い腐蝕が観察される。これの原因としては、ハロゲン含有ポリウレタン発泡体のフレームラミネーションの際に生ずるハロゲン化水素酸放出物を挙げることができる。
 “フレームラミネーション”は、発泡体シートの一面を火炎を用いて溶融させ、次いで直ぐに繊維材料ウェブをこれに圧着させることによって、繊維材料と発泡体を結合させる工程に使用される用語である。
 ガス状放出物(揮発性有機化合物=VOC)への関心が高まりつつあり、その結果、耐マイグレーション性の難燃剤に対する要求も高まっている。
 高い耐マイグレーション性の材料は、ヒドロキシ含有オリゴマー性リン酸エステル(ドイツ特許出願公開第4342972号)及びヒドロキシアルキルホスホネート(ドイツ特許出願公開第19927548号)である。
 ポリウレタン発泡体にしばしば観察される従来公知の欠点の一つは、反応性の液状ハロゲン不含難燃剤、特にドイツ特許出願公開第4342972号に記載のリン酸エステル及びドイツ特許出願公開第19927548号に記載のホスホン酸エステルを使用することにより、高いレベルの難燃作用が達成されるが、同時に著しい可塑化作用も生じ、そして生じたポリウレタン発泡体は非常に加水分解され易く、それゆえ、発泡体の機械的特性は、加水分解による老化に対して極僅かな耐性しか持たないということである。
 加水分解による老化に対する耐性は、ハロゲン含有難燃剤を使用することによって向上され得るが、しかし、その結果として、特に、煙毒性、煙密度及びハロゲン含有開裂生成物の生成に関するハロゲン含有難燃剤の上記の欠点を受け入れなければならない。
 本発明の課題の一つは、ハロゲン不含難燃性ポリウレタン発泡体と比較して加水分解による老化に対して向上された耐性を有し、そして従来のポリウレタン発泡体と比較してハロゲン含有率がより低い、ハロゲン含有率が低減されかつ放出物量が少ないポリウレタン発泡体を提供することである。
 本発明の上記課題は、ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物を含む、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体によって達成される。
 上記混合物は、ヒドロキシアルキルホスホネートを40〜60重量%の割合で及び塩素化されたリン酸エステルを60〜40重量%の割合で含む。
 特に好ましいものは、ヒドロキシアルキルホスホネートを45〜55重量%の割合で及び塩素化されたリン酸エステルを55〜45重量%の割合で含む混合物である。
 上記ヒドロキシアルキルホスホネートは、次式Iを有する。
Figure 2004137499
[式中、
uは、0〜10の鎖長であり、
1 及びR5 は、同一かまたは異なり、次式IIで表されるヒドロキシ含有基であり、
Figure 2004137499
2 及びR4 は、同一かまたは異なり、1から12個の炭素原子を有するアルキル、アリールまたはアルキルアリール基であり、そして
3 は、次式IIIで表される基であり、
Figure 2004137499
a(上線付き)は、0〜4の平均鎖長であり、
l(上線付き)は、0〜4の平均鎖長であり、そして
6 、R7 、R8 及びR9 は、同一かまたは異なり、互いに独立して、Hまたは1〜6個の炭素原子を有するアルキル基である]
 好ましくは、uは0または1の鎖長であり、a(上線付き)は1〜2の平均鎖長であり、l(上線付き)は1〜2の平均鎖長であり、そしてR2 及びR4 は、同一かまたは異なり、互いに独立して、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基であり、そしてR6 、R7 、R8 及びR9 は、同一かまたは異なり、互いに独立して、Hまたは1もしくは2個の炭素原子を有するアルキル基である。
 上記ヒドロキシアルキルホスホネートは、好ましくは、オキシエチル化されたメタンホスホン酸、オキシエチル化されたエタンホスホン酸、プロポキシル化されたメタンホスホン酸、プロポキシル化されたエタンホスホン酸、オキシエチル化されたプロパンホスホン酸、プロポキシル化されたプロパンホスホン酸、ジエチレングリコールビス(ヒドロキシアルコキシ)メタンホスホネート、及び/またはエチレングリコールビス(ヒドロキシアルコキシ)エタンホスホネートからなる。本発明のこの態様には、オキシラン及びメチルオキシランからなるブロックコポリマーを側鎖に有するエタン- もしくはメタンホスホン酸のジエステル及びオリゴマー性エステルも包含される。
 ハロゲン化されたリン酸エステルは、好ましくは、トリス(2−クロロエチル)ホスフェート、トリス(2−クロロイソプロピル)ホスフェート、ジクロロイソプロピルホスフェート、トリスジクロロイソプロピルホスフェート、及び/またはテトラキス(2−クロロエチル)エチレンジホスフェートからなる。
 また本発明は、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体を製造する方法であって、有機ポリイソシアネートを、イソシアネートに対し反応性の少なくとも二つの水素原子を有する化合物、並びに慣用の発泡剤、安定化剤、活性化剤及び/または他の慣用の助剤及び添加剤とを、式Iのハロゲン不含ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルの存在下に、反応させることを含む上記方法も提供する。
 有機ポリイソシアネートと、イソシアネートに対し反応性の少なくとも二つの水素原子を有する化合物、並びに慣用の発泡剤、安定化剤、活性化剤、及び/または他の慣用の助剤及び添加剤とを、式Iのハロゲン不含ヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物の存在下に、反応させることが好ましい。
 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物は、生ずる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして、好ましくは0.01〜50重量部の量で使用される。
 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物は、好ましくは、生じる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして0.5〜20重量部の量で使用される。
 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物は、特に好ましくは、生ずる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして0.5〜10重量部の量で使用される。
 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートは、加工温度において液状の化合物からなる。
 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートは、イソシアネートに対し反応性の化合物からなる。
 イソシアネートに基づく発泡体の製造はそれ自体公知であり、例えばドイツ特許出願公開第1694142号、同第1694215号及び同第1720768号に記載されている。
 これらは、主として、ウレタン基及び/またはイソシアヌレート基及び/またはアロファネート基及び/またはウレトジオン基及び/または尿素基及び/またはカルボジイミド基を含む発泡体である。本発明による使用法は、好ましくは、ポリウレタン発泡体及びポリイソシアヌレート発泡体の製造中に行う。
 イソシアネートに基づく発泡体の製造のためには、以下のものが使用される:
原料成分: 脂肪族、脂環式、芳香族−脂肪族(araliphatic) 、芳香族または複素環式ポリイソシアネート(例えば、W.Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pp.75-136)、例えば式Q(NCO)n (nは2〜4、好ましくは2〜3であり、そしてQは、2〜18個、好ましくは6〜10個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基、4〜15個、好ましくは5〜10個の炭素原子を有する脂環式炭化水素基、6〜15個、好ましくは6〜13個の炭素原子を有する芳香族炭化水素基、または8〜15個、好ましくは8〜13個の炭素原子を有する芳香族−脂肪族炭化水素基である)で表されるもの、例えばドイツ特許出願公開第2832253号の第10頁〜第11頁に記載のポリイソシアネート。一般的に、特に好ましいものは、トリレン2,4−及び/または2,6−ジイソシアネートあるいはジフェニルメタン4,4’−及び/または2,4’−ジイソシアネートから誘導される、工業的に入手が容易なポリイソシアネートである。
 他の原料成分は、イソシアネートに対して反応性の少なくとも二つの水素原子を有しそして400〜10,000の分子量を有する化合物である(“ポリオール成分”)。これらは、アミノ基、チオ基またはカルボキシ基を有する化合物ばかりでなく、好ましくは、ヒドロキシ基を有する化合物、特に2〜8個のヒドロキシ基を有する化合物でもあり、特に分子量が1000〜6000、好ましくは200〜6000のこれらのもの、一般的には2〜8個のヒドロキシ基、好ましくは2〜6個のヒドロキシ基を有する化合物であり、これらは、均一もしくは発泡系ポリウレタンの製造に関してそれ自体公知であるように、また例えばドイツ特許出願公開第2832253号に記載のように、ポリエーテル及びポリエステル、またはポリカーボネート及びポリエステルアミドである。少なくとも二つのヒドロキシ基を有するポリエステル及びポリエーテルが、本発明において好ましい。
 他の原料成分は、適当ならば、イソシアネートに対して反応性の少なくとも二つの水素原子を有しそして32〜399の分子量を有する化合物である。この場合も、ヒドロキシ基及び/またはアミノ基及び/またはチオ基及び/またはカルボキシ基を有する化合物があり、好ましいものは、ヒドロキシ基及び/またはアミノ基を有する化合物である。これらの化合物は、鎖伸長剤または架橋剤として働く。これらの化合物は、イソシアネートに対し反応性の水素原子を一般的に2〜8個、好ましくは2〜4個有する。これらの例もまた同様に、ドイツ特許出願公開第2832253号に記載されている。
 水及び/または高揮発性有機物質は、発泡剤として働き、これの例は、n−ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、ハロゲン化されたアルカン、例えばトリクロロメタン、塩化メチレン、またはクロロフルオロアルカン、CO2 及び他の物質である。
 適当ならば、助剤及び添加剤、例えばそれ自体公知のタイプの触媒、または表面活性添加剤、例えば乳化剤及びフォーム(foam)安定化剤、遅延剤、例えば酸性物質(例えば塩酸または有機酸ハロゲン化物)、あるいはそれ自体公知のタイプの気泡調節剤、例えばパラフィンまたは脂肪アルコール、及びジメチルポリシロキサン、あるいは顔料もしくは染料、及びそれ自体公知のタイプの他の難燃剤、あるいは老化及び気候の影響から保護するための安定化剤、または可塑剤、並びに静カビもしくは静菌作用を有する物質、あるいは充填材、例えば硫酸バリウム、珪藻土、カーボンブラック、または析出チョークが一緒に使用される(ドイツ特許出願公開第2732292号)。
 ポリウレタン発泡体を製造するために使用される原料、助剤及び添加剤並びにその製造技術に関しての更なる大要は、Dr.Guenther Oertel著のKunststoff-Handbuch 7,“Polyurethane”[プラスチックハンドブック7“ポリウレタン”], 第三改訂版、1993年、139〜192頁に記載されている。
 本発明において適当ならば一緒に使用される物質の他の例である表面活性添加剤及びフォーム安定化剤、または気泡調節剤、遅延剤、安定化剤、難燃性物質、可塑剤、染料及び充填材、あるいは静カビもしくは静菌作用を有する物質は、Kunststoff-Handbuch [プラスチックハンドブック]、第VII巻、Carl Hanser Verlag、Munich、1993、104 〜123 頁にこれらの添加剤の使用方法及び作用機序についての詳細と共に記載されている。
ポリウレタン発泡体を製造するための方法:
 反応に使用する各成分は、それ自体公知の単段階工程、プレポリマー工程またはセミプレポリマー工程によって反応させる。よく使用される器機装置は、例えば、米国特許第2764565号に記載されているようなものである。Kunststoff-Handbuch [プラスチックハンドブック]、第VI巻、Carl Hanser Verlag、Munich、1993、139 〜192 頁には、本発明において使用できる他の加工装置の詳細が記載されている。
 本発明では、低温硬化性発泡体を製造することも可能である(英国特許第1162517号、ドイツ特許出願公開第2153086号)。
 しかし、当然、スラブ発泡工程またはそれ自体公知のツイン- コンベア- ベルト工程によって発泡体を製造することもできる。
 ポリイソシアヌレート発泡体は、この目的に公知の工程及び条件を用いて製造される。
 それゆえ、本発明によって難燃性とされたポリウレタンプラスチックは、注型成形によってエラストマーの形に、または連続もしくはバッチ式製造法によって硬質または可撓性発泡体として、または発泡したもしくは固形の成形品として製造することができる。
 好ましいものは、スラブ発泡工程によって製造された可撓性発泡体である。
 本発明により得ることができる材料の使用例は、家具の詰め物、繊維材料への挿入物、マットレス、自動車のシート、肘掛け、及び建築部材、並びにシートカバー及びダッシュボードカバーである。
使用物質
・オキシエチル化されたメタンホスホン酸OMPA(Houben-Weyl 、第XII/1 巻、パート1、423 〜524 頁)、リン含有率:12.5%(w/w)、酸価:<1mgKOH/g、ヒドロキシ価:440mgKOH/g。
・テトラキス(2−クロロエチル)エチレンジホスホネート[(R) Antiblaze (アンチブレーゼ)V66、ローディア・コンジューマー・スペシャリティーズ・リミテッド)。
ポリエーテルポリオール:(R) Desmophen(デスモフェン)PU20WB05、バイエルAG、ポリエーテルポリオール。
触媒:(R) Niax(ナイアックス)A−1、OSiスペシャリティーズ・インク、ビス(2−ジメチルアミノメチル)エーテル70%とジプロピレングリコール30%との混合物; (R) Dabco(ダブコ)33−LV、エアープロダクツ社、ジプロピレングリコール67%とジアザビシクロ[2.2.2]オクタン33%との混合物。
安定化剤:(R) Tegostab(テゴスタッブ)B8232、Th.ゴールドシュミットAG、ポリエーテル−変性ポリシロキサン。
トリレンジイソシアネート:(R) Desmodur(デスモジュール)T80、バイエルAG、トリレン2,4−ジイソシアネートとトリレン2,6−ジイソシアネートとの混合物。
 以下の例は本発明を例示するものである。
 上記の難燃剤のAntiblazeV66、OMPA及び本発明の混合物、すなわちヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物(50/50)を、以下のように調合された105のNCO指数を有する可撓性ポリウレタン発泡体に配合した。NCO指数は、化学量論量、すなわちイソシアネートに対し反応性の基の各々が一つのイソシアネート基と反応するとした場合のイソシアネートの計算量に対する、使用したイソシアネートの量の百分率を表す特性である。
Figure 2004137499
 例1〜3の可撓性ポリウレタン発泡体を製造するためには、全ての成分を緊密に混合し、そしてトリレンジイソシアネートを最後に配合した。
 例1〜3の可撓性ポリウレタン発泡体の難燃性を、FMVSS302テスト(米国連邦自動車安全規格)によって試験した。
耐火性能評価に関する用語:
SE      自己消炎性
SE/NBR  自己消炎性/燃焼速度なし
SE/B    自己消炎性/燃焼速度あり
B       燃焼速度あり
 例1〜3の全ての材料が耐火クラスSEを達成した。
 例1〜3の材料を、様々な方法で老化させ、そして圧縮強さ及び引張り強さを測定した。
熱老化* :DIN53578準拠、140℃で7日間。
水蒸気老化**:DIN53578準拠、120℃での蒸気オートクレーブ中での加速老化(5時間、3サイクル)。
圧縮強さ:DIN53577準拠、40%圧縮。
引張り強さ:DIN53571準拠。
Figure 2004137499
Figure 2004137499
 それゆえ、驚くべきことに、AntiblazeV66よりも効果が高いOMPA難燃剤を単独で用いた場合にしか達成できないと予期された耐火クラスSE(FMVSS)が、ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる本発明の混合物の相乗作用により8phpの使用量で達成できることを立証することができた。
 ヒドロキシ含有ホスホン酸エステルを用いた場合に予期されるような低い圧縮強さ及び引張り強さを発泡体に与えることなく、低いOMPA含有率で難燃性ポリウレタンを製造することが可能である。
 それゆえ、本発明の混合物を用いて難燃性化された例3の可撓性ポリウレタン発泡体は、殆ど同じ圧縮強さ及び引張り強さ並びに同じ耐火性能を持ちながらも、塩素含有率は例1のものと比べると半分である。

Claims (14)

  1. ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物を含む、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  2. 混合物が、ヒドロキシアルキルホスホネートを40〜60重量%の割合で及び塩素化されたリン酸エステルを60〜40重量%の割合で含む、請求項1の難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  3. 混合物が、ヒドロキシアルキルホスホネートを45〜55重量%の割合で及び塩素化されたリン酸エステルを55〜45重量%の割合で含む、請求項1または2の難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  4. ヒドロキシアルキルホスホネートが、次式I
    Figure 2004137499
    [式中、
    uは、0〜10の鎖長を意味し、
    1 及びR5 は、同一かまたは異なり、次式II
    Figure 2004137499
    で表されるヒドロキシ含有基であり、
    2 及びR4 は、同一かまたは異なり、1〜12個の炭素原子を有するアルキル、アリールまたはアルキルアリール基であり、そして
    3 は、次式III
    Figure 2004137499
    で表される基であり、
    a(上線付き)は、0〜4の平均鎖長を意味し、
    l(上線付き)は、0〜4の平均鎖長を意味し、そして
    6 、R7 、R8 及びR9 は、同一かまたは異なり、互いに独立して、Hまたは1〜6個の炭素原子を有するアルキル基である]
    を有する、請求項1〜3のいずれか一つの難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  5. uが0または1の鎖長を意味し、
    a(上線付き)が1〜2の平均鎖長を意味し、
    l(上線付き)が1〜2の平均鎖長を意味し、そして
    2 及びR4 が、同一かまたは異なり、互いに独立して、1〜5個の炭素原子を有するアルキル基であり、そして
    6 、R7 、R8 及びR9 が、同一かまたは異なり、互いに独立して、Hまたは1もしくは2個の炭素原子を有するアルキル基である、
    請求項1〜4のいずれか一つの難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  6. ヒドロキシアルキルホスホネートが、オキシエチル化されたメタンホスホン酸、オキシエチル化されたエタンホスホン酸、プロポキシル化されたメタンホスホン酸、プロポキシル化されたエタンホスホン酸、オキシエチル化されたプロパンホスホン酸、プロポキシル化されたプロパンホスホン酸、ジエチレングリコールビス(ヒドロキシアルコキシ)メタンホスホネート、及び/またはエチレングリコールビス(ヒドロキシアルコキシ)エタンホスホネートからなる、請求項1〜5のいずれか一つの難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  7. ハロゲン化されたリン酸エステルが、トリス(2−クロロエチル)ホスフェート、トリス(2−クロロイソプロピル)ホスフェート、ジクロロイソプロピルホスフェート、トリスジクロロイソプロピルホスフェート、及び/またはテトラキス(2−クロロエチル)エチレンジホスフェートからなる、請求項1〜6のいずれか一つの難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体。
  8. 有機ポリイソシアネートと、イソシアネートに対し反応性の少なくとも二つの水素原子を有する化合物、並びに慣用の発泡剤、安定化剤、活性化剤及び/または他の慣用の助剤及び添加剤とを、式Iのハロゲン不含ヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルの存在下に反応させることを含む、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体を製造する方法。
  9. 有機ポリイソシアネートと、イソシアネートに対し反応性の少なくとも二つの水素原子を有する化合物、並びに慣用の発泡剤、安定化剤、活性化剤及び/または他の慣用の助剤及び添加剤とを、式Iのハロゲン不含のヒドロキシアルキルホスホネートと塩素化されたリン酸エステルとの混合物の存在下に反応させることを含む、高い耐老化性を有する難燃性でかつ可撓性のポリウレタン発泡体の製造方法。
  10. 式Iのヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物が、生じる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして0.01〜50重量部の量で使用される、請求項8または9の方法。
  11. 式Iのヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物が、生ずる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして0.5〜20重量部の量で使用される、請求項8〜10のいずれか一つの方法。
  12. 式Iのヒドロキシアルキルホスホネート及び塩素化されたリン酸エステルからなる混合物を、生ずる可撓性ポリウレタン発泡体を基準にして0.5〜10重量部の量で使用される、請求項8〜11のいずれか一つの方法。
  13. 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートが、加工温度下に液状の化合物からなる、請求項8〜12のいずれか一つの方法。
  14. 式Iのヒドロキシアルキルホスホネートが、イソシアネートに対し反応性の化合物からなる、請求項8〜13のいずれか一つの方法。
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