JP2006083208A - 難燃性フィルターフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】難燃性、軽量性及び通気性に優れ、しかも製造作業が容易な難燃性フィルターフォームを提供する。
【解決手段】除膜した軟質ポリウレタンフォームに膨張黒鉛を含ませ、さらに好ましくはリン系難燃剤についても含ませて難燃性フィルターフォームとした。膨張黒鉛は、フィルターフォームの燃焼時に膨張して、フィルターフォームにおける三次元網目構造のセルを塞ぐことにより、外部からフィルターフォーム内に空気が供給されるのを妨げ、フィルターフォームの難燃性を向上させる。また、難燃性フィルターフォームの密度を８〜４０ｋｇ／ｍ^３とすることにより軽量性に優れたものとし、さらに通気度を５０〜２８０Ｌ／ｍｉｎとすることにより、濾過抵抗を低くして濾過効率を高めた。
【選択図】 なし

Description

本発明は、難燃性フィルターフォームに関する。

除膜した軟質ポリウレタンフォームは、除膜によって形成された三次元網状骨格構造による優れた通気性と濾過性を併せ持つことから、家電関係や自動車関係あるいは鉄道関係など、種々の分野においてフィルター材として使用されている。

また、近年、一般用途、産業資材にかかわらず、用いる素材自体に対して高難燃化が要求されるようになり、除膜した軟質ポリウレタンフォームからなるフィルター材についても高い難燃性が求められている。例えば自動車関係ではＦＭＶＳＳ３０２、家電関係ではＵＬ−９４にてＨＢＦ、ＨＦ−２、ＨＦ−１のように高い難燃性の仕様がある。

除膜した軟質ポリウレタンフォームに難燃性を付与する方法としては、ウレタンフォームの配合原料に難燃剤を添加して発泡後に除膜する方法と、除膜した軟質ポリウレタンフォームに後処理を施す方法がある。ウレタンフォームの配合原料に難燃剤を添加する方法としては、（１）ハロゲン系難燃剤あるいはリン系難燃剤の単独添加、（２）ハロゲン系難燃剤とリン系難燃剤の併用添加、（３）三酸化アンチモンとハロゲン系難燃剤の併用添加、（４）水酸化アルミニウムの添加がある。また、除膜した軟質ポリウレタンフォームに後処理を施す方法としては、（５）水酸化アルミニウムを含浸等でフォームの骨格に付着させる方法が挙げられる。

しかし、前記（１）〜（４）の場合、すなわち難燃剤を配合原料に添加して発泡させた後に除膜する場合や、除膜後のフォームに（５）の後処理を行う場合には、次の問題を生じることが判明した。すなわち、（１）〜（３）の場合、除膜後の軟質ポリウレタンフォームは、三次元網状骨格構造からなって通気性が高いため、燃焼時に外部空気がフォーム内に供給され易くなって難燃性が低下し、添加した難燃剤では十分な難燃性を得るのが難しくなる。また（４）の場合、求められる高難燃性の基準を満たすためには水酸化アルミニウムを大量に添加しなければならないことから、良好に発泡できなくなってフォームを得るのが難しくなる。また（５）の場合には、軟質ポリウレタンフォームの除膜後に、後工程による含浸処理等が必要となるため、製造作業が面倒となるのみならず、水酸化アルミニウムが含浸付着することによりフィルターフォームが重くなる問題がある。
特開２００２−３７１３号公報 特開２００２−５８９３０号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、難燃性、軽量性及び通気性に優れ、しかも製造作業が容易な難燃性フィルターフォームを提供する。

請求項１の発明は、除膜した軟質ポリウレタンフォームに膨張黒鉛が含まれてなることを特徴とする難燃性フィルターフォームに係る。

請求項２の発明は、請求項１において、前記除膜した軟質ポリウレタンフォームにリン系難燃剤が含まれていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記難燃性フィルターフォームの密度が８〜４０ｋｇ／ｍ^３、通気度が５０Ｌ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする。

請求項１の難燃性フィルターフォームによれば、燃焼時に膨張黒鉛が膨張して除膜後のセルが塞がれるため、外部の空気からフォーム内が遮断され、高い難燃性を発揮することができる。しかも、水酸化アルミニウムを大量に含有させる場合と比べて重量増加が少なく、軽量であり、さらに含浸のための後処理が不要なため製造作業が容易である。

請求項２の難燃性フィルターフォームによれば、膨張黒鉛の他にリン系難燃剤が含まれているため、難燃性が一層向上する。

請求項３の難燃性フィルターフォームによれば、フィルターフォームの密度が８〜４０ｋｇ／ｍ^３からなるため、軽量であり、また、通気度が５０Ｌ／ｍｉｎ以上からなるため、通気性に優れ、その優れた通気性により濾過抵抗が低下し、濾過性能が向上する。

以下本発明の実施形態について説明する。本発明の難燃性フィルターフォームは、除膜した軟質ポリウレタンフォームに膨張黒鉛が含まれたものからなる。前記難燃性フィルターフォームの密度（ＪＩＳ Ｋ ６４００準拠）は、８〜４０ｋｇ／ｍ^３が好ましく、より好ましくは１２〜５０ｋｇ／ｍ^３である。密度が８ｋｇ／ｍ^３より低い場合は、セル骨格の密度が小さくなりすぎて燃焼性が高くなる。それに対して、密度が４０ｋｇ／ｍ^３より高い場合には、軽量性が損なわれるようになる。また前記難燃性フィルターフォームの通気度（ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４テストＤ準拠）は、５０Ｌ／ｍｉｎ以上が好ましい。通気度が５０Ｌ／ｍｉｎよりも低い場合には、濾過抵抗が大きくなりすぎて濾過効率が悪くなる。なお、通気度の上限値は限定されないが、特に好ましい上限値は２８０Ｌ／ｍｉｎである。

前記除膜した軟質ポリウレタンフォームは、軟質ポリウレタンフォームのセル膜（気泡膜）が公知の除膜処理により除去されたものである。除膜処理としては、熱、オゾン、アルカリ等による後処理を挙げることができる。除膜処理によって、軟質ポリウレタンフォームはセル膜のほとんどが除去され、三次元網状骨格構造になる。

除膜される前の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとポリイソシアネートとの反応により得られる軟質ポチウレタンフォームからなり、前記軟質ポリウレタンフォームに膨張黒鉛と、好ましくはリン系難燃剤が含有されている。

ポリオールとしては、軟質ポリウレタンフォーム用として知られているエーテル系ポリオールまたはエステル系ポリオールを単独で、または複数混合して用いることができる。

エーテル系ポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。

エステル系ポリオールとしては、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを使用することもできる。その他、ポリエーテルポリオール中でエチレン性不飽和化合物を重合させて得られるポリマーポリオールも使用することができる。

ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を２以上有する脂肪族系または芳香族系ポリイソシアネート、それらの混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを使用することができる。

脂肪族系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキサメタンジイソシアネート等が挙げられる。芳香族ポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート（クルードＭＤＩ）等が挙げられる。その他プレポリマーも使用することができる。

膨張黒鉛は、公知のものを使用でき、原料黒鉛に特に制限はないが、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等のように、高度に結晶が発達した黒鉛が好ましいものとして挙げられる。さらには、得られる特性と経済性のバランスを考慮すると、天然黒鉛が好ましい。用いる天然黒鉛として特に制限はなく、ＳＳ−３Ｎ（住金ケミカル（株）製）、ＧＲＥＰ−ＥＧ（東ソー（株）製）等の市販品を用いることができる。膨張黒鉛は平均粒径に特に制限はないが、ポリオール等との混合などを考慮すると、＋５０メッシュ８０％以上の粉体が好ましい。

この発明では、前記膨張黒鉛の量は、ポリオール１００重量部当たり、１８〜５５重量部、特には２５〜３５重量部の割合で軟質ポリウレタンフォームに含まれるのが好ましい。前記膨張黒鉛が上限の５５重量部を超えると、軟質ポリウレタンフォームの発泡時に樹脂の流動性を損ねる傾向があり、一方、下限の１８重量部未満の場合、軟質ポリウレタンフォームにおける膨張黒鉛の量が少なくなって、燃焼時に前記除膜後のセルを塞いで外部の空気から遮断する作用が低下し、良好な難燃性が得られなくなる。

リン系難燃剤は、特に限定されるものではなく、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、ビス（１，３−フェニレンジフェニル）ホスフェートなどの化合物、リン酸トリアリール、リン酸トリアルキル、リン酸アルキルアリールなどの化合物、赤リン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸エステル、リン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、リン酸グアニジン及びエチレンジアミンリン酸塩等が挙げられる。ポリオール１００重量部当たり２３重量部以下が好ましく、また膨張黒鉛：リン系難燃剤の重量比は、５：１〜１：１、特には４：１〜２：１が好ましい。前記膨張黒鉛：リン系難燃剤の重量比５：１よりもリン系難燃剤の比率が低い場合には、リン系難燃剤の添加による難燃効果が得難くなる傾向にあり、また前記膨張黒鉛：リン系難燃剤の重量比１：１よりもリン系難燃剤の比率が高い場合には、このフィルターフォームの燃焼時に膨張黒鉛による難燃効果が低くなる。

前記軟質ポリウレタンフォームにおいては、前記ポリオールとポリイソシアネートとの反応に際して発泡反応を良好にするため、整泡剤や触媒が添加され、また発泡反応や硬さ調整のためなどに適量の水が添加される。

整泡剤としては、シリコーン化合物からなるものが好ましい。特にはシリコーン化合物でも、ポリジメチルシロキサン鎖の数（Ｎ）が２５〜１００のものが好ましい。前記シリコーン化合物からなる整泡剤、特にポリジメチルシロキサン鎖の数（Ｎ）が２５〜１００の整泡剤は、整泡効果のみならず難燃助剤としても有効である。ポリジメチルシロキサン鎖の数（Ｎ）が２５〜１００の整泡剤の具体例として、品番：Ｆ−６５０、信越化学工業（株）製、品番：ＳＺ−１１３６、日本ユニカー（株）製が挙げられる。前記シリコーン化合物からなる整泡剤の量は、前記ポリオール１００重量部に対して０．５〜３重量部が好ましい。前記範囲よりも添加量が多いと、発泡後の軟質ポリウレタンフォームはクローズドセル（独立気泡）が多くなって、発泡後の放冷によって除膜処理前にフォームが収縮し、変形するようになる。

触媒としては、軟質ポリウレタンフォーム用の公知のものが使用される。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の錫触媒や、フェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）が挙げられる。

なお、前記軟質ポリウレタンフォームの製造は、前記の原料を配合し、その配合原料を攪拌機で混合攪拌し、吐出して発泡させる、公知のポリウレタンフォームの製造方法により行われる。また、このようにして製造した軟質ポリウレタンフォームに対して除膜処理を行い、本発明の難燃性フィルターフォームを得る。

以下実施例及び比較例について説明する。使用した原料は次の通りである。
・ポリオール：分子量３０００、ＯＨ価５６、品番ＧＰ３０００、三洋化成工業（株）製
・アミン触媒：品番ＬＶ−３３、中京油脂（株）製
・錫触媒：品番ＭＲＨ−１１０、城北化学工業（株）製
・シリコーン化合物からなる整泡剤：品番Ｆ−６５０、信越化学工業（株）製
・膨張黒鉛：粒径が＋５０メッシュ８０％以上、品番ＳＳ−３Ｎ、住金ケミカル（株）製
・リン系難燃剤：品番ＣＲ−５０４、大八化学工業（株）製
・ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）：品番ＰＶＣペースト、新第一塩ビ（株）製
・三酸化アンチモン：品番ＰＡＴＯＸ、日本精鉱（株）製
・ポリイソシアネート：品番コロネート Ｔ−８０、日本ポリウレタン工業（株）製

前記原料を表１の配合で混合し、公知のポリウレタンフォームスラブの製造方法にしたがい軟質ポリウレタンフォームを発泡させた。その際の手順を簡単に述べると、前記ポリオールに、前記ポリイソシアネート以外の原料を表１に示す割合で添加し、ミキサーを使用する公知の撹拌方法で混合して混合物を得た。得られた混合物を注入機のタンクに投入し、また同注入機の他のタンクに前記ポリイソシアネートを投入し、前記混合物とポリイソシアネートを高圧注入機のミキシングチャンバー内で混合、撹拌し、吐出してポリウレタンフォームスラブを得、そのポリウレタンフォームスラブの表皮以外の部分から、所要寸法のフォームを裁断した。このようにして得られたフォームに対し、実施例１〜６及び比較例４については除膜処理を施してフィルターフォームとし、一方比較例１〜３及び比較例５については除膜処理を施すことなくフィルターフォームとした。

前記のようにして得られた実施例品及び比較例品に対して、通気度（ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４テストＤ準拠）及び密度（ＪＩＳ Ｋ ６４００準拠）を測定した。さらに、難燃性基準ＨＦ−１に合格するか否かを調べた。測定結果は、表１の下部に示す通りである。実施例１〜６については、通気性が良好であると共に軽量であり、しかも難燃性基準ＨＦ−１に合格した。一方、除膜処理が行われていない比較例１〜３及び比較例５については、通気度が実施例１〜６と比べて低く、フィルターとして用いる場合、濾過抵抗が高くなって濾過効率が悪くなり、好ましいものではない。さらに、除膜処理されていない比較例１〜３及び比較例５にあっては、ポリウレタンフォームの発泡反応時における発生ガスによって形成される構造的に不安定なセル膜が残存するため、製造的にも構造的にも通気度を安定して管理することが難しく、フィルターとして好ましいものではない。また、膨張黒鉛及びリン系難燃剤に代えてＰＶＣと三酸化アンチモンを含む比較例４、リン系難燃剤を含み膨張黒鉛を含まない比較例５については、難燃性基準ＨＦ−１に不合格であり、難燃性に劣っていた。なお、表１の比較例６は、密度１８ｋｇ／ｍ^３のポリウレタンフォームに難燃剤として水酸化アルミニウム他を含浸させた難燃フォーム（品番ＵＮ−２、（株）イノアックコーポレーション製）単体からなるもの、比較例７は、密度１８ｋｇ／ｍ^３のポリウレタンフォームに難燃剤として水酸化アルミニウム他を含浸させた難燃フォーム（品番ＵＮ−３、（株）イノアックコーポレーション製）単体からなるものであり、他の比較例と同様に比較例６及び７についても通気度、密度、難燃性を測定した。表１に示す測定結果から明らかなように、比較例６及び７は、密度が高く、軽量性に劣っていた。

Claims (3)

1. 除膜した軟質ポリウレタンフォームに膨張黒鉛が含まれてなることを特徴とする難燃性フィルターフォーム。
2. 前記除膜した軟質ポリウレタンフォームにリン系難燃剤が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の難燃性フィルターフォーム。
3. 前記難燃性フィルターフォームの密度が８〜４０ｋｇ／ｍ^３、通気度が５０Ｌ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の難燃性フィルターフォーム。