JP2012111826A

JP2012111826A - 難燃性軟質ポリウレタンフォームとその製造方法

Info

Publication number: JP2012111826A
Application number: JP2010261106A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yamamoto; 敏博山本
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】ハロゲン元素などの環境に悪影響を与えるおそれのある物質を使用せず、しかも発煙性が低く、燃焼後も骨格の形状を保持できる高い難燃性を有する低密度の難燃性軟質ポリウレタンフォームの提供を目的とする。
【解決手段】粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物及びバインダーを含む含浸液３１を、軟質ポリウレタンフォーム２１に含浸させ、乾燥させることによって、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物をバインダーで軟質ポリウレタンフォーム内に付着・固定させることにより、ＵＬ９４ＨＦ−１に合格し、燃焼後も形状保持性の高い低密度の難燃性軟質ポリウレタンフォームを得た。
【選択図】図１

Description

本発明は、難燃性軟質ポリウレタンフォームとその製造方法に関する。

軟質ポリウレタンフォームは、弾性、圧縮復元力、適度な通気性等を有しているため、例えば、家具、寝具、自動車部材等のクッション材や、電子機器部品のガスケット等に使用されている。また、これらの用途に使用される軟質ポリウレタンフォームには、難燃性が要求されることがある。

従来、軟質ポリウレタンフォームを低燃焼化させる方法として、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレンなどのハロゲン化ポリマー、リン酸エステルやハロゲン化リン酸エステル化合物、或いはメラミン樹脂やウレア樹脂などの有機系難燃剤、酸化アンチモンや水酸化アルミニウムなどの無機系難燃剤をポリウレタンフォーム原料中に混合して発泡させる方法がある。また、これらの難燃剤の中でも、ハロゲン系難燃剤は、少量の使用量で難燃効果が得られるため、広く用いられてきた。

しかしながら、ハロゲン系難燃剤を含む軟質ポリウレタンフォームを焼却すると、ダイオキシンなどの毒性の高い化学物質を生成して人体や環境に悪影響を及ぼすおそれがあるため、近年ではハロゲン系難燃剤の使用が大幅に制限されるようになった。
このため、ハロゲンを含まない難燃剤をポリウレタンフォーム原料中にある程度多く配合して軟質ポリウレタンフォームを発泡する方法が主流となってきた（特許文献１、２）。

ところが、空調機パネルの断熱材、ダクト等の貫通口周りの断熱材、掃除機等のモーター用防音材に使用される軟質ポリウレタンフォームには、炎が離れると直ちに消炎する高い難燃性と、燃焼後もフォームの多孔体骨格が残存する形状保持性が要求される。しかし、メラミンや有機系リン化合物からなる難燃剤をポリウレタンフォーム原料に配合して発泡させた難燃性軟質ポリウレタンフォームでは、難燃規格ＵＬ−９４ＨＦ−１試験に合格するものであっても、燃焼時に滴下または軟化して収縮等の態様を示すため、前記の高い難燃性及び燃焼後の多孔体骨格の残存要求（形状保持性）に応えることができなかった。

また、クロロプレンゴムラテックスからなるバインダーと無機系難燃剤を軟質ポリウレタンフォームに含浸させ、乾燥させることによって、無機系難燃剤を軟質ポリウレタンフォーム内にバインダーで付着固定したもの（特許文献３）、ホウ酸化合物を含む水溶液を軟質ポリウレタンフォームに含浸・付着させた低燃焼性軟質ポリウレタンフォームがある（特許文献４）。

しかしながら、クロロプレンゴムラテックスからなるバインダーと無機系難燃剤を含浸させた軟質ポリウレタンフォームは、クロロプレンゴムラテックスを使用しているため、燃焼時にダイオキシンなどの生成するおそれがある。また、ホウ酸化合物を含む水溶液を含浸・付着させた低燃焼性軟質ポリウレタンフォームは、ＰＲＴＲ法（特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律）第１種に指定されているホウ酸化合物を使用するため、人体、環境への悪影響が懸念される。

特開２００７−１３１８５１号公報特開２００７−００２０３６号公報特開２００９−１７３７５３号公報特開平０９−２７２７５４号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、ハロゲン化合物などの環境に悪影響を与えるおそれのある物質を使用せず、しかも発煙性が低く、燃焼後も骨格の形状を保持できる高い難燃性を有する低密度の難燃性軟質ポリウレタンフォームとその製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物とバインダーが軟質ポリウレタンフォームに含浸し、前記バインダーによって粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物が前記軟質ポリウレタンフォーム内に付着したことを特徴とする難燃性軟質ポリウレタンフォームに係る。

請求項２の発明は、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物及びバインダーを含む含浸液を軟質ポリウレタンフォームに含浸させ、乾燥させることによって、前記粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物を前記軟質ポリウレタンフォーム内に付着させることを特徴とする難燃性軟質ポリウレタンフォームの製造方法に係る。

本発明によれば、軟質ポリウレタンフォーム内に付着した粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物によって、発煙性が低く、燃焼後も骨格の形状を保持できる高い難燃性を有する難燃性軟質ポリウレタンフォームが得られる。

本発明とは異なり、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物をポリウレタンフォーム原料に配合して軟質ポリウレタンフォームを発泡させる場合、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物は、本来のウレタン発泡反応に不要な成分であるため、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物の配合量によってはポリウレタンフォームの発泡性に悪影響を与えることになる。しかし、本発明においては、発泡後の軟質ポリウレタンフォームに粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物をバインダーと共に含浸・付着させているため、ポリウレタンフォームの発泡性に悪影響を受けることなく、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物の付着量を調節して良好な難燃性を得ることができる。

さらに、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物をポリウレタンフォーム原料に配合してポリウレタンフォームを発泡させる場合には、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物がポリウレタンフォーム原料で包まれた状態で軟質ポリウレタンフォームが形成されるため、発泡後の軟質ポリウレタンフォームにおいては粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物がウレタンの膜で覆われた状態となって、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物による難燃効果を効率良く発揮できないが、本発明では、ポリウレタンフォームの骨格外面に粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物が露出して付着した状態となる。そのため、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物をポリウレタンフォーム原料に配合して発泡させる場合と比べて、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物の量が少量でも良好な難燃性が得られることになり、難燃性軟質ポリウレタンフォームを低密度にすることができる。

本発明の難燃性軟質ポリウレタンフォームを連続的に製造する設備の例を概略的に示す図である。片持ち保持距離を測定する際の概略図である。

本発明の難燃性軟質ポリウレタンフォームは、粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物とバインダーが軟質ポリウレタンフォームに含浸し、前記バインダーによって粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物が前記軟質ポリウレタンフォーム内に付着したものである。

本発明で使用する粘土鉱物としては、特に限定されるものではなく、層状粘土鉱物あるいは非層状粘土鉱物の何れであってもよい。例えば、層状粘土鉱物としては、モンモリロナイト、ベントナイト、タルク（滑石）、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、雲母、カオリナイト等を挙げることができる。一方、非層状粘土鉱物としては、ケイ酸ナトリウム、コロイダルシリカ、フュームドシリカ等を挙げることができる。粘土鉱物の大きさは、軟質ポリウレタンフォーム内に付着可能な大きさとする必要があり、例えば１〜２０μｍ程度の大きさが好ましい。

金属水酸化物としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。前記金属水酸化物の平均粒子径は、０．５〜１０μｍが好ましい。
リン化合物としては、リンを含む化合物であれば特に限定されず、例えばリン酸エステル、亜リン酸エステル、赤リンなどを挙げることができる。

バインダーとしては、アクリル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、アクリル酸−スチレン共重合体樹脂、アクリル酸−酢酸ビニル共重合体樹脂等のアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができる。より好ましいものは、アクリル樹脂、ウレタン樹脂である。前記バインダーは１種または２種以上の混合物で使用することができる。

前記粘土鉱物、金属水酸化物、リン化合物の割合は、特に限定されるものではなく、使用する粘土鉱物、金属水酸化物、リン化合物によって適宜決定される。例として、バインダーの固形分１００重量部に対して、粘土鉱物が１０〜３００重量部、金属水酸化物が３００〜１０００重量部、リン化合物が１０〜５０重量部を挙げる。前記粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物とバインダーは、含浸液とされて軟質ポリウレタンフォームに含浸され、その後の乾燥によって粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物が、前記バインダーによって軟質ポイウレタンフォーム内に付着固定される。前記含浸液には、水等の溶媒が添加されて軟質ポリウレタンフォームに含浸可能な粘度にされる。含浸液の粘度は、５０〜２０００ｍＰａ・ｓ（２５℃、ＪＩＳＫ７１１７−２）程度が好ましい。その他、前記含浸液には、顔料や分散剤、消泡剤等を適宜添加してもよい。顔料は、難燃性軟質ポリウレタンフォームの用途等に応じて適宜の色のものが使用される。また、分散剤は前記粘土鉱物、金属水酸化物、リン化合物を含浸液に安定して分散させるためのものであり、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシエチレングリコールジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪族エステル系分散剤等を挙げることができる。分散剤は、単独で又は２種以上を混合して使用してもよい。前記分散剤を添加する場合、前記分散剤の量は含浸液１００重量部中に０．１〜３重量部程度含まれるようにするのが好ましい。また、消泡剤は、シリカ系である。

軟質ポリウレタンフォームは、特に限定されるものではないが、加水分解を抑えるため、エーテル系ポリウレタンフォームが好ましい。また、セル数（ＪＩＳＫ６４００−１：２００４付属書１（参考）（軟質ウレタンフォーム試験法））は１０〜８０個／２５ｍｍ、密度（ＪＩＳＫ７２２２）は１０〜８０ｋｇ／ｍ^３が好ましい。セル数が１０個／２５ｍｍ未満の場合にはウレタンフォーム自体の製造が困難となり、一方、８０個／２５ｍｍを超える場合にはセルの目詰まりが難燃スラリー含浸時に起きやすい。密度は１０ｋｇ／ｍ^３未満の場合にはウレタンフォームの強度が低く、連続含浸工程に通せない。一方、８０ｋｇ／ｍ^３を超える場合には得られる難燃性軟質ウレタンフォームの通気性が低くなりすぎてしまう。前記軟質ポリウレタンフォームにおける前記粘土鉱物、金属水酸化物、リン化合物の付着量は、軟質ポリウレタンフォーム１ｍ^３に対して、粘土鉱物が９〜２０，０００ｇ、金属水酸化物は９，０００〜８０，０００ｇ、リン化合物は１００〜１２，０００ｇが好ましい。

前記難燃性軟質ポリウレタンフォームは、前記粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物及びバインダーを含む前記含浸液を、前記軟質ポリウレタンフォームに含浸させ、乾燥させることによって製造される。

図１は、前記難燃性軟質ポリウレタンフォームを連続的に製造するための設備である。
前記設備を用いる難燃性軟質ポリウレタンフォームの製造について説明する。所定厚みのシート状にした軟質ポリウレタンフォーム２１が巻かれた供給ロール１１から前記軟質ポリウレタンフォーム２１を引き出し、前記含浸液３１が収容されている含浸槽１３内に導いて含浸液３１に漬け、次に絞りロール１３、１３で軟質ポリウレタンフォーム２１を挟んで余剰の含浸液を軟質ポリウレタンフォームから絞り出し、次に乾燥炉や加熱ヒータ等からなる乾燥装置１５によって軟質ポリウレタンフォーム中の含浸液を乾燥させる。これにより、前記粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物を軟質ポリウレタンフォーム内にバインダーで付着・固定した難燃性軟質ポリウレタンフォーム２３を得る。前記余剰の含浸液の絞り出しは、前記絞りロール１３、１３間の距離を調節することによって行う。また、前記乾燥時の温度は、６０〜２００℃が好ましい。このようにして得られた難燃性軟質ポリウレタンフォーム２３は、使用場所、用途等に応じて適宜の寸法に裁断される。

なお、難燃性軟質ポリウレタンフォームの製造は、前記のような連続的な製造に限定されるものではなく、非連続的な方法、例えば、予め所定寸法とした前記軟質ポリウレタンフォームを、前記含浸液が入った含浸槽に漬けて含浸させ、その後、含浸槽から取り出して余剰の含浸液を圧縮等によって絞り出し、乾燥装置で乾燥させる方法によって行うこともできる。

表１及び表２に示す配合で含浸液を作成した。含浸液のバインダーとしてアクリル酸エマルジョン：製品名；ＬＸ８５２、日本ゼオン社製、固形分４５％、消泡剤として製品名；ＳＮデフォーマ７７７、サンノプコ社製、顔料として製品名；サンダイスーパーブラックＣ−Ｅ、山陽色素社製、固形分３０％、分散剤としてヘキサメタリン酸ソーダ、製品名；燐化学工業社製、金属水酸化物として水酸化アルミニウム：製品名；ハイジライトＨ−４２Ｍ、昭和電工社製、水酸化マグネシウム：製品名；＃２００、神島化学工業社製、リン化合物として赤リン：セラミック被覆し、ステアリン酸亜鉛をコーティングしたもの、製品名；ノーバエクセル１４０Ｆ、燐化学工業社製、ポリリン酸アンモニウム：メラミン被覆タイプ、製品名；テラージュＣ−３０、ＣＢＣ社製、リン酸アンモニウム（発泡性リン酸アルミニウム）：製品名；ＡＰＡ１００、太平化学産業社製、粘土鉱物としてベントナイト１：製品名；クニピアＦ、クニミネ工業社製、タルク：製品名；Ｄ−１０００、ベントナイト２：製品名；クニゲルＵ３００、クニミネ工業社製、タルク：製品名；Ｄ−１０００、日本タルク工業社製、雲母：製品名；Ａ２１Ｓ、ヤマグチマイカ社製、粘土化合物ではないケイ酸化合物としてケイ酸ナトリウム：製品名；３号珪酸ソーダ、富士化学社製、固形分４０％、コロイダルシリカ：製品名；スノーテックス２０、日産化学工業社製、固形分２０％、フュームドシリカ：製品名；アエロジル９０、日本アエロジル社製を用いた。

含浸液は、表１の成分を固形分が５０％となるように水（３００〜６００重量部）を添加し、１０分間３００ｒｐｍラボミキサーで撹拌して得た。
軟質ポリウレタンフォームは、実施例１〜９及び比較例１〜６については、密度２２ｋｇ／ｍ^３、セル数３５個／２５ｍｍ、エーテルタイプ、製品名；ＥＣＳ、イノアックコーポレーション社製を用い、実施例１０については密度１６ｋｇ／ｍ^３、セル数３０個／２５ｍｍ、エーテルタイプ、製品名；ＥＣＺ、イノアックコーポレーション社製を用いた。

前記軟質ポリウレタンフォームを厚み５ｍｍ、２５０×３００ｍｍのシートとし、前記含浸液を収容した含浸槽に漬け、その後、表１及び２の含浸乾燥密度となるようにロール絞りを行って余剰の含浸液を絞り出した。含浸乾燥密度は、ポリウレタンフォームの重量と含浸液の水分を除いた重量の和をポリウレタンフォームの体積で除して得た値である。その後、１２０℃の熱風循環オーブン中で１時間乾燥し、前記含浸乾燥密度の難燃性軟質ポリウレタンフォームのシートを得た。その後、前記難燃性軟質ポリウレタンフォームのシートの端を切り取り、１８０×２３０×５ｍｍの難燃性軟質ポリウレタンフォームからなる実施例１〜１０及び比較例１〜６のサンプルを得た。

実施例１〜３は、金属水酸化物として水酸化アルミニウム、リン化合物として赤リン、粘土鉱物としてベントナイト１を用い、ベントナイト１の量を変化させた例である。実施例４は、実施例２における水酸化アルミニウムに代えて水酸化マグネシウムを用いた例である。実施例５は、実施例２における赤リンに代えてポリリン酸アンモニウムを用いた例である。実施例６は、実施例２における赤リンに代えてポリリン酸アルミニウムを用いた例である。実施例７は、実施例２におけるベントナイト１に代えてベントナイト２を用いた例である。実施例８は、実施例２におけるベントナイト１に代えてタルクを用いた例である。実施例９は、実施例２におけるベントナイト１に代えて雲母を用いた例である。実施例１０は、実施例２における軟質ポリウレタンフォームを密度１６ｋｇ／ｍ^３のものに代えた例である。

比較例１は、実施例２における水酸化アルミニウムの量を５００重量部とし、金属水酸化物、リン化合物及び粘土鉱物を含まない例である。比較例２は、実施例２における金属水酸化物及びリン化合物を含まず、粘土鉱物のみを含む例である。比較例３は、実施例２における金属水酸化物及び粘土鉱物を含まず、リン化合物のみを含む例である。比較例４は、実施例２における金属水酸化物及び粘土鉱物を含まず、リン化合物と粘土鉱物ではないケイ酸化合物としてのケイ酸ナトリウムを含む例である。比較例５は、実施例２における金属水酸化物及び粘土鉱物を含まず、リン化合物と粘土鉱物ではないケイ酸化合物としてのコロイダルシリカを含む例である。比較例６は、実施例２における金属水酸化物及び粘土鉱物を含まず、リン化合物と粘土鉱物ではないケイ酸化合物としてのフュームドシリカを含む例である。

実施例１〜１０及び比較例１〜６に対し、ＪＩＳＫ６４００−６に従って水平燃焼試験を行い、難燃規格ＵＬ−９４ＨＦ１に合格するか否かを判断した。また、片持ち保持距離については、実施例１〜１０及び比較例１〜６のサンプルを図２に示すようにして試験を行った。片持ち保持距離の試験では、サンプル５５を金網５１上に載置して金網５１の先端からサンプル５５を距離ｄだけ突き出させ、突出させた部分に２分間にわたり５ｃｍ程度の炎をまんべんなく当てて炭化させても、崩れずに形状を保持しており、次いでｄ＋５（ｍｍ）のばして突き出させて置いて同様に炎を当てた場合に崩れた時に、ｄを片持ち保持距離とする。なお、５０ｍｍを超える場合には２分間で炎をまんべんなく当てることが難しいため、５０ｍｍ以下で試験を行った。５０ｍｍの突き出し距離で試験を行って崩れない場合、ｄは５０ｍｍ以上とした。測定結果を表１と表２の下部に示す。

表１及び表２に示すように、実施例１〜１０は何れもＵＬ９４ＨＦ−１に合格し、しかも片持ち保持距離は３０ｍｍ以上であり、燃焼後の形状保持性が高いものであった。
一方、比較例１〜６は、比較例３を除いて何れもＵＬ９４ＨＦ−１が不合格であった。また、片持ち保持距離は比較例１が５ｍｍ、比較例３が５ｍｍ、比較例５が１０ｍｍ、比較例５が５ｍｍと短く、燃焼後の形状保持性が低かった。比較例４は燃焼によって骨格が残らなかった。また、粘土鉱物としてベントナイト１を含み、金属水酸化物及びリン化合物を含まない比較例２についてはＵＬ９４ＨＦ−１が不合格であったが、片持ち保持距離が３０ｍｍであり、形状保持性が高かった。また、リン化合物として赤リンを含み、金属水酸化物及び粘土鉱物を含まない比較例３は、ＵＬ９４ＨＦ−１については合格したが、片持ち保持距離が５ｍｍであり、形状保持性が低かった。

このように本発明によれば、ハロゲン化合物などの環境に悪影響を与えるおそれのある物質を使用せず、しかも発煙性が低く、燃焼後も骨格の形状を保持できる高い難燃性を有する低密度の難燃性軟質ポリウレタンフォームを得ることができる。

１５乾燥装置
２１軟質ポリウレタンフォーム
３１含浸液

Claims

粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物とバインダーが軟質ポリウレタンフォームに含浸し、前記バインダーによって粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物が前記軟質ポリウレタンフォーム内に付着したことを特徴とする難燃性軟質ポリウレタンフォーム。
粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物及びバインダーを含む含浸液を軟質ポリウレタンフォームに含浸させ、乾燥させることによって、前記粘土鉱物と金属水酸化物とリン化合物を前記軟質ポリウレタンフォーム内に付着させることを特徴とする難燃性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。