JP2014502305A - ポリウレタン複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
−イソシアネートと反応しない添加物、
−イソシアネートと反応する添加物であって、これらの添加物はより詳細にはポリオールおよびポリアミンである添加物
が存在してよい。
粒子:粒子は、モノリシック、つまりワンピースからなるか、または本質的に微粒子の径より小さな径を有する、任意で適切な結合剤によって一緒に接着されている、またはより大きな微粒子を形成するために圧縮することによって一緒に結合されているいずれかの微粒子である。
有用な有機イソシアネートには、一般に公知の芳香族、脂肪族、脂環式および/または芳香脂肪族イソシアネート、好ましくはジイソシアネート、例えば2,2’−、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、3,3’−ジメチルビフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネートおよび/またはフェニレンジイソシアネート、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−および/またはオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、2−エチルブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、ブチレン1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−および/または1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン(HXDI)、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,4−および/または−2,6−シクロヘキサンジイソシアネートおよび/または4,4’−、2,4’−および2,2’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、好ましくは2,2’−、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’−、2,4’−および2,2’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)および/またはIPDI、より詳細には4,4’−MDIおよび/またはヘキサメチレンジイソシアネートが含まれる。
有用なイソシアネート反応性化合物(P)には、一般に公知のイソシアネート反応性化合物、例えば、典型的には用語「ポリオール」の下にさらに包含される、106〜12,000g/mol、好ましくは100〜10,000g/mol、より詳細には200〜8,000g/molの数平均分子量(Mn)および14〜1,839mg KOH/g、より詳細には28〜600mg KOH/gのヒドロキシル値ならびに2〜8、好ましくは2〜3、より詳細には2の官能価を備えるポリエステロール、ポリエーテロール、ポリエーテルアミンおよび/またはポリカーボネートジオールが含まれる。
RO(CH2−CH2O)nH
(式中、
Rは、より詳細には1〜4個の炭素原子のアルキル非含有ラジカルである、
nは、3〜50の数である)のポリエチレンオキシドポリマーを使用することもまた可能である。
好ましいナノ多孔質粒子は、顆粒状である。また別の好ましい実施形態におけるナノ多孔質粒子は、好ましくは発熱性シリカであるエアロゲルもしくはエアロジルである。これらは、有機、無機または有機−無機であってよい。
本発明の複合材料のために適するエアロゲルは、より詳細には酸化物をベースとする、より詳細には二酸化ケイ素および金属酸化物、より詳細にはアルミナ、チタニアおよびジルコニアをベースとするエアロゲル、または有機物質、例えばメラミン−ホルムアルデヒド凝縮物(米国特許第5086085号明細書)、レゾルシノール−ホルムアルデヒド凝縮物(米国特許第4873218号明細書)をベースとするエアロゲル、およびさらにフェノールノボラック樹脂を用いたフルフラールの重合によって入手できるエアロゲルである。特に適合するのは、ゾルゲルテクノロジーのために適切な化合物(例えば、国際公開第97/10188号パンフレット、第7頁第1段落を参照)、例えばシリコンまたはアルミニウム化合物である。しかし、それらはさらに上述した材料の混合物をベースとすることもできる。好ましいのは、シリコン化合物を含むエアロゲルを使用することである。特に好ましいのは、SiO2を含むエアロゲル、およびより詳細には場合により有機修飾されているSiO2エアロゲルである。
密度:30〜300g/L、好ましくは≦150g/L
粒径:0.001〜100mm、好ましくは0.01〜10mm(d50)
孔径:0.1〜500nm、特別には<200nm、より好ましくは<100nm、特に1〜100、好ましくは10〜50nm。
ナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルは、発泡体内に固定することができる。メラミン樹脂発泡体内への該ナノ多孔質粒子の固定は、該ナノ構造内への反応性基の導入または少量の結合剤を組み込むことによって強化できる。
熱伝導率:9〜20mW/m*K
多孔率:>90%
バルク密度:65〜85kg/m3
粒子密度:120〜180kg/m3
孔径:10〜40nm
表面積:約600〜800m2/g
粒径:7μm〜4mm(d50)
表面特性:疎水性
不透過性:半透明
を備える、SiO2をベースとするAerogel(登録商標)TLD 302である。
a)イソシアネート、特にジイソシアネートと
b1)それにより該プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性であるポリオールB1との、
b2)それにより該プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性ではなく、この場合には、該プレポリマーは界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いて乳化されるポリオールB2との、または
b3)ポリオールB1およびB2の混合物であって、好ましくは5:95〜95:5の範囲内の重量比にある、より詳細にはそれにより該プレポリマーが水中に乳化性である量のB1を備える混合物との反応によって入手できる。
本発明の1つの実施形態では、従来型鎖延長剤および/または架橋剤をイソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応において使用できる。有用な鎖延長剤には、好ましくは60〜490g/molの分子量を備えるジオール、より詳細にはブタンジオールが含まれる。1つの好ましい実施形態では、イソシアネートは、イソシアネート反応性化合物と酸または酸分離化合物,より詳細にはジグリコールビスクロロホルメート(DIBIS)の存在下で反応させられる。さらに、この反応は、それ自体は公知である触媒を使用して触媒されてよいが、触媒は、一般には芳香族イソシアネートを用いる場合は必要とされない。1つの実施形態は、水ガラスおよび/またはシリカゾルを利用する。水ガラスは、その基本的性質のために触媒作用を有する。
該複合体は、有効量のさらに別の添加剤、例えば染料、顔料、充填剤、難燃剤、難燃剤の共力剤、耐電防止剤、安定剤、可塑剤、発泡剤、界面活性剤(例、シリコーン)およびIR不透過剤を含むことができる。
a)繊維の体積分率は0.1〜30%および好ましくは1〜10%でなければならない、および
b)繊維材料の熱伝導率は、好ましくは<1W/m*Kでなければならない。
該材料がシート体、例えばプレートもしくはマットの形態で使用される場合は、該材料は少なくとも片側に、該表面の特性を改良できるように、例えば頑丈性を増加させ、それを蒸気障壁に変換させるため、または汚染し易さから保護するために少なくとも1つの被覆層が積層されていてよい。該被覆層は、該複合成形の機械的安定性をさらに改良することができる。被覆層を用いたコーティングは、さらにより詳細には該プレートもしくはマットが、例えば外部素子への接着に有害作用を有する可能性があるほこりで汚染する可能性を防ぐことができる。被覆層が両面上で使用される場合、これらの被覆層は、同一であっても相違していてもよい。
本発明の複合材料は、抜群の機械的特性(例えば強化された破壊強度)および断熱特性(一般に0.025W/m*K未満の熱伝導率を達成できる)を有するので、広範囲の分野において使用できる。
該アエロゲル質量分率は、金型内に測り入れたエアロゲルの質量と乾燥複合材料の全質量の商として計算した。
[比較例1]
エアロゲルは、様々な有機溶媒(メタノール、エタノール、2−プロパノール、アセトンおよびヘキサン)と混合した。これらの粒子は、常に特定溶媒で充填されることが観察された。同一のことは様々なスターター分子ならびにプロピレンオキシドとエチレンオキシドの様々な比率に基づいたポリオールの添加で観察された。水だけは、それらの強度の疎水性のために該粒子内に浸透することができない。
148.4gのポリオール4を0.4gの触媒2と混合し、次に83.5gのイソシアネート5および55.7gのイソシアネート3の混合物とともにSpeedmixer(登録商標)内で2,000rpmで1分間撹拌した。この反応系をスパチュラで40gのエアロゲルと混合し、20cm×20cm×1cmの寸法の金型内へ押し入れ、45℃へ加熱した。30分後、まだ軟質のプレートを離型させ、室温で一晩硬化させた。これは極めて硬質の材料を生じさせたが、このとき該ナノゲル粒子はポリウレタンで充填されたので、得られた材料はほぼ緻密で、およそ1,000g/Lの密度および発泡材料についての通常の方法による決定のためには大き過ぎる、しかし80mW/m*Kより高い任意の速度で熱伝導率を有した。
以下に記載する変形a)〜c)に従ってエアロゲルおよび典型的なポリウレタン硬質発泡体反応性系から複合材料を生成する試みを企てたが、このとき該ポリウレタン反応性系は以下の組成(重量部)を有していた:
成分A:ポリオール6:61.4
ポリオール7:31.7
安定剤4:2.01
水:4.77
触媒4:0.03
触媒5:0.10
触媒6:0.05
成分B:100%のイソシアネート3
混合比:100重量部のA対162重量部のB
10.4gのポリオール5、3.2gのポリオール6、2.4gの安定剤2、3.2gの水、0.16gの安定剤3、0.32gの触媒3および0.046gの触媒4の混合物を19.2gのイソシアネート3と混合し、サイズが20cm×20cm×4cmの金型内に配置し、上部まで128gのエアロゲルを充填した。10分後、超高密度のポリウレタンフォームの薄層を該ナノゲル上にゆるく置くことによって得られたが、これは該発泡体が後者に浸透できないためであった。該ポリウレタンには極めて小数の粒子だけが弱く付着した。
Claims (15)
- 結合剤およびナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルを含む複合材料であって、前記結合剤は遊離イソシアネート基を有する水乳化性ポリウレタン系プレポリマーと水溶液系、より詳細には水との反応生成物である複合材料。
- 前記プレポリマーは、a)イソシアネート、好ましくはジイソシアネートを、b)少なくとも1つのポリオール、場合により、c)乳化補助剤または界面活性剤の存在下で反応させる工程によって入手可能である、請求項1に記載の複合材料。
- 前記プレポリマーは、各場合において少なくとも
b)イソシアネートと
b1)それにより前記プレポリマーが乳化補助剤を使用せずに水乳化性であるポリオールB1との、または
b2)それにより前記プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性ではなく、この場合には、前記プレポリマーは界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いて乳化されるポリオールB2との、または
b3)ポリオールB1およびB2の混合物であって、好ましくは5:95〜95:5の範囲内の重量比にある、より詳細にはそれにより前記プレポリマーが水中に乳化性である量のB1を備える混合物との反応によって入手できる、請求項2に記載の複合材料。 - 前記ポリオールは、200〜6,000g/molの分子量(Mn)を有するポリエチレングリコール、および/または200〜2,000g/molの分子量を有するアルキルポリエチレングリコールである、請求項1に記載の複合材料。
- 前記ポリオールは、ポリプロピレングリコールもしくはポリブチレングリコール、多価アルコール上へのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドの添加生成物、Fn2〜8のスターター分子上へのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドの付加生成物、または脂肪酸のヒドロキシル含有グリセリドである、請求項1に記載の複合材料。
- 使用される前記界面活性剤もしくは乳化補助剤は、ポリエーテル改質シロキサンまたはシリコーン非含有界面活性剤である、請求項2に記載の複合材料。
- 前記イソシアネートは、芳香族イソシアネート、より詳細にはMDIもしくはポリマーMDIである、請求項1に記載の複合材料。
- 前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、より詳細にはHDIもしくはポリマーHDIである、請求項1に記載の複合材料。
- 使用される前記イソシアネート反応性化合物は、少なくとも1つのポリアルキレングリコールおよびアルコキシル化ポリアルキレングリコールの混合物である、請求項1に記載の複合材料。
- 前記粒子は、場合により有機改質SiO2エアロゲルである、請求項1に記載の複合材料。
- 前記改質エアロゲルは、疎水性である請求項10に記載の複合材料。
- 前記複合材料は、被覆されたプレートまたは被覆された繊維状不織布の形態で存在する、および/または前記複合材料は、13〜30mW/mKの熱伝導率を有する、および/または前記複合材料の表面は、コーティングで被覆されている、および/または前記複合材料の表面は、積層されている、請求項1に記載の複合材料。
- ナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジル、イソシアネート基を含むプレポリマーおよび水ガラスを含む、請求項1に記載の複合材料を製造するための組成物。
- イソシアネート基を有するプレポリマーとナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルとを、添加された水の存在下で前記プレポリマーと前記添加された水を反応させるために混合する工程を含む、請求項1に記載の複合材料を製造するための方法。
- 断熱または防音のための、請求項1に記載の複合材料を使用する方法。
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