JP2015524500A - 金属水酸化物及びポリエステルオールを基礎とする難燃性熱可塑性ポリウレタン - Google Patents

金属水酸化物及びポリエステルオールを基礎とする難燃性熱可塑性ポリウレタン Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイシソアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの重量平均モル質量を有することを特徴とする組成物に関する。本発明は更に、このタイプの組成物をケーブル被覆材を製造するために使用する方法に関する。【選択図】図1

Description

本発明は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有することを特徴とする組成物に関する。
難燃性熱可塑性ポリウレタンは長い間知られている。多くの用途では難燃剤の添加が必要とされる。この場合に難燃性ポリウレタン(TPU)と混合される難燃剤は、ハロゲン含有又はハロゲンフリーの何れかであり得る。ハロゲンフリー経路で難燃性となる熱可塑性ポリウレタンの利点は通常、燃焼中に、毒性がより少なくまた腐食性がより低い煙しか生じないことである。ハロゲンフリーの難燃性TPUは、例えば、特許文献1(EP0617079A2)、特許文献2(WO2006/121549A1)、又は特許文献3(WO03/066723A2)に記載されている。
ハロゲンフリーの難燃性は、窒素含有及び/又はリン含有難燃剤を用いて難燃性ポリウレタンに付与することができるがこれは、例えば、特許文献1、特許文献2、又は特許文献3に開示されている。特許文献2には、例えば、難燃剤としてリン化合物を含む難燃性熱可塑性ポリウレタンが開示されている。記述されている好適な難燃性ポリウレタンとしては、ポリエステル、ポリエーテル又はポリカーボネート、又はこれらの混合物を使用して製造されるものが挙げられている。好適なポリカーボネートも同様に開示されている。リン含有難燃剤の単独使用はしばしば適当な難燃性を確保するのに不十分である。一方、窒素含有難燃剤を単独で又はリン含有難燃剤と組合せて使用することは、従来技術により示されており、良好な難燃性を有する熱可塑性ポリウレタンを提供するが、窒素含有化合物はHCN又は窒素酸化物等の毒性火災ガスの放出も引き起こす場合がある。
ハロゲンフリーの難燃性は、金属水酸化物を単独で又はリン含有難燃剤及び/又はフィロケイ酸塩と組合せて使用することにより熱可塑性ポリウレタンに付与することもできる。
特許文献4(EP1167429A1)はまた、ケーブル被覆材用の難燃性熱可塑性ポリウレタンに関する。その組成物は、ポリウレタン、好ましくはポリエーテルを基礎とするポリウレタン、水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウム、及びリン酸エステルを含む。
特許文献5(EP1491580A1)にもケーブル被覆材用難燃性熱可塑性ポリウレタンが開示されている。その組成物は、ポリウレタン、特にポリエーテル、水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウム、リン酸エステル、及びベントナイト等のフィロケイ酸塩を含む。
特許文献6(EP2374843A1)には、例えば、特にポリエーテルを基礎とし、良好な耐老化性を有するカーブル被覆材用難燃性熱可塑性ポリウレタンが開示されている。その組成物は、ポリウレタン及び無機酸化物を含む。記述されている難燃剤は、水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウム、リン酸エステル、フィロケイ酸塩及びこれらの混合物を含む。
特許文献7(DE10343121A1)には、金属水酸化物、特に水酸化アルミニウム及び/又は水酸化マグネシウムを含む難燃性熱可塑性ポリウレタンが開示されている。この熱可塑性ポリウレタンはその分子量に特徴がある。この組成物は更にホスフェート又はホスホネートを含む。この熱可塑性ポリウレタンの合成用の出発材料に関して、開示されているイソシアネートに対して反応性である化合物は、ポリエステルオール及びポリエーテルオールだけでなく、ポリカーボネートジオールであるが、この場合の好ましいのはポリエーテルポリオールである。ポリカーボネートジオールの実施例は記載されてない。特許文献8では、1種のポリオールの代わりに、様々なポリオールの混合物を使用することも可能である。高い充填レベルが更に開示されている。すなわち、熱可塑性ポリウレタンにおける金属水酸化物及び他の固体成分が高い割合のものであり、これは機械的特性の障害につながる。
特許文献8(WO2011/050520A1)には難燃剤として金属水和物及び特定のリン化合物を含む難燃性熱可塑性ポリウレタンも開示されている。記述されている好適な金属水和物は、水酸化アルミニウム及び/又は水酸化マグネシウムである。特許文献8に記述されている他の好適な熱可塑性ポリウレタンは、ポリエステルを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであるが、ポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンは、ここでは一般的な用語として記載されているに過ぎず実施例は記載されていない。特許文献9(WO2011/147068A1)及び特許文献10(WO2011/150567A1)も同様に難燃性熱可塑性ポリウレタンに関するものである。
金属水酸化物を組み合わせた熱可塑性ポリウレタンを基礎とする混合物の欠点は低い耐老化性であり、これによりこれらの材料が多くの用途分野にとって不適なものとなることである。例えば、特許文献11(EP2374843A1)では、耐老化性を改善するために、二価又は三価の金属のやや溶解性の酸化物を加えている。しかしながら、他の個体を添加すると、熱可塑性ポリウレタンの機械的特性が損なわれる。
EP0617079A2 WO2006/121549A1 WO03/066723A2 EP1167429A1 EP1491580A1 EP2374843A1 DE10343121A1 WO2011/050520A1 WO2011/147068A1 WO2011/150567A1 EP2374843A1
したがって、本発明の目的は、従来技術から出発して、良好な耐老化性を有し且つ良好な難燃性を示す難燃性熱可塑性ポリウレタンを提供することである。
本発明は前記目的を、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000〜200,000の範囲の重量平均モル質量を有することを特徴とする組成物により達成する。
図1は、Petrellaプロットで混合物1及び2〜4のコーン熱量計測定の結果を示している。急速に大きくなる炎に寄与する材料の性質(PHRR/tig −1/kWm−2−1)をx軸でプロットしている。長い持続時間の炎に寄与する材料の性質(THR/MJm−2)をy軸にプロットしている。Petrella (Petrella R.V., コーン熱量計データからのフルスケールの火炎危険性の評価、Journal of Fire Science, 12 (1994), p. 14)によれば、熱放射率のピークから計算された割合及び発火までの時間は、当該材料が急速に大きくなる炎を形成する寄与度の評価である。合計熱放射は、さらに、当該材料が長い持続時間の炎を形成する寄与度の評価である。改善した難燃性評価を有する材料は最小のx及びyの値を有する。材料2〜4(中実四角記号で表している)は、比較材料1(中実三角記号で表している)よりも良好な性質を有している。 図2は、Petrellaプロットで混合物5及び6のコーン熱量計測定の結果を示している。急速に大きくなる炎に寄与する材料の性質(PHRR/tig −1/kWm−2−1)をx軸でプロットしている。長い持続時間の炎に寄与する材料の性質(THR/MJm−2)をy軸にプロットしている。Petrella (Petrella R.V., コーン熱量計データからのフルスケールの火炎危険性の評価、Journal of Fire Science, 12 (1994), p. 14)によれば、熱放射率のピークから計算された割合及び発火までの時間は、当該材料が急速に大きくなる炎を形成する寄与度の評価である。合計熱放射は、さらに、当該材料が長い持続時間の炎を形成する寄与度の評価である。改善した難燃性評価を有する材料は最小のx及びyの値を有する。材料6(中実四角記号で表している)は、比較材料5(中実三角記号で表している)よりも良好な性質を有している。 図3は、Petrellaプロットで混合物7及び8のコーン熱量計測定の結果を示している。急速に大きくなる炎に寄与する材料の性質(PHRR/tig −1/kWm−2−1)をx軸でプロットしている。長い持続時間の炎に寄与する材料の性質(THR/MJm−2)をy軸にプロットしている。Petrella (Petrella R.V., コーン熱量計データからのフルスケールの火炎危険性の評価、Journal of Fire Science, 12 (1994), p. 14)によれば、熱放射率のピークから計算された割合及び発火までの時間は、当該材料が急速に大きくなる炎を形成する寄与度の評価である。合計熱放射は、さらに、当該材料が長い持続時間の炎を形成する寄与度の評価である。改善した難燃性評価を有する材料は最小のx及びyの値を有する。材料8(中実四角記号で表している)は、比較材料7(中実三角記号で表している)よりも良好な性質を有している。
本発明の組成物は、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、並びに更に少なくとも1種の金属水酸化物及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む。本発明の組成物におけるこの熱可塑性ポリウレタンの重量平均モル質量は、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲である。
熱可塑性ポリウレタンのモル質量は、GPCにより測定して本発明の目的のために測定される。モル質量は、実施例1のように測定される(連続して配置された2つのGPCカラム:PSSゲル;100 A; 5 μ; 300*8 mm, Jordi DVBゲル;混合床; 5 μ; 250*10 mm;カラム温度60℃;フローレート1 mL/min; RI検知器)。ポリメチルメタクリレート(EasyCal; PSS, Mainz)をキャリブレーションに使用し、ジメチルホルムアミドを溶離剤として使用する。
驚くべきことに、本発明の組成物は、従来から知られている組成物よりも良好な特性、例えば、改善した耐老化性を有していることが見出された。また、本発明の組成物は、煙濃度に関して良好な性質及び更に良好な難燃性を有している。本発明の組成物の機械的性質も同様に良好である。機械的性質の評価の例は、本発明の組成物から製造された成形体の老化前の引張り強度又は破断点引張り歪みである。引張り強度はDIN53504に従って測定される。
GPCにより測定される重量平均モル質量が50,000g/mol未満の熱可塑性ポリウレタンを含む比較可能な組成物の機械的特性は多くの用途によって不適である。GPCにより測定される重量平均モル質量が200,000g/molを超える熱可塑性ポリウレタンを含む比較可能な組成物は、悪い処理加工性を有し、多くの用途によって不適なものとなる。
本発明の組成物は、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物及び少なくとも1種のリン含有難燃剤と共に更なる添加剤を含んでいてもよい。
本発明の組成物は無機酸化物を含まないことが好ましい。本発明の目的のため、「無機酸化物」という表現は、金属水酸化物を意味しない。特に、本発明の組成物は、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まないことが好ましい。
したがって、ある好ましい実施態様では、本発明は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム及び亜鉛の無機酸化物を含まない、組成物を提供する。
本発明の目的のため、「含まない(free from)」という表現は、組成物が各化合物を1000ppm未満しか含まないことを意味する。
本発明のある実施態様では、本発明の組成物は、更なる成分として、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物を含む。少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物を含む本発明において好ましい組成物は、良好な難燃特性及び良好な耐老化性を有する。
したがって、本発明の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの重量平均モル質量を有し、上述したように、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物を含む組成物を提供する。
したがって、本発明の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCで測定して50,000g/mol〜200,000g/molの重量平均モル質量を有する組成物を提供する。
フィロケイ酸塩/ハイドロタルサイト
原理的には、どのようなフィロケイ酸塩も本発明の目的のためには好適である。例えば、2層の鉱物、例えばカオリナイト及び蛇紋石、3層の鉱物、例えばモンモリロナイト又はマイカ、及びクレー鉱物、例えばベントナイトである。本発明の組成物は、ベントナイト、又はベントナイトと他のフィロケイ酸塩の混合物、又はハイドロタルサイトを含むことが好ましい。
別の好ましい実施態様では、挿入された(intercalated)フィロケイ酸塩を使用する。この挿入されたフィロケイ酸塩用の出発フィロケイ酸塩は好ましくは膨潤性スメクタイト、例えばモンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、バイデライト、又はベントナイトである。
本発明の目的のため、特に好適な材料は、有機的に挿入されたフィロケイ酸塩であって、層間が約1.5nm〜4nmのものである。このようなフィロケイ酸塩は、好ましくは、第四級アンモニウム化合物、プロトン化アミン、有機ホスホニウムイオン及び/又はアミノカルボン酸で挿入されているものである。
本発明の組成物はまた、ハイドロタルサイト又は少なくとも1種のフィロケイ酸塩及びハイドロタルサイトを含んでいてもよい。ハイドロタルサイトはまた層構造を有する。ハイドロタルサイトという用語はまた、コンブライナイト(comblainite)、デサウテルサイト(desautelsite)、ピロアウライト(pyroaurite)、レエベサイト(reevesite)、セルゲエバイト(sergeevite)、スティッチタイト(stichtite)及びタコバイト(takovite)をカバーする。本発明の目的のために好ましいハイドロタルサイトは、アルミニウム及びマグネシウムを基礎とし、介在する層内で水酸化物イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンで中和されている。本発明において好ましいハイドロタルサイトは、分子式MgAl[(OH)16|CO]・4HOを有する。
本発明の組成物に含まれるハイドロタルサイトは、好ましくは、有機的に挿入されたハイドロタルサイトであり、これは、介在する(intervening)層内に位置するアニオン、好ましくは水酸化物カチオンが、少なくともある程度有機アニオンにより置き換わっていることをいう。本発明の目的のために好ましい有機アニオンは、脂肪酸及び/又は水素化脂肪酸のアニオンである。
有機的に挿入されたフィロケイ酸塩及び有機的に挿入されたハイドロタルサイトは、本発明の組成物に連続して処理することができる。例えば、有機的に挿入されたフィロケイ酸塩及び/又は有機的に挿入されたハイドロタルサイトを熱可塑性ポリウレタンと混合すると、フィロケイ酸塩及び/又はハイドロタルサイトの均一分散が達成される。
したがって、本発明の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含み、そのフィロケイ酸塩が有機的に挿入されたフィロケイ酸塩であり、及び/又はそのハイドロタルサイトが有機的に挿入されたハイドロタルサイトである、組成物を提供する。
ある好ましい実施態様では、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、フィロケイ酸塩がベントナイトである、組成物を提供する。
本発明の組成物における少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量は、組成物全体に対して、0.5質量%〜20質量%の範囲、好ましくは3質量%〜15質量%の範囲、特に好ましくは3〜8質量%の範囲である。
したがって、本発明の別の更なる実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量が組成物全体に対して0.5質量%〜20質量%の範囲である、組成物を提供する。
他に述べない限り、成分の他の質量データの全ては同様に組成物全体に対するものである。この場合、組成物における成分の含有量の選択は、他に述べない限り、組成物の成分全ての全体で100質量%となる。
熱可塑性ポリウレタン
熱可塑性ポリウレタンは原理的に既知である。これは通常、次の成分:(a)イソシアネート及び(b)イソシアネートに対して反応性である化合物、及び任意に(c)鎖延長剤を、任意に少なくとも1種の(d)触媒及び/又は(e)慣用の助剤及び/又は添加剤の存在下で反応させることにより製造される。次の成分(a)イソシアネート、(b)イソシアネートに対して反応性である化合物、(c)鎖延長剤は、個別に又は共に、構成成分とも称する。
本発明の組成物は、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンを含み、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を含む。したがって、少なくとも1種のポリエステルジオールを、本発明の組成物に含まれるポリウレタンを製造するために成分(b)として使用する。
使用する有機イソシアネート(a)は好ましくは、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族及び/又は芳香族イソシアネート、特に好ましくは芳香族イソシアネートである。更に好ましくは、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−、及び/又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−及び/又は1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(HXDI)、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、1−メチルシクロヘキサン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート、及び/又はジシクロヘキシルメタン4,4’−、2,4’−及び2,2’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2‘−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、トリレン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルメタンジイソシアネート、及び/又はフェニレンジイソシアネートである。4,4’−MDIを使用することが好ましい。
したがって、本発明の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物を提供する。
本発明で使用され、イソシアネートに対して反応性である化合物(b)は少なくとも1種のポリエステルジオールを含む。
原理的には、本発明において好適なポリエステルジオールをどれでも使用することが可能である。
好適なポリエステルジオールは、例えば、2〜12個の炭素原子を有する有機ジカルボン酸、好ましくは8〜12個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸、及び、2〜12個の炭素原子、好ましくは2〜6個の炭素原子を有する多価アルコール、好ましくはジオールから製造することができる。使用することができるジカルボン酸の例は:コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸異性体類である。ここで、ジカルボン酸は単独で又は互いの混合物として使用することができる。フリーのジカルボン酸の代わりに、対応するジカルボン酸誘導体、例えば、1〜4個の炭素原子を有するアルコールのジカルボン酸エステル又はジカルボン酸無水物を使用することもできる。二価及び/又は多価アルコール、特にジオールの例は、エタンジオール、ジエチレングリコール、1,2−又は1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、好ましくはエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル―1,5−ペンタンジオール、又は1,6−ヘキサンジオールである。本発明において好適な他の化合物の例は、ラクトン、例えばε−カプロラクトン、又はヒドロキシカルボン酸、例えば、ω−ヒドロキシカプロン酸、及びヒドロキシ安息香酸から作られるポリエステルジオールである。
カルボン酸及びアルコールの反応条件は通常、生じるポリエステルオールがフリーの酸基を有しないように選択される。生じるポリエステルオールの実際の官能価は通常1.9〜2.1、好ましくは2.0である。
ポリエステルオールは、酸とアルコールの混合物を、触媒を使用せずに又は好ましくはエステル化触媒の存在下で、有利には不活性ガス(例えば、窒素、一酸化炭素、ヘリウム又はアルゴン)から作られる雰囲気中で重縮合することにより製造することができる。重縮合プロセスは、150〜250℃の温度、好ましくは180〜220℃の温度において、必要により減圧下で行うことができる。重縮合プロセスは通常、所望とする酸価に達するまで継続するが、これは有利には10未満、好ましくは2未満である。ポリエステルオールは、酸及びアルコールを通常1:1〜1:8、好ましくは1:1.05〜1.2のモル比で重縮合することにより製造される。
本発明の目的のため、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオールを使用することが好ましく、また、ポリエステルジオールとして、アジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物を使用することが特に好ましい。
したがって、本発明の好ましい実施態様は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3―メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種である、組成物を提供する。
本発明の別の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とし且つGPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有する少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンを含む上述した組成物であって、ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物を提供する。
使用するポリエステルジオールの数平均分子量Mnは、GPCにより測定して、好ましくは500〜4000、好ましくはGPCにより測定して650〜3500、特に好ましくはGPCにより測定して800〜3000である。当業者は、GPCを用いた分子量測定の好適な条件を知っている。
使用可能な鎖延長剤(c)には好ましくは、モル質量が0.05kg/mol〜0.499kg/molである脂肪族、芳香脂肪族、芳香族及び/又は脂環式化合物、好ましくは2官能性化合物、例えばジアミン及び/又は2〜10個の炭素原子をアルキレン部分に有するアルカンジオール、3〜8個の炭素原子を有するジ−、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−、オクタ−、ノナ−、及び/又はデカアルキレングリコール、特にエチレン1,2−グリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、及び対応するオリゴ−及び/又はポリプロピレングリオコールが含まれ、この場合、鎖延長剤の混合物を使用することも可能である。化合物(c)は第1級ヒドロキシル基しか有しないことが好ましく、極めて好ましくは1,4−ブタンジオールである。
ある実施態様では、ジイソシアネート(a)のNCO基及びイソシアネートに対して反応性である化合物(b)及び鎖延長剤(c)のヒドロキシル基の間の反応を特に加速させる触媒は、第3級アミン、特にトリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N,N’−ジメチルピペラジン、2−(ジメチルアミノエトキシ)エタノール、又はジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、及び、別の好ましい実施態様では、これらは有機金属化合物、例えばチタンエステル、鉄化合物、好ましくは鉄(III)アセチルアセトネート、スズ化合物、好ましくはスズジアセテート、スズジオクトエート、スズジラウレート、又は脂肪族カルボン酸のジアルキルスズ塩、好ましくはジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、又はビスマスが好ましくは酸化状態2又は3、特に3で存在しているビスマス塩である。好ましくは、カルボン酸の塩である。使用されるカルボン酸は好ましくは6〜14個の炭素原子を有するカルボン酸、特に好ましくは8〜12個の炭素原子を有するカルボン酸である。好適なビスマス塩の例は、ビスマス(III)ネオデカノエート、ビスマス2−エチルヘキサノエート、及びビスマスオクタノエートである。触媒(d)の好ましい使用量は、イソシアネートに対して反応性である化合物(b)100質量部に対して、0.0001〜0.1質量%である。スズ触媒、特にスズジオクトエートを使用することが好ましい。
構成成分(a)〜(c)に添加することができる材料は、触媒(d)だけでなく、慣用の助剤(e)もである。例えば、表面物質、フィラー、更なる難燃剤、造核剤、酸化安定剤、滑剤及び離型助剤、染料、及び顔料、及び任意に安定剤、例えば加水分解、光、熱又は変色から保護するための安定剤、無機及び/又は有機フィラー、強化剤、及び可塑剤である。好適な助剤及び添加剤は、例えば、Kunststoffhandbuch [Plastics handbook], volume VII, Vieweg及びHochtlen編, Carl Hanser Verlag, Munich 1966 (103-113頁)から見つけ出すことができる。
熱可塑性ポリウレタンの好適な製造方法は、例えば、EP0922552A1、DE10103424A1、又はWO2006/072461A1に開示されている。この製造方法は通常、ベルトシステム又は反応押出機で行われるが、実験室スケール、例えば、手作業の鋳造プロセスで行うこともできる。成分の物理的性質に応じて、これらを互いに全て直接混合するか、個々の成分を事前混合及び/又は事前反応させ、例えばプレポリマーを得て、そしてその後にのみ重付加反応に付す。別の実施態様では、熱可塑性ポリウレタンをまず構成成分、任意に触媒及び助剤から製造し、次いで必要によりポリウレタンに組み込んでもよい。次に、少なくとも1種の難燃剤が前記材料に導入され、均質に分散される。均質分散は、押出機、好ましくは2軸押出機で行うことが好ましい。TPUの硬さを調節するため、構成成分(b)及び(c)の使用量を比較的に広いモル比の範囲内で変更してよく、この場合、硬さは通常は鎖延長剤(c)の含有量が増えるほど増大する。
熱可塑性ポリウレタン、例えば95未満、好ましくは95〜75、特に好ましくは約85のショアA硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを製造するためには、例えば、本質的に2官能性であるポリヒドロキシ化合物(b)及び鎖延長剤(c)を1:1〜1:5、好ましくは1:1.5〜1:4.5のモル比で有利に使用することができ、これにより構成成分(b)及び(c)の生じる混合物は、200超、特に230〜450のヒドロキシ当量を有し、一方で、より硬いTPU、例えば98超のショアA硬度、好ましくは55〜75のショアD硬度を有するTPUを製造するためには、(b):(c)のモル比は1:5.5〜1:15、好ましくは1:6〜1:12の範囲とすることにより、生じる(b)と(c)の混合物のヒドロキシ当量は110〜200、好ましくは120〜180となる。
本発明の熱可塑性ポリウレタンを製造するため、構成成分(a)、(b)及び(c)は好ましくは触媒(d)及び任意に助剤及び/又は添加剤(e)の存在下において、ジイソシアネート(a)のNCO基の構成成分(b)及び(c)のヒドロキシル基全体に対する当量比が0.9〜1.1:1、好ましくは0.95〜1.05:1、特に約0.96〜1.0:1となるような量で反応させる。
本発明の組成物は、組成物全体に対して、20質量%〜90質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、好ましくは組成物全体に対して30質量%〜75質量%、より好ましくは40〜60質量%、特に好ましくは45〜55質量%の量の少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンを含む。
ある実施態様では、本発明の組成物を製造するため、熱可塑性ポリウレタン及び難燃剤を一回の作業で処理する。好ましい実施態様では、本発明の組成物を製造するため、まず、熱可塑性ポリウレタンを好ましくは粒状の形態で、反応押出機、ベルトシステム又は他の装置により製造し、次いで、少なくとも1種の更なる作業において、又は複数の作業において、少なくとも1種の更なる難燃剤をこのポリウレタンに導入する。
熱可塑性ポリウレタンと少なくとも1種の難燃剤、特に少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、及び必要によりフィロケイ酸塩及び/又はハイドロタルサイトとの混合は、好ましくは内部ミキサー又は押出機、好ましくは2軸押出機である混合装置で行われる。金属水酸化物は好ましくは水酸化アルミニウムである。ある好ましい実施態様では、少なくとも1回の更なるオペレーションにおいて混合装置に導入される少なくとも1種の難燃剤は、液体、即ち、21℃において液体である。押出機を使用する別の好ましい実施態様では、導入される難燃剤は、押出機において内容物の流れの方向において供給点の後ろで実施される温度において液体である。
本発明の組成物における熱可塑性ポリウレタンの重量平均モル質量は、50,000g/mol〜200,000g/molの範囲である。このモル質量は、組成物中における熱可塑性ポリウレタンのモル質量である。すなわち、本発明の組成物が製造された後のものである。本発明の組成物における熱可塑性ポリウレタンのモル質量は、本発明の組成物を製造するために使用された熱可塑性ポリウレタンのモル質量から逸脱することができる。本発明の組成物における少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンの重量平均モル質量は、60,000g/mol〜150,000g/molの範囲、好ましくは70,000g/mol〜135,000g/molの範囲、特に好ましくは80,000g/mol〜120,000g/molの範囲、より好ましくは90,000〜110,000g/molの範囲である。
上述したように、熱可塑性ポリウレタンのモル質量は、ここでは、実施例1のように本発明の目的のためGPCにより測定する(連続して配置された2つのGPCカラム:PSSゲル;100A;5μ;300*8mm、Jordi DVBゲル;混合床;5μ;250*10mm;カラム温度60℃;フローレート1mL/min;RI検知器)。ここで、ポリメチルメタクリレート(EasyCal;PSS,Mainz)をキャリブレーションのために使用し、ジメチルホルムアミドを溶離剤として使用する。
したがって、ある好ましい実施態様では、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均分子量を有する組成物を提供する。
金属水酸化物
本発明の組成物は少なくとも1種の金属水酸化物を含む。燃えた場合、金属水酸化物は水だけを放出するので、毒性又は腐食性の煙状生成物を生成しない。また、これらの水酸化物は、燃えた場合に、煙密度を低下させることが可能である。しかしながら、この物質の欠点は、時に、熱可塑性ポリウレタンの加水分解を促進させ、ポリウレタンの酸化的老化に影響を及ぼす。
本発明の目的のために好ましく好適な材料は、マグネシウム、カルシウム、亜鉛及び/又はアルミニウムの水酸化物及びこれらの混合物である。金属水酸化物は、特に好ましくは、水酸化アルミニウム、酸化水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及び前記水酸化物の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である。
したがって、本発明の別の好ましい実施態様は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、金属水酸化物が、水酸化アルミニウム、酸化水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及びこれらの水酸化物の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、組成物も提供する。
好ましい混合物は、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムである。特に好ましいものは水酸化マグネシウム又は水酸化アルミニウムである。極めて特に好ましくは水酸化アルミニウムである。
したがって、本発明の別の好ましい実施態様は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、組成物も提供する。
本発明の組成物における少なくとも1種の金属水酸化物の割合は、10質量%〜80質量%の範囲が好ましい。充填水準がより高いと、対応するポリマー材料の機械的特性が許容できないほど損なわれる:特に、ケーブル断熱に重要な引張り強度及び破断点伸びの許容できない劣化がある。本発明の組成物における金属水酸化物の割合は、組成物全体に対して、10質量%〜65質量%の範囲が好ましく、20質量%〜50質量%の範囲がより好ましく、25質量%〜40質量%の範囲がより好ましい。
本発明において使用される金属水酸化物の比表面積は通常2m/g〜150m/gであるが、比表面積は好ましくは2m/g〜9m/g、より好ましくは3m/g〜8m/g、特に好ましくは3m/g〜5m/gである。比表面積は、DIN ISO 9277:2003−05に従って窒素及びBET法を用いて測定される。
コーティングされた金属水酸化物
本発明において、金属水酸化物の表面を少なくともある程度囲むコーティングがあってもよい(これを少なくとも部分的なコーティングと称する)。コーティングは表面処理に等しい。コーティングは、インターロッキング又はファンデルワールス力の効力により、金属水酸化物に対して純粋に物理的に付着するか、あるいは金属水酸化物に対して化学的な接着性を有する。これは主に共有結合性相互作用を通して達成される。
本例の金属水酸化物、特に水酸化アルミニウムにおける含まれる成分の周りのコーティングとなる表面処理又は表面変性は文献に詳細に記載されている。“Particulate-Filled Polymer Composites” (第2版)、Rothon、Roger N編、2003年、Smithers Rapra Technologyは、好適な材料、及びコーティング技術を記述している基本的参照作品である。第四章が特に関係性がある。適切な材料は、例えば、会社Nabaltec, Schwandorf又はMartinswerke(Bergheim、ドイツ)から商業的に利用可能である。
好ましいコーティング材料は、酸機能を有する、好ましくは少なくとも1つのアクリル酸又は1つの無水物、好ましくはマレイン酸無水物を含む飽和又は不飽和ポリマーであり、その理由はこれらの材料は金属水酸化物の表面に特に良好に沈着するからである。
ポリマーは、1種のポリマー又はポリマーの混合物、好ましくは1種のポリマーを含む。好ましいポリマーは、モノ及びジオレフィン、これらの混合物、モノ及びジオレフィンの互いの共重合体又はモノ及びジオレフィンと他のビニルモノマーとの共重合体、ポリスチレン、ポリ(p−メチルスチレン)、ポリ(アルファ−メチルスチレン)、並びにスチレン又はアルファ−メチルスチレンとジエン又はアクリル酸誘導体との共重合体、スチレン又はアルファ−メチルスチレンのグラフト共重合体、ハロゲン含有ポリマー、アルファ−又はベータ−不飽和酸から及びこれらの誘導体から誘導されるポリマー、並びに前記モノマーの互いの共重合体又は前記モノマーと他の不飽和モノマーとの共重合体である。
同様に好ましいコーティング材料は、モノマー有機酸及びその塩、好ましくは不飽和脂肪酸である一方、不飽和酸はあまり一般的に使用されない。好ましい脂肪酸は、10〜30個の炭素原子、好ましくは12〜22個の炭素原子、特に16〜20個の炭素原子を含み、脂肪族であり、好ましくは二重結合を有しない。ステアリン酸が極めて特に好ましい。好ましい脂肪酸誘導体はそれらの塩、好ましくはカルシウム、アルミニウム、マグネシウム又は亜鉛の塩である。カルシウムが特に好ましく、特に好ましくはステアリン酸カルシウムの形態である。
金属水酸化物の周りのコーティングを形成する他の好ましい物質、好ましくは水酸化アルミニウムは、次の構造を有する有機シラン化合物:
(R)4−n−Si−X(但し、n=1、2又は3)
である。
Xは、金属水酸化物の表面と反応する加水分解性基であり、カップリング基とも称される。部分Rは炭化水素部分であり、有機シラン化合物が熱可塑性ポリウレタンと良好な混和性を有するように選択される。部分Rは、加水分解的に安定な炭素−ケイ素結合によりケイ素と結合し、反応性であっても不活性であってもよい。好ましくは不飽和炭化水素部分である反応性部分の例は、アリル部分である。部分Rは不活性であることが好ましく、2〜30個の炭化水素、好ましくは6〜20個の炭化水素、及び特に好ましくは8〜18個の炭化水素を有する飽和炭化水素部分であることがより好ましく、脂肪族炭化水素部分(分岐鎖又は直鎖部分である)が含まれることがより好ましい。
有機シラン化合物は1つの部分Rを含み且つ一般式
R−Si−(X)
を有することがより好ましい。
カップリング基Xは、ハロゲン、好ましくは塩素であることが好ましく、そのため、カップリング試薬はトリ−、ジ−又はモノクロロシランであることが好ましい。カップリング基Xは、アルコキシ基、好ましくはメトキシ基又はエトキシ基であることも同様に好ましい。この部分Rヘキサデシル基であり、好ましくはメトキシカップリング基又はエトキシカップリング基を使用することが好ましく、そのため有機シランはヘキサデシルシランであることが極めて好ましい。
金属水酸化物に施されるシランの量は、金属水酸化物の全量に対して、0.1質量%〜5質量%、より好ましくは0.5質量%〜1.5質量%、特に好ましくは約1質量%である。金属水酸化物に施されるカルボン酸及びカルボン酸誘導体の量は、金属水酸化物の全量に対して0.1質量%〜5質量%、より好ましくは1.5質量%〜5質量%、特に好ましくは3質量%〜5質量%である。
コーティングによりある程度覆われる金属水酸化物のうち50%を超える、より好ましくは70%を超える、より好ましくは90%を超えるものの最大寸法は、10μm未満、好ましくは5μm未満、特に好ましくは3μm未満であることが好ましい。同時に、粒子のうち少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは少なくとも90%のものの少なくとも1つの最大寸法は、0.1μmを超え、より好ましくは0.5μmを超え、特に好ましくは1μmを超える。
本発明の熱可塑性ポリウレタンの製造では、事前にコーティングされた金属水酸化物を使用することが好ましい。これは、コーティング材料と熱可塑性ポリウレタンの成分との不要な副反応を避けるための唯一の方法であり、熱可塑性ポリウレタンの酸化劣化を抑制する利点を供給する特に有効な方法である。金属水酸化物のコーティングは、ポリウレタンを押出機の下流部において添加する前に、その押出機の供給領域において行うこともより好ましい。
したがって、別の好ましい実施態様では、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、コーティングが金属水酸化物を少なくともある程度覆っている、組成物も提供する。
リン含有難燃剤
本発明の組成物は、少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む。本発明は、原理的には、熱可塑性ポリウレタン用の既知のリン含有難燃剤の何れかを使用することができる。
本発明の目的のため、リン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、又はホスフィン酸の誘導体、又はこれらの誘導体の2種以上の混合物が好ましい。
したがって、本発明の別の実施態様は、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、リン含有難燃剤が、リン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、ホスフィン酸の誘導体、及びこれらの誘導体の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、組成物も提供する。
別の好ましい実施態様では、リン含有難燃剤は21度で液体である。
リン酸、ホスホン酸、又はホスフィン酸の誘導体には、有機又は無機カチオンとの塩、又は有機エステルが含まれる。有機エステルは、リンに直接結合した少なくとも1個の酸素原子が有機部分でエステル化されているリン含有酸の誘導体である。ある好ましい実施態様では、有機エステルには、アルキルエステルが含まれ、別の好ましい実施態様では、アリールエステルが含まれる。対応するリン含有酸のヒドロキシル基の全てがエステル化されていることが特に好ましい。
有機リン酸エステルが好ましく、特に、リン酸のトリエスエステル、例えば、トリアルキルホスフェート、特にトリアリールホスフェート、例えばトリフェニルホスフェートが好ましい。
一般式(I)
Figure 2015524500
一般式(I)のリン酸エステルが本発明において熱可塑性ポリウレタン用の難燃剤として好ましく、Rは必要により置換されているアルキル、シクロアルキル、又はフェニル基であり、nは1〜15である。
一般式(I)のRがアルキル部分である場合、特に使用することができるアルキル部分は、1〜8個の炭素原子を有するものである。シクロヘキシル部分がシクロアルキル基の例として挙げられる。一般式(I)(但し、R=フェニル又はアルキル置換フェニル)のリン酸エステルを使用することが好ましい。一般式(I)のnは特に1、又は好ましくは3〜6の範囲である。一般式(I)の好ましいリン酸エステルの挙げられる例は、ビス(ジフェニル)1,3−フェニレンホスフェート、ビス(ジキシレニル)1,3−フェニレンホスフェート、及びnが3〜6の平均オリゴマー化度を有する対応するオリゴマー生成物である。好ましいレゾルシノールは、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)であり、通常オリゴマーで存在する。
リン含有難燃剤の他に好ましいものは、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)(これは通常オリゴマーの形態をとる)及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)である。
したがって、本発明の他の実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、組成物を提供する。
有機ホスホネートには、有機又は無機カチオンとの塩又はホスホン酸のエステルが含まれる。ホスホン酸の好ましいエステルは、アルキル又はフェニルホスホン酸のジエステルである。一般式(II)のホスホネートは、本発明において難燃剤として使用されるホスホン酸エステルの例である。
Figure 2015524500
(式中、
は任意に置換されたアルキル、シクロアルキル、又はフェニル基であり、2つの部分Rは互いの環状結合を有していてもよく、
は任意に置換されたアルキル、シクロアルキル、又はフェニル部分である。)
環状ホスホネートは、例えば、
Figure 2015524500
がここで特に好適であり、RはCH及びCであり、これらはペンタエリスリトールから誘導され、又は
Figure 2015524500
がCH及びCであり、これらはネオペンチルグリコールから誘導され、又は
Figure 2015524500
がCH及びCであり、これらはピロカテコールから誘導され、あるいは
Figure 2015524500
=非置換の又は置換されたフェニル部分である。
ホスフィン酸エステルは、一般式R(P=O)OR(但し、全ての3個の有機基R、R及びRは同一でも異なっていてもよい。)を有する。部分R、R及びRは脂肪族又は芳香族の何れかであり、1〜20個の炭素原子、好ましくは1〜10個の炭素原子、より好ましくは1〜3個の炭素原子を有する。これらの部分の少なくとも1個が脂肪族であることが好ましく、これらの部分の全てが脂肪族であることが好ましく、R及びRがエチル部分であることが極めて特に好ましい。より好ましくは、Rもエチル部分であるか、又はメチル部分である。ある好ましい実施態様では、R、R及びRは同時にエチル部分又はエチル部分である。
好ましくはホスフィネート、即ち、ホスホン酸の塩である。部分R及びRは脂肪族又は芳香族の何れかであり、1〜20個の炭素原子、好ましくは1〜10個の炭素原子、より好ましくは1〜3個の炭素原子である。これらの部分の少なくとも1個が脂肪族であることが好ましく、これらの部分の全てが脂肪族であることが好ましく、R及びRがエチル部分であることが極めて特に好ましい。ホスフィン酸の好ましい塩は、アルミニウム、カルシウム、又は亜鉛の塩である。ある好ましい実施態様はジエチルアルミニウムホスフィネートである。
リン含有難燃剤、その塩及び/又はその誘導体は、本発明の組成物において、単独の物質として又は混合物として使用する。
本発明の目的のため、少なくとも1種のリン含有難燃剤の使用量は、リン含有難燃剤全体に対して、リン含有量が5質量%を超え、より好ましくは7質量%を超えるような量である。同時に、組成物におけるリン含有難燃剤の含有量は、例えば、30質量%未満、好ましくは20質量%未満、特に好ましくは15質量%未満である。少なくとも1種のリン含有難燃剤の含有量は、組成物全体に対して、3質量%〜30質量%の範囲、より好ましくは5質量%〜20質量%の範囲、特に好ましくは8質量%〜15質量%の範囲である。
ある好ましい実施態様では、本発明の組成物は、リン含有難燃剤として、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)を含む。別の好ましい実施態様では、本発明の組成物は、水酸化アルミニウム、及び、リン含有難燃剤として、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)を含む。別の好ましい実施態様では、本発明の組成物は、水酸化アルミニウム及びフィロケイ酸塩及び/又はハイドロタルサイド、並びに、リン含有難燃剤として、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)を含む。
様々な難燃剤の組合せは、各要求のための機械的特性及び難燃特性を最適化する。
本発明において、リン含有難燃剤、特にリン酸エステル、ホスフィン酸エステル、及び/又はホスフィン酸エスエル、及び/又はこれらの塩を、難燃剤として、少なくとも1種の金属水酸化物との混合物で使用する。この場合、使用するリン酸エステル、ホスホン酸エステル及びホスフィン酸エステルの全量の、本発明の組成物において使用する金属水酸化物の量に対する質量比は、好ましくは1:5〜1:2の範囲である。
少なくとも1種のリン含有難燃剤の含有量は、組成物全体に対して、3質量%〜30質量%の範囲がより好ましく、5質量%〜20質量%の範囲がより好ましく、8質量%〜15質量%の範囲が特に好ましい。
同時に、少なくとも1種の金属水酸化物の含有量は、組成物全体に対して、10質量%〜65質量%の範囲が好ましく、15質量%〜50質量%の範囲が好ましく、25質量%〜40質量%の範囲が特に好ましい。
したがって、本発明の別の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、組成物における金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して10〜65%の範囲である、組成物も提供する。
別の好ましい実施態様では、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して3〜30%の範囲である、組成物を提供する。
したがって、別の好ましい実施態様では、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、組成物における金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して、10〜65%の範囲であり、リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して、3〜30%の範囲である、組成物を提供する。
本発明の組成物が少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む場合、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、及び少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量百分率(質量%)の合計の割合(本発明においてその全体は難燃剤とも称する。)は、組成物全体に対して10質量%〜80質量%の範囲が好ましく、25質量%〜70質量%の範囲が好ましく、更に40質量%〜60質量%の範囲が好ましく、特に45質量%〜55質量%の範囲が好ましい。
したがって、本発明の他の好ましい実施態様はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、上述したように、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤及び少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量割合の合計の割合が、組成物全体に対して10〜80%の範囲である、組成物を提供する。
少なくとも1種のリン含有難燃剤:金属水酸化物:少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量割合は、a:b:cで記述することができ、aは、例えば、本発明において5〜15の範囲で変わってよく、bは、例えば、本発明において30〜40の範囲で変わってよく、cは、例えば、本発明において0〜8、好ましくは3〜8の範囲で変わってよい。より好ましくは、少なくとも1種のリン含有難燃剤:金属水酸化物:少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量割合は、おおよそ関係9:34:5で記述される。
本発明はまた、上述したように、少なくとも1種の難燃性熱可塑性ポリウレタンを含む本発明の組成物を、コーティング剤、減衰素材、蛇腹(folding bellow)、ホイル又は繊維、成形体、建物及び輸送機械用フローリング、不織布テキスタイル、及び好ましくはガスケット、ローラー、靴底、ホース、ケーブル、ケーブルプラグ、ケーブル被覆材(シース)、クッション、積層体、プロファイル、駆動ベルト、サドル、発泡体、プラグコネクタ、ドラッグケーブル、ソーラーモジュール、及び自動車の被覆材を製造するために使用する方法を提供する。ケーブル被覆材を製造するための使用方法が好ましい。製造プロセス、好ましくは顆粒から開始する製造プロセスでは、射出成形、カレンダリング、粉末焼結、又は押出、及び/又は本発明の組成物の追加的な発泡を用いる。
したがって、本発明はまた、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有する組成物を、上述したように、ケーブル被覆材を製造するために使用する方法を提供する。
ある好ましい実施態様では、少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、及び少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有する組成物を、ケーブル被覆材を製造するために使用する方法を提供する。
本発明の更なる実施態様は、特許請求の範囲及び実施例に見出され得る。本発明の物/方法/使用方法の上述した特徴及び以下に説明する特徴は当然ながら、本発明の範囲を超えることなく、記述したそれぞれの組合せだけでなく、他の組合せでも使用することができる。したがって、例えば、好ましい特徴と特に好ましい特徴との組合せ、又は更に特徴付けられていない特徴と特に好ましい特徴の組合せ等は、その組み合わせが明確に記述されていなくても黙字的に含まれる。
本発明の実施態様の例を以下に記述するが、これらは本発明を限定するものではない。特に、本発明はまた、以下に示す参照及び組み合わせに由来する実施態様を含む。
1.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有する、組成物。
2.前記組成物が少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む、実施態様1の組成物。
3.前記フィロケイ酸塩が、有機的に挿入されたフィロケイ酸塩であり、及び/又は前記ハイドロタルサイトが有機的に挿入されたハイドロタルサイトである、実施態様2の組成物。
4.前記フィロケイ酸塩がベントナイトである、実施態様2又は3の組成物。
5.少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量が、組成物全体に対して0.5質量%〜20質量%の範囲である、実施態様2〜4の何れかの組成物。
6.前記フィロケイ酸塩がベントナイトであり、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量が、組成物全体に対して0.5質量%〜20質量%の範囲である、実施態様2〜5の何れかの組成物。
7.前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種である、実施態様1〜6の何れかの組成物。
8.前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、実施態様1〜7の何れかの組成物。
9.前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、実施態様1〜6の何れかの組成物。
10.前記熱可塑性ポリウレタンの重量平均モル質量が、GPCにより測定して、90,000g/mol〜110,000g/molの範囲である、実施態様1〜9の何れかの組成物。
11.前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、実施態様1〜10の何れかの組成物。
12.前記少なくとも1種の金属水酸化物、前記少なくとも1種のリン含有難燃剤、及び前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量割合の合計の割合が、組成物全体に対して10〜80%の範囲である、実施態様1〜11の何れかの組成物。
13.前記金属水酸化物が、水酸化アルミニウム、酸化水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及びこれらの水酸化物の2種以上の混合物である、実施態様1〜12の何れかの組成物。
14.前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、実施態様1〜13の何れかの組成物。
15.コーティングが前記金属水酸化物を少なくともある程度覆っている実施態様1〜14の何れかの組成物。
16.リン含有難燃剤が、リン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、ホスフィン酸の誘導体、及びこれらの誘導体の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、実施態様1〜15の何れかの組成物。
17.前記リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)、及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、実施態様1〜16の何れかの組成物。
18.前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムであり、前記リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)、及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、実施態様1〜17の何れかの組成物。
19.前記組成物における前記金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して、10〜65%の範囲である、実施態様1〜18の何れかの組成物。
20.前記リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して3〜30%の範囲である、実施態様1〜19の何れかの組成物。
21.組成物における金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して10〜65%の範囲であり、リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して3〜30%の範囲である、実施態様1〜18の何れかの組成物。
22.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物。
23.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物。
24.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、組成物。
25.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、組成物。
26.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まず、前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、組成物。
26.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸とエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まず、前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、組成物。
28.実施態様1〜27の何れかの組成物をケーブル被覆材の製造に使用する方法。
29.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの重量平均モル質量を有する、組成物。
30.前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種である、実施態様29の組成物。
31.前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、実施態様29又は30に記載の組成物。
32.前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、実施態様29の組成物。
33.前記重量平均モル質量が、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲である、実施態様29〜32の何れかの組成物。
34.前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、実施態様29〜33の何れかの組成物。
35.前記フィロケイ酸塩が、有機的に挿入されたフィロケイ酸塩であり、及び/又は前記ハイドロタルサイトが有機的に挿入されたハイドロタルサイトである、実施態様29〜34の何れかの組成物。
36.前記フィロケイ酸塩がベントナイトである、実施態様29〜35の何れかの組成物。
37.前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量が、組成物全体に対して0.5質量%〜20質量%の範囲である、実施態様29〜36の何れかの組成物。
38.前記フィロケイ酸塩がベントナイトであり、前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の含有量が、組成物全体に対して0.5質量%〜20質量%の範囲である、実施態様29〜35の何れかの組成物。
39.前記少なくとも1種の金属水酸化物、前記少なくとも1種のリン含有難燃剤、及び前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物の質量割合の合計の割合が、組成物全体に対して10〜80%の範囲である、実施態様29〜38の何れかの組成物。
40.前記金属水酸化物が、水酸化アルミニウム、酸化水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及びこれらの水酸化物の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、実施態様29〜39の何れかの組成物。
41.前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、実施態様29〜40の何れかの組成物。
42.コーティングが前記金属水酸化物を少なくともある程度覆っている、実施態様29〜41の何れかの組成物。
43.前記リン含有難燃剤が、リン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、ホスフィン酸の誘導体、及びこれらの誘導体の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、実施態様29〜42の何れかの組成物。
44.前記リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)、及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、実施態様29〜43の何れかの組成物。
45.前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムであり、前記リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)、及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、実施態様29〜43の何れかに記載の組成物。
46.前記組成物における前記金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して10〜65%の範囲である、実施態様29〜45の何れかの組成物。
47.前記リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して3〜30%の範囲である、実施態様29〜46の何れかに記載の組成物。
48.前記組成物における前記金属水酸化物の割合が、組成物全体に対して10〜65%の範囲であり、リン含有難燃剤の割合が、組成物全体に対して3〜30%の範囲である、実施態様29〜45の何れかの組成物。
49.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、チレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物。
50.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、組成物。
51.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の有機酸化物を含まない、組成物。
52.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、組成物。
53.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記フィロケイ酸塩がベントナイトである、組成物。
54.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、その熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記フィロケイ酸塩がベントナイトである、組成物。
55.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物は、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まず、前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、組成物。
56.少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、少なくとも1種のリン含有難燃剤、少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイソシアネート及び少なくとも1種のポリエステルイジオールを基礎とする少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタンであり、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲の重量平均モル質量を有し、前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種であり、前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートであり、前記組成物は、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まず、前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、組成物。
57.実施態様29〜56の何れかの組成物をケーブル被覆材の製造に使用する方法。
実施例を本発明を説明するために以下に示すが、本発明の主題に関して少しも限定するものではない。
実施例は、本発明の組成物の改善された難燃剤及び良好な機械的特性及び加水分解耐性を明らかにする。
1.製造例
1.1 熱可塑性ウレタンの分子量の測定の一般仕様
試料を(ジメチルホルムアミド+0.1%のブチルアミン)に約1%で溶解し、次いでこの溶液を0.45μmのPTFEフィルターを用いてろ過する。
GPC測定のために設定したパラメータは以下のとおりであった。
GPCカラム: PSSゲル:100A;5μ;300*8mm
Jordi DVBゲル;混合床;5μ;250*10mm
カラム温度: 60℃
溶離剤: ジメチルホルムアミド(マルチ溶媒)
流速: 1mL/min
検知器: RI検知器
キャリブレーション:従来法、ポリメチルメタクリレートに対する(EasyCal;PSS,Mainz)
1.2 材料
Ellastollan 1185A10:ショア硬度85AのTPU、BASF Polyurethanes GmbH製、Elastogranstrasse 60, 49448 Lemforde(ポリテトラヒドロフラン(PTHF)を基礎とし、1000ダルトンの分子量(Mn)を有する)、1,4ブタンジオール、MDI.
Elastollan A:ショア硬度86AのTPU BASF Polyurethanes GmbH製, Elastogranstasse 60, 49448 Lemforde(アジピン酸ブタンジオールを基礎とし、1000ダルトンの分子量を有する(Mn)を有する)、1,4−ブタンジオール、MDI.
Martinal OL 104 LEO:コーティングを有しない水酸化アルミニウム、Martinswerk GmbH製, Kolner Strasse 110, 50127 Bergheim, Al(OH)含有量[%]約99.4,粒径(レーザー回折, Cilas) [μm] D50:1.7〜2.1;比表面積 (BET) [m2/g]:3〜5
Nanofil 15:有機的に変性されたナノサイズの分散性フィロケイ酸塩(天然ベントナイトを基礎とする)、Rockwood Clay Additives GmbH製, Stadtwaldstrase 44, D-85368 Moosburg, 粉末, D50 平均粒径、即ち粒子の少なくとも50%が40μmよりも小さい。
Fyrolflex RDP:レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)CAS #: 125997-21-9, Supresta Netherlands B.V., Office Park De Hoef, Hoefseweg 1, 3821 AE Amersfoort,オランダ。
PolyTHF(R)polyetherDiol 1000, BASF, 2官能性直鎖状飽和ポリエーテルオール(テトラヒドロフランの重合により得られる)
ブタンジオール−1,4、BASF、純度少なくとも99.5%
Lupranat MET(R), BASF、4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン
Basonat(R) H/100, BASF、ヘキサメチレンジイソシアネート
ElastostabR H01, BASF、ポリマー状カルボジイミド(加水分解安定剤)
1.3 マニュアルキャスティングプロセスによる製造
親処方物におけるポリオール及び鎖延長剤のために定義した量を、スズメッキスチール容器内で計量し、窒素を簡易に封入する。この容器を蓋で閉じ、オーブン内で約90℃に加熱する。
別のオーブンをスキンの熱制御のために80℃に予熱する。125℃に設定されたテフロン(登録商標)皿をホットプレート上に載置する。
液体のイソシアネートの計算量を容量分析で測定する。このため、液体のイソシアネートをPEビーカー内で計量し、10秒以内にPEビーカーに注ぎ出す(容量分析測定は約48℃の温度においてMDIのために行う)。得られた空のビーカーを次いで計量し、計算量のイソシアネートをこれに供給する。MDIの場合、これをオーブン内で約48℃において保存する。
加水分解安定剤、帯電防止剤等の添加剤(これらはRTで固体である。)を直接計量する。
予熱したポリオールを撹拌下で停止している昇降台に載置する。次に、撹拌ブレードがポリオールに完全に浸されるまで反応容器を昇降台により上昇させる。
撹拌モータをスイッチオンする前に、回転速度コントローラーがゼロでセットされたことを確保することが必要である。次いで、回転速度を、空気の入り込みなく良好な混合が確保されるようにゆっくりと上昇且つ制御する。
次に、添加剤、例えば帯電防止剤をポリオールに添加する。
反応混合物の温度を温風ブロワーを使用して80℃まで慎重に調節する。
必要に応じ、イソシアネートを添加する前に、マイクロリッターシリンジを用いて触媒を反応混合物に計量導入する。次に、イソシアネートを、事前に容量分析で決定された量で導入することにより、10秒以内で、80℃において反応混合物に添加する。量を再計量によりモニターする。処方における量から+/−0.2gの逸脱を記録する。イソシアネートを添加するときにストップウォッチを開始する。温度が110℃まで達すると、反応混合物を125℃に予熱されたテフロン(登録商標)皿に注ぎ出す。
ストップウォッチを開始してから10分後、スキンをホットプレートから取り除き、次いでオーブン内で15時間80℃で保管する。冷却したスキンをチョッパーミル内で粉末状にする。次に、そのグラニュー(顆粒)を110℃において3時間乾燥させ、乾燥状態で保管する。
原理的に、この方法は、反応押出機において又はベルトプロセスにおいても使用することができる。
ElastollanA−Fの処方
Figure 2015524500
1.4 試験試料の製造
下記表1は、各出発材料が質量部(PW)で与えられた組成物のリストである。混合物はそれぞれ、ZE40A2軸押出機(Berstorff製)(スクリュー長さ35D、10バレルのセクションに分けられている)を用いて製造し、次いでArenz1軸押出機(混合セクションを有する3セクションスクリューを備える、スクリュー比1:3)を用いて押出を行い、厚さ1.6mmのホイルを得た。
コーン測定のための試験試料(200×150×5mm)をArburg520S(スクリュ―径30mm(セクション1−セクション3:180℃、セクション4−セクション6:185℃))において射出成形した。次にこのシートをコーン測定に必要とされるサイズに切断した。
Figure 2015524500
2.実施例−難燃性
難燃性を評価するため、ISO5660パート1(2002−12)及びパート2に従って、コーン熱量計において、放射強度35kW/mで厚さ5mmの試験試料を水平に試験する。
Figure 2015524500
Petrella (Petrella R.V., コーン熱量計データからのフルスケールの火炎危険性の評価、Journal of Fire Science, 12 (1994), p. 14)によれば、熱放射率のピークから計算された割合及び発火までの時間は、当該材料が急速に大きくなる炎を形成する寄与度の評価である。合計熱放射は、さらに、当該材料が長い持続時間の炎を形成する寄与度の評価である。
混合物1及び2のためのコーン熱量計の結果を、図1に示すPetrellaプロットで図で示した。急速に大きくなる炎に寄与する材料の性質(PHRR/tig −1/kWm−2−1)をx軸でプロットしている。長い持続時間の炎に寄与する材料の性質(THR/MJm−2)をy軸にプロットしている。改善した難燃性評価を有する材料は最小のx及びyの値を有する。結果を表2及びPetrellaプロットで示している。
本発明の材料はより高い難燃性を有する。本発明の混合物はより低い煙密度を示す。
3.実施例−機械的特性
混合物1、5及び7は、ポリエーテルポリオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンを使用した比較例である。
混合物2〜4、6及び8は本発明のものであり、本発明の組成物が良好な機械的特性を有することを明らかにしている。適切な試験試料について測定された性質は引張り強度及び引張り破断点歪み(DIN53504に従う)及びショアA硬度(DIN53505に従う)
Figure 2015524500
4.実施例−耐老化性
耐酸化老化性を評価するため、試験試料を113℃において7時間又は121℃において7時間それぞれ対流オーブン内で老化(経時劣化)させ、次いで機械的パラメータを測定する。下記表4(113℃で保存)及び表5(121℃で保存)で結果を並べている。
Figure 2015524500
Figure 2015524500
本発明の混合物2及び4は本発明のものであり、ポリエステルオールを基礎とするTPUを含む混合物の使用により、熱処理による強度損失が顕著に減少する、即ち、耐酸化老化が顕著に改善することを明らかにしている。

Claims (19)

  1. 少なくとも1種の熱可塑性ポリウレタン、少なくとも1種の金属水酸化物、及び少なくとも1種のリン含有難燃剤を含む組成物であって、前記熱可塑性ポリウレタンが、少なくとも1種のジイシソアネート及び少なくとも1種のポリエステルジオールを基礎とする熱可塑性ポリウレタンであり、且つGPCにより測定して50,000g/mol〜200,000g/molの重量平均モル質量を有することを特徴とする組成物。
  2. 少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト又はこれらの混合物を含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記フィロケイ酸塩が有機的に挿入されたフィロケイ酸塩であり、及び/又は前記ハイドロタルサイトが有機的に挿入されたハイドロタルサイトである、請求項2に記載の組成物。
  4. 前記フィロケイ酸塩がベントナイトである、請求項2又は3に記載の組成物。
  5. 前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物の含有量が、前記組成物全体に対して、0.5質量%〜20質量%の範囲である、請求項2〜4の何れか1項に記載の組成物。
  6. 前記少なくとも1種の金属水酸化物の質量割合、前記少なくとも1種のリン含有難燃剤の質量割合、及び前記少なくとも1種のフィロケイ酸塩若しくはハイドロタルサイト、又はこれらの混合物の質量割合の合計の割合が、前記組成物全体に対して、10〜80%の範囲である、請求項2〜5の何れか1項に記載の組成物。
  7. 前記ポリエステルジオールが、ε−カプロラクトンから作られるポリエステルジオール、及びアジピン酸又はセバシン酸と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとの縮合物から選択される1種である、請求項1〜6の何れか1項に記載の組成物。
  8. 前記ジイソシアネートが芳香族ジイソシアネートである、請求項1〜7の何れか1項に記載の組成物。
  9. 前記熱可塑性ポリウレタンの重量平均モル質量が、GPCにより測定して90,000g/mol〜110,000g/molの範囲である、請求項1〜8の何れか1項に記載の組成物。
  10. 前記組成物が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、ホウ素、アルミニウム、及び亜鉛の無機酸化物を含まない、請求項1〜9の何れか1項に記載の組成物。
  11. 前記金属水酸化物が、水酸化アルミニウム、酸化水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及びこれらの水酸化物の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、請求項1〜10の何れか1項に記載の組成物。
  12. 前記金属水酸化物が水酸化アルミニウムである、請求項1〜11の何れか1項に記載の組成物。
  13. コーティングが、前記金属水酸化物を少なくともある程度覆っている、請求項1〜12の何れか1項に記載の組成物。
  14. 前記リン含有難燃剤が、リン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、ホスフィン酸の誘導体、及びこれらの誘導体の2種以上の混合物からなる群から選択される1種である、請求項1〜13の何れか1項に記載の組成物。
  15. 前記リン含有難燃剤が、レゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)(RDP)、ビスフェノールAビス(ジフェニルホスフェート)(BDP)、及びジフェニルクレシルホスフェート(DPC)からなる群から選択される1種である、請求項1〜14の何れか1項に記載の組成物。
  16. 前記組成物における前記金属水酸化物の割合が、前記組成物全体に対して10〜65%の範囲である、請求項1〜15の何れか1項に記載の組成物。
  17. 前記リン含有難燃剤の割合が、前記組成物全体に対して3〜30%の範囲である、請求項1〜16の何れか1項に記載の組成物。
  18. 前記組成物における前記金属水酸化物の割合が、前記組成物全体に対して10〜65%の範囲であり、前記リン含有難燃剤の割合が、前記組成物全体に対して3〜30%の範囲である、請求項1〜15の何れか1項に記載の組成物。
  19. 請求項1〜18の何れか1項に記載の組成物をケーブル被覆材を製造するために使用する方法。
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