JP2015525812A - 防火性ポリウレタン材料及び防火性構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、発泡ポリウレタン本体、防火性無機パウダー及び中空構造を含む防火性ポリウレタン材料に関する。該当中空構造の密度は、約０．１ｇ／ｃｍ3より小さく、その中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものである。本発明の防火性ポリウレタン材料は、優れた防火性を有する。本発明は防火性構造も提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、防火性材料に関する。特に防火特性のポリウレタン材料及び防火性構造に関する。

ポリウレタン材料は、広く利用されているポリマー材料であり、日常生活の衣食住各方面においてその製品はよく見かけられ、特に、発泡ポリウレタンは、重要な材料の一つであり、発泡ポリウレタンは金型内で発泡可能であり、例えば、建物の装飾としてよく見かける接続板、化粧シート又は化粧片など、所望の形状に物品を製作することができるため、時間及び労力が余計にかかって高コストであり非常に重い石材又は木材に取って代わり、今日、室内装飾の主力材料の一つとなっている。

しかし、これら発泡ポリウレタン材料を装飾材料に応用する際、防火消防上、難しい課題があり、ポリウレタン材料自体が防火特性を備えていないため、火源に触れると速やかに燃えて溶融し、火災が拡大してしまうため、発泡ポリウレタン材料に防火特性を備えさせることはこの分野において大きな課題であった。

今日、発泡ポリウレタン材料の防火特性を改善するには、例えば、水酸化アルミニウム、加熱されると窒素及びアンモニアガスを放出して可燃性ガスの濃度を下げるメラミンなどの窒素系防火性組成物、加熱されるとメタリン酸が発生して有機物を脱水させるポリリン酸アンモニウムなどのリン系防火性組成物、ペンタエリスリトール（Ｐｅｎｔａｅｒｙ ｔｈｒｉｔｏｌ）などのカーボン系防火性組成物などの防火性パウダーを、ポリウレタン材料へ十分な量を加える。これらの組成物を加えると、発泡ポリウレタン材料の防火特性を大幅に改善させることができるが、ポリウレタン材料の発泡性が同時に大幅に下がってしまい、発泡金型内の隅々まで全体的に充填することができず、表面の微細フィーチャを製作することはできなくなった。また、発泡ポリウレタン材料には、前述の防火性組成物が加えられるため、材料の総重量が増え、室内装飾に利用するには不利であった。

そのため、本分野において、発泡ポリウレタン材料の発泡性及び改良重量を同時に兼ね備え、様々な分野における発展要求を満たすのに都合が良い防火性ポリウレタン材料及び防火性構造の提案が特に求められていた。

本発明は、防火性無機パウダーと中空構造とを併用し、発泡ポリウレタン材料の発泡性と改良重量を同時に兼ね備え、ポリウレタン材料の様々な応用分野の発展要求に対応できる防火性ポリウレタン材料及び防火性構造を提供することを目的とする。

そのため、本発明のうち、一つの発明は、
発泡ポリウレタン本体と、
防火性無機パウダーと、
密度が約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、材料がポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれる中空構造と、を含むポリウレタン材料に関する。

本発明のうち、もう一つの発明は、
発泡ポリウレタンを含む緻密層と、
防火性無機パウダーがドーピングされた発泡ポリウレタンと中空構造とを含むメインドープ層と、を含み、当該中空構造の密度が約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、且つ、当該中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものである防火性構造をさらに提供する。

本発明は、発泡ポリウレタン本体、防火性無機パウダー及び中空構造を含むポリウレタン材料に関する。当該中空構造の密度は、約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、その中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものである。

本発明の発泡ポリウレタン本体は、ポリウレタン材料の主要部分であり、その具体的な発泡程度、発泡密度及び／又は発泡サイズは、その応用目的に応じて決定してよい。当業者であれば目的に応じて発泡ポリウレタン本体を製造することができる。発泡ポリウレタン本体の用量は、所望の防火性、発泡性及び材料の重量に応じて決定してよい、本発明の好適な実施例において、発泡ポリウレタン本体の含有量は、約３０〜４０重量％である。

本発明の防火性無機パウダーは、防火・難燃効果を有する無機パウダーであり、好適には、当該防火性無機パウダーは、材料の総熱発生量を減らすことができるパウダーであることが好ましい。本発明の実施例において、防火性無機パウダーは、ホウ酸亜鉛、グラファイト、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカフューム、クレー、多面体オリゴシルセスキオキサン（Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｏｌｉｇｏｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ：ＰＯＳＳ）、膨張した酸化グラファイト（Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及びその混合物からなる群から選ばれるものである。本発明の好適な実施例において、防火性無機パウダーは、加熱されると、例えば水酸化マグネシウム又は水酸化アルミニウムなど、結晶水を放出する結晶である。本発明の他の好適な実施例において、防火性無機パウダーは、加熱されると、例えば炭酸カルシウム又はホウ酸亜鉛など、二酸化炭素を放出する結晶である。本発明のさらに別の好適な実施例において、防火性無機パウダーは、加熱されると、例えば、炭酸カルシウム、ホウ酸亜鉛又は膨張した酸化グラファイトなど、二酸化炭素を放出するパウダーである。該当膨張した酸化グラファイトは層状構造であり、その官能基が加熱されると二酸化炭素を放出し、各層間の距離が大きくなるため、発泡ポリウレタン本体が火源に接触されることをさらに防ぐことができる。本発明のさらに好ましい実施例において、防火性無機・難燃パウダーは水酸化アルミニウムである。

防火性無機パウダーの用量は、所望の防火性、発泡性及び材料の重量に応じて決定してよい。本発明の好適な実施例において、防火性無機パウダーの含有量は約５０〜６０重量％である。

本発明の中空構造とは、中心に空間を有する構造を指し、その特徴は当該中空構造の密度が約０．１ｇ／ｃｍ³より小さいことにある。当該中空構造の中心に空間を有するため、その密度は低く、当該中空構造の密度は、好ましくは約０．０５ｇ／ｃｍ³より小さく、より好ましくは約０．０３ｇ／ｃｍ³より小さく、最も好ましくは約０．０５〜０．０３ｇ／ｃｍ³である。しかしながら理論により制限されたくないが、その中空構造の密度が低いため、材料の総重量を減らすことができ、且つ発泡ポリウレタン本体の使用量を減らすことができる上、発泡ポリウレタン本体の使用量の減少することより材料中の有機成分が減り、材料の総熱発生量を減らして防火の目的を達成する。一方、中空構造の密度が低いため、発泡させる際、まず、金型のキャビティに全体的に、特に表面の微細フィーチャ部分に充填させることができ、防火性組成物の添加によりポリウレタン材料の発泡性を大幅に下げるため、発泡金型のキャビティ内の隅々まで充填させることができなかったという従来技術の問題点を解決することができる。

本発明の中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものであり、当業者であれば、これらの材料により中心に空間を有する中空構造を製作することができる。本発明の一実施例において、当該中空構造は発泡ポリスチレン及び発泡ポリプロピレンからなる群から選ばれるポリマー材料である。本発明の他の実施例において、当該中空構造は、燃焼によりガラスが高温で溶融されてペーストを生じるガラス材料であり、発泡ポリウレタン本体が火源に接触することを防ぎ、防火効果をさらに高めることができる。

中空材料の形状及びサイズは特に限定されず、ポリウレタン材料の各種性質を組み合わせるために、当該中空構造の粒径は、好ましくは約５ｍｍより小さく、さらに好ましくは約１〜５ｍｍである。

中空構造の用量は、所望の防火性、発泡性及び材料の重量に応じて決定しても良い。本発明の好適な実施例において、当該中空構造の含有量は約０．５〜５重量％である。

本発明の好適な実施例において、ポリウレタン材料は、メラミンなどの窒素系防火性組成物、ポリリン酸アンモニウムなどのリン系防火性組成物、ペンタエリスリトールなどのカーボン系防火性組成物など、他の防火性組成物をさらに含んでもよい。

本発明の好適な実施例において、ポリウレタン材料は、組成物の各種性質を向上させる添加剤をさらに含む。この添加剤は、種類、成分及び含有量を必要に応じて決定してよい。例えば、分散剤、断熱剤、構造補強剤、バインダー、界面活性剤、顔料、染料、ひび割れ防止剤、防水剤、抗紫外線剤、抗菌剤、抗真菌剤又は炭素形成剤である。

本発明のポリウレタン材料は、様々な発泡ポリウレタン材料の分野に応用することができ、それは好ましくは建築技術に応用し、さらに好ましくは室内装飾の建築材料、特に接続板、化粧シート又は化粧片に応用するものである。

本発明は、発泡ポリウレタンを含む緻密層と、防火性無機パウダーがドーピングされた発泡ポリウレタンと、中空構造とを含むメインドープ層と、を含み、該当中空構造の密度は約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、且つ、該当中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものである防火性構造をさらに提供する。

本発明の防火性構造は、ポリウレタン材料により形成され、中空構造の密度が小さいため、発泡の際にドーピングされた発泡ポリウレタン及び防火性無機パウダーが先に金型のキャビティに全体的に充填し、メインドープ層が形成され、防火性構造の表面位置に形成するのが好ましい。その後、発泡ポリウレタンのメインボディが金型のキャビティ内で再発泡され、発泡ポリウレタンのメインボディの組成物は単純であるため、緻密層が形成される。

本発明の中空構造は、総熱発生量が約１６ＭＪ／ｃｍ²〜約２４ＭＪ／ｃｍ²から約８ＭＪ／ｃｍ²へ大幅に減少されるため、防火性材料に関する現在の法規に合致している。燃焼試験を行う際、その表面が貫通されていないことから、メインドープ層により緻密層が火源に接触されないように十分保護されていることを知ることができる。そのため、緻密層は高温になっても溶融することだけで、発火・燃焼することがないため優れた防火性構造である。

以下の実施例では本発明を詳細に説明しているが、本発明はこれらの実施例で示す内容だけに限定されるものではない。

実施例：
以下表１の成分配合により防火性組成物を製造する：

その中、メラミンは窒素源であり、加熱されると窒素及びアンモニアガスが放出されて可燃ガス濃度が下がるものである。、ポリリン酸アンモニウムは脱水剤であり、加熱された後にメタリン酸を発生させて有機物を脱水させるものである。ペンタエリスリトールは炭素形成剤であり、脱水した後、不燃炭化物を生成するものである。ガラス繊維は燃焼される前に材料構造を補強でき、燃焼した後に溶融状態を呈し、炭化層の強度を増強できるものである。発泡剤はｎ−ペンタン又はシクロペンタンでもよい、ただし成形した後に６０℃のオーブンで２４時間静置し、材料内に残留した発泡剤を揮発させる必要がある。

その製造方法は以下の通りである：
（ａ）１μｍ、８μｍ、５５μｍの３種類の粒径の水酸化アルミニウムを取り、それぞれの重量は８．４４ｇ、５．６４ｇ及び１６ｇであり、０．４３ｇのメラミン、２．２６ｇのポリリン酸アンモニウム、０．１４ｇのペンタエリスリトールを加え、パウダー攪拌機で混合し均一にした。
（ｂ）０．２７ｇの湿潤分散剤２２８０及び０．１５ｇのＤｉｓｐｅｒＢＹＫ１１０を５．７４ｇのポリウレタン発泡Ａ剤に加え、撹拌した後に５ｇの発泡剤を混入し、ステップ（ａ）の混合パウダー１６．５ｇを撹拌して均一にした。
（ｃ）ステップ（ａ）の残部の混合パウダーと８．６２ｇのポリウレタン発泡Ｂ剤とを機械攪拌機により回転速度１０００ｒｐｍで２分間撹拌し、ステップ（ｂ）のポリウレタン発泡Ａ剤を加え、１０００ｒｐｍの機械攪拌機で３０秒間撹拌した後、１．０６ｇのホウ酸亜鉛及び１．０６ｇのガラス繊維を加えて３０秒間撹拌した。
（ｄ）混合物を発泡金型内へ注ぎ、材料密度を約０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ³に制御し、金型を４０℃で１時間熟成し、防火性構造を得た。

前述の防火性構造の異なる試験基準の測定結果を表２に示す。

表２は台湾耐燃一級（国際標準ＩＳＯ５６６０及びＡＳＴＭ Ｅ１３５４に相当）の試験基準であり、異なる密度の被検物を発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）プレート上に塗布し、本発明の防火性材料がＣＮＳ１４７０５の耐燃一級規格値を満たすという結果を示した。

上述の実施例は、本発明の原理及びその効果を説明しただけのものであり、本発明を何ら制限するものではない。当業者が上述の実施例に行う変更又は修正も全て本発明の主旨から外れるものではない。本発明の権利範囲は、後述する特許請求の範囲であるものとする。

Claims (10)

1. 発泡ポリウレタン本体と、
   防火性無機パウダーと、
   密度が約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、材料がポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれる中空構造と、を含むことを特徴とするポリウレタン材料。
2. 前記防火性無機パウダーは、ホウ酸亜鉛、グラファイト、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカフューム、クレー、多面体オリゴシルセスキオキサン（Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｏｌｉｇｏｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ：ＰＯＳＳ）、膨張した酸化グラファイト（Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ）及びその混合物からなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン材料。
3. 前記中空構造は発泡ポリスチレン及び発泡ポリプロピレンからなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン材料。
4. 前記中空構造の粒径は約５ｍｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン材料。
5. 分散剤、断熱剤、構造補強剤、バインダー、界面活性剤、顔料、染料、ひび割れ防止剤、防水剤、抗紫外線剤、抗菌剤及び抗真菌剤からなる群から選ばれる添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン材料。
6. 発泡ポリウレタンを含む緻密層と、
   防火性無機パウダーがドーピングされた発泡ポリウレタンと、中空構造とを含むメインドープ層と、を含み、前記中空構造の密度は約０．１ｇ／ｃｍ³より小さく、且つ、前記中空構造の材料は、ポリマー、ガラス及びセラミックからなる群から選ばれるものであることを特徴とする防火性構造。
7. 前記防火性無機パウダーは、ホウ酸亜鉛、グラファイト、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカフューム、クレー、多面体オリゴシルセスキオキサン、膨張した酸化グラファイト及びその混合物からなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項６に記載の防火性構造。
8. 前記中空構造は発泡ポリスチレン及び発泡ポリプロピレンからなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項６に記載の防火性構造。
9. 前記中空構造の粒径は約５ｍｍより小さいことを特徴とする請求項６に記載の防火性構造。
10. 分散剤、断熱剤、構造補強剤、バインダー、界面活性剤、顔料、染料、ひび割れ防止剤、防水剤、抗紫外線剤、抗菌剤、抗真菌剤及び炭素形成剤からなる群から選ばれる添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の防火性構造。