JP2016044269A - ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式(1)で表され、且つm/(n1+n2)の比が1以上5以下であるシリコーン整泡剤と、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分と、発泡剤と、触媒と、を含む混合物が反応硬化されたポリウレタンフォーム。
【化1】
(RA1およびRA2は−CH3またはフェニル基を、RB1は分子量400以上3100以下の1価の有機基を、RB2は分子量400以上3100以下の2価の有機基を、Xは活性水素を有する置換基を表す。mは1以上の整数を、n1およびn2はそれぞれ独立に0以上の整数を表し、且つn1およびn2の少なくとも一方は1以上である。)
【選択図】なし
Description
特にポリウレタンフォームに用いられる難燃剤の種類として、最も多く利用されているのは含ハロゲンリン酸エステルであり、例としてはTCEP(トリクロロエチルホスフェート)、TDCP(トリスジクロロプロピルホスフェート)などがある。これらの含ハロゲンリン酸エステルは、気相で効果のあるハロゲン化合物と、固相で効果のあるリン化合物の効果を併せ持ち、相乗的な難燃効果を発揮する難燃剤である(例えば特許文献1参照)。
また、特許文献2に記載されたメラミンなどの粉体を使用する場合には、比重が小さい為に主原料に溶け込みにくく、多量に添加するかリン酸エステルなどの別な難燃剤を併用しなければ効果が得られにくい。更に、粉体を利用するとポリウレタンの伸び性が低下し硬度が上昇してしまう。一方でリン酸エステルを使用した場合には、ポリウレタンの難燃化は発現するが、ポリウレタンの硬度が大きく低下してしまうと共に強度が低下する。
特許文献3では、臭素化合物などのハロゲン化合物の難燃性を高める助剤として三酸化アンチモン、五酸化アンチモンが用いられているが、これも環境の観点で使用の抑制が求められ、一方で難燃化するためにはかなりの量の添加が必要となる。
<1> 下記一般式(1)で表され、且つm/(n1+n2)の比が1以上5以下であるシリコーン整泡剤と、
ポリイソシアネート成分と、
ポリオール成分と、
発泡剤と、
触媒と、
を含む混合物が反応硬化されたポリウレタンフォームである。
本発明に係るポリウレタンフォームは、シリコーン整泡剤と、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分と、発泡剤と、触媒と、を含む混合物が反応硬化されてなる。
尚、上記シリコーン整泡剤は、下記一般式(1)で表され、且つm/(n1+n2)の比が1以上5以下である。
そのため、難燃剤を用いずとも難燃性に優れたポリウレタンフォームが求められている。
より具体的には、本発明に係るポリウレタンフォームに前記シリコーン整泡剤を適用することで、難燃剤を用いずとも燃焼性を抑制できるか、少なくとも燃焼速度をより遅くすることができる。
即ち、一般式(1)で表されるシリコーン整泡剤は、シロキサン構造の主鎖の部分が切断されることがあり、切断されたシロキサン構造の末端同士が結合して環状シロキサンが生成されることがある。この環状シロキサンは揮発しやすい性質を有し且つ揮発した環状シロキサンは燃焼しやすいため、この環状シロキサンの生成によって難燃性が劣るものと考えられる。
但し、本発明に用いられるシリコーン整泡剤はm/(n1+n2)の比が1以上5以下であり、つまり分子量が前記の範囲である高分子の有機基の側鎖を特定の範囲で有している。シロキサン構造が切断された場合、ケイ素が3つ以上あれば環状シロキサンが生成され得るが、m/(n1+n2)の比が上記範囲である本発明では、生成される環状シロキサンにおいても高分子の前記有機基を有するものが多くなると考えられる。分子量が上記範囲である高分子の有機基を有する環状シロキサンは揮発しづらく、そのため生成される環状シロキサンの揮発が抑制され、その結果ポリウレタンフォームに難燃性を発現させることができるものと推察される。
特に、本発明のシリコーン整泡剤を用いてポリウレタンフォームを得ることにより、止水性能に優れ且つ難燃性にも優れたポリウレタンフォームとすることができる。
本発明に用いられるシリコーン整泡剤は、一般式(1)におけるm/(n1+n2)の比が1以上5以下である。5を超えるとポリウレタンフォームに対して優れた難燃性を発現させることができず、一方1未満であると分子量が前記の範囲である高分子の有機基の側鎖が増え過ぎ、良好な整泡性能が得られない。
尚、m/(n1+n2)の比の算出方法や制御方法については後述する。
一般式(1)において、RA1およびRA2はそれぞれ独立に−CH3、またはフェニル基を表す。これらの中でも−CH3がより好ましい。
RB1は重量平均分子量400以上3100以下の1価の有機基を、RB2は重量平均分子量400以上3100以下の2価の有機基を表す。
尚、RB1およびRB2の分子量が上記下限値を下回る場合、ポリウレタンフォームに対して優れた難燃性を発現させることができない。これは、側鎖の分子量が小さいためにシロキサン構造が切断されて生成される環状シロキサンの揮発が良好に抑制されないためと考えられる。
一方、RB1およびRB2の分子量が上記上限値を上回る場合、分子量が大き過ぎるために良好な整泡性能が得られない。
一方、分子量が低い方が粗原料費が抑制でき整泡剤作製時のコストの点で好ましいとの観点では500以上1000以下が好ましい。
基(B2)において、a2およびb2はそれぞれ独立に0以上の整数を表すが、a2およびb2が同時に0であることはない。X2は−Hを表す。)
一般式(1)で表されるシリコーン整泡剤は、活性水素を有する置換基を分子中に1つ以上有することが好ましい。つまり、一般式(1)におけるn2が1以上の整数であり、少なくとも1つ「X」を有することが好ましい。活性水素を有する置換基を有することで、相手樹脂の選択によって該樹脂との反応性を付与することができ、ポリウレタンフォームとする際にイソシアネート基との反応性を付与することができる。これにより、得られるポリウレタンフォームにおいて止水性をより高めることができる。
その観点から、一般式(1)におけるn2は1以上3以下がより好ましい。
まず、整泡剤の全体の重量平均分子量はガスクロマトグラフィー(GPC)によって測定することができる。尚、RB1とRB2のそれぞれの分子量についても、化学反応により分解した上でガスクロマトグラフィー(GPC)によって測定することができる。また、一般式(1)で表される側鎖の末端つまり「X」や「RB1の末端の基」の強度比、一般式(1)のRB1およびRB2が有するPO、EOの比等は、NMRによって測定、解析することができる。
更に、上記から得られた全体の分子量、上記強度比および上記PO:EO比等から、一般式(1)におけるm,n1,n2の比も算出することができる。
ポリウレタンフォームは、例えば、ウレタン原料として、ポリオール、ポリイソシアネート、及び、必要に応じて鎖延長剤を含む混合原液をモールドに注入し成形する方法、当該混合原液を離型紙に塗布し加熱硬化後、所定形状に打抜く方法等により形成できる。なお、ウレタン原料を含む混合原液には、少なくとも前述の本発明に係るシリコーン整泡剤、発泡剤、触媒が含まれ、更にその他の添加剤を含有してもよい。
ポリオールは、例えば、ポリオキシプロピレンポリオール(PPG)、ポリオキシエチレンポリオール(PEG)、PPGとPEGの共重合物、ポリオキシテトラメチレンポリオール(PTMG)等のポリエーテル系ポリオールを用いることがよい。ポリエーテル系ポリオール(特に、PPG、PTMG)は、反応性と共に、耐加水分解性にも優れることから、ポリウレタンフォームの耐久性及び復元性が高まり易くなる。また、ポリエーテル系ポリオールは、粘度も低く取扱い性も高いという利点もある。
ポリイソシアネートは、例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製のMDI(cr−MDI)等を用いることがよい。特に、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)系のイソシアネートを用いると、反応性が高く、ポリウレタンフォームの耐久性及び復元性が高まり易くなり好ましい。
鎖延長剤は、例えば、芳香族ジアミン(例えば4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタン(MOCA)等)、分子量500以下のグリコール又は多官能アルコール(例えばエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリメチロールプロパン等)及びそれらのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物、ヒドロキノンのエチレンオキサイド付加物、レゾルシンのエチレンオキサイド付加物を用いることがよい。
触媒として、例えば、有機金属化合物系触媒およびアミン系触媒が挙げられる。
有機金属化合物系触媒としては、錫系、チタン系、ビスマス系、ニッケル系等の有機金属系の触媒が挙げられ、例えば有機スズ化合物のオクテン酸第1スズ、ジブチルラウリン酸第2スズなどが挙げられる。
アミン系触媒としては、モノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類等のアミン系触媒が挙げられ、例えばトリエチレンジアミン、トリエチルアミン、n−メチルモルホリン、n−エチルホルモリン、N,N,N’,N’−テトラメチルブタンジアミンなどがある。
触媒の添加量は、処方に応じて適宜適切な比率で使用される。
発泡剤としては、水、モノフッ化トリ塩化メタン、ジ塩化メタンなどのハロゲン化アルカン、ブタン、ペンタンなどの低沸点アルカンまたは分解窒素を発生するアゾビスイソブチロニトリルが挙げられる。しかし、モノフッ化トリ塩化メタン、ジ塩化メタンなどのハロゲン化アルカンは環境上問題があるので好ましくない。
発泡剤の添加量は、求められるポリウレタンフォームの密度によって適宜適切な比率で使用される。
本発明においては、止水性を高めるために、防水性付与剤として炭化水素化合物を添加してもよい。防水性付与剤を混合することによってさらに止水性を向上することが出来る。防水性付与剤としては、常温で固体状で且つウレタン樹脂と相溶性に優れたものが好ましく、炭化水素化合物として、C5ないしC9留分を重合した石油樹脂といわれている融点およそ100℃程度の固体樹脂や石油ワックス等を挙げることができる。
その他の添加剤としては、ポリウレタンフォームを特定の色相とするための顔料などの着色剤、炭酸カルシムなどの充填剤、酸化防止剤、カーボンブラックなどの導電性物質などが挙げられ、これらを目的に応じて添加してもよい。
なお、本明細書においては、シートの厚みは、JIS−K6400に準拠して測定した値を用いている。即ち、ポリウレタンフォームの試験片を縦100×横100mmに打ち抜き、発泡方向について厚みを1/100mmの精度をもつダイヤルゲージで9点測定し、平均値をシート厚みとした。
ポリウレタンフォームの製造方法としては、スラブストック法、スプレー塗布やロールによる塗布などのキャスチング法、型内で成形するモールド法、細いノズルからキャストするディスペンサー法等があり、本発明に係るポリウレタンフォームの製造方法としては何れの方法をも用い得る。
本発明に係るポリウレタンフォームは、例えば、自動車のカーエアコン、冷蔵庫、プレハブ住宅、ユニットバス等の各種製品の止水用途に使用される。
樹脂カップに、後述の表1乃至表2に記載の各成分のうちイソシアネート以外の成分を入れ、ミキサーにて攪拌する。攪拌したものに表1乃至表2に記載のイソシアネートを入れ、更にミキサーにて攪拌する。攪拌したものを剥離可能な工程紙上に一定厚み(500μm)で塗布し、更に剥離可能な工程紙をその上から空気が入らない様に被せる。70℃のオーブンに5分間入れた後、更に110℃のオーブンに5分間入れ、発泡終了後、室温にて7日間放置し、2枚の工程紙を剥離してシートを得た。
樹脂カップに、後述の表3乃至表5に記載の各成分のうちイソシアネート以外の成分を入れ、ミキサーにて攪拌する。攪拌したものに表3乃至表5に記載のイソシアネートを入れ、更にミキサーにて攪拌する。攪拌したものを箱状の容器に入れ、発泡終了後、24時間、100℃でキュアーを行い、更に室温にて7日間放置してスラブを得た。
表1乃至表5では、「m」「n1」「n2」の数値として整数でない数が示されているものがあるが、これは用いた整泡剤における平均値を表す。
表1乃至表5に記載の「RB1部分Mw」および「RB2部分Mw」とは、一般式(1)のRB1およびRB2に相当する部分の重量平均分子量Mwを表す。
ポリオール1:アクトコール EP−240(三井化学株式会社製)
ポリオール2:EXCENOL 4030 (旭硝子株式会社製)
ポリオール3:アクトコール 3P−56M(三井化学株式会社製)
架橋剤:1,4−ブタンジオール (BASF出光株式会社製)
イソシアネート1:コロネート T−65 (日本ポリウレタン工業株式会社製)
イソシアネート2:DC−6974 (日本ポリウレタン工業株式会社製)
金属触媒:スタノクト (株式会社エーピーアイ コーポレーション製)
アミン触媒1:Dabco 33Lv (エアープロダクツジャパン株式会社製)
アミン触媒2:u−cat SA 102 (サンアプロ(株)製)
添加剤1:三井化学製、FTR、高純度芳香族樹脂
上記実施例および比較例にて得られたフォームについて、以下の方法により各特性値を測定した。
・フォーム密度
フォーム密度をJIS K 6400−1(軟質ウレタンフォーム試験方法)に従い測定した。
得られたポリウレタンフォームスラブまたはシートにおいて、長さが100mmのサンプルを準備した。このサンプルについて、米国自動車安全基準FMVSS S302に準拠した方法で燃焼試験を実施し、燃焼した長さを測定した。
尚、100mm全てが燃焼したものを「完全燃焼」と、全てが燃焼し切らなかったものを「自消性」と評価した。
また、完全燃焼したものについては、その燃焼速度の測定も行った。結果を前記表1乃至表5に示す。
止水性については、図1に示すようなU字型止水試験器を使用し、厚み10mm、巾15mmのU字形状の試験片1を2枚のアクリル樹脂板3間にスペーサを介して製品厚みの50%の圧縮率になるように挟み上方からU字中に水を注入し、所定の水圧になるようにした。止水性は24時間漏水しない水圧高さ2(cm)で表した。
尚、止水性は止水保持時間24時間で止水圧50mm以上を、良好と判定する。
また、表3に示すように、m/(n1+n2)の比が1以上5以下の範囲にある実施例11〜実施例16では、上記比が5を超えている比較例10〜比較例12に比べ、燃焼速度が抑制されており、優れた難燃性が得られている。
更に、エーテル系のポリオールを用いた上記実施例および比較例と異なり、エステル系のポリオールを用いた表4および表5に示す実施例17〜実施例28では、m/(n1+n2)の比が1以上5以下の範囲にあることで自消性との結果が得られ、上記比が5を超えている比較例13〜比較例23に比べ優れた難燃性が得られている。
2 水圧高さ
3 アクリル樹脂板
Claims (3)
- 下記一般式(1)で表され、且つm/(n1+n2)の比が1以上5以下であるシリコーン整泡剤と、
ポリイソシアネート成分と、
ポリオール成分と、
発泡剤と、
触媒と、
を含む混合物が反応硬化されたポリウレタンフォーム。
(一般式(1)中、RA1およびRA2は、それぞれ独立に−CH3、またはフェニル基を表し、RB1は、重量平均分子量400以上3100以下の1価の有機基を表し、RB2は、重量平均分子量400以上3100以下の2価の有機基を表し、Xは活性水素を有する置換基を表す。mは1以上の整数を表し、n1およびn2はそれぞれ独立に0以上の整数を表し、且つn1およびn2の少なくとも一方は1以上である。尚、mが2以上である場合の複数のRA1およびRA2、n1が2以上である場合の複数のRB1、並びにn2が2以上である場合の複数のRB2はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。) - 前記一般式(1)におけるn2が1以上の整数を表す請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
- 前記シリコーン整泡剤が前記一般式(1)においてXで表される活性水素を有する置換基として少なくとも水酸基を有する請求項2に記載のポリウレタンフォーム。
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