JP2020514497A - 熱膨張性コーティング系 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリオール成分は、1種以上のポリオールである。「ポリオール」は、複数のヒドロキシル(−OH)基を含む化合物である。ポリオールは、ポリマー(すなわち高分子ポリオール)であっても、ポリマーでなくてもよい。
イソシアネート成分は、1分子当たりイソシアネート官能基を少なくとも2つ含み、少なくとも3つ含み得る、1種以上のイソシアネート含有化合物である。イソシアネート含有化合物は、熱硬化性ポリウレタンフォームを調製するために使用される1種以上のイソシアネート含有化合物のうちの任意の1種又は組み合わせであってもよい。好適なイソシアネート含有化合物としては、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式イソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。トルエンジアミンの混合物のホスゲン化により得られる粗製トルエンジイソシアネート又は粗製メチレンジフェニルアミンのホスゲン化により得られる粗製ジフェニルメタンジイソシアネートなどの粗製ポリイソシアネートも本発明の実施において使用することができる。好ましいポリイソシアネートは、米国特許第3,215,652号明細書に開示されているような芳香族ポリイソシアネートである。ポリウレタンを架橋するその能力のため、メチレン架橋ポリフェニルポリイソシアネート及びそれらと粗製ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物が特に好ましい。望ましくは、イソシアネート含有化合物は、高分子メチレンジフェニルジイソシアネート(ポリマーMDI)を含むか、これである。
本発明の熱膨張性コーティング系は、潜在性架橋剤を含む。本明細書において、「潜在性架橋剤」は、200℃以上、好ましくは250℃以上であると同時に望ましくは300℃以下、好ましくは250℃以下であるトリガー温度で、イソシアネート含有化合物上のイソシアネート官能基と反応する成分を指す。イソシアネート含有化合物は架橋反応においてポリオールと反応して、潜在性架橋剤よりも低い温度で熱膨張性コーティング系によって形成される熱膨張性コーティングのポリウレタンバインダーを形成し、そのため熱膨張性コーティングが少なくともトリガー温度と同程度に高い温度にさらされるまで潜在性架橋剤がイソシアネート含有化合物と測定可能な程度(すなわち熱膨張性コーティングの引張伸び特性に測定可能な影響を与える程度)まで架橋せずに熱膨張性コーティングの中に残存することから、これは「潜在性」と呼ばれる。
ホウ素成分は熱膨張系で一般的であり、本発明のホウ素成分は、本発明の最も広い範囲において、熱膨張性コーティング配合物及びコーティングでの使用が知られているホウ素成分の任意の1種又は2種以上の組み合わせであってもよい。ホウ素成分は、望ましくは、400℃以上の焼結温度を有し、これは450℃、更には550℃以上であってもよく、通常は600℃以下である。焼結温度は、粉末から形成された固体の粒子が境界を介して結合し始め、単一の材料へと融合し始める温度を指す。焼結温度は、示差走査熱量測定によって決定される材料の融解温度の70〜90%である。ホウ素成分の焼結は、熱膨張性コーティングによって形成される膨張したコーティング炭化物に強度を付与し、それにより炭化したコーティングの断熱効果を高め、それによってコーティングが上に存在するポリマー発泡体の熱からの保護を高める。好適なホウ素成分の例としては、五ホウ酸アンモニウム、ホウ酸メラミン、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、及び酸化ホウ素からなる群から選択される材料の任意の1種又は任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。
膨張性黒鉛は、主要な、望ましくは本質的に唯一の役割を果たし、熱膨張性コーティング系において唯一の膨張剤であってもよい。「主要な」膨張剤は、熱膨張性コーティング系から調製された熱膨張性コーティングの膨張の50%超を占める。熱膨張性コーティング系における「本質的に唯一の」膨張剤である膨張剤は、熱膨張性コーティング系から調整される熱膨張性コーティングの膨張の75%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上を占め、100%を占めていてもよい。
熱膨張性コーティング系は、任意の1種又は任意の2種以上の組み合わせの追加成分を任意選択的に更に含んでいてもよい。好適な追加成分の例としては、リン化合物、難燃剤、フィラー、分散剤、消泡剤、着色剤、ポリオール/イソシアネートの反応の支援に有用な触媒、及び本明細書の先の教示と矛盾しない熱膨張性コーティング配合物において使用される任意の他の成分(例えば膨張性黒鉛の代わりの主要な膨張剤としてとして機能する熱膨張性成分)からなる群から選択される任意の1種又は2種以上の組み合わせが挙げられる。
以下の放射パネル試験を使用して、熱膨張性コーティングの効果を試験する。
比較例A及びBは、それぞれ米国仮特許出願番号第62/288474号明細書からの実施例7及び8に対応する。表1は、米国仮特許出願第62/288474号明細書の修正コーン試験及びサンプルのより急速な加熱を利用するASTM E119にも従って試験されたこれらのサンプルについての配向ストランドボード基材の裏面(図1のサンプルで示されている熱膨張性コーティングの反対側)での基材温度を示している。図1に示されるように、温度は基材の裏面で測定される。
表2は、比較例(Comp Ex)C及び実施例(Exs)1〜6で使用する成分を示している。
・「B」側成分には、ポリオール、触媒、及び潜在性架橋剤が含まれる。
・「A」側成分には、系の全ての残りの材料が含まれる。
ポリオール成分は、1種以上のポリオールである。「ポリオール」は、複数のヒドロキシル(−OH)基を含む化合物である。ポリオールは、ポリマー(すなわち高分子ポリオール)であっても、ポリマーでなくてもよい。
イソシアネート成分は、1分子当たりイソシアネート官能基を少なくとも2つ含み、少なくとも3つ含み得る、1種以上のイソシアネート含有化合物である。イソシアネート含有化合物は、熱硬化性ポリウレタンフォームを調製するために使用される1種以上のイソシアネート含有化合物のうちの任意の1種又は組み合わせであってもよい。好適なイソシアネート含有化合物としては、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式イソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。トルエンジアミンの混合物のホスゲン化により得られる粗製トルエンジイソシアネート又は粗製メチレンジフェニルアミンのホスゲン化により得られる粗製ジフェニルメタンジイソシアネートなどの粗製ポリイソシアネートも本発明の実施において使用することができる。好ましいポリイソシアネートは、米国特許第3,215,652号明細書に開示されているような芳香族ポリイソシアネートである。ポリウレタンを架橋するその能力のため、メチレン架橋ポリフェニルポリイソシアネート及びそれらと粗製ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物が特に好ましい。望ましくは、イソシアネート含有化合物は、高分子メチレンジフェニルジイソシアネート(ポリマーMDI)を含むか、これである。
本発明の熱膨張性コーティング系は、潜在性架橋剤を含む。本明細書において、「潜在性架橋剤」は、200℃以上、好ましくは250℃以上であると同時に望ましくは300℃以下、好ましくは250℃以下であるトリガー温度で、イソシアネート含有化合物上のイソシアネート官能基と反応する成分を指す。イソシアネート含有化合物は架橋反応においてポリオールと反応して、潜在性架橋剤よりも低い温度で熱膨張性コーティング系によって形成される熱膨張性コーティングのポリウレタンバインダーを形成し、そのため熱膨張性コーティングが少なくともトリガー温度と同程度に高い温度にさらされるまで潜在性架橋剤がイソシアネート含有化合物と測定可能な程度(すなわち熱膨張性コーティングの引張伸び特性に測定可能な影響を与える程度)まで架橋せずに熱膨張性コーティングの中に残存することから、これは「潜在性」と呼ばれる。
ホウ素成分は熱膨張系で一般的であり、本発明のホウ素成分は、本発明の最も広い範囲において、熱膨張性コーティング配合物及びコーティングでの使用が知られているホウ素成分の任意の1種又は2種以上の組み合わせであってもよい。ホウ素成分は、望ましくは、400℃以上の焼結温度を有し、これは450℃、更には550℃以上であってもよく、通常は600℃以下である。焼結温度は、粉末から形成された固体の粒子が境界を介して結合し始め、単一の材料へと融合し始める温度を指す。焼結温度は、示差走査熱量測定によって決定される材料の融解温度の70〜90%である。ホウ素成分の焼結は、熱膨張性コーティングによって形成される膨張したコーティング炭化物に強度を付与し、それにより炭化したコーティングの断熱効果を高め、それによってコーティングが上に存在するポリマー発泡体の熱からの保護を高める。好適なホウ素成分の例としては、五ホウ酸アンモニウム、ホウ酸メラミン、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、及び酸化ホウ素からなる群から選択される材料の任意の1種又は任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。
膨張性黒鉛は、主要な、望ましくは本質的に唯一の役割を果たし、熱膨張性コーティング系において唯一の膨張剤であってもよい。「主要な」膨張剤は、熱膨張性コーティング系から調製された熱膨張性コーティングの膨張の50%超を占める。熱膨張性コーティング系における「本質的に唯一の」膨張剤である膨張剤は、熱膨張性コーティング系から調整される熱膨張性コーティングの膨張の75%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上を占め、100%を占めていてもよい。
熱膨張性コーティング系は、任意の1種又は任意の2種以上の組み合わせの追加成分を任意選択的に更に含んでいてもよい。好適な追加成分の例としては、リン化合物、難燃剤、フィラー、分散剤、消泡剤、着色剤、ポリオール/イソシアネートの反応の支援に有用な触媒、及び本明細書の先の教示と矛盾しない熱膨張性コーティング配合物において使用される任意の他の成分(例えば膨張性黒鉛の代わりの主要な膨張剤としてとして機能する熱膨張性成分)からなる群から選択される任意の1種又は2種以上の組み合わせが挙げられる。
以下の放射パネル試験を使用して、熱膨張性コーティングの効果を試験する。
比較例A及びBは、それぞれ米国仮特許出願番号第62/288474号明細書からの実施例7及び8に対応する。表1は、米国仮特許出願第62/288474号明細書の修正コーン試験及びサンプルのより急速な加熱を利用するASTM E119にも従って試験されたこれらのサンプルについての配向ストランドボード基材の裏面(図1のサンプルで示されている熱膨張性コーティングの反対側)での基材温度を示している。図1に示されるように、温度は基材の裏面で測定される。
表2は、比較例(Comp Ex)C及び実施例(Exs)1〜6で使用する成分を示している。
・「B」側成分には、ポリオール、触媒、及び潜在性架橋剤が含まれる。
・「A」側成分には、系の全ての残りの材料が含まれる。
[1]熱膨張性コーティング系であって、
(a)ポリオール成分;
(b)イソシアネート成分;
(c)2つ以上の−NACH 2 OR基(式中、AはH及び−CH 2 ORからなる群から選択され、それぞれの場合でRは1〜4個の炭素を有する炭化水素からなる群から独立して選択される)を有する潜在性架橋剤であって、ポリオールの重量を基準として30重量%以上の濃度で存在する潜在性架橋剤;
(d)前記配合物の総重量を基準として1重量%以上及び10重量%以下のホウ素成分;及び
(e)熱膨張系の総重量を基準として、10重量%以上及び50重量%以下の濃度の膨張性黒鉛;
を含み、前記熱膨張性コーティング系の成分の室温での反応生成物がISO37に従って決定される40%以上の引張伸びを有するコーティングを生じさせるように前記ポリオールと前記イソシアネートが選択される、熱膨張性コーティング系。
[2]前記ポリオール成分が、ポリオール成分とイソシアネート含有成分の総重量を基準として60重量%以上の濃度で存在する、前記[1]に記載の熱膨張性コーティング系。
[3]前記イソシアネート成分が、メチレンジフェニルジイソシアネート、高分子メチレンジフェニルジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、及びキシレンジイソシアネートからなる群から選択される、前記[1]又は[2]に記載の熱膨張性コーティング系。
[4]前記潜在性架橋剤が次の構造:
[5]各Aが独立してR基である、前記[4]に記載の熱膨張性コーティング系。
[6]前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の熱膨張性コーティング系の反応生成物を含む、熱膨張性コーティング。
[7]前記潜在性架橋剤がポリウレタンの重量を基準として20重量%以上の濃度で存在することを更に特徴とする、前記[6]に記載の熱膨張性コーティング。
[8]物品であって、
a.基材;及び
b.前記基材の表面の少なくとも一部を覆う前記[6]に記載の熱膨張性コーティング;
を含む物品。
[9]前記基材が基材の総重量を基準として少なくとも75重量%の有機材料を含む、前記[8]に記載の物品。
[10]前記基材がポリマー発泡体、木材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、前記[8]に記載の物品。
Claims (10)
- 熱膨張性コーティング系であって、
(a)ポリオール成分;
(b)イソシアネート成分;
(c)2つ以上の−NACH2OR基(式中、AはH及び−CH2ORからなる群から選択され、それぞれの場合でRは1〜4個の炭素を有する炭化水素からなる群から独立して選択される)を有する潜在性架橋剤であって、ポリオールの重量を基準として30重量%以上の濃度で存在する潜在性架橋剤;
(d)前記配合物の総重量を基準として1重量%以上及び10重量%以下のホウ素成分;及び
(e)熱膨張系の総重量を基準として、10重量%以上及び50重量%以下の濃度の膨張性黒鉛;
を含み、前記熱膨張性コーティング系の成分の室温での反応生成物がISO37に従って決定される40%以上の引張伸びを有するコーティングを生じさせるように前記ポリオールと前記イソシアネートが選択される、熱膨張性コーティング系。 - 前記ポリオール成分が、ポリオール成分とイソシアネート含有成分の総重量を基準として60重量%以上の濃度で存在する、請求項1に記載の熱膨張性コーティング系。
- 前記イソシアネート成分が、メチレンジフェニルジイソシアネート、高分子メチレンジフェニルジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、及びキシレンジイソシアネートからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の熱膨張性コーティング系。
- 前記潜在性架橋剤が次の構造:
- 各Aが独立してR基である、請求項4に記載の熱膨張性コーティング系。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱膨張性コーティング系の反応生成物を含む、熱膨張性コーティング。
- 前記潜在性架橋剤がポリウレタンの重量を基準として20重量%以上の濃度で存在することを更に特徴とする、請求項6に記載の熱膨張性コーティング。
- 物品であって、
a.基材;及び
b.前記基材の表面の少なくとも一部を覆う請求項6に記載の熱膨張性コーティング;
を含む物品。 - 前記基材が基材の総重量を基準として少なくとも75重量%の有機材料を含む、請求項8に記載の物品。
- 前記基材がポリマー発泡体、木材、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項8に記載の物品。
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