JP2023514083A - フェノールフォーム及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フェノールフォーム及びその製造方法が記載されている。フェノールフォームは、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィン、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン、及び少なくとも1種の炭化水素からなる。このフェノールフォームは、優れた断熱性能と優れた防火性能を有する。
Description
本発明は、フェノールフォーム及びその製造方法に関する。本発明のフェノールフォームは、優れた断熱性能と組み合わせた、火災に対する優れた反応及び抵抗性能を有する。
パリ協定は、世界の平均気温の上昇を産業革命以前のレベルから2℃以上高くないレベルに抑えることを目標としている。この目標を達成するためには、エネルギー消費量の削減が不可欠である。エネルギー効率の高い建物の建設や、既存の建物をエネルギー効率の高いものに改修することは、そのような建物を維持するのに必要なエネルギーを減少させるために必要である。断熱材料は、建物のエネルギー消費要件を削減するための鍵となる。
屋根システム、建物パネル、建物ファサード、床システム及び冷蔵の用途を含む無数の用途のために、多種多様な断熱材が市販されている。 所定の用途に最も適当なタイプの断熱製品の選択には、多数の基準、例えば、断熱特性(即ち熱伝導率)、圧縮強さ、寸法安定性、耐水性、防火性能、断熱製品の厚さ、及び断熱製品の予想寿命の評価が含まれる。例えば、真空断熱パネルは、優れた断熱性能と、約20年に及ぶ長い寿命を有する。しかしながら、一般的に言えば、真空断熱パネルはあまり頑丈ではなく、外皮に穴が開いていると、断熱性能が著しく低下する。従って、冷蔵庫等の冷蔵用途で使用されるとき、冷凍機用ライナーで穴あきを防いでいる。中空壁のように、施工時及び/又は使用時に、穴あきの危険性が大きい他の用途では、真空断熱パネルの使用は一般的でない。
建築物を建築外皮で包むこと又はファサードは、建築物を自然力から保護し、建築物を断熱する効率的な方法であり、このような建築方法論によって、デザイン表現の範囲が大きくなっている。
従って、優れた防火性能を有する断熱材料を使用することは、建物ファサードにおいて非常に得策である。望ましくは、建物ファサードにおける断熱製品は、優れた断熱性能に優れた防火性能を組み合わせるべきである。
エアロゲルは、良好な防火性能に優れた断熱性が組み合わされた材料である。しかしながら、これらの製品は、現在はコストが比較的高く、従って、特に建築用途におけるエアロゲルの広範な使用は、現在のところ商業的に実現可能ではない。
人工ミネラルウール(MMMW)断熱材料は優れた防火性能を有するが、独立気泡ポリマーフォームは上質の断熱性能を有する。その結果、所定のU値を達成するために、MMMW断熱材料の厚さは、通常独立気泡ポリマーフォームの厚さより著しく大きくなる。
ポリウレタン/ポリイソシアヌレート(PUR/PIR)、押出ポリスチレン(XPS)及びフェノールフォーム(PF)のような独立気泡断熱材料は、MMMWと比較して優れた断熱値を提供する。独立気泡ポリマーフォームは、一般に熱伝導率の低い発泡剤を、高分子樹脂又は反応して高分子樹脂を形成するプレポリマー反応物中で膨張させることによって形成される。気泡セルは発泡剤を含んでおり、その低熱伝導性がフォームに優れた断熱性能を付与する。フォームの独立気泡構造が、これらのガスが製品から漏れないことを確実にしている。
フェノールフォームの典型的な独立気泡構造の走査型電子顕微鏡写真を図1に示す。
歴史的に、フェノール樹脂は、低毒性、低発煙性及び火災状況における自己消火能力が要求される発泡断熱材に使用することが好ましい熱硬化性樹脂である。フェノールフォームは、毒性の点で有害であり得る難燃剤添加物を必要とすることなく、商業的に可能な原価で、優れた防火性能に高い断熱値が組み合わされることが知られている。対照的に、PIRやXPS等のフォームは、防火性能が劣り、そのことが所定の用途におけるそれらの使用を妨げており、他の用途で防火性能の最低基準に適合するためには、有意なレベルの難燃剤の使用が要求される。
難燃剤を使用することによって防火性能の向上を実現できるが、難燃剤の使用は好ましくない場合がある。
難燃剤の最も重要な化学ファミリーは、臭素、塩素、リン、窒素、アンチモン、特定の金属塩、及び無機水酸化物の水和物をベースとするものである。
難燃剤は、燃焼プロセスを抑制し又は鎮圧しさえする。難燃剤は、固相、液相又は気相で化学的及び/又は物理的に作用し得る。それらは、燃焼プロセスの特定の段階の間、例えば材料の加熱、着火、火炎伝播、又は分解中、燃焼を妨害する。
難燃剤が火災の極めて初期の段階で効果的であるためには、気相で活性であることが必要である。そのような難燃剤は、気相で起こり得る燃焼プロセスの化学的フリーラジカルの形成メカニズムを妨げる。このようにして発熱分解プロセスが停止され又は低減され、発泡体系が冷却され、可燃性ガスの供給が減少しかつ最終的に完全に抑制される。
発泡剤(可燃性であり得る)は、発泡剤の沸点温度よりも高い温度、例えば100℃以上で、気泡セルから放出されることがあるので、難燃剤はこの温度付近でも機能する必要がある。いくつかの難燃剤、例えばアルミニウム三水和物は、その含有する水和水を放出する分解温度が高く、従って可燃性の発泡剤が、難燃剤の難燃効果が発揮され得る前に放出されることになる。このため、このような難燃剤は、火炎の伝播及び火災への反応を低減させる効果が限定的なものに過ぎない。
一般的な難燃剤の多くは臭化化合物である。いくつかの臭素系製品は、環境及び健康に悪影響を及ぼし、現在は世界中の様々な環境への取り組みによって廃止されつつある。従って、このような臭素系難燃剤の使用を必要としない、優れた断熱性能と防火性能を有する代替断熱製品が望ましい。
図2は、実際の火災状況における時間の関数としての熱発生の過程を示している。熱発生が燃料制御されている初期の領域が拡大し得る場合、火災における死傷者のリスクを低減することができる。ファサードからなる建築物の場合、ファサードの構造とそこに使用される材料は、火災の成長に大きく影響し得る。
断熱材料の防火性能を決定するために、広範な火災試験が開発されている。これらの試験の主な問題は、これらの火災試験の多くにおける材料の性能と、実際の火災における材料の実際の防火性能との相関関係が限定されていることである。その主な理由は、より小規模で熱の強さをシミュレーションすることが非常に困難なことである。標準化された小規模の火災試験の例には、EN13823、ISO 13785-1、ISO 21367、及びPN-B-02867の各規格が含まれる。標準化された大規模の火災試験には、DIN 4102-20,ISO 9705,SP105,BS8414-1,MSZ 14800-6,LePIR-II,JIS A 1310,NFPA 285の各規格が含まれる。
独立気泡断熱材料の火災挙動は、2つのカテゴリー、即ち「火災への反応」と「火災に対する抵抗」に分類することができる。第1のカテゴリーは、材料が熱源によって着火した後に火災が伝播する速度の指標である。第2のカテゴリーは、発泡断熱材料を通る火災の伝播に対する抵抗力を示す。
独立気泡発泡体が熱源に暴露されると、フォーム気泡内部のガスの温度が上昇することになる。この温度が上昇すると、前記ガスの体積が増加して、気泡内の圧力が上昇し、最終的には、気泡ガスの放出で気泡壁が破裂することになる。
気泡ガス中の発泡剤が可燃性であるとき、製品から放出された前記ガスが着火して熱を発生することになる。この効果が火災の伝播を加速し、最初の着火と火災の盛期の間の時間が短縮される。
前記気泡壁の破裂は、約100℃を超える温度で起こり始めて、化学フォームマトリックスから可燃性分解ガスの形成を生じさせ得る。
可燃性発泡剤の放出、及びそれに続く燃焼は、フォームマトリックスの温度を上昇させ、その分解を加速させる。この結果、火災の伝播速度が増加することになる。
ポリウレタン、ポリイソシアヌレート及びフェノール積層フォームは一般に、フェイサーと呼ばれる表面保護層とともに製造される。耐火性フェーサーは、火災の極めて初期段階における気泡ガスの放出を遅らせ得る。フォームコアに付着される気密フェイサーは、火災の中でフォームコアを保護するのに特に有効である。気密フェイサーの例には、(無孔の)アルミニウム箔及び鋼板のフェイサーがある。
例えばポリイソシアヌレートフォームの場合、断熱製品の防火性能を向上させるために、厚さ約30μm(場合によっては200μmまで)のアルミニウム箔を、ポリイソシアヌレートフォームコア上のフェイサーとして使用することができる。
しかしながら、フェノール樹脂フォームの場合、これらの気密フェイサーは一般に製造工程で使用されないが、その理由は、フェノール樹脂の縮合重合過程で発生する水分を除去して、フォームマトリックス中の空隙(ボイド)の形成を防止することが必要だからである。フォーム製造時に付着される気密フェイサーは、このような水分の除去を妨げることになる。気密フェーサーは、製造過程で水分を除去した後、2次ボンディングによってフェノールフォームに付着させることができる。しかし、これはコスト非効率である。
多くの防火性能標準試験方法において、製品は、フェイサーを除去することなく試験される。しかしながら、フェイサーの使用は、限定された熱源/着火源の場合、例えば火が着いているごみ箱の場合に、火災の伝播を防止するのに役立つだけである。より大きくなった火災の伝播を妨げたり止めたりするフェイサーの能力は、限定されている。耐火性に関して、フェイサーは、アルミニウム箔がほんの数秒で燃え尽きることになるので、保護は得られない。
ポリマーフォーム上のフェーサーの存在は、小規模な火災試験におけるフォームの性能の結果を、大規模な試験におけるフォームの性能には反映されない程度に、歪めることがある。従って、実際の火災におけるフォーム断熱製品の性能をシミュレーションする最も現実的な方法は、フェイサーを含む完全な断熱製品ではなく、フォームコアを試験することである。フェイサーを含む断熱製品の性能の現実的な評価を得る最も信頼性の高い方法は、おそらく大規模な火災試験を実施することである。これら大規模な火災試験の不利益は、非常に高価であること、及びそのような試験の実施は時間がかかることである。更に、このような試験を実施するための適切な試験リグは、入手可能性が限定されている。
実際の防火性能をシミュレーションするために、小規模から大規模まで多種多様な火災試験が用いられている。
実験室火災試験の例には、“Cone Calorimeter Heat Release test”(ISO 5660-1)、“Limiting Oxygen Index”(LOI)試験(ISO 4589-2)、“Heat of Combustion”試験(ISO 1716)、及び“Ignitability of Products Subjected to Direct Impingement of Flame test”(ISO 11925-2)がある。
これらの実験室規模の火災試験の大部分に関する問題は、そのような実験室試験で試験される材料の防火性能との相関関係が、大規模火災試験における又は実際に本当の火災状況における実際の防火性能に対して、非常に限定されていることである。まず第一に、これらの実験のいくつかでは、製品は炎に暴露されず、別の熱源に暴露される。第二に、熱源の出力が実際の火災状況と比べて非常に低いことである。
例えば、規格EN ISO 11925-2、”Reaction to fire tests - Ignitability of building products subjected to direct impingement of flame - Part 2: Single-flame source test”の試験方法では、試験される製品が、タバコライターの火炎に匹敵する小さな火炎に暴露される。断熱製品のフォーム、フェーサー及びエッジ部分は、この炎に15~30秒間暴露される。炎の高さは150mm以下にする。この試験では小さな炎が使用されるため、実際の火災状況における製品の性能との対応は限定されている。
規格ISO 4589-2の限界酸素指数試験(LOI)では、小さな試験サンプルを垂直なガラスカラムに支持し、該ガラスカラムに既知の組成の酸素/窒素混合物の遅い流れを導入する。前記試験サンプルの上端に点火し、試料を燃焼している間中、観察して、試料の燃焼長を記録する。酸素と窒素の較正された混合物を変化させ、燃焼を正しく維持する最少酸素濃度(パーセントとして)が判明するまで、前記試験を追加の試料で継続する。LOIが高いほど、燃焼性は低い。空気はおおよそ21%の酸素を含んでおり、従ってLOIが21%未満の材料は、おそらく屋外の状況で燃焼を維持する。
LOI値は材料の基本的な特性であるが、開放雰囲気での燃焼に対して材料が実際にどのように反応するかについて十分な情報は提供されない。LOI試験は、材料が発火する実際の火災と直接的な関係は無い。LOI試験は、酸素が豊富な(または不十分な)窒素との混合ガス中での消火挙動を研究するだけである。
上記に拘わらず、大規模火災試験及び規格EN13823、ISO13785-1、ISO21367及びPN-B-02867のようないくつかの小規模火災試験によって、実際の火災状況における製品の防火性能に関して、より信頼性のある情報が提供される。
本当の火災状況における断熱材料の防火性能を評価する特に有用な評価方法は、単一燃焼アイテム(Single Burning Item)(SBI)試験(規格EN13823)である。この試験方法は、火炎伝播長、平均熱発生率(HRRav)、「t」秒後の総熱発生量(THR)、火炎滴下の発生傾向及び煙生成率(SPR)を測定することを含む。この試験手順は、小部屋の壁及び天井に固定された断熱製品の性能をシミュレーションするもので、該小部屋のコーナーにある単一の燃焼着火源は、公称30kWの熱出力である。このバーナーは、部屋のコーナーで燃えている紙屑かごに匹敵する。従って、規格EN13823は、本当の火災状況をシミュレーションして、本当の火災状況における断熱材料の防火性能に関する非常に有益な情報を提供する試験方法である。
試料の性能は、20分の暴露時間で評価される。この試験中、熱発生率(HRR)は、酸素消費カロリメトリーを用いて測定される。煙生成率(SPR)は、光の減衰に基づいて排気ダクト内で測定される。試料を熱に暴露する最初の600秒間、火炎滴下又は粒子の落下を目視で観察する。横方向の火炎伝播も測定される。
材料の防火性能は、規格EN13823において、平均熱発生率、総熱発生率、平均煙生成率、総煙生成率の閾値が仕様書に定義された基準値を超えた後、火災の成長率及び煙生成率を監視することによって評価される。
SBI試験の防火性能分類パラメーターは、火災成長率指数(FIGRA)、横方向火炎伝播(LFS)、及び600秒での総熱発生率(THR600s)である。追加の分類パラメーターは、煙生成について煙成長率指数(SMOGRA)及び600秒における総煙生成率(TSP600s)として、火炎滴下及び粒子について前記試験の最初の600秒間におけるそれらの発生に従って定義される。
SBI試験における独立気泡断熱フォームの性能は特に、試験されているフォーム樹脂の化学的タイプ、フォームに保持されている発泡剤のタイプ、及び難燃剤の有無によって相当異なる。
建築材料の防火性能の評価のためのユーロクラスシステムは、建築材料の、その火災に対する反応特性に基づいた7つのクラスへの分類が含まれる。このクラスは、次の通り、即ちA1、A2、B、C、D、E及びFである。前記ユーロクラスシステムは、材料の防火性能を、規格EN ISO 11925-2;EN13823;EN ISO 1716及びEN ISO 1182を含むいくつかの標準試験方法でのそれらの性能に基づいて分類している。ユーロクラス「A」の製品には、有機物をほとんど又は全く含まない無機物及びセラミック製品が含まれる。ユーロクラス「B」の製品の例には、薄いフェーシング材料を使用した石膏ボードが含まれる。独立気泡断熱製品の分類は、それからフォームが形成される有機ポリマー樹脂の性質、発泡剤のタイプ、難燃剤の有無によって変化する。上述したように、フェノールフォームのフェノール樹脂マトリックスは本質的に、燃焼性がポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォーム、ポリイソシアヌレートフォームの樹脂マトリックスよりも低い。熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂から形成される独立気泡フォームについてユーロクラス「A」分類を達成することは不可能であるが、ユーロクラス「B」又は最低限でもユーロクラス「C」分類を達成し、優れた断熱性能をも実現する独立気泡フォームを提供することが望ましい。本発明によれば、このような及び他の要望が解決される。
或る側面において、本発明によれば、複数の気泡からなるフェノール樹脂からなるフェノールフォームであって、
前記気泡が、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンからなる発泡剤からなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、150W/s以下のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォームが提供される。
前記気泡が、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンからなる発泡剤からなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、150W/s以下のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォームが提供される。
別の側面において、本発明によれば、複数の気泡からなるフェノール樹脂からなるフェノールフォームであって、
前記気泡が、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンからなる発泡剤からなり、
前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下のFIGRA0.4MJを有するフェノールフォームが提供される。
前記気泡が、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンからなる発泡剤からなり、
前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下のFIGRA0.4MJを有するフェノールフォームが提供される。
好適には、前記フェノールフォームが、欧州規格EN13823に従って測定したとき、125W/s以下、例えば120W/s以下、又は110W/s以下、又は100W/s以下、又は95W/s以下、又は90W/s以下、又は85W/s以下のFIGRA0.2MJを有する。
好適には、本発明のフォームは、欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下、例えば75W/s以下、又は65W/s以下、又は60W/s以下、又は5W/s以下のFIGRA0.4MJを有する。
望ましくは、本発明のフォームは、欧州規格EN13823に従って測定したとき150W/s以下のFIGRA0.2MJ及び80W/s以下のFIGRA0.4MJを有する。好適には、前記フォームは、欧州規格EN13823に従って測定したとき125W/s以下のFIGRA0.2MJ及び75W/s以下のFIGRA0.4MJを有する。
前記フォームは、欧州規格EN13823に従って測定したとき、7.5MJ以下、例えば7.0MJ以下、又は6.5MJ以下、又は6.25MJ以下、又は6.0MJ以下、又は5.75MJ以下、又は5.5MJ以下、又は5.25MJ以下、又は5.15MJ以下、又は5.0MJ以下、又は4.8MJ以下、又は4.6MJ以下、又は4.4MJ以下の総熱発生率を有することができる。
前記フォームは、望ましくは、規格ASTM D6226に従って測定して90%以上、例えば95%以上、好ましくは98%以上の独立気泡含有率を有する。
前記フォームの前記気泡は、平均気泡径が50~250μmの範囲、例えば80~180μmの範囲であって良い。
好適には、前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンのそれぞれが、0.0125W/m・K以下の熱伝導率を有する。例えば、前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンのそれぞれが、25℃で0.0125W/m・K以下の熱伝導率を有する。
好適には、前記フォームが、欧州規格EN13166:2012に従って、10℃の平均温度で測定したとき0.020W/m・K以下、好適には0.018W/m・K以下、好ましくは0.0175W/m・K以下、望ましくは0.0170W/m・K以下、又は0.0165W/m・K以下、又は0.0162W/m・K以下の熱伝導率を有する。
前記フォームは、規格ISO 4589-2に基づいて測定して34%以上、好ましくは35%以上、好適には36%以上、例えば37%以上の限界酸素指数を有することができる。
好適には、前記フォームが、欧州規格EN1249:1998-“Thermal insulating products for building applications: conditioning to moisture equilibrium under specified temperature and humidity conditions”-に従って(23±2)℃の温度及び(50±5)%の相対湿度で測定したとき3重量%から5重量%の安定含水率を有する。
前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)と1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HCFO-1224yd)から選択することができる。
前記HCFO-1233zdは、E異性体若しくはZ異性体、又はそれらの混合物であって良く、即ち前記HCFO-1233zdは、HCFO-1233zd(E)、HFCO-1233zd(Z)又はそれらの混合物であって良い。例えば、前記HCFO-1233zdは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHCFO-1233zd(E)からなり得、又は前記HCFO-1233zdは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHFCO-1233zd(Z)からなり得る。望ましくは、前記HCFO-1233zdは、95重量%以上のHCFO-1233zd(E)からなる。
前記HCFO-1224ydは、E異性体若しくはZ異性体、又はそれらの混合物であって良く、即ち前記HCFO-1224ydは、HCFO-1224yd(E)、HFCO-1224zd(Z)又はそれらの混合物であって良い。例えば、前記HCFO-1224ydは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHCFO-1224yd(E)からなり得、又は前記HCFO-1224ydは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHFCO-1224yd(Z)からなり得る。望ましくは、前記HCFO-1224ydは、95重量%以上のHFCO-1224yd(Z)からなる。
前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンは、望ましくは1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン(HFO-1336mzz)からなる。前記HFO-1336mzzは、E異性体若しくはZ異性体、又はそれらの混合物であって良く、即ち前記HFO-1336mzzは、HFO-1336mzz(E)、HFO-1336mzz(Z)又はそれらの混合物であって良い。例えば、前記HFO-1336mzzは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHFO-1336mzz(E)からなり得、又は前記HFO-1336mzzは、90重量%以上(例えば、95重量%以上)のHFO-1336mzz(Z)からなり得る。望ましくは、前記HFO-1336mzzは、95重量%以上のHFO-1336mzz(Z)からなる。
前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、ブタン、例えばイソブタン、及び/又はペンタン、望ましくはイソペンタンからなり得る。前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、不飽和の例えばブテン、イソペンテンのようなペンテンであって良い。
好適には、前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと、前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素とは、混合される。例えば、前記発泡剤の構成成分、即ち前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィン、及び前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、前記フェノール樹脂に混ぜる前に混合することができる。
別の側面において、本発明によれば、フェノール樹脂、界面活性剤、酸触媒、及び発泡剤からなるフェノール樹脂発泡性組成物を発泡させかつ硬化させることによって形成されるフェノールフォームであって、
前記発泡剤が、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンからなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき150W/s以下(好ましくは125W/s以下、又は120W/s以下、又は110W/s以下、又は100W/s以下、又は95W/s以下、又は90W/s以下、又は85W/s以下)のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォームが提供される。
前記発泡剤が、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンからなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき150W/s以下(好ましくは125W/s以下、又は120W/s以下、又は110W/s以下、又は100W/s以下、又は95W/s以下、又は90W/s以下、又は85W/s以下)のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォームが提供される。
好適には、前記フォームは、欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下、例えば75W/s以下、又は65W/s以下、又は60W/s以下、又は55W/s以下のFIGRA0.4MJを有する。
前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)及び/又は1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HCFO-1224yd)からなり得る。
前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンは1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン(HFO-1336mzz)からなり得る。
前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、ブタン、好ましくはイソブタン、及び/又はペンタン、好ましくはイソペンタンからなり得る。前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、不飽和の例えばブテン、イソペンテンのようなペンテンであって良い。
好適には、前記発泡剤が、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン及び/又は1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテンとからなる。
前記フェノール樹脂の重量平均分子量が、好適には約700から約2000であり、かつ/又は前記フェノール樹脂の数平均分子量が約330から約800、例えば約350から約700である。
好適には、前記フェノール樹脂のフェノール基のアルデヒド基に対するモル比が、例えば単官能アルデヒドについて、約1:1から約1:3、好適には約1:1.5から約1:2.3の範囲にある。前記フェノールは、クレゾールのような置換フェノールであって良い。天然に存在するフェノール高分子を含めて天然に存在するフェノール類を用いることができる。グリオキサールのようなジアルデヒド類を含めて他のアルデヒド類を用いることができる。上記モル比は、アルデヒド官能性を考慮して調整することができる。
前記フェノール樹脂発泡性組成物の含水率は、前記フェノール樹脂発泡性組成物の総重量に基づいて約5wt%から12wt%、例えば5wt%から10wt%、例えば7wt%から10wt%の範囲にすることができる。
本発明の前記フェノール樹脂発泡性組成物を形成するのに使用する前記フェノール樹脂は、その含水率が約10wt%から約14wt%の範囲にあって良く、即ち、その未硬化状態において、前記フェノール樹脂の含水率は約10wt%から約14wt%の範囲である。
前記フェノール樹脂の粘度は、25℃で測定したときに約2500mPa・sから約18000mPa・s、例えば25℃で測定したときに約3500mPa・sから約16000mPa・s、例えば25℃で測定したときに約4000mPa・sから約8000mPa・sとすることができる。
前記発泡剤は、好適には、前記フェノール樹脂の100重量部当たり約5重量部から約20重量部の量で存在する。
前記フォームの圧縮強さは、欧州規格EN826に従って測定して約95kPaから約200kPaの範囲とすることができる。
前記フォームは、好適には約15kg/m3から約60kg/m3、例えば約20kg/m3から約50kg/m3、好適には約24kg/m3から約48kg/m3の密度を有する。
更に別の側面において、本発明によれば、フェノール樹脂、界面活性剤、酸触媒、及び発泡剤からなり、前記発泡剤が少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンとからなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素とからなるフェノール樹脂発泡性組成物を発泡させかつ硬化させて、10kg/m3から100kg/m3の範囲の密度と、規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%の独立気泡含有率と、欧州規格EN13823に従って測定したとき、150W/s以下のFIGRA0.2MJとを有するフェノール樹脂フォームを形成する過程からなるフェノール樹脂フォームの製造方法が提供される。
また別の側面において、本発明によれば、
HCFO-1233zdとHCFO-1224ydとから選択される少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと、
HFO-1336mzzであるハイドロフルオロオレフィンと、
イソペンタンである炭化水素とからなる組成物であって、
前記組成物の総重量に基づいて、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンが約72wt%から約92wt%の量で存在し、前記HFO-1336mzzが約5wt%から約15wt%の量で存在し、前記イソペンタンが約4wt%から約25wt%の量で、例えば約20wt%の量で存在する組成物が提供される。
HCFO-1233zdとHCFO-1224ydとから選択される少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと、
HFO-1336mzzであるハイドロフルオロオレフィンと、
イソペンタンである炭化水素とからなる組成物であって、
前記組成物の総重量に基づいて、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンが約72wt%から約92wt%の量で存在し、前記HFO-1336mzzが約5wt%から約15wt%の量で存在し、前記イソペンタンが約4wt%から約25wt%の量で、例えば約20wt%の量で存在する組成物が提供される。
好適には、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、前記組成物の総重量に基づいて約72wt%から約82wt%の量で存在する。
好適には、前記HFO-1336mzzは、前記組成物の総重量に基づいて約8wt%から約14wt%の量で存在する。
好適には、前記イソペンタンは、前記組成物の総重量に基づいて約8wt%から約18wt%の量で存在する。
好ましくは、前記組成物の総重量に基づいて、前記少なくとも1つの塩素化ハイドロフルオロオレフィンが約72wt%から約82wt%の量で存在し、前記HFO-1336mzzが約8wt%から約14wt%の量で存在し、前記イソペンタンが約8wt%から約18wt%の量で存在する。
有利なことに、本発明の組成物は、発泡剤として使用して、防火性能特性が改善された断熱フォームを形成することができる。
また、本発明によれば、高分子樹脂又はプレポリマーと本願明細書中に記載される組成物とからなる発泡性組成物が提供される。
[定義]
「A、B、C及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のX」の表現は、Xが、「少なくとも1種のA」又は「少なくとも1種のB」又は「少なくとも1種のC」を含み、又は「少なくとも1種のBと組み合わせた少なくとも1種のA」、又は「少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のA」、又は「少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のB」、又は「少なくとも1種のB及び少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のA」を含むように定義される。
「A、B、C及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のX」の表現は、Xが、「少なくとも1種のA」又は「少なくとも1種のB」又は「少なくとも1種のC」を含み、又は「少なくとも1種のBと組み合わせた少なくとも1種のA」、又は「少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のA」、又は「少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のB」、又は「少なくとも1種のB及び少なくとも1種のCと組み合わせた少なくとも1種のA」を含むように定義される。
「YはA、B、C及びそれらの組み合わせから選択し得る」の表現は、YがA、又はB、又はC、又はA+B、又はA+C、又はB+C、又はA+B+Cであり得ることを含む。
「発泡剤」の用語は、フォームを形成するための発泡性組成物をブローするのに使用される推進剤として定義される。例えば、発泡剤は、樹脂をブロー/膨張させてフォームを形成するのに使用することができる。
[特性]
フェノールフォームの物理的特性を測定するための適当な試験方法を以下に説明する。
(i)フォーム密度
これは、欧州規格BS EN 1602:2013-“Thermal insulating products for building applications - Determination of the apparent density”に従って測定した。
(ii)熱伝導率
長さ300mm、幅300mmのフォーム試験片を熱伝導率試験装置(Inventech Benelux BV社製、LaserComp Type FOX314/ASF)内に、20℃の高温プレートと0℃の低温プレートとの間に配置した。前記試験片の熱伝導率(TC)を欧州規格EN 12667:“Thermal performance of building materials and products - Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods, Products of high and medium thermal resistance”に従って測定した。
(iii)加速エージング(老化)後の熱伝導率
これは、欧州規格BS EN 13166:2012-“Thermal insulation products for buildings - Factory made products of phenolic foam (PF)”-Specification Annex C section 4.2.3を用いて測定した。熱伝導率は、フォームサンプルを25週間70℃に曝露し、かつ23℃、相対湿度50%で一定重量への安定化後に測定する。この熱エージングは、環境温度で25年の期間に亘る推定熱伝導率を提供する役割を果たす。これに代えて、経時熱伝導率は、フォームサンプルを2週間110℃に曝露し、かつ23℃、相対湿度50%で一定重量への安定化後に測定することができる。
(iv)pH
pHは、欧州規格BS EN13468に従って測定した。
(v)独立気泡含有率
独立気泡含有率は、ガスピクノメトリーを用いて測定することができる。好適には、独立気泡含有率は、規格ASTM D6226の試験方法に従って測定することができる。
(vi)脆弱性
脆弱性は、規格ASTM C421-08(2014)の試験方法に従って測定する。
(vii)気泡の画像化
フォーム片を一方のコーティング面から他方のコーティング面に向けておおよそ20mm×10mmを計ってざっと切り出した。このフォーム片から表面をカミソリ刃でおおよそ8mm平方までトリムした。次に、前記フォームを鋭くスナップしてきれいな面を出現させ、前記サンプルの大部分を取り除いて薄い(~1mm)断片を残した。この断片を、両面導電性粘着タブを用いてアルミニウムのサンプルスタブ上に固定した。
前記サンプルは次に、イオンスパッタ装置Bio-Rad SC500を用いて、薄い(~2.5オングストローム(0.25nm))金/パラジウムの導電被膜を付与した。前記サンプルをコーティングする理由は、(a)導電面を付加して電荷を取り除くこと、及び(b)密度を高めて画像をより鋭くすることである。この研究に係る拡大率では、前記コーティングの影響は無視できる。
前記サンプルは、次の条件、即ち加速電圧10kV、作動距離~10mm、スポットサイズ4で走査電子顕微鏡FEI XL30 ESEM FEGと二次電子検出器とを用いて画像化した。画像は、次の拡大率、即ち×350、×1200、及び×5000で保存し、.tiffファイルとしてディスクに保存した。拡大率x350での画像によって、気泡の一般的なサイズ分布が示され、より高い拡大率×1200及び×5000によって、気泡表面の性状が示される。
両サンプルについて拡大率×350で獲得される画像は、一般に~100から200μmのサイズ範囲で示される。電子顕微鏡による評価のためのフォームサンプルの調製において、フォームサンプルの手作業でのスナッピング(パキッと折る)-検査する表面を形成する-は、気泡壁にいくらかの損傷を与える場合がある。
拡大率×1200及び×5000で集められた画像は、実質的に欠陥や穴が無い。
(viii)平均気泡直径
フォームの平坦な部分は、フォームボードの上面及び下面と平行をなす方向にフォームボードの厚さの中間部分を薄く切ることによって得られる。フォームの切断断面で50倍に拡大したコピー写真が得られる。前記コピー写真上に長さ9mmの直線を4本引く。規格JIS K6402の試験方法に従って、各直線上に存在する気泡の数を数えて気泡数の平均数を決定する。この平均数で割って、平均気泡直径は1800μmとされる。
(ix)粘度
本発明のフォームの製造で使用される樹脂の粘度は、当業者に公知の方法で、例えば温度制御水槽を備えたブルックフィールド型粘度計(モデルDV-II+Pro)を用いて、サンプル温度を25℃に維持し、20rpmで回転するスピンドル番号S29又は適切な回転速度とスピンドルタイプ又は適当な試験温度で、粘度の読取精度において 許容される中間トルクを維持して、測定した。
(x)フェノール樹脂の%含水率
無水エタノール(Honeywell Speciality Chemicals社による製造)に、前記フェノール樹脂を25質量%から75質量%の範囲で溶解させた。この溶液について測定した水分量から、前記フェノール樹脂の含水率を計算した。測定に使用した器具は、Metrohm 870 KF Titrino Plusであった。前記水分量の測定のために、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Composite 5をカールフィッシャー試薬として、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Methanol Rapidをカールフィッシャー滴定に用いた。カールフィッシャー試薬の滴定量の測定のために、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Water Standard 10.0を用いた。測定した前記水分量は、前記装置に設定された方法のTiter IPolによって決定した。
(xi)防火性能:質量損失コーンカロリメーター(円錐熱量測定)試験
フォームの総熱発生率とピーク熱発生率は、前記フォームを特定の熱流に特定の時間当てることによって測定する。質量損失コーンカロリメーター機器は、英国のFTT社から調達した。ここでの試験のために、50KWの熱流を最大15分間の時間に亘って用いた。コーンヒーターの較正は、規格EN ISO 13927.2015 section9からの手順に従って行った。760℃のコーン温度を与える試験では、50KWの熱流を用いた。
規格EN ISO 13927.2015 section8に記載される試験を行うために、フェーシングを有するフォームサンプルを準備した。
コーン熱量測定法を、下部及び上部両方のフォーム表面に70g/m2のガラスマットフェーシングを接着した厚さ50mmのフェノールフォームボードについて行った。ボードは、全部が独立気泡(>90%)で、ラムダ値が0.0172~0.0182W/m・Kの範囲であった。HCFO、HFO及びHC(炭化水素)からなる様々な組合せの発泡剤を組み合わせたフェノールフォームボードを規格EN13927.2015に従って試験した例を表7に示す。
フェノールフォームの物理的特性を測定するための適当な試験方法を以下に説明する。
(i)フォーム密度
これは、欧州規格BS EN 1602:2013-“Thermal insulating products for building applications - Determination of the apparent density”に従って測定した。
(ii)熱伝導率
長さ300mm、幅300mmのフォーム試験片を熱伝導率試験装置(Inventech Benelux BV社製、LaserComp Type FOX314/ASF)内に、20℃の高温プレートと0℃の低温プレートとの間に配置した。前記試験片の熱伝導率(TC)を欧州規格EN 12667:“Thermal performance of building materials and products - Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods, Products of high and medium thermal resistance”に従って測定した。
(iii)加速エージング(老化)後の熱伝導率
これは、欧州規格BS EN 13166:2012-“Thermal insulation products for buildings - Factory made products of phenolic foam (PF)”-Specification Annex C section 4.2.3を用いて測定した。熱伝導率は、フォームサンプルを25週間70℃に曝露し、かつ23℃、相対湿度50%で一定重量への安定化後に測定する。この熱エージングは、環境温度で25年の期間に亘る推定熱伝導率を提供する役割を果たす。これに代えて、経時熱伝導率は、フォームサンプルを2週間110℃に曝露し、かつ23℃、相対湿度50%で一定重量への安定化後に測定することができる。
(iv)pH
pHは、欧州規格BS EN13468に従って測定した。
(v)独立気泡含有率
独立気泡含有率は、ガスピクノメトリーを用いて測定することができる。好適には、独立気泡含有率は、規格ASTM D6226の試験方法に従って測定することができる。
(vi)脆弱性
脆弱性は、規格ASTM C421-08(2014)の試験方法に従って測定する。
(vii)気泡の画像化
フォーム片を一方のコーティング面から他方のコーティング面に向けておおよそ20mm×10mmを計ってざっと切り出した。このフォーム片から表面をカミソリ刃でおおよそ8mm平方までトリムした。次に、前記フォームを鋭くスナップしてきれいな面を出現させ、前記サンプルの大部分を取り除いて薄い(~1mm)断片を残した。この断片を、両面導電性粘着タブを用いてアルミニウムのサンプルスタブ上に固定した。
前記サンプルは次に、イオンスパッタ装置Bio-Rad SC500を用いて、薄い(~2.5オングストローム(0.25nm))金/パラジウムの導電被膜を付与した。前記サンプルをコーティングする理由は、(a)導電面を付加して電荷を取り除くこと、及び(b)密度を高めて画像をより鋭くすることである。この研究に係る拡大率では、前記コーティングの影響は無視できる。
前記サンプルは、次の条件、即ち加速電圧10kV、作動距離~10mm、スポットサイズ4で走査電子顕微鏡FEI XL30 ESEM FEGと二次電子検出器とを用いて画像化した。画像は、次の拡大率、即ち×350、×1200、及び×5000で保存し、.tiffファイルとしてディスクに保存した。拡大率x350での画像によって、気泡の一般的なサイズ分布が示され、より高い拡大率×1200及び×5000によって、気泡表面の性状が示される。
両サンプルについて拡大率×350で獲得される画像は、一般に~100から200μmのサイズ範囲で示される。電子顕微鏡による評価のためのフォームサンプルの調製において、フォームサンプルの手作業でのスナッピング(パキッと折る)-検査する表面を形成する-は、気泡壁にいくらかの損傷を与える場合がある。
拡大率×1200及び×5000で集められた画像は、実質的に欠陥や穴が無い。
(viii)平均気泡直径
フォームの平坦な部分は、フォームボードの上面及び下面と平行をなす方向にフォームボードの厚さの中間部分を薄く切ることによって得られる。フォームの切断断面で50倍に拡大したコピー写真が得られる。前記コピー写真上に長さ9mmの直線を4本引く。規格JIS K6402の試験方法に従って、各直線上に存在する気泡の数を数えて気泡数の平均数を決定する。この平均数で割って、平均気泡直径は1800μmとされる。
(ix)粘度
本発明のフォームの製造で使用される樹脂の粘度は、当業者に公知の方法で、例えば温度制御水槽を備えたブルックフィールド型粘度計(モデルDV-II+Pro)を用いて、サンプル温度を25℃に維持し、20rpmで回転するスピンドル番号S29又は適切な回転速度とスピンドルタイプ又は適当な試験温度で、粘度の読取精度において 許容される中間トルクを維持して、測定した。
(x)フェノール樹脂の%含水率
無水エタノール(Honeywell Speciality Chemicals社による製造)に、前記フェノール樹脂を25質量%から75質量%の範囲で溶解させた。この溶液について測定した水分量から、前記フェノール樹脂の含水率を計算した。測定に使用した器具は、Metrohm 870 KF Titrino Plusであった。前記水分量の測定のために、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Composite 5をカールフィッシャー試薬として、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Methanol Rapidをカールフィッシャー滴定に用いた。カールフィッシャー試薬の滴定量の測定のために、Honeywell Speciality Chemicals社により製造されたHydranal(登録商標)Water Standard 10.0を用いた。測定した前記水分量は、前記装置に設定された方法のTiter IPolによって決定した。
(xi)防火性能:質量損失コーンカロリメーター(円錐熱量測定)試験
フォームの総熱発生率とピーク熱発生率は、前記フォームを特定の熱流に特定の時間当てることによって測定する。質量損失コーンカロリメーター機器は、英国のFTT社から調達した。ここでの試験のために、50KWの熱流を最大15分間の時間に亘って用いた。コーンヒーターの較正は、規格EN ISO 13927.2015 section9からの手順に従って行った。760℃のコーン温度を与える試験では、50KWの熱流を用いた。
規格EN ISO 13927.2015 section8に記載される試験を行うために、フェーシングを有するフォームサンプルを準備した。
コーン熱量測定法を、下部及び上部両方のフォーム表面に70g/m2のガラスマットフェーシングを接着した厚さ50mmのフェノールフォームボードについて行った。ボードは、全部が独立気泡(>90%)で、ラムダ値が0.0172~0.0182W/m・Kの範囲であった。HCFO、HFO及びHC(炭化水素)からなる様々な組合せの発泡剤を組み合わせたフェノールフォームボードを規格EN13927.2015に従って試験した例を表7に示す。
(xii)防火性能:単一燃焼項目試験
規格EN13823のSBI試験のセットアップ(設備)の概略を図3に示す。試験サンプルは、垂直な90°のコーナーを形成するように据え付けられた2つの壁部(試験されるべき材料で形成)から構成される。前記壁部の寸法は次の通りである。
短壁-高さ1.5m×長さ0.5m
長壁-高さ1.5m×長さ1.0m
規格EN13823のSBI試験のセットアップ(設備)の概略を図3に示す。試験サンプルは、垂直な90°のコーナーを形成するように据え付けられた2つの壁部(試験されるべき材料で形成)から構成される。前記壁部の寸法は次の通りである。
短壁-高さ1.5m×長さ0.5m
長壁-高さ1.5m×長さ1.0m
プロパンバーナーを前記見本によって形成された前記コーナーの土台部に、前記バーナーの縁と前記見本の下縁との間を水平方向に40mm離して配置する。
空気流抽出の速度を0.6m3/sに設定する。サンプリングプローブを抽出ダクト内に取り付けて、通過する燃焼放出ガスのCOX及びO2の濃度を測定する。熱発生率は、規格EN13823に提示されているように酸素消費量を測定することによって連続的に計算する。排気ダクトを通過する燃焼排出物中の煙によって引き起こされる光のオブスキュレーションを、白色光ランプ及び光電池システムによって測定する。
試験手順の当初に、基準データ(例えば、前記試験セットアップの様々な位置での温度)を3分間記録する。次に前記バーナーを着火し、30kWの火炎を前記試験見本に21分間当てる。前記見本の性能は、20分の時間に亘って評価する。
火災成長速度(FIGRA)指数は、時間の関数としての平均熱発生の商の最大値として定義される。
FIGRAは、1秒当たりワット数での火災成長速度指数。
HRRav(t)は、キロワット数での熱発生率HRR(t)の平均値。
HRR(t)は、時間tにおけるキロワット数での見本の熱発生率。
Max.[a(t)]は、所定の期間内でa(t)の最大値。
注記:結果として、総試験時間の間に3kW以下のHRRav値又は総試験時間に亘って0.2MJ以下のTHR値を有する見本は、FIGRA0.2MJが0(ゼロ)に等しい。総試験時間の間3kW以下のHRRav値又は総試験時間に亘って0.4MJ以下のTHR値を有する見本は、FIGRA0.4MJがゼロに等しい。
HRRav(t)は、キロワット数での熱発生率HRR(t)の平均値。
HRR(t)は、時間tにおけるキロワット数での見本の熱発生率。
Max.[a(t)]は、所定の期間内でa(t)の最大値。
注記:結果として、総試験時間の間に3kW以下のHRRav値又は総試験時間に亘って0.2MJ以下のTHR値を有する見本は、FIGRA0.2MJが0(ゼロ)に等しい。総試験時間の間3kW以下のHRRav値又は総試験時間に亘って0.4MJ以下のTHR値を有する見本は、FIGRA0.4MJがゼロに等しい。
前記商は、HRRav及びTHRの閾値を超えている前記暴露時間の部分についてのみ計算される。前記暴露時間の間、FIGRA指数の一方又は両方の閾値を超えられない場合、そのFIGRA指数はゼロに等しい。FIGRA0.2MJとFIGRA0.4MJとなる2つの異なるTHR閾値が使用される。前記閾値を超えられる時(時機)は、次のように定義される。
(a)HRRav>3kWであるt=300s後の第1の時
(b)THR>0.2MJかつ/又はTHR>0.4MJであるt=300s後の第1の時
(a)HRRav>3kWであるt=300s後の第1の時
(b)THR>0.2MJかつ/又はTHR>0.4MJであるt=300s後の第1の時
総熱発生(THR)は、前記バーナーの着火後、最初の10分間(THR600s)測定される。
規格EN13823は、煙成長速度指数(SMOGRA)を時間の関数として平均煙生成速度の商の最大値として定義している。前記商は、平均煙生成速度SPRav及び総煙生成速度TSPの閾値を超えている前記暴露時間の部分についてのみ計算される。SMOGRAは、前記暴露時間の間、一方又は両方の閾値を超えられない場合、ゼロに等しい。
SMOGRAは、1秒当たり平方メートル数での煙成長速度指数。
SPRav(t)は、1秒当たり平方メートル数での見本の平均煙生成速度SPR(t)。
SPR(t)は、1秒当たり平方メートル数での見本の煙生成速度。
max.[a(t)]は、所定の期間内でa(t)の最大値。
TSP(t)は、300s≦t≦900s内の前記暴露時間の最初の600sにおける見本の総煙生成量 (m2)
注記:結果として、総試験時間の間0.1m2/s以下のSPRav値又は総試験時間に亘って6m2以下のTHR値を有する見本は、SMOGRA値が0(ゼロ)に等しい。
SPRav(t)は、1秒当たり平方メートル数での見本の平均煙生成速度SPR(t)。
SPR(t)は、1秒当たり平方メートル数での見本の煙生成速度。
max.[a(t)]は、所定の期間内でa(t)の最大値。
TSP(t)は、300s≦t≦900s内の前記暴露時間の最初の600sにおける見本の総煙生成量 (m2)
注記:結果として、総試験時間の間0.1m2/s以下のSPRav値又は総試験時間に亘って6m2以下のTHR値を有する見本は、SMOGRA値が0(ゼロ)に等しい。
前記閾値を超えられる時(時機)は、次のように定義される。
(a)SPRav>0.1m2/sであるt=300s後の第1の時
(b)「t」が300sから1500sの間にあるとき、TSP(t)>6m2
(a)SPRav>0.1m2/sであるt=300s後の第1の時
(b)「t」が300sから1500sの間にあるとき、TSP(t)>6m2
SMOGRA指数は、前記試験の全期間の間に測定される。総煙生成量TSP600は、バーナー着火後最初の10分間(即ち、300秒から900秒の間)に亘って測定される。
以上説明したように、前記SBI試験は、部屋のコーナーで紙くずかごに発生する火災に匹敵する。
規格EN13823に従って試験された様々な市販のフォーム断熱材料の防火性能の例を表1に示す。
フォームコアについての試験の前に、フォーム表面からフェーサーをできる限り注意深く剥ぎ取る。非常に細かい研磨紙で研磨することによって残存する全てのフェーサーを注意深く取り除く。
フェノールフォームは、一般にあらゆるフォーム断熱製品の中で最高の耐火度(等級)を有する。フォームの難燃性は、該フォームを膨張させるのに使用されてフォームの気泡内に留まっている発泡剤の性質に影響されるものである。上述したように、フォームの断熱性能もまた、発泡剤及びその熱伝導率に大きく依存する。クロロフルオロカーボン類(CFC類)及びハイドロフルオロカーボン類(HFC類)は、低熱伝導率と優れた防火性能との非常に望ましい組合せを有する等級の発泡剤を代表している。しかしながら、このような発泡剤の使用は、否定的な環境影響を有する、特にそのオゾン層破壊係数が高くかつ地球温暖化係数が高いために、行われなくなりつつある。炭化水素発泡剤は、その環境影響が低く、CFC類及びHFC類に代替の発泡剤として使用されているが、炭化水素類は本質的に熱伝導率がCFC類及びHFC類よりも高い。特に最近10年に亘って、ハイドロフルオロオレフィン類及び塩素化ハイドロフルオロオレフィン類が、低熱伝導率と良好な防火性能と低い環境影響とが組み合わされた等級の発泡剤として出現している。
ハイドロフルオロオレフィン類(HFO類)とハイドロクロロフルオロカーボン類(HCFC類)は、不飽和の短鎖ハロオレフィン類であり、その超低GWP(地球温暖化係数)とゼロODP(オゾン層破壊係数)によって、フォーム発泡剤としての飽和ハイドロフルオロカーボン類(HFC類)の代替物として導入されている。
HFO類(ハイドロフルオロオレフィン類)及びハイドロクロロフルオロオレフィン類(HCFO類)の導入によって、今では或る範囲の発泡剤が防火性能を改善するのに利用可能である。これら特定の発泡剤の主要な利点は、その気相での低熱伝導率と好ましい環境性能とである。
HCFO類はまた、その気相での低熱伝導率、及びフェノール樹脂に対応する溶解性によって、発泡剤として好ましい。
HFO類は、気相での熱伝導率値がHCFO類よりも僅かに高い傾向がある。
以下の表2は、本発明において言及される主な発泡剤の大要を説明している。
フォームを製造するときにどの発泡剤を使用するかを考える際、フォームの最終用途を考慮しなければならず、一般に、発泡剤の特性を最終用途に合わせなければならない。与えられた発泡剤の、選択の課程で考慮し得る特性には、気相での熱伝導率、沸点、化学マトリックスとの適合性、燃焼性、毒性、及び価格が含まれる。
最も重要な基準の1つが、各発泡剤成分(comp)の熱伝導率(即ち、ラムダ)である。成分Aと成分Bとを含む二成分混合ガスの熱伝導率を評価する簡単なモデルを次に示す。
ここで、
λmixは、発泡剤成分A及びBの混合物の熱伝導率である。
λcomp Aは、発泡剤成分Aの熱伝導率である。
λcomp Bは、発泡剤成分Bの熱伝導率である。
Xcomp Aは、発泡剤混合物中の成分Aの重量分率である。
Xcomp Bは、発泡剤混合物中の成分Bの重量分率である。
λmixは、発泡剤成分A及びBの混合物の熱伝導率である。
λcomp Aは、発泡剤成分Aの熱伝導率である。
λcomp Bは、発泡剤成分Bの熱伝導率である。
Xcomp Aは、発泡剤混合物中の成分Aの重量分率である。
Xcomp Bは、発泡剤混合物中の成分Bの重量分率である。
このモデルはまた、最初に発泡剤の混合物中の2成分の熱伝導率を計算し、次に2成分混合物のλmixを、前記2成分混合物の第3の発泡剤との混合物についてのラムダ入力値として使用することによって、より複合的な発泡剤混合物の熱伝導率を評価することにも用いることができる。
フォーム気泡内部の気泡ガスは、フォームの温度が発泡剤の沸点又はそれより低いとき、凝縮し始める場合がある。欧州規格EN 12667に従ったフォームのラムダ測定のための基準平均温度(Tmean)は、例えば10℃である。熱流量計内で、前記プレートの温度設定は、このTmeanより10℃高い温度及び低い温度である。気泡ガスが凝縮し始める温度点は、製品の熱伝導率に重要な影響を与えることになる。
図4は、3つの異なる重量比の1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)とイソペンタンとの混合物でブローしたフェノールフォームの熱伝導率への温度の影響を示している。
発泡剤は一般に、使用時のフォームの気泡内での凝縮を防止するために、10℃より高い温度での凝縮を回避することを図って選択される。凝縮は、絶縁性能の低下を生じさせる。
発泡剤はまた、燃焼性の点から分類することもできる。規格ISO817は、発泡剤を燃焼性の点から分類している。
発泡剤の燃焼性のレベル(1,2L,2,及び3)を特徴付ける主なパラメーターがいくつかあり、それには、燃焼速度(BV)、可燃上限界並びに可燃下限界(UFL並びにLFL)、最小着火エネルギー(MIE)、及び燃焼熱(HOC)が含まれる。
1)BV、燃焼速度:火炎が伝播する速度である。
2)LFL、可燃下限界:ガス又は蒸気と空気の均質な混合物内で火炎を伝播させ得る当該ガス又は蒸気の最小濃度である。
3)UFL、可燃上限界:ガス又は蒸気と空気の均質な混合物内で火炎を伝播させ得る当該ガス又は蒸気の最大濃度である。
4)MIE、最小着火エネルギー:ガス又は蒸気の着火を開始させるのに着火源(例えば、火花又は裸火)にエネルギーがどれくらい必要かを示す。
5)HOC、燃焼熱:特定量の物質が標準状態で完全燃焼するとき、熱として放出されるエネルギーである。
1)BV、燃焼速度:火炎が伝播する速度である。
2)LFL、可燃下限界:ガス又は蒸気と空気の均質な混合物内で火炎を伝播させ得る当該ガス又は蒸気の最小濃度である。
3)UFL、可燃上限界:ガス又は蒸気と空気の均質な混合物内で火炎を伝播させ得る当該ガス又は蒸気の最大濃度である。
4)MIE、最小着火エネルギー:ガス又は蒸気の着火を開始させるのに着火源(例えば、火花又は裸火)にエネルギーがどれくらい必要かを示す。
5)HOC、燃焼熱:特定量の物質が標準状態で完全燃焼するとき、熱として放出されるエネルギーである。
クラス3発泡剤は、クラス2L発泡剤よりも有意に低いLFLと有意に高いBVとを有するものである。従って、HCFO類及びHFO類のフェノール樹脂における発泡剤としての使用は、優れた防火性能を有する絶縁製品の製造を容易にするはずである。本願発明者らは、驚くべきことに事実はそうでないことを見出した。
本願発明者らは、フェノールフォーム内の様々な発泡剤を準備しかつその防火性能と熱伝導率とを調査し、驚くほど優れた熱伝導率値及び防火性能を有する断熱フェノールフォームを形成するのに使用し得る発泡剤の特異な三元組合せを見出した。
樹脂の調製
樹脂A
反応槽に、重量基準(pbw=重量部)で、20℃で50.0pbwのフェノール、1~4pbwの水、及び0.9±0.2pbwの50%水酸化カリウムを加えた。温度を70~76℃に上げ、35±2pbwの91%パラホルムアルデヒドをゆっくりと1~3時間掛けて加えて、反応発熱線の熱を放散させた。次に温度を82~85℃の範囲に上げ、その温度範囲に、樹脂の粘度が7500mPa・s±1500mPa・sに至るまで維持した。0.3pbwの90%蟻酸を加えてpHを中和させつつ、冷却を開始した。一旦温度を50℃未満まで低下させ、次の品目、即ち2~6pbwのポリオール可塑剤、3~6pbwの尿素、及び2~5pbwのエトキシル化ひまし油(界面活性剤)を順次加えた。得られたフェノール樹脂組成物は、10~13wt%の水分、4wt%未満の遊離フェノール、及び1wt%未満の遊離ホルムアルデヒドを含んでいた。
フェノールフォームの調製
フェノールフォームボードの製造のための一般的な手順を以下の比較例(CE)1で説明する。
比較例1(CE1)-発泡剤(BA)はイソプロピルクロリド:イソペンタン(iPC:iP 重量比80+/-5:20+/-5)である。
樹脂A
反応槽に、重量基準(pbw=重量部)で、20℃で50.0pbwのフェノール、1~4pbwの水、及び0.9±0.2pbwの50%水酸化カリウムを加えた。温度を70~76℃に上げ、35±2pbwの91%パラホルムアルデヒドをゆっくりと1~3時間掛けて加えて、反応発熱線の熱を放散させた。次に温度を82~85℃の範囲に上げ、その温度範囲に、樹脂の粘度が7500mPa・s±1500mPa・sに至るまで維持した。0.3pbwの90%蟻酸を加えてpHを中和させつつ、冷却を開始した。一旦温度を50℃未満まで低下させ、次の品目、即ち2~6pbwのポリオール可塑剤、3~6pbwの尿素、及び2~5pbwのエトキシル化ひまし油(界面活性剤)を順次加えた。得られたフェノール樹脂組成物は、10~13wt%の水分、4wt%未満の遊離フェノール、及び1wt%未満の遊離ホルムアルデヒドを含んでいた。
フェノールフォームの調製
フェノールフォームボードの製造のための一般的な手順を以下の比較例(CE)1で説明する。
比較例1(CE1)-発泡剤(BA)はイソプロピルクロリド:イソペンタン(iPC:iP 重量比80+/-5:20+/-5)である。
15~19℃の110+/-5pbwの樹脂Aに、5+/-2pbwの炭酸カルシウムを加え、炭酸カルシウムが均一に分散するまで300+/-100rpmで混合する。混合した前記樹脂混合物を高速混合機にポンプで送り込み、そこで1~3℃で9+/-3pbwのiPC:iP発泡剤と8~15℃で20+/-3pbwの2:1比のトルエンスルホン酸:キシレンスルホン酸触媒を素早く前記樹脂混合物に混合する。1000~3000rpmでの高速混合を用いて、発泡性組成物が生成されるように均質混合を実現する。次に、前記発泡性組成物を予め決められた発泡性樹脂流量で不織ガラスマットのような適当なフェーシングに注出し、20~150mmのような所望のフォーム厚さで、35kg/m3のような所望の最終フォーム硬化密度を得る。次に、前記発泡性混合物を、水平なコンベアベルトを走らせることによって、従来のスラット型ダブルコンベアフォームラミネーションマシンに搬送する。炉(オーブン)は、70℃のような均一温度にすることができ、又はいくつかの異なる温度帯を含むことができる。前記フォームラミネーションマシンに入る直前に、上部フェーシングを発泡樹脂組成物上に導入する。移動中のフォーム材料は、加熱したオーブンプレス機(oven press)の中を通過し、膨張するフォームを一定のギャップで40~50kPaで加圧して、所望のフォームボード厚さを得る。オーブンプレス機内でのフォームの膨張及び初期硬化は4分間から15分間である。前記ラミネーションマシンを出る部分的に硬化したフォームは、必要な長さに切断する。次に前記フォームボードを、完全に硬化するまで、二次炉内で70℃~90℃に置く。表4は、このような方法を用いて製造したフォームボードの詳細を示している。
比較例2(CE2)-発泡剤はHCFO-1233zd(E)
ここで、発泡剤を1~3℃で14.8重量部のHCFO-1233zd(E)発泡剤に変更した点を除いて、比較例1で概説したのと同じ手順を用いた。製造されたフォームボードの密度は35.6kg/m3であった。
ここで、発泡剤を1~3℃で14.8重量部のHCFO-1233zd(E)発泡剤に変更した点を除いて、比較例1で概説したのと同じ手順を用いた。製造されたフォームボードの密度は35.6kg/m3であった。
比較例3(CE3)-発泡剤はHCFO-1233zd(E):IP(70:30)
発泡剤が8.47pbwのHCFO-1233zd(E)と3.63pbwのイソペンタンとである点を除いて、CE2と同一。
発泡剤が8.47pbwのHCFO-1233zd(E)と3.63pbwのイソペンタンとである点を除いて、CE2と同一。
比較例4(CE4)-発泡剤はHCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z)(95:5)
発泡剤が13.18pbwのHCFO-1233zd(E)と0.76pbwのHFO-1336mzz(Z)とである点を除いて、CE2と同一。
発泡剤が13.18pbwのHCFO-1233zd(E)と0.76pbwのHFO-1336mzz(Z)とである点を除いて、CE2と同一。
比較例5(CE5)-発泡剤はHCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):イソペンタン(65:5:30)
発泡剤が7.5pbwのHCFO-1233zd(E)、0.58pbwのHFO-1336mzz(Z)及び3.47pbwのイソペンタンである点を除いて、CE2と同一。
発泡剤が7.5pbwのHCFO-1233zd(E)、0.58pbwのHFO-1336mzz(Z)及び3.47pbwのイソペンタンである点を除いて、CE2と同一。
実施例1-発泡剤はHCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(90:5:5)
発泡剤が13.18部のHCFO-1233zd(E)、0.73部のHFO-1336mzz(Z)及び0.73部のイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が13.18部のHCFO-1233zd(E)、0.73部のHFO-1336mzz(Z)及び0.73部のイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例2-発泡剤はHCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(85:5:10)
発泡剤が11.87pbwのHCFO-1233zd(E)、0.70pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.4pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が11.87pbwのHCFO-1233zd(E)、0.70pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.4pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例3-発泡剤はHCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(80:5:15)
発泡剤が10.55pbwのHCFO-1233zd(E)、0.66pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.98pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が10.55pbwのHCFO-1233zd(E)、0.66pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.98pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例4-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(75:5:20)
発泡剤が9.3pbwのHCFO-1233zd(E)、0.62pbwのHFO-1336mzz(Z)及び2.48pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が9.3pbwのHCFO-1233zd(E)、0.62pbwのHFO-1336mzz(Z)及び2.48pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例5-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(85:10:5)
発泡剤が12.4pbwのHCFO-1233zd(E)、1.46pbwのHFO-1336mzz(Z)及び0.73pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が12.4pbwのHCFO-1233zd(E)、1.46pbwのHFO-1336mzz(Z)及び0.73pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例6-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(80:10:10)
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.40pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.4pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.40pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.4pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例7-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):IP(75:10:15)
発泡剤が9.39pbwのHCFO-1233zd(E)、1.26pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.88pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
発泡剤が9.39pbwのHCFO-1233zd(E)、1.26pbwのHFO-1336mzz(Z)及び1.88pbwのイソペンタンである点を除いて、CE5と同一。
実施例8-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):HFO-1336mzz(E):IP(90:3.5:1.5:5)
発泡剤が13.18pbwのHCFO-1233zd(E)、0.51pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.22pbwのHFO-1366mzz(E)、及び1.88pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex1と同一。
発泡剤が13.18pbwのHCFO-1233zd(E)、0.51pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.22pbwのHFO-1366mzz(E)、及び1.88pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex1と同一。
実施例9-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):HFO-1336mzz(E):IP(80:10.5:4.5:5)
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.46pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.62pbwのHFO-1366mzz(E)、及び0.69pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex6と同一。
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.46pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.62pbwのHFO-1366mzz(E)、及び0.69pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex6と同一。
比較例6(CE6)-BA=HCFO-1233zd(E):HFO-1336mzz(Z):HFO-1336mzz(E):IP(80:10.5:4.5:0)
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.94pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.83pbwのHFO-1366mzz(E)、及び0pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex6と同一。
発泡剤が11.1pbwのHCFO-1233zd(E)、1.94pbwのHFO-1366mzz(Z)、0.83pbwのHFO-1366mzz(E)、及び0pbwのイソペンタンであり、かつフォーム厚さが50mmである点を除いて、Ex6と同一。
比較例と実施例の検討
比較例及び実施例のフォームの物理的特性及び防火性能を表4,5,6及び7に示す。
比較例及び実施例のフォームの物理的特性及び防火性能を表4,5,6及び7に示す。
CE1の発泡剤は、イソプロピルクロリドとイソペンタンとの重量比80:20での混合物である。CE1は、良好な初期及び経時熱伝導率を示しており、防火性能は、CE1のフォームをユーロクラスC製品と分類している。
CE2の発泡剤は、全体的にHCFO-1233zd(規格ISO817に則った不燃性のクラス1発泡剤)である。CE2の初期及び経時熱伝導率は優れている。しかしながら、CE2の防火性能は、不燃性発泡剤を用いたときに期待されるものより劣っている。CE2のフォームボードを規格BS EN13823で評価したとき、高いFIGRA 0.2MJ値及びFIGRA 0.4MJ値が認められた。従って、不燃性発泡剤の使用にも拘わらず、CE2の防火性能は、可燃性のイソペンタンからなるCE1のそれよりも悪い。CE2は、ユーロクラスD製品に分類されている。
CE3は、HCFO-1233zdとイソペンタンとの発泡剤混合物からなり、良好な初期及び経時熱伝導率値と、CE2に比較して防火性能の改善を示している。しかしながら、この改善にも拘わらず、CE3は、ユーロクラスC製品に分類されている。
CE4は、HCFO-1233zdとHFO-1336mzz(Z)との発泡剤混合物からなる。HFO-1336mzz(Z)はまた、規格ISO817に従って不燃性のクラス1発泡剤と分類されている。CE4の初期及び経時熱伝導率値は、優れている。しかしながら、FIGRA 0.2MJ値及びFIGRA 0.4MJ値は、CE3について認められるそれらよりも大きい。
CE5は、HCFO-1233zd、HFO-1336mzz(Z)及びイソペンタンの三元発泡剤混合物からなる。高い燃焼性のイソペンタンが含まれるにも拘わらず、所望の低い初期及び経時熱伝導率値は略一定で良好を維持しているが、FIGRA 0.2MJ値が150W/s超を維持しているにも拘わらず、はっきりと、防火性能に劇的な改善がある。
対照的に、E1乃至E7は、塩素化ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロフルオロオレフィン及び炭化水素からなる特定の三元混合物を用いたとき、フォームの低熱伝導率に有害な影響を与えることなく、150W/s未満のFIGRA 0.2MJ値を達成し得ることを証明している。実際、E1乃至E7はそれぞれ、120W/s未満のFIGRA 0.2MJ値を示しており、ユーロクラスB製品に分類されている。
重要なことに、本発明のフェノールフォームを形成するのに使用された発泡剤は、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィン、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン、及び少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、前記発泡剤の総重量に基づいて約62wt%から92wt%の量で存在し、前記ハイドロフルオロオレフィンは、前記発泡剤の総重量に基づいて約3~20wt%の量で存在し、前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素は、前記発泡剤の総重量に基づいて5~25wt%の量で存在する。
CE5によって明示されるように、炭化水素の量が約25%を超える場合、フォームの防火性能は否定的な影響を受けることになり、ユーロクラスBのフォームを達成することは可能でなくなる。更に、CE2及びCE4によって明示されるように、約5wt%未満の炭化水素が存在する場合、防火性能も有害な影響を受ける。
約3wt%未満のハイドロフルオロオレフィンが存在する場合、製品の防火性能が悪化し、約20wt%超のハイドロフルオロオレフィンが存在する場合、フォーム製品の熱伝導率が増加する。
従って、発泡剤が上述した三元混合物からなるとき、最適の断熱性能と防火性能が達成される。
上述したように、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、本発明のフェノールフォームを形成するのに使用される発泡剤の総重量に基づいて約65wt%から約92wt%の量で存在する。好ましくは、前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンが、前記発泡剤の総重量に基づいて約72wt%から約92wt%の量で存在する。より好ましくは、前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンが、前記発泡剤の総重量に基づいて約72wt%から約88wt%の量で存在し、更に好ましくは、前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンが、前記発泡剤の総重量に基づいて約72wt%から約82wt%の量で存在する。
前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンは、本発明のフェノールフォームを形成するのに使用される発泡剤の総重量に基づいて約3wt%から約20wt%の量で存在する。好ましくは、前記ハイドロフルオロオレフィンは、前記発泡剤の総重量に基づいて約8wt%から約14wt%のように、約5wt%から約15wt%の量で存在する。
前記C3-C6炭化水素は、本発明のフェノールフォームを形成するのに使用される発泡剤の総重量に基づいて約5wt%から約25wt%の量で存在する。好ましくは、前記C3-C6炭化水素は、前記発泡剤の総重量に基づいて、約8wt%から約18wt%のように、約5wt%から約22wt%の量で存在する。
好適には、前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、HCFO-1233zdとHCFO-1224ydとから選択される。
前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンは、HCFO-1233zd-(E)及び/又はHCFO-1233zd-(Z)とすることができる。例えば、前記HCFO-1233zdは、少なくとも90wt%のE-異性体(HCFO-1233zd-(E))、例えば少なくとも95wt%のE-異性体(HCFO-1233zd-(E))とすることができる。
前記ハイドロフルオロオレフィンは、好適にはHFO-1336mzzである。前記HFO-1336mzzは、HFO-1336mzz-(Z)及び/又はHFO-1336mzz-(E)であって良い。例えば、前記HFO-1336mzzは、少なくとも90wt%のZ-異性体(HFO-1336mzz-(Z))、例えば少なくとも95wt%のZ-異性体(HFO-1336mzz-(Z))とすることができる。
好適には、前記C3-C6炭化水素は、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン又はそれらの異性体である。より好適には、前記C3-C6炭化水素は、ブタン及び/又はペンタンからなる。好ましくは、前記ブタンはイソブタンからなる。好ましくは、前記ペンタンはイソペンタンからなる。
有利なことに、実施例1乃至7のフォームはそれぞれ、長時間及び温度への暴露に対する安定な低熱伝導率と、優れた防火性能とを発揮している。実施例1乃至7のフォームはそれぞれユーロクラスB製品である。
HCFO-1233zd、HFO-1336mzz(Z)/HFO-1336mzz(E)及び燃焼性のイソペンタンを含む実施例8及び9は、コーンカロリメーター試験において、ピーク熱発生率(PHRR’s)と総熱発生率(THRR)kW/m2が、燃焼性のイソペンタンを全く含まないCE6と比較して驚くほど低下していることを示している。
本明細書中、本願発明に関連して使用される用語「からなる/備える」(comprises/comprising)及び用語「有する/含む」(having/including)は、明記した特徴、整数(integers)、ステップ(過程)又は構成要素の存在を特定するのに使用されるが、1つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素又はその組の存在又は追加を排除するものではない。
本発明の所定の特徴で、明確にするために、別々の実施形態の中に記載されているものでも、組み合わせて1つの実施形態に備え得ることが分かる。逆に言えば、本発明の様々な特徴で、簡単のために、1つの実施形態の中に記載されているものでも、別々に又は任意で適当に部分的に組み合せて備えることができる。
Claims (31)
- 複数の気泡からなるフェノール樹脂からなるフェノールフォームであって、
前記気泡が、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン及び少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンからなる発泡剤からなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、150W/s以下のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォーム。 - 前記フェノールフォームが、欧州規格EN13823に従って測定したとき、125W/s以下、例えば120W/s以下、又は110W/s以下、又は100W/s以下、又は95W/s以下、又は90W/s以下、又は85W/s以下のFIGRA0.2MJを有する請求項1に記載のフェノールフォーム。
- 複数の気泡からなるフェノール樹脂からなるフェノールフォームであって、
前記気泡が、少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィン、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィン、及び少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなる発泡剤からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下のFIGRA0.4MJを有するフェノールフォーム。 - 前記フェノールフォームが、欧州規格EN13823に従って測定したとき、80W/s以下、例えば75W/s以下、又は65W/s以下、又は60W/s以下、又は55W/s以下のFIGRA0.4MJを有する請求項1乃至3のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームが、欧州規格EN13823に従って測定したとき、7.5MJ以下、例えば7.0MJ以下、又は6.5MJ以下、又は6.25MJ以下、又は6.0MJ以下、又は5.75MJ以下、又は5.5MJ以下、又は5.25MJ以下、又は5.15MJ以下、又は5.0MJ以下、又は4.8MJ以下、又は4.6MJ以下、又は4.4MJ以下の総熱発生率を有する請求項1乃至4のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームの独立気泡含有率が、規格ASTM D6226に従って測定して90%以上、例えば95%以上、好ましくは98%以上である請求項1乃至5のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームの前記気泡の平均気泡径が50~250μmの範囲、好ましくは80~180μmの範囲である請求項1乃至6のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームの熱伝導率が、欧州規格EN13166:2012に従って10℃の平均温度で測定したとき0.020W/m・K以下、好適には0.018W/m・K以下、好ましくは0.0175W/m・K以下、又は0.0170W/m・K以下、又は0.0165W/m・K以下、又は0.0162W/m・K以下である請求項1乃至7のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームが、規格ISO 4589-2に従って測定して34%以上、好ましくは35%以上、好適には36%以上、例えば37%以上の限界酸素指数を有する請求項1乃至8のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノールフォームが、欧州規格EN1249:1998に従って(23±2)℃の温度及び(50±5)%の相対湿度で測定したとき3重量%から5重量%の安定含水率を有する請求項1乃至9のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンが、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)と1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HCFO-1224yd)から選択される請求項1乃至10のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンが1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン(HFO-1336mzz)からなる請求項1乃至11のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記炭化水素が、少なくとも1種のブタン、好ましくはイソブタン、及び/又は少なくとも1種のペンタン、好ましくはイソペンタンからなる請求項1乃至12のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- フェノール樹脂、界面活性剤、酸触媒、及び発泡剤からなるフェノール樹脂発泡性組成物を発泡させかつ硬化させることによって形成されるフェノールフォームであって、
前記発泡剤が、少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンと少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンからなり、前記発泡剤が更に少なくとも1種のC3-C6炭化水素からなり、
前記フェノールフォームの密度が10kg/m3から100kg/m3であり、独立気泡含有率が規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%であり、前記フェノールフォームが欧州規格EN13823に従って測定したとき150W/s以下(好ましくは125W/s以下、又は120W/s以下、又は110W/s以下、又は100W/s以下、又は95W/s以下、又は90W/s以下、又は85W/s以下)のFIGRA0.2MJを有するフェノールフォーム。 - 前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンが、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd)と1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HCFO-1224yd)から選択される請求項14に記載のフェノールフォーム。
- 前記少なくとも1種のハイドロフルオロオレフィンが1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン(HFO-1336mzz)である請求項14又は15に記載のフェノールフォーム。
- 前記少なくとも1種のC3-C6炭化水素が、少なくとも1種のブタン、好ましくはイソブタン、及び/又は少なくとも1種のペンタン、好ましくはイソペンタンからなる請求項14乃至16のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記発泡剤が、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン及び/又は1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテンとからなる請求項14乃至17のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノール樹脂の重量平均分子量が約700から約2000であり、かつ/又は前記フェノール樹脂の数平均分子量が約330から約800、例えば約350から約700である請求項14乃至18のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノール樹脂のフェノール基のアルデヒド基に対するモル比が約1:1から約1:3、好適には約1:1.5から約1:2.3の範囲にある請求項14乃至19のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノール樹脂発泡性組成物の含水率が、前記フェノール樹脂発泡性組成物の総重量に基づいて約5wt%から12wt%、例えば6wt%から10wt%の範囲にある請求項14乃至20のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノール樹脂の含水率が、約10wt%から約14wt%の範囲にある請求項14乃至21のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記フェノール樹脂の粘度が、25℃で測定したときに約2500mPa・sから約18000mPa・s、例えば25℃で測定したときに約2500mPa・sから約16000mPa・s、例えば25℃で測定したときに約4000mPa・sから約8000mPa・sである請求項14乃至22のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 前記発泡剤が、前記フェノール樹脂の100重量部当たり約1重量部から約20重量部の量で存在する請求項14乃至23のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 欧州規格EN826に従って測定して約95kPaから約200kPaの範囲の圧縮強さを有する請求項1乃至24のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- 約15kg/m3から約60kg/m3、例えば約20kg/m3から約50kg/m3、好適には約24kg/m3から約48kg/m3の密度を有する請求項1乃至25のいずれかに記載のフェノールフォーム。
- フェノール樹脂、界面活性剤、酸触媒、及び発泡剤からなり、前記発泡剤が、それぞれ0.0125W/m・K以下の熱伝導率を有する少なくとも2種のハイドロフルオロオレフィンと、少なくとも1種のC3-C6炭化水素とからなる発泡性組成物を発泡させかつ硬化させて、10kg/m3から100kg/m3の範囲の密度と、規格ASTM D6226に従って測定して少なくとも85%の独立気泡含有率と、欧州規格EN13823に従って測定したとき150W/s以下のFIGRA0.2MJとを有するフェノール樹脂フォームを形成する過程からなるフェノール樹脂フォームの製造方法。
- HCFO-1233zdとHCFO-1224ydとから選択される少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンと、
HFO-1336mzzであるハイドロフルオロオレフィンと、
イソペンタンである炭化水素とからなる組成物であって、
前記組成物の総重量に基づいて、前記少なくとも1種の塩素化ハイドロフルオロオレフィンが約72wt%から約92wt%の量で存在し、前記HFO-1336mzzが約5wt%から約15wt%の量で存在し、前記イソペンタンが約4wt%から約25wt%の量で、例えば約20wt%の量で存在する組成物。 - 前記塩素化ハイドロフルオロオレフィンが約72wt%から約82wt%の量で存在し、前記HFO-1336mzzが8wt%から14wt%の量で存在し、前記イソペンタンが8wt%から18wt%の量で存在する請求項28に記載の組成物。
- 高分子樹脂又はプレポリマーと請求項28又は29に記載の組成物とからなる発泡性組成物。
- 請求項30に記載の発泡性組成物を発泡させかつ硬化させることによって形成される熱硬化性フォーム。
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