JP4733984B2 - 難燃性高分子組成物 - Google Patents
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Description
本発明はまた、熱を加えると膨張する少なくとも一種の微粒子状材料、少なくとも一種の微粒子状ナノ充填材および少なくとも一種の硬化性単量体、オリゴマまたは重合体を混合すること、そして次いで、この得られた混合物を硬化すること、を含む硬化物品を製造する方法を提供する。この硬化性混合物の三つの成分は、希望する任意の順序で混合することができるが、第1工程として、その硬化性材料の中にナノ充填材が分散されるのが望ましい。硬化は、任意の適切な方法、例えば、熱または光を適用するかまたは、適切な硬化剤、例えばアミン、カルボン酸、カルボン酸無水物、またはフェノールを添加することにより行われる。
a.アミノ官能性化合物類、樹脂類、オリゴマ類、重合体類と組合せたエポキシ官能性化合物類および樹脂類;
b.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類、重合体類と組合せたヒドロキシ官能性化合物類、オリゴマ類、重合体類;
c.メタクリル系またはアクリル系官能性オリゴマ類または重合体類と組合せたメタクリル系またはアクリル系官能性単量体類;
から選ばれている、該組成物を提供する。
a.アミノ官能性化合物類、樹脂類またはオリゴマ類と組合せたエポキシ官能性化合物類および樹脂類;
b.イソシアナート官能性単量体類、二量体類またはオリゴマ類と組合せたヒドロキシ官能性化合物類またはオリゴマ類;
c.イソシアナート官能性単量体類、二量体類またはオリゴマ類と組合せたメトキシ官能性化合物類またはオリゴマ類;
d.メタクリル系およびアクリル系官能性オリゴマ類または重合体類と組合せたメタクリル系またはアクリル系官能性単量体類;
e.エポキシ官能性化合物類および樹脂類またはオリゴマ類と組合せた、アミノ官能性ポリジメチルシロキサン;
f.イソシアナート官能性単量体類、二量体類またはオリゴマ類と組合せた、ヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサン;
g.イソシアナート官能性単量体類、二量体類またはオリゴマ類と組合せた、メトキシ官能性ポリジメチルシロキサン;
h.メタクリル化またはアクリル化ポリジメチルシロキサン;
i.任意の割合でのa群とd群の組合せ;
j.任意の割合でのb群とe群の組合せ;
k.任意の割合でのc群とf群の組合せ;
から選ばれている組成物、を提供することである。
a.アミノ官能性化合物類、樹脂類、オリゴマ類、重合体類と組合せたエポキシ官能性化合物類および樹脂類;
b.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類、重合体類と組合せたヒドロキシ官能性化合物類、オリゴマ類、重合体類;
c.メタクリル系またはアクリル系官能性単量体類、メタクリル系またはアクリル系官能性オリゴマ類または重合体類;
の一種以上から選ばれている、改善された難燃性、耐火性、熱絶縁性および燃焼時における煙の放散が少ないことを特徴とする該組成物を提供する。
a.アミノ官能性化合物類、樹脂類、オリゴマ類、重合体類と組合せたエポキシ官能性化合物類および樹脂類;
b.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類、重合体類と組合せたヒドロキシ官能性化合物類、オリゴマ類、重合体類;
c.メタクリル系およびアクリル系官能性オリゴマ類または重合体類と組合せたメタクリル系またはアクリル系官能性単量体類;
d.エポキシ官能性化合物類および樹脂類またはオリゴマ類と組合せた、アミノ官能性ポリオルガノシロキサン;
e.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類と組合せた、ヒドロキシ官能性ポリオルガノシロキサン;
f.メタクリル化またはアクリル化ポリオルガノシロキサン;
g.任意の割合でのa群とd群の組合せ;
h.任意の割合でのb群とe群の組合せ;
i.任意の割合でのc群とf群の組合せ;
から選ばれている、改善された難燃性、耐火性、熱絶縁性および燃焼時における煙の放散が少ないことを特徴とする該組成物を提供する。
以下の実施例は、本発明を例示している。
燃焼性試験法
これら組成物の燃焼性を BSS 7230 試験法(F2法、垂直試験法)に従って試験した。アルミニウム短冊状試験片(strips)(75×305 mm)のコーティングは、ドローダウン・バー(draw down bar) を用いて行われた(乾燥薄膜の平均厚さ:0.15〜0.20mm) 。試料を、試験前に一日間室温で硬化させた。その試験法は次の通り:
ブンゼン・バーナー(メタン・タイプの炎、平均温度、約 950℃)は、試料ホルダーから少なくとも 76mmの位置に 離して置かれた。組成物でコーティングしたアルミニウム試験片を試料ホルダーの中に入れ、次いでこの試料ホルダーを、その試料の下の端が、バーナーのオリフィスの最上部の上方、公称19 mm のところに位置するように、試験試料ホルダーの中に垂直に挿入し、次いで、キャビネットのドアを閉めた。タイマーを0にセットし、バーナーの位置を、試料の面の中心の下端の下に調整してから、試験を開始した。炎を12秒(点火時間)当て、次いで、バーナーを試料から少なくとも76 mm 離すように移動させ、炎を遠ざけた。
を助けるために、ティシューで試料の表面から煤と煙汚れを取除いた。
これら組成物はまた、BSS 7230に説明されているように炎の酸素含有量を段階的に変えて、黄色タイプの炎から、純粋に青いタイプの炎にまで移行させて、試験された。そして全ての場合に、それらの結果は正確に同じで、これは、これら難燃化した重合体組成物は、火災が起り得る環境の酸素含有量(換気条件)に無関係であることを示している。
消火時間:15 秒、燃焼長さ: 20.32cm 、ドリップ消失時間: 5 秒、および残光がないこと。
熱絶縁性評価法
ある種の組成物の熱絶縁性を、難燃性の評価に用いたのと同じ実験装置の中で、次の方法に従って評価した:組成物を,10×10×25 mm のバーに成型し、そしてそのバーの一つの端から、他方の端から 1 mm の所まで円筒状の孔(直径 1mm)を穿孔した。熱電対のプローブ(探針)は、試料の温度を記録するためのそのチップがブンゼンバーナーの炎(メタン・タイプの炎、平均温度、約 950℃)が当るはずの場所であるバーの先端(測定端)から丁度 1 mm のところに来るようにはめ込まれた。
ガラス転移温度(Tg)を、DSC(示差走査熱量測定)、TMA(熱機械的分析およびDMA(動機械的分析)で測定した。対応の各装置は:示差走査熱量測定計(DSC)、高温セル(窒素雰囲気、加熱速度:10℃/min) を備えたDSC−2920(TA Instruments 社);熱機械的分析計、TMA 40(Mettler 社)(窒素雰囲気、加熱速度:10℃/min)および動的機械的分析計、AR−2000 (TA Instruments 社)(直方体固形試料: 10×2 ×55mm、変形:± 1%、周波数 1 Hz 、空気雰囲気、加熱速度 5℃/min);である。
23℃でのヤング貯蔵モジュラス(G')は、DMA 法により動的機械的分析計、AR−2000(TA Instruments社)(直方体固形試料 10×2 ×55 mm 、変形:± 1%、周波数 1Hz、空気雰囲気、加熱速度 5℃/min)を用いて測定された。
23℃でのCharpyの衝撃強さは、ISO 179 に従って測定された。
23℃での圧縮強さと圧縮モジュラスは、ASTM 695に従って測定された。
23℃での平均剥離加重は EN 2243−2(120°ローラ剥離試験)に従って測定された。
ナノクレー Cloisite 25A [(登録商標)Southern Clays 社]および Nanofil 32[( 登録商標)Sud Chemie 社]を無溶媒で、各種樹脂または重合性単量体中に分散させた分散物を、以下の概略工程にしたがい調製した。
市場から入手可能で、そして広く知られているハロゲンを基体とする難燃化 2k−エポキシ接着剤、EPIBOND 1559[(商標) Vantico Ltd.社]が、比較用のハロゲンを基体とする難燃化組成物(実施例9)として用いられた。本発明の目的に合わせて、材料の分散と混合のためにカートリッジが用いられた。この対照配合物に付けられた製品名は、R1H である。
配合成分は、表2に見られる順番で添加された。次いで、それらは、完全に混合され、そして次に(燃焼試験をするために)上に説明した工程に従って、アルミニウム試験片の上にコーティングされた。
以下の配合物が、下に説明された工程に従って調製された。
配合物C1〜C13 の配合成分は、次のようにして、添加され、そして混合された:
第1添加工程:テトラエチレンペンタミンを除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:前もって調製したこの混合物にテトラエチレンペンタミンを添加した。
配合物 C14〜C15 の配合成分は、次のようにして、添加され、そして混合された:
第1添加工程:トリレンジイソシアナートと過酸化ベンゾイルとを、それぞれ除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:これらの前もって調製した対応する混合物に、トリレンジイソシアナートまたは過酸化ベンゾイルを添加した。
次の表に、比較用組成物での BSS 7230 燃焼性試験の結果がまとめられている。
実施例28〜49: ケイ素重合体基材を基体とする新規の難燃組成物の調製
下に説明する方法により次の配合物が調製された。
配合物 S1 〜C19 の配合成分は、次のようにして、添加され、そして混合された:
第1添加工程:エポキシ樹脂 MY−0510または D4608または D5006(適用可能な場合)を除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:この前もって調製した混合物に、エポキシ樹脂 MY−0510または D4608または D5006(適用可能な場合)を添加した。
た方法に従ってアルミニウム試験片の上にコーティングされた。
配合物 S20〜S21 の配合成分は、次のようにして、添加されそして混合された:
第1添加工程:トリレンジイソシアナートを除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:これらの前もって調製した混合物に、トリレンジイソシアナートを添加し
た。
次の表に、対照組成物での BSS 7230 燃焼性試験の結果がまとめられている。
S17〜 S19組成物の燃焼性試験データは、ケイ素と膨張性黒鉛との間の相乗作用を裏付ける。より一層柔軟な材料、ケイ素を基体とするポリウレタンの耐火性の改善が、組成物S20 と S21により例証されている。組成物 S17が、最も良好な難燃性能を達成している。
下に説明する方法により次の配合物が調製された。
配合物 CS1〜CS13の配合成分は、次のようにして、添加されそして混合された:
第1添加工程:エポキシ樹脂 MY−0510または D3508(適用可能な場合)を除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:この前もって調製した混合物に、エポキシ樹脂 MY−0510または D3508(適用可能な場合)を添加した。
配合物 CS14 〜C14 の配合成分は、次のようにして、添加され、そして次に混合された:
第1添加工程:それぞれ、トリレンジイソシアナートと過酸化ベンゾイルを除く全成分。完全に混合。
第2添加工程:これらの前もって調製した混合物に、トリレンジイソシアナートおよび過酸化ベンゾイルを添加した。
次の表に、対照組成物での BSS 7230 燃焼性試験の結果がまとめられている。
本出願の組成物の物理/機械的諸性質を評価するために、市場から入手可能で、非難燃性の二成分型エポキシ基体の接着剤 EPIBOND 1590 [(商標) Vantico Ltd.社]を本出願発明に係る組成物に準じて再配合(接着剤 1)し、その難燃性を、一連の物理/機械的諸性質と共に記録した。
接着剤 1の部分Aの調製
接着剤 EPIBOND 1590(登録商標) の樹脂部分(70 g)と Cloisite 10A(登録商標)(7.25g)を高せん断ミキサーの中で 4〜6 時間混合した。次いで、その混合物に 7.00 g の Grsfguard 220B、3.00g のオクタモリブデン酸アンモニウム、10.00gの Firebrake−ZB および 10.00g の Apyral−22を添加し、そして低せん断ミキサーの中で、混合を約 1時間続けた。
EPIBOND 1590 (登録商標) の硬化剤部分(70 g)と 7.00 g の Grsfguard 220B 、3.00 gのオクタモリブデン酸アンモニウム、10.00gの Firebrake−ZB および 10.00g の Apyral−22を低せん断ミキサーの中で、約 1時間混合した。
本出願の組成物の熱絶縁性能を評価するために、実施例66に説明したようにして調製された接着剤 1−23Cが、その熱絶縁性評価法に従って試験された。
23℃で 7日間硬化された EPIBOND 1590(登録商標) の試料の熱絶縁性も、この熱絶縁性評価法に従って評価された。この場合、165 秒間だけ炎が当てられたが、それはこの時間の後にはその試料は完全に燃え尽きるからである。
図1は、実施例67および68で、それぞれ調製されそして試験された接着剤 1−23Cと EPIBOND 1590(登録商標) について、熱絶縁性評価法により記録された結果を示している。165 秒後には、EPIBOND 1590の試料は完全に燃え尽き、記録された最高温度は、約565℃で、これは、この材料の初期分解温度を大幅に超えていた。対照的に、接着剤 1−23Cは、約 260秒後に、寸法的にはそのまま残っていた。 180〜200 秒を超えると、その接着剤1−23C の温度は、殆ど一様(平準化)であった(記録された最高温度:226℃)。
Claims (21)
- 少なくとも一種の重合体および/または少なくとも一種の硬化性単量体若しくはオリゴマと共に、
(a)熱を加えると膨張する、膨張性黒鉛を含む、少なくとも一種の微粒子状材料と、
(b)少なくとも一種の微粒子状層間挿入処理したナノクレーと、
を含んでいる組成物であって、組成物の総重量を基にして、熱を加えると膨張する微粒子状材料が1〜40w/w%、層間挿入されたナノクレーが5〜25w/w%の量存在する、上記組成物。 - 難燃剤としての性質を有する少なくとも一種の他の微粒子状材料をさらに含んでいる請求項1に記載の組成物。
- 難燃剤としての性質を有する少なくとも一種の他の微粒子状材料が、金属酸化物類/酸類、水和物類、水酸化物類、炭酸塩類、硫酸塩類、ケイ酸塩類、窒化物類、モリブデン酸塩類およびステアリン酸塩類から選ばれる少なくとも一種である、請求項2に記載の組成物。
- 難燃剤としての性質を有する少なくとも一種の他の微粒子状材料が、亜鉛またはカルシウムのホウ酸塩、スズ酸塩またはモリブデン酸塩、亜鉛またはマグネシウムのステアリン酸塩、モリブデン酸アンモニウム、水酸化カルシウム、三水酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、メタケイ酸ナトリウム・五水和物、テトラホウ酸カリウム・四水和物、水酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化チタン、酸化第二鉄、酸化モリブデン、フタル酸鉛、塩化第一スズ、及びそれらの錯体、から選ばれる少なくとも一種の材料である、請求項2または請求項3のいずれかに記載の組成物。
- 難燃剤としての性質を有する少なくとも二種の他の微粒子状材料を含んでいる請求項3または請求項4のいずれかに記載の組成物。
- 他の微粒子状材料(一種または複数)が1〜95w/w%の量存在する、請求項4または5のいずれかに記載の組成物。
- 他の微粒子状材料(一種または複数)が1〜40w/w%の量存在する、請求項4または5のいずれかに記載の組成物。
- エポキシ、アクリル、メタクリル、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、酸無水物、オレフィン性基、スチレン性基、アセトキシ、メトキシ、エステル、シアノ、アミド、イミド、ラクトンまたはウレタン、から選ばれる一種以上の基を含む硬化性単量体、オリゴマおよび/または重合体を含んでいる、請求項1〜6の任意の一項に記載の組成物。
- 接着剤、シーラントまたはコーティング組成物である、請求項1〜8の任意の一項に記載の組成物。
- 熱を加えると膨張する、膨張性黒鉛を含む、少なくとも一種の微粒子状材料及び少なくとも一種の微粒子状層間挿入処理されたナノクレーとともに、硬化性樹脂の硬化物を含む硬化物品であって、総重量を基にして、熱を加えると膨張する微粒子状材料が1〜40w/w%、層間挿入されたナノクレーが5〜25w/w%の量存在する、上記物品。
- 請求項1〜9の任意の一項に記載の組成物を硬化することを含む、請求項10に記載の硬化物品を製造する方法。
- 熱を加えると膨張する、熱膨張性黒鉛を含む、少なくとも一種の微粒子状材料及び少なくとも一種の微粒子状層間挿入処理されたナノクレー並びに少なくとも一種の硬化性単量体、オリゴマおよび/または重合体を混合すること、そして次いで、この得られた混合物を硬化させることを含む、請求項10に記載の硬化物品を製造する方法。
- 請求項1〜9の任意の一項に記載の組成物を、難燃性コーティングを生成させるのに十分な熱にかけることにより調製された耐火性コーティングを含んでいる、請求項10に記載の物品。
- 請求項1〜9の任意の一項に記載の組成物を基材に適用し、そして該組成物を硬化させることを含む、接着ボンド、シールまたはコーティングを製造する方法。
- 請求項14に記載の方法により生成されたボンド、シールまたはコーティングを含んでいる請求項10または13に記載の物品。
- (a)熱を加えると膨張する、膨張性黒鉛を含む、少なくとも一種の微粒子状材料と
(b)少なくとも一種の微粒子状層間挿入処理されたナノクレーと
を含んでいる、反応性単量体類、オリゴマ類および重合体類に対する難燃剤用添加物として使用される微粒子状組成物であって、反応性単量体類、オリゴマ類および重合体類、(a)、(b)の総重量を基にして、(a)が1〜40w/w%、(b)が5〜25w/w%の量で使用される、上記微粒子状組成物。 - 反応性単量体類、オリゴマ類および重合体類を基体とし、硬化すると、接着剤、シーラント、コーティングまたは成形物を生成する組成物であって、
請求項16に記載の微粒子状組成物を含んでおり、前記反応性単量体類、オリゴマ類および重合体類が、以下の群:
a.アミノ官能性化合物類、オリゴマ類、重合体類と組合せたエポキシ官能性化合物類および樹脂類;
b.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類、重合体類と組合せたヒドロキシ官能性化合物類、オリゴマ類、重合体類;
c.メタクリル系またはアクリル系官能性オリゴマ類または重合体類と組合せたメタクリル系またはアクリル系官能性単量体類;
d.エポキシ官能性化合物類および樹脂類またはオリゴマ類と組合せた、アミノ官能性ポリオルガノシロキサン;
e.イソシアナート官能性単量体類、二量体類、オリゴマ類と組合せた、ヒドロキシ官能性ポリオルガノシロキサン;
f.メタクリル化またはアクリル化ポリオルガノシロキサン;
g.任意の割合でのa群とd群の組合せ;
h.任意の割合でのb群とe群の組合せ;
i.任意の割合でのc群とf群の組合せ;
から選ばれている、改善された難燃性と燃焼時における煙の放散が少ないことを特徴とする、前記組成物。 - 前記微粒子状組成物が、ホウ酸亜鉛、三水酸化アルミニウム、オクタモリブデン酸アンモニウムからなる群からの一種以上の難燃性添加物および煙抑制剤をさらに含む、請求項17に記載の組成物。
- 前記ポリオルガノシロキサンが、ポリジメチルシロキサンである請求項17または18に記載の組成物。
- 前記クレーがモンモリロナイトである、請求項1〜9および17〜19のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜9および17〜20のいずれか1項に記載の組成物の、接着剤、シーラント、ペイントまたはコーティング剤、注型用樹脂、不燃化剤、熱絶縁体、強化剤またはチキソトロピー剤、ケーブルとして;あるいは成形可能な成形材料中で、そして仕上げ成形物中で、または複合材用材料中での使用。
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