JP7007448B2 - 難燃性硬質ポリウレタン発泡体 - Google Patents
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Description
本願は、2015年9月30日に出願した特願2015-194241号明細書の優先権の利益を主張するものであり、当該明細書はその全体が参照により本明細書中に援用される。
(技術分野)
本発明は、難燃性硬質ポリウレタン発泡体に関する。
上記比率は、1900~2000cm-1の平均強度をゼロに合わせ、1500~1520cm-1の最大ピーク強度を1とした時の、1390~1430cm-1における温度80℃,湿度85%での湿熱処理の1週間後の最大ピーク強度の、湿熱処理前の最大ピーク強度に対する比率を百分率で表わしたものである。
ウレタン樹脂の主剤である芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ジメチルジフェニルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート等が挙げられる。
ウレタン樹脂の硬化剤であるポリオールとしては、例えばポリラクトンポリオール、ポリカーポネートポリオール、芳香族ポリオール、脂環族ポリオール、脂肪族ポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。
その中でも分子量200~800のポリエステルポリオールを用いることがより好ましく、分子量300~500のポリエステルポリオールを用いることがさらに好ましい。
INDEX=イソシアネートの当量数÷(ポリオールの当量数+水の当量数)×100
ここで、イソシアネートの当量数=NCOの分子量÷NCO含有量(%)×100、
ポリオールの当量数=OHV×使用部数÷KOHの分子量、OHVはポリオールの水酸基価(mg KOH/g)、
水の当量数=使用部数/水の分子量×水のOH基の数
である。なお上記式において、NCOの分子量は42、KOHの分子量は56100、水の分子量は18、水のOH基の数は2とする。
整泡剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン整泡剤、オルガノポリシロキサン等のシリコーン整泡剤等の界面活性剤等が挙げられる。
触媒としては、例えば三量化触媒が挙げられる。
水分量は、 トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート(TMCPP) 10gと水1gと触媒1gとを混合した後、充分に静置する。その後、TMCPP層の水分量を カールフィッシャー法にて測定した値とする。
発泡剤は、ウレタン樹脂の発泡を促進する。発泡剤としては、例えば、水;プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン等の低沸点の炭化水素;ジクロロエタン、プロピルクロリド、イソプロピルクロリド、ブチルクロリド、イソブチルクロリド、ペンチルクロリド、イソペンチルクロリド等の塩素化脂肪族炭化水素化合物;CHF3、CH2F2、CH3F等のフッ素化合物;トリクロルモノフルオロメタン、トリクロルトリフルオロエタン、ジクロロモノフルオロエタン、(例えば、HCFC141b (1,1-ジクロロ-1-フルオロエタン)、HCFC22 (クロロジフルオロメタン)、HCFC142b(1-クロロ-1,1-ジフルオロエタン))等のハイドロクロロフルオロカーボン化合物;HFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン)、HFC-365mfc(1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン)等のハイドロフルオロカーボン;ジイソプロピルエーテル等のエーテル化合物、あるいはこれらの化合物の混合物等の有機系物理発泡剤、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等の無機系物理発泡剤等が挙げられる。
難燃剤は、赤リン、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤、および金属水酸化物から選ばれる少なくとも1つを含む。好ましくは、難燃剤は、赤リンと、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤、および金属水酸化物から選ばれる少なくとも1つとを含む。
本発明に使用する赤リンに限定はなく、市販品を適宜選択して使用することができる。
赤リンの添加量は、ウレタン樹脂100重量部に対して、2重量部~30重量部の範囲であることが好ましく、3.5~20重量部の範囲であることがより好ましく、6.0重量部~18重量部の範囲であることがより好ましい。
赤リンの範囲が3.5重量部以上の場合は、難燃性ウレタン樹脂組成物の自己消火性が保持され、また20重量部以下の場合には難燃性ウレタン樹脂組成物の発泡が阻害されない。
本発明に使用するホウ素含有難燃剤の添加量は、ウレタン樹脂100重量部に対して、1.5重量部~52重量部の範囲であることが好ましく、1.5重量部~20重量部の範囲であることがより好ましく、2.0重量部~15重量部の範囲であることが更に好ましく、2.0重量部~10重量部の範囲であることが最も好ましい。
発泡性ポリウレタン樹脂組成物は、さらに無機充填材を含んでもよい。無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化錫、酸化アンチモン、フェライト類、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ドーソナイト、ハイドロタルサイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、石膏繊維、ケイ酸カルシウム等のカリウム塩、タルク、クレー、マイカ、ウォラストナイト、モンモリロナイト、ベントナイト、活性白土、セピオライト、イモゴライト、セリサイト、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカバルーン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、炭素バルーン、木炭粉末、各種金属粉、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、チタン酸ジルコン酸鉛、アルミニウムポレート、硫化モリブデン、炭化ケイ素、ステンレス繊維、各種磁性粉、スラグ繊維、フライアッシュ、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維等が挙げられる。
上記比率(P1/P2×100)は、難燃性硬質ポリウレタン発泡体の難燃性及び耐湿熱性の指標として使用することができる。
表1に示した配合により、実施例1~4及び比較例1~2に係る発泡性ポリウレタン樹脂組成物を、(1)ポリオールプレミックスおよび(2)芳香族ポリイソシアネートの2つに分けて準備した。なお表中の各成分の詳細は次の通りである。
・ポリオール
p-フタル酸ポリエステルポリオール(川崎化成工業社製、製品名:マキシモールRLK-087、水酸基価=200mgKOH/g)
・整泡剤
ポリアルキレングリコール系整泡剤(東レダウコーニング社製、製品名:SH-193)
・触媒
三量化触媒(東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)-TRX)
三量化触媒(エアープロダクツ社製、製品名:DABCO(登録商標) K-15)
三量化触媒(サンアプロ株式会社製、製品名:U-CAT 18X)
三級アミン(アルキル化ポリアルキレンポリアミン)(東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)-TT)
三級アミンのウレタン触媒(イミダゾール系化合物)(サンアプロ株式会社製、製品名:U-CAT 202)
三級アミン(1,2-ジメチルイミダゾールとエチレングリコールの混合物)(東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)-DM70)
三級アミン(トリエチレンジアミン)(東ソー社製、製品名:TEDA-L33)
水
HFC HFC-365mfc(1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン、セントラル硝子社製)及びHFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、日本ソルベイ社製)、混合比率 HFC-365mfc:HFC-245fa = 7:3、以下「HFC」という)
・難燃剤
トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート(大八化学社製、製品名:TMCPP、「TMCPP」という。)
赤リン (燐化学工業社製、製品名:ノーバエクセル140)
ホウ酸亜鉛(早川商事株式会社製、製品名:FIRebrake ZB)
・無機充填材
ウォラストナイト(SiO2・CaO)(キンセイマテック社製、製品名:SH-1250)
フュームドシリカ(日本アエロジル社製、製品名:アエロジルR976S)
4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4'-MDI)(万華化学ジャパン株式会社製、製品名:PM200)
下記の表1の配合に従い、(1)ポリオールプレミックスの成分を 1000mLポリプロピレンビーカーにはかりとり、25℃、1分間手混ぜで撹拝した。撹拝後の(1)ポリオールプレミックスの成分の混練物に対して、(2)芳香族ポリイソシアネートを加え、ハンドミキサーで約10秒間擾拝し発泡性ポリウレタン樹脂組成物を作成した。得られた発泡性ポリウレタン樹脂組成物は時間の経過と共に流動性を失い、難燃性硬質ポリウレタン発泡体を得た。前記発泡体を下記の基準により評価し、結果を表1に示した(各成分の割合をウレタン樹脂100重量部に対する重量部で示す)。
実施例1~4および比較例1~2の難燃性硬質ポリウレタン発泡体の表層から5mm~10mmの位置を削り取り、削り取った各サンプルをオーブンに入れて、温度80℃,湿度85%で湿熱処理した。
また、実施例3及び4のイソシアヌレート比、及び湿熱処理の1週間後のイソシアヌレート比の値の湿熱処理前のイソシアヌレート比の値に対する比率は表1に示すとおりの結果であった。
実施例1~4の難燃性硬質ポリウレタン発泡体を温度80℃,湿度85%で1週間および2週間湿熱処理したサンプルおよび比較例1~2の難燃性硬質ポリウレタン発泡体を温度80℃,湿度85%で1週間湿熱処理したサンプルから、10cm×10cm×5cmになるようにコーンカロリーメーター試験用サンプルを切り出し、ISO-5660に準拠し、放射熱強度50kW/m2にて20分間加熱したときの最大発熱速度、総発熱量を測定した。
上記各成分のうち、アルキル化ポリアルキレンポリアミン(三級アミン)(東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)-TT)、三級アミンのウレタン触媒(イミダゾール系化合物、サンアプロ株式会社製、製品名:U-CAT 202)、三級アミン(1,2-ジメチルイミダゾールとエチレングリコールの混合物、東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)-DM70)、三級アミン(トリエチレンジアミン、東ソー社製、製品名:TEDA-L33)について、以下の方法により水分量の測定を行った。
まず、各触媒1gとTMCPP10gと水1gとを混合した後、充分に静置した。その後、TMCPP層の水分量を カールフィッシャー法により測定した。
その結果、TOYOCAT(登録商標)-TTは4.3%、U-CAT 202は4.5%、TOYOCAT(登録商標)-DM70は、3.7%、TEDA-L33は、3.6%であった。
また、本発明は以下の構成を採用することもできる。
前記発泡体を、温度80℃、湿度85%の条件で1週間、湿熱処理した後の最大ピーク強度比(P1)の、前記湿熱処理する前の前記発泡体の最大ピーク強度比(P2)に対する比率(P1/P2×100)が85%以上であることを特徴とする難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
(但し、前記P1及びP2は、前記発泡体の表層から5mm~10mmの位置における赤外線吸収スペクトルを測定し、1900~2000cm-1の平均強度をゼロに合わせた時の1500~1520cm-1の最大ピーク強度に対する1390~1430cm-1の最大ピーク強度の比をいう。)
[2]難燃剤として、赤リン、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤および金属水酸化物からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
[3]三量化触媒と、三量化触媒以外の触媒とを含み、
ウレタン樹脂100重量部に対して、三量化触媒を0.6~10重量部含み、
ウレタン樹脂100重量部に対して、三量化触媒以外の触媒を3重量部以下の割合で含むことを特徴とする[1]又は[2]に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
[4]ウレタン樹脂100重量部に対して、三量化触媒以外の触媒としての第三級アミンの含有量が3重量部以下であることを特徴とする[1]~[3]のいずれかに記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
[5]ポリオール、ポリイソシアネート、整泡剤、触媒、発泡剤及び難燃剤を含み、
触媒として、三量化触媒と、三量化触媒以外の触媒とを含み、
前記三量化触媒をウレタン樹脂100重量部に対して0.6~10重量部の割合で含み、
前記三量化触媒以外の触媒としての第三級アミンを、ウレタン樹脂100重量部に対して3重量部以下の割合で含むことを特徴とする発泡性ポリウレタン樹脂組成物。
[6]難燃剤として、赤リン、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤および金属水酸化物からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする[5]に記載の発泡性ポリウレタン樹脂組成物。
Claims (7)
- 難燃剤を含む難燃性硬質ポリウレタン発泡体であって、
前記難燃性硬質ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤及び難燃剤を含み、
前記触媒として、三量化触媒と三量化触媒以外の触媒とを含み、
前記三量化触媒がカルボン酸アルカリ金属塩を含み、前記三量化触媒以外の触媒が1,2-ジメチルイミダゾールを含み、
前記発泡剤として有機系物理発泡剤を含み、
前記発泡体を、温度80℃、湿度85%の条件で1週間、湿熱処理した後の最大ピーク強度比(P1)の、前記湿熱処理する前の前記発泡体の最大ピーク強度比(P2)に対する比率(P1/P2×100)が85%以上であることを特徴とする難燃性硬質ポリウレタン発泡体。(但し、前記P1及びP2は、前記発泡体の表層から5mm~10mmの位置における赤外線吸収スペクトルを測定し、1900~2000cm-1の平均強度をゼロに合わせた時の1500~1520cm-1の最大ピーク強度に対する1390~1430cm-1の最大ピーク強度の比をいう。) - 難燃剤として、赤リン、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤および金属水酸化物からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
- 前記ポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計量100重量部に対して、前記三量化触媒を0.6~10重量部含み、
前記ポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計量100重量部に対して、前記三量化触媒以外の触媒を3重量部以下の割合で含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。 - 前記ポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計量100重量部に対して、三量化触媒以外の触媒としての第三級アミンの含有量が3重量部以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
- ポリオール、ポリイソシアネート、整泡剤、触媒、発泡剤及び難燃剤を含み、
触媒として、三量化触媒と、三量化触媒以外の触媒とを含み、
前記三量化触媒がカルボン酸アルカリ金属塩を含み、前記三量化触媒以外の触媒が1,2-ジメチルイミダゾールを含み、
前記発泡剤が有機系物理発泡剤を含み、
前記1,2-ジメチルイミダゾールを、前記ポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計量100重量部に対して0.1重量部以上の割合で含むことを特徴とする発泡性ポリウレタン樹脂組成物。 - 前記三量化触媒を、前記ポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計量100重量部に対して0.6~10重量部の割合で含むことを特徴とする請求項5に記載の発泡性ポリウレタン樹脂組成物。
- 前記難燃剤として、赤リン、リン酸エステル、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤および金属水酸化物からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項5又は6に記載の発泡性ポリウレタン樹脂組成物。
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