JP7182601B2 - 反応性難燃剤を含む硬質ポリウレタン発泡体 - Google Patents

Description

本出願は２０１７年７月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／５３６２６０号の利益を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書の開示は反応性ジアルキルリン含有化合物、すなわち、ポリオールおよびイソシアネートと反応した場合に、硬質ポリウレタン発泡体において高効率の反応性難燃剤として働くジアルキルホスフィン酸のヒドロキシル官能性エステルの使用を提供する。本発明はさらに、反応し、硬質ポリウレタン発泡体のポリマーマトリックスに組み込まれた前記ヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートを有する難燃性硬質ポリウレタン発泡体を提供する。「難燃剤（flame retardants）」および「難燃剤（fire retardants）」という表現は、本明細書では互換的に使用される。

臭素系またはリン系難燃剤は非常に有効であることが知られており、多くの場合、硬質ポリウレタン発泡体などの合成材料の火災リスクを低減するための唯一の選択肢である。しかし、化学物質、特に難燃剤の公衆および政府による検査の増加は、何年にもわたって増加している。目標はより持続可能で、反応性があり、ポリマーおよび／またはハロゲンを含まない新製品に向けられている。難燃剤がポリマーマトリックス中に反応しており浸出しえない場合、検査は大幅に減少する。

米国特許第３１０４２５９号明細書

したがって、高いリン含量、透明な明るい色、および、ポリウレタン工業で使用されるポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールとの良好な相溶性、のような特徴を有する硬質ポリウレタンのための反応性リン含有難燃剤が求められている。

本発明は、反応性ジアルキルリン含有モノヒドロキシル官能性化合物難燃剤を有する硬質ポリウレタン発泡体を提供する。当該難燃剤は、非常に満足のいく難燃特性を有し、硬質ポリウレタン発泡体形成系のポリオール成分と良好な相溶性を有する。本明細書で使用される「硬質ポリウレタン発泡体形成系」という表現は、ポリオール、イソシアネート、および本明細書に記載のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物を含むと理解されるものとする。モノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、それらの単一のヒドロキシル官能基を介して完全に反応性であり、ジヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物またはトリヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物よりも容易に配合できる。驚くべきことに、本明細書中の反応性モノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、ヒドロキシル官能基の含有量が低いにもかかわらず、たとえば硬質ポリウレタン発泡体形成系のイソシアネート成分との反応によって、硬質ポリウレタン発泡体の特性を破壊することなく、反応し、硬質ポリウレタン発泡体のポリマー構造に組み込まれうることが見出された。このことは、難燃剤が硬質発泡体基材に一体化され、その結果、それらが周囲に放出されず、生体組織の細胞膜を貫通しにくく、したがって健康上の危険を引き起こさないことを意味する。本発明はさらに、本明細書に記載の反応性ジアルキルリン含有モノヒドロキシル官能性化合物を含むがこれに限定されない、上記の硬質ポリウレタン発泡体形成系を提供する。

本明細書で使用される用語「ポリウレタン」は、ポリウレタンおよびポリイソシアヌレート材料の両方を含むと理解される。当業者はポリウレタン材料とポリイソシアヌレート材料とを区別することができ、その区別は本明細書では論じない。

本明細書で使用される「発泡体」という用語は、硬質、半硬質、および一成分（ＯＣＦ）のポリウレタンまたはポリイソシアヌレートの発泡体を指す。一般式（Ｉ－Ａ）および／または一般式（Ｉ－Ｂ）の反応したモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物（ここで、一般式（Ｉ－Ｂ）は、ポリアルコールの部分的リン酸化反応による、少なくとも一つのリン含有基を有するリン含有ジオールおよび／またはポリオール反応生成物である。）を含む、本質的にからなる、または、からなる、本明細書記載の、またはクレームされた硬質ポリウレタン発泡体は、いずれも、反応性材料として前述の化学式を含み、すなわち、前述の化学式は反応して硬質ポリウレタン材料の構造に組み込まれる。ここで、前述の化学式は、存在しなくてもよく、または、ジオールおよび／もしくはポリオールと、イソシアネートと、本明細書に記載される前述の化学式と、の反応生成物として硬質ポリウレタン材料中に存在してもよい。

本明細書で使用される「硬質」という用語は、ポリウレタンおよびポリイソシアヌレートの配合物の、硬質発泡体、半硬質発泡体、および一成分発泡体を指す。

本明細書で使用される「ポリオール」という用語は、ジオールおよび／またはポリオールとして定義される可能性もあると理解される。

本明細書で使用される「一成分発泡体」（ＯＣＦ）という用語は、湿気硬化性であり、加圧容器、好ましくは使い捨て加圧容器（エアゾール缶）に収容され、本明細書に記載のポリオール、イソシアネートおよび難燃剤または難燃剤ブレンドを含みうる、ｉｎ－ｓｉｔｕポリウレタン発泡体（ＤＩＮ １８１５９）であると理解される。ポリウレタンのＯＣＦは、建築産業において、たとえば、限定されないが、シーリングジョイント、屋根表面、窓、およびドアに関連して使用される、シーリング剤、断熱材、および組立材の目的で使用できる。

一実施形態では、ＯＣＦをイソシアネートプレポリマーから調製することができ、イソシアネートプレポリマーは、ポリオールと有機ジイソシアネートおよび／またはポリイソシアネートとを、発泡安定剤および触媒、ならびに必要に応じて、可塑剤、本明細書に記載の難燃剤、および他の添加剤の存在下で反応させることによって調製される。ＯＣＦ反応の反応は、加圧容器中の液化ガスの存在下で起こる。プレポリマーの形成後、発泡体は、バルブを通して定量的に排出されうる。発泡体はクリーム状の粘稠度を有し、大気中の水分の影響下で、たとえば空気から硬化し、プロセスにおいて体積が増加する（一成分発泡体）。また、発泡体を適用する直前に、別の加圧容器から活性剤を添加してもよい。活性剤は、発泡体（二成分発泡体）の、より速い粘着性のない硬化を提供する。活性化剤は、短鎖ジオール、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタン－１，４－ジオール、またはグリセロールであってもよい。

本発明に係る難燃性混合物は、難燃性有効量の、一般式（Ｉ－Ａ）および（Ｉ－Ｂ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物（Ａ）、ならびに、ポリアルコールの部分リン酸化反応による、一般式（Ｉ－Ｂ）の少なくとも１つのリン含有基を含有するリン含有ジオールおよび／またはポリオール反応生成物の基を提供し、
一般式（Ｉ－Ａ）は以下の構造であり、

ここで、
Ｒ^１およびＲ^２は、１～４個の炭素原子を含む直鎖または分枝鎖アルキル基から選択され、当該アルキル基は、たとえば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチルおよびイソブチルであり、好ましくはメチルまたはエチルであり、より好ましくはＲ^１およびＲ^２の両方がエチルであり、
Ｘは、以下のいずれかの構造であり、

Ｘが前者である場合、Ｚは、－（Ｙ－Ｏ）ｎ－であり、ここで、Ｙは、直鎖または分岐アルキレン基（炭素数２～８、好ましくは炭素数２～４、より好ましくはエチレン、プロピレン、またはイソプロピレン）であり、ｎは、１～２０、好ましくは１～５、より好ましくは１～２の整数を表し、
ｋは、０または１であってよく、
Ｒ^３は、水素、またはモノヒドロキシ末端の直鎖もしくは分岐アルキレン基（炭素数２～約８、好ましくは炭素数２～４）から選択され、
ただし、ｋが０である場合は、Ｒ^３は、モノヒドロキシ末端の直鎖または分岐アルキレン基であり、ｋが１である場合は、Ｒ^３は、水素であり、
Ｘが後者である場合、Ｒ^４およびＲ^５は、それぞれ独立に、Ｈ、直鎖または分岐アルキル基（炭素数１～８、好ましくは炭素数１～約４、より好ましくはメチル、エチル、またはプロピル）、直鎖または分岐アルケニル基（炭素数２～８、好ましくは炭素数２～４）、ハロゲン置換アルキル基（炭素数１～８）、アルコキシ基（炭素数１～８、好ましくは炭素数１～４）、アリール基（炭素数６～１２、好ましくは炭素数６～８）、もしくはアルキルアリール基（炭素数７～１６、好ましくは炭素数７～１２）であるか、または、Ｒ^４とＲ^５とが互いに結合してシクロアルキル基（炭素数４～８、好ましくは炭素数６）を形成し、
一般式（Ｉ－Ｂ）は以下の構造であり、

ここで、
Ｒ^１およびＲ^２は、独立して、直鎖または分岐アルキル基（炭素数１～４、たとえばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、およびイソブチル、好ましくはメチルまたはエチル、より好ましくはＲ^１およびＲ^２がいずれもエチル）であり、
ｎ^１は、１以上の整数であり、ｎ^２は、１であり、好ましくは、ｎ^１は、約１～約５であり、
Ｚ^２は、ｎ^１＋ｎ^２の原子価を有するジオールまたはポリオール部分であって、以下の一般式で表され、

ここで、Ｒは、

または、

から選択され、
式中、それぞれのＲ^６は、独立して、Ｈまたはアルキル基（炭素数１～４）であり、
ｘは、０または１以上であり、好ましくは１～４であり、より好ましくはｘ＝１であり、ｙは、２または３であり、Ｚは、２～５の整数であり、ｍは、１以上であり、好ましくはｍ＝１である。

これらの化合物の調製方法も本明細書に提供される。

式（Ｉ－Ａ）の化合物は、式（ＩＩ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィン酸とオキシラン基を有する化合物との反応によって調製できる。

ここで、Ｒ^１およびＲ^２は、上記の定義の通りであり、Ａは、塩素または臭素である。

式（Ｉ－Ａ）の化合物は、式（ＩＩＩ）のジアルキルホスフィンハロゲン化物と脂肪族ジオールとの反応によっても調製できる。

ここで、Ｒ^１およびＲ^２は、上記の定義の通りであり、Ａは、塩素または臭素である。

本発明のリン含有ジオールおよび／またはポリオール、たとえば式（Ｉ－Ｂ）のものは、式（ＩＩＩ）のジアルキルホスフィンハロゲン化物と脂肪族ジオールおよび／またはポリオールとの反応によって調製できる。

本発明の反応性モノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは高いリン含有量を有し、良好な加水分解および熱安定性を有し、硬質ポリウレタン発泡体形成系のジオールおよび／またはポリオール成分との良好な相溶性を示し、硬質ポリウレタン発泡体における高効率の反応性難燃剤として有用である。

本発明はさらに、硬質ポリウレタン発泡体形成系中で反応させて硬質ポリウレタン発泡体を形成した後に、前記リン含有モノヒドロキシル官能性化合物の反応性残基を含む難燃性硬質ポリウレタンを提供する。本明細書のリン含有モノヒドロキシル官能性化合物は硬質ポリウレタン発泡体形成系において、個別に、互いに組み合わせて、および／または、ハロゲン含有難燃剤およびリン含有難燃剤を含む他の難燃剤との混合物として、使用できる。

本発明の上記および他の特徴および利点はすべて、以下の本発明の好ましい実施形態の例示的かつ非限定的な詳細な説明によってより良く理解されるであろう。

一実施形態では式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは、より具体的な式（Ｉ－Ａ－１）または式（Ｉ－Ａ－２）のものでありうる。
式（Ｉ－Ａ－１）は以下の通りである。

ここで、Ｒ^１およびＲ^２、Ｚ、ｋ、およびＲ^３は、上記の定義の通りである。
式（Ｉ－Ａ－２）は以下の通りである。

ここで、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^４およびＲ^５は、上記の定義の通りである。

本明細書の一実施形態では、本発明の式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは、式（ＩＩ）のジアルキルホスフィン酸と、オキシラン基を有する式（ＩＶ）の化合物との反応によって調製される。

ここで、Ｒ^４およびＲ^５は、上記の定義の通りである。

本明細書の１つの他の実施形態では、本発明の式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは、式（ＩＩＩ）のジアルキルホスフィンハロゲン化物と、式（Ｖ）の脂肪族ジオールとの反応によって調製される。

ここで、Ｚ、Ｒ^３および下付き文字ｋは、上記の定義の通りである。

本発明のリン含有ジオールおよび／またはポリオール、たとえば式（Ｉ－Ｂ）のものは、式（ＩＩＩ）のジアルキルホスフィンハロゲン化物と、脂肪族ジオールまたはポリオールとの反応によって調製される。

本発明の方法において出発物質として使用されるジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）およびジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）は、大部分が当該技術分野において周知である。式（ＩＩ）の化合物は、たとえば、対応するジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）の加水分解によって得ることができる。後者は、たとえば、米国特許第３１０４２５９号明細書（特許文献１）に記載されている方法によって調製することができ、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の式（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）または式（Ｉ－Ａ－２）、の化合物を調製するための方法において使用される具体的なオキシラン化合物は、たとえば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、１，２－エポキシブタン、１，２－エポキシペンタン、１，２－エポキシヘキサン、１，２－エポキシ－５－ヘキセン、１，２－エポキシ－２－メチルプロパン、１，２－エポキシオクタン、グリシジルメチルエーテル、グリシジルイソプロピルエーテル、グリシジルイソブチルエーテル、グリシジルヘプチルエーテル、グリシジル－２－エチルヘキシルエーテル、グリシジルアリルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、スチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、エピクロヒドリン、およびこれらの組合せからなる群から選択されるが、これらに限定されない。より好ましくは、オキシラン化合物として、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、および１，２－エポキシブタン、が使用される。

本発明の式（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）または式（Ｉ－Ａ－２）、の化合物を調製するための方法において使用される具体的な脂肪族ジオールは、たとえば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、２－ブテン－１，４－ジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、１，８－オクタンジオール、および７００までの分子量を有する他のジオール、からなる群より選択されるが、これらに限定されない。

本発明のリン含有ポリオールを調製するための方法において使用される脂肪族ジオールおよび／またはポリオールは、一般に、少なくとも２個または少なくとも３個の反応性水素原子をそれぞれ有する任意の適切なジオールおよび／またはポリオールであってよく、たとえば、２または３～６、好ましくは２、３および４の官能性を有し、かつ好ましくは約１００～約７００の分子量を有するものである。具体的な脂肪族ジオールおよび／またはポリオールは、非ポリマーポリアルコールの群、たとえば、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、またはグリセロールから選択できる。

好ましくは、本発明に従って使用されるジオールおよび／またはポリオールは、ポリエーテルジオールおよび／またはポリオールである。この種のジオールおよび／またはポリオールは、１つまたは複数のアルキレンオキシド（たとえば、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシド）と、アルコール、アミンおよび酸などの１つまたは複数の活性水素原子を含有する適切な反応物との開環付加反応によって得られ、より具体的には、前記反応物は、ジオール、トリオール、ノボラック樹脂、ペンタエリトリトール、ソルビトール、スクロース、ジエチレントリアミンなどからなる群から選択されうる。本発明によれば、ポリエステル－ポリオールを使用することもでき、この種のポリオールは、アジピン酸、フタル酸などのカルボン酸、ジカルボン酸（またはポリカルボン酸）とジオールまたはトリオールとの縮合反応によって得られる。リン含有モノオール、ジオールまたはポリオールを調製するための本発明に係る方法において使用される脂肪族ジオールおよび／またはポリオールは、ポリマージオールおよび／またはポリオール（たとえば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびそれらの混合物）から選択される。

本発明の好ましい実施形態では、ジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）とオキシラン化合物との反応は、過剰のオキシランの媒体中で実施され、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、またはトルエンなどの有機溶媒があってもなくてもよい。

モノヒドロキシジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）との反応に使用されるオキシラン化合物の量は、モノヒドロキシジアルキルホスフィン酸に対して５～３００モル％過剰であり、好ましくは５０～１００モル％過剰である。モノヒドロキシジアルキルホスフィン酸に対して１００％を超えるモル過剰のオキシラン化合物を使用することは、大量のオキシランを回収する必要があるために不便である。

本発明の式（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）もしくは式（Ｉ－Ａ－２）、のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは、反応に供されるジアルキルホスフィン酸およびオキシランに対して、約８～１８重量％のリン含有量および約１５０～３１５ｍｇＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有する。

目的生成物であるモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）もしくは（Ｉ－Ａ－２）、のモノヒドロキシジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）を可能な限り最も高いリン含有量で得るために、モノヒドロキシジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）の中で最も高いリン含有量を有するモノヒドロキシジアルキルホスフィン酸を、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドと反応させることが好ましい。

したがって、特に価値のある特性を有する式（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）もしくは式（Ｉ－Ａ－２）、の化合物は、Ｒ^１およびＲ^２がそれぞれエチルである化合物である。

前記反応は、４０～１２０℃、好ましくは７０～９０℃の間の温度で実施される。４０℃より低い温度では、反応は許容できないほど遅くなる。一方、１２０℃より高い温度を適用すると、望ましくない分解生成物が生成する可能性があるため、好ましくない。

好ましい実施形態では、ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）と脂肪族ジオールとの反応は、過剰のジオールの媒体中で行われる。

ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）との反応に使用されるジオール化合物の量は、一般に、ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物１モル当たり２～１０モル、好ましくは４～８モル過剰である。これらのジオールの比較的多量の過剰量は、グリコールおよびジオールのヒドロキシル基を有さないビス（ジアルキルホスフィネート）エステルの望ましくない形成を最小限にするために必要とされる。ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物１モル当たり１０モルを超える過剰量のジオール化合物を使用することは、大量のジオールを回収する必要があるために不便である。

本発明の式（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）もしくは式（Ｉ－Ａ－２）、のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートは、反応に供されるジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物およびジオールに応じて、約２～１８重量％のリン含有量および約１５０～４５０ｍｇＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有する。

目的生成物であるモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート（Ｉ－Ａ）、またはより具体的には式（Ｉ－Ａ－１）もしくは（Ｉ－Ａ－２）、のモノヒドロキシジアルキルホスフィン酸（ＩＩ）を可能な限り最も高いリン含有量で得るために、ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）の中で最も高いリン含有量を有するジアルキルホスフィンハロゲン化物を、エチレングリコールと反応させることが好ましい。

したがって、特に有用な特性を有する式（Ｉ－Ａ－１）の化合物は、Ｒ^１およびＲ^２がそれぞれエチルであり、ｋが１であり、ｎが１であり、Ｙが－ＣＨ_２ＣＨ_２－であり、Ｒ^３が水素である。

前記反応は、２５～１２０℃、好ましくは５０～９０℃の温度で行われる。２５℃より低い温度を適用すると、収率が低くなる。一方、１２０℃より高い温度を適用すると、望ましくない分解生成物が形成されることがあるので、好ましくない。加えて、たとえばＭｇＣｌ_２またはＺｎＣｌ_２のような触媒を使用して反応を促進できる。

好ましい実施形態では、ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）と脂肪族ジオールとの反応は、有機溶媒および過剰の脂肪族アルコールの両方の媒体中で、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどの強塩基の存在下で実施される。有機溶媒は、芳香族化合物から選択される。特に好適な芳香族溶媒は、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、メシチレン、ならびに、特にトルエンおよびキシレンである。この方法で使用される塩基の有効量は、１モルのジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）あたり１～１．２モル、好ましくは１～１．０５モルである。

水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムは、固体形態で使用できる。ジオールと塩基との反応から生じる水は、ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）の添加前に、反応混合物から可能な限り除去されるべきである。

好ましい実施形態において、ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）と脂肪族ジオールおよび／またはポリオールとの反応は、ジオールおよび／またはポリオールの部分リン酸化の程度を変化させることによって行われる。本発明によるリン含有ジオールおよび／またはポリオールは、少なくとも１つのリン含有基を含む。このリン含有基は、式（ＩＩＩ－Ａ）の基である。

ここで、Ｒ^１およびＲ^２は、上記に定義された通りであり、波線は、酸素原子を介したジオールまたはポリオールへの結合を示す。

本発明のリン含有ジオールおよび／またはポリオールはまた、式（ＩＩＩ－Ａ）の２つ以上のリン含有基を含むことができ、これらのリン含有基は同一であっても異なっていてもよい。

ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）と脂肪族ジオールおよび／またはポリオールとの反応は、有機塩基の存在下で実施できる。かかる有機塩基は、トリエチルアミン、ピリジン、ジイソプロピルエチルアミン、１－メチルイミダゾールなどの第三級アミンの群から選択されうるが、これらに限定されない。使用される塩基の量は、ハロゲン化ジアルキルホスフィン（ＩＩＩ）に対して等モルである。塩基は、ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物に対して過剰に使用することもできる。前記反応は、典型的には不活性有機溶媒の媒体中で行われる。リン酸化に適した溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、または１，２－ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素であるが、これらに限定されない。
さらに好適な溶媒は、ジオキサンまたはテトラヒドロフランなどのエーテルである。さらに好適な溶媒は、ヘキサンまたはトルエンなどの炭化水素である。

好ましい実施形態では、ジアルキルホスフィンハロゲン化物（ＩＩＩ）と脂肪族ジオールおよび／またはポリオールとの反応は、クロロベンゼン、メシチレン、特にトルエンおよびキシレンなどの有機溶媒の媒体中で、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどの強無機塩基の存在下で実施される。

この方法で使用される塩基の有効量は、１モルのジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）あたり１～１．２モル、好ましくは１～１．０５モルである。水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムは、固体形態で使用できる。ジオールおよび／またはポリオールと塩基との間の反応から生じる水は、ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）の添加前に、反応混合物から可能な限り除去されるべきである。

ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）とジオールおよび／またはポリオールとの量は、所望の官能化度が達成されるように調節できる。ジオールおよび／またはポリオールの部分リン酸化は、ジオールおよび／またはポリオールに対するジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物（ＩＩＩ）の化学量論量未満を、その官能化度に基づいて使用することによって達成できる。このようにして、ジオールおよび／またはポリオール中のＯＨ基の一部のみを、ジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物と反応させる。

本発明のリン含有ジオールおよび／またはポリオール（本明細書では、部分的にリン酸化されたジオールおよび／またはポリオールとも記載される。）は、平均残留ＯＨ官能基（リン酸化後）が１であり、分子量が約２００～約１０００である。本発明のリン含有ジオールおよび／またはポリオールは、反応に使用されるジアルキルホスフィン酸ハロゲン化物およびジオールおよび／またはポリオール、ならびにそれらの間のモル比に応じて、リン含有量が約４～２０重量％であり、ヒドロキシル価が約２０～８００ｍｇＫＯＨ／ｇである。

ジオールおよび／またはポリオールリン酸化反応は、０～１００℃、好ましくは１０～９０℃の温度で実施され、０℃未満の温度を適用すると、反応速度が遅くなる。一方、１００℃より高い温度を適用すると、望ましくない分解生成物が生成する可能性があるため、好ましくない。

本発明のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、反応性難燃剤として有用である。１つの非制限実施形態においては、本発明のモノクロキシル－機能性ジアルキルホスフィネート化合物とリン酸エステル化合物とを結合することが有効である。リンエステルのいくつかの非限定例は、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリイソプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ－ｔｅｒｔ－ブチル、リン酸トリス（２－エチルヘキシル）、リン酸トリオクチル、メチルホスホン酸ジメチル、プロピルホスホン酸ジメチル、エチルホスホン酸ジエチル、ヒドロキシメチルホスホン酸ジエチル、Ｎ，Ｎ－ビス（２－ヒドロキシエチル）アミノメチルホスホン酸ジエチル、リン酸トリス（クロロプロピル）、リン酸トリス（ジクロロプロピル）、リン酸アリール／アルキル類、リン酸トリアリール類、ビスホスフェート類、オリゴマーリン酸類、およびそれらの組合せである。

硬質ポリウレタン発泡体についてはヒドロキシル基を含む臭素化生成物を有する本発明のヒドロキシル－官能性ジアルキルホスフィネートを任意に使用することが好ましく、ポリイソシアヌレート発泡体についてはハロゲン化難燃剤を使用しないことが好ましい。

本明細書に記載の難燃剤または難燃剤ブレンドは、そのまま、またはハロゲン化または非ハロゲン化生成物との混合物として使用することができる。より好ましくは、ヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートまたはそのブレンドと、ヒドロキシル基を含有する反応性臭素化生成物との組合せである。硬質ポリウレタン（ＰＵ）発泡体については臭素化生成物との混合物を使用することが好ましく、ポリイソシアヌレート（ＰＩＲ）発泡体については純粋な生成物を使用することが好ましい。

本発明において、ヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートと組み合わせて使用される好ましい臭素化難燃剤は、式（ＶＩ）で表される１つ以上のトリブロモフェノール末端化合物を含む。

ここで、ｎは０～５の範囲の整数であり、より好ましくは０～４である。

このような化合物はまた、本発明によって提供される液体組成物であるヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートに、組成物の安定性を変えることなく首尾よく溶解させることができ、その結果、得られる組成物は、長期間にわたって周囲温度で溶液の形態を保持する。商業的に入手可能な式（ＶＩ）のトリブロモフェノール末端化合物は、Dead Sea Bromine GroupによってＦ－３０１４の商標名で製造されている。

ヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートの、組成物の全重量に対する重量濃度は、好ましくは１０～６０％であり、より好ましくは２０～４０％である。

また、式（ＶＩＩ）の構造で表される難燃剤であるトリブロモネオペンチルアルコールも見出された。

これは室温で固体であり、組成物の安定性を変化させることなく、本発明によって提供される液体組成物であるヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートに首尾よく溶解することもでき、その結果、得られる組成物は長期間にわたって周囲温度で溶液の形態を保持する。好ましくは、トリブロモネオペンチルアルコールの重量濃度が組成物の全重量に対して１０～６０％であり、より好ましくは２０～４０％である。トリブロモネオペンチルアルコールは、Dead Sea Bromine GroupからＦＲ－５１３の商品名で市販されている。

本発明の組成物は、ポリウレタンおよびポリイソシアヌレート発泡体の難燃剤として特に有用である。上で説明したように、本発明によって提供される液体組成物は式（Ｉ－Ａ、より具体的には（Ｉ－Ａ－１）もしくは（Ｉ－Ａ－２））または式（ＩーＢ）のヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートを、式（ＶＩ）の化合物と組み合わせて、または別個に、好ましくは式（Ｉ－Ａ、より具体的には（Ｉ－Ａ－１）もしくは（Ｉ－Ａ－２））または式（ＩーＢ）のヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートの溶質として、式（ＶＩ）および式（ＶＩＩ）の化合物の両方とともに含有する溶液であり、したがって、ポリウレタンおよびポリイソシアヌレート発泡体を調製するために使用される反応体の液体混合物に直接添加することができ、それによって、前記混合物のブレンド操作がかなり単純化され、反応させる成分の均一な分布が前記混合物中で容易に得られる。

本明細書の別の実施形態では、臭素化難燃剤が臭素化ビスフェノールＡ化合物、臭素化ビスフェノールＳ化合物、臭素化ビスフェノールＦ化合物、臭素化ビスフェノールＡカーボネートオリゴマー、臭素化ビスフェノールＡエポキシ樹脂、末端キャップ臭素化ビスフェノールＡエポキシ樹脂、臭素化脂肪族アルコールおよびグリコール、ジブロモネオペンチルグリコール、臭素化フタレートおよびテトラブロモフタレートジオール、臭素化ホスフェート、臭素化フェノール、臭素化フタル酸、およびこれらの組合せからなる群から選択される。

本発明により使用される臭素化難燃剤の量は、ポリウレタン発泡体に要求される難燃度と物性との関係に応じて変化する。ただし、臭素系難燃剤は、通常、ポリウレタン発泡体１００重量部に対して１～５０重量部使用される。１重量部未満では、所望の難燃性を付与することができない。５０重量部を超えると、十分な難燃性が得られるが、得られる発泡体の成形品の物性を損なうおそれがある。したがって、上記の範囲外の量は好ましくない。難燃性と物性とのバランスを良好に保つ観点から、実用的な量は３～３０部である。最終用途に応じて、２種以上の臭素化難燃剤を組み合わせて使用することができる。

したがって、本発明の難燃性組成物は、硬質ポリウレタン発泡体（連続、不連続またはスプレー法による）またはポリイソシアヌレート発泡体を得るのに適した標準的な配合物に添加することができる予備成形濃縮物として使用することができる。

別の態様では、本発明がヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート（Ｉ－Ａ）、または、より具体的には（Ｉ－Ａ－１）もしくは（Ｉ－Ａ－２）、またはＩ－Ｂと、ハロゲン化または非ハロゲン化生成物（またはその両方）との組成物を提供する。

一般式Ｉ－Ａからの式（Ｉ－Ａ－１）または式（Ｉ－Ａ－２）の化合物と本発明の難燃剤組成物中の他の生成物との間の重量比は、１：９～９：１、より好ましくは３０～７０％である。臭素化難燃剤、たとえば、トリブロモネオペンチルアルコール（ＦＲ－５１３）および式（ＶＩ）で表されるトリブロモフェノール末端化合物は、本発明の難燃剤組成物中の本発明のヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート、トリブロモネオペンチルアルコール（ＶＩＩ）、および式（ＶＩ）で表されるトリブロモフェノール末端化合物の重量濃度が、それぞれ１０～５０重量％、１０～５０重量％および１０～５０重量％の範囲であるように、本発明の組成物中に含まれてもよい。

一実施形態では、難燃性ブレンドの式（Ｉ－Ａ）、式（Ｉ－Ａ－１）、式（Ｉ－Ａ－２）、または式（Ｉ－Ｂ）のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネートと、本明細書に記載されるようなリン酸塩化合物との難燃性ブレンドは、ヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート、および、存在する場合にはリン酸塩成分が上記の非限定的な例などのヒドロキシル基を含有する反応性臭素化生成物とブレンドされるように提供される。

本発明のモノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、硬質ポリウレタン発泡体に、単独でまたはリン酸塩化合物と組み合わされて組み込まれた場合、非常に効率的な反応性難燃剤である。本発明の難燃剤ブレンドは、広範なイソシアネート指数（本明細書ではＭＤＩまたはＴＤＩと略す。）にわたって有用であることに留意されたい。当該指数は、配合物中で実際に使用されるイソシアネートの、必要とされるイソシアネートの理論化学量論量に対する比率を指し、パーセンテージで表される。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体は、難燃剤（すなわち、モノヒドロキシル官能性ジアルキルホスフィネート）の典型的な難燃剤有効量を含有する。典型的には、ホスフィネートがポリマー（すなわち、硬質ポリウレタン発泡体）中の全リン濃度が、ポリマーの全重量を基準にして０．３～１５重量％になるような量で適用される。好ましくは、ポリマー中の全リン濃度が硬質ポリウレタンポリマーの全重量を基準にして１～１０重量、より好ましくは、１．５～５重量％である。最も好ましくは、ホスフィネートの使用量が少なくとも、ＤＩＮ ４１０２ Ｂ２試験および／またはＬＯＩ可燃性試験の現在の要件を満たすのに十分である。

硬質発泡体の他に、本明細書では硬質の一般的な全体的定義内に分類される、一般に半硬質として分類される別の有用なタイプの発泡体が存在する。これらの硬質および半硬質発泡体は自動車の乗員室および他の場所で衝撃吸収材料として使用され、通常、ポリイソシアネートを、発泡ポリオールおよび架橋剤（たとえば、トリメチロールプロパン）の混合物と反応させることによって製造される。

硬質または半硬質のすべてのポリウレタン発泡体の製造は、イソシアネート基と水酸基との間の同じ基本化学反応を伴うが、各タイプの発泡体は製造業者に異なる問題を提示する。この差はしばしば、ガス発生とポリマーゲル化との間で常に達成されなければならないバランスに関連する。これらの問題の多くは、補助剤、たとえば発泡剤、触媒、界面活性剤、泡安定剤などを適切に選択することによって、少なくとも部分的に解決することができる。

本明細書で使用される硬質ポリウレタン発泡体は、８程度の高い官能性を有する、より高度に分岐した、より低当量のポリエーテル／ポリエステルポリオールから製造される。硬質ポリウレタン発泡体では、軟質発泡体よりも高濃度の芳香族ポリイソシアネートが必要である。本発明の方法により得られる硬質ポリウレタン発泡体は、望ましくは１０～５０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは２０～４０ｋｇ／ｍ^３の中心密度を有する。

本明細書で使用される硬質発泡体は、ポリエーテルおよびポリエステルポリオールの両方を使用して製造される。硬質ポリウレタン発泡体（ＰＵＲ）については非常に高官能性（３より大）のポリオールが使用され、ポリイソシアヌレート（ＰＩＲ）発泡体についてはより高い脆砕性を補償するために、より低官能性のポリオール（３未満）が使用される。本明細書で使用されるポリオールは４００～８００の分子量を有する。本明細書で使用される硬質ポリウレタン発泡体は、２．０ポンド／立方フィート以下の中心発泡体密度、９５～９９％の独立気泡含有量、６．０～８．０ｆｔ^２ｈ°Ｆ／Ｂｔｕ．ｉｎ（１０℃）の初期耐熱性を有することを特徴とし、主に断熱用途に使用される。

硬質発泡体は、自動車、断熱材、および他の産業において、多くの目的のために使用されてきた。たとえば、硬質発泡体は、構造補強、腐食の防止、ならびに、音および振動の減衰、のために使用されてきた。これらの発泡体は典型的には反応性発泡体配合物を部品に適用し、配合物を適所に発泡させることによって形成される。部品はしばしば、発泡体が適用されるときに、車両上に既に組み立てられている。発泡体配合物は混合および分配が容易でなければならないというこの手段は、それが部品から流出する前に急速に硬化しなければならず、好ましくは適度な度で硬化を開始しなければならない。作業者の化学的暴露を最小限に抑えるために、配合物は、揮発性有機化合物、特に揮発性イソシアネートおよびアミンが少ないことが好ましい。個々の成分は、好ましくは室温で長期間貯蔵安定性である。

発泡体に適用される「半硬質」の用語は、当技術分野で使用される標準的な用語である。一般に、このような発泡体は非常に軽い密度に配合され、剛性の独立気泡材料は荷重を支持するが、衝撃力を受けたときに容易に亀裂を生じる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体を製造する方法は、ジオールおよび／またはポリオール成分および／またはイソシアネート成分または触媒と、式（ＩＡ）、式（Ｉ－Ａ－１）、式（Ｉ－Ａ－２）、および式（Ｉ－Ｂ）の難燃性材料のうちの１つ以上とを組み合わせることを含みうる。これらは計量され、共通の混合容器にポンプ輸送されてもよく、次いで、得られた混合物は型、スラブストック操作などで使用するために重合部位に容易に移動されてもよい。

反応性難燃剤は、イソシアネート反応体と組み合わせる前に、ジオールおよび／またはポリオール反応体と混合されてもよい。ジオールおよび／またはポリオール反応体と混合する前に、反応性難燃材料をイソシアネートと混合することも、本発明の範囲内である。しかし、イソシアネートと前述の難燃剤とを混合し、室温で一定時間放置すると、反応が起こることがある。本明細書の特許請求の範囲および明細書で使用される「反応生成物」は、一実施形態では、前述の方法のいずれか１つで硬質ポリウレタン発泡体形成系の内容物を反応させることを含むことができ、たとえば、過剰のイソシアネートをポリオールと反応させてイソシアネート末端プレポリマーを形成し、次いでプレポリマーを反応性難燃剤および必要に応じて本明細書に記載の非反応性難燃剤とさらに反応させるなど、プレポリマー技術を介して反応性難燃剤を反応させることをさらに含むことができる。

本明細書に記載の式（ＩＡ）、式（Ｉ－Ａ－１）、式（Ｉ－Ａ－２）、および式（Ｉ－Ｂ）の難燃性材料は、イソシアネート反応性（ＮＣＯ反応性）材料として記載することができ、すなわち、それらは、ヒドロキシル基を介してイソシアネートとの反応性を有する。

本明細書に記載される硬質ポリウレタン発泡体の製造に使用されるジオールおよび／またはポリオールは、ジオール、ポリオール、およびポリエーテルを含む任意の有機ポリオールを含んでよく、イソシアネートとの反応性を有するヒドロキシル基を有するポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、マンニッヒ系ポリオールを使用できる。一般に、これらの材料は、約４００～約８００の分子量を有し、１分子当たり２～約１０個以上のヒドロキシル基を有し、ヒドロキシル基含有量は約７．０～約１５％である。これらは一般に、約３５０～６００、またはさらには７００のヒドロキシル価を有する。

ポリオール型の反応体において、酸価は１０未満であるべきであり、通常、可能な限り０に近い。これらの材料は、便宜上「ポリオール」反応体と呼ばれる。有用な活性水素含有ジオールおよび／またはポリオールには、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、１，２－ブチレンオキシドおよび２，３－ブチレンオキシド、または他のアルキレンオキシドが、ジオール、グリコールおよびポリオール（エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルグルコシド、スクロース、ソルビトール、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ならびに種々のアルキルアミンおよびアルキレンジアミン、ならびにポリアルキレンポリアミンなどによって提示される。）などの活性水素化合物に添加される場合に生じる付加化合物の大きなファミリーが含まれる。これらのアルキレンオキシドの種々の量は、ポリウレタンの意図される用途に依存して、ベースとなる上記のジオール、ポリオールまたはアミン分子に添加され得る。

たとえば、硬質発泡体の製造に使用するためのジオールおよび／またはポリオールは、約８．０％の最終ヒドロキシル含量を与えるのに十分なプロピレンオキシドが添加されたグリセリンによってよく表されうる。このような材料は、約４５０の分子量を有する。

ジオールおよび／またはポリオール分子の選択およびその後の添加されるアルキレンオキシドの量によって柔軟性を制御するこの技術は、当業者に周知である。

アルキレンオキシドの付加のためのベースポリオール分子として働き、したがってイソシアネートとの反応のための「ポリオール」分子を生じることができるグリコール等に加えて、アルキレンオキシドに対して反応性の水素を有する第一級および／または第二級アミン基を含有する出発分子を使用できる。ここでも、添加されるアルキレンオキシドの量は、最終ポリウレタン生成物の意図される用途に依存する。

エポキシドとの反応のための活性水素含有分子として役立ちうる代表的なアミンは、１～約６個以上のアミノ窒素を有するものであり、その例は、エチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン、および他の直鎖状飽和脂肪族アルキレンアミンであり、重要な要件は、アルキレンオキシドが添加されうる少なくとも２個、より好ましくは３～８個または１０個の活性水素部位を有することである。

ポリウレタン系を調製する際に使用される活性水素化合物として、多価酸または無水物および多価アルコールからエステル化型反応によって調製されたヒドロキシル含有分子を使用することも周知である。これらの化合物はしばしばポリエステルポリオールと呼ばれる。これらのポリエステルポリオールの製造に使用される典型的な酸は、マレイン酸、フタル酸、コハク酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、クロレンジ酸およびテトラクロロフタル酸である。典型的なジオールおよび／またはポリオールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、およびジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコール、ならびにグリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリトリトール、ソルビトールなどである。利用可能な場合、上記の酸は所望であれば、無水物の形態で使用されうる。

ポリエステル－ポリオールを製造する際に、種々の多価酸または無水物またはそれらの混合物のいずれかを、化学量論的過剰のヒドロキシル基を用いて、ジオール、グリコールまたはポリオールまたはそれらの混合物のいずれかと反応させ、最終ポリオール生成物が主としてヒドロキシル末端基を含有するようにする。ヒドロキシル官能性の程度およびヒドロキシルパーセントは、当業者に公知の技術および技術によって所望のポリオールを提供するために容易に変えられる。

硬質ポリウレタンを製造する技術および技術において、いわゆるプレポリマー技術を使用することも知られている。これは、硬質ポリウレタンの製造に関与する反応の一部が行われて、分子量が増加したプレポリマーを生成し、このプレポリマーの製造に使用される化学量論に応じて、ヒドロキシルまたはイソシアネートの末端基が得られる技術である。
次いで、このプレポリマーを使用して、上記のように、プレポリマーの末端基がそれぞれヒドロキシルであるかイソシアネートであるかに応じて、それをイソシアネートまたはポリオールのいずれかと反応させることによって、最終的な硬質ポリウレタン生成物を調製する。

広くは、遊離反応性水素および特にヒドロキシル基を有する先行技術のポリエステル、イソシアネート変性ポリエステルプレポリマー、ポリエステルアミド、イソシアネート変性ポリエステルアミド、アルキレングリコール、イソシアネート変性アルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコール、イソシアネート変性ポリオキシアルキレングリコールなどのいずれかを、本明細書に記載のポリウレタンの製造に使用できる。

使用できるイソシアネートの例には、硬質ポリウレタン発泡体を製造するためにこれまで使用されてきた２個以上のイソシアネート基を有するものが含まれる。このようなイソシアネート化合物の例としては、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネートおよび脂環式イソシアネート、このようなイソシアネートの２種以上の混合物、ならびにこのようなイソシアネートの修飾によって得られる修飾イソシアネート、が挙げられる。このようなイソシアネートの具体例は、トルエ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、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート（粗ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、およびヘキサメチレンジイソシアネート、ならびにカルボジイミド修飾生成物、ビウレット修飾生成物、ダイマーおよびトリマーなどの上記イソシアネートの修飾生成物である。このようなイソシアネートおよび活性水素含有化合物から得られる末端イソシアネート基を有するプレポリマーも使用できる。

一実施形態では、硬質ポリウレタン発泡体のイソシアネート指数範囲は、約４００～約１５０、より好ましくは約３７５～約１７５、最も好ましくは約３５０～約２００とすることができる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体形成組成物における発泡剤としては、発泡体に要求される特性に応じて、従来使用されている公知の発泡剤が適宜選択される。

本発明では、必要に応じて架橋剤も使用する。

架橋剤としては、ヒドロキシル基、第一級アミノ基、第二級アミノ基などの活性水素を有する官能基を少なくとも２個有する化合物が好ましい。ただし、架橋剤としてポリオール化合物を用いる場合には、以下を考慮する。すなわち、ヒドロキシル基価が少なくとも５０ｍｇＫＯＨ／ｇであり、４個を超える官能基を有するポリオール化合物が架橋剤であると考えられ、これを満たさないポリオールは、上記ポリオール混合物（ポリオール（１）、（２）または他のポリオール）のいずれか１つと考えられる。また、２種以上の架橋剤を併用してもよい。具体的には、デキストロース、ソルビトール、スクロースなどの多価アルコール、多価アルコールにアルキレンオキシドを添加したポリオール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、３，５－ジエチル－２，４（または２，６）－ジアミノトルエン（ＤＥＴＤＡ）、２－クロロ－ｐ－フェニレンジアミン（ＣＰＡ）、３，５－ビス（メチルチオ）－２，４（または２，６）－ジアミノトルエン、１－トリフルオロメチル－４－クロロ－３，５－ジアミノベンゼン、２，４－トルエンジアミン、２，６－トルエンジアミン、ビス（３，５－ジメチル－４－アミノフェニル）メタン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、ｍ－キシレンジアミン、１，４－ジアミノヘキサン、１，３－ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、またはイソホロンジアミン、および上記の化合物にアルキレンオキシドを添加することによって得られる化合物が挙げられる。

上記架橋剤を用いると、たとえば発泡剤を多量に用いて低密度の硬質発泡体を製造する場合であっても、発泡安定性が良好となり、このような硬質発泡体を製造できる。特に、高分子量のジオールおよび／またはポリオールを用いる場合には、発泡しにくいと考えられていた低密度の硬質発泡体を製造できる。また、架橋剤を用いた場合には、用いない場合に比べて耐久性が向上する。本発明のように、高分子量のジオールおよび／またはポリオールを用いる場合、特に、分子量が４０００以上などの比較的高分子量の化合物を用いると、容易に発泡安定性を向上させることができる。

水は、このような発泡剤の典型的な例であり、他の例としては、塩化メチレン、ｎ－ブタン、イソブタン、ｎ－ペンタン、イソペンタン、ジメチルエーテル、アセトン、二酸化炭素などが挙げられる。発泡ポリウレタンの所望の密度および他の特性に応じて、これらおよび他の発泡剤は、単独で、または当技術分野で知られている方法で２つ以上の組合せで使用できる。

使用される発泡剤の量は特に限定されないが、通常、発泡形成組成物のジオールおよび／またはポリオール成分１００重量部当たり０．１～３０重量部である。好ましくは、発泡剤の量は、０．８～２．５ポンド／立方フィート、好ましくは０．９～２．０ポンド／立方フィート、の発泡体密度を提供するような量であろう。

本明細書中のポリウレタンフォーム形成組成物は、好ましくはポリウレタンフォームの製造のためにこれまでに知られているかまたは使用されている触媒のいずれか、および触媒の組合せを含有できる。有用な触媒の例には、水酸化ナトリウム、酢酸ナトリウム、第三アミン、または、第三アミンを生成する材料（トリメチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ－メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ－ジメチルシクロヘキシルアミン、およびＮ，Ｎ－ジメチルアミノエタノールなど）が含まれる。また、炭化水素スズアルキルカルボキシレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジラウレート、およびオクトエート第一スズなどの金属化合物、ならびに、２，４，６－トリス（Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノ－メチル）フェノール、１，３，５－トリス（Ｎ，Ｎ－ジメチル－３－アミノプロピル）－Ｓ－ヘキサヒドロトリアジンなどのイソシアネートの三量体化を促進することを意図した他の化合物、オクト酸カリウム、酢酸カリウム、および、ＤＡＢＣＯ ＴＭＲ（登録商標）およびＰＯＬＹＣＡＴ ４３（登録商標）などの触媒も、適用可能である。

所望であれば、多くの他の種類の触媒を上記に列挙したもの代わりに用いることができる。使用される触媒の量は、有利にはフォーム形成混合物中のジオールおよび／またはポリオールの総重量に基づいて０．０５～５重量パーセント以上でありうる。

本発明による半硬質発泡体を製造する際に適用されるＮＣＯ指数は、１２６～１８０、好ましくは１３０～１７５である。本発明による硬質発泡体を製造する際に適用されるＮＣＯ指数は、１８１～３５０、好ましくは２００～３００である。ポリウレタン発泡体のＮＣＯ指数は約８０～１３０であり、イソシアヌレート発泡体のＮＣＯ指数は約２００～３５０であることが一般に理解される。

半硬質発泡体の密度は、８～１８０ｋｇ／ｍ^３、好ましくは８～８０ｋｇ／ｍ^３、および最も好ましくは８～４８ｋｇ／ｍ^３であり得る。

硬質発泡体の密度は、８～１８０ｋｇ／ｍ^３、好ましくは８～８０ｋｇ／ｍ^３、および最も好ましくは８～４８ｋｇ／ｍ^３であり得る。

有機界面活性剤およびシリコーン系界面活性剤を含む界面活性剤を添加して、細胞安定剤として役立てることができる。一部の代表的な材料は、ＳＦ－１１０９、Ｌ－５２０、Ｌ－５２１、およびＤＣ－１９３の名称で販売されており、一般的には、ポリシロキサンポリオキシアルキレンブロックコポリマーである。ポリオキシ－エチレン－ポリオキシブチレンブロックコポリマーを含有する有機界面活性剤も含まれる。発泡反応混合物が硬化するまで安定化させるために、少量の界面活性剤を使用することが特に望ましい。本明細書において有用でありうる他の界面活性剤は、長鎖アルコールのポリエチレングリコールエーテル、長鎖アリル酸硫酸エステルの第三級アミンまたはアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステル、アルキルアリールスルホン酸、およびそれらの組合せである。このような界面活性剤は、崩壊および大きな不均一な気泡の形成に対して発泡反応を安定化させるのに十分な量で使用される。典型的には、この目的のためには製剤全体を基準にして約０．２～約３重量％の界面活性剤総量で十分である。しかし、いくつかの実施形態では、いくつかの界面活性剤、たとえば、Air Products and Chemicals、Inc.から入手可能なＤＡＢＣＯ ＤＣ－５５９８をより多量に含むことが望ましい場合がある。この観点から、界面活性剤は、ジオールおよび／またはポリオール成分に対して０～６重量％の任意の量で本発明の製剤中に含まれうる。

最後に、充填剤および顔料などの他の添加剤を、本明細書に記載のポリウレタンフォーム形成配合物に含めることができる。そのようなものには、非限定的な実施形態では硫酸バリウム、炭酸カルシウム、グラファイト、カーボンブラック、二酸化チタン、酸化鉄、微小球、アルミナ三水和物、珪灰石、調製されたガラス繊維（滴下または連続）、ポリエステル繊維、他のポリマー繊維、それらの組合せなどが含まれうる。当業者は、本書に付属する請求権の範囲には該当するもの、望ましい性質および／または加工改変から利益を得る硬質ウレタンフォームを製造するために発明的な配合を適応させる典型的かつ適当な手段および方法について、これ以上の指示なしに知ることができるだろう。

硬質発泡体は、自動車および他の産業において、多くの目的のために使用されてきた。たとえば、硬質発泡体は、構造補強、腐食の防止、ならびに、音および振動の減衰、のために使用されてきた。これらの発泡体は典型的には反応性発泡体配合物を部品に適用し、配合物を適所に発泡させることによって形成される。部品はしばしば、発泡体が適用されるときに、車両上に既に組み立てられている。発泡体配合物は混合および分配が容易でなければならないというこの手段は、それが部品から流出する前に急速に硬化しなければならず、好ましくは適度な温度で硬化を開始しなければならない。作業者の化学的暴露を最小限に抑えるために、配合物は、揮発性有機化合物、特に揮発性イソシアネートおよびアミンが少ないことが好ましい。個々の成分は、好ましくは室温で長期間貯蔵安定性である。

発泡体に適用される「半硬質」の用語は、当技術分野で使用される標準的な用語である。一般に、このような発泡体は、硬質発泡体と軟質発泡体との間のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する。

本明細書に記載される硬質ポリウレタン発泡体は、自動車断熱材、壁パネルおよび屋根パネル構造のための断熱パネル、ならびに壁パネルおよび屋根パネルのための定位置注入および噴霧発泡体断熱材などの様々な物品の構築および形成に利用できる。

硬質および半硬質ポリウレタン発泡体は、模造木材および構造材料のような多くの用途を有する。さらに、硬質ポリウレタン発泡体は、断熱、建設および包装のような用途、履物およびガスケットのような微孔質発泡ポリウレタン発泡体、および粘弾性（「記憶」）ポリウレタン発泡体化学物質において、エアフィルターにおいて、ならびにスピーカーのための化粧材として、適切な化粧材または蒸気バリアを有する積層機上に製造された発泡体シート、シート、成形およびスプレー技術によって適用されたタンクおよびパイプ断熱材、冷蔵庫のための断熱材、冷凍庫、水加熱器、浮遊および包装における使用において使用され得る。断熱材はまた、窓およびドア断熱材を含むことができる。

断熱材は、屋根または壁などの任意の構造部品に使用することができる。また、構造デッキを支持する根太と、構造デッキの上に配置された上述のような断熱パネルとを備える屋根構造が提供され、任意選択で、カバーボードがその上に配置され、次いで、ビルトアップルーフィングまたはビチューメンなどの防水層がその上に適用され、次いで、シングル、タイルなどの従来の屋根カバーがその上に適用される。

また、木材、鋼鉄、またはコンクリート梁などの構造支持部材と一緒に結合されたフレームと、連続した外壁を形成するためにフレームの外部に固定された単一層または複数の硬質発泡断熱ボード、たとえばポリイソシアヌレート発泡ボードとを含む壁構造が提供される。このような結合および固定は、釘、ねじ、リベットなどの締結具で行われ、構造支持部材の間に空間が形成され、そのように形成された空間内に断熱材が配置され、任意選択で壁ボードがフレームの内部に締結されて内面を形成する。

以下の実施例は、本発明の特定の化合物の調製および硬質ポリウレタン発泡体における反応性難燃剤としてのこれらの化合物の有用性の両方の特定の実施形態を説明する。

〔調製実施例１〕

メカニカルスターラー、オイルヒーターおよび容積式実験用ポンプを備えた２リットルのジャケット付きハステロイ反応器に、ジエチルホスフィン酸（７７９ｇ、６．３８モル）を充填し、密封した。反応器を内部温度４５℃に加熱した。プロピレンオキシド（７４３ｇ、１２．７７モル）を、温度を６５℃未満に維持しながら、ポンプを介して反応器に２時間かけて添加した。その後、反応器内部温度を９０℃に上昇させ、３時間保持した。
過量のプロピレンオキシドを蒸発させ、ワイプフィルムエバポレーターを用いて残留物を１２５℃のジャケット温度で減圧蒸留（３００～５００ｍＴｏｒｒ）し、無色澄明の液体として目的分画を採取した。収率は、ジエチルホスフィン酸出発原料に対して９０％であった。生成物は、ジエチルホスフィン酸のヒドロキシル官能性エステルの２つの異性体の混合物であり、^３１Ｐ ＮＭＲ（酢酸－ｄ_４，ｐｐｍ）：６６．８～６７．７、酸価は０．４ｍｇＫＯＨ／ｇ、リン含量は１５．９％であった。

〔調製実施例２〕

加熱マントル、メカニカルスターラー、還流冷却器、浸漬管、ｊ－ｃｈｅｍコントローラーおよび熱電対、ならびに苛性スクラバーを備えた１リットルフラスコに、ジエチルホスフィン酸（４６９ｇ、３．８４モル）を充填した。フラスコを８０℃に加熱し、エチレンオキシドを加圧シリンダーから浸漬管を通して反応器に５時間かけて導入した。エチレンオキシド対ジエチルホスフィン酸の最終モル比は１．３３であった。反応混合物を８０℃でさらに３時間保持した。さらに窒素を浸漬管に通して過剰のエチレンオキシドを除去した。残渣のバッチ蒸留を１５０℃および２００ｍＴｏｒｒの条件で行い、透明な液体（４００ｇ）を得た。生成物はジエチルホスフィン酸２－ヒドロキシエチルエステルであり、^３１Ｐ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，ｐｐｍ）：７９、酸価０．４ｍｇＫＯＨ／ｇであった。

本発明の新規化合物の適用は、硬質ポリイソシアヌレート発泡体用（適用実施例１）および硬質ポリウレタン発泡体用（適用実施例２）の標準配合物における難燃剤としてのそれらの使用を通して実証される。以下の成分が、ポリウレタン発泡体の調製に用いられた。

〔適用実施例１〕
新規ＦＲ製品を用いて硬質ポリイソシアヌレート発泡体（ＰＩＲ、ＮＣＯ指数２５０）を調製する方法は、以下の通りであった。

あらかじめ秤量されたポリオール、水、触媒、安定剤、および調製実施例１による新規ＦＲ生成物を、均質な溶液が形成されるまでビーカー中で混合することによって、発泡体試料を調製した。次いで、ペンタンを、さらなる混合のために溶液に添加した。このプロセスを、発泡剤の所望の重量に達するまで繰り返した。ＭＤＩの添加および組み込みの直後に、混合物を２５００ｒｐｍで６秒間撹拌し、８インチ×８インチ×５インチ（２０ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍ）の容器に注ぎ、完全に上昇させた。次に、容器を換気フード内に２４時間置き、室温で硬化させた。次いで、サンプルを容器から取り出し、所望のサイズに切断し、ＤＩＮ ４２０１ Ｂ２ならびに限定酸素指数（ＬＯＩ）について試験した。

表１は、発泡体調製のための成分およびパラメーター、ならびに試験の結果を要約する。

表１：ポリイソシアヌレート配合系

〔適用実施例２〕
新規ＦＲ製品を用いた硬質ポリウレタン発泡体の製造方法は、以下の通りであった。あらかじめ秤量されたポリオール、水、触媒、安定剤および難燃剤を、１０００ｍｌの使い捨てポリエチレン（ＰＥ）カップに入れ、均一な溶液が形成されるまで混合した。次いで、ＨＦＣ２４５ｆａを、さらなる混合のために溶液に添加した。このプロセスを、発泡剤の所望の重量に達するまで繰り返した。混合物を、ＭＤＩを添加した後、直ちに２５００ｒｐｍで３秒間撹拌し、次いで、全ての成分を保持するカップを、換気されたフードの内側の水平なベンチトップ上に置き、完全に上昇させた。２４時間後、試料をカップから取り出し、所望のサイズに切断し、ＤＩＮ ４２０１ Ｂ２およびＬＯＩに従って試験した。

表２は、硬質ポリウレタン発泡体調製のための成分およびパラメーター、ならびに試験の結果を要約する。

表２：硬質ポリウレタン配合系

本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、その要素の代わりに均等物を用いることができることが当業者には理解されよう。加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に対して適合させるために多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は本発明を実施するために企図される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図される。

Claims (13)

1. ポリオール、イソシアネート、および難燃剤として有効量の一般式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシ官能性ジアルキルホスフィネート化合物、の反応生成物であり、
   

   

   ここで、
   Ｒ^１およびＲ^２は、１～４個の炭素原子を含む直鎖または分岐のアルキル基から選択され、
   Ｘは、以下のいずれかの構造であり、
   

   

   

   Ｘが前者である場合、
   Ｚは、－（Ｙ－Ｏ） _ｎ －であり、ここで、Ｙは、直鎖または分岐のアルキレン基（炭素数２～８）であり、ｎは、１～２０の整数を表し、
   ｋは、０または１であってよく、
   Ｒ^３は、水素、またはモノヒドロキシ末端の直鎖もしくは分岐のアルキレン基（炭素数２～８）から選択され、
   ただし、ｋが０である場合は、Ｒ^３は、モノヒドロキシ末端の直鎖または分岐のアルキレン基であり、ｋが１である場合は、Ｒ^３は、水素であり、
   Ｘが後者である場合、
   Ｒ^４およびＲ^５は、それぞれ独立に、Ｈ、直鎖または分岐のアルキル基（炭素数１～８）、直鎖または分岐のアルケニル基（炭素数２～８）、ハロゲン置換アルキル基（炭素数１～８）、アルコキシ基（炭素数１～８）、アリール基（炭素数６～１２）、もしくはアルキルアリール基（炭素数７～１６）であるか、または、Ｒ^４とＲ^５とが互いに結合してシクロアルキル基（炭素数５～８）を形成する難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
2. Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれエチル基である請求項１に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
3. 前記モノヒドロキシ官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、式（Ｉ－Ａ－１）を有する請求項１に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
   

   
4. Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれエチル基である請求項３に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
5. 前記モノヒドロキシ官能性ジアルキルホスフィネート化合物は、式（Ｉ－Ａ－２）を有する請求項１に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
   

   
6. Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれエチル基である請求項５に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
7. 前記反応生成物は、ポリオール、イソシアネート、難燃剤として有効量の式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシ官能性ジアルキルホスフィネート化合物、ならびに、ハロゲン含有難燃剤および／または式（Ｉ－Ａ）と異なるリン酸エステル難燃剤、の反応生成物である請求項１に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
8. 前記ハロゲン含有難燃剤または他のリン酸エステル難燃剤は、トリブロモネオペンチルアルコール（ＦＲ－５１３）、トリブロモフェノール末端臭素化エポキシ（Ｆ－３０１４）、臭素化フタレートジオール、トリエチルホスフェート、トリス（クロロイソプロピル）ホスフェート（ＴＣＰＰ）、ジエチルヒドロキシメチルホスホネート、ジエチルＮ，Ｎ－ビス（ヒドロキシエチル）アミノメチルホスホネート（Ｆｙｒｏｌ６）、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項７に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体。
9. 請求項１に記載の難燃性硬質ポリウレタン発泡体を含む物品。
10. 模造木材用途、断熱用途、包装用途、履物用途、ガスケット用途、粘弾性発泡体化学物質用途、エアフィルター用途、スピーカーのための化粧材用途、積層機上に製造された発泡体シート用途、化粧材または蒸気バリア用途、および浮遊用途からなる群から選択される用途に適用される請求項９に記載の物品。
11. 自動車断熱材、遮音材、タンクおよびパイプ断熱材、冷蔵庫のための断熱材、冷凍庫のための断熱材、水加熱器のための断熱材、屋根用の断熱パネル、壁用の断熱パネル、天井断熱材、床断熱材、ならびに窓およびドア用の断熱材、からなる群から選択される請求項１０に記載の物品。
12. 前記屋根用の断熱パネルまたは前記壁用の断熱パネルである請求項１１に記載の物品を有する屋根構造または壁構造。
13. ポリオール、イソシアネート、および難燃剤として有効量の一般式（Ｉ－Ａ）のモノヒドロキシ官能性ジアルキルホスフィネート化合物、を含む加圧された一成分発泡体容器であって、
    

    

    ここで、
    Ｒ^１およびＲ^２は、１～４個の炭素原子を含む直鎖または分岐のアルキル基から選択され、
    Ｘは、以下のいずれかの構造であり、
    

    

    

    Ｘが前者である場合、
    Ｚは、－（Ｙ－Ｏ） _ｎ －であり、ここで、Ｙは、直鎖または分岐のアルキレン基（炭素数２～８）であり、ｎは、１～２０の整数を表し、
    ｋは、０または１であってよく、
    Ｒ^３は、水素、またはモノヒドロキシ末端の直鎖もしくは分岐のアルキレン基（炭素数２～８）から選択され、
    ただし、ｋが０である場合は、Ｒ^３は、モノヒドロキシ末端の直鎖または分岐のアルキレン基であり、ｋが１である場合は、Ｒ^３は、水素であり、
    Ｘが後者である場合、
    Ｒ^４およびＲ^５は、それぞれ独立に、Ｈ、直鎖または分岐のアルキル基（炭素数１～８）、直鎖または分岐のアルケニル基（炭素数２～８）、ハロゲン置換アルキル基（炭素数１～８）、アルコキシ基（炭素数１～８）、アリール基（炭素数６～１２）、もしくはアルキルアリール基（炭素数７～１６）であるか、または、Ｒ^４とＲ^５とが互いに結合してシクロアルキル基（炭素数５～８）を形成する加圧された一成分発泡体容器。