JPH02153967A - 難燃性ポリウレタンフォーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は難燃性の改善されたポリウレタンフォームに関
するもので、本発明のポリウレタンフォームはクツショ
ン材、保温材、建材などに利用するのに適している。

［従来の技術］ ポリウレタンフォームの中、軟質フオームは、ソファ、
マツトレス、自動車用シートなど各種のクツション材と
して利用されており、又、硬質フオームは例えば、電気
冷蔵庫の保温材、保温パネル等の建材として従来よりそ
の優れた特性を活かして各種の分野に利用されている。

しかしこのフオーム材料にも種々の問題点が指摘されて
おり、とりわけ近年の火災による災害予防の観点から、
特に燃焼に対する抵抗性の点で改善が要望されてきた。

この難燃性を高める要求に対して、これまでに各種の試
みがなされ、又提案されている。例えば、 発泡成型されたポリウレタンをリン酸化合物、ハロゲン
化合物、水酸化アルミニウム等の水溶液あるいはエマル
ジョン中に含浸、乾燥する方法。

ポリウレタンフォーム中にハロゲン化合物、ハロゲン化
リン酸エステル化合物、金属水酸化物、金属酸化物、二
酸化アンチモン等を含有させる物理的な方法、 原料の一つであるポリオールとして含リンポリオール、
含ハロゲンポリオールを用いたり、フオーム中にイソシ
アネートの三量体であるイソシアヌレート基等の耐熱性
構造体を形成させるなどの化学的な方法が知られている
。

また、かかる目的を達成する別の手段として、米国特許
第３．５７４．８４４号にはウレタン製品に熱膨張性黒
鉛を添加することにより難燃性を高める方法が提案され
ており、米国特許第４．８９８．３６９号にも同様の提
案がなされている。

本発明者らは難燃性の優れたポリウレタンフォームにつ
いて種々検討を重ねた結果、従来公知である、前記熱膨
張性黒鉛を添加する方法によって、炎に接した際に熱膨
張性黒鉛が急激に膨張してポリウレタンフォームの燃焼
が抑制され、また延焼が防止される優れた難燃性を有す
るポリウレタンフォーム製品が得られることを認めた。

しかし、なから、従来公知公用の方法で得られる熱膨張
性黒鉛は、ウレタン製品に対する優れた難燃化の効果は
認められるものの、ウレタン製品の製造に際し、次のよ
うな問題点を有することを見出した。

即ち、熱膨張性黒鉛は通常、黒鉛の層間に存在する硫酸
の他に遊＃１硫酸を含有するため酸性を呈し、これがた
めにポリウレタンフォームを形成する際、触媒を失活さ
せ反応性を低下させる。その結果、所望の反応時間で反
応が進行しなかったり、また得られたフオームの特性、
例えば気泡の形成具合、圧縮強度などの機械強度が低下
する。

この問題は、失活する触媒量に見合った触媒を新たに追
加することにより解決することがある程度可能である。

また、前記米国特許第３．５７４，８４４号には、フィ
ルム形成性のラテックス、エマルジョンに酸性の熱膨張
性黒鉛を添加することは安定性をそこなうので、この混
合系をアンモニアで中和するか、あるいは、熱膨張性黒
鉛を予めアンモニアと接触させた後に用いることが記載
されており、熱膨張性黒鉛の酸性を塩基性の物質で中和
することが示唆されている。

しかしながら、前者の触媒を追加する方法では、ウレタ
ン発泡システムの配合組成を変更することになり、作業
工程が増加するため好ましくない。また、本発明者らの
実験結果によると、後者の中和する方法では、アンモニ
アによる中和により触媒の失活をある程度防ぐことがで
きるが十分でなく、特にアンモニアをポリオール中に添
加すると、経時的に触媒失活の度合が増すことが判り、
作業上極めて都合が悪いことが明らかとなった。

これは、中和により生成するとみられる硫酸アンモニウ
ムがウレタン化反応の際発生する反応熱により分解し、
生じた硫酸が触媒の失活を惹起すると考えられる。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は、難燃性の優れたポリウレタンフォームを１ｌ
ｌＵようとするものであり、さらには、触媒の失活等、
ウレタン化反応を阻害しない難燃化剤を含有するポリウ
レタンフォームを提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本発明者らは特定の熱膨
張性黒鉛を用いることにより、通常ポリウレタンフォー
ムの製造に用いられている原料システムになんら手を加
えることなしに上記の課題を解決し得ることを見出し発
明に到達した。

すなわち、本発明は熱膨張性黒鉛を含有する難燃性ポリ
ウレタンフォームにおいて、■）この熱膨張性黒鉛がア
ルカリ金属を含有していること、 ２）この熱膨張性黒鉛の濃度ｌｆｆ１ｍ％の水分散液の
ｐＨが４．５以上であること、 ３）ポリウレタンフォームにおける熱膨張性黒鉛の含有
量が５〜ｓｏｉ量％であること、を特徴とする難燃性ポ
リウレタンフォームを要旨とするものである。

熱膨張性黒鉛とは、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒
鉛などの黒鉛を、濃厚な硫酸と強い酸化剤との混合物で
処理した後、水洗し、乾燥して得られるものをいい、黒
鉛シートなどの製造に用いられる。

この熱膨張性黒鉛は、約５００℃以上に急激に加熱する
とＣ軸方向に数ｌＯ〜数１００倍に膨張する性質を有し
ている。

本発明で使用される熱膨張性黒鉛の原料黒鉛、製造方法
には特に制限はないが、その特性としては、ｔｏｏｏ℃
で１０秒間、急激に加熱したときの膨張度が５０〜２５
０　ｃｍ３／ｇｒであることが望ましい。このような熱
膨張性黒鉛は、例えば、９８％濃硫酸と６０％過酸化水
素水の混合物中に、およそ２０〜１００メツシユに粉砕
された黒鉛を、４５℃以下で１０分〜３０分接触させ、
水洗、乾燥を行うことにより製造することができる。

本発明に用いる熱膨張性黒鉛は、アルカリ金属として、
Ｎａ、Ｋを含有しており、このアルカリ金属は熱膨張性
黒鉛に含まれる遊離硫酸と反応して塩を形成しており、
かつ、この熱膨張性黒鉛のｌ重量％濃度の水分散液のｐ
Ｈが４．５以上であることが必要である。

このような熱膨張性黒鉛は、酸処理後、水洗を行った後
あるいは水洗工程で、アルカリ金属の水酸化物の水溶液
と接触させ、ついで濾別した後乾燥することにより製造
することができる。

本発明の熱膨張性黒鉛は、熱膨張性黒鉛の１重量％濃度
の水分散液のｐＨが４．５以上であることが必要であり
、そのｐＨが４．５より低い場合は触媒失活に対する改
善効果が低く、所望の効果が達成できない。

尚、ｐＨの上限は特にないが、例えばｐＨが８を超える
ような場合は、過剰のアルカリ金属を含むことになりポ
リウレタンフォームに添加する場合にはその物性に悪影
響を与えることも予想されるので、通常ｐＨ値として４
．５〜８．０が好ましい。

また、アルカリ金属は硫酸塩として含有されていること
が必要であるが、一部は過剰の水酸化物、あるいは炭酸
塩などの形で存在含有されていても良い。

アルカリ金属としてはＮａ、に単独でもこの両名が適宜
混合されていてもよい。

本発明の熱膨張性黒鉛の１重量％濃度の水分散液のｐＨ
は、測定すべき熱膨張性黒鉛１ｇｒを９９ｇｒの脱イオ
ン水に投入し、１０分間撹拌した後、ｐＨ’ｍ極により
１ｌＦＪ定される。尚、この測定に際して使用される脱
イオン水はそれ自体のｐＨが５．５〜７．０の範囲にな
ければならない。

熱膨張性黒鉛の粒度は、通常、これを製造する際の原料
黒鉛の粒度に左右され、原料の粒度に応じた成る範囲の
粒度分布を有しており、目的によって使い分けられてい
るが、粒度の調整を原料黒鉛あるいは熱膨張性黒鉛を粉
砕するなどの方法で行うことも無論可能である。本発明
で用いるられる熱膨張性黒鉛は難燃化効果との関連及び
ポリウレタン製品に添加するという目的から、その粒度
分布はある範囲にあることが望ましい。

即ち、その粒度がおよそ８０メツシユより細かくなると
、膨張性が小さくなる傾向があり、１５０メツシユより
細かい場合には、膨張性が極端に低下し、その結果とし
てポリウレタン製品の難燃化効果が著しく低下する。

一方、粒度が大きい場合、例えば２０〜３ｏメツシュ程
度の場合には、膨張性は十分高いが、ウレタン化反応に
用いる場合に均一分散が困難になり、望ましい難燃性が
得られないと同時にポリウレタン原料系への分散性が良
くないために作業効率が低下する。

従って、本発明される熱膨張性黒鉛の粒度は、３０〜１
０Ｇメツシユのものが望ましく、更に４０〜８０メツシ
ュ程度に分級されたものが最も好ましい。

ポリウレタンフォームに対する熱膨張性黒鉛の添加比率
は、５〜３０％であり、５％以下では難燃化が不十分で
あり、また３０％以上ではポリウレタンフォームとして
の特性を低下させるので好ましくない。

なお、この比率はポリウレタンフォームに対して要求さ
れる難燃性の度合に応じて、適宜選ぶことができるが、
常法に従って、原料の一方であるポリオール側に添加す
る場合、原料ポリオールによっては２５％以上の添加は
、作業性が低下することがある。

本発明で用いられるポリウレタンフォーム原料としては
、軟質フオーム用、硬質フオーム用の何れでもよく、通
常、ポリオールとしては、ポリオキシプロピレングリコ
ール、ポリオキシエチレングリコールのようなポリエー
テル類、ポリエチレンアジペート、ポリへキサメチレン
アジペート等のポリエステル類を代表的なものとして挙
げることができるが、芳香族ポリエステルポリオールは
、それ自体難燃性の向上に有効であり、機械的強度の改
善にも有効である。

また、ポリイソシアネートとしては、ＴＤＩ。

ＭＤＩ等のジイソシアネート類を挙げることができる。

これらの原料に加えて、アミン類等の反応触媒、気泡を
整え、フオーム密度を調整するためのフロンガス、水、
シリコーン系の界面活性剤などが通常用いられる。

また、本発明のポリウレタンフォームには、トリス（２
−クロロエチル）フォスフェート、トリス（２，３−ジ
ブロモプロピル）フォスフェート等、従来公知の難燃剤
の他、尿素、チオ尿素、メラミン等の有機質粉末或いは
金属水酸化物、三酸化アンチモン等の無機質粉末を難燃
性付与剤として添加、併用してもよい。

本発明の難燃性ポリウレタンフォームを製造するには、
アルカリ金属を含有している熱膨張性黒鉛を、ポリウレ
タンフォーム中に５〜３０ｆｆｉ量％の割合で含有する
ようにポリオールに添加し、ポリイソシアネート化合物
と反応させる。

なお、難燃性付与剤以外の添加剤も通常、ポリオール側
に添加する。熱膨張性黒鉛の添加方法には特別の制限は
なく、本発明の熱膨張性黒鉛は、ポリオールに添加した
まま放置しても、経時変化がきわめて少なく、反応性は
殆ど損われないので、作業性の観点から極めて有利であ
るが、場合によってはポリオール混合物の下層に沈降堆
積することもあり、この場合には使用の直前によ（撹拌
して用いる。

［実施例］ 以下本発明を実施例および比較例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。

なお、実施例等に記載した各成分の量を示す数値はすべ
てｆｆｉ量部である。

実施例１〜４、比較例１〜３ 軟質ポリウレタンフォームの製造 第１表に示した配合割合で原料を反応させた。

用いた原料の詳細は第１表の欄外に纏めて示した。又、
使用した熱膨張性黒鉛に含まれるアルカリ金属及び、該
黒鉛の水分散液のｐＨを第２表に示した。

反応の方法は次のようにして行った。

先ずポリエチレン製容器にポリイソシアネート、熱膨張
性黒鉛以外の各原料を所定比率で添加、混合し、次に所
定比率の熱膨張性黒鉛を添加し、十分に撹拌、混合して
混合原料を得た。

ついで１交のポリエチレンビーカーに所定量の混合原料
を採り、ここに所定量のポリイソシアネートを投入し、
直ちに激しく５秒間撹拌し、撹拌機を取り除いてそのま
ま静置した。

なお、以上の操作においては液温を２０±　１℃に調節
した。

反応操作を行った後、クリームタイム、ライズタイムを
１１定した。さらに室温に放置された反応物について、
５時間後に生成物の体積を測定した。

同様の方法で、本発明の熱膨張性黒鉛を添加しない例（
ブランク）を比較例１として行った。

またアンモニアで処理した熱膨張黒鉛を使用した例を比
較例２とし、水分散液のｐＨが４．５未満の熱膨張性黒
鉛を用いた例を比較例３として上記と同様に反応を行っ
た。

試験結果 実施例１〜４及び比較例１〜３の結果を第３表に示す。

第３表に示されたように実施例１〜４では、無添加の比
較例１に比べて反応時のクリームタイム、ライズタイム
とも遜色がなく、フオームの体積もほぼ同一のものであ
った。

燃焼試験 実施例１〜４及び比較例１〜３のポリウレタンフォーム
について、Ｊ　ｌ５−Ａ−９５１４の６．９項（燃焼試
験）に準拠して燃焼性試験を行った。

試験台は長さ　１５０ｍｍ、幅５０ｍｍ５厚さ１８ａ＋
ｍとし、その試験片５個をとり、その一方の端に魚尾灯
付きのブンゼンバーナーの炎を６０秒間当てた後、ブン
ゼンバーナーを試験片から遠ざける。

試験片に炎を当ててから、試験片の火が消えるまでの時
間（秒）と試験片の燃えた部分のうち燃焼長さが最も長
い部分の長さ（５ａｄ）とを測定した。

ｎ５ｍ５の測定結果の平均値を第４表に示す。

第４表から、本発明のポリウレタンフォームは熱膨張性
黒鉛を無添加の比較例１のものに比べて極めて優れた耐
燃焼性を示した。

第１表原料の配合組成 ４９４７Ｍネート；ＴＤＩ−１１０／ＰＡＰＩ−１３５
−８０／２０　ｔ７）混合物（ＮＣＯ＋　４４４％）１
エム・デイ−化成社製 ポリオール■；エクセノーノＬ−１１２０（ＯＩＩＶ：
３６）　、旭ガラス社製ポリオール■；エクセノーノｔ
−９１０（αＩＶ：２５）　、旭ガラス社製触娠り　　
；糎Ａ　Ｌ−３３、トーソー社製触媒■　　；ＫＡＯ−
恥、１１花王社製整泡剤　　；　５ＲＸ−２７４Ｃ，）
−レ社製発泡剤　　：脱イオン水 第２表　熱膨張性黒鉛 第３表　反応性の比較 （注） クリームタイム：１糸料を混合後、反応が開始し、発泡
ｍｍ＜気化してクリーム状になるまでの時間（秒） ライズタイム；原料を混合後、クレーム状を経て膨張し
てフオームを形成し、フオームの上昇が終了するまでの
時間（秒）第４表　燃焼性試験 実施例５〜８、比較例４〜６ 軟質ポリウレタンフォームの製造 実施例１〜４、比較例１〜３と同様にしてポリオール系
の混合原料を造り、経時変化を調べるために、容器に蓋
をして５℃に保って保存しておき、第１表に示したと同
様の配合割合でポリイソシアネートと反応させた。用い
た原料の詳細は実施例１〜４で用いたものと同じである
。

軟質ポリウレタンフォームの製造を、混合原料の製造直
後、２日経過後、５日経過後、１０口経過後に実施し、
発泡体の体積を測定した。

試験結果 実施例５〜８および比較例４〜６の結果を第５表に示す
。この結果から本発明のポリウレタンフォームは、特定
の処理を施した熱膨張性黒鉛を添加したポリオール系混
合原料の経時変化が少ないことにより、比較例５のアン
モニアで処理した熱膨張性黒鉛を添加したポリオール系
混合原料を用いたポリウレタンフォームに比べて体ｌの
変化が少なく、混合後１０日経過後のポリオール系混合
原料を使用しても熱膨張性黒鉛を添加しないポリオール
系混合原料を用いた比較例４のポリウレタンフォームと
比べて体積の変化に遜色はない。

第５表　経時安定性 第６表　原料の配合組成 硬質ポリウレタンフォームの製造 第６表に示した配合割合で原料を反応させた。

用いた原料の詳細は第６表の欄外に纏めて示した。なお
、使用した熱膨張性黒鉛は前記第２表に示したものを実
施例１〜４、比較例１〜３にそれぞれ対応させて使用し
た。

（注） ボツイ１シテネーシ；ポリメチレンポリフェニレンポリ
イソシアネートＰＡＰＩ−１３５（ＮＧＯ当量：　１Ｂ
ｇ）、エム・デイー化我社製ポリオール　；ポリオキシ
プロピレンシェークローズお−２０９（αＩＹ：Ｉ２５
）　、三洋化成社製 触　媒　　：アミン系触媒ＫＡＯ−恥、　Ｉ、花王社製
整泡剤　　；シリコン系界面活性斉Ｌ−５３４０，日本
ユニカー社製発泡附Ｄ　；脱イオン水 発泡聯り　；フロン溶剤トＩ圧、旭ガラス社製試験結果 実施例９〜１２及び比較例７〜９の結果を第７表に示す
。第７表に示されたように実施例９〜１２では、熱膨張
性黒鉛を無添加の比較例７に比べて反応時のクリームタ
イム、ゲルタイム、ライズタイムとも遜色がない。

ｇＡＩ表　反応性の比較 （注） Ｕ−ム１４ム；原料を混合後１反応が開始し発泡剤が気
化してクリーム状になるまでの時間 ゲルクイム：反応原液がゲル状を呈するまでの時間５４
ズタ４ム；原料を混合後、クリーム状を経て膨張してフ
中−ムを形成し、フオームの上昇が終了するまでの時間
ＦＤ　　、フリーフオーム密ＲＣｋｇｌｍ　３　）の略
称であり、自由発泡させたときのフオーム密度を表す。

燃焼性を比較するために、ＦＤの値がほぼ同一であるこ
とが必要であり、比較例７では、熱膨張性黒鉛が添加さ
れていないため発泡剤■を滅じて調節した。

試験片は長さ　１５０１１％幅５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍ
とし、この試験片５個をとり、その一方の端に魚尾灯付
きのブンゼンバーナーの炎を６０秒間当てた後、ブンゼ
ンバーナーを試験片から遠ざける。

試験片に炎を当ててから、試験片の火が消えるまでの時
間（秒）と試験片の燃えた部分のうち燃焼長さが最も長
い部分の長さ（■）とを測定した。

又、ＪＩＳ−に−７２０１に基づき、酸素指数を測定し
た。

それらの結果を第８表に示す。第８表がら熱膨張性黒鉛
を添加したポリウレタンフォームは熱膨張性黒鉛を無添
加の比較例７のものに比べて優れた耐燃焼性を示した。

燃焼試験 実施例９〜１２及び比較例７〜９について、ｌ５−Ａ−
９５１４の６．９項（燃焼試験）に準拠して燃焼性試験
を行った。

第８表 燃焼性試験 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のポリウレタンフォームは
難燃性（耐燃焼性）が優れており、かつ、ウレタン化反
応工程において、触媒の活性が低下することがない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱膨張性黒鉛を含有する難燃性ポリウレタンフォームに
   おいて、 １）この熱膨張性黒鉛がアルカリ金属を含有しているこ
   と、 ２）この熱膨張性黒鉛の濃度１重量％の水分散液のｐＨ
   が４．５以上であること、 ３）ポリウレタンフォームにおける熱膨張性黒鉛の含有
   量が５〜３０重量％であること、 を特徴とする難燃性ポリウレタンフォーム。