JPH0782338A - ポリウレタンフォーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質ポリウレタンフォーム及びその製造方法
に関し、フロン−１１に替わる発泡剤を使用して従来と
同程度の断熱性及び圧縮強度を備えたポリウレタンフォ
ーム及びその製造方法を提供する。 【構成】 ポリオール原液にセルロース粉末を加えて、
断熱性および圧縮強度に優れたポリウレタンフォームを
得る。特に発泡剤として水を使用した場合、セルロース
粉末が発泡剤として水を用いる化学的発泡の欠点を完全
にカバーし得る。発泡剤を含有するポリオール系原液と
ポリイソシアネート系原液とを重付加反応させてポリウ
レタンフォームを製造するに際し、ポリオール系原液に
４０〜５００メッシュのセルロース粉末を重量百分率で
５〜４０パーセント混入することにより、４０〜５００
メッシュのセルロース粉末を重量百分率で５〜４０パー
セント含む本発明のポリウレタンフォームを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二液型ポリウレタンか
ら製造されるウレタンフォーム及びその製造方法に関す
るものであり、特に硬質ポリウレタンフォーム及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリウレタンフォームには、軟質、半硬
質及び硬質のものが知られており、特に硬質ポリウレタ
ンフォームは、既存の有機系及び無機系断熱材のうちで
最も優れた断熱性能を有し、かつ、自己接着性、製造の
簡便さと多様性という優れた特徴を備えているので、各
種断熱機器や建材、船舶、車両等の断熱材として広く用
いられている。

【０００３】硬質ポリウレタンフォームの製造方法は多
様であるが、基本的な方法はポリオールに発泡剤、整泡
剤、触媒、難燃剤などを加えてポリオール系原液を調製
し、このポリオール系原液とポリイソシアネート系原液
とを混合して重付加反応させ、同時に発泡剤から気体を
発生させるものである。発泡剤から気体を発生させる方
法としては、気化性発泡剤の一種であるトリクロロフル
オロメタン（フロン−１１）が主に用いられており、ポ
リオール系原液とポリイソシアネート系原液との重付加
反応によって発生する反応熱によってフロン−１１を気
化させて気泡を作り（物理的発泡）、この気泡によって
ポリウレタンフォームを製造するものである。発泡剤と
しては、フロン−１１以外の気化性発泡剤を単独で用い
る場合やこれとフロン−１１とを併用する場合、フロン
−１１に微量の水を併用する場合がある。発泡剤として
水を用いた場合は、前記物理的発泡と異なり、水がポリ
イソシアネート系原液と反応して炭酸ガスを発生し、こ
の炭酸ガスが気泡を作る（化学的発泡）。物理的発泡は
独立気泡を作り易く、化学的発泡は連続気泡を作り易い
ことが知られている。

【０００４】このような方法（例えば表１のＡ，Ｂ及び
表３のＥ，Ｇ）で製造された硬質ポリウレタンフォーム
は、多数の細かい気泡を有しており、その物性が後記の
表２のａ及びｂ並びに表４のｅ及びｇに記載されてい
る。そのうち熱伝導率λと圧縮強度は、気泡が独立気泡
であるか連続気泡であるか、独立気泡であればその気泡
内に封入されている気体の種類と関係している。このよ
うな硬質ポリウレタンフォームの断熱性及び圧縮強度
は、発泡剤としてフロン−１１を使用した場合に強く発
揮される。それはフロン−１１が独立気泡を形成すると
共にその気泡内に封入されており、分子量が大きくて熱
伝導率が小さいからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがフロン系気体
は、地球のオゾン層を破壊する原因物質とされ、フロン
−１１は、１９８７年モントリオール議定書によって定
められた使用を禁止すべき特定フロンに属している。日
本でも「フロン等規制法」により、規制対象フロンとな
っており、フロン−１１を使用しない硬質ポリウレタン
フォーム及びその製造方法の開発が急務となっている。

【０００６】発泡剤としてフロン−１１を用いないある
いはフロン−１１の使用量を低減するために従来から試
みられている方法は、当面規制されていないフロン類、
例えばハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）な
どを単独又は組合せて使用する方法や、当面規制されて
いないフロン類とフロン−１１とを併用する方法などが
あり、更に当面規制されていないフロン類に炭化水素系
の気化性発泡剤を併用する提案もある。しかし、このよ
うな方法は、経済性に劣りしかも根本的な解決になって
いない。

【０００７】また発泡剤として水を使用する提案もあ
る。水だけによる化学的発泡は、前記のようなフロン問
題を生じないが、水とポリイソシアネート系原液との反
応により発生する炭酸ガスの熱伝導率がフロン−１１よ
り大きいことや連続気泡を作り易いこと、気化性発泡剤
に比べ発泡倍率が低くてウレタンの密度が高くなること
等の欠点があり、フロン−１１を使用した場合と比較し
て断熱性、圧縮強度及び経済性に劣る。

【０００８】そして未だ、フロン−１１を使用したとき
と同程度の断熱性及び圧縮強度を有する硬質ポリウレタ
ンフォームを製造する発泡剤が見出されておらず、フロ
ン−１１から他の発泡剤への切替えは進んでいない。

【０００９】本発明は、フロン−１１に替わる発泡剤を
使用しても、従来のポリウレタンフォームが備えていた
断熱性及び圧縮強度と同程度の性能を有するポリウレタ
ンフォーム及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、かかる目
的を達成するため鋭意研究した結果、ポリオール原液に
セルロース粉末を加えることにより、断熱性および圧縮
強度に優れたポリウレタンフォームが形成されることを
見出した。とりわけ、発泡剤として水を使用した場合、
セルロース粉末が発泡剤として水を用いる化学的発泡の
欠点を完全にカバーし得たことは、真に驚くべきことで
あった。

【００１１】即ち、本発明に係るポリウレタンフォーム
は、４０〜５００メッシュのセルロース粉末を重量百分
率で５〜４０パーセント含んでおり、二酸化炭素が封入
された気泡を有するものである。

【００１２】本発明に係るポリウレタンフォームの製造
方法は、発泡剤を含有するポリオール系原液とポリイソ
シアネート系原液とを重付加反応させて製造するポリウ
レタンフォームの製造方法において、前記ポリオール系
原液に４０〜５００メッシュのセルロース粉末を重量百
分率で５〜４０パーセント混入することを特徴とするも
のである。ポリオール系原液に発泡剤としての水を共存
させることができる。

【００１３】本発明に用いられるポリオール、ポリイソ
シアネート、触媒、整泡剤は、一般のポリウレタンフォ
ームの製造に用いられるものであればなんでも使用でき
る。発泡剤は、気化性発泡剤を単独または組合わせて使
用することができ、あるいは気化性発泡剤に微量の水を
併用して使用することができる。また、水を単独で発泡
剤として使用することもできる。

【００１４】セルロース粉末は、４０〜５００メッシュ
のパルプ微粉砕物を使用できるが、好ましくは２００〜
５００メッシュのパルプ微粉砕物を使用するのがよい。
５００メッシュ以上のものは、少量の添加でポリオール
系原液の粘度を高くして作業性が低下する。４０メッシ
ュ以下のものは、ポリウレタンフォームに充分な圧縮強
度を与えることができない。またセルロース粉末の添加
量は、ポリオール１００に対し５〜４０重量パーセント
とすることができるが、好ましくは１０〜２５重量パー
セントの範囲である。少なすぎる場合には充分な断熱性
が得られず、多いとポリオール系原液の粘度が高くなる
ため作業性が悪いことと、圧縮強度が低下するという欠
点がある。

【００１５】燃焼性が求められる場合には、難燃剤とし
てハロゲン化リン酸エステル系化合物をポリオール系原
液に添加するのがよい。特にセルロース粉末を含むポリ
ウレタンフォームでは、通常用いられるトリス（２−ク
ロロエチル）ホスフェート、トリス（２−クロロプロピ
ル）ホスフェートなどのリン系難燃剤の使用により容易
に難燃性を付与することができる。セルロースの難燃化
には、窒素とリンの組合わせが優れていることが広く知
られており、ポリウレタン中の窒素と難燃剤のリンが効
果を発揮するものと考えられる。

【００１６】

【作用】本発明に係るポリウレタンフォームは、その内
部にセルロースを含んでいるから、断熱性、圧縮強度、
抗張力及び曲げ強度が向上する。水を発泡剤として製造
した本発明のポリウレタンフォームは、セルロースによ
る物性の向上と炭酸ガスが封入された気泡による物性の
低下とが相殺されて、断熱性及び圧縮強度がフロン−１
１を使用したときと同程度となるから、フロン−１１を
水に代替することができる。

【００１７】またフロン−１１は気体性発泡剤であり、
物理的発泡であるから、フォームの製造条件、特に反応
温度により発泡性が異なり、例えば金属パネル間での発
泡では、熱が吸収され易い金属面の付近と熱の吸収され
難い中央部とでは、発泡の状態に差を生じ、フォーム形
成が不均一となり、断熱性に悪影響を及ぼす。こうした
現象に対して、水とイソシアネートとの反応による炭酸
ガスの発生は、化学発泡であり、かかる外的条件に左右
され難く、より広い条件下で安定したフォームを製造す
ることができる。

【００１８】セルロース粉末が断熱性を向上させる理由
としては、あらかじめセルロース粉末に吸収されたポリ
オールや水がポリイソシアネートとの反応で反応熱を伴
いながら気体を発生させてセルロース粉末を膨張させ、
その微細構造にも気体を導入し、そのまま硬化して封じ
込めることにあると考えられる。気体を含んだセルロー
スの断熱性が優れていることは、公知の事実である。水
だけを発泡剤として用いた場合の発泡倍率の低下防止も
同様に考えられ、膨張したセルロース粉末がそのまま硬
化し、フォーム形成時に形態の保持体として働くものと
考えられる。

【００１９】

【実施例】

−第１実施例− ポリオールとしてポリオキシプロピレングリセリンエー
テルのサンニックスＧＰ−４００（三洋化成株式会社
製）を、触媒としてＤＡＢＣＯ３３ＬＶ（東洋曹達株式
会社製）を、整泡剤としてトーレシリコーンＳＨ−１９
３（東レ株式会社製）を、発泡剤としてフロン−１１、
ＨＣＦＣ−２２、ＨＣＦＣ−１４２ｂ又は水を、セルロ
ース粉末としてＫＣフロックＷ−３００（日本製紙株式
会社製）を選び、下記表１の処方で配合してポリオール
系原液Ａ〜Ｄを調製した。このポリオール系原液Ａ〜Ｄ
にポリイソシアネート系原液としてクルードＭＤＩのＰ
ＡＰＩ−１３５（三菱化成ダウ株式会社製）を重量部で
１６０混合し、反応させてａ〜ｄの硬質ポリウレタンフ
ォームを製造した。

【００２０】

【表１】

【００２１】得られた硬質ポリウレタンフォームａ〜ｄ
の物性を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】−第２実施例− 本実施例は、難燃化硬質ポリウレタンフォームの製造方
法及びその物性を示したものである。ポリオールとして
アミン系のＰＰＧ−Ｎ１−４７０とシュガー系のＰＰＧ
−ＳＵ−４６０（いずれも三井日曹ウレタン株式会社
製）を選び、触媒、整泡剤、ポリイソシアネート、セル
ロース粉末は第１実施例に使用したものと同じものを用
い、難燃剤としてトリス（２−クロロチル）ホスフェー
トを添加し、下記表３の処方で配合したポリオール系原
液Ｅ〜Ｈを調製した。このポリオール系原液Ｅ〜Ｈに第
１実施例と同様なポリイソシアネート系原液を同量混合
し、反応させて試料ｅ〜ｈを得た。

【００２４】

【表３】

【００２５】得られた試料ｅ〜ｈの物性を表４に示す

【００２６】

【表４】

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るウレタンフ
ォームは、内部にセルロースを含んでいるから、断熱性
及び圧縮強度等の物性が向上している。従って、発泡剤
としてフロン−１１以外のものを使用しても、フロン−
１１を使用したものと同程度の断熱性及び圧縮強度を有
するポリウレタンフォームとなる。従って発泡剤として
水を使用することが可能となり、フロン問題を根本的に
解決することができる。また、水とイソシアネートとの
反応による炭酸ガスの発生は、化学発泡であり、金属パ
ネル間の発泡のように熱が吸収され易い場所での反応で
あっても、外的条件に左右され難く、より広い条件下で
安定したフォームを製造することができる。また本発明
方法は、反応前のポリオール系原液に粒子の大きさが一
定範囲のセルロース粉末を混入するだけでよいから、作
業性を低下させずに、従来製品と同程度の性能を有する
ポリウレタンフォームを再現性よく製造することができ
るという効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｇ 101:00） (Ｃ０８Ｌ 75/04 1:02）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４０〜５００メッシュのセルロース粉末
   を重量百分率で５〜４０パーセント含んでいる、ポリウ
   レタンフォーム。
2. 【請求項２】 気泡内に二酸化炭素が封入されている、
   請求項１記載のポリウレタンフォーム。
3. 【請求項３】 発泡剤を含有するポリオール系原液とポ
   リイソシアネート系原液とを重付加反応させて製造する
   ポリウレタンフォームの製造方法において、前記ポリオ
   ール系原液に４０〜５００メッシュのセルロース粉末を
   重量百分率で５〜４０パーセント混入することを特徴と
   する、ポリウレタンフォームの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のポリオール系原液に水を
   共存させることを特徴とする、ポリウレタンフォームの
   製造方法。