WO2014041668A1 - ポリウレタン用難燃剤組成物ならびにこれを用いて製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォーム - Google Patents

ポリウレタン用難燃剤組成物ならびにこれを用いて製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォーム Download PDF

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千枝 作道
幸子 沼
中野 孝志
哲也 大深
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燐化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a flame retardant composition for polyurethane excellent in storage stability, a flame retardant polyurethane and a flame retardant polyurethane foam produced by adding the same.
  • Polyurethane is mainly produced by the reaction of isocyanates and polyols, and is widely used in cushioning materials for vehicles and furniture, construction materials, storage tanks, thermal insulation materials and structural materials for ships, etc.
  • Phosphoric acid esters and phosphoric acid esters have been mainly used.
  • flame retardants containing halogens tend to cause corrosion of equipment, discoloration of materials, and the like, and tend to be disliked from the viewpoint of environmental impact.
  • phosphate ester has a plasticizing action, there is a problem that mechanical properties such as compressive strength are reduced and shrinkage is caused. Therefore, it is required to reduce the amount of phosphate ester used and to substitute a flame retardant that does not adversely affect the physical properties.
  • Patent Document 1 discloses flame retardant of a flexible polyurethane foam by a composite flame retardant combining ammonium polyphosphate and red phosphorus. .
  • both ammonium polyphosphate and red phosphorus are powders having a large specific gravity that is insoluble in isocyanates and polyols.
  • red phosphorus has a large specific gravity of 2.2.
  • polyurethane is produced by the reaction of isocyanate and polyol as described above, when a product form in which powdered flame retardant is blended with either isocyanate or polyol or an organic phosphate used as a flame retardant is used.
  • the powdered flame retardant settles, sometimes requiring a stirring step, and when the sedimentation is significant, it becomes hard to transfer from the packaging container because it hardens into a cake.
  • the flame retardant polyurethane foam is used as the final object, the resulting polyurethane foam has a non-uniform composition and is of low quality. Under the present circumstances, since the raw material of polyurethane is usually stored for a period of one month until it is used after being blended, there is a demand for a flame retardant that does not settle for about one month after mixing.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and as a flame retardant for polyurethane, particularly polyurethane foam, red phosphorus having a high flame retardant effect is uniformly dispersed, and storage stability after mixing with other raw materials is also achieved. It is an object to provide an excellent flame retardant composition. Another object of the present invention is to provide a flame retardant polyurethane and a flame retardant polyurethane foam produced using the flame retardant composition.
  • red phosphorus can be used alone as a flame retardant, and in that case, the amount of the flame retardant used can be suppressed to a small amount, so there is little influence on physical properties, and in the composition Since it disperses uniformly, the physical properties of the polyurethane, which is the final object, are also good and uniform.
  • no halogen-containing flame retardant since no halogen-containing flame retardant is used, there is no corrosion of the equipment or discoloration of the material, which can contribute to environmental conservation.
  • red phosphorus and phosphate ester are used together as a flame retardant, so the amount of phosphate ester used can be reduced, so the physical properties are improved and the corrosion of equipment and discoloration of materials are suppressed while utilizing the plasticity of phosphate ester. Can contribute to the reduction of environmental impact.
  • the flame retardant composition of the present invention is as follows.
  • a flame retardant composition for polyurethane containing (A) 3 to 50% by mass of red phosphorus and (B) 0.2 to 15% by mass of an anti-settling agent.
  • the flame retardant composition for polyurethane as described in (1) or (2) above containing 2 to 10% by mass of finely divided silica as an anti-settling agent.
  • the flame retardant composition for polyurethane according to the above (1) or (2) comprising 0.2 to 5% by mass of hydrogenated castor oil wax or fatty acid amide wax as an anti-settling agent.
  • the flame retardant composition for polyurethane according to (1) or (2) above containing 2 to 10% by mass of organic clay as an anti-settling agent.
  • a flame-retardant polyurethane produced by adding the polyurethane flame retardant composition according to any one of (1) to (10).
  • a flame retardant polyurethane foam produced by adding the flame retardant composition for polyurethane according to any one of (1) to (10) above.
  • each component is uniformly dispersed in the composition, the flame retardant composition for polyurethane having excellent storage stability after mixing with other raw materials, and good and uniform flame retardancy
  • a polyurethane can be provided.
  • a flame-retardant polyurethane foam with favorable and uniform physical properties can be provided.
  • Polyurethane is usually produced by mixing and reacting a polyol component and an isocyanate component, which are main components, and, if necessary, blending components such as a flame retardant, a foaming agent, a catalyst, and a curing agent. Since this reaction proceeds by mixing the polyol component and the isocyanate component, when the raw materials are distributed and stored, the reaction is divided into two liquids, a liquid mainly composed of polyol and a liquid mainly composed of isocyanate. ing. Compounding ingredients other than the main component are added to either liquid, but usually, distribution and storage are performed as a polyol premix in which a polyol component is mixed with a flame retardant or other compounding ingredients.
  • distribution and storage may be performed as an isocyanate premix in which a flame retardant or other compounding component is mixed with an isocyanate component.
  • Phosphate ester generally used as a flame retardant is usually contained in a polyol premix, but a liquid mainly composed of phosphate ester is prepared as a third liquid separately from the above two liquids.
  • storage is performed.
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention is characterized by containing 3 to 50% by mass of red phosphorus and 0.2 to 15% by mass of an anti-settling agent. Further, a preferred embodiment of the present invention is a flame retardant composition for polyurethane in which 3 to 50% by weight of red phosphorus and 0.2 to 15% by weight of an antisettling agent are dispersed using phosphate ester, polyol or isocyanate as a medium. is there.
  • Red phosphorus is added for the purpose of imparting flame retardancy.
  • red phosphorus untreated red phosphorus generally used, red phosphorus coated with a resin film, a metal hydroxide film, or the like can be used. Although not particularly limited, handling is easy. From the viewpoint of the above, it is preferably red phosphorus that has been coated.
  • the particle size is not particularly limited, but those distributed as red phosphorus flame retardants can be used, and the average particle size is usually 100 ⁇ m or less, and this particle size is preferably dispersed uniformly as a flame retardant.
  • Red phosphorus is contained in an amount of 3 to 50% by mass based on the total amount of the flame retardant composition for polyurethane. If the amount is less than 3% by mass, the effect of flame retardancy cannot be obtained, and if it exceeds 50% by mass, the fluidity is lost and a uniform liquid or pasty mixture cannot be obtained.
  • a flame retardant composition for polyurethane of the present invention or a pre-preparation thereof when producing a masterbatch containing red phosphorus at a high concentration, the higher the red phosphorus content, the more cost-effective.
  • the red phosphorus content is appropriately adjusted according to the blending components, for example, 10 to 50% by mass of red phosphorus, preferably May be contained in an amount of 20 to 50% by mass.
  • the anti-settling agent is added for the purpose of uniformly dispersing red phosphorus, which is the main component of the flame retardant.
  • the anti-settling agent is not particularly limited, but it is preferable to use carbon black, finely divided silica, hydrogenated castor oil wax, fatty acid amide wax and organic clay alone or in combination of two or more, particularly in a small amount. It is preferable to use a fatty acid amide wax-based anti-settling agent having a stable anti-settling property.
  • the antisettling agent is contained in an amount of 0.2 to 15% by mass based on the total amount of the flame retardant composition for polyurethane. When the amount is less than 0.2% by mass, the effect of preventing sedimentation is weakened. When the amount exceeds 15% by mass, the viscosity increases and a liquid or paste-like mixture cannot be obtained, resulting in poor handling.
  • the optimum addition amount of the anti-settling agent differs depending on the type, and is 5 to 14% by mass when carbon black is used, 2 to 10% by mass when fine silica is used, and 2 when organic clay is used. It is more preferable to add up to 10% by mass.
  • hydrogenated castor oil wax or fatty acid amide wax it is more preferable to add 0.2 to 5% by mass, particularly preferably 0.3 to 3% by mass, based on the active wax component (solid content). .
  • an amount of anti-settling agent that prevents sedimentation of the red phosphorus component after dilution is preferably added in advance, and is preferably contained so that the anti-settling agent is 0.2 to 15% by mass after dilution.
  • an amount of anti-settling agent that prevents sedimentation of the red phosphorus component after dilution is preferably added in advance, and is preferably contained so that the anti-settling agent is 0.2 to 15% by mass after dilution.
  • a master batch of 20% by weight of red phosphorus for producing a polyol premix of 10% by weight of red phosphorus if 7% by weight of carbon black is required in the diluted polyol premix, It is preferable to add a large amount in consideration of storage after dilution, such as addition by mass%.
  • the carbon black used in the present invention is not particularly limited, and may be manufactured by any manufacturing method such as a furnace method, a channel method, or a thermal method.
  • the finely divided silica used in the present invention is called fumed silica, colloidal silica, silica gel or the like.
  • Aerosil registered trademark
  • the wax-based antisettling agent used in the present invention is a hydrogenated castor oil wax or a fatty acid amide wax synthesized from a vegetable oil fatty acid and an amine. These form a swollen gel structure in a liquid, and those commercially available as thixotropic agents, thickeners, anti-settling agents, anti-sagging agents and the like are readily available.
  • fatty acid amide waxes are preferable because they have a high melting point and hardly generate aggregates.
  • Commercially available products of fatty acid amide wax include powdered products containing only fatty acid amide wax components, and pre-swelling types in which fatty acid amide wax is pasted in a solvent.
  • Disparon registered trademark “ “A603-20X”, “A603-10X”, “6500”, “6650”, and “6700” can be used.
  • it may be a product combined with another component having thixotropic properties.
  • the organic clay used in the present invention is a clay treated with an organic compound in order to improve the affinity with the medium to be added.
  • examples of the clay include montmorillonite, bentonite, smectite, beidellite, hectorite, saponite, and slabenite. Bentonite treated with quaternary ammonium can be easily obtained as a commercial product of organic clay.
  • the medium disperses red phosphorus and an antisettling agent, and is not particularly limited, but is preferably a phosphate ester, a polyol or an isocyanate.
  • These media can be a raw material component of the flame retardant polyurethane which is the final object.
  • a master batch containing a high concentration of red phosphorus using a phosphate ester as a medium is a “composite flame retardant”, and a red phosphorus flame retardant master containing a high concentration of red phosphorus using a polyol as a medium.
  • red phosphorus flame retardant masterbatch containing high concentrations of red phosphorus using isocyanate as a medium
  • isocyanate It can be used as an “isocyanate premix” containing red phosphorus together with other additives.
  • “containing high concentration of red phosphorus” means containing 10 to 50% by mass of red phosphorus.
  • the medium is preferably contained at least 35% by mass with respect to the total amount of the flame retardant composition for polyurethane. By setting it as this range, the liquid or paste-like mixture with which the compounding component was disperse
  • the phosphate ester used in the present invention is not particularly limited.
  • tris (2-chloroethyl) phosphate, tris (chloropropyl) phosphate, tris (dichloropropyl) phosphate, tris (tribromoneopentyl) phosphate And other halogen-containing condensed phosphates In addition to the effect as a flame retardant, phosphate esters have the effect of reducing the viscosity of the polyurethane foam stock solution when the final product is a polyurethane foam, improving the stirring efficiency and improving the homogeneity of the resulting molded product. Have For this reason, it can be suitably used as a medium.
  • the polyol used in the present invention is preferably a polyol used as a raw material for polyurethane, and particularly preferably a polyol used as a raw material for polyurethane foam.
  • the polyether polyol polyoxypropylene-glyceryl ether hereinafter referred to as “PPG”), polymer polyol, trimethylolpropane (TMP), 1,3-propanediol (1, 3-PDO)
  • PPG can be applied to uses such as flexible polyurethane foam, rigid polyurethane foam, and polyurethane elastomer by adjusting the number of functional groups and the molecular weight per functional group.
  • PPG is obtained by adding an alkylene oxide to an active hydrogen-containing compound.
  • PPG for producing rigid polyurethane foam those having 3 to 8 functional groups and a molecular weight per functional group of 60 to 200 are generally suitable.
  • PPG for producing flexible polyurethane foam those having 3 to 8 functional groups and a molecular weight per functional group of 700 to 3000 are generally suitable.
  • PPG for producing urethane elastomers has 2 to 3 functional groups. A molecular weight of 100 to 3000 per functional group is generally suitable.
  • ethylene glycol or propylene glycol as the bifunctional, glycerin or trimethylolpropane as the trifunctional, pentaerythritol as the tetrafunctional, sorbitol as the hexafunctional, sucrose as the 8-functional is suitably used
  • ethylenediamine or toluylenediamine as tetrafunctional and diethylenetriamine as pentafunctional can be used, but are not limited thereto.
  • the polymer polyol is obtained by radical polymerization of acrylonitrile, styrene or the like in PPG. Also in the case of producing a master batch containing red phosphorus in a high concentration, it is preferable to use the above polyol.
  • the polyol component is also selected according to the properties and properties required for the final polyurethane, but if the amount of polyol in the masterbatch is small in the entire polyurethane and the properties and properties of the desired polyurethane are not impaired, polyurethane
  • polyols such as PPG having 3 to 8 functional groups and a molecular weight per functional group of 60 to 200 are used for producing rigid polyurethane foam, and 3 to 8 functional groups are used for producing flexible polyurethane foam.
  • PPG having a molecular weight of 700 to 3000 per functional group, or PPG having a number of functional groups of 2 to 3 and a molecular weight of 100 to 3000 per functional group may be used for the production of urethane elastomers.
  • the isocyanate used in the present invention is preferably an isocyanate that is a raw material for polyurethane, and is particularly preferably an isocyanate that is a raw material for polyurethane foam.
  • aromatic polyisocyanate compounds such as diphenylmethane diisocyanate and tolylene diisocyanate
  • alicyclic polyisocyanates such as isophorone diisocyanate
  • aliphatic polyisocyanates such as hexamethylene diisocyanate
  • Can be used singly or in combination of two or more, and other applications include xylylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate, tetramethylene xylylene diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, trimethylhexamethylene diisocyanate, dimer acid.
  • Diisocyanate and the like can be used. Moreover, the polymer (polymeric body) of these isocyanate can also be used, Furthermore, these 2 or more types of mixtures can also be used. Also when producing a masterbatch containing red phosphorus at a high concentration, it is preferable to use the above-mentioned isocyanate.
  • Isocyanate components are selected depending on the properties and properties required for the final polyurethane, but if the amount of isocyanate in the masterbatch is small in the entire polyurethane and the properties and properties of the desired polyurethane are not impaired, polyurethane In this case, there is no need to use different isocyanates for the masterbatch according to the purpose of use, and a red phosphorus flame retardant masterbatch using a general-purpose isocyanate as a medium. Become.
  • the anti-settling agent is preferably at least one selected from carbon black, fatty acid amide wax, and organic clay.
  • the anti-settling agent is finely divided silica.
  • the settling inhibitor is at least one selected from finely divided silica, carbon black, fatty acid amide wax and organic clay. It is preferable that
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention can contain other additives, and particularly when it is a flame retardant composition for polyurethane foam, a curing agent, a crosslinking agent, and a catalyst for forming polyurethane. , Foaming agents, deterioration inhibitors, plasticizers, foam stabilizers and the like. Moreover, as flame retardants other than red phosphorus, phosphoric acid esters, ammonium polyphosphate, melamine polyphosphate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and melamine can be included. In addition, about phosphate ester, it may mix
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention can be produced, for example, by uniformly dispersing red phosphorus, an anti-settling agent and other additives in a liquid medium.
  • a dispersion method various dispersion methods in which the compounding ingredients are uniformly dispersed can be used.
  • the stirrer a general-purpose stirrer, a disper disperser, a dissolver, a kneader, or the like can be used.
  • hydrogenated castor oil wax or fatty acid amide wax is used as an anti-settling agent, a certain amount of shearing force is required for uniform mixing, and a stirrer with strong shearing force such as a homogenizer or sand mill may be used. preferable.
  • all the components such as red phosphorus, anti-settling agent, polyurethane raw material component, and other additives can be mixed and dispersed in one operation.
  • other additives can be added and mixed and dispersed at a desired concentration.
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention can be used for the production of various flame retardant polyurethanes, and is suitable for the production of flame retardant polyurethane foams, flame retardant polyurethane elastomers, and the like. Especially, it is suitable for manufacture of a flame-retardant polyurethane foam, and can be used suitably especially for manufacture of a flexible polyurethane foam, a semi-rigid polyurethane foam, and a rigid polyurethane foam.
  • the flame retardant polyurethane of the present invention can be produced by adding the above-described flame retardant composition for polyurethane of the present invention.
  • a method for producing the flame retardant polyurethane foam a known production method such as slab foaming, mold foaming, injection foaming, spray foaming, laminating or the like can be applied.
  • a method for producing a flame retardant polyurethane elastomer known methods such as casting, reaction injection molding (RIM), caulking, etc. for a thermosetting type, and injection molding, extrusion molding, calendar molding, polymer blending, etc. for a thermoplastic type Can be applied.
  • the addition amount of the flame retardant composition for polyurethane of the present invention is preferably in the range of 1.5 to 20% by mass of red phosphorus with respect to the total amount of the flame retardant polyurethane which is the final target.
  • the amount of red phosphorus required varies depending on the raw material of the polyurethane, its blending ratio, and the required flame retardant level. For example, in the case of a polyurethane foam in which the mass ratio of the polyol component to the isocyanate component is 100: 155, it can be flame retardant with a red phosphorus content of about 7% by mass relative to the total amount of the flame retardant polyurethane foam.
  • Anti-settling agent G “Carbon black MA220” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
  • Anti-settling agent H Fumed silica, “Aerosil 300” manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
  • Anti-settling agent I fumed silica, “Aerosil R972” manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
  • Anti-settling agent J Fatty acid amide wax, “Disparon A603-20X” manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd., 20% active ingredient
  • Anti-settling agent K Organic bentonite, “Esven NZ” manufactured by Hojun Co., Ltd.
  • Anti-settling agent L Organic bentonite, “Esven NO12S” manufactured by Hojun Co., Ltd.
  • Comparative Example 1 shows, in the flame retardant composition in which only red phosphorus is mixed with the polyol, the precipitation starts after one week, but as shown in the results of Examples 1 to 5, the precipitation prevention By adding carbon black, finely divided silica, fatty acid amide, and organic clay as agents, settling could be prevented for at least 4 weeks. Moreover, also in the medium containing a phosphate ester as in Examples 6, 7, and 13, precipitation could be prevented by adding carbon black, fatty acid amide, and organic clay.
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention contains red phosphorus and can be used as a flame retardant for polyurethane.
  • the flame retardant composition for polyurethane of the present invention can be used for the production of flame retardant polyurethane, in particular flame retardant polyurethane foam, and bedding / car seat / cushion material, sound absorbing material, vibration damping material, electric refrigerator / building material, etc. It can be used for applications such as thermal insulation and construction flooring.

Abstract

 ポリウレタン、特にポリウレタンフォーム用難燃剤として、難燃効果の高い赤リンが均一に分散し、他の原料との混合後の貯蔵安定性にも優れた難燃剤組成物ならびにこれを用いて製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォームを提供する。難燃剤組成物は、(A)赤リン3~50質量%、(B)沈降防止剤0.2~15質量%を含む。該沈降防止剤は、カーボンブラック、微粉シリカ、水添ヒマシ油ワックス、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される。難燃性ポリウレタンは、上記ポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造される。

Description

ポリウレタン用難燃剤組成物ならびにこれを用いて製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォーム
 本発明は、貯蔵安定性に優れたポリウレタン用難燃剤組成物ならびにこれを添加して製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォームに関する。
 ポリウレタンは主にイソシアネート類とポリオールとの反応によって作られ、車両・家具等のクッション材、建築、貯蔵タンク、船舶等の断熱材や構造材等幅広く使用されており、その難燃化にはハロゲン化リン酸エステルや、リン酸エステルが主に使用されてきた。しかし、ハロゲンを含有する難燃剤は、装置の腐食や材料の変色などの原因となり、また環境への影響の点から嫌えんされる傾向にある。リン酸エステルには可塑化作用があるため、圧縮強度などの機械物性の低下や収縮を引き起こすという問題がある。そのため、リン酸エステルの使用量を低減することや、物性に悪影響を及ぼさない難燃剤に代替することが求められている。他の難燃剤として、メラミンと赤リンを挙げることができるが、メラミンはポリウレタン原料全体の30%程度と多量に配合する必要があるため、物性、成形性、経済性の点で問題がある。一方、赤リンは比較的少量を配合することで難燃化でき、例えば、特許文献1では、ポリリン酸アンモニウムと赤リンを組み合わせた複合難燃剤による軟質ポリウレタンフォームの難燃化が開示されている。
日本国特開平10-147623号公報
 しかしながら、ポリリン酸アンモニウムも赤リンも共にイソシアネートやポリオールに不溶の比重の大きな粉末であり、特に赤リンは比重が2.2と大きい。特許文献1の複合難燃剤を添加してから直ちにポリウレタンを生成させる場合はそれほど問題とならないが、この複合難燃剤をポリウレタン原料のいずれかに混合し、反応させるまでに日数がある場合、しばらくすると沈降し、均一な組成物が得られないという問題が生じ得る。
 すなわち、ポリウレタンは前述のようにイソシアネートとポリオールの反応によって生成されるので、イソシアネートもしくはポリオール、または難燃剤として使用される有機リン酸エステルのいずれかに粉末状難燃剤を配合した製品形態としたとき、貯蔵、流通過程で粉末状難燃剤が沈降し、ときには攪拌の工程が必要となり、また沈降が著しい場合にはケーキ状に固まるため包装容器から移すことが困難となる。更に、難燃性ポリウレタンフォームを最終目的物とする場合には、得られるポリウレタンフォームは組成が不均一となり、低品質のものになってしまう。現状では、ポリウレタンの原料は、配合されてから使用されるまで通常1ヶ月の期間貯蔵されることが多いので、混合後1ヶ月程度は沈降が起こらない難燃剤が求められている。
 本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ポリウレタン、特にポリウレタンフォーム用難燃剤として、難燃効果の高い赤リンが均一に分散し、他の原料との混合後の貯蔵安定性にも優れた難燃剤組成物を提供することを課題とする。
 また、本発明は上記難燃剤組成物を用いて製造される難燃性ポリウレタン及び難燃性ポリウレタンフォームを提供することを課題とする。
 これにより、難燃剤として赤リンを単独で使用することができ、その場合には、難燃剤の使用量を少量に抑えることが可能となるので物性に与える影響が少なく、また、組成物中で均一に分散するので、最終目的物であるポリウレタンの物性も良好かつ均一なものとなる。また、ハロゲン含有難燃剤を使用しないので、装置の腐食や材料の変色がなく、環境保全に貢献できる。難燃剤として赤リンとリン酸エステルを併用する場合には、リン酸エステルの使用量を低減できるので、物性が良好となり、リン酸エステルの可塑性を活かしつつ、装置の腐食や材料の変色を抑え、環境影響の低減に貢献できる。
 係る課題を解決する、本発明の難燃剤組成物ならびにこれを用いて製造される難燃性ポリウレタンおよび難燃性ポリウレタンフォームは、以下の通りである。
(1)(A)赤リン3~50質量%、(B)沈降防止剤0.2~15質量%を含むポリウレタン用難燃剤組成物。
(2)沈降防止剤が、カーボンブラック、微粉シリカ、水添ヒマシ油ワックス、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である上記(1)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(3)沈降防止剤としてカーボンブラックを5~14質量%含む上記(1)または上記(2)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(4)沈降防止剤として微粉シリカを2~10質量%含む上記(1)または上記(2)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(5)沈降防止剤として水添ヒマシ油ワックスまたは脂肪酸アミドワックスを0.2~5質量%含む上記(1)または上記(2)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(6)沈降防止剤として有機クレーを2~10質量%含む上記(1)または上記(2)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(7)赤リンと沈降防止剤が、リン酸エステル、ポリオールおよびイソシアネートから選択される媒体に分散されている上記(1)乃至上記(6)のいずれかに記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(8)媒体がリン酸エステルであり、かつ、沈降防止剤がカーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である上記(7)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(9)媒体がポリオールであり、かつ、沈降防止剤が、微粉シリカ、カーボンブラックおよび脂肪酸アミドワックスから選択される少なくとも一種である上記(7)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(10)媒体がイソシアネートであり、かつ、沈降防止剤が、微粉シリカ、カーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である上記(7)記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
(11)上記(1)乃至上記(10)のいずれかに記載のポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造される難燃性ポリウレタン。
(12)上記(1)乃至上記(10)のいずれかに記載のポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造される難燃性ポリウレタンフォーム。
 本発明によれば、組成物中で各成分が均一に分散し、他の原料との混合後の貯蔵安定性にも優れたポリウレタン用難燃剤組成物ならびに、物性が良好かつ均一な難燃性ポリウレタンを提供することができる。また、上記ポリウレタン用難燃剤組成物によれば、物性が良好かつ均一な難燃性ポリウレタンフォームを提供することができる。
 ポリウレタンは、通常、主成分であるポリオール成分とイソシアネート成分、必要に応じて難燃剤、発泡剤、触媒、硬化剤等の配合成分を混合し、反応させることで製造される。この反応はポリオール成分とイソシアネート成分が混合することで進行するため、これらの原料の流通や貯蔵が行われる場面では、ポリオールを主成分とする液とイソシアネートを主成分とする液の二液に分かれている。主成分以外の配合成分はどちらかの液に添加されるが、通常は、ポリオール成分に難燃剤や他の配合成分を混合したポリオールプレミックスとして流通や貯蔵が行われる。また、イソシアネート成分に難燃剤や他の配合成分を混合したイソシアネートプレミックスとして流通や貯蔵が行われる場合もある。難燃剤として一般的に使用されるリン酸エステルは、通常、ポリオールプレミックスに含有されるが、リン酸エステルを主成分とする液を上記二液とは別に第三液として準備し、流通や貯蔵を行う場合もある。
 以下、本発明のポリウレタン用難燃剤組成物ならびに難燃性ポリウレタンおよび難燃性ポリウレタンフォームの実施の形態について詳細に説明する。
(ポリウレタン用難燃剤組成物)
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は、赤リンを3~50質量%、沈降防止剤を0.2~15質量%を含むことを特徴とする。
 また本発明の好適実施形態は、リン酸エステル、ポリオール又はイソシアネートを媒体として、赤リン3~50質量%と沈降防止剤0.2~15質量%が分散されているポリウレタン用難燃剤組成物である。
1.赤リン
 本発明において、赤リンは難燃性を付与する目的で添加される。
 赤リンとしては、一般的に用いられる未処理の赤リンや、樹脂被膜、金属水酸化物被膜などで被膜処理された赤リン等を使用することができ、特に限定はされないが、取り扱い容易性の観点から被膜処理された赤リンであることが好ましい。またその粒径は、特に限定はされないが、赤リン系難燃剤として流通しているものが使用でき、通常平均粒径100μm以下であり、この粒度で難燃剤として均一に分散するので好ましく、製造時や使用時において、スプレー発泡される工程や、ポンプで反応機に注入される工程を経る場合には20μm以下であることが特に好ましい。
 赤リンは、ポリウレタン用難燃剤組成物の全量に対し、3~50質量%含有される。3質量%未満では難燃性の効果を得ることができず、50質量%を超えると、流動性がなくなり均一な液状またはペースト状混合物が得られないからである。
 なお、本発明のポリウレタン用難燃剤組成物またはその予備調製物として、赤リンを高濃度に含有させたマスターバッチを作製する場合、赤リン含有量が高ければ高いほどコスト的に優位である。しかし、上述のように赤リン量が50質量%を超えると均一な混合物が得られなくなるため、配合成分に応じて赤リン含有量を適宜調節し、例えば赤リンを10~50質量%、好ましくは20~50質量%含有させることができる。
2.沈降防止剤
 本発明において、沈降防止剤は、難燃剤の主成分である赤リンを均一に分散させる目的で添加される。
 沈降防止剤としては、特に限定はされないが、カーボンブラック、微粉シリカ、水添ヒマシ油ワックス、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーを単独で、または2種以上を組み合わせて用いることが好ましく、特に、少量で安定した沈降防止性のある脂肪酸アミドワックス系沈降防止剤を用いることが好ましい。
 沈降防止剤は、ポリウレタン用難燃剤組成物の全量に対し、0.2~15質量%含有される。0.2質量%未満では沈降防止の効果が弱くなり、15質量%を超えると粘度が上昇し液状またはペースト状の混合物が得られず、取扱い性が悪くなるからである。
 また、沈降防止剤は、その種類により最適添加量が異なり、カーボンブラックを使用する場合は5~14質量%、微粉シリカを使用する場合は2~10質量%、有機クレーを使用する場合は2~10質量%添加することがより好ましい。水添ヒマシ油ワックスや脂肪酸アミドワックスを使用する場合は、ワックス有効成分(固形分)で0.2~5質量%添加することがより好ましく、0.3~3質量%添加することが特に好ましい。
 なお、本発明のポリウレタン用難燃剤組成物またはその予備調製物として、赤リンを高濃度に含有させたマスターバッチを作製する場合、希釈後の赤リン成分の沈降を防止する量の沈降防止剤を予め添加しておく必要があり、希釈後で沈降防止剤が0.2~15質量%となるように含有させることが好ましい。例えば、赤リン10質量%のポリオールプレミックスを製造するための赤リン20質量%のマスターバッチを作製する場合、希釈後のポリオールプレミックスでカーボンブラックが7質量%必要とすると、マスターバッチで14質量%添加させるといったように、希釈後の貯蔵を考慮し多めに添加することが好ましい。
 本発明に使用するカーボンブラックは、特に限定されるものでなく、ファーネス法、チャンネル法、サーマル法等、いずれの製法で製造されたものでもよい。
 本発明に使用する微粉シリカは、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル等と呼ばれるものであり、例えば日本アエロジル社製のアエロジル(登録商標)「90」、「130」、「150」、「200」、「300」、「380」、「R 972」、「R 974」、「R 104」、「R 106」、「R 202」、トクヤマ社製「ファインシール FMシリーズ」等が使用できるが、特に限定されるものではない。
 本発明に使用するワックス系沈降防止剤は、水添ヒマシ油ワックス、または植物油脂肪酸とアミンから合成される脂肪酸アミドワックスである。これらは、液体中で膨潤ゲル構造を形成するものであり、チキソトロピック剤、増粘剤、沈降防止剤、タレ防止剤等として市販されているものが容易に入手できる。ワックス系沈降防止剤のなかでも、融点が高く凝集物が発生しにくい点で脂肪酸アミドワックスが好ましい。
 脂肪酸アミドワックスの市販品としては、脂肪酸アミドワックス成分のみの粉末状のものや、溶剤中で脂肪酸アミドワックスをペースト化したプレ膨潤タイプがあり、例えば、楠本化成社製のディスパロン(登録商標)「A603-20X」、「A603-10X」、「6500」、「6650」、「6700」が使用できる。その他、チキソトロピック性を有する他の成分と複合化されている製品であってもよい。
 本発明に使用する有機クレーは、添加する媒体との親和性を改良するために有機化合物で処理されたクレーである。クレーとしてはモンモリロナイト、ベントナイト、スメクタイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スラベンナイト等があり、第四級アンモニウム処理されたベントナイトが、有機クレーの市販品として容易に入手できる。
3.媒体
 本発明において、媒体は赤リンおよび沈降防止剤を分散するものであり、特に限定はされないが、リン酸エステル、ポリオールまたはイソシアネートであることが好ましい。これらの媒体は、最終目的物である難燃性ポリウレタンの原料成分となり得るものである。例えば、媒体としてリン酸エステルを用いて赤リンを高濃度に含有させたマスターバッチを「複合難燃剤」として、媒体としてポリオールを用いて赤リンを高濃度に含有させた赤リン系難燃剤マスターバッチとしてや、ポリオールに他の添加剤と共に赤リンを含有させた「ポリオールプレミックス」として、媒体としてイソシアネートを用いて赤リンを高濃度に含有させた赤リン系難燃剤マスターバッチとしてや、イソシアネートに他の添加剤と共に赤リンを含有させた「イソシアネートプレミックス」として使用することができる。ここで「赤リンを高濃度に含有」とは、赤リンを10~50質量%含有することを言う。
 媒体は、ポリウレタン用難燃剤組成物の全量に対し、少なくとも35質量%含有されることが好ましい。この範囲とすることで、配合成分が均一に分散した液状またはペースト状の混合物を容易に得ることができる。
 本発明に使用するリン酸エステルは、特に限定されるものでなく、例えば、トリス(2-クロロエチル)ホスフェート、トリス(クロロプロピル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、トリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート、その他含ハロゲン縮合リン酸エステルを挙げることができる。リン酸エステルは、難燃剤としての効果に加え、最終目的物をポリウレタンフォームとする場合にはポリウレタン発泡原液の粘度を低く抑え、攪拌効率の向上や得られる成形体の均質性の向上等の効果を有する。このため、媒体として好適に使用できる。
 本発明に使用するポリオールは、ポリウレタンの原料となるポリオールであることが好ましく、特にポリウレタンフォームの原料となるポリオールであることが好ましい。最終目的物がポリウレタンフォームである場合、ポリエーテル系ポリオールのポリオキシプロピレン-グリセリルエーテル(以下、「PPG」と言う)やポリマーポリオール、トリメチロールプロパン(TMP)、1,3-プロパンジオール(1,3-PDO)等が使用できるが、これらに限定されるものではない。尚、PPGは、その官能基数や官能基当たりの分子量を調整することにより、軟質ポリウレタンフォーム、硬質ポリウレタンフォームあるいはポリウレタンエラストマーなどの用途に適用することができる。
 PPGは活性水素含有化合物にアルキレンオキシドを付加させることによって得られ、硬質ポリウレタンフォーム製造用のPPGとしては、官能基数が3~8、官能基あたりの分子量が60~200のものが概ね適しており、軟質ポリウレタンフォーム製造用のPPGとしては、官能基数が3~8、官能基あたりの分子量が700~3000のものが概ね適しており、ウレタンエラストマー製造用のPPGとしては、官能基数2~3、官能基あたりの分子量100~3000のものが概ね適している。活性水素含有化合物については、2官能としてはエチレングリコールやプロピレングリコール、3官能としてはグリセリンやトリメチロールプロパン、4官能としてはペンタエリスリトール、6官能としてはソルビトール、8官能としてはショ糖を好適に使用することができ、また4官能としてエチレンジアミンやトルイレンジアミン、5官能としてジエチレントリアミンも使用できるが、これらに限定されるものではない。
 ポリマーポリオールはPPG中でアクリロニトリルやスチレン等をラジカル重合させることによって得られる。
 赤リンを高濃度に含有させたマスターバッチを作製する場合も、上記のポリオールを使用することが好ましい。最終目的物であるポリウレタンに求める物性や特性に応じてポリオール成分も選択されるが、マスターバッチ中のポリオール量がポリウレタン全体において少量であり、求めるポリウレタンの物性や特性を損なわない場合には、ポリウレタンで汎用されるポリオール、例えば、硬質ポリウレタンフォーム製造用には、官能基数が3~8、官能基あたりの分子量が60~200のPPG、軟質ポリウレタンフォーム製造用には、官能基数が3~8、官能基あたりの分子量が700~3000のPPG、ウレタンエラストマー製造用には、官能基数が2~3、官能基あたりの分子量が100~3000のPPGを使用しても差し支えなく、この場合、使用目的に応じてマスターバッチ用ポリオールを使い分ける必要がなく、汎用ポリオールを媒体とした赤リン系難燃剤マスターバッチとなる。
 本発明に使用するイソシアネートは、ポリウレタンの原料となるイソシアネートであることが好ましく、特にポリウレタンフォームの原料となるイソシアネートであることが好ましい。最終目的物がポリウレタンフォームである場合、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート化合物、イソホロンジイソシアネート等の脂環族系ポリイソシアネート類、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート類を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができ、他の用途にはこれらの他にキシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、テトラメチレンキシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等を使用することができる。また、これらのイソシアネートの重合物(ポリメリック体)も使用することができ、更にこれらの2種以上の混合物も使用することができる。
 赤リンを高濃度に含有させたマスターバッチを作製する場合も、上記のイソシアネートを使用することが好ましい。最終目的物であるポリウレタンに求める物性や特性に応じてイソシアネート成分も選択されるが、マスターバッチ中のイソシアネート量がポリウレタン全体において少量であり、求めるポリウレタンの物性や特性を損なわない場合には、ポリウレタンで汎用されるイソシアネート、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネートを使用しても差し支えなく、この場合、使用目的に応じてマスターバッチ用イソシアネートを使い分ける必要がなく、汎用イソシアネートを媒体とした赤リン系難燃剤マスターバッチとなる。
 沈降防止剤は、沈降抑制の観点から、使用する媒体に適したものを選択することが望ましい。媒体がリン酸エステルである場合は、沈降防止剤はカーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種であることが好ましく、媒体がポリオールである場合には、沈降防止剤は微粉シリカ、カーボンブラックおよび脂肪酸アミドワックスから選択される少なくとも一種であることが好ましく、媒体がイソシアネートである場合には、沈降防止剤は微粉シリカ、カーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種であることが好ましい。
4.その他の添加剤
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は他の添加剤を含むことができ、特にポリウレタンフォーム用難燃剤組成物である場合は、ポリウレタンを形成するための硬化剤、架橋剤、触媒、発泡剤、劣化防止剤、可塑剤、整泡剤等を含むことができる。また赤リン以外の難燃剤として、リン酸エステルや、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸メラミン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、メラミンを含むことができる。なお、リン酸エステルについては、上述のように媒体として配合される場合もある。
5.製造方法
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は、例えば、赤リン、沈降防止剤およびその他の添加剤を液体媒体に均一に分散することによって、製造することができる。
 分散方法としては、配合成分が均一に分散される様々な分散方法を用いることができ、攪拌機としては、汎用攪拌機、ディスパー分散機、ディゾルバー、ニーダー等を使用することができる。沈降防止剤として、水添ヒマシ油ワックスや脂肪酸アミドワックスを使用する場合は、均一に混合するためにある程度のせん断力が必要であり、ホモジナイザー、サンドミル等のせん断力の強い攪拌機を使用することが好ましい。
 分散の工程としては、赤リン、沈降防止剤、ポリウレタン原料成分、その他の添加剤等、全ての配合成分を一度の操作で混合、分散することができる。また上記のマスターバッチを予備調製物とする場合や、水添ヒマシ油ワックスまたは脂肪酸アミドワックスをポリウレタン原料成分または溶剤に固形分で数十%含有させた分散液を予め調製した場合は、これらにその他の配合成分を所望の濃度で添加して混合、分散することができる。
6.用途
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は、各種の難燃性ポリウレタンの製造に用いることができ、例えば難燃性ポリウレタンフォームや難燃性ポリウレタンエラストマー等の製造に適している。中でも、難燃性ポリウレタンフォームの製造に適しており、特に軟質ポリウレタンフォーム、半硬質ポリウレタンフォーム、硬質ポリウレタンフォームの製造に好適に用いることができる。
(難燃性ポリウレタン、難燃性ポリウレタンフォーム)
 本発明の難燃性ポリウレタンは、上に詳述した本発明のポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造することができる。難燃性ポリウレタンフォームの製造方法としては、スラブ発泡、モールド発泡、注入発泡、スプレー発泡、ラミネート等など公知の製造方法を適用することができる。難燃性ポリウレタンエラストマーの製造方法としては、熱硬化性タイプでは注型、反応射出成形(RIM)、コーキング等、熱可塑性タイプでは射出成形、押し出し成形、カレンダー成形、ポリマーブレンド等、公知の製造方法を適用することができる。
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物の添加量については、最終目的物である難燃性ポリウレタンの全体量に対し、赤リンが1.5~20質量%となる範囲であることが好ましいが、ポリウレタンの原料、その配合割合、および要求される難燃化レベルによって必要な赤リン量が異なる。例えば、ポリオール成分とイソシアネート成分の質量比が100:155のポリウレタンフォームの場合、難燃性ポリウレタンフォームの全体量に対し、約7質量%の赤リン含有量で難燃化することができる。
 実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
(実施例1~13および比較例1~3の難燃剤組成物の製造)
 表1に示す原料を配合量にしたがって計量し、攪拌機を用いて均一に混合されるまで攪拌し、難燃剤組成物を調製した。なお、脂肪酸アミドワックスを使用した実施例3、実施例5、実施例7、実施例8および実施例12については、予め脂肪酸アミドワックスが10%となる様にポリオール、リン酸エステルまたはイソシアネートを添加し、日本精機製作所社製ホモジナイザーを用いて均一混合後、所定のポリオール、リン酸エステル、イソシアネートおよび赤リンを添加し、攪拌機を用いて攪拌した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
(実施例14~16の難燃剤組成物の製造)
 実施例11~13の高濃度品とポリオールを表2に示す配合量にしたがって計量し、攪拌機を用いて均一に混合されるまで攪拌し、難燃剤組成物を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表1及び表2に記載の原料については、それぞれ以下のものを使用した。
ポリオールA:PPG-3000,日油(株)製「ユニオール TG-3000」
ポリオールB:PPG-330,日油(株)製「ユニオール TG-330」
リン酸エステルC:トリス(クロロプロピル)ホスフェート,大八化学工業(株)製「TMCPP」
リン酸エステルD:大八化学工業(株)製「CR-570」
イソシアネート:ポリメリックMDI,日本ポリウレタン工業(株)製「ミリオネートMR-200」
赤リンE:燐化学工業(株)製「ノーバレッド 120UFA」 平均粒径 8μm
赤リンF:燐化学工業(株)製「ノーバエクセル 140F」 平均粒径 11μm
沈降防止剤G:三菱化学(株)製「カーボンブラック MA220」
沈降防止剤H:フュームドシリカ,日本アエロジル(株)製「アエロジル 300」
沈降防止剤I:フュームドシリカ,日本アエロジル(株)製「アエロジル R972」
沈降防止剤J:脂肪酸アミドワックス,楠本化成(株)製「ディスパロン A603-20X」,有効成分20%
沈降防止剤K:有機ベントナイト,(株)ホージュン製「エスベン NZ」
沈降防止剤L:有機ベントナイト,(株)ホージュン製「エスベン NO12S」
(沈降性試験)
 上記で得た各難燃剤組成物について分散安定性を見るため、以下の沈降性試験を行った。
 難燃剤組成物を4週間室温で静置し、その間の1週間、2週間、3週間、4週間経過時点において、全体の液高さと上澄み部分の高さを測定し、上澄み部分の高さが占める割合を算出した。結果を表1及び表2に示す。
 比較例1の結果が示すように、ポリオールに赤リンを混合したのみの難燃剤組成物では、1週間後には沈降が始まっているが、実施例1~5の結果が示すように、沈降防止剤としてカーボンブラック、微粉シリカ、脂肪酸アミド、有機クレーを添加することによって少なくとも4週間の間沈降が防止できた。また、実施例6、7、13のようにリン酸エステルを含有する媒体においても、カーボンブラック、脂肪酸アミド、有機クレーの添加により沈降が防止できた。比較例2の結果が示すように、イソシアネートに赤リンを添加したのみの難燃剤組成物においても、1週間後には沈降が始まっているが、実施例8~10の結果が示すように、微粉シリカ、脂肪酸アミド、有機クレーを添加することによって少なくとも4週間の間沈降が防止できた。
 さらに、マスターバッチを想定して赤リンを高濃度含有させた実施例11~13においても沈降防止剤を添加することによって少なくとも4週間の間沈降が防止でき、また、マスターバッチを希釈してプレミックスにすることを想定した実施例14~16においても沈降が防止できた。
 本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は、赤リンを含有するものであって、ポリウレタンの難燃剤として使用できる。本発明のポリウレタン用難燃剤組成物は、難燃性ポリウレタン、特に難燃性ポリウレタンフォームの製造に使用でき、寝具・自動車等のシート・クッション材、吸音材、制振材、電気冷蔵庫・建材等の断熱材、工事用床材等の用途に使用できる。

Claims (12)

  1. (A)赤リン3~50質量%、
    (B)沈降防止剤0.2~15質量%
    を含むポリウレタン用難燃剤組成物。
  2.  沈降防止剤が、カーボンブラック、微粉シリカ、水添ヒマシ油ワックス、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である請求項1記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  3.  沈降防止剤としてカーボンブラックを5~14質量%含む請求項1または2記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  4.  沈降防止剤として微粉シリカを2~10質量%含む請求項1または2記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  5.  沈降防止剤として水添ヒマシ油ワックスまたは脂肪酸アミドワックスを0.2~5質量%含む請求項1または2記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  6.  沈降防止剤として有機クレーを2~10質量%含む請求項1または2記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  7.  赤リンと沈降防止剤が、リン酸エステル、ポリオールおよびイソシアネートから選択される媒体に分散されている請求項1乃至6のいずれか一項記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  8.  媒体がリン酸エステルであり、かつ、沈降防止剤がカーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である請求項7記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  9.  媒体がポリオールであり、かつ、沈降防止剤が、微粉シリカ、カーボンブラックおよび脂肪酸アミドワックスから選択される少なくとも一種である請求項7記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  10.  媒体がイソシアネートであり、かつ、沈降防止剤が、微粉シリカ、カーボンブラック、脂肪酸アミドワックスおよび有機クレーから選択される少なくとも一種である請求項7記載のポリウレタン用難燃剤組成物。
  11.  請求項1乃至10のいずれか一項記載のポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造される難燃性ポリウレタン。
  12.  請求項1乃至10のいずれか一項記載のポリウレタン用難燃剤組成物を添加して製造される難燃性ポリウレタンフォーム。
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