防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法
【課題】防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、防火ポリウレタンフォームを提供し、その製造方法は、主に、ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールとそれぞれ予備混合してから、得られた二つの予備混合物を混合して発泡成形する。好ましくは、異なる粒径の無機難燃剤を使用し、難燃剤の添加量を高めると同時に、ポリウレタンフォームの防火性を向上させることができる。
【解決手段】本発明は、防火ポリウレタンフォームを提供し、その製造方法は、主に、ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールとそれぞれ予備混合してから、得られた二つの予備混合物を混合して発泡成形する。好ましくは、異なる粒径の無機難燃剤を使用し、難燃剤の添加量を高めると同時に、ポリウレタンフォームの防火性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリウレタン（ＰＵ）フォームに関し、特に、低密度の防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の防火建材は、主に三つに分類される。無機繊維板、無機繊維コットン、有機難燃フォームである。無機繊維板は、防火性を有しているが、質量が比較的重く、かつ形が固定しているため応用が不便で、断熱効果も比較的悪い。無機繊維コットンは、非常に優れた防火性および断熱性を有するが、機械的強度を有していない。一般の有機難燃フォームは、例えば、フェノール系フォームであり、軽量で断熱性は好ましいが、防火性は悪く、点火後に収縮しやすく、短期間内において、フォームは完全に気化され、保護効果を有しない。
【０００３】
ポリウレタンフォームに無機難燃剤を添加することにより、有機材料と無機材料との長所が組み合わされ、有機材料の高加工性と軽量性と高断熱性とを有し、かつ無機材料の防火効果を有するので、非常に優れた防火材料となる。しかしながら、公知技術において、無機難燃剤は、単に、ポリウレタンに物理的に混合するだけであり、防火効果に限界がある。また、無機難燃剤の添加量に制限があり、粒径１μｍの水酸化アルミニウムを例にとると、加工できることを前提にした最大許容量は、防火フォームの総質量を基準にして、わずか３６．５質量％であり、仮に、無機難燃剤の添加量を高めたい場合には、粘度が上昇し、加工ができなくなる。
【０００４】
公知技術の特許文献１、２に開示されているように、ポリウレタンフォームの製造方法は図１に示すとおりであり、単に、難燃剤をポリオールに添加しただけで、均等に分散させた後、無添加のポリイソシアネートと混合すると同時に発泡成形する。このような方法は、粉体が単にポリオール中にのみ存在し、ポリオール溶液の容量に限界があるので、その難燃剤の含有量を高めることができず、防火効果も同じように高めることができない。
【０００５】
他方、特許文献３、４では、難燃剤とポリイソシアネートとポリオールとを同時に混合する。図２に示すように、この方法は、ポリイソシアネートとポリオールとが接触すると、すぐに反応をし始め、硬化と同時に発泡を招く。その混合時間は必ず長くしてはならないため、短時間に大量の難燃剤を導入することができない。
【０００６】
特許文献５、６に開示された防火ポリウレタンフォームは、図３に示すように、予め製造された開孔のポリウレタンフォームに水酸化アルミニウムを含む架橋性ラテックス溶液を含浸（または注入）して、防火効果を達成させる。
【０００７】
また、公知技術は、単一粒径の無機難燃剤を利用しており、混合粒径の無機難燃剤を使用する効果については、何ら記載していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】カナダ国特許第１２２２５９９号明細書
【特許文献２】米国特許第４３１７８８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６０１０５６５号明細書
【特許文献４】英国特許第１４７２２４５号明細書
【特許文献５】英国特許第１４９９１６８号明細書
【特許文献６】欧州特許第０３０８７６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第一の予備混合物を形成する工程（ここで、前記ポリイソシアネートは前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と反応して化学結合を形成する）；ポリオールと発泡剤とヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第二の予備混合物を形成する工程；および前記第一の予備混合物と前記第二の予備混合物とを混合して発泡成形を行って、防火ポリウレタンフォームを得る工程を含むことを特徴とする防火ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、ポリウレタンとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを含む防火ポリウレタンフォームであって、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占め（ここで、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤は前記ポリウレタンと反応して化学結合を形成する）、防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォームを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法によれば、低密度を有するだけでなく、かつ１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を相変わらず維持でき、その防火効果はその他の異なる製造プロセス、または単一粒径のフォームより優れ、非常に好ましい防火材料である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】公知技術のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図２】公知技術の別のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図３】公知技術のさらに別のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図４】本発明のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図５】単一粒径を使用した無機難燃剤の概略図である。
【図６】混合粒径を使用した無機難燃剤の概略図である。
【図７】火炎試験における実施例１と比較例１とのフォーム背面温度変化を示すグラフ図である。
【図８】火炎試験における実施例１と比較例１とのフォームの点火面および非点火面の様子を示す図である。
【図９】火炎試験における実施例２のフォーム背面温度変化を示すグラフである。
【図１０】火炎試験における比較例３〜５のフォーム背面温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、ポリウレタンフォームの低密度を利用して、無機難燃剤の防火性に併せて低密度、低コスト、高強度、高断熱性を有する防火フォーム材料を提供する。好ましい実施態様において、得られた防火ポリウレタンフォームは、１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を維持し、火炎と温度との伝達を効果的に阻止することができる。
【００１６】
図４を参照すると、無機難燃剤の含有量を高め、優れた防火効果を達成するために、本発明の製造方法は、ヒドロキシル基含有無機難燃剤（例えば、水酸化アルミニウム）をポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加して予備混合し、ほぼ均等に分散させた後、二つの予備混合物を混合して発泡成形する。この方法は、無機難燃剤の含有量を４０質量％以上、好ましくは約５０〜８０質量％にまで大幅に増加させることができる。
【００１７】
注意すべきことは、ポリイソシアネートと予備混合する際に、無機難燃剤のヒドロキシル基はポリイソシアネートのイソシアネート基（ＮＣＯ）と反応を行うことによって、難燃剤の添加量を高めることができ、かつポリウレタンと無機難燃剤とが化学結合することで、複合材料の構造強度がさらに強化されるので、熱／火炎が発生した時に、溶融、ドロップ、収縮などの現象が起こらないことである。
【００１８】
逆に、図１〜図２に示された公知技術において、ポリイソシアネートとポリオールとの反応は、ポリイソシアネートと水酸化アルミニウムとの反応より速いので、ポリイソシアネートは、水酸化アルミニウムと反応する前に、まずポリオールと反応する。得られたフォーム材料は点火時にドロップしやすく、かつフォーム材料は収縮する。図３に示された公知技術において、水酸化アルミニウムは、（化学的に結合していない）ポリウレタンの外層に物理的に覆われるので、防火効果に限りがあるだけでなく、かつさらなる製造プロセスが必要である。
【００１９】
また、本発明のもう一つの特徴は、異なる粒径のヒドロキシル基含有無機難燃剤を組み合わせて使用することで、難燃剤の添加量を高めることができると同時に、フォームの防火性を向上させることができる点である。粒径が比較的小さな無機難燃剤は、表面積が大きいため、ポリウレタン反応混合物の粘度が急激に上がりやすいので、その添加量がかなり制限される。他方、粒径が比較的大きな無機難燃剤は、添加量を比較的多くできるが、その防火効果は悪く、フォーム材料が点火時にドロップしやすい。よって、異なる粒径のヒドロキシル基無機難燃剤を組み合わせることで、無機難燃剤の添加量を増加させるだけでなく、防火性能を同時に高めることができる。
【００２０】
図５は、単一粒径の無機難燃剤１０ａを使用した場合の概略図である。図６は、混合粒径の無機難燃剤１０ａ、１０ｂ、１０ｃを使用した場合の概略図である。二つの図を比較すると、大小の異なる粒径の無機難燃剤を使用した場合には、空間を充分に利用できるので、無機難燃剤の添加量を増加させることができる。
【００２１】
以下では、防火ポリウレタンフォームの製造方法およびその組成をさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明に使用されるポリイソシアネートは、各分子に二つまたはそれ以上のイソシアネート基を有する化合物であり、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、複素環式ポリイソシアネートなどが挙げられるが、これらに限定されることはない。二つ以上のポリイソシアネートを混合して使用してもよい。ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量は、約５〜５０質量％であることが好ましい。ポリイソシアネートの代表例としては、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’−ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）などが挙げられる。
【００２３】
本発明に使用されるポリオールは、各分子に二つまたはそれ以上の活性官能基を有するポリオールであり、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールなどが挙げられる。ポリオールの代表例としては、例えば、ブタンジオール・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｂｕｔａｎｅｄｉｏｌ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＢＡ］、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）、ヘキサンジオール・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｈｅｘａｎｅｄｉｏｌ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＨＡ］、エチレン・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＥＡ］、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。ポリオールの数平均分子量は、好ましくは約２００〜６０００、より好ましくは約６００〜３０００である。本発明では、一つまたはそれ以上のポリオールを使用して反応を行うことができる。
【００２４】
ポリオールは、まず、発泡剤、触媒剤、および分散剤と混合した後、難燃剤を添加して予備混合する。水は、ポリウレタンの常用発泡剤である。適切な触媒としては、例えば、金属化合物、第３級アミンなどが挙げられる。金属化合物としては、例えば、ジブチルスズジラウレート（Ｔ−１２）、オクタン酸スズ（Ｔ−９）、オレイン酸塩スズなどが挙げられる。第３級アミンとしては、例えば、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキサンアミンなどが挙げられる。適切な分散剤としては、例えば、ビー・ワイ・ケイ・ケミー（ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ）のＤｉｓｐｅｒｂｙｋシリーズの分散剤が挙げられる。ある具体的な実施態様において、発泡剤、触媒剤、分散剤の使用量は、ポリオールの質量を基準として、それぞれ、１質量％、０．１質量％、２．５質量％である。しかし、これ以外の比率を使用してもよい。
【００２５】
本発明に使用されるヒドロキシル基含有無機難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せなどが挙げられるが、それらに限定されることはない。水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが特に好ましい。注意すべきことは、無機難燃剤のヒドロキシル基は、もともと無機粉体にあり、または表面改質官能化によって形成される。ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径は、約０．５〜１００μｍであり、好ましくは、二つまたはそれ以上の異なる粒径の組合せを使用することで、添加量の増加と防火特性とを高めさせるが、本発明において、単一粒径のヒドロキシル基含有無機難燃剤の使用も許容する。ある具体的な実施態様では、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍ、および２０〜１００μｍという粒径の組合せを使用することができ、その質量比は、１：０．１〜２：０．１〜２、好ましくは３：２：４である。ヒドロキシル基含油無機難燃剤の総添加量は、防火ポリウレタンフォームの総質量の約５０〜８０質量％を占め、他方、ポリイソシアネート予備混合物中の難燃剤とポリオール予備混合物中の難燃剤との質量比は、約１：９〜９：１、好ましくは約１．５：１である。
【００２６】
また、ヒドロキシル基含有無機難燃剤以外に、他の難燃剤を任意に添加することができる。例えば、防火ポリウレタンフォームは、その総質量を基準にして、０〜１０質量％のリン含有難燃剤（例えば、ポリリン酸アンモニウム）、０〜５質量％の窒素含有難燃剤（例えば、メラミン）、０〜５質量％の炭化剤（例えば、ペンタエリスリトール）、０〜１５質量％のガラス繊維（例えば、ガラス短繊維）を含有していてもよい。なお、０質量％は、非添加を表す。他の難燃剤は、まず、ヒドロキシル基含有無機難燃剤と予め混合してから、ポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加することができる。
【００２７】
本発明の製造方法によれば、ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加して予備混合する。予備混合は、例えば、約１００〜４００ｒｐｍの攪拌速度で、約５〜３０分間攪拌することで、均等に分散させる。次に、それぞれ形成された予備混合物を混合し、例えば、約１０００〜３０００ｒｐｍの高速度で、約５〜３０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形する。得られたポリウレタンフォームの密度は、約０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３である。以下の実験からわかるように、本発明の防火ポリウレタンフォームは、１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を維持し、火炎と温度との伝達を効果的に阻止することができる。
【実施例】
【００２８】
使用材料
ａ．ポリイソシアネート、型番ＵＲ−３９８Ｂ（高分子ＭＤＩ）、クアン・ルン・シン・コーポレイション（ＫＵＡＮＧ ＬＵＮＧ ＳＨＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
ｂ．ポリオール、型番ＵＲ−３９８Ａ、クアン・ルン・シン・コーポレイション（ＫＵＡＮＧ ＬＵＮＧ ＳＨＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
ｃ．分散剤、型番２２８０、マーヴェル・ケミカル（Ｍａｒｖｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）
ｄ．分散剤、型番Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−１１０，ビー・ワイ・ケイ・ケミー（ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ）
ｅ．触媒、ジブチルスズジラウレート、型番Ｔ−１２
ｆ．触媒、トリエチレンジアミン溶液、型番ＤＡＢＣＯ−３３ＬＶ、エアー・プロダクツ・アンド・ケミカルズ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）
ｇ．水酸化アルミニウム、粒径１μｍ、型番Ｈ−４２Ｍ、昭和電工株式会社
ｈ．水酸化アルミニウム、粒径８μｍ、型番Ｈ−３２、昭和電工株式会社
ｉ．水酸化アルミニウム、粒径５５μｍ、型番Ｈ−１０、昭和電工株式会社
ｊ．窒素含有難燃剤、メラミン
ｋ．リン含有難燃剤、ポリリン酸アンモニウム
ｌ．炭化剤、ペンタエリスリトール
ｍ．ガラス短繊維、型番２０２Ｐ ３．２、台湾ガラス・インコーポレイテッド（Ｔａｉｗａｎ Ｇｌａｓｓ Ｉｎｃ．）
ｎ．「ＭＩＡ４」は、ｊ．ｋ．ｌ．の混合物であり、その質量比は、３：１６：１である。
【００２９】
以下の実施例および比較例において、特に断りがない場合、「％」は、いずれも「質量％」を表す。
【００３０】
製造プロセスの影響比較
［実施例１］
それぞれの予備混合
表１の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）６８．７ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、１１６．２ｇの粉体Ｃを液体Ｂに入れ、同時に６５．２ｇの粉体Ｃを液体Ａに添加し、それぞれ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．３３５ｇ／ｃｍ３であった。難燃剤の含有量は６０．２％であった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
［比較例１］
ポリオールのみと予備混合
表３の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）６８．７ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、全部の粉体Ｃを液体Ａに入れ、２５０ｒｐｍで、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．３３９ｇ／ｃｍ３であった。難燃剤の含有量は３６．５％であったが、これは加工できる最大の許容量である。
【００３４】
【表３】
【００３５】
［比較例２］
同時混合
表１の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）を液体Ｂにし、予備処理が完了した後、Ａ、Ｂの両液とＣ粉体とを混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌した。この方法は攪拌時間が短いため、粉体が液体の中で瞬間分散できず、かつ粉体が液体を覆う塊現象が形成されたため、混合物を金型に注入して成形することができなかった。また、Ａ、Ｂ液を混合した後、迅速に発泡するので、攪拌時間を長くすることは不可能であった。よって、この製造プロセスは操作上において困難がある。
【００３６】
防火特性
実施例１と比較例１から得られたフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、かつその背面温度を測定した。その結果を図７に示す。実施例１のフォームは、火炎温度に１時間以上耐え、かつ構造的完全性を相変わらず維持することができた。比較例１のフォームは、２０分もしないうちにクラックし、構造が非常に弱かった。図８（点火面と非点火面とを示す図面代用写真の写し）から、両者の防火特性の差異が明らかにわかる。
【００３７】
混合粒径の影響比較
［実施例２］
混合粒径
表４の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表５の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）５０．９ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、８６ｇの粉体Ｃを液体Ｂに入れ、同時に４８．３ｇの粉体Ｃを液体Ａに添加し、それぞれ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．２７ｇ／ｃｍ３であった。このフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、その背面温度を測定した。その結果を図９に示す。火炎試験後、フォームの厚みは４ｃｍから３．８ｃｍに縮小した。
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
以下の比較例３〜５は、三つの単一粒径の水酸化アルミニウムを使用しており、それぞれ、Ｈ−４２Ｍ（１μｍ）、Ｈ−３２（８μｍ）、Ｈ−１０（５５μｍ）である。粒径の小さい水酸化アルミニウムの添加量は比較的少なく、粒径の大きい水酸化アルミニウムの添加量は比較的多く、各比較例はいずれも一定の粘度を維持し、かつ加工しやすいことを前提に、添加量を最大に調整した。
【００４１】
【表６】
【００４２】
［比較例３］
単一粒径１μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−４２Ｍ）６０ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−４２Ｍ）６５ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は４１．８％であり、フォームの密度は０．３１ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４３】
［比較例４］
単一粒径８μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−３２）９０ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−３２）１２５ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は５５．３％であり、フォームの密度は０．３２ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４４】
［比較例５］
単一粒径５５μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−１０）１２６ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−１０）１４４ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は６０．８％であり、フォームの密度は０．３４ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４５】
比較例３〜５のフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、その背面温度を測定した、その結果を図１０に示す。この試験結果と実施例１の試験結果とは一致しており、実際、火炎試験後、三つのフォームは、いずれもクラックし、フォームは良好な防火性能および断熱性能を提供することができなかった。
【００４６】
以上からわかるように、本発明の防火ポリウレタンフォームは低密度を有するだけでなく、かつ１０００℃火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を相変わらず維持でき、その防火効果はその他の異なる製造プロセス、または単一粒径のフォームより優れ、非常に好ましい防火材料である。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、図面および明細書の説明では、類似または同一の部分は、同一の符号を使用している。また、図面では、実施例の形状または厚さは拡大することができ、表示を簡易化することができる。また、図面中の各素子の部分はそれぞれ説明されるが、注意するべきことは、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能なことである。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００４８】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：無機難燃剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリウレタン（ＰＵ）フォームに関し、特に、低密度の防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の防火建材は、主に三つに分類される。無機繊維板、無機繊維コットン、有機難燃フォームである。無機繊維板は、防火性を有しているが、質量が比較的重く、かつ形が固定しているため応用が不便で、断熱効果も比較的悪い。無機繊維コットンは、非常に優れた防火性および断熱性を有するが、機械的強度を有していない。一般の有機難燃フォームは、例えば、フェノール系フォームであり、軽量で断熱性は好ましいが、防火性は悪く、点火後に収縮しやすく、短期間内において、フォームは完全に気化され、保護効果を有しない。
【０００３】
ポリウレタンフォームに無機難燃剤を添加することにより、有機材料と無機材料との長所が組み合わされ、有機材料の高加工性と軽量性と高断熱性とを有し、かつ無機材料の防火効果を有するので、非常に優れた防火材料となる。しかしながら、公知技術において、無機難燃剤は、単に、ポリウレタンに物理的に混合するだけであり、防火効果に限界がある。また、無機難燃剤の添加量に制限があり、粒径１μｍの水酸化アルミニウムを例にとると、加工できることを前提にした最大許容量は、防火フォームの総質量を基準にして、わずか３６．５質量％であり、仮に、無機難燃剤の添加量を高めたい場合には、粘度が上昇し、加工ができなくなる。
【０００４】
公知技術の特許文献１、２に開示されているように、ポリウレタンフォームの製造方法は図１に示すとおりであり、単に、難燃剤をポリオールに添加しただけで、均等に分散させた後、無添加のポリイソシアネートと混合すると同時に発泡成形する。このような方法は、粉体が単にポリオール中にのみ存在し、ポリオール溶液の容量に限界があるので、その難燃剤の含有量を高めることができず、防火効果も同じように高めることができない。
【０００５】
他方、特許文献３、４では、難燃剤とポリイソシアネートとポリオールとを同時に混合する。図２に示すように、この方法は、ポリイソシアネートとポリオールとが接触すると、すぐに反応をし始め、硬化と同時に発泡を招く。その混合時間は必ず長くしてはならないため、短時間に大量の難燃剤を導入することができない。
【０００６】
特許文献５、６に開示された防火ポリウレタンフォームは、図３に示すように、予め製造された開孔のポリウレタンフォームに水酸化アルミニウムを含む架橋性ラテックス溶液を含浸（または注入）して、防火効果を達成させる。
【０００７】
また、公知技術は、単一粒径の無機難燃剤を利用しており、混合粒径の無機難燃剤を使用する効果については、何ら記載していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】カナダ国特許第１２２２５９９号明細書
【特許文献２】米国特許第４３１７８８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６０１０５６５号明細書
【特許文献４】英国特許第１４７２２４５号明細書
【特許文献５】英国特許第１４９９１６８号明細書
【特許文献６】欧州特許第０３０８７６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第一の予備混合物を形成する工程（ここで、前記ポリイソシアネートは前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と反応して化学結合を形成する）；ポリオールと発泡剤とヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第二の予備混合物を形成する工程；および前記第一の予備混合物と前記第二の予備混合物とを混合して発泡成形を行って、防火ポリウレタンフォームを得る工程を含むことを特徴とする防火ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、ポリウレタンとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを含む防火ポリウレタンフォームであって、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占め（ここで、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤は前記ポリウレタンと反応して化学結合を形成する）、防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォームを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の防火ポリウレタンフォームおよびその製造方法によれば、低密度を有するだけでなく、かつ１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を相変わらず維持でき、その防火効果はその他の異なる製造プロセス、または単一粒径のフォームより優れ、非常に好ましい防火材料である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】公知技術のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図２】公知技術の別のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図３】公知技術のさらに別のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図４】本発明のポリウレタンフォームの製造工程の流れ図である。
【図５】単一粒径を使用した無機難燃剤の概略図である。
【図６】混合粒径を使用した無機難燃剤の概略図である。
【図７】火炎試験における実施例１と比較例１とのフォーム背面温度変化を示すグラフ図である。
【図８】火炎試験における実施例１と比較例１とのフォームの点火面および非点火面の様子を示す図である。
【図９】火炎試験における実施例２のフォーム背面温度変化を示すグラフである。
【図１０】火炎試験における比較例３〜５のフォーム背面温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、ポリウレタンフォームの低密度を利用して、無機難燃剤の防火性に併せて低密度、低コスト、高強度、高断熱性を有する防火フォーム材料を提供する。好ましい実施態様において、得られた防火ポリウレタンフォームは、１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を維持し、火炎と温度との伝達を効果的に阻止することができる。
【００１６】
図４を参照すると、無機難燃剤の含有量を高め、優れた防火効果を達成するために、本発明の製造方法は、ヒドロキシル基含有無機難燃剤（例えば、水酸化アルミニウム）をポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加して予備混合し、ほぼ均等に分散させた後、二つの予備混合物を混合して発泡成形する。この方法は、無機難燃剤の含有量を４０質量％以上、好ましくは約５０〜８０質量％にまで大幅に増加させることができる。
【００１７】
注意すべきことは、ポリイソシアネートと予備混合する際に、無機難燃剤のヒドロキシル基はポリイソシアネートのイソシアネート基（ＮＣＯ）と反応を行うことによって、難燃剤の添加量を高めることができ、かつポリウレタンと無機難燃剤とが化学結合することで、複合材料の構造強度がさらに強化されるので、熱／火炎が発生した時に、溶融、ドロップ、収縮などの現象が起こらないことである。
【００１８】
逆に、図１〜図２に示された公知技術において、ポリイソシアネートとポリオールとの反応は、ポリイソシアネートと水酸化アルミニウムとの反応より速いので、ポリイソシアネートは、水酸化アルミニウムと反応する前に、まずポリオールと反応する。得られたフォーム材料は点火時にドロップしやすく、かつフォーム材料は収縮する。図３に示された公知技術において、水酸化アルミニウムは、（化学的に結合していない）ポリウレタンの外層に物理的に覆われるので、防火効果に限りがあるだけでなく、かつさらなる製造プロセスが必要である。
【００１９】
また、本発明のもう一つの特徴は、異なる粒径のヒドロキシル基含有無機難燃剤を組み合わせて使用することで、難燃剤の添加量を高めることができると同時に、フォームの防火性を向上させることができる点である。粒径が比較的小さな無機難燃剤は、表面積が大きいため、ポリウレタン反応混合物の粘度が急激に上がりやすいので、その添加量がかなり制限される。他方、粒径が比較的大きな無機難燃剤は、添加量を比較的多くできるが、その防火効果は悪く、フォーム材料が点火時にドロップしやすい。よって、異なる粒径のヒドロキシル基無機難燃剤を組み合わせることで、無機難燃剤の添加量を増加させるだけでなく、防火性能を同時に高めることができる。
【００２０】
図５は、単一粒径の無機難燃剤１０ａを使用した場合の概略図である。図６は、混合粒径の無機難燃剤１０ａ、１０ｂ、１０ｃを使用した場合の概略図である。二つの図を比較すると、大小の異なる粒径の無機難燃剤を使用した場合には、空間を充分に利用できるので、無機難燃剤の添加量を増加させることができる。
【００２１】
以下では、防火ポリウレタンフォームの製造方法およびその組成をさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明に使用されるポリイソシアネートは、各分子に二つまたはそれ以上のイソシアネート基を有する化合物であり、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、複素環式ポリイソシアネートなどが挙げられるが、これらに限定されることはない。二つ以上のポリイソシアネートを混合して使用してもよい。ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量は、約５〜５０質量％であることが好ましい。ポリイソシアネートの代表例としては、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’−ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）などが挙げられる。
【００２３】
本発明に使用されるポリオールは、各分子に二つまたはそれ以上の活性官能基を有するポリオールであり、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールなどが挙げられる。ポリオールの代表例としては、例えば、ブタンジオール・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｂｕｔａｎｅｄｉｏｌ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＢＡ］、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）、ヘキサンジオール・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｈｅｘａｎｅｄｉｏｌ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＨＡ］、エチレン・アジピン酸共重合体グリコール［ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ａｄｉｐａｔｅ）ｇｌｙｃｏｌ；ＰＥＡ］、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。ポリオールの数平均分子量は、好ましくは約２００〜６０００、より好ましくは約６００〜３０００である。本発明では、一つまたはそれ以上のポリオールを使用して反応を行うことができる。
【００２４】
ポリオールは、まず、発泡剤、触媒剤、および分散剤と混合した後、難燃剤を添加して予備混合する。水は、ポリウレタンの常用発泡剤である。適切な触媒としては、例えば、金属化合物、第３級アミンなどが挙げられる。金属化合物としては、例えば、ジブチルスズジラウレート（Ｔ−１２）、オクタン酸スズ（Ｔ−９）、オレイン酸塩スズなどが挙げられる。第３級アミンとしては、例えば、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキサンアミンなどが挙げられる。適切な分散剤としては、例えば、ビー・ワイ・ケイ・ケミー（ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ）のＤｉｓｐｅｒｂｙｋシリーズの分散剤が挙げられる。ある具体的な実施態様において、発泡剤、触媒剤、分散剤の使用量は、ポリオールの質量を基準として、それぞれ、１質量％、０．１質量％、２．５質量％である。しかし、これ以外の比率を使用してもよい。
【００２５】
本発明に使用されるヒドロキシル基含有無機難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せなどが挙げられるが、それらに限定されることはない。水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが特に好ましい。注意すべきことは、無機難燃剤のヒドロキシル基は、もともと無機粉体にあり、または表面改質官能化によって形成される。ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径は、約０．５〜１００μｍであり、好ましくは、二つまたはそれ以上の異なる粒径の組合せを使用することで、添加量の増加と防火特性とを高めさせるが、本発明において、単一粒径のヒドロキシル基含有無機難燃剤の使用も許容する。ある具体的な実施態様では、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍ、および２０〜１００μｍという粒径の組合せを使用することができ、その質量比は、１：０．１〜２：０．１〜２、好ましくは３：２：４である。ヒドロキシル基含油無機難燃剤の総添加量は、防火ポリウレタンフォームの総質量の約５０〜８０質量％を占め、他方、ポリイソシアネート予備混合物中の難燃剤とポリオール予備混合物中の難燃剤との質量比は、約１：９〜９：１、好ましくは約１．５：１である。
【００２６】
また、ヒドロキシル基含有無機難燃剤以外に、他の難燃剤を任意に添加することができる。例えば、防火ポリウレタンフォームは、その総質量を基準にして、０〜１０質量％のリン含有難燃剤（例えば、ポリリン酸アンモニウム）、０〜５質量％の窒素含有難燃剤（例えば、メラミン）、０〜５質量％の炭化剤（例えば、ペンタエリスリトール）、０〜１５質量％のガラス繊維（例えば、ガラス短繊維）を含有していてもよい。なお、０質量％は、非添加を表す。他の難燃剤は、まず、ヒドロキシル基含有無機難燃剤と予め混合してから、ポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加することができる。
【００２７】
本発明の製造方法によれば、ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールにそれぞれ添加して予備混合する。予備混合は、例えば、約１００〜４００ｒｐｍの攪拌速度で、約５〜３０分間攪拌することで、均等に分散させる。次に、それぞれ形成された予備混合物を混合し、例えば、約１０００〜３０００ｒｐｍの高速度で、約５〜３０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形する。得られたポリウレタンフォームの密度は、約０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３である。以下の実験からわかるように、本発明の防火ポリウレタンフォームは、１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を維持し、火炎と温度との伝達を効果的に阻止することができる。
【実施例】
【００２８】
使用材料
ａ．ポリイソシアネート、型番ＵＲ−３９８Ｂ（高分子ＭＤＩ）、クアン・ルン・シン・コーポレイション（ＫＵＡＮＧ ＬＵＮＧ ＳＨＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
ｂ．ポリオール、型番ＵＲ−３９８Ａ、クアン・ルン・シン・コーポレイション（ＫＵＡＮＧ ＬＵＮＧ ＳＨＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
ｃ．分散剤、型番２２８０、マーヴェル・ケミカル（Ｍａｒｖｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）
ｄ．分散剤、型番Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−１１０，ビー・ワイ・ケイ・ケミー（ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ）
ｅ．触媒、ジブチルスズジラウレート、型番Ｔ−１２
ｆ．触媒、トリエチレンジアミン溶液、型番ＤＡＢＣＯ−３３ＬＶ、エアー・プロダクツ・アンド・ケミカルズ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）
ｇ．水酸化アルミニウム、粒径１μｍ、型番Ｈ−４２Ｍ、昭和電工株式会社
ｈ．水酸化アルミニウム、粒径８μｍ、型番Ｈ−３２、昭和電工株式会社
ｉ．水酸化アルミニウム、粒径５５μｍ、型番Ｈ−１０、昭和電工株式会社
ｊ．窒素含有難燃剤、メラミン
ｋ．リン含有難燃剤、ポリリン酸アンモニウム
ｌ．炭化剤、ペンタエリスリトール
ｍ．ガラス短繊維、型番２０２Ｐ ３．２、台湾ガラス・インコーポレイテッド（Ｔａｉｗａｎ Ｇｌａｓｓ Ｉｎｃ．）
ｎ．「ＭＩＡ４」は、ｊ．ｋ．ｌ．の混合物であり、その質量比は、３：１６：１である。
【００２９】
以下の実施例および比較例において、特に断りがない場合、「％」は、いずれも「質量％」を表す。
【００３０】
製造プロセスの影響比較
［実施例１］
それぞれの予備混合
表１の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）６８．７ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、１１６．２ｇの粉体Ｃを液体Ｂに入れ、同時に６５．２ｇの粉体Ｃを液体Ａに添加し、それぞれ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．３３５ｇ／ｃｍ３であった。難燃剤の含有量は６０．２％であった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
［比較例１］
ポリオールのみと予備混合
表３の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）６８．７ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、全部の粉体Ｃを液体Ａに入れ、２５０ｒｐｍで、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．３３９ｇ／ｃｍ３であった。難燃剤の含有量は３６．５％であったが、これは加工できる最大の許容量である。
【００３４】
【表３】
【００３５】
［比較例２］
同時混合
表１の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表２の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）を液体Ｂにし、予備処理が完了した後、Ａ、Ｂの両液とＣ粉体とを混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌した。この方法は攪拌時間が短いため、粉体が液体の中で瞬間分散できず、かつ粉体が液体を覆う塊現象が形成されたため、混合物を金型に注入して成形することができなかった。また、Ａ、Ｂ液を混合した後、迅速に発泡するので、攪拌時間を長くすることは不可能であった。よって、この製造プロセスは操作上において困難がある。
【００３６】
防火特性
実施例１と比較例１から得られたフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、かつその背面温度を測定した。その結果を図７に示す。実施例１のフォームは、火炎温度に１時間以上耐え、かつ構造的完全性を相変わらず維持することができた。比較例１のフォームは、２０分もしないうちにクラックし、構造が非常に弱かった。図８（点火面と非点火面とを示す図面代用写真の写し）から、両者の防火特性の差異が明らかにわかる。
【００３７】
混合粒径の影響比較
［実施例２］
混合粒径
表４の難燃剤粉体Ｃを予めドライで均等に混合し、表５の液体Ａを均等に攪拌し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）５０．９ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、８６ｇの粉体Ｃを液体Ｂに入れ、同時に４８．３ｇの粉体Ｃを液体Ａに添加し、それぞれ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌することで、均等に分散させた後、Ａ、Ｂの両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で、約１０秒間攪拌してから、金型に注入して発泡成形した。その形成されたフォームは１０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍであり、その密度は０．２７ｇ／ｃｍ３であった。このフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、その背面温度を測定した。その結果を図９に示す。火炎試験後、フォームの厚みは４ｃｍから３．８ｃｍに縮小した。
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
以下の比較例３〜５は、三つの単一粒径の水酸化アルミニウムを使用しており、それぞれ、Ｈ−４２Ｍ（１μｍ）、Ｈ−３２（８μｍ）、Ｈ−１０（５５μｍ）である。粒径の小さい水酸化アルミニウムの添加量は比較的少なく、粒径の大きい水酸化アルミニウムの添加量は比較的多く、各比較例はいずれも一定の粘度を維持し、かつ加工しやすいことを前提に、添加量を最大に調整した。
【００４１】
【表６】
【００４２】
［比較例３］
単一粒径１μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−４２Ｍ）６０ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−４２Ｍ）６５ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は４１．８％であり、フォームの密度は０．３１ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４３】
［比較例４］
単一粒径８μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−３２）９０ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−３２）１２５ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は５５．３％であり、フォームの密度は０．３２ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４４】
［比較例５］
単一粒径５５μｍ
表６に示された液体を予備混合してＡ液を形成し、かつポリイソシアネート（ＵＲ３９８Ｂ）１０１．８ｇを添加して液体Ｂにし、予備処理が完了した後、水酸化アルミニウム（Ｈ−１０）１２６ｇをＡ液に入れ、水酸化アルミニウム（Ｈ−１０）１４４ｇをＢ液に入れ、それぞれ、異なるビーカーに入れ、２５０ｒｐｍの速度で、７分間攪拌した後、両液を混合し、１２００ｒｐｍの高速度で攪拌してから、金型に注入して発泡させ、ポリウレタンフォームを形成した。難燃剤の含有量は６０．８％であり、フォームの密度は０．３４ｇ／ｃｍ３であり、その体積は４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍであった。
【００４５】
比較例３〜５のフォームを９５０℃のガストーチ（バーナ直径１．５インチ（約３．８１ｃｍ））にかけ、その背面温度を測定した、その結果を図１０に示す。この試験結果と実施例１の試験結果とは一致しており、実際、火炎試験後、三つのフォームは、いずれもクラックし、フォームは良好な防火性能および断熱性能を提供することができなかった。
【００４６】
以上からわかるように、本発明の防火ポリウレタンフォームは低密度を有するだけでなく、かつ１０００℃火炎温度に１時間以上耐えることができると同時に、フォームの構造的完全性を相変わらず維持でき、その防火効果はその他の異なる製造プロセス、または単一粒径のフォームより優れ、非常に好ましい防火材料である。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、図面および明細書の説明では、類似または同一の部分は、同一の符号を使用している。また、図面では、実施例の形状または厚さは拡大することができ、表示を簡易化することができる。また、図面中の各素子の部分はそれぞれ説明されるが、注意するべきことは、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能なことである。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００４８】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：無機難燃剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第一の予備混合物を形成する工程（ここで、前記ポリイソシアネートは前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と反応して化学結合を形成する）；
ポリオールと発泡剤と前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第二の予備混合物を形成する工程；および
前記第一の予備混合物と前記第二の予備混合物とを混合して発泡成形を行って、防火ポリウレタンフォームを得る工程を含むことを特徴とする防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項２】
前記ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量が５〜５０質量％である請求項１に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項３】
前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレン−ジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’−ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）、またはその組合せである請求項１または２に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項４】
前記ポリオールが、二つまたはそれ以上の活性官能基を有する、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、またはその組合せである請求項１〜３のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項５】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せである請求項１〜４のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項６】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占める請求項１〜５のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項７】
前記第一の予備混合物に添加する前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と前記第二の予備混合物に添加する前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤との質量比が１：９〜９：１である請求項１〜６のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項８】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が少なくとも二つの異なる粒径を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項９】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径が０．５〜１００μｍである請求項８に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１０】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍおよび２０〜１００μｍの粒径を含み、前記粒径の質量比が、それぞれ１：０．１〜２：０．1〜２である請求項９に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１１】
前記第二の予備混合物が分散剤をさらに含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１２】
前記第二の予備混合物が触媒をさらに含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１３】
前記防火ポリウレタンフォームが、リン含有難燃剤、窒素含有難燃剤、炭化剤、ガラス繊維、またはその組合せをさらに含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１４】
前記防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１５】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項１〜１４のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１６】
ポリウレタンとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを含む防火ポリウレタンフォームであって、
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占め（ここで、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤は前記ポリウレタンと反応して化学結合を形成する）、
前記防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１７】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項１６に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１８】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールとそれぞれ予備混合して、二つの予備混合物を得てから、前記二つの予備混合物を混合して発泡成形することにより製造される請求項１６または１７に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１９】
前記ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量が５〜５０質量％である請求項１８に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２０】
前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）、またはその組合せである請求項１８または１９に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２１】
前記ポリオールが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、またはその組合せである請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２２】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せである請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２３】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が少なくとも二つの異なる粒径を有する請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２４】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径が０．５〜１００μｍである請求項２３に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２５】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍおよび２０〜１００μｍの粒径を含み、前記粒径の質量比が、それぞれ１：０．１〜２：０．１〜２である請求項２４に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２６】
リン含有難燃剤、窒素含有難燃剤、炭化剤、ガラス繊維、またはその組合せをさらに含む請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法から形成され、密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２８】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項２７に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１】
ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第一の予備混合物を形成する工程（ここで、前記ポリイソシアネートは前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と反応して化学結合を形成する）；
ポリオールと発泡剤と前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤とを予備混合して第二の予備混合物を形成する工程；および
前記第一の予備混合物と前記第二の予備混合物とを混合して発泡成形を行って、防火ポリウレタンフォームを得る工程を含むことを特徴とする防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項２】
前記ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量が５〜５０質量％である請求項１に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項３】
前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレン−ジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’−ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）、またはその組合せである請求項１または２に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項４】
前記ポリオールが、二つまたはそれ以上の活性官能基を有する、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、またはその組合せである請求項１〜３のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項５】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せである請求項１〜４のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項６】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占める請求項１〜５のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項７】
前記第一の予備混合物に添加する前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤と前記第二の予備混合物に添加する前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤との質量比が１：９〜９：１である請求項１〜６のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項８】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が少なくとも二つの異なる粒径を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項９】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径が０．５〜１００μｍである請求項８に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１０】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍおよび２０〜１００μｍの粒径を含み、前記粒径の質量比が、それぞれ１：０．１〜２：０．1〜２である請求項９に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１１】
前記第二の予備混合物が分散剤をさらに含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１２】
前記第二の予備混合物が触媒をさらに含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１３】
前記防火ポリウレタンフォームが、リン含有難燃剤、窒素含有難燃剤、炭化剤、ガラス繊維、またはその組合せをさらに含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１４】
前記防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１５】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項１〜１４のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１６】
ポリウレタンとヒドロキシル基含有無機難燃剤とを含む防火ポリウレタンフォームであって、
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が前記防火ポリウレタンフォームの総質量の５０〜８０質量％を占め（ここで、前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤は前記ポリウレタンと反応して化学結合を形成する）、
前記防火ポリウレタンフォームの密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１７】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項１６に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１８】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤をポリイソシアネートおよびポリオールとそれぞれ予備混合して、二つの予備混合物を得てから、前記二つの予備混合物を混合して発泡成形することにより製造される請求項１６または１７に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項１９】
前記ポリイソシアネートのＮＣＯ含有量が５〜５０質量％である請求項１８に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２０】
前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ｐ，ｐ’ビスフェニルジイソシアネート（ＢＰＤＩ）、またはその組合せである請求項１８または１９に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２１】
前記ポリオールが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、またはその組合せである請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２２】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、またはその組合せである請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２３】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が少なくとも二つの異なる粒径を有する請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２４】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤の粒径が０．５〜１００μｍである請求項２３に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２５】
前記ヒドロキシル基含有無機難燃剤が、０．５〜５μｍ、５〜２０μｍおよび２０〜１００μｍの粒径を含み、前記粒径の質量比が、それぞれ１：０．１〜２：０．１〜２である請求項２４に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２６】
リン含有難燃剤、窒素含有難燃剤、炭化剤、ガラス繊維、またはその組合せをさらに含む請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法から形成され、密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする防火ポリウレタンフォーム。
【請求項２８】
前記防火ポリウレタンフォームが１０００℃の火炎温度に１時間以上耐えることができる請求項２７に記載の防火ポリウレタンフォーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０５９４０（Ｐ２０１１−１０５９４０Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０２２４（Ｐ２０１０−２６０２２４）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
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