JPH11140219A - シンタクチック硬質pur/pirフォームボード素材 - Google Patents
シンタクチック硬質pur/pirフォームボード素材Info
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- JPH11140219A JPH11140219A JP10236604A JP23660498A JPH11140219A JP H11140219 A JPH11140219 A JP H11140219A JP 10236604 A JP10236604 A JP 10236604A JP 23660498 A JP23660498 A JP 23660498A JP H11140219 A JPH11140219 A JP H11140219A
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- rigid polyurethane
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Abstract
い硬質フォーム製品を提供する。また、一般フォームと
比較した場合に所与の密度で高い圧縮強さをもつ硬質フ
ォーム製品を提供する。更に、フォームの易燃性を低下
させることにより、より安全な製品を提供する。 【解決手段】 バイモーダル気泡構造をもつシンタクチ
ックフォームに均一な気泡形状寸法を導入するために、
炭化水素を充填した中空マイクロスフェアを使用する。
硬質フォーム製品は平均直径80〜200μmの中空マ
イクロスフェア20〜80重量%を含む。マイクロスフ
ェアは平均直径0.01〜40μmの気泡をもつ独立気
泡ポリウレタンフォーム80〜20重量%に封入されて
いる。
Description
使用を特徴とする、高い圧縮強さをもつ硬質ポリウレタ
ン/ポリイソシアヌレートフォーム製品に関する。特
に、フォームはシンタクチック独立気泡であり、バイモ
ーダル構造である。
で周知である。前記フォームは一般に発泡剤の存在下に
ポリイソシアネートをポリオール等のイソシアネート反
応性材料と反応させることにより製造される。近年、フ
ォームを製造するために使用される基礎材料の原価の実
質的上昇に伴い、基礎材料の使用量と完成材料の重量を
減らすように充填材の開発と使用が盛んになっている。
充填材及び絶縁材として提案されているものの1つは中
空マイクロスフェアを利用している。フォームに中空マ
イクロスフェアを使用することは当該技術分野で公知で
ある。しかし、バイモーダル気泡構造をもつシンタクチ
ックフォームにおけるマイクロスフェアの使用は当該技
術分野で開示も示唆もされていない。
る用語は、気泡材料を製造するためにポリマーマトリッ
クスで中空球体を使用することを意味する。「PUR/
PIRフォーム」なる用語は、ポリマーマトリックスの
反応中に気泡の生成により製造されるポリウレタン及び
/又はイソシアヌレートフォームを意味する。本明細書
で使用する「ハイブリッド」なる用語は、シンタクチッ
クフォームを製造するために中空球体とPUR/PIR
を併用することを意味する。「バイモーダル気泡寸法」
なる用語は、中空球体が発泡マトリックスの気泡直径よ
りも少なくとも1〜2桁大きいメジアン直径をもつハイ
ブリッドフォームを意味する。
ェルから構成される発泡マイクロスフェアは公知であ
る。例えば米国特許第4,829,094号、4,84
3,104号及び4,902,722号参照。Melb
erら(米国特許第4,829,094号及び4,84
3,104号)には、易流動性マイクロスフェアを含む
低密度充填材を用いたシンタクチックポリマーフォーム
組成物が開示されている。しかし、Melberらはバ
イモーダル気泡構造フォームについては開示も示唆もし
ていない。Otloskiら(米国特許第4,916,
173号)は中空マイクロスフェアをもつロール練り用
模型製作素材用ポリウレタン組成物を開示している。し
かし、Otloskiらは固体ポリマーマトリックスを
開示しており、バイモーダル気泡構造については開示し
ていない。Janda(米国特許第4,959,395
号)も固体ポリマーマトリックスを開示しているが、バ
イモーダル気泡構造をもつフォームは開示していない。
4,303,729号及び4,303,736号)はプ
ラスチック充填材としての中空プラスチックマイクロス
フェアの使用を開示している。これらの特許はいずれも
バイモーダル気泡構造を開示していない。更に、Tor
obinの特許は200〜10,000μmの大直径マ
イクロスフェアを開示している。Cravens(米国
特許第4,038,238号)は合計組成の2〜5重量
%といった低配合量の中空マイクロスフェアを開示して
いる。しかし、Cravensはバイモーダル気泡構造
をもつフォームは開示していない。Harper(米国
特許第4,082,702号)はガラスマイクロバルー
ンを含む硬質シンタクチックフォームを開示している。
しかし、Harperはバイモーダル気泡構造をもつフ
ォームは開示していない。バイモーダル気泡構造をもつ
シンタクチックPUR/PIRフォームで中空マイクロ
スフェアを使用すると、発泡剤がマイクロスフェアに封
入されるので、kファクター加熱減量と易燃性が改善さ
れることが今般判明した。更に、現用フォームにマイク
ロスフェアを加えると、圧縮強さが改善される。
のkファクターを維持しながら密度の低い硬質フォーム
製品を提供することである。本発明の別の目的は、一般
フォームと比較した場合に所与の密度で高い圧縮強さを
もつ硬質フォーム製品を提供することである。本発明の
更に別の目的は、フォームの易燃性を低下させることに
より、より安全な製品を提供することである。
る上記目的及び他の目的は、炭化水素、空気又は真空を
充填した中空マイクロスフェアを使用して均一な気泡形
状寸法をフォームに導入することにより達成される。硬
質フォーム製品は、80〜200μmの平均直径をもつ
中空マイクロスフェア20〜80重量%を含む。マイク
ロスフェアは独立気泡ポリウレタン又はポリイソシアヌ
レートフォーム80〜20重量%に封入され、前記フォ
ームの気泡は0.01〜40μmの平均直径をもつ。マ
イクロスフェアの直径分布が狭いことと、発泡剤により
生成される非常に微細な気泡とが相俟ってバイモーダル
シンタクチックフォーム構造が形成される。このような
構造は一般フォームと比較した場合に所与の密度でより
高い圧縮強さをもつ。また、炭化水素発泡剤が存在する
としても、中空マイクロスフェアに封入されるので、易
燃性が低下し、kファクター維持が改善される。
改善された硬質フォーム製品に関する。本発明で使用す
る中空マイクロスフェアは公知である。市販マイクロス
フェアとしては、Expancel Inc.製品Ex
pancel 551 DE、Zeelan Indu
stries製品Z−Light W−1000、Pi
erce & Stevens Corporatio
n製品DualiteM6032AE、3M製品Sco
tchlite Sシリーズ、並びにPQ Corpo
ration製品QCEL 300及びQCEL 65
0が挙げられる。Expancel及びDualite
型マイクロスフェアはいずれも塩化ビニリデンとアクリ
ロニトリルとのコポリマーの薄いシェルから構成される
発泡性中空マイクロスフェアであり、Z−Light
W−1000マイクロスフェアのシェルはセラミックで
あり、Scotchlite及びQCELマイクロスフ
ェアはガラスシェルから構成される。Expancel
及びPierce & Stevensマイクロスフェ
アの内部には一般にイソブタン、イソペンタン又はシク
ロペンタンを含む揮発性炭化水素を収容しているが、必
要に応じて特注低沸点溶剤を充填してもよい。セラミッ
ク及びガラスマイクロスフェアは通常は空気を収容して
いるが、真空を収容する場合もある。ポリマーシェルの
場合には、マイクロスフェアを加熱するとポリマーシェ
ルは徐々に軟化し、揮発性炭化水素が蒸発し、その結
果、マイクロスフェアが発泡する。
ンプルで寸法に幅がある。本発明で使用するマイクロス
フェアは80〜200μm、好ましくは100〜140
μmの平均直径をもつ中空マイクロスフェアである。ポ
リマー、ガラス及びセラミックマイクロスフェアの密度
は夫々0.01〜0.4g/cc、0.1〜0.5g/
cc及び0.4〜0.7g/ccである。マイクロスフ
ェアの配合量は、フォーム製品に対するマイクロスフェ
アの重量百分率が中空マイクロスフェア20〜80重量
%となるように選択する。好ましくは、マイクロスフェ
アの重量百分率は40〜60重量%である。マイクロス
フェアは独立気泡PUR/PIRフォーム80〜20重
量%に封入する。例えば、フォーム製品中のマイクロス
フェアの量が20%であるならば、残りの80%は独立
気泡PUR/PIRフォームである。逆に、フォーム製
品中のマイクロスフェアの量が80%ならば、残りの2
0%はポリウレタンフォームである。本発明のフォーム
は、フォームの気泡の直径が0.01〜40μmである
ような独立気泡ポリウレタン又はポリイソシアヌレート
フォームである。好ましくは、気泡の直径は0.5〜2
0μmである。
をもつシンタクチックフォームであるので、マイクロス
フェアは気泡寸法の直径の少なくとも1〜2倍の直径を
もつ。これを図1に示し、図中、領域Aはマイクロスフ
ェアを示し、領域Bは三角形平坦境界を示し、領域Cは
マイクロスフェアシェルを示す。PUR/PIRフォー
ムの小気泡はマイクロスフェアのシェル間と三角形平坦
境界に存在する。図2はマイクロスフェアのシェル間に
小PUR/PIR気泡からサンドイッチビームを形成す
ることにより圧縮強さを増加する方法を示す。図3はラ
ンダムに広く分布した気泡寸法をもつ典型的な非シンタ
クチックPIRフォームの顕微鏡写真を示し、図4及び
5は大きい球形気泡が水/イソシアネートフォームに埋
封されている本発明のフォームを示す。例えば、マイク
ロスフェアが80μmの直径をもつならば、気泡直径は
40μm以下である。図2はマイクロスフェアのシェル
間に小PUR/PIR気泡からサンドイッチビームを形
成することにより圧縮強さを増加する方法を示す。
質フォームの製造自体は公知であり、例えばドイツ特許
出願公開第1,694,142号、1,694,215
号及び1,720,768号や、ViewegとHoc
htlen編,Kunststoff−Handbuc
h[プラスチックハンドブック],Volume VI
I,Polyurethane,Carl Hanse
r Verlag,Munich 1966及びG.O
ertel編,同書新版,Carl Hanser V
erlag,Munich,Vienna,1983に
記載されている。これらのフォームは主にウレタン及び
/又はイソシアヌレート及び/又はアロファネート及び
/又はウレトジオン及び/又は尿素及び/又はカルボジ
イミド基を含むものである。本発明によるマイクロスフ
ェアを使用してイソシアネートをベースとするバイモー
ダルシンタクチックフォームを製造するには下記成分を
使用することができる。
族−脂肪族、芳香族及び複素環式ポリイソシアネート、
例えばW.Siefken著Justus Liebi
gsAnnalen der Chemie,562,
75〜136頁に記載されているもの、式 Q(NCO)n (式中、nは2〜4、好ましくは2〜3を表し、Qは炭
素原子数2〜18、好ましくは6〜10の脂肪族炭化水
素基、炭素原子数4〜15、好ましくは5〜10の脂環
式炭化水素基、炭素原子数6〜15、好ましくは6〜1
3の芳香族炭化水素基又は炭素原子数8〜15、好まし
くは8〜13の芳香族−脂肪族炭化水素基を表す)で表
されるものであり、例えばドイツ特許出願公開第2,8
32,253号の10〜11頁に記載されているような
ポリイソシアネートである。通常は技術的に容易に入手
可能なポリイソシアネートが特に好ましく、例えば2,
4−及び2,6−トルイレンジイソシアネートとこれら
の異性体の任意の混合物(「TDI」)、例えばアニリ
ン−ホルムアルデヒド縮合とそれに続くホスゲン処理に
より得られるもの等のポリフェニルポリメチレンポリイ
ソシアネート(「粗MDI」)、並びにカルボジイミド
基、ウレタン基、アロファネート基、イソシアヌレート
基、尿素基又はビウレット基を含むポリイソシアネート
(「改質ポリイソシアネート」)、特に2,4−及び/
又は2,6−トルイレンジイソシアネートと4,4’−
及び/又は2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネー
トから誘導される改質ポリイソシアネートである。
に対して反応性の少なくとも2個の水素原子を含む通常
は分子量400〜10,000の化合物も使用できる。
これらの化合物はアミノ、チオ又はカルボキシル基を含
む化合物以外に、好ましくはヒドロキシル基を含む化合
物、特に2〜8個のヒドロキシル基を含む化合物、特に
分子量1,000〜6,000、好ましくは2,000
〜6,000のもの、例えば少なくとも2、通常は2〜
8、好ましくは2〜6個のヒドロキシル基を含むポリエ
ーテル及びポリエステル並びにポリカーボネート及びポ
リエステルアミドであり、これらの化合物は均一な気泡
ポリウレタンの製造に関してそれ自体公知であり、例え
ばドイツ特許出願公開第2,832,253号の11〜
18頁に開示されている。
して反応性の少なくとも2個の水素原子を含む分子量3
2〜399の化合物を他の出発成分として使用してもよ
い。また、この場合には、ヒドロキシル基及び/又はア
ミノ基及び/又はチオール基及び/又はカルボキシル基
を含む化合物、好ましくはヒドロキシル基及び/又はア
ミノ基を含む化合物は鎖長延長剤又は架橋剤として使用
される化合物であるとみなされる。これらの化合物は通
常はイソシアネートに対して反応性の水素原子を通常は
2〜8個、好ましくは2〜4個もつ。適当な例はドイツ
特許出願公開第2,832,253号の19〜20頁に
開示されている。
ては水及び/又は易揮発性無機又は有機物質及びPUR
/PIRフォームを発泡させるために一般に使用されて
いる他の補助揮発性発泡剤が挙げられる。有機発泡剤と
してはアセトン、酢酸エチル、ハロゲン置換アルカン類
(例えば塩化メチレン、クロロホルム、塩化エチリデ
ン、塩化ビニリデン、モノフルオロトリクロロメタン、
クロロジフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、
ジクロロジフルオロエタン、ジクロロトリフルオロエタ
ン)、ブタン、ヘキサン、ヘプタン又はジエチルエーテ
ルが挙げられる。このような発泡剤の具体例としては
1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロブタン(HF
C−356)、テトラフルオロエタン類として1,1,
1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、
ペンタフルオロプロパン類として1,1,2,2,3−
ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca)、1,
1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−2
45ea)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロ
パン(HFC−245eb)及び1,1,1,3,3−
ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、ヘキ
サフルオロプロパン類として1,1,2,2,3,3−
ヘキサフルオロプロパン(HFC−236ca)、1,
1,1,2,2,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC
−236cb)、1,1,1,2,3,3−ヘキサフル
オロプロパン(HFC−236ea)、1,1,1,
3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236
fa)、ペンタフルオロブタン類として1,1,1,
3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365)、並
びにジフルオロエタン類として1,1−ジフルオロエタ
ン(HFC−152a)が挙げられる。無機発泡剤は例
えば空気、CO2 又はN2 Oである。アゾジカーボンア
ミドやアゾイソブチロニトリルのように、室温よりも高
い温度で分解してガスを発生する化合物を加えても発泡
効果が得られる。発泡剤の他の例はViewegとHo
chtlen編,Kunststoff−Handbu
ch,Vol.VII,Carl−Hanser−Ve
rlag,Munich,1966の108頁、109
頁、453〜455頁及び507〜510頁に記載され
ている。
他の助剤及び添加剤を併用してもよい。 − 液体発泡剤として水及び/又は他の高揮発性有機物
質、 − 成分b)の10重量%までの量のそれ自体公知の型
の付加触媒、 − 乳化剤や整泡剤等の界面活性剤、並びに − 反応遅延剤(例えば塩酸又は有機酸ハロゲン化物等
の酸性物質)、それ自体公知型の気泡調節剤(例えばパ
ラフィンや脂肪アルコールやジメチルポリシロキサ
ン)、顔料又は染料及びそれ自体公知型の他の難燃剤
(例えばリン酸トリクレジル)、耐老化及び耐候安定
剤、可塑剤、制カビ剤及び制菌剤並びに充填剤(例えば
硫酸バリウム、珪藻土、カーボンブラック又はホワイチ
ング)。適宜併用する界面活性剤、整泡剤、気泡調節
剤、反応遅延剤、安定剤、難燃剤、可塑剤、染料、充填
剤、制カビ剤、制菌剤の他の例とこれらの添加剤の使用
及び作用に関する詳細は、ViewegとHochtl
en編,Kunststoff−Handbuch[プ
ラスチックハンドブック],Volume VII,C
arl Hanser Verlag,Munich
1966の例えば103〜113頁に記載されている。
それ自体公知の方法で製造することができる。ポリウレ
タンプラスチック配合物は例えば次のように製造すれば
よい。多くの場合は例えば米国特許第2,764,56
5号に開示されているようなプラント機械を使用し、そ
れ自体公知の1段法、プレポリマー法又はセミプレポリ
マー法により反応体を反応させる。本発明にも関連する
加工プラントに関する詳細は、ViewegとHoch
tlen編,Kunststoff−Handbuc
h,Volume VII,Carl Hanser
Verlag,Munich 1966の例えば121
〜205頁に記載されている。マイクロスフェア配合量
の高い配合物は本来粘度が高いため、付加処理が必要で
ある。商業的方法の1例としては、マイクロスフェアを
含むスラリーを混合及び配量するために押出機を使用す
る方法がある。このような技術は例えば米国特許第5,
424,014号に開示されている。本発明により獲得
可能な製品は例えばエネルギー吸収フォーム、電気器具
用絶縁、外壁エレメントとしての積層板、屋根絶縁板、
内壁、絶縁ドア等として使用することができる。
明したが、特許請求の範囲に記載する発明の範囲内で細
部の多数の変形が可能であることは当業者に自明であ
る。
アの間にバイモーダル気泡構造を示す本発明のシンタク
チックフォームの一部の概略図である。
R気泡からサンドイッチビームを形成することにより本
発明で圧縮強さを増加する方法を示す概略図である。
な非シンタクチックPIRフォームの顕微鏡写真であ
る。
真であり、水/イソシアネートフォームに大きい球形気
泡が埋封されている。
ソシアネート気泡により結合したマイクロスフェアの例
を示す。
Claims (11)
- 【請求項1】a) 平均直径80〜200μmの中空マ
イクロスフェア20〜80重量%を、 b) 平均直径0.01〜40μmの気泡をもつ独立気
泡ポリウレタンフォーム80〜20重量%に封入したこ
とを特徴とする、高い圧縮強さをもつ硬質ポリウレタン
製品及び/又はポリイソシアヌレート(PIR)製品。 - 【請求項2】 前記硬質ポリウレタン製品中の前記中空
マイクロスフェアの前記重量%が40〜60重量%であ
る請求項1に記載の硬質ポリウレタン及び/又はPIR
製品。 - 【請求項3】 前記中空マイクロスフェアの前記平均直
径が100〜140μmである請求項1に記載の硬質ポ
リウレタン及び/又はPIR製品。 - 【請求項4】 前記フォームの前記気泡の前記平均直径
が0.5〜20μmである請求項1に記載の硬質ポリウ
レタン製品。 - 【請求項5】 前記マイクロスフェアが塩化ビニリデン
とアクリロニトリルとのコポリマーの薄いシェルを含む
請求項1に記載の硬質ポリウレタン製品。 - 【請求項6】 前記マイクロスフェアの前記内部に炭化
水素ガスを含む請求項5に記載の硬質ポリウレタン製
品。 - 【請求項7】 前記炭化水素ガスがシクロペンタン、イ
ソブタン及びペンタンから構成される群から選択される
請求項6に記載の硬質ポリウレタン製品。 - 【請求項8】 前記マイクロスフェアがセラミックシェ
ルを含む請求項1に記載の硬質ポリウレタン製品。 - 【請求項9】 前記マイクロスフェアがガラスシェルを
含む請求項1に記載の硬質ポリウレタン製品。 - 【請求項10】 前記マイクロスフェアの前記内部に真
空を含む請求項8に記載の硬質ポリウレタン製品。 - 【請求項11】 前記マイクロスフェアの前記内部に真
空を含む請求項9に記載の硬質ポリウレタン製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US90944797A | 1997-08-11 | 1997-08-11 | |
| US08/909,447 | 1997-08-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11140219A true JPH11140219A (ja) | 1999-05-25 |
| JPH11140219A5 JPH11140219A5 (ja) | 2005-10-27 |
Family
ID=25427242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10236604A Pending JPH11140219A (ja) | 1997-08-11 | 1998-08-10 | シンタクチック硬質pur/pirフォームボード素材 |
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|---|---|
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