JP7048646B2 - Polyurethane foam with excellent fire resistance and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本出願は、2019.07.05付けの韓国特許出願第10-2019-0081409号に基づいた優先権の利益を主張しながら、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。 This application claims the benefit of priority under Korean Patent Application No. 10-2019-0081409 dated 07.05.2019, while all the content disclosed in the literature of the relevant Korean patent application is in this specification. Included as part.
本発明は、耐火特性に優れた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。 The present invention relates to a polyurethane foam having excellent fire resistance and a method for producing the same.
ポリウレタン(polyurethane)はポリオール(polyol)とイソシアネート(isocyanate)によって生成されたウレタン結合(urethane bond)を含有している高分子物質を意味し、イソシアネートのNCOとポリオールのヒドロキシ基(OH)の反応によって生成される。 Polyurethane means a high molecular weight substance containing a urethane bond produced by a polyol and an isocyanate, and is produced by the reaction of the NCO of the isocyanate with the hydroxy group (OH) of the polyol. Generated.
ポリウレタンフォームは、内部のセル(Cell)の形状に応じて軟質ポリウレタンフォーム(Flexible Polyurethane foam)と硬質ポリウレタンフォーム(Rigid Polyurethane foam)に分けられる。軟質ポリウレタンフォームは、TDIまたはMDIとヒドロキシ基の数が25~36となるポリエーテルトリオールによって製造される。軟質ポリウレタンフォームは、軽量で弾性力が良く、開放-セル(Open cell)構造に因して空気透過率が高いという特性がある。軟質ポリウレタンフォームは、一般的に衣類、寝具、マットレスまたは車のシートのような製品に適用される。これに対し、硬質ポリウレタンフォームは、MDIと3~8個の官能基を有するポリオールによって製造される。硬質ポリウレタンフォームは、セルサイズが微細であり、詰まったハチの巣形状の閉鎖-セル(Close cell)構造である。硬質ポリウレタンフォームは機械的強度に優れており、セル内部に存在する熱伝導度が低い気体に因して断熱特性に優れている。硬質ポリウレタンフォームは断熱材として適用可能である。 Polyurethane foam is divided into flexible polyurethane foam (Flexible Polyurethane foam) and rigid polyurethane foam (Rigid Polyurethane foam) according to the shape of the cells inside. Flexible polyurethane foams are made with TDI or MDI and a polyether triol with 25-36 hydroxy groups. Flexible polyurethane foam is lightweight, has good elasticity, and has high air permeability due to its open cell structure. Flexible polyurethane foam is commonly applied to products such as clothing, bedding, mattresses or car seats. Rigid polyurethane foams, on the other hand, are made from MDI and polyols with 3-8 functional groups. Rigid polyurethane foam has a fine cell size and a clogged honeycomb-shaped closed-cell structure. The rigid polyurethane foam has excellent mechanical strength and excellent heat insulating properties due to the gas having low thermal conductivity inside the cell. Rigid polyurethane foam can be applied as a heat insulating material.
従来の硬質ポリウレタンフォームは、機械的強度及び断熱特性に優れているが、火災発生時を考慮した耐火炎特性が不十分であり、それに因して適用分野が制限される限界がある。 Conventional rigid polyurethane foams are excellent in mechanical strength and heat insulating properties, but have insufficient flame resistance properties in consideration of the occurrence of a fire, which limits the fields of application.
本発明は、前記のような問題点を解決するために創案されたものであり、耐火特性に優れた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する。 The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a polyurethane foam having excellent fire resistance and a method for producing the same.
本発明は、ポリウレタンフォーム及びその製造方法を提供する。具体的に、本発明に係るポリウレタンフォームの製造方法は、
平均水酸基価(OH value)が150~300mgKOH/gであるポリオール100重量部に対して、シリコーン整泡剤1~6重量部、アミン系触媒0.1~1.5重量部及びリン系難燃剤6~55重量部を混合してポリオール混合物を製造する段階と、
ポリオール混合物に発泡剤を投入する段階と、
発泡剤が投入されたポリオール混合物にイソシアネートを混合してNCO Indexが450~550になるように制御する段階と、
100~140bar(100×10
5
~140×10
5
Pa)の発泡圧力で発泡する段階と、を含む。
The present invention provides a polyurethane foam and a method for producing the same. Specifically, the method for producing a polyurethane foam according to the present invention is as follows.
For 100 parts by weight of a polyol having an average hydroxyl value (OH value) of 150 to 300 mgKOH / g, 1 to 6 parts by weight of a silicone foam stabilizer, 0.1 to 1.5 parts by weight of an amine-based catalyst, and 6 to 55 parts by weight of a phosphorus-based flame retardant. At the stage of mixing the parts to produce a polyol mixture,
The stage of adding the foaming agent to the polyol mixture and
The stage of mixing isocyanate with the polyol mixture containing the foaming agent and controlling the NCO Index to be 450 to 550, and
Including the step of foaming at a foaming pressure of 100 to 140 bar (100 x 10 5 to 140 x 10 5 Pa) .
ここで、前記リン系難燃剤は、ハロゲン原子を含有する第1の難燃剤と、及びハロゲン原子を含有しない第2の難燃剤を含む。 Here, the phosphorus-based flame retardant includes a first flame retardant containing a halogen atom and a second flame retardant not containing a halogen atom.
一実施例で、第1のリン系難燃剤は、リン酸トリス2-クロロプロピル(Tris2-chloropropyl phosphate、TCPP)、リン酸トリス2-クロロエチル(Tris2-chloroethyl phosphate、TCEP)、及びホスフィニルリン酸アルキルエステル(Phosphinyl alkylphosphate ester、CR-530)からなる群から選択される1種以上であり、
第2のリン系難燃剤は、リン酸トリエチル(Triethyl phosphate、TEP)、テトラメチレンビスオルトホスホリルウレア(Tetramethylene bis orthophosphorylurea、TBPU)及びレゾルシノールビスリン酸ジフェニル(Resorcinol bis diphenyl phosphate、RDP)からなる群から選択される1種以上である。
In one example, the first phosphorus-based flame retardant is Tris2-chloropropyl phosphate (TCPP), Tris2-chloroethyl phosphate (TCEP), and phosphinyl phosphate alkyl ester. One or more species selected from the group consisting of (Phosphinyl alkylphosphate ester, CR-530).
The second phosphorus flame retardant is selected from the group consisting of Triethyl phosphate (TEP), Tetramethylene bis orthophosphorylurea (TBPU) and Resorcinol bis diphenyl phosphate (RDP). It is more than one kind to be done.
また、第1の難燃剤の含有量(M1)と第2の難燃剤の含有量(M2)の比(M1/M2)は、0.2~35の範囲で制御可能である。 Further, the ratio (M1 / M2) of the content of the first flame retardant (M1) to the content of the second flame retardant (M2) can be controlled in the range of 0.2 to 35.
また、別の一実施例で、アミン系触媒は、ペンタメチレンジエチレントリアミン(Pentamethylene diethylene triamine、PMDETA)、ジメチルシクロヘキシルアミン(Dimethylcyclohexylamine、DMCHA)及びテトラメチルエチレンジアミン(Tetramethylethylene-diamine、TMEDA)からなる群から選択される1種以上である。イソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及びポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)からなる群から選択される1種以上を含むポリウレタンフォームの製造方法である。 In another embodiment, the amine-based catalyst is selected from the group consisting of pentamethylene diethylene triamine (PMDETA), dimethylcyclohexylamine (DMCHA) and tetramethylethylene-diamine (TMEDA). One or more species. Isocyanate is a method for producing a polyurethane foam containing one or more selected from the group consisting of diphenylmethane diisocyanate (MDI) and polymethylene polyphenyl polyisocyanate (polymeric MDI).
本発明に係るポリウレタンフォームは、ASTM D1622による見掛け密度(apparent density)が259~317kg/m3の範囲である。また、前記ポリウレタンフォームは、BSS(Boeing Specification Support)7322Rev.B-FAR(Federal Aviation Regulation)25.853App.F、PartIVによる放熱速度(Heat Release Rate)測定時、ピーク放熱(Heat Release Peak)が65kW/m2以下であり、放熱総量(Heat Release Total)が65kW・min/m2以下である。 The polyurethane foam according to the present invention has an apparent density in the range of 259 to 317 kg / m 3 according to ASTM D1622. In addition, the polyurethane foam has a peak heat dissipation (Heat Release Peak) of 65kW / when measuring the heat dissipation rate (Heat Release Rate) by BSS (Boeing Specification Support) 7322Rev.B-FAR (Federal Aviation Regulation) 25.853App.F, Part IV. It is m 2 or less, and the total heat release amount (Heat Release Total) is 65 kW ・ min / m 2 or less.
一実施例で、前記ポリウレタンフォームは、ASTM D2842による水分の吸収度が1%(w/w)以下であり、BSS(Boeing Specification Support)7238 Rev.C-FAR(Federal Aviation Regulation)25.853 App.F、PartVによる煙密度(Smoke Density)が200以下である。
また、前記ポリウレタンフォームは、航空機内装材用に適用可能である。
In one example, the polyurethane foam has a moisture absorption of 1% (w / w) or less by ASTM D2842, BSS (Boeing Specification Support) 7238 Rev.C-FAR (Federal Aviation Regulation) 25.853 App.F. , Part V smoke density (Smoke Density) is 200 or less.
Further, the polyurethane foam can be applied to aircraft interior materials.
本発明に係るポリウレタンフォーム及びその製造方法は、機械的物性の低下なしに優れた耐火特性を実現し、前記ポリウレタンフォームは航空機内装材として適用可能である。 The polyurethane foam and the method for producing the same according to the present invention realize excellent fire resistance without deterioration of mechanical properties, and the polyurethane foam can be applied as an aircraft interior material.
以下、本発明について、より具体的に説明する。それに先立ち、本明細書及び請求の範囲で使用された用語や単語は通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は彼自身の発明を最も最善の方法で説明するため、用語の概念を適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. Prior to that, the terms and words used herein and in the scope of the claims shall not be construed in a general or lexical sense and the inventor describes his invention in the best possible way. Therefore, it should be interpreted with meanings and concepts that are consistent with the technical ideas of the present invention, based on the principle that the concepts of terms can be properly defined.
本明細書に記載された実施例及び図面等に図示された構成は、本発明の具体的な一実施例に過ぎないだけであり、本発明の技術的思想にすべてを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替できる様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。 The embodiments shown in the present specification and the configurations shown in the drawings and the like are merely specific examples of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. It must be understood that at the time of this application, there may be various equivalents and variants that can replace them.
本発明は、ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。具体的に、本発明に係るポリウレタンフォームの製造方法は、
平均水酸基価(OH value)が150~300mgKOH/gであるポリオール100重量部に対して、シリコーン整泡剤1~6重量部、アミン系触媒0.1~1.5重量部及びリン系難燃剤6~55重量部を混合してポリオール混合物を製造する段階と、
ポリオール混合物に発泡剤を投入する段階と、
発泡剤が投入されたポリオール混合物にイソシアネートを混合してNCO指数(Index)が450~550になるように制御する段階と、
100~140barの発泡圧力で発泡する段階と、を含む。
The present invention provides a method for producing a polyurethane foam. Specifically, the method for producing a polyurethane foam according to the present invention is as follows.
For 100 parts by weight of a polyol having an average hydroxyl value (OH value) of 150 to 300 mgKOH / g, 1 to 6 parts by weight of a silicone foam stabilizer, 0.1 to 1.5 parts by weight of an amine-based catalyst, and 6 to 55 parts by weight of a phosphorus-based flame retardant. At the stage of mixing the parts to produce a polyol mixture,
The stage of adding the foaming agent to the polyol mixture and
The stage of mixing isocyanate with the polyol mixture containing the foaming agent and controlling the NCO index (Index) to be 450 to 550, and
Including the step of foaming at a foaming pressure of 100-140 bar.
また、本発明で、前記リン系難燃剤は、ハロゲン原子を含有する第1の難燃剤と、ハロゲン原子を含有しない第2の難燃剤を含む。 Further, in the present invention, the phosphorus-based flame retardant includes a first flame retardant containing a halogen atom and a second flame retardant not containing a halogen atom.
本発明は、化学発泡剤である水(H2O)が発泡剤として使用し得るし、物理的発泡剤であるHFC系列の発泡剤および/またはHFO系列の発泡剤の中で1種類以上を使用して発泡した、硬質ポリウレタンフォーム(Rigid Polyurethane foam)を提供する。例えば、本発明では発泡剤として水が使用し得る。発泡剤の含有量は、発泡体の適用分野ないし必要物性に応じて異なり得る。本発明では、ポリオール100重量部に対して水0.1~1重量部を投入する。これにより、本発明に係るポリウレタンフォームは、航空機内装材として適用時に要求される機械的物性を充足する。 In the present invention, water (H 2 O), which is a chemical foaming agent, can be used as a foaming agent, and one or more of HFC-series foaming agents and / or HFO-series foaming agents, which are physical foaming agents, can be used. Provided using a foamed, rigid polyurethane foam (Rigid Polyurethane foam). For example, in the present invention, water can be used as a foaming agent. The content of the foaming agent may vary depending on the field of application of the foam and the required physical properties. In the present invention, 0.1 to 1 part by weight of water is added to 100 parts by weight of the polyol. As a result, the polyurethane foam according to the present invention satisfies the mechanical properties required at the time of application as an aircraft interior material.
本発明では、ポリウレタンフォームの製造時のNCO指数を450~550の範囲で制御し、同時に前記2種の難燃剤を共に使用する。これを通して製造されたポリウレタンフォームは、機械的物性の低下が無く、耐火炎性能が優れており、火災時の煙の発生量が著しく低減されることを確認した。 In the present invention, the NCO index at the time of manufacturing the polyurethane foam is controlled in the range of 450 to 550, and at the same time, the above two types of flame retardants are used together. It was confirmed that the polyurethane foam produced through this process did not deteriorate in mechanical properties, had excellent flame resistance, and significantly reduced the amount of smoke generated during a fire.
本発明に係るポリウレタンフォームの製造方法は、第1および第2のリン系難燃剤を共に使用する。一つの例で、第1のリン系難燃剤は、リン酸トリス2-クロロプロピル(Tris2-chloropropyl phosphate、TCPP)、リン酸トリス2-クロロエチル(Tris2-chloroethyl phosphate、TCEP)、およびホスフィニルリン酸アルキルエステル(Phosphinyl alkyl phosphate ester、CR-530)のうち1種以上であり、第2のリン系難燃剤は、リン酸トリエチル(Triethyl phosphate、TEP)、テトラメチレンビスオルトホスホリルウレア(Tetramethylene bis orthophosphorylurea、TBPU)とレゾルシノールビスリン酸ジフェニル(Resorcinol bis diphenyl phosphate、RDP)のうち1種以上である。前記第1及び第2の難燃剤の合計含有量は、ポリオール100重量部に対して、6~55重量部を使用する。具体的に、第1の難燃剤の含有量は、5~35重量部、10~30重量部または15~25重量部の範囲で使用し、残りの難燃剤成分は、第2の難燃剤を使用する。例えば、第1の難燃剤は、第2の難燃剤に比べ1.5倍以上の含有量の割合で適用する。 The method for producing a polyurethane foam according to the present invention uses both the first and second phosphorus-based flame retardants. In one example, the first phosphorus-based flame retardants are Tris2-chloropropyl phosphate (TCPP), Tris2-chloroethyl phosphate (TCEP), and phosphinyl phosphate alkyl esters. (Phosphinyl alkyl phosphate ester, CR-530), and the second phosphorus-based flame retardant is Triethyl phosphate (TEP), Tetramethylene bis orthophosphorylurea (TBPU). And one or more of Resorcinol bis diphenyl phosphate (RDP). The total content of the first and second flame retardants is 6 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol. Specifically, the content of the first flame retardant is used in the range of 5 to 35 parts by weight, 10 to 30 parts by weight or 15 to 25 parts by weight, and the remaining flame retardant component is the second flame retardant. use. For example, the first flame retardant is applied at a content ratio of 1.5 times or more that of the second flame retardant.
また、前記アミン系触媒は、触媒活性を有する場合であれば、特別な制限無く使用可能であり、例えば、ペンタメチレンジエチレントリアミン(Pentamethylenediethylene-triamine、PMDETA)、ジメチルシクロヘキシルアミン(Dimethylcyclohexylamine、DMCHA)及びテトラメチルエチレンジアミン(Tetramethylethylenediamine、TMEDA)のうち1種以上を含む。 Further, the amine-based catalyst can be used without any special limitation as long as it has catalytic activity, for example, pentamethylenediethylene-triamine (PMDETA), dimethylcyclohexylamine (DMCHA) and tetramethyl. Contains one or more of Tetramethylethylenediamine (TMEDA).
一つの例で、前記イソシアネートはジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及びポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)のうち1種以上を含む。前記MDI及びPMDIの含有量を制御することにより、ポリオール混合物のNCO指数が効果的に制御し得る。 In one example, the isocyanate comprises one or more of diphenylmethane diisocyanate (MDI) and polymethylene polyphenyl polyisocyanate (polymeric MDI). By controlling the contents of MDI and PMDI, the NCO index of the polyol mixture can be effectively controlled.
以下では、本明細書に記載された図面及び実施例などを通して本発明をより具体的に説明する。しかし、実施例及び図面等に図示された構成は、本発明の具体的な一実施例に過ぎないだけで、本発明の技術的思想にすべてを代弁するものではない。したがって、本出願時点においてこれらを代替し得る様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples described in the present specification. However, the configurations shown in the examples and drawings are merely specific examples of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, it must be understood that at the time of this application, there may be various equivalents and variants that can replace them.
まず、図1を参照すると、本発明に係るポリウレタンフォームは、ポリオールを合成する段階(S1)、合成されたポリオールを整泡剤、触媒および難燃剤と混合してポリオール混合物を作る段階(S2)、ポリオール混合物に発泡剤を投入する段階(S3)、ポリオール混合物にイソシアネート成分を投入してNCO指数を制御する段階(S4)及びポリオール混合物を押出機を通して発泡し、フォームを形成する段階(S5)を通じて製造され得る。 First, referring to FIG. 1, in the polyurethane foam according to the present invention, a step of synthesizing a polyol (S1) and a step of mixing the synthesized polyol with a foam stabilizer, a catalyst and a flame retardant to form a polyol mixture (S2). , The stage of adding a foaming agent to the polyol mixture (S3), the stage of adding an isocyanate component to the polyol mixture to control the NCO index (S4), and the stage of foaming the polyol mixture through an extruder (S5). Can be manufactured through.
本発明では、S1~S5の段階に区分して説明するが、これは容易な説明のためである。例えば、S2~S4の段階は、一部あるいは全部が、同時あるいは順次的に遂行可能であり、場合によっては一部の順番が変更され得るし、これは、全てが本発明の権利範囲に属するものとして解釈されるべきである。 In the present invention, the description will be divided into stages S1 to S5, but this is for the sake of simplicity. For example, the steps S2-S4 can be performed in whole or in part simultaneously or sequentially, and in some cases some of the order can be changed, which all belong to the scope of the invention. Should be interpreted as a thing.
本発明に係るポリオールは、平均水酸基価(OH value)が150~300mgKOH/gであることを特徴とする。前記ポリオールの平均水酸基はポリウレタンフォーム組成物に含まれるイソシアネート化合物のイソシアネート基(Isocyanate group)との重合反応を進行する構成要素としてポリオールの平均水酸基を限定することで、NCO指数(Index)が制御し得る。これにより、ポリウレタンフォームの圧縮強度と剥離強度などの機械的強度の安定的な確保と共に難燃性(Flammability)及び放熱速度(Heat release rate)のような耐火炎性能を向上させることができる。 The polyol according to the present invention is characterized by having an average hydroxyl value (OH value) of 150 to 300 mgKOH / g. The average hydroxyl group of the polyol is controlled by the NCO index (Index) by limiting the average hydroxyl group of the polyol as a component for advancing the polymerization reaction with the isocyanate group of the isocyanate compound contained in the polyurethane foam composition. obtain. As a result, it is possible to stably secure mechanical strength such as compressive strength and peel strength of polyurethane foam, and to improve flame resistance such as flame retardancy and heat release rate.
ポリオールを合成する過程は、公知の方法で多様に遂行可能である。本発明では、ポリオール合成時の平均水酸基価を特定の範囲に制御することになる。前記ポリオールの平均水酸基が150mgKOH/g未満である場合、NCO指数の上昇で、製造されたポリウレタンフォームの耐火炎特性が確保し得るが、ポリウレタンフォームの機械的強度が低くなるという問題がある。一方、ポリオールの平均水酸基が300mgKOH/gを超える場合、NCO指数の減少で、製造されたポリウレタンフォームの耐火炎性能が低くなるという問題がある。 The process of synthesizing a polyol can be carried out in various ways by known methods. In the present invention, the average hydroxyl value at the time of synthesizing a polyol is controlled within a specific range. When the average hydroxyl group of the polyol is less than 150 mgKOH / g, the flame resistance property of the produced polyurethane foam can be ensured by increasing the NCO index, but there is a problem that the mechanical strength of the polyurethane foam is lowered. On the other hand, when the average hydroxyl group of the polyol exceeds 300 mgKOH / g, there is a problem that the flame resistance performance of the produced polyurethane foam is lowered due to the decrease of the NCO index.
一例で、ポリオールは、少なくとも一つのヒドロキシ基(hydroxyl groups)を有するアルコールを言い、ジオール(diol)、トリオール(triol)、テトロール(tetrol)またはそれ以上のヒドロキシ基を有する形になり得るし、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールになり得る。本発明によると、多数個のポリオールが混合されて合成ポリオールに作られ得る。具体的に、アミンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール、トルエンジアミンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール、テレフタル酸とフタル酸にジエチレングリコールとジプロピレングリコールの縮合反応によって得られるポリオール、無水フタル酸とアジピン酸にジエチレングリコールとジプロピレングリコールの縮合反応によって得たポリオール、ソルビトールに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール、エチレンジアミンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール及びグリセリンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオールで構成されたポリオールから、少なくとも5つのポリオールを選択して、合成ポリオールが製造し得る。それぞれのポリオールを得る方法は、この分野で公知された反応によってなされ得るし、本発明はそれに限定されない。 In one example, a polyol refers to an alcohol having at least one hydroxyl group, which can be in the form of a diol, triol, tetrol or more hydroxy groups and is poly. It can be an ether polyol or a polyester polyol. According to the present invention, a large number of polyols can be mixed to form a synthetic polyol. Specifically, a polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to amine, a polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to toluenediamine, and a condensation reaction of diethylene glycol and dipropylene glycol with terephthalic acid and phthalic acid. Obtained polyol, polyol obtained by condensation reaction of diethylene glycol and dipropylene glycol with phthalic anhydride and adipic acid, polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to sorbitol, and propylene oxide and ethylene oxide added to ethylenediamine. Synthetic polyols can be produced by selecting at least 5 polyols from the obtained polyols and polyols composed of polyols obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to glycerin. The method for obtaining each polyol can be made by a reaction known in the art, and the present invention is not limited thereto.
上で提示されたポリオール群から、合成がなされるべきポリオールが選択されると、合成ポリオールの形成のため、アミンに酸化プロピレンと酸化メチレンを添加して得られたポリオール3~15重量部、トルエンジアミンの酸化プロピレンと酸化メチレンを添加して得たポリオール5~30重量部、テレフタル酸とフタル酸にジエチレングリコールとジプロピレングリコールの縮合反応によって得たポリオール10~60重量部、無水フタル酸とアジピン酸にジエチレングリコールとジプロピレングリコールの縮合反応によって得たポリオール10~60重量部、ソルビトールに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール10~60重量部、エチレンジアミンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール2~25重量部とグリセリンに酸化プロピレンと酸化エチレンを添加して得たポリオール5~15重量部が混合され得る。 When the polyol to be synthesized is selected from the polyol group presented above, 3 to 15 parts by weight of the polyol obtained by adding propylene oxide and methylene oxide to the amine to form the synthetic polyol, toluene. 5 to 30 parts by weight of a polyol obtained by adding propylene oxide and methylene oxide of diamine, 10 to 60 parts by weight of a polyol obtained by a condensation reaction of diethylene glycol and dipropylene glycol with terephthalic acid and phthalic acid, phthalic anhydride and adipic acid 10 to 60 parts by weight of a polyol obtained by the condensation reaction of diethylene glycol and dipropylene glycol, 10 to 60 parts by weight of a polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to sorbitol, and propylene oxide and ethylene oxide added to ethylenediamine. 2 to 25 parts by weight of the obtained polyol and 5 to 15 parts by weight of the polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to glycerin can be mixed.
合成されたポリオールは、整泡剤、触媒、および難燃剤などと混合され、ポリオール混合物として作られ得る。整泡剤(界面活性剤)は表面張力を下げて混和性を向上させ、生成された気泡の大きさが均一になるようにフォームのセル構造を調節して、安定性を付与するためのものとして、シリコーン整泡剤(シリコーン界面活性剤)が使用可能である。前記整泡剤は、ポリオール100重量部に対して、1~6重量部、具体的には1.5~3.5または1.5~3重量部を使用する。 The synthesized polyol can be mixed with a defoaming agent, a catalyst, a flame retardant, etc. to be made as a polyol mixture. Defoaming agents (surfactants) reduce surface tension to improve mixability and adjust the cell structure of the foam so that the size of the generated bubbles is uniform to impart stability. As a silicone defoaming agent (silicone surfactant), a silicone foam stabilizer can be used. As the defoaming agent, 1 to 6 parts by weight, specifically 1.5 to 3.5 or 1.5 to 3 parts by weight, is used with respect to 100 parts by weight of the polyol.
必要に応じて、ポリオールの触媒を混合して反応時間を短縮することができる。前記触媒としては、アミンまたは金属触媒を使用する。例えば、本発明では、触媒としてペンタメチレンジエチレントリアミン(Pentamethylenediethylenetriamine、PMDETA)を使用する。前記触媒の含有量は、ポリオール100重量部に対して、0.1~1.5重量部を投入する。具体的に、前記触媒は、ポリオール100重量部に対して、0.5~1.5または0.8~1.2重量部を投入する。 If necessary, the catalyst of the polyol can be mixed to shorten the reaction time. As the catalyst, an amine or a metal catalyst is used. For example, in the present invention, pentamethylenediethylenetriamine (PMDETA) is used as a catalyst. The content of the catalyst is 0.1 to 1.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol. Specifically, the catalyst is charged with 0.5 to 1.5 or 0.8 to 1.2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol.
また、本発明は、ポリオールにリン系難燃剤を混合する。前記リン系難燃剤としては、2種の相違したリン系難燃剤を混合使用する。例えば、前記リン系難燃剤は、リン酸トリス2-クロロプロピル(Tris2-chloropropyl phosphate、TCPP、第1難燃剤)とリン酸トリエチル(Triethyl phosphate、TEP、第2難燃剤)を混合使用する。前記のように2種のリン系難燃剤を混合使用する場合、放熱速度ないし煙密度のような耐火炎特性が顕著に向上され、あわせて圧縮強度のような機械的物性も一定レベル向上されることを実験的に確認した。 Further, in the present invention, a phosphorus-based flame retardant is mixed with the polyol. As the phosphorus-based flame retardant, two different phosphorus-based flame retardants are mixed and used. For example, the phosphorus-based flame retardant uses a mixture of tris2-chloropropyl phosphate (TCPP, the first flame retardant) and triethyl phosphate (TEP, the second flame retardant). When two types of phosphorus-based flame retardants are mixed and used as described above, flame resistance characteristics such as heat dissipation rate and smoke density are significantly improved, and mechanical properties such as compressive strength are also improved to a certain level. It was confirmed experimentally.
前記難燃剤の合計含有量は、ポリオール100重量部に対して、6~55重量部の範囲、10~50重量部または30~45重量部の範囲で制御可能である。具体的に、第1の難燃剤の含有量は5~35重量部、10~30重量部または15~25重量部の範囲で使用し、残り難燃剤の含有量は第2の難燃剤とする。一例で、第1の難燃剤の含有量を第2の難燃剤の含有量より高く制御し得る。例えば、第1の難燃剤の含有量(M1)と第2の難燃剤の含有量(M2)の比(M1:M2)は、1.5:1~5:1の範囲、または2:1~3:1の範囲で制御し得る。第1および第2の難燃剤の含有量の割合が前記範囲を外れると、ポリウレタンフォームの物性改善効果が顕著に低下される。 The total content of the flame retardant can be controlled in the range of 6 to 55 parts by weight, 10 to 50 parts by weight or 30 to 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol. Specifically, the content of the first flame retardant shall be in the range of 5 to 35 parts by weight, 10 to 30 parts by weight or 15 to 25 parts by weight, and the content of the remaining flame retardant shall be the second flame retardant. .. In one example, the content of the first flame retardant can be controlled higher than the content of the second flame retardant. For example, the ratio (M1: M2) of the content of the first flame retardant (M1) to the content of the second flame retardant (M2) is in the range of 1.5: 1 to 5: 1, or 2: 1 to 3. : Can be controlled in the range of 1. When the ratio of the contents of the first and second flame retardants is out of the above range, the effect of improving the physical properties of the polyurethane foam is significantly reduced.
ポリオール混合物は発泡剤を投入した状態で、押出発泡を経ることになる。前記発泡剤としては、化学的発泡剤である水(H2O)が使用し得るし、物理的発泡剤であるHFC系列の発泡剤および/またはHFO系列の発泡剤の中から1種類以上を混合して使用することができる。例えば、発泡剤として水が使用し得る。発泡剤として水を使用する場合、ポリオール100重量部に対して0.1~1.0重量部または0.2~0.7重量部の範囲で投入する。 The polyol mixture undergoes extrusion foaming with a foaming agent added. As the foaming agent, water (H 2 O), which is a chemical foaming agent, can be used, and one or more of the HFC-series foaming agents and / or the HFO-series foaming agents, which are physical foaming agents, can be used. Can be mixed and used. For example, water can be used as a foaming agent. When water is used as the foaming agent, it is added in the range of 0.1 to 1.0 part by weight or 0.2 to 0.7 part by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol.
発泡剤を投入したポリオール混合物は、イソシアネート成分と共に発泡機に投入され得る。イソシアネート成分は、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)とポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)のうち1種以上が使用し得る。一般的に、イソシアネートとヒドロキシ基を有するポリオールの当量比をNCO指数(Index)という。NCO指数はウレタンフォームの架橋度、機械的強度、ウレタンフォームの強靭性および柔軟性に影響を及ぼす。本発明に係るポリオール混合物のNCO指数は450~550の範囲であり、具体的には、450~520、480~550、または470~530の範囲である。 The polyol mixture containing the foaming agent can be charged into the foaming machine together with the isocyanate component. As the isocyanate component, one or more of diphenylmethane diisocyanate (MDI) and polymethylene polyphenyl polyisocyanate (polymeric MDI) can be used. Generally, the equivalent ratio of isocyanate and a polyol having a hydroxy group is called an NCO index (Index). The NCO index affects the degree of cross-linking of urethane foam, mechanical strength, toughness and flexibility of urethane foam. The NCO index of the polyol mixture according to the present invention is in the range of 450 to 550, specifically in the range of 450 to 520, 480 to 550, or 470 to 530.
その次に、発泡機の圧力を100~140barで制御しながら発泡を行ってポリウレタンフォームを製造する。必要に応じてポリオール混合物とイソシアネートを連続的に天然繊維、合成繊維、あるいはガラス繊維などの繊維に含浸させる方法で繊維強化ポリウレタンフォームが製造し得る。 Next, foaming is performed while controlling the pressure of the foaming machine at 100 to 140 bar to produce polyurethane foam. A fiber-reinforced polyurethane foam can be produced by a method of continuously impregnating a fiber such as a natural fiber, a synthetic fiber, or a glass fiber with a polyol mixture and an isocyanate, if necessary.
また、本発明は先に説明した方法で製造されたポリウレタンフォームを提供する。本発明は、硬質ポリウレタンフォーム(Rigid Polyurethane foam)に関するもので、特に航空機の内装材として適用可能なポリウレタンフォームを提供する。航空機の内装材として適用するためには、航空社で要求する様々な規格を満足しなければならない。そのためには、より高いレベルの機械的物性を満足するとともに、火災に備えて火炎及び煙密度などのような耐火炎特性を満足しなければならない。 The present invention also provides a polyurethane foam produced by the method described above. The present invention relates to a rigid polyurethane foam (Rigid Polyurethane foam), and particularly provides a polyurethane foam applicable as an interior material of an aircraft. In order to be applied as an interior material for aircraft, it must meet various standards required by airline companies. For that purpose, it is necessary to satisfy a higher level of mechanical properties and to satisfy flame resistance characteristics such as flame and smoke density in preparation for a fire.
本発明では、ポリウレタンフォームの製造時にNCO指数を450~550の範囲で制御し、同時に前記した2種の難燃剤を一緒に使用する。これにより、製造されたポリウレタンフォームは耐火炎性能に優れ、火災時に煙の発生量が著しく低減されることを確認した。 In the present invention, the NCO index is controlled in the range of 450 to 550 during the production of polyurethane foam, and at the same time, the above-mentioned two flame retardants are used together. As a result, it was confirmed that the produced polyurethane foam has excellent flame resistance and the amount of smoke generated in the event of a fire is significantly reduced.
一実施例で、前記ポリウレタンフォームは、ASTM D1622による見掛け密度(apparent density)が259~317kg/m3の範囲である。また、前記ポリウレタンフォームは、BSS(Boeing Specification Support)7322 Rev.B-FAR(Federal Aviation Regulation)25.853 App.F、PartIVによる放熱速度(Heat Release Rate)測定時、ピーク放熱(Heat Release Peak)が65kW/m2以下であり、放熱総量(Heat Release Total)が65kW.min/m2以下である。前記の密度及び放熱速度に対する数値範囲を満足することにより、本発明に係るポリウレタンフォームは機械的強度が優れており、耐火炎特性も優れていることを確認した。 In one embodiment, the polyurethane foam has an apparent density in the range of 259 to 317 kg / m 3 according to ASTM D1622. In addition, the polyurethane foam has a peak heat dissipation (Heat Release Peak) of 65kW when measuring the heat dissipation rate (Heat Release Rate) by BSS (Boeing Specification Support) 7322 Rev.B-FAR (Federal Aviation Regulation) 25.853 App.F, Part IV. It is / m 2 or less, and the total heat release amount (Heat Release Total) is 65 kW.min / m 2 or less. By satisfying the numerical ranges for the density and heat dissipation rate, it was confirmed that the polyurethane foam according to the present invention has excellent mechanical strength and excellent flame resistance.
また、別の一実施例で、前記ポリウレタンフォームは、ASTM D2842による水分の吸収度が1%(w/w)以下である。そして、BSS(Boeing Specification Support)7238 Rev.C-FAR(Federal Aviation Regulation)25.853 App.F、PartVによる煙密度(Smoke Density)が200以下である。本発明に係るポリウレタンフォームは、耐湿特性に優れ、火災時を想定した煙密度の実験から優れた耐火特性を有することが分かる。 In another embodiment, the polyurethane foam has a moisture absorption rate of 1% (w / w) or less according to ASTM D2842. And the smoke density (Smoke Density) by BSS (Boeing Specification Support) 7238 Rev.C-FAR (Federal Aviation Regulation) 25.853 App.F, Part V is 200 or less. The polyurethane foam according to the present invention has excellent moisture resistance, and it can be seen from experiments on smoke density assuming a fire that it has excellent fire resistance.
本発明に係るポリウレタンフォームは、優れた機械的物性と耐火特性を同時に実現し、建築の内外装材、車の内外装材又は航空機の内装材など、多様に活用可能である。特に、前記ポリウレタンフォームは、航空機の内装材用として好ましく適用可能である。 The polyurethane foam according to the present invention realizes excellent mechanical properties and fire resistance at the same time, and can be widely used as interior / exterior materials for buildings, interior / exterior materials for cars, interior materials for aircraft, and the like. In particular, the polyurethane foam is preferably applicable for aircraft interior materials.
以下、実施例等を通して本発明をより具体的に説明するが、本発明の範疇がこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.
<実施例1~4>
平均水酸価(OH value)が150~300mgKOH/gの合成ポリオール100重量部にシリコーン整泡剤であるNiax Silicone L-6124 1~6重量部、触媒としてペンタメチレンジエチレントリアミン(Pentamethylenediethylene-triamine、PMDETA)0.1~1.5重量部、難燃剤であるリン酸トリス2-クロロプロピル(Tris2-chloropropyl phosphate、TCPP)5~35重量部とリン酸トリエチル(Triethyl phosphate、TEP)1~20重量部を混合してポリオール混合物を製造した。
<Examples 1 to 4>
Niax Silicone L-6124 1-6 parts by weight, which is a silicone foam stabilizer, in 100 parts by weight of a synthetic polyol with an average water acid value (OH value) of 150 to 300 mgKOH / g, and Pentamethylenediethylene-triamine (PMDETA) as a catalyst. 0.1 to 1.5 parts by weight, 5 to 35 parts by weight of Tris2-chloropropyl phosphate (TCPP), which is a flame retardant, and 1 to 20 parts by weight of Triethyl phosphate (TEP) are mixed and polyol. A mixture was produced.
製造されたポリオール混合物に発泡剤として水0.1~1.0重量部を投入した。前記ポリオール混合物と水の混合物にMDIまたはPMDIを発泡機に投入して、NCO指数(Index)が450~550になるように制御した。
その次に、発泡機の発泡圧力を100~140barと設定し、発泡圧力を維持しながらポリウレタンフォームを製造した。
0.1 to 1.0 part by weight of water was added as a foaming agent to the produced polyol mixture. MDI or PMDI was added to the mixture of the polyol mixture and water in a foaming machine to control the NCO index (Index) to be 450 to 550.
Next, the foaming pressure of the foaming machine was set to 100 to 140 bar, and the polyurethane foam was manufactured while maintaining the foaming pressure.
各実施例別の成分の含有量および条件は、下記表1のようである。 The content and conditions of the components for each example are shown in Table 1 below.
<比較例1~4>
実施例1と同様の方法でポリウレタンフォームを製造するが、各成分の含有量および条件は、下記表2のように調節した。
<Comparative examples 1 to 4>
Polyurethane foam was produced in the same manner as in Example 1, but the content and conditions of each component were adjusted as shown in Table 2 below.
<実験例>
実施例及び比較例で製造した各ポリウレタンフォーム試験片について、下記表3に記載された項目の物性を評価した。
<Experimental example>
The physical characteristics of the items shown in Table 3 below were evaluated for each polyurethane foam test piece produced in Examples and Comparative Examples.
各項目別の評価結果は下記の表4に示した。 The evaluation results for each item are shown in Table 4 below.
表4の結果を参照すると、実施例1によるフォーム試験片は、機械的物性だけでなく、耐火炎特性も優れていることが分かる。一方、比較例1~3のフォーム試験片は、「放熱速度」項目の評価で、実施例1のフォーム試験片と比べて物性が良くないことが分かる。 With reference to the results in Table 4, it can be seen that the foam test piece according to Example 1 is excellent not only in mechanical properties but also in flame resistance. On the other hand, it can be seen that the foam test pieces of Comparative Examples 1 to 3 are not as good in physical properties as the foam test pieces of Example 1 in the evaluation of the "heat dissipation rate" item.
具体的に、NCO指数が低かった比較例1および2のフォーム試験片は、放熱速度の項目であるピーク放熱(Heat Release Peak)と放熱総量(Heat Release Total)の結果が、実施例1に比べて著しく高く表示されたことで、ウレタンフォームの耐火炎性能が非常に良くないことを分かった。また、比較例3のフォーム試験片は、放熱速度に対する評価結果も良くないし、特に「煙密度」の項目の数値が実施例1に比べ2.5倍を超えることを示した。 Specifically, the foam test pieces of Comparative Examples 1 and 2 having a low NCO index had the results of peak heat dissipation (Heat Release Peak) and total heat dissipation (Heat Release Total), which are items of heat dissipation rate, as compared with Example 1. It was found that the flame resistance performance of urethane foam was not very good because it was displayed extremely high. Moreover, it was shown that the foam test piece of Comparative Example 3 did not have a good evaluation result for the heat dissipation rate, and in particular, the numerical value of the item of "smoke density" exceeded 2.5 times as compared with that of Example 1.
本発明は、ポリウレタンフォーム製造時、NCO指数を450~550の範囲で制御し、同時に2種の難燃剤を適正範囲で使用した、これにより、機械的物性の低下なく、耐火炎性能が優れて、火災時の煙の発生量が著しく低減されたポリウレタンフォームを提供することができる。 In the present invention, the NCO index is controlled in the range of 450 to 550 during the production of polyurethane foam, and two types of flame retardants are used in the appropriate range at the same time. As a result, the mechanical properties are not deteriorated and the flame resistance is excellent. , It is possible to provide a polyurethane foam in which the amount of smoke generated during a fire is significantly reduced.
本発明に係るポリウレタンフォーム及びその製造方法は、機械的物性の低下なしに優れた耐火特性を具現する。前記ポリウレタンフォームは航空機内装材に適用可能である。 The polyurethane foam according to the present invention and the method for producing the same realize excellent fire resistance characteristics without deterioration of mechanical properties. The polyurethane foam can be applied to aircraft interior materials.
S1:ポリオールの合成
S2:ポリオール混合物の製造
S3:発泡剤の投入
S4:イソシアネートの投入
S5:フォームの形成
S1: Synthesis of polyol
S2: Production of polyol mixture
S3: Addition of foaming agent
S4: Addition of isocyanate
S5: Form formation
Claims (3)
ポリオール混合物に、ポリオール100重量部に対して0.1~1.0質量部の発泡剤を投入する段階と、
発泡剤が投入されたポリオール混合物にイソシアネートを混合してNCO指数(Index)が450~550になるように制御する段階と、
100×10 5 ~140×10 5 Paの発泡圧力で、発泡機により発泡圧力を制御しながら発泡し、ポリウレタンフォームを製造する段階と、を含み、
前記リン系難燃剤は、ハロゲン原子を含有する第1の難燃剤、及びハロゲン原子を含有しない第2の難燃剤を含み、
第1のリン系難燃剤は、リン酸トリス2-クロロプロピル(Tris2-chloropropyl phosphate、TCPP)、リン酸トリス2-クロロエチル(Tris2-chloroethyl phosphate、TCEP)、及びホスフィニルリン酸アルキルエステル(Phosphinyl alkyl phosphate ester、CR-530)からなる群から選択される1種以上であり、
第2のリン系難燃剤は、リン酸トリエチル(Triethyl phosphate、TEP)、テトラメチレンビスオルトホスホリルウレア(Tetramethylene bis orthophosphoryl urea、TBPU)及びレゾルシノールビスジフェニルホスフェート(Resorcinol bis diphenyl phosphate、RDP)からなる群から選択される1種以上であり、
第1の難燃剤の含有量(M1)と第2の難燃剤の含有量(M2)の比(M1/M2)は、0.2~35の範囲であることを特徴とするポリウレタンフォームの製造方法。 For 100 parts by weight of a polyol having an average hydroxyl value (OH value) of 150 to 300 mgKOH / g, 1 to 6 parts by weight of a silicone foam stabilizer, 0.1 to 1.5 parts by weight of an amine-based catalyst, and 6 to 55 parts by weight of a phosphorus-based flame retardant. At the stage of mixing the parts to produce a polyol mixture,
At the stage of adding 0.1 to 1.0 parts by mass of the foaming agent to 100 parts by weight of the polyol , and
The stage of mixing isocyanate with the polyol mixture containing the foaming agent and controlling the NCO index (Index) to be 450 to 550, and
Including the stage of manufacturing polyurethane foam by foaming while controlling the foaming pressure with a foaming machine at a foaming pressure of 100 × 10 5 to 140 × 10 5 Pa .
The phosphorus-based flame retardant contains a first flame retardant containing a halogen atom and a second flame retardant not containing a halogen atom .
The first phosphorus-based flame retardant is Tris2-chloropropyl phosphate (TCPP), Tris2-chloroethyl phosphate (TCEP), and Phosphinyl alkyl phosphate ester. , CR-530), one or more selected from the group consisting of
The second phosphorus flame retardant consists of the group consisting of Triethyl phosphate (TEP), Tetramethylene bis orthophosphoryl urea (TBPU) and Resorcinol bis diphenyl phosphate (RDP). One or more selected
A method for producing a polyurethane foam, wherein the ratio (M1 / M2) of the content of the first flame retardant (M1) to the content of the second flame retardant (M2) is in the range of 0.2 to 35 .
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