CN100379782C - 硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物及硬质聚氨酯泡沫体的制造方法 - Google Patents
硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物及硬质聚氨酯泡沫体的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物和硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，其中，硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物使用HFC-245fa作为发泡剂，且其蒸气压得到抑制。该组合物至少含有多元醇化合物、发泡剂、整泡剂、催化剂，通过使其与含有聚异氰酸酯化合物的异氰酸酯成分混合并发泡硬化，从而形成硬质聚氨酯泡沫体的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，该组合物中，发泡剂的成分为1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，含有规定范围比率的选自DMA、NMP、GBL、MPA中的至少一种相容剂以及1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)。
Description
技术领域
本发明涉及硬质聚氨酯泡沫体多元醇组合物和硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，其中，硬质聚氨酯泡沫体多元醇组合物是含有发泡剂成分1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)作为必需成分的物质。
背景技术
作为优良绝热材料硬质聚氨酯泡沫体的发泡剂，现在使用臭氧层破坏系数小的1，1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)。HCFC-141b是臭氧层破坏系数小的发泡剂，但不是零，从保护地球环境的观点考虑，决定2003年末完全将其废除。
使用替代HCFC-141b的发泡剂的硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，公知有使用正戊烷或环戊烷等低沸点烃的技术(特许第3181700号公报等)，使用不含氯的低沸点卤化烃化合物HFC-245fa及HFC-365mfc的技术(特开2002-201251号公报)。
但是，正戊烷或环戊烷等低沸点烃是可燃性高的化合物。因此，在含有这些化合物作为发泡剂的多元醇组合物的制造工序、使用该多元醇组合物的硬质聚氨酯泡沫体的制造工序以及粉碎处理该硬质聚氨酯泡沫体的废弃物的废弃物处理工序等中，必须有严格的防止火灾对策。另外，必须更新以前硬质聚氨酯泡沫体的制造工厂等中的设备。进而，出现了包含防灾对策的设备费用变得非常昂贵的问题。而且，以戊烷类作为发泡剂使用的硬质聚氨酯泡沫体的难燃性，比以前的产品中以HCFC-141b作为发泡剂使用的物质还差。
按照日本消防法的标准，HFC-365mfc已被登记到非危险品中。但是，在德国标准中已确认其在-27℃有闪燃点，含有该物质作为发泡剂的多元醇组合物具有以下问题，根据其组成有时被当成符合消防法规定的危险品第4类第1石油类、与以HCFC-141b作为发泡剂的多元醇组合物同样被作为危险品处理、不能贮藏。另外，HFC-365mfc还具有与多元醇组合物的主要成分多元醇化合物相溶性差的问题。
与此相对，HFC-245fa是一种无着火的危险性、无须当成危险品处理的发泡剂，而沸点为15℃，是常温下蒸气压高的物质。因此，以HFC-245fa作为发泡剂使用会产生以下问题，装盛多元醇组合物的大桶或石油桶等容器，特别在夏季会发生膨胀的问题并且开栓时由于发泡剂的气化使多元醇组合物原液喷出，由于发泡剂的挥散使其含量减少，从而得不到规定密度的硬质聚氨酯泡沫体。
在特开2002-201251号公报中，公开了并用HFC-245fa和HFC-365mfc作为发泡剂的技术，但是抑制蒸气压的效果不充分，需要进一步寻求改善。
发明内容
本发明的目的是提供硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物及硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，该硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物是使用HFC-245fa作为发泡剂且抑制其蒸气压的物质。
本发明是硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其至少含有多元醇化合物、发泡剂、整泡剂、催化剂，使其与含有聚异氰酸酯化合物的异氰酸酯成分混合并发泡硬化，从而形成硬质聚氨酯泡沫体多元醇组合物，所述组合物的特征在于，上述发泡剂的主要成分为1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，含有选自N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、γ-丁内酯(GBL)、甲氧丙基乙酸酯(MPA)中的至少一种相容剂以及1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)，上述HFC-245fa/HFC-365mfc≥60/40(重量比)，(HFC-245fa+HFC-365mfc)/(相容剂)＝95/5～60/40(重量比)。
通过使用HFC-245fa作为发泡剂，同时添加了选自DMA、NMP、GBL、MPA中的至少一种相容剂和HFC-365mfc，可在原样维持发泡特性和得到的硬质聚氨酯泡沫体的物理特性、绝热性等的状态下，抑制HFC-245fa的蒸气压。
HFC-365mfc是沸点为40.2℃的化合物，与HFC-245fa的相溶性良好，既有作为发泡剂的作用，还有使其蒸气压降低的作用。
HFC-245fa/HFC-365mfc的重量比小于60/40时，HFC-365mfc的含有率升高，结果导致闪燃点降低，虽然多元醇组合物属于危险品第4类，但有时会被认定为易燃性高的石油类。
另外，(HFC-245fa+HFC-365mfc)/(相容剂)的重量比大于95/5时，由于相容剂的比率过少而使其添加效果不能充分发挥。另一方面，该重量比小于60/40时，由于相容剂的比率过多会使泡沫体的物理特性降低。(HFC-245fa+HFC-365mfc)/(相容剂)的重量比更优选85/15～70/30。
相容剂具有对HFC-245fa、及HFC-365mfc和多元醇化合物双方都优异的相溶性。通过使用相容剂，其结果改善了发泡剂和多元醇化合物的相溶性。特别在上述的组成范围时，泡沫体的气泡的均一性得到提高，所谓的气泡破裂得到改善，而且还可以得到改善与表面材料的粘合性的优异效果。
相容剂可以预先与HFC-245fa以及根据需要添加的HFC-365mfc混合，成为发泡剂组合物本身，将蒸气压降低后的物质与多元醇化合物等成分混合。此外，也可以将各成分与多元醇化合物等成分混合而成为多元醇组合物。
此外，本发明是混合异氰酸酯成分和多元醇组合物而使其发泡、硬化，从而形成硬质聚氨酯泡沫体的硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，其特征在于，上述多元醇组合物至少含有多元醇化合物、发泡剂、整泡剂、催化剂，上述发泡剂的主要成分为1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，含有选自N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、γ-丁内酯(GBL)、甲氧丙基乙酸酯(MPA)中的至少一种的相容剂以及1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)，上述HFC-245fa/HFC-365mfc≥60/40(重量比)，(HFC-245fa+HFC-365mfc)/相容剂＝95/5～60/40(重量比)。
根据所述的制造方法，使用与将HCFC-141b作为发泡剂使用时的相同的制造装置，无需为了防火对策而大幅改造，就可以制造以HFC-245fa作为发泡剂的主要成分使用的硬质聚氨酯泡沫体。
附图说明
[图1]为测定硬质聚氨酯泡沫体和表面材料的粘合强度的方法的示意图。
具体实施方式
本发明的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物除了含有发泡剂以外，至少还含有多元醇化合物、整泡剂、催化剂。
多元醇化合物可使用周知的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇化合物，没有限定。所述的多元醇化合物可例举出含有叔胺基的多元醇化合物、脂肪族多元醇化合物、芳香族多元醇化合物等。
含有叔胺基的多元醇化合物为多官能多元醇化合物，它是以伯胺或仲胺为引发剂，使烯化氧，具体而言，使环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)、氧化苯乙烯(SO)、四氢呋喃等的一种或更多种物质发生开环加成聚合反应而得到的。
伯胺或仲胺作为含有叔胺基的多元醇化合物的引发剂，可例举出，氨、甲胺、乙胺等脂肪族伯或仲一元胺类，乙二胺、己二胺、N，N’-二甲基乙二胺等脂肪族伯或仲多元胺类，苯胺、二苯胺、甲苯二胺、二苯甲二胺、N-甲基苯胺等芳香族伯或仲一元或多元胺类，单乙醇胺、二乙醇胺等醇胺类。
脂肪族多元醇为多官能低聚物，它是以多元醇化合物为引发剂，使脂肪族或脂环族多官能活性氢化合物与烯化氧发生开环加成聚合而得的物质，烯化氧具体而言，是指环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)、氧化苯乙烯(SO)、四氢呋喃等环状醚的一种或更多种。
脂肪族多元醇化合物的多元醇化合物引发剂，可例举出，乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇等二醇类，三羟甲基丙烷、丙三醇等三元醇，季戊四醇等4官能醇类，山梨糖醇、蔗糖等多元醇类，水等。
芳香族多元醇，可例举出，通过将上述烯化氧加成到分子内具有芳香环的多官能活性氢化合物上而得到的多元醇化合物、属于芳香族聚羧酸与多元醇的酯的多元醇化合物等。
将上述烯化氧加成到多官能活性氢化合物上得到的多元醇化合物，具体可例举出，将PO、EO、SO中的至少一种物质开环加成到对苯二酚、双酚A等上而得到的化合物。
芳香族聚羧酸与多元醇的酯，具体可例举出，对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸等和乙二醇、二乙二醇等的羟基末端反应而成的酯多元醇化合物。
上述的多元醇化合物优选羟值为200～600mgKOH/g。在这些多元醇化合物中，只要使用含有叔胺基的多元醇化合物、脂肪族多元醇，就能得到使多元醇组合物的粘度下降的效果。
本发明的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物中使用的催化剂，可以使用硬质聚氨酯泡沫体用的周知的催化剂，没有限定。具体而言，可例举出，三乙二胺、N-甲基吗啉、N，N，N’，N’-四甲基乙二胺、N，N，N’，N’-四甲基六亚甲基二胺、N，N-二甲基环己胺、二氮杂双环十一烯(DBU)等叔胺类，二丁基锡二月桂酸酯、二丁基锡二乙酸酯、辛酸锡等可催化氨酯化反应的金属类催化剂。
作为发泡剂，通过添加少量水来使用，可改善得到的硬质聚氨酯泡沫体的特性，是优选的方式。
优选使用在聚氨酯分子构造中形成有助于提高难燃性的异氰脲酸酯键的催化剂。所述的催化剂，可举例如，醋酸钾、辛酸钾。上述叔胺催化剂中也有可促进异氰脲酸酯环形成反应的物质。另外，也可以将促进异氰脲酸酯键生成的催化剂和促进氨酯键生成的催化剂并用。
整泡剂可以使用硬质聚氨酯泡沫体用的周知的整泡剂，没有限定。整泡剂通常使用聚二甲基硅氧烷及聚二甲基硅氧烷与聚烯化氧的接枝共聚物或嵌段共聚物。聚烯化氧使用平均分子量为5000～8000的聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物或嵌段共聚物。
在本发明的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物中，可以使用本领域技术人员周知的阻燃剂、着色剂、抗氧化剂等。
阻燃剂可例举出，含有卤素的化合物、有机磷酸酯类、三氧化锑、氢氧化铝等金属化合物。
这些阻燃剂，例如有机磷酸酯，如果过量添加，则具有降低硬质聚氨酯泡沫体的物理特性的问题。另外，由于过量添加三氧化锑等金属化合物粉末，有时会产生影响泡沫体的发泡行为的问题。因此，这些物质的添加量被限制在不产生所述问题的范围。
有机磷酸酯类由于具有增塑剂的作用，从而有改良硬质聚氨酯泡沫体的脆性的效果，因此为优选的添加剂。另外，多元醇组合物也有降低粘度的效果。所述的有机磷酸酯类可以使用磷酸的卤化烷基酯、烷基磷酸酯或芳基磷酸酯、膦酸酯等，具体而言，可例举出，三(2-氯乙基)磷酸酯(CLP、大八化学制)、三(β-氯丙基)磷酸酯(TMCPP、大八化学制)、三丁氧乙基磷酸酯(TBXP、大八化学制)、三丁基磷酸酯、三乙基磷酸酯、甲苯基苯基磷酸酯、二甲基甲基膦酸酯等。另外，可以使用这些化合物中的一种或更多种。相对于多元醇化合物的合计100重量份，有机磷酸酯类的添加量优选5～30重量份。超过该范围，有时不能充分得到难燃效果、增塑化效果，或者产生泡沫体的机械强度降低等问题。
通过与多元醇组合物混合、反应而形成硬质聚氨酯泡沫体的聚异氰酸酯化合物优选使用液态MDI。通过使用液态MDI，可使处理的容易性、反应的速度、得到的硬质聚氨酯泡沫体的物理特性变得优异，成本降低等。液态MDI使用粗制MDI(c-MDI)(44V-10、44V-20等(住友Bayer Urethane公司制))、含有uretoimine的MDI(Milionate MTL；日本Polyurethane工业制)等。这些聚异氰酸酯化合物中，从形成的硬质聚氨酯泡沫体的机械强度等物理特性优异，而成本低的角度考虑，特别优选使用粗制MDI。
也可以将其他的聚异氰酸酯化合物加入到液态MDI中并用。所涉及的聚异氰酸酯化合物，可以使用聚氨酯技术领域中周知的二异氰酸酯化合物或聚异氰酸酯化合物，没有限定。
本发明的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物可以用于制造块状泡沫体、夹心板等连续生产的硬质聚氨酯泡沫体、注射成形的硬质聚氨酯泡沫体夹心板、喷雾法泡沫胶等。
实施例
下面，根据具体显示的实施例等来说明本发明的构成和效果。
多元醇组合物除改变使用的发泡剂组合物的组成以外，其它使用相同的物质。发泡剂组合物以外的成分和配合比率如下所示。
表1
相对于上述组合物的多元醇化合物100重量份，发泡剂组合物的组成(以发泡剂组合物为100重量％时各成分的重量％)和添加量(相对于多元醇合计为100重量份的重量份)列于表2～4中。发泡剂组合物的添加量调整至自由发泡时的硬质聚氨酯泡沫体的密度为25kg/m3。
硬质聚氨酯泡沫体通过常规方法制作。即，在表1所述的组成中，将除去异氰酸酯成分的成分和发泡剂组合物进行混合搅拌，调整多元醇组合物，调整温度至20℃，然后将其与调整温度至20℃的多元醇成分按NCO/OH当量比为1.70的比率进行混合搅拌，使其发泡硬化后即得硬质聚氨酯泡沫体。
发泡剂组合物使用按表2～表4所示的组成进行预先混合而得的组合物。
<评价>
(绝对蒸气压)
将按规定配合比率调整的50g多元醇组合物原液装入100ml容量的SUS制容器中，使容器处于完全密闭状态，通过液体氮来冷冻脱气。然后，静置于40℃的恒温器中，测定蒸气压(绝对压)P。减压率根据下面的公式计算。P0是发泡剂仅为245fa(比较例2)的蒸气压。
减压率(％)＝100(P0-P)/P0
(压缩强度)
从在容器中自由发泡的泡沫体中切出50mm×50mm×50mm的立方体，以JIS-A-9511(发泡塑料保温材料)为依据进行测定。
(尺寸稳定性)
从在容器中自由发泡的泡沫体中切出100mm×100mm×100mm的立方体，在-30℃环境下放置24小时后测定尺寸变化量。
(粘合性)
在牛皮纸表面材料上制成自由发泡的泡沫体，如图1所示的那样，从与泡沫体粘合的表面材料里面插入宽幅为5cm的缺口，撕下其端部，使用弹簧秤拉伸，测定粘合强度。图1的箭头方向为拉伸测定方向。
(气泡稳定性)
用眼观察在容器中自由发泡的泡沫体。评价是与使用以HCFC-141b为发泡剂的以前的泡沫体来进行比较，根据下面的基准来表示评价结果。
○：气泡均一且细小，与HCFC-141b发泡物相同。
△：有气泡破裂，比HCFC-141b发泡物稍差。
×：气泡破裂严重，发泡不好。
<评价结果>
评价结果示于表2～表4的下部。表2所示的发泡剂组合物为预先将HFC-245fa和γ-丁内酯混合的组合物。表3所示的发泡剂组合物是含有HFC-245fa、HFC-365mfc和γ-丁内酯3种成分的组合物。表4所示的发泡剂组合物是将HFC-245fa、HFC-365mfc和相容剂混合而成的组合物，其中，相容剂为甲氧丙基乙酸酯、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺。这些结果显示，通过使用本发明的发泡剂组合物，可大大降低发泡剂的蒸气压，可与以前使用HCFC-141b的多元醇组合物采用相同的处理方法，并且还改善了与表面材料的粘合性、气泡稳定性。但是，使用HCFC-141b作为发泡剂的泡沫体的尺寸稳定性为-17％，因此在(HFC-245fa+HFC-365mfc)/γ-丁内酯小于60/40(重量比)(γ-丁内酯过多的比较例1)，(HFC-245fa+HFC-365mfc)/γ-丁内酯比为90/10而HFC-245fa/HFC-365mfc(重量比)小于60/40(HFC-365mfc过多的比较例3)中，与使用HCFC-141b为发泡剂的泡沫体相比，任何一种都会降低尺寸稳定性。另外，不使用相容剂的比较例2，粘合性不能得到满足。
表2
发泡剂组成：重量比
表3
发泡剂组成：重量比
表4
Claims (7)
1.硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其至少含有多元醇化合物、发泡剂、整泡剂、催化剂，通过使其与含有聚异氰酸酯化合物的异氰酸酯成分混合并发泡硬化，从而形成硬质聚氨酯泡沫体，其特征在于，
所述发泡剂的主要成分为1，1，1，3，3-五氟丙烷，含有选自N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、甲氧丙基乙酸酯中的至少一种的相容剂以及1，1，1，3，3-五氟丁烷，所述1，1，1，3，3-五氟丙烷/1，1，1，3，3-五氟丁烷≥60/40重量比，(1，1，1，3，3-五氟丙烷+1，1，1，3，3-五氟丁烷)/相容剂＝95/5～60/40重量比。
2.硬质聚氨酯泡沫体的制造方法，其特征在于，将异氰酸酯成分和多元醇组合物混合，使其发泡、硬化而形成硬质聚氨酯泡沫体，
所述多元醇组合物至少含有多元醇化合物、发泡剂、整泡剂、催化剂，所述发泡剂的主要成分为1，1，1，3，3-五氟丙烷，含有选自N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、甲氧丙基乙酸酯中的至少一种相容剂以及1，1，1，3，3-五氟丁烷，所述1，1，1，3，3-五氟丙烷/1，1，1，3，3-五氟丁烷≥60/40重量比，(1，1，1，3，3-五氟丙烷+1，1，1，3，3-五氟丁烷)/相容剂＝95/5～60/40重量比。
3.权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其特征在于，上述多元醇化合物为选自含有叔胺基的多元醇化合物、脂肪族多元醇以及芳香族多元醇中的至少一种物质。
4.权利要求3所述的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其特征在于，上述含有叔胺基的多元醇化合物是以伯胺或仲胺为引发剂、与烯化氧发生开环加成聚合反应而得到的多官能多元醇化合物。
5.权利要求3所述的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其特征在于，上述脂肪族多元醇是以多元醇化合物作为引发剂、将烯化氧开环加成聚合到脂肪族多官能活性氢化合物上而得到的多官能低聚物。
6.权利要求3所述的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其特征在于，上述芳香族多元醇为通过将烯化氧加成到分子内具有芳香环的多官能活性氢化合物上而获得的多元醇化合物或者属于芳香族聚羧酸和多元醇的酯的多元醇化合物。
7.权利要求3所述的硬质聚氨酯泡沫体用多元醇组合物，其特征在于，上述脂肪族多元醇是脂环族多元醇，是以多元醇化合物作为引发剂、将烯化氧开环加成聚合到脂环族多官能活性氢化合物上而得到的多官能低聚物。
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