JP2000109529A - ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
ポリウレタンフォームの製造方法Info
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Abstract
に添加してもレジンプレミックスと分離することなく、
アミン触媒による劣化もなく安定に保存でき、しかも寸
法安定性に優れたポリウレタンフォームが得られるポリ
ウレタンフォームの製造方法を提供する。 【解決手段】 ポリウレタンフォームは、ポリウレタン
フォーム組成物の硬化、発泡時にレジンプレミックスに
疎水性シリカ系微粒子を添加することにより製造され
る。疎水性シリカ系微粒子は、例えばR1 3Si01/2単
位(但し、R1は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭
化水素基)、R2Si03/2単位(但し、R2は炭素数1
〜20の1価炭化水素基)、Si02単位からなる粒径0.1
〜1ミクロンのは、Si02単位からなり、シリカ微粒
子表面にR2Si03/2単位(但し、R2は炭素数1〜2
0の1価炭化水素基を表す。)を導入し、得られた微粒
子表面にR 1 3Si01/2単位(但し、R1は同一又は異種
の炭素数1〜6の1価炭化水素基を表す。)を導入する
ことにより得られる。
Description
ムの製造方法、特にプレミックスの保存安定性を向上し
た、寸法安定性に優れるポリウレタンフォームの製造方
法に関する。
リイソシアネートとを含むポリウレタンフォーム組成物
を発泡、硬化させることによって作られているが、この
製造方法においてはフォームの外観、その他の物性を改
良する目的でポリオール、触媒、整泡剤(例えば界面活
性剤)及び発泡剤(例えば水)を混合したレジンプレミ
ックス(ポリイソシアネートは含まず)に、これとは相
溶しない添加剤を添加することが提案されている。この
添加剤は、特に発泡剤として水のみを用いる場合には、
得られるポリウレタンフォームの寸法安定性の向上に有
用である。このような添加剤としては、例えば半硬質ポ
リウレタンフォームの製造ではカーボンブラック(特開
昭55−135128)が、また硬質ウレタンフォーム
の製造では粉末状もしくは繊維状のチタン酸カリウム
(特開昭56−14535)、或いはR3Si01/2単位
及びSi02単位からなる有機珪素化合物が提案されて
いる。
加剤は、レジンプレミックスと相溶しないため、経時に
より、これがレジンプレミックスから分離して目的とす
る特性を発揮できなくなるので、従来はレジンプレミッ
クスをポリイソシアネートと反応させる前にレジンプレ
ミックスを攪拌混合する必要があり、またそのために用
途が限定され、例えばスプレー発泡 等への応用ができ
なくなるという不利があった。また、従来の添加剤はレ
ジンプレミックスに含まれるアルカリ触媒によって経時
と共に劣化し、寸法安定性等の目的とする特性を発揮で
きなくなるという問題があった。この問題を解決するた
め、ポリウレタンフォームの製造において、高疎水性
で、且つ低反応性の添加剤が望まれていた。
レタンフォームの製造時に低反応性・高疎水性シリカ系
微粒子をレジンプレミックスに添加してもレジンプレミ
ックスと分離することなく、且つアミン触媒による劣化
もなく安定に保存でき、しかも寸法安定性に優れたポリ
ウレタンフォームが得られるポリウレタンフォームの製
造方法を提供することである。
性剤及びポリイソシアネートを含有するポリウレタンフ
ォーム組成物を発泡、硬化させてポリウレタンフォーム
を製造する方法において、疎水性シリカ系微粒子を添加
することを特徴とする、レジンプレミックスの保存安定
性が良好で、寸法安定性に優れたポリウレタンフォーム
の製造方法を提供する。
が疎水化されたものならば、特に制限されないが、好ま
しくはR1 3Si01/2単位(但し、R1は同一又は異種の
炭素数1〜6の1価炭化水素基)を通常1〜30モル
%、好ましくは1〜10モル%と、R2Si03/2単位
(但し、R2は炭素数1〜20の1価炭化水素基)を通常
0.1〜20モル%、好ましくは1〜10モル%と、S
i02単位を通常70〜99モル%、好ましくは80〜
98モル%とからなるものである。また高疎水性で、且
つ低反応性であることが好ましく、シリカ系微粒子の粒
径は0.1〜1ミクロンであることが好ましい。0.1ミクロ
ン未満では、ポリウレタンフォームの寸法安定性が悪く
なることがあり、また1ミクロンを超えると、ポリウレ
タンフォームのセルが粗くなることがある。
方法で得られるものが好ましい。即ち、この疎水性シリ
カ系微粒子の製造方法は、一般式(I): Si(OR3)4 (但し、R3は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化
水素基を表す。)で示されるシラン化合物及びその加水
分解物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物
を、親水性溶媒と塩基性の水との混合液中で加水分解、
縮合して得られたシリカ微粒子分散混合液に水を添加し
た後、上記親水性溶媒を留去して水性液に変換する工程
(以下、第一の工程という)、上記シリカ微粒子分散水
性液に一般式(II): R2Si(OR4)3 (但し、R2は炭素数1〜20の1価炭化水素基を表
し、R4は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化水素
基を表す。)で示されるシラン化合物及びその加水分解
物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を添
加してシリカ微粒子表面をコーティングし疎水化する工
程(以下、第二の工程という)、得られた微粒子分散水
性液にケトン系溶媒を添加した後、水を留去してケトン
系溶媒液に変換する工程(以下、第三の工程という)、
該微粒子分散ケトン系溶媒液に一般式(III): R1 3SiNHSiR1 3 (但し、R1は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化
水素基を表す。)で示されるシラザン化合物、及び一般
式(IV): R1 3SiX: (但し、R1は一般式(III)に同じ。XはOH基又は加
水分解性基を表す。)で示されるシラン化合物よりなる
群から選ばれる少なくとも1種の化合物を添加、反応さ
せて、微粒子表面に残存する反応性基をトリアルキルシ
リル化する工程(以下、第四の工程という)を含む方法
によって行われる。
3の炭素数1〜6の1価炭化水素基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基
等のアルキル基等が挙げられる。一般式(I)で示され
るシラン化合物の具体例としては、テトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラ
ン、テトラブトキシシラン等のアルコキシシランが挙げ
られる。また、一般式(I)で示されるシラン化合物の
加水分解物の具体例としては、メチルシリケート、エチ
ルシリケート等が挙げられる。
その加水分解物を溶解し、且つ水と相溶するものであれ
ば特に制限はなく、各種アルコール類、例えば一般式
(V): R60H〔但し、R6は炭素数1〜6の1価炭
化水素基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イ
ソプロピル基、ブチル基等のアルキル基)を表す。〕で
示されるアルコール類;メチルセロソルブ、エチルセロ
ソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ等のセロソ
ルブ類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;
ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙
げられ、好ましくはアルコール類、特に好ましくは上記
一般式(V): R60Hで表されるアルコール類であ
る。一般式(V)で示されるアルコールの具体例として
は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタ
ノール等が挙げられる。塩基性の水としては、アンモニ
ア水、ジメチルアミン水、ジエチルアミン水等が挙げら
れ、好ましくはアンモニア水である。混合液中の親水性
溶媒と塩基性の水との混合比は、重量比で1:(0.5
〜1.5)程度が適当である。
縮合は、親水性溶媒と塩基性の水との混合液中へ一般式
(I)のシラン化合物を滴下する周知の方法によって行
われる。加水分解・縮合の温度は通常10〜50℃であ
る。第一の工程で添加される水の量は、使用する親水性
溶媒及び生成するアルコールの合計量に対して重量比で
通常0.5〜2倍量、好ましくは1倍量である。
程で得られたシリカ微粒子分散水性液に前記一般式(I
I)(式中、R2は炭素数1〜20の1価炭化水素基、R4
は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化水素基を表
す。)で示されるアルキルトリアルコキシシラン化合物
又はその加水分解物を添加して前記シリカ微粒子表面を
コーティングする。このコーティング工程によりシリカ
微粒子表面にR2Si03/2単位が導入され、疎水化され
る。
の1価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基等のア
ルキル基が、またR4の炭素数1〜6の1価炭化水素基
としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、ヘキシル基等のアルキル基が挙げら
れる。
コキシシラン化合物の具体例としては、メチルトリメト
キシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメ
トキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n一プロピ
ルトリメトキシシラン、n一プロピルトリエトキシシラ
ン、i一プロピルトリメトキシシラン、i一プロピルト
リエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチル
トリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン等の
アルコキシシランが挙げられ、また、これらの加水分解
物を用いてもよい。一般式(II)で示されるシラン化合
物の添加量は、一般式(I)のシラン化合物のモル数に
対して通常1〜0.001当量、好ましくは0.1〜0.01当量で
ある。
程で得られた微粒子分散水性液にケトン系溶媒を添加し
た後、水を留去して前記水性液を該微粒子に対し分散性
の良いケトン系溶媒液に変換する。この工程で添加され
るケトン系溶媒の量は、第一の工程で添加された水の量
に対して重量比で通常0.5〜2倍量、好ましくは1.2倍量
である。ここで用いられるケトン系溶媒の具体例として
は、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ア
セチルアセトン等が挙げられ、好ましくはメチルイソブ
チルケトンである。
三の工程で得られた疎水性シリカ微粒子分散ケトン系溶
媒液に前記一般式(III)(式中、R1は同一又は異種の
炭素数1〜6の1価炭化水素基を表す。)で示される化
合物及び/又は前記一般式(IV)(式中、R 1は一般式
(III)に同じ。XはOH基又は加水分解性基を表
す。)で示される化合物、即ちトリアルキルシラザン化
合物、トリアルキルクロロシラン化合物、トリアルキル
アルコキシシラン化合物等の少なくとも1種を添加、反
応させて、微粒子表面に残存する反応性基をトリアルキ
ルシリル化する。これにより微粒子表面にR1 3Si0
1/2単位(R1は一般式(III)で定義したとおり)が導
入され、前記残存反応性基は該単位でブロックされる。
素数1〜6の1価炭化水素基としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシ
ル基等のアルキル基が例示できる。また、一般式(IV)
におけるXの加水分解性基としては、塩素原子等のハロ
ゲン原子;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;
プロペノキシ基等のエノキシ基;アセトキシ基等のアシ
ロキシ基;ブタノキシム基等のケトオキシム基;アミノ
基;アミド基;アミノキシ基;アルケニルオキシ基等が
例示できる。
の具体例としては、ヘキサメチルジシラザンが挙げら
れ、一般式(IV)で示されるシラン化合物の具体例とし
ては、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール等
のシラノール化合物;トリメチルクロロシラン、トリエ
チルクロロシラン等のクロロシラン;トリメチルメトキ
シシラン、トリメチルエトキシシラン等のアルコキシシ
ラン;トリメチルシリルジメチルアミン、トリメチルシ
リルジエチルアミン等のアミノシラン;トリメチルアセ
トキシシラン等のアシロキシシラン等が挙げられる。こ
れら一般式(III)及び/又は一般式(IV)の化合物の
添加量は、一般式(I)のシラン化合物のモル数に対し
て通常0.1〜0.5当量、好ましくは0.2〜0.3当量である。
たSi02単位からなるシリカ微粒子表面は、第二の工
程において、R2Si03/2単位でコーティング、疎水化
され、次いで第三及び第四の工程において、この微粒子
の表面に残存する反応性基はR1 3Si03/2単位(但
し、R1は一般式(III)に同じ)でブロックされ、こう
して上記3種の単位からなる粒径0.1〜1ミクロンの疎
水性シリカ系微粒子が得られる。この疎水性シリカ系微
粒子は、常法により粉体として取り出してもよいし、或
いはシラザンと反応させた後、界面活性剤等を添加し
て、この分散体として得てもよい。
ル、発泡剤としての水、触媒、及び整泡剤としての界面
活性剤を含むレジンプレミックスとポリイソシアネート
とを含有するポリウレタンフォーム組成物を発泡、硬化
させてポリウレタンフォームを製造する際、レジンプレ
ミックスに上記疎水性シリカ系微粒子を添加することに
より行われる。疎水性シリカ系微粒子の添加量は、ポリ
オールに対する重量比で通常0.01〜20倍量、好ましくは
0.5倍量である。
び界面活性剤は、通常使用されているものでよい。即
ち、ポリオールとしては、例えばポリプロピレングリコ
ール、ポリエチレングリコール等が使用できる。ポリイ
ソシアネートとしては、例えばトルエンジイソシアネー
ト、ジフェニルメタンジイソシアネート等が使用でき
る。触媒としてはテトラメチルヘキサメチレンジアミ
ン、ペンタメチルジエチレントリアミン等のアミン類;
ジブチルチンジラウレート等の有機スズ化合物が使用さ
れる。また界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン
系、両性系のいずれも使用できるが、特にポリエーテル
シロキサンが好ましい。
アネートインデックスが50〜150、特に80〜11
0となる量が好ましく、また触媒、水及び界面活性剤の
使用量は、ポリオールに対する重量比で、それぞれ0.
0001〜0.1倍、特に0.001〜0.01倍;
0.001〜0.5倍、特に0.01〜0.3倍;0.
0001〜0.1倍、特に0.001〜0.05倍であ
ることが好ましい。以上の成分を含むポリウレタンフォ
ーム組成物の発泡、硬化温度も従来と同じ条件でよい。
なお、ポリウレタンフォーム組成物には、その他、本発
明の目的、効果を損なわない範囲で、任意成分として難
燃剤、充填剤等を添加することができる。以上のように
して、寸法安定性に優れたポリウレタンフォームが得ら
れる。
る。なお、例中の部は全て重量部である。実施例1 攪拌機、滴下ロート、温度計、冷却管を備えた3リット
ルのガラス製反応器にメタノール623.7g、水41.4g,2
8%アンモニア水49.8gを入れ、混合した。この混合液
を35℃に調整し、撹枠しながらテトラメトキシシラン1,
163.7g及び5.4%アンモニア水418.1gを同時にそれぞれ
6時間及び4時間かけて滴下し、テトラメトキシシラン
の滴下終了後も0.5時間攪拌を続け加水分解を行い、シ
リカ微粒子の分散水性混合液を得た。次に、反応器にエ
ステルアダプターを備え、この分散水性混合液を60〜70
℃に加熱し、メタノール649gを留去した後、水1,600gを
添加し、更に70〜90℃に加熱してメタノール160gを留去
し、シリカ微粒子の水性液を得た。この水性液に室温で
メチルトリメトキシシラン115.8g(対テトラメトキシシ
ランモル比0.1)及び5.4%アンモニア水46.6gを、攪拌
しながら0.5時間かけて滴下した。滴下終了後も12時間
攪拌し、シリカ微粒子表面にメチルトリメトキシシラン
をコーティングし、疎水化した。得られた微粒子分散水
性液にメチルイソブチルケトン1,000gを添加した後、80
〜110℃に加熱し、メタノール水1,336gを11時間かけて
留去した。得られた微粒子分散ケトン系溶媒液に室温で
ヘキサメチルジシラザン357.6gを添加した後、120℃に
加熱し、この温度で3時間反応させて微粒子表面に残存
する反応性基をトリメチルシリル化し、疎水性シリカ系
微粒子を、ケトン系溶媒分散液として調製した。なお、
この疎水性シリカ系微粒子は、分析の結果、SiO2単
位80モル%、MeSiO3/2(但し、Meはメチル基
を表す。以下同じ)単位10モル%、及びMe3SiO
1/2単位10モル%で構成されていることが判った。
粒子分散ケトン系溶媒液に、整泡剤として界面活性剤:
ジメチルポリシロキサン−ポリオキシエチレン−ポリオ
キシプロピレン共重合体(信越化学工業(株)製商品名
F−373)968.4を添加した後、80mmHgの減圧下で内温
100℃まで加熱してメチルイソブチルケトン及び未反応
ヘキサメチルジシラザンを留去し、疎水性シリカ微粒子
含有整泡剤1,453gを得た。次に、ポリオール(武田薬品
工業(株)製商品名ポリオール・アクトコールGR−4
6)100 部、触媒としてテトラメチルヘキサメチレンジ
アミン(TMHDA)1.7 部、発泡剤として水6.2 部、
及び上記シリカ微粒子含有整泡剤1.4 部を添加してレジ
ンプレミックスを作製した。このレジンプレミックスを
50℃で3日間放置してエージングしても沈降物は見られ
ず、レジンプレミックスは安定であった。また、上記エ
ージング後のレジンプレミックスにポリイソシアネート
(住友バイエルウレタン(株)製商品名イソシアネート
・スミジューム44V−20)をイソシアネートインデック
スが110となるように加えてフリー発泡、硬化させ、硬
質ウレタンフォームを製造した。このものの密度を測定
し、また70℃、95%RHの条件で2日間放置後の外観を
調べた。結果を表1に示した。この表から判るように、
得られた硬質ウレタンフォームは低密度で且つ寸法安定
性も良好であった。このようにレジンプレミックス中の
シリカ微粒子に劣化はなく、目的の特性が得られた。
水の量、メチルトリメトキシシランの滴下方法、メチル
トリメトキシシラン量及びメチルイソブチルケトン量を
表1に示した通りとした以外は、実施例1と同様にして
シリカ微粒子含有整泡剤を作製し、更に、これを用いて
実施例1と同様にしてレジンプレミックスを調製し、そ
の安定性を調べた。結果を表1に示した。
法によれば、上記高疎水性、低反応性を有するシリカ系
微粒子をレジンプレミックス中に添加しても分離したり
劣化することなく、長期間保存することができるので、
レジンプレミックスを使用時に攪拌する必要がなく、目
的とする寸法安定性等の特性を損なうこともなく、更に
はこれをスプレー発泡等にも使用できるという利点を有
する。
Claims (3)
- 【請求項1】 ポリオール、水、触媒、界面活性剤及び
ポリイソシアネートを含有するポリウレタンフォーム組
成物を発泡、硬化させてポリウレタンフォームを製造す
る方法において、疎水性シリカ系微粒子を添加すること
を特徴とするポリウレタンフォームの製造方法。 - 【請求項2】 疎水性シリカ系微粒子が、R1 3SiO
1/2単位(但し、R1は同一又は異種の炭素数1〜6の1
価炭化水素基を表す。)、R2SiO3/2単位(但し、R
2は炭素数1〜20の1価炭化水素基を表す。)及びS
i02単位からなる粒径0.1〜1ミクロンの疎水性シリカ
系微粒子である請求項1記載のポリウレタンフォームの
製造方法。 - 【請求項3】 疎水性シリカ系微粒子が、一般式
(I): Si(OR3)4 (但し、R3は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化
水素基を表す。)で示されるシラン化合物及びその加水
分解物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物
を、親水性溶媒と塩基性の水との混合液中で加水分解、
縮合して得られたシリカ微粒子分散混合液に水を添加し
た後、上記親水性溶媒を留去して水性液に変換する工
程、 上記シリカ微粒子分散水性液に一般式(II): R2Si(OR4)3 (但し、R2は炭素数1〜20の1価炭化水素基を表
し、R4は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化水素
基を表す。)で示されるシラン化合物及びその加水分解
物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物を添
加してシリカ微粒子表面をコーティングし疎水化する工
程、 得られた微粒子分散水性液にケトン系溶媒を添加した
後、水を留去してケトン系溶媒液に変換する工程、 該微粒子分散ケトン系溶媒液に一般式(III): R1 3SiNHSiR1 3 (但し、R1は同一又は異種の炭素数1〜6の1価炭化
水素基を表す。)で示されるシラザン化合物、及び一般
式(IV): R1 3SiX: (但し、R1は一般式(III)に同じ。XはOH基又は加
水分解性基を表す。)で示されるシラン化合物よりなる
群から選ばれる少なくとも1種の化合物を添加、反応さ
せて、微粒子表面に残存する反応性基をトリアルキルシ
リル化する工程により得られたものである請求項1又は
2記載のポリウレタンフォームの製造方法。を含むこと
を特徴とする上記低反応性・高疎水性シリカ微粒子の製
造方法。
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