JP2000290337A - ポリウレタン可撓性フォームの製造でのセル開放剤としての水性ロウ分散体 - Google Patents

ポリウレタン可撓性フォームの製造でのセル開放剤としての水性ロウ分散体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可撓性および半可撓性のポリウレタンフォー
ムの製造方法の提供。 【解決手段】 ウレタン触媒、発泡剤としての水、場合
によってはシリコーン界面活性剤およびセル開放添加剤
の存在で、有機ポリイソシアネートをポリオールと反応
させることにより可撓性または半可撓性のポリウレタン
フォームを製造する方法において、セル開放添加剤は、
ロウ物質と場合によっては乳化剤とからなる粒子の水性
分散体からなり、粒子の少なくとも35%は0.2〜5
ミクロンの寸法とフォームの最大発熱温度より55℃低
い範囲の融点を有することを特徴とする上記製法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、寸法安定/セル開放添加剤を
使用してポリウレタン可撓性フォームを製造することに
関する。
【0002】
【発明の背景】成形された可撓性ポリウレタンフォーム
は、フォームセルを開放しそして収縮を防止しまたフォ
ームパッドの寸法安定性を改善するために機械的圧壊を
必要とする。セルを開放するための現在の機械的方法
は、主として圧壊、真空破裂または時間圧縮開放(time
pressure release)からなる。
【0003】型から取り出される時に、ポリウレタンフ
ォームセルを機械的に圧壊しまた破壊するとポリウレタ
ンを寸法的に一層安定化することができる。セルを破壊
する別な方法は仕上げられたポリウレタンフォームに真
空を適用してセルを破裂させることを含む真空圧壊であ
る。これらの方法の総体的効果はフォームの収縮の減少
である。寸法的に安定なフォームを得るために製造サイ
クルの時間の減少のような別な機械的な試みがなされて
いる。例えば、ポリウレタンフォームを4分でなく3分
で型から取り出すと寸法安定性が劇的に向上する。寸法
的に安定なフォームを製造する他の方法は時間圧縮開放
(TPR)である。TPRは、硬化過程に際して鋳型を
開放して内部圧力を除去し、次いで硬化時間の続く間、
再び閉鎖することからなる。内部で発生される圧力が突
然除去されると、セルのウィンドーを破裂させることに
よって開放セルのフォームが得られる。
【0004】機械的方法は通常、不完全なまたはまちま
ちなセル開放を生じ、また成形された可撓性ポリウレタ
ンフォームの製造者が追加的な機械類に投資することが
必要となる。セル開放のための化学的方法が好ましいで
あろう。現在の化学的方法はすべて、しばしばポリオー
ル100当たり1〜5重量部(pphpp)もの高いレベル
を必要とするか、またはフォームの物理的特性に悪影響
を与えるという欠陥をもっている。
【0005】US 3,454,504は、液状ポリプロ
ピレンまたはポリブテンである、ポリウレタンフォーム
を製造するためのセル開放剤を開示している。US 4,
431,455は、液状の有機ポリイソシアネートおよ
びロウと液状エステルとの混合物を含む有機ポリイソシ
アネート組成物を開示している。水性乳濁液の形で施さ
れるのが好ましいこの組成物は、リグノセルロース物質
を熱圧プレスすることでシートまたはチップボード、フ
ァイバーボードおよび合板のような成形物体を製造する
のに使用され、またプレスからの物質の離脱を促進す
る。
【0006】US 4,751,253は、長鎖の酸のポ
リエチレンまたはポリプロピレングリコールとのエステ
ル反応生成物からなりそして(あるいは)所望の酸価を
与えるように遊離の酸を含有する、可撓性フォームを製
造するためのセルを開放し、寸法を安定化する薬剤を開
示している。US 4,929,646は、高分子量、高
官能性のある種のポリ(オキシエチレン)化合物をセル
開放剤および軟化剤として使用することでつくられる可
撓性ポリウレタンフォームを開示している。実施例1で
は、分子量約35,000を有し、75%のエチレンオ
キシドと25%のプロピレンオキシドとの官能性が公称
6.9であるランダムコポリマーで、Cell Opener A.が
水との70/30混合物としてポリウレタン処方物に添
加されていた。
【0007】US 5,614,566は、イソシアネー
トと反応できる基を含まない高分子量で不飽和の液状の
炭化水素例えば、ポリブタジエンおよびポリオクテニレ
ンの存在で成分を反応することでつくられた、セルが開
放された硬質フォームを開示している。WO 96/3
7533は、(a)150〜500のOH価をもつポリ
オールからなるポリオール処方物、(b)発泡剤、
(c)軟化点が約100〜180℃の長鎖脂肪酸の2価
の金属塩であるセル開放剤および(d)酸からなる乳化
されたポリオール混合物を使用することによる硬質ポリ
ウレタンフォームの製造を開示しており、この混合物
は、ポリオール混合物中に安定に懸濁された平均直径が
約50μより小さいセル開放剤の液滴を有する。US
4,936,417は、少なくとも一つの離型に有効な物
質とポリ(シロキサン−グリコール)界面活性剤の水性
分散体からなる水をベースとする離型組成物を使用する
ことによりポリウレタンフォームを製造する方法を開示
している。
【0008】Dow Plasticsによって顧客に配布された販
売用技術書(Ron HerringtonおよびKathy Hock 199
1年編、2.31ページ)には、『セルの開放を誘発す
るための既知の添加剤は、シリコーンをベースとする発
泡防止剤、ロウ、微粉砕された固体そして、高濃度のエ
チレンオキシドを使用してつくられるある種のポリエー
テルポリオールを含有する。』と述べられている。この
添加剤が役に立つポリウレタンの応用の種類またはセル
開放を実施するのに必要なロウの種類に関しては、この
出版物に何ら論じられていない。特に、既知のセル開放
添加剤の表が示されており(3.19ページ)、またロ
ウ様化合物は表示されていない。また、この参考文献は
フォーム組成物中にロウを導入する方法を開示していな
い。
【0009】
【発明の概要】本発明は、水で分散された安定化/セル
開放用のある種の添加剤を使用して可撓性または半可撓
性のポリウレタンフォームを製造する方法を提供する。
この方法は、触媒組成物、発泡剤、場合によってはシリ
コーン界面活性剤セル安定剤、および寸法安定セル開放
剤としての、分散されたロウ物質の粒子またはロウ物質
/乳化剤の粒子の少なくとも35%が0.2〜5ミクロ
ン(μm)の寸法を有する粒子の水性分散体の存在で有
機ポリイソシアネートをポリオールと反応することから
なる可撓性または半可撓性のポリウレタンフォームを製
造する方法である。
【0010】可撓性ポリウレタンフォームを製造するた
めにこのようなロウ物質の水性分散体を使用すると以下
の利点が得られる。 ・ポリウレタンフォーム(可撓性および半可撓性の成形
されたスラブ材および可撓性スラブ材)の示す収縮は少
なく、これは、特にフォームの表面に微細なセル構造を
保持しつつ寸法安定性を付与する。 ・フォームの物理的特性に悪影響を与えることなく型か
ら出したばかりのフォームを圧壊するのに必要な力が減
少する。 ・セル開放を行うために、比較的低レベルの分散添加
剤、例えば、ポリオール100部あたり僅か0.000
1〜2重量部(pphpp)の固形分(ロウ物質および乳化
剤)が必要である。 ・水性のセル開放組成物は十分に有効であるので、MD
I可撓性成形フォーム中で伝統的に使用されているジメ
チルシリコーン液のようなより弱い安定化界面活性剤よ
り放出特性が小さい、シリコーンポリエーテルコポリマ
ーのようなより強力な安定化界面活性剤の使用が可能に
なる。
【0011】本発明の目的からまた多くの技術者によっ
て理解されるように、可撓性および半可撓性のフォーム
には、靴底およびハンドルに使用されるものそしてまた
家具、ベッドおよび自動車の座席に使用される可撓性の
成形フォームのような微孔質フォームがあり、MDI可
撓性成形フォーム、TDI/MDI可撓性成形フォー
ム、TDI可撓性成形フォーム、一体化スキンフォー
ム、計器パネルフォームおよび可撓性スラブ材フォーム
がふくまれる。
【0012】
【発明の詳述】可撓性および半可撓性フォームを製造す
るのに使用される寸法安定化/セル開放添加剤は、ロウ
物質用の乳化剤を場合によっては含有するロウ物質の水
性分散体である。例えば微晶ロウまたはパラフィンワッ
クスのような最大ポリウレタン発熱温度より55℃低い
範囲の融点を有するろう物質を使用することにより良好
なセル開放特性が得られる。換言すると、特定のフォー
ム処方物の最大発熱温度はロウのまたはロウ/乳化剤の
粒子の融点をこえて約55℃までである。融点の制限
は、フォーム処方物の種類つまりMDI、TDIまたは
MDI/TDIフォームに応じて変化するが、これは種
々のフォーム処方物が異なる発熱温度を有することによ
る。(『ロウ』および『ロウ物質』という一般用語は互
換的に用いられる。『ロウ粒子』もまた、乳化剤が使用
される場合のロウ/乳化剤の粒子を意味する。)
【0013】有機ポリイソシアネートがMDIであるポ
リウレタンフォーム組成物の場合、分散された粒子の融
点はフォームの最高発熱温度より0〜30℃低く、好ま
しくは2〜10℃低くなければならない。TDIをベー
スとするフォーム組成物の場合、分散粒子の融点はフォ
ームの最高発熱温度より0〜50℃低く、好ましくは2
〜45℃低くなければならない。MDI/TDIの重量
比が大体40〜60/60〜40であるMDIとTDI
との混合物からなるフォーム組成物の場合、分散粒子の
融点はフォーム組成物の最高発熱温度より0〜40℃低
く、好ましくは2〜30℃低くなければならない。イソ
シアネートの一つを60重量部(pbw)を越える量で含
むMDI/TDI配合物の場合、配合物中のそのような
イソシアネートの重量部が多いほど、分散粒子について
規定される融点範囲が、このただ一つのイソシアネート
について上述した範囲に一層近付く。
【0014】ポリウレタンフォーム成分はロウ粒子の実
際の融点に影響するであろうし、また異なるフォーム処
方物の最高発熱温度は変化するであろうから、これらの
範囲は近似していると考えるべきである。加えて、水性
媒体中に分散されているロウまたはロウ/乳化剤の粒子
寸法は、0.2〜5ミクロン、好ましくは1.5〜3ミク
ロンでなければならない。分散されたロウまたはロウ/
乳化剤の粒子の少なくとも35%、好ましくは70%そ
して最も好ましくは80%は上記した0.2〜5ミクロ
ンの寸法範囲内になければならない。粒子の少なくとも
25%は1.5〜5ミクロンであるのもまた好ましい。
【0015】本発明のセル開放剤は伝統的なセル開放剤
より一層良い表面を与え、また良好なスキンが好ましい
場合、スキン層付きフォーム組成物にとって特に有用で
あ。セル開放はフォームの内部で起きると推測される
が、これは、反応するフォームの発熱のためロウ粒子が
フォーム内で融解するからであり、或る場合のセル開放
では粗いセル構造を伴うことがありうる。内部のフォー
ムの発熱温度に比べて型の表面の温度が比較的低いため
にフォームの表面上の約1cmの領域ではロウ粒子が固体
のままでありまたこの領域ではセル開放が起きないの
で、良好なフォーム表面が得られるとも推測される。従
って、必須ではないがロウ粒子が型の温度より高い温度
を有するのも有利である。
【0016】水性のロウ分散体は、ロウ物質、好ましく
はイオン性および(または)非イオン性の乳化剤および
他の添加剤を含有し、組成物の水の全含有率は一般に5
0〜95重量%、好ましくは55〜90重量%である。
フォーム組成物中にポリオール100部あたり0.00
01〜2重量部(pphpp)、望ましくは約0.001〜
0.3pphppの範囲の濃度で存在する場合に好適なセル開
放および安定化が得られる。勿論、水性分散体中に分散
された粒子からなるロウ粒子およびなんらかの乳化剤
は、フォームの最大発熱温度より低い55℃以下の、好
ましくは5〜45℃の融点を有し、また上述した粒子寸
法を有することが必要である。
【0017】適当なロウ物質は技術上周知のロウ、微細
ロウ、増粘された石油留分およびポリシロキサン離型剤
のいずれかである。ロウ物質は融点が典型的に85〜1
00℃である微晶ロウまたはパラフィンロウである。グ
リセリル脂肪酸エステルおよび分子量がより大きいポリ
エチレングリコールのような合成ロウもまた有効であ
る。これらの脂肪酸の高分子量のエステルは典型的には
5〜30個の炭素原子を含みまたその不飽和の形または
水素化された形のいずれかで使用することができる。ポ
リエチレングリコールは4,000〜8,000の分子量
を有する。
【0018】組成物中で使用されてよいロウには、植物
性のロウ例えば、カルナウバロウ;変性された植物油、
例えば硬化ヒマシ油;微晶ロウ、例えばBarecoロウおよ
びAmscoロウ;ミネラルワックス、例えばMontanワック
ス(リグナイトから得られる鉱物);ならびに動物性の
ロウ、例えば密ロウおよびセラックがある。ペンタエリ
スリトールテトラステアレートのような合成のあるいは
変性された動物ロウまたは市販の合成ロウもまた使用で
きる。ロウの混合物もまた使用することができる。適当
な乳化剤はロウ物質の水性乳濁液を製造するための技術
上既知の任意のもの、特にHLB値が8〜15であるも
のそして特に非イオン性のポリアルコキシ化乳化剤であ
る。水中でロウ物質を効率的に乳化するためにイオン性
の乳化剤が非イオン性の乳化剤と組み合わせて使用され
る。
【0019】好ましい乳化剤は、エトキシ単位を3〜4
個有するラウリルアルコールのエトキシレートのような
脂肪族のアルコールエトキシレートおよびエトキシ単位
を約10個有するセチルアルコールである。これらの脂
肪族アルコールエトキシレートは典型的に10〜13の
HLB価を有するであろう。有用な他の乳化剤はオクタ
デシルアミンおよびヘキサデシルアミンの組み合わせか
らなる獣脂アミンのような脂肪族アミンである。脂肪族
アミンに加えてオクタデシル酸のような脂肪酸もまた使
用できる。
【0020】水性組成物中でロウ物質を適切に乳化させ
るにはただ一つの乳化剤では一般に不十分である。むし
ろ、最もむらのない分散体を与えるのは乳化剤の組み合
わせである。脂肪族アルコールエトキシレートは典型的
に水性のロウ組成物に基づき0.5〜4.5重量%で使用
される。脂肪族アミンは典型的に0.5〜3重量%使用
される。脂肪酸は有効な乳化剤として役立ちまた約0.
25〜0.75重量%の濃度で使用される。本発明の水
性のロウ組成物は、十分な剪断エネルギーを用いまた、
ロウが上記した粒子寸法範囲の液体状態にあるような温
度で成分を混合することにより製造される。従って、通
常異なった温度で水、ロウおよび乳化剤は、90〜15
0℃好ましくは100〜140℃の範囲の温度で一緒に
激しく撹拌されてよく、次いで分散体は冷水で急冷して
迅速に50℃より低く冷却される。
【0021】これらの水性分散体のセル開放剤の好まし
い使用水準は、ポリオール100部あたりロウ物質0.
0001〜2重量部(pphpp)であり、一層好ましくは
0.001〜0.3pphppでありまたもっとも好ましくは
0.005〜0.05pphppである。水性のロウ分散体
は、界面活性剤、水、アミン触媒、架橋剤またはポリオ
ールのような処方物の一つに添加されるが、ポリオール
組成物、界面活性剤、発泡剤(好ましくは水)、アミン
触媒および架橋剤を含むBサイド(side)に添加するの
が好ましい。
【0022】本発明の安定化剤/セル開放剤は、ポリエ
ーテルおよびポリエステルの可撓性および半可撓性のポ
リウレタンフォームを製造するのに技術上既知の方法で
使用される。このセル開放剤を使用してポリウレタンフ
ォームを製造するのに、ポリイソシアネート、特にジイ
ソシアネートと反応させてウレタン結合をつくるため
に、一つまたは二つ以上の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が使用される。このようなポ
リオールは、典型的には、1分子あたり平均2.0〜3.
5個のヒドロキシル基、20〜60のヒドロキシル価
(OH#)および2000〜7000ダルトンの重量平
均分子量を有する。可撓性ポリウレタンフォームの密度
は0.6〜37.5 lb/ft3(10〜600kg/m3)であ
りまた半可撓性フォームは1〜3.75 lb/ft3(16
〜60kg/m3)でありうる。
【0023】ポリウレタン組成物の成分として適当なポ
リオールの例はポリアルキレンエーテルポリオールおよ
びポリエステルポリオールである。ポリアルキレンエー
テルポリオールには、ジオールおよびトリオール例えば
特に、エチレングリコール、プロピレングリコール、
1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,
6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエ
チレングリコール、ジプロピレングリコール、ペンタエ
リスリトール、グリセロール、ジグリセロール、トリメ
チロールプロパンおよび類似の低分子量のポリオールを
含めての多水酸基化合物から末端ヒドロキシ基が誘導さ
れるポリ(エチレンオキシド)およびポリ(プロピレン
オキシド)ポリマーおよびコポリマーのようなポリ(ア
ルキレンオキシド)ポリマーがある。
【0024】本発明の実施には高分子量のポリエーテル
ポリオールを単独で使用してよい。高分子量のポリエー
テルポリオールの混合物例えば、二官能性および三官能
性の物質の混合物および(または)分子量の異なるまた
は化学組成の異なる物質の混合物もまた使用してよい。
有用なポリエステルポリオールには、ジカルボン酸を過
剰のジオールと、例えば、アジピン酸をエチレングリコ
ールまたはブタンジオールと反応させるあるいはラクト
ンを過剰のジオールと、例えば、カプロラクトンをプロ
ピレングリコールと反応させることで生成されるものを
包含する。
【0025】ポリエーテルポリオールおよびポリエステ
ルポリオールに加えて、マスターバッチ、あるいはプレ
ミックス組成物はしばしばポリマーポリオールを含有す
る。ポリマーポリオールはフォームの変形への抵抗力を
増加するため、つまりフォームの耐力特性を増加するた
めに可撓性ポリウレタンフォーム中で使用される。現
在、耐力特性を改善するために二種類の異なるポリマー
ポリオールが使用される。グラフトポリオールと称され
る第1の種類は、ビニルモノマーがグラフト共重合され
ているトリオールからなる。通常選択されるモノマーは
スチレンおよびアクリロニトリルである。第2の種類の
ポリ尿素で変性されたポリオールは、ジアミンとTDI
との反応により生成されるポリ尿素分散体を含有するポ
リオールである。TDIは過剰に使用されるのでTDI
のいくらかがポリオールおよびポリ尿素の両方と反応す
る。この第2の種類のポリマーポリオールには、ポリオ
ール中でTDIとアルカノールアミンを現場重合させる
ことで生成されるPIPAポリオールと称される種類が
ある。耐力の要求に応じてポリマーポリオールはマスタ
ーバッチのポリオール部分の20〜80%を占めてよ
い。
【0026】ポリウレタン製品は、例えば、ヘキサメチ
レンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、
トルエンジイソシアネート(TDI)および 4,4′−
ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を含め技
術上周知の好適な任意の有機ポリイソシアネートを使用
して製造される。特に適当なのは、個別にまたは市販の
混合物としての2,4−TDI、および2,6−TDIで
ある。適当な別なイソシアネートは、約60%のMDI
を他の異性体ポリイソシアネートまたは類似なより高級
なポリイソシアネートとともに含有するPAPIとして
も知られ、商業的には『粗MDI』として知られるジイ
ソシアネートの混合物である。ポリイソシアネートとポ
リエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールと
の部分的に予備反応された混合物からなるこれらのポリ
イソシアネートの『プレポリマー』である。
【0027】ポリウレタン可撓性フォームを製造するた
めに有用である適当なウレタン触媒はすべて、当業者に
とって周知であり、またトリエチレンジアミン、N−メ
チルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、N
−メチクモルホリン、N−エチルモルホリン、トリエチ
ルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、
ジメチルエタノールアミンおよびビス(ジメチルアミノ
エチル)エーテルのような第三級アミン、そしてオクタ
ン酸第一錫、酢酸第一錫、オレイン酸第一錫、ラウリン
酸、ジブチル錫ラウレート、および他のこのような錫塩
のような有機錫がある。
【0028】可撓性ポリウレタンフォーム処方物中にあ
るその他の典型的な薬剤には、エチレングリコールおよ
びブタンジオールのような連鎖延長剤;ジエタノールア
ミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミ
ンおよびトリプロパノールアミンのような架橋剤;水、
液体二酸化炭素、CFC、HCFC、HFC、ペンタ
ン、アセトンなど、特に水または水とHCFCのような
膨脹剤;そしてシリコーンのようなセル安定剤がある。
【0029】本発明を用いて製造され得る可撓性ポリウ
レタンフォームには、12〜100kg/m3の密度を有す
るスラブ材フォーム例えば、ポリエーテルをベースとす
る、常用(12〜60kg/m3)、高弾性(18〜80kg
/m3)、充填型(40〜100kg/m3)、半硬質(22
〜35kg/m3);そしてポリエステルをベースとする、
工業等級(20〜50kg/m3)、積層物等級(20〜3
5kg/m3)および半硬質(22〜35)、そしてまた2
2〜300kg/m3の密度を有する成形フォーム例えば、
ポリエーテルをベースとする、常用の高温硬化(22〜
50kg/m3)、高弾性かつ低温硬化(28〜55kg/
m3)、半硬質(40〜150kg/m3)、そしてポリエス
テルをベースとするもの(50〜150kg/m3)、『re
pol』または再結合されたもの(60〜300kg/m3
がある。コア密度が400〜600kg/m3、スキン密度
が600〜800kg/m3また総合密度が500〜700
kg/m3である微孔質成形フォームもまた得ることができ
る。
【0030】セル開放剤として水性のロウ物質分散体を
含有する、密度が1〜5 lb/ft3(16〜80kg/m3
である(例えば、自動車の座席)一般的な可撓性成形フ
ォームの処方物は重量部(pbw)で以下の成分を含有す
る。 ポリオール 20〜100 ポリマーポリオール 80〜0 シリコーン界面活性剤 0.5〜2.5 セル開放剤 0.05〜3 水 1〜8 補助発泡剤 0〜4.5 架橋剤 0.5〜2 触媒組成物 0.1〜5 イソシアネート指数 70〜115
【0031】本発明では、成形された可撓性フォームを
製造するのに好ましい発泡剤は、ポリオール100部あ
たり1〜6部(pphp)特に3〜6pphpの水であり、場合
によっては他の発泡剤を含む。可撓性フォームに特定的
な特性を与えるために別な添加剤が勿論使用されてよ
い。難燃剤、着色剤、充填剤および硬度調節剤のような
物質がその例である。本発明のポリウレタンフォームは
技術上知られた任意の処理技術例えば、特に『ワンショ
ット』技術によってつくられてよい。この方法によると
き、発泡製品は、ポリイソシアネートとポリオールとの
反応を発泡操作とともに実施することにより得られる。
【0032】以下の実施例では次の物質を使用した。 CP-7合成コポリマーロウ(Petrolite Corporation) Brij56ポリオキシエチレンセチルエーテル(ICI Americ
as, Inc.) Armeen 18D オクタデシルアミン(Akzo) Vybar 253 炭化水素コポリマーロウ(Petrolite) Vybar 260 炭化水素コポリマーロウ(Petrolite) Epolene E15 ロウ(Eastman) CP6001ポリオール(Dow Chemical;OH#=28) CP1421セル開放ポリオール(Dow Chemical) DEOA(ジエタノールアミン) TEOA(トリエタノールアミン) DABCO(商標)DEOA-LF(85%DEOA、15%水;Ai
r Products and Chemicals, Inc.) DABCO(登録商標)DC2585シリコーン界面活性剤(Air P
roducts and Chemicals, Inc.) DABCO(登録商標)BL11アミン触媒(Air Products and
Chemicals, Inc.) DABCO 33LV(登録商標)アミン触媒(Air Products and
Chemicals, Inc.) H2050アミン触媒(Air Products and Chemicals, In
c.) Desmodur 3230 MDI(Bayer;等量=130.08) PRC-798離型剤(Chem-Trend,Inc.)
【0033】LX1000−有標水/ロウ分散体(Petrolit
e;融点が113℃のPolywax 1000 ロウで製造) LX1130−有標水/ロウ分散体(Petrolite;融点が96
℃のEP-700 ロウで製造) LX1061−有標水/ロウ分散体(Petrolite;融点が99
℃のPolywax 655 ロウで製造) Epolene E15 #3−水/ロウ分散体(Eastman) Epolene E20 #6−水/ロウ分散体(Eastman) Duramul 766−水/ロウ分散体(Astor Chemical Co.) Voranol 232−027 ポリオール(Dow Chemical;OH#
=26) Mondur MRS−5 MDI(Bayer;当量=133) Arcol E 648 ポリエーテルポリオール(Arco Chemica
l;OH=35) Arcol E519 SAN ポリエーテルポリオール(Arco Chemic
al;OH=24.4) DABCO DC5169 シリコーン界面活性剤(Air Products an
d Chemicals,Inc.) DABCO DC5164 シリコーン界面活性剤(Air Products an
d Chemicals,Inc.) DABCO DC5043 シリコーン界面活性剤(Air Products an
d Chemicals,Inc.) L1505A シリコーン界面活性剤(Air Products and Chem
icals,Inc.) DABCO BL 17 アミン触媒(Air Products and Chemical
s,Inc.) TDI-80(Bayer Corp.) MDI Rubinate M MDI(ICI Americas,Inc;31.5%N
CO、官能度2.7)。
【0034】
【実施例】実施例 1 本例は水性のロウ分散体(水/ロウ分散体)の製造を示
す。表1の各水/ロウ分散体(WWD)の場合、150
gのロウ、22.5gのBrij56乳化剤および15gのArm
een 18D乳化剤を一緒にしそして110℃で融解した。
別の容器で水525gを93℃またはそれ以上に加熱し
た。融解したロウ成分を激しく撹拌して熱水に添加し
た。787.5gの20℃の水を添加してロウ粒子を急
冷した。水/ロウ分散体WWD1〜WWD3を『調製し
たままで』以下の実施例で使用した。
【0035】
【表1】
【0036】ロウの融点が高いため僅かに異なる手順を
用いて、表2の水性ロウ分散体WWD4をつくった。1
500gの分散体の場合、150gのEpolene E15ロ
ウ、22.5gのBrij 56乳化剤および15gのArmeen 1
8D乳化剤を一緒にしそして139℃で融解した。別な容
器内で525gの水を100℃に加熱した。水が93℃
に達した時、混合機のブレードを加熱するために水中に
入れた。水が100℃でない限りロウを水に添加すべき
でない。ロウを熱水に添加しそして激しく撹拌した後、
787.5gの冷水を添加しそして混合してロウ粒子を
急冷した。
【0037】
【表2】
【0038】表3は、実施例2で使用した市販の水/ロ
ウ分散体(WWD)中に分散されたロウ粒子の融点を示
す。
【表3】
【0039】実施例 2 表4の処方物を用いて可撓性のMDI成形ポリウレタン
フォームをつくった。
【表4】
【0040】以下の手順を用いて成形ポリウレタンフォ
ーム試料をつくった。フォームをつくったのと同じ日
に、水、DEOA−LFおよびアミン触媒を混合するこ
とによりアミンの予備混合物をつくった。ポリオールを
0.5ガロン(1.89L)のカップに計量して注入しそ
してDC2585シリコーン界面活性剤およびWWD安
定化剤/セル開放剤を添加した。装填率は3.5であ
り、これは型の過剰充填率6%を与えた。3インチ
(7.6cm)の円板の混合ブレードを有し、制御器が6
000rpmの負荷に設定されたServodyne(登録商標)分
散機を使用して、液体のはいったカップを25秒間混合
した。アミンの予備混合物を添加しそして20秒間混合
した。MDIを添加しそして液体を6秒間混合した。溶
媒をベースとする離型剤(PRC−798)で噴霧され
た、12×12×4インチ(30.5×30.5×10.
2cm)の126°F(52℃)の型内に混合物を注入
し、そして型を直ちに閉じた。型からの取り出し時間
は、混合の後355秒であった。混合後410秒して破
砕力の測定を行った。各フォームについて、破砕力(F
TC)、嵩密度、表面特性および収縮百分率のデータを
得そして表5に示した。温度を調整するためにプレミッ
クスを定温放置した。
【0041】
【表5】
【0042】表5のデータから、CP7ロウ(WWD
1)でつくった水/ロウ分散体は、より小さい破砕力お
よび収縮を与える一方、本体および表面の構造は保持さ
れた。市販のセル開放剤CP1421もまた、フォーム
の収縮および破砕力を改善したが、WWD1と同程度に
ではなく、またWWD1より使用レベルが高かった。C
P1421は1〜2pphppの使用レベルで、つまり、ポ
リオール100重量部あたりCP1421 1〜2重量
部で典型的に使用される。
【0043】融点が低すぎる分散ロウ粒子(WWD2−
60.7℃およびWWD3−42.8℃)では、フォーム
の不安定化およびバルク安定性の評点の低下が生じた。
融点の高すぎるロウ粒子(LX1000−111℃およ
びLX1130−90℃)は、破砕力または収縮百分率
の点でセル開放上の利点をなんら与えない。水/ロウ分
散体WWD1は分散粒子の融点85℃を有していた。
【0044】特定の理論によって縛られることなく、重
合過程での融点が低すぎるロウは、フォームの粘度が安
定性を維持するのに十分に大きくなる以前にフォームを
過早に不安定化する。融点の高すぎるロウは固形の粒子
のままであり、またセル開放に影響を与えない。従っ
て、MDIフォーム処方物中でセル開放のために使用さ
れる最適なロウおよび乳化剤は、上限がフォームの最高
発熱温度であり、下限がフォームの最高発熱温度より約
30℃低い範囲内に融点があるロウ粒子を与えるものと
考えられる。例えば、表4のMDI処方物のフォームの
最大発熱温度は大体91℃であるので、ロウ粒子の融点
の範囲は約61〜91℃であり、好ましくは81〜89
℃である。ポリウレタンフォーム成分はロウ粒子の実際
の融点に影響するであろうし、また異なるフォーム処方
物の最高発熱温度は異なるであろうから、上記の範囲は
近似していると考えられる。
【0045】実施例 3 本実施例は、表4の可撓性MDI成形フォーム処方物中
に水性ろう分散体WWDI1の個々の成分を使用するこ
との効果を示す。表6にみられるごとく、個別に使用さ
れた成分はいずれもWWD1中にこれらを組み合わせた
ようには機能しなかった。
【0046】
【表6】
【0047】実施例 4 本実施例は、セル開放に対するロウ粒子の寸法の影響を
例示する。特定の何らかの理論に縛られることなく、水
/ロウ分散体中のロウ粒子の寸法はポリウレタンフォー
ムでのセル開放にとって重要であると考えられている。
セルウィンドーは一般に約0.2〜0.4ミクロン(μ
m)の厚さを有すると考えられる。セルウィンドーの厚
さと比較して粒子寸法が小さすぎる場合、水/ロウ分散
体は何の影響も受けない。セルウィンドーの厚さと比較
して粒子寸法が大きすぎる場合、劣悪なセル構造が生じ
るか、ロウ粒子がセルウィンドー中に存在できないかも
しれずあるいは粒子全体がセル開放のための最適時間に
際して完全に融解できない。種々の水/ロウ分散体のHo
rbia LA-910 Laser Diffraction Systemによって決定さ
れるロウ粒子の平均寸法を表7に示す。
【0048】
【表7】
【0049】Epolene E15 #3分散体をWWD1と比較
したが、このことは、これらの物質がともに類似する粒
子の融点(それぞれ86℃に対して85℃)を有する
が、これらは極めて異なる平均粒子寸法(それぞれ1.
7ミクロンに対して0.09ミクロン)を有することに
よる。WWD1水/ロウ分散体は表5に示されるよう
に、表4のMDI処方物でのセル開放に極めて有効であ
るが、Epolene E15 #3は0.2〜3pphpの範囲の使用
レベルではセル開放に有効でなかった。Epolene E15#
3は表面特性またはバルク安定性にたいして悪影響を与
えなかったが、初期の破砕力に対する影響はなかった。
Epolene E15 #3の粒子寸法は、この水/ロウ分散体の
融点が許容範囲内にあったとしても、セル開放に影響を
与えるにはおそらく小さすぎる。
【0050】実施例 5 表5に示す第2のMDI処方物を使用した。この処方物
の装填率は3.4であり、これは型中で過剰充填率6%
の部分を与えた。表9に示すように、水/ロウ分散体W
WD1は処方物中でやはりより小さい破砕力および改善
された収縮を与えた。
【0051】
【表8】
【0052】
【表9】
【0053】実施例 6 本実施例は本発明の別の特徴を示し、ここでは、可撓性
の成形されたMDIフォーム中で伝統的に使用されるジ
メチルシリコン液のようなより弱い安定化界面活性剤よ
りも放出特性が小さいシリコーンポリエーテルコポリマ
ーのようなより強力な安定化界面活性剤の使用を許容す
るのに、セル開放物質が十分に効率的である。ジメチル
シリコーン液を含む伝統的なMDI安定化界面活性剤
(DC2585)を、TDI処方物中で伝統的に使用さ
れるシリコーンポリエーテルコポリマーを含むより強力
な安定化界面活性剤(L1505A)によって置き換え
た。表10では、L1505Aそのものにより、破砕力
値および収縮値が大きい表4のMDI処方物で過度な安
定化が行われたことを知ることができる。L1505A
を水/ロウ分散体WWDI1とともに使用した場合、小
さい破砕力値および収縮値そして良いバルク特性および
表面特性を有する良好なフォームがえられた。表10
は、L1505Aと組み合わされたWWD1も、表8の
可撓性のMDI成形フォーム処方物中でL1505Aと
組み合わされた2.0pphppの市販のCP1421よりも
小さい破砕力を与えたことをも示している。
【0054】
【表10】
【0055】実施例 7 本例では、表11中の処方物を使用することにより、可
撓性のTDI成形ポリウレタンフォームをつくった。
【表11】
【0056】以下の手順を用いて、成形ポリウレタンフ
ォームの試料をつくった。ポリオールを容器内で混合
し、そして水、DEOA−LF、およびアミン触媒を別
な容器中で混合した。ポリオール混合物を73°F(2
3℃)に定温放置した。ポリオールを0.5ガロン(1.
89L)のカップに計量して入れそしてシリコーン界面
活性剤を添加した。装填率は2.65であり、これは、
型内で過剰充填率6%の部品を与えた。3インチ(7.
6cm)の円板の混合ブレードを有し、制御器が6000
rpmの負荷に設定されたServodyne分散機を使用して、液
体のはいったカップを20秒間混合した。次に、水、D
EOA−LF、およびアミン触媒の配合物を添加した。
カップの液体を20秒間混合し、次いでTDIを添加し
そして約5秒間混合した。溶媒をベースとする離型剤、
PRC−798で噴霧された、12×12×4インチ
(30.5×30.5×10.2cm)の155°F(68
℃)の型内に混合物を注入し、そしてカップを5秒間倒
立させて保持し、そして型を直ちに閉じた。各フォーム
について、押し出し時間、ストリングゲル(string ge
l)、押し出し重量、パッド重量、および破砕力のデー
タを得そして表12に示した。型からの取り出し時間は
275秒であり、FTC(破砕力)時間は、混合後33
0秒であった。
【0057】
【表12】
【0058】表12は、TDI処方物中のWWD1の破
砕力が減少するが、バルク安定性の値の低さによって確
認されるように粗いセル構造が与えられることを示す。
TDI処方物の場合、フォームの発熱温度と比べて融点
の低すぎるWWDI分散体は、フォームの不安定化およ
びセル構造の貧弱化を生じた。このTDI処方物の近似
したフォーム発熱温度は134℃であり、一方WWD1
のロウ/ロウ物質の融点は85℃であり、これは下限の
端にあたる。ロウ粒子の融点が91℃である、融点がよ
り高いロウ分散体WWD4は、破砕力がより小さく、本
体および表面の両方で良好なセル構造を有することを示
した。
【0059】実施例 8 本例では、可撓性のTDI/MDI成形ポリウレタンフ
ォームを実施例7の手順と表11の処方物とを用いてつ
くったが、ただしTDI−80とMondur MRS−5 MD
Iとの50/50混合物を使用した。
【表13】
【0060】表13のデータは、フォームの発熱温度と
比べて粒子の融点が低すぎるロウ分散体WWD1は、フ
ォームの不安定化を惹起しそして劣悪なセル構造を与え
た。このTDI/MDI処方物のフォームの発熱温度は
約125℃であったが、WWD1の水/ロウ分散体粒子
の融点は85℃であった。ロウ粒子の融点が126℃で
ある、融点がより高いDuramul 766ロウの分散体は融点
が高すぎて有効ではなかった。分散体ロウ粒子の融点が
それぞれ90℃および92℃であるLX1130および
LX1061の水/ロウ分散体は、より小さい破砕力を
示しまたフォームの本体および表面のセル構造はともに
良好であった。このことは、可撓性の成形ポリウレタン
フォームのセル開放に対して水/ロウ分散体の融点に最
適な範囲のあることを示す。
【0061】実施例 9 本例は種々のフォームについて、異なるフォーム発熱温
度を示す。MDI、TDIおよびMDI/TDIについ
て、1ガロン(3.78L)の盛り上がりが自由なバケ
ツ中でつくったフォームの内部温度を測定しそして表1
4に示した。表14の発熱温度は、成形フォームの発熱
温度に近似するという意味をもち、また自由な盛り上が
りの温度は、成形フォームで実際に測定された温度と異
なることがある。表4のMDI処方物、表11のTDI
処方物および実施例8のMDI/TDI処方物を評価し
た。
【表14】
【0062】実施例 10 本例は、表15に示す処方物を使用し、以下の手順を用
いてフォームの自動車計器パネルを製造することを示
す。成形フォームは、12×12×2インチ(30.5
×30.5×5.1cm)の加熱された型内で製造した。型
の温度は115°F(46℃)に保った。触媒とセル開
放剤とは別として表15の最初の7つの成分からなる成
分Bのための物質を含有するプレミックスを、フォーム
の製造の前日に調製した。計量した成分Bのプレミック
スを0.5ガロン(1.89L)の紙の容器に注入し、予
備混合物に適量の触媒とセル開放剤を添加しそして直径
2インチ(5.1cm)の混合ブレードを使用して450
0rpmで12秒間混合した。指数100を与えるように
計算された量のMDIを混合カップに入れ、7秒間混合
しそして発泡混合物を15秒にわたって型に注入した。
3.5分後にフォームを型から出した。過剰充填率20
%の成形部品となるように装填率3.6を用いた。
【0063】
【表15】
【0064】表15の上述の計器パネル処方物を使用し
て部品をつくった。そして、部品を型から出しそして冷
却する際に、ひどい収縮が認められた。水/ロウ分散体
WWD1をポリオール100重量部あたりロウ0.15
部(ポリオール100重量部当たり固形物0.0188
重量部)の使用レベルで上記の処方物に添加すると、部
品を型から出しそして冷却する際に認められる収縮は極
めて少ないかあるいは無かった。CP1421セル開放
剤は、1.5pphppまで使用したが、部品には収縮や割れ
があった。セル開放剤またはCP1421を用いずに作
った部品は極めて劣悪であり、物理的特性の測定はでき
なかった。
【0065】実施例 11 本例では、14×14×14インチ(35.6×35.6
×35.6cm)のボール紙の箱の中の高い水可撓性のス
ラブフォームの製造を試みた。このフォームは崩壊し
た。表16の処方物を使用した。
【表16】 上記処方物ではWWD1を0.10部使用した。
【0066】プレミックス(ポリオール、水およびアミ
ン)を振盪機上の容器中で0.5時間混合し、ついでフ
ォームが作られる前に少なくとも20分静置した。プレ
ミックスを23℃で低温放置した。実験室の温度は約2
3℃であった。フードの相対湿度は60〜65%であっ
た。プレミックスを0.5ガロンのカップ中に測定して
入れそしてシリコーン界面活性剤およびDabco T-10触媒
を添加した。円板の混合ブレードを有し、制御器が45
00rpmに設定され、トルクが25に設定され、そして
時間が7秒に設定されたServodyne分散機を使用して液
体の入ったカップを25秒間混合した。TDI/メチレ
ンクロライド混合物を添加しそして約5秒間混合した。
カップを35.6×35.6×35.6cmの箱の底に入れ
て中身をあけそして5秒間保持しそして自由に盛り上が
らせた。フォームは崩壊した。
【0067】その他の処方物でさらに実験すると、可撓
性スラブフォームの典型的なフォームの発熱は149℃
もの高さに達しうるので、上記の実験で選んだロウ分散
体が間違っていたであろうことがわかった。分散体を製
造するのに融点がより高いロウを使用したなら、セル構
造の良好な安定なフォームを得ることができたと考えら
れる。
【0068】
【産業上の利用可能性】本発明は、セル開放が改良され
た水で膨脹される可撓性および半可撓性のポリウレタン
フォームを製造する方法を提供する。
フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ハーバート・フレイ アメリカ合衆国ペンシルベニア州18106. アレンタウン.フィールドストーンストリ ート1627 (72)発明者 アレン・ロバート・アーノルド・ジュニア アメリカ合衆国ペンシルベニア州18032. カタソークワ.エドワードレーン263 (72)発明者 ティモシー・チャールズ・ボイアー アメリカ合衆国ペンシルベニア州18066. ニュートリポリ.フリントヒルロード7597 (72)発明者 ケヴィン・ロドニー・ラーシーラ アメリカ合衆国ペンシルベニア州18062. マキュンジー.ペリウィンクルドライヴ 7320

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウレタン触媒、発泡剤、場合によっては
    シリコーン界面活性剤セル安定剤、およびセル開放添加
    剤の存在下で有機ポリイソシアネートをポリオールと反
    応させることからなり、この反応でフォームが発熱す
    る、可撓性または半可撓性のポリウレタンフォームを製
    造する方法であって、ロウ物質と場合によっては乳化剤
    とからなる粒子の水性分散体がセル開放添加剤として含
    まれ、粒子の少なくとも35%が0.2〜5ミクロンの
    寸法とフォームの最大発熱温度より55℃低い範囲の融
    点を有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 ポリオール100部あたり固形分0.0
    001〜2重量部(pphpp)で粒子が存在する請求項1
    の方法。
  3. 【請求項3】 粒子の少なくとも25%が1.5〜3ミ
    クロンの寸法を有する請求項1の方法。
  4. 【請求項4】 水性分散体が5〜60重量%の固形分で
    ある請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 発泡剤が水または水とHCFCである請
    求項1の方法。
  6. 【請求項6】 有機ポリイソシアネートがMDIであ
    り、また分散された粒子の融点がフォームの最大発熱温
    度より0〜30℃低い請求項1の方法。
  7. 【請求項7】 有機ポリイソシアネートがTDIであ
    り、また分散された粒子の融点がフォームの最大発熱温
    度より0〜50℃低い請求項1の方法。
  8. 【請求項8】 有機ポリイソシアネートがMDIとTD
    Iとの混合物であり、また分散された粒子の融点がフォ
    ームの最大発熱温度より0〜40℃低い請求項1の方
    法。
  9. 【請求項9】 粒子の少なくとも70%が規定の0.2
    〜5ミクロンの寸法範囲内にある請求項1の方法。
  10. 【請求項10】 ポリオール100部あたり固形分0.
    001〜0.3重量部(pphpp)で粒子が存在する請求項
    1の方法。
  11. 【請求項11】 ロウ物質が、パラフィンワックス、微
    晶ロウ、合成ロウ、植物ロウ、ミネラルワックス、動物
    ロウ、増粘された石油留分およびポリシロキサン離型剤
    からなる群から選択される請求項1の方法。
  12. 【請求項12】 ウレタン触媒、発泡剤としての水、液
    体二酸化炭素、CFC、HCFC、HFC、ペンタン、
    アセトンおよびこれらの混合物、場合によってはシリコ
    ーン界面活性剤セル安定剤およびセル開放添加剤の存在
    下で、MDI、TDI、またはMDI/TDI混合物で
    ある有機ジイソシアネートをポリエステルポリオールま
    たはポリエーテルポリオールと反応させることからなる
    可撓性ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
    ロウ物質と乳化剤とからなる5〜60重量%の粒子であ
    る水性分散体が、0.0001〜2pphppで存在するセル
    開放添加剤として含まれ、粒子の少なくとも35%が、
    0.2〜5ミクロンの寸法を有し、また、MDIをベー
    スとするフォームの最大発熱温度より30℃低い温度か
    らこの最大発熱温度までの範囲の、TDIをベースとす
    るフォームの最大発熱温度より50℃低い温度からこの
    最大発熱温度までの範囲のまたはMDI/TDIをベー
    スとするフォームの最大発熱温度より40℃低い温度か
    らこの最大発熱温度までの範囲の融点を有することを特
    徴とする方法。
  13. 【請求項13】 セル開放剤が0.001〜0.3pphpp
    存在する請求項12の方法。
  14. 【請求項14】 粒子の少なくとも25%が1.5〜3
    ミクロンの寸法を有する請求項13の方法。
  15. 【請求項15】 水性分散体が10〜45重量%の固形
    分である請求項14の方法。
  16. 【請求項16】 有機ポリイソシアネートがMDIであ
    り、また分散された粒子の融点がフォームの最大発熱温
    度より0〜10℃低い請求項13の方法。
  17. 【請求項17】 有機ポリイソシアネートがTDIであ
    り、また分散された粒子の融点がフォームの最大発熱温
    度より0〜45℃低い請求項13の方法。
  18. 【請求項18】 有機ポリイソシアネートがMDIとT
    DIとの混合物であり、また分散された粒子の融点がフ
    ォームの最大発熱温度より0〜30℃低い請求項13の
    方法。
  19. 【請求項19】 粒子の少なくとも70%が規定の寸法
    範囲内にある請求項13の方法。
  20. 【請求項20】 重量部(pbw)で ポリオール 20〜100 ポリマーポリオール 80〜0 シリコーン界面活性剤 0.5〜2.5 セル開放添加剤 0.05〜3 水 1〜8 補助発泡剤 0〜4.5 架橋剤 0.5〜2 触媒組成物 0.1〜5 イソシアネート指数 70〜115 である成分からなる組成物を反応することにより製造さ
    れる、密度が0.6〜37.5 lb/ft3(10〜600kg
    /m3)の可撓性ポリウレタンフォームであって、 セル
    開放添加剤が、ロウ物質と場合によっては乳化剤とから
    なる粒子の水性分散体からなり、粒子の少なくとも35
    %が0.2〜5ミクロンの寸法とフォームの最大発熱温
    度より0〜55℃低い範囲の融点を有する可撓性ポリウ
    レタンフォーム。
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