JP2003026748A - 硬質ポリウレタンフォームの製造法 - Google Patents
硬質ポリウレタンフォームの製造法Info
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Abstract
場合でも、フォームの流動性、熱伝導率、成形性、及び
寸法安定性を改善する触媒を用いた硬質ポリウレタンフ
ォームの製造法を提供する。 【解決手段】 ポリオールとポリイソシアネートをアミ
ン触媒、発泡剤、及び必要に応じて他の助剤の存在下に
反応させて硬質ポリウレタンフォームを製造する方法に
おいて、アミン触媒として、N−(2−ジメチルアミノ
エチル)−N’−メチルピペラジンを使用し、発泡剤と
して、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン
(HFC−245fa)を使用する。
Description
イソシアネートを、アミン触媒、発泡剤、及び必要に応
じて他の助剤の存在下に反応させ、硬質ポリウレタンフ
ォームを製造する方法に関する。さらに詳しくは、発泡
剤として、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパ
ン(HFC−245fa)を使用した処方において、N
−(2−ジメチルアミノエチル)−N’−メチルピペラ
ジンを触媒として用いた、フォームの流動性、熱伝導
率、成形性、及び寸法安定性に優れた硬質ポリウレタン
フォームの製造法に関する。
トクッション、マットレス、家具等に用いられる軟質フ
ォームや、自動車インストルメントパネル、ヘッドレス
ト、アームレスト等に用いられる半硬質フォーム、電気
冷蔵庫、建材等に用いられる硬質フォームとして広く使
用されている。
おいては、コスト削減や省エネルギーの観点から、フォ
ームの流動性及び熱伝導率の向上が強く要求されてい
る。ポリウレタンフォームの形成反応は、主にポリオー
ルとイソシアネートの反応によるウレタン基形成反応
(樹脂化反応)とイソシアネートと水との反応によるウ
レア基形成及び炭酸ガス発生反応(泡化反応)の2つの
反応からなり、触媒は、これらの反応速度だけでなく、
フォームの流動性、熱伝導率、成形性、寸法安定性及び
物性等に大きな影響を及ぼす。
は、従来、発泡剤として使用されてきたジクロロモノフ
ルオロエタン類(HCFC)にオゾン層破壊の問題があ
ることから、これに代わる発泡剤として、近年、オゾン
層破壊の問題のない1,1,1,3,3−ペンタフルオ
ロプロパン(HFC−245fa)が提案されている。
また、ポリウレタン製造用の触媒としては、これまで有
機金属触媒や3級アミン触媒が用いられており、3級ア
ミン触媒がポリウレタン製造用の優れた触媒となること
は既に広く知られている。3級アミン化合物の中で、工
業的に利用されているポリウレタン製造用触媒として
は、トリエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テト
ラメチル−1,6−ヘキサンジアミン、ビス(2−ジメ
チルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N”,
N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、N−メチル
モルフォリン、N−エチルモルフォリン等の化合物が例
示できる。
−245faは、HCFC等と比べてポリオールに溶解
しにくく、かつ価格面で高価であるため、少量しか混合
使用することができない。
aを使用した処方において、前記した3級アミン触媒を
用いた場合、水の使用量が多くなるため、従来のHCF
C等を発泡剤として使用した硬質ポリウレタンフォーム
と比較してフォームの流動性及び熱伝導率に劣る問題が
あり、これらを改善することが強く望まれていた。
であり、その目的は、発泡剤としてHFC−245fa
を使用した場合でも、フォームの流動性、熱伝導率、成
形性、及び寸法安定性を改善する触媒を用いた硬質ポリ
ウレタンフォームの製造法を提供することである。
解決するために鋭意検討を行った結果、発泡剤としてH
FC−245faを使用した処方において、N−(2−
ジメチルアミノエチル)−N’−メチルピペラジンをア
ミン触媒として使用することで、フォームの流動性、熱
伝導率、成形性、及び寸法安定性に優れた硬質ポリウレ
タンフォームが得られることを見出し本発明を完成する
に至った。
アネートをアミン触媒、発泡剤、及び必要に応じて他の
助剤の存在下に反応させて硬質ポリウレタンフォームを
製造する方法において、アミン触媒として、N−(2−
ジメチルアミノエチル)−N’−メチルピペラジンを使
用し、発泡剤として、1,1,1,3,3−ペンタフル
オロプロパン(HFC−245fa)を使用することを
特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造法である。
ムとは、Gunter Oertel,“Polyur
ethane handbook” (1985) H
anser Publishers社(ドイツ),p.
234−313や、岩田敬治「ポリウレタン樹脂ハンド
ブック」(1987) 日刊工業新聞社 p.224−
283に記載の、高度に架橋されたクローズドセル構造
を有し、可逆変形不可能なフォームをいう。硬質ウレタ
ンフォームの物性は、特に限定されるのではないが、一
般的には、密度が10〜100kg/m3、圧縮強度が
50〜1000kPaの範囲である。
ン化合物は、N−(2−ジメチルアミノエチル)−N’
−メチルピペラジンである。
ミノエチル)−N’−メチルピペラジンは文献既知の方
法にて容易に製造できる。例えば、N−(2−アミノエ
チル)ピペラジンの還元メチル化やN−メチルピペラジ
ンと2−(ジメチルアミノ)エチルクロライドとの反応
による方法が挙げられる。
用されるポリオ−ルを100重量部に対し、0.01〜
20重量部である。好ましくは0.05〜10重量部で
ある。0.01重量部より少ないとフォームの成形性が
悪化し、寸法安定性が悪くなる場合がある。一方、20
重量部を超えると、触媒を増やした効果が得られないだ
けでなくフォームの流動性が悪化する場合がある。
るアミン触媒は、前記したアミン化合物であるが、それ
以外にも本発明を逸脱しない範囲で他の触媒を併用して
用いることができる。他の触媒としては、例えば従来公
知の有機金属触媒、カルボン酸金属塩、第3級アミン類
や第4級アンモニウム塩類等を挙げることができる。
あればよく特に限定するものではないが、例えば、スタ
ナスジアセテート、スタナスジオクトエート、スタナス
ジオレエート、スタナスジラウレート、ジブチル錫オキ
サイド、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレ
ート、ジブチル錫ジクロライド、ジオクチル錫ジラウレ
ート、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケ
ル、ナフテン酸コバルト等が挙げられる。
のであればよく、例えば、カルボン酸のアルカリ金属塩
やアルカリ土類金属塩が挙げられる。カルボン酸として
は、特に限定されるものではないが、例えば、酢酸、プ
ロピオン酸、2−エチルヘキサン酸、アジピン酸等の脂
肪族モノ及びジカルボン酸類、安息香酸、フタル酸等の
芳香族モノ及びジカルボン酸類等が挙げられる。また、
カルボン酸塩を形成すべき金属としては、リチウム、ナ
トリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マ
グネシウム等のアルカリ土類金属が好適な例として挙げ
られる。
であればよく特に限定するものではないが、例えば、
N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、
N,N,N’,N’−テトラメチルプロピレンジアミ
ン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレ
ントリアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチ
ル−(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、N,
N,N’,N”,N”−ペンタメチルジプロピレントリ
アミン、N,N,N’,N’−テトラメチルグアニジ
ン、1,3,5−トリス(N,N−ジメチルアミノプロ
ピル)ヘキサヒドロ−S−トリアジン、1,8−ジアザ
ビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、トリエチレン
ジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメ
チレンジアミン、N,N’−ジメチルピペラジン、ジメ
チルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N
−エチルモルホリン、ビス(2−ジメチルアミノエチ
ル)エーテル、1−メチルイミダゾール、1,2−ジメ
チルイミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイミダ
ゾール、1−ジメチルアミノプロピルイミダゾール等の
第3級アミン化合物類が挙げられる。
知のものであればよく特に限定するものではないが、例
えば、テトラメチルアンモニウムクロライド等のテトラ
アルキルアンモニウムハロゲン化物、水酸化テトラメチ
ルアンモニウム塩等のテトラアルキルアンモニウム水酸
化物、テトラメチルアンモニウム2−エチルヘキサン酸
塩、2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムギ
酸塩、2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム
2−エチルヘキサン酸塩等のテトラアルキルアンモニウ
ム有機酸塩類が挙げられる。
独で又は他の触媒と混合して使用することができるが、
混合調整にあたっては、必要ならば、ジプロピレングリ
コール、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール
又は水等の溶媒が使用できる。溶媒の量は、特に限定す
るものではないが、好ましくは触媒の全量に対して3重
量倍以下である。3重量倍を超えると、フォームの物性
に影響を及ぼし、経済上の理由からも好ましくない。こ
のように調整された触媒は、ポリオールに添加して使用
しても良いし、種々のアミン触媒を別々にポリオールに
添加しても良く、特に限定されるものではない。
ールとしては、例えば、従来公知のポリエーテルポリオ
ール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール、
更には含リンポリオールやハロゲン含有ポリオール等の
難燃ポリオール等が挙げられる。これらのポリオールは
単独で使用することもできるし、適宜混合して併用する
事もできる。
ーテルポリオールとしては、例えば、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロー
ルプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール
類、エチレンジアミンのようなアミン類、エタノールア
ミン及びジエタノールアミン等のようなアルカノールア
ミン類等のような少なくとも2個以上の活性水素基を有
する化合物を出発原料としてこれにエチレンオキシドや
プロピレンオキシドに代表されるアルキレンオキサイド
の付加反応により、例えば、Gunter Oerte
l,“Polyurethane Handbook”
(1985) Hanser Publishers社
(ドイツ) p.42−53に記載の方法によって製造
されたものが挙げられる。
ステルポリオールとしては、例えば、二塩基酸とグリコ
ールの反応から得られるものや、岩田敬治「ポリウレタ
ン樹脂ハンドブック」(1987) 日刊工業新聞社
p.117に記載されているようなナイロン製造時の廃
物、TMP、ペンタエリストールの廃物、フタル酸系ポ
リエステルの廃物、廃品を処理し誘導したポリエステル
ポリオール等が挙げられる。
ーポリオールとしては、例えば、前記ポリエーテルポリ
オールとエチレン性不飽和単量体例えばブタジエン、ア
クリロニトリル、スチレン等をラジカル重合触媒の存在
下に反応させた重合体ポリオールが挙げられる。
リオールとしては、例えば、リン酸化合物にアルキレン
オキシドを付加して得られる含リンポリオール、エピク
ロルヒドリンやトリクロロブチレンオキシドを開環重合
して得られる含ハロゲンポリオール、フェノールポリオ
ール等が挙げられる。
100〜800mgKOH/gのポリオールが好まし
く、さらに200〜700mgKOH/gのポリオール
が、特に好適に使用される。
は、従来公知のものであればよく特に限定するものでは
ないが、例えば、トルエンジイソシアネート(TD
I)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
ナフチレンジイシシアネート、キシリレンジイソシアネ
ート等の芳香族ポリイソシアネート類、ヘキサメチレン
ジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート類、ジ
シクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシ
アネート等の脂環式ポリイソシアネート類及びこれらの
混合体等が挙げられる。これらのうち好ましくはTDI
とその誘導体又はMDIとその誘導体であり、これらは
混合して使用しても差し支えない。
DIと2,6−TDIの混合物又はTDIの末端イソシ
アネートプレポリマー誘導体を挙げることができる。M
DIとその誘導体としては、MDIとその重合体のポリ
フェニルポリメチレンジイソシアネートの混合体、及び
/又は末端イソシアネート基をもつジフェニルメタンジ
イソシアネート誘導体を挙げることができる。
混合割合としては、特に限定されるものではないが、イ
ソシアネートインデックス(イソシアネート基/イソシ
アネート基と反応しうる活性水素基)で表すと、一般に
60〜400の範囲が好ましい。
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC
−245fa)であり、HFC−245faと水及び/
又は低沸点炭化水素との混合物も使用することができ
る。
〜70℃の炭化水素が使用され、その具体例としては、
プロパン、ブタン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサ
ン及びこれらの混合物が挙げられる。
物性に応じて決定されるが、具体的には、得られるフォ
ーム密度が、通常10〜200kg/m3、好ましくは
20〜100kg/m3となるように選択される。
て界面活性剤を用いることができる。使用される界面活
性剤としては、例えば、従来公知の有機シリコーン系界
面活性剤が挙げられ、具体的には、有機シロキサン−ポ
リオキシアルキレン共重合体、シリコーン−グリース共
重合体等の非イオン系界面活性剤、又はこれらの混合物
等が例示される。それらの使用量は、ポリオール100
重量部に対して通常0.1〜10重量部である。
鎖延長剤を用いることができる。使用される架橋剤又は
鎖延長剤としては、例えば、エチレングリコール、1,
4−ブタンジオール、グリセリン等の低分子量の多価ア
ルコール類、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ン等の低分子量のアミンポリオール類、又はエチレンジ
アミン、キシリレンジアミン、メチレンビスオルソクロ
ルアニリン等ポリアミン類を挙げることができる。
剤を用いることができる。使用される難燃剤としては、
例えば、リン酸とアルキレンオキシドとの付加反応によ
って得られるプロポキシル化リン酸、プロポキシル化ジ
ブチルピロリン酸等の含リンポリオールの様な反応型難
燃剤、トリクレジルホスフェート等の第3リン酸エステ
ル類、トリス(2−クロロエチル)ホスフェート、トリ
ス(クロロプロピル)ホスフェート等のハロゲン含有第
3リン酸エステル類、ジブロモプロパノール、ジブロモ
ネオペンチルグリコール、テトラブロモビスフェノール
A等のハロゲン含有有機化合物類、酸化アンチモン、炭
酸マグネシウム、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム
等の無機化合物等が挙げられる。その量は特に限定され
るものではなく、要求される難燃性に応じて異なるが、
ポリオール100重量部に対して通常4〜20重量部で
ある。
剤、老化防止剤、その他従来公知の添加剤等も使用でき
る。これらの添加剤の種類、添加量は、使用される添加
剤の通常の使用範囲でよい。
液を急激に混合、攪拌した後、適当な容器又はモールド
に注入して発泡成型することにより行われる。混合、攪
拌は一般的な攪拌機や専用のポリウレタン発泡機を使用
して実施すれば良い。ポリウレタン発泡機としては高
圧、低圧及びスプレー式の機器が使用できる。
々の用途に使用できる。例えば、冷凍庫、冷蔵庫、断熱
建材等が挙げられる。
が、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではな
い。
5 ポリオール、発泡剤、整泡剤を表1に示した原料配合比
にてプレミックスAを調合した。プレミックスA48.
6gを300mlポリエチレンカップに取り、表1に示
した本発明の触媒及び比較例の触媒を各々反応性が下記
のゲルタイムで60秒となる量を添加し10℃に温度調
整した。別容器で10℃に温度調整したポリイソシアネ
ート液(MR−200)をイソシアネートインデックス
{イソシアネート基/OH基(モル比)×100)}が
110となる量だけプレミックスAのカップの中に入
れ、素早く攪拌機にて6500rpmで3秒間攪拌し
た。混合攪拌した混合液を40℃に温度調節した2lポ
リエチレンカップに移し発泡中の反応性を測定した。次
に原料スケールをアップさせ同様な操作にて40℃に温
度調節したモールド内に混合液を入れ、発泡成形を行っ
た。混合液を入れた時点から10分後にフォームを脱型
した。成型フォームからフォームの流動性、コア密度、
熱伝導率、寸法安定性を評価した。結果を表2に示す。
て測定。
樹脂状物質に変わる時間を測定。
つきがなくなった時間を測定。
時間を目視にて測定。 ・フォームの流動性:100×25×3.0cmのアル
ミニウム製モールドに混合液を一定量注入し、生成した
フォームの長さ(cm)を測定した。フォームの長さが
長いほど流動性に優れる。 ・フォームのコア密度:50×50×4.5cmのアル
ミニウム製モールドを用いてフリー発泡を行い、生成し
たフォームの中心部を20×20×3cmの寸法にカッ
トし、寸法、重量を正確に測定してコア密度を算出し
た。 ・フォームの熱伝導率:50×50×4.5cmのアル
ミニウム製モールドで発泡したフォームの中心部を20
×20×3cmの寸法にカットした試験片をANACO
Nmodel88で測定した。 ・フォームの寸法安定性:50×50×4.5cmのア
ルミニウム製モールドで発泡したフォームを−30℃×
48時間の条件下、厚み方向の変化率を測定した。
にてプレミックスAを調合した。プレミックスA48.
6gを300mlポリエチレンカップに取り、表1に示
した比較例の触媒を各々反応性が下記のゲルタイムで6
0秒となる量を添加し20℃に温度調整した。別容器で
20℃に温度調整したポリイソシアネート液(MR−2
00)をイソシアネートインデックス{イソシアネート
基/OH基(モル比)×100)}が110となる量だ
けプレミックスAのカップの中に入れ、素早く攪拌機に
て6500rpmで3秒間攪拌した。混合攪拌した混合
液を40℃に温度調節した2lポリエチレンカップに移
し発泡中の反応性を測定した。次に原料スケールをアッ
プさせ同様な操作にて40℃に温度調節したモールド内
に混合液を入れ、発泡成形を行った。混合液を入れた時
点から10分後にフォームを脱型した。成型フォームか
らフォームの流動性、コア密度、熱伝導率、寸法安定性
を評価した。結果を表2に示す。
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC
−245fa)を使用する硬質ポリウレタンフォーム製
造法において、本発明のアミン化合物を触媒として使用
することで、流動性、熱伝導率、及び寸法安定性に優れ
たフォームを製造することができる。
の触媒を使用して硬質ポリウレタンフォームを製造した
例であるが、これらはいずれも、流動性、熱伝導率、及
び寸法安定性に優れた硬質ウレタンフォームを得ること
ができている。
的な3級アミン触媒の例であるが、流動性、熱伝導率が
劣るフォームとなっている。また、比較例6〜比較例1
2は発泡剤として1,1−ジクロロ−1−モノフルオロ
エタン(HCFC−141b)を使用した例であるが、
本発明のアミン化合物を触媒として使用しても、フォー
ムの流動性、熱伝導率、及び寸法安定性に顕著な効果は
認められない。
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC
−245fa)を使用しても、フォームの物性を損なう
ことなく、フォームの流動性、熱伝導率及び寸法安定性
に優れた硬質ポリウレタンフォームを製造することがで
きる。また、従来の発泡剤(HCFC−141b)を使
用して製造したフォームと比較しても物性的に遜色ない
フォームを得ることができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 ポリオールとポリイソシアネートをアミ
ン触媒、発泡剤、及び必要に応じて他の助剤の存在下に
反応させて硬質ポリウレタンフォームを製造する方法に
おいて、アミン触媒として、N−(2−ジメチルアミノ
エチル)−N’−メチルピペラジンを使用し、発泡剤と
して、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン
(HFC−245fa)を使用することを特徴とする硬
質ポリウレタンフォームの製造法。 - 【請求項2】 発泡剤として、1,1,1,3,3−ペ
ンタフルオロプロパン(HFC−245fa)と水を併
用することを特徴とする請求項1記載の硬質ポリウレタ
ンフォームの製造法。 - 【請求項3】 N−(2−ジメチルアミノエチル)−
N’−メチルピペラジンの使用量が、ポリオール100
重量部に対して0.01〜20重量部とすることを特徴
とする請求項1乃至請求項2のいずれか記載の硬質ポリ
ウレタンフォームの製造法。 - 【請求項4】 助剤として整泡剤を添加して反応させる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記
載の硬質ポリウレタンフォームの製造法。 - 【請求項5】 助剤として架橋剤又は鎖延長剤を添加し
て反応させることを特徴とする請求項1乃至請求項4い
ずれかに記載の硬質ポリウレタンフォームの製造法。 - 【請求項6】 助剤として難燃剤を添加して反応させる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記
載の硬質ポリウレタンフォームの製造法。
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2001
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