JP2003335862A - 複金属シアン化物触媒を用いて製造されたポリエーテルおよびポリシロキサンコポリマー - Google Patents
複金属シアン化物触媒を用いて製造されたポリエーテルおよびポリシロキサンコポリマーInfo
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Abstract
製される同類の界面活性剤よりも良好なフォーム安定化
剤となる界面活性剤を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、新規な種類のシリコーン界面
活性剤および軟質性ウレタンフォームを製造するための
その使用を開示する。これらの界面活性剤は、慣用のポ
リエーテルよりも狭い分子量分布をもつように調製され
た高分子量ポリエーテルを組込まれたものである。これ
らポリエーテルは複金属シアン化物(DMC)触媒を用
いて調製される。これら界面活性剤は、慣用のポリエー
テルから作製された同類の界面活性剤よりも良好なフォ
ーム安定化剤となる。
Description
複金属シアン化物触媒(Double metal c
yanide catalyst)を用いて製造される
ポリエーテルおよびポリシロキサンコポリマーに関する
ものである。
フォームが自立すると共に望ましくない崩壊を受けない
ように、生成物を生成する化学反応が充分に完結するま
でフォームを安定化させるには界面活性剤が必要とされ
る。これらの物理−化学現象およびレオロジー的現象の
複雑な相互作用に基づき、界面活性剤の全体的な性能に
関する微妙な組成変化の作用を予測することは当業者で
さえ容易には可能でない。
与え、ほとんど頂部崩壊を示さないものとして理解され
る高性能のシリコーン界面活性剤が望ましい。何故な
ら、固化する前に相当程度まで崩壊するフォームは高密
度であり、望ましくない密度勾配を有するからである。
一般に、界面活性剤は高い上昇を示すと共にほとんどま
たは全く頂部崩壊を示さず、さらに高い空気流動性能を
もたらすことが好ましい。後者の特徴は空気がフォーム
中を通過する能力を意味し、さらにフォーム呼吸性とも
称される。
ーン界面活性剤は、典型的にはシロキサン骨格とポリエ
ーテルペンダント基とを有する物質である。たとえば米
国特許第4,147,847号は、約5500までの分
子量を有する混合アルキレンオキシド原料のポリエーテ
ルを有するある種のポリシロキサン−ポリオキシアルキ
レンコポリマー(「コポリマー」)界面活性剤を記載し
ている。米国特許第4,025,456号は、高分子量
ポリエーテルのかなりの部分が優先している分子量分布
を持ったポリエーテルのブレンド物を用いることが優秀
な性能に対する鍵であると教示している。
ばKOHのような慣用のアルキレンオキシド重合触媒
は、約20%以上のプロピレンオキシド(PO)がアル
キレンオキシド原料に存在すれば、5000より高い分
子量を持った高品質のポリエーテルを生成することがで
きない。従来技術はポリエーテルにおけるPO(また
は、高級アルキレンオキシド)の使用の必要性を教示し
ており、このことは重大な限界となる。たとえばKOH
のような慣用の触媒を用いると、少量のPOが連続的に
転位してアリルアルコールを生成し、このアリルアルコ
ールは当初の開始物質(スターター)と競合する新たな
不飽和開始物質源として機能する。最終的に、さらなる
POの付加によりポリエーテル生成物の全体的な分子量
を増大させることができないような条件が確立される。
換言すれば、分子量を増大させようとしても、より多く
の低分子量の種が発生し、それは鎖延長に対して存在し
ているオリゴマーと競合し、ポリエーテル生成物の全体
的な数平均分子量を増大させない。たとえばKOH触媒
を用いる場合、全体的な数平均分子量はこれら混合ポリ
エーテルでは約5000ダルトンで横ばいとなる。
り生成されるポリエーテルは、混合原料を使用すると、
アルキレンオキシド単位のランダムな分布を有しない。
その代わりに、ポリエーテルをエチレンオキシド(E
O)とプロピレンオキシド(PO)とのブレンドされた
原料から製造すると、ポリエーテルの遠位部分(開始物
質から)がその近位末端と比較してPOリッチとなる。
このような均一な分布の欠如はポリエーテルの性能に影
響を与える。
ラフィーによる分析によれば、相当量のPOとKOH触
媒で作られる高分子量(すなわち>5000MWt)の
ポリエーテルは幅広な分子量分布を示し(一般に、1.
4より大きな多分散性(polydispersit
y)を有する)、さらに相当量の低分子量ポリエーテル
のコンタミ物を含有する。これら低分子量コンタミ物は
シリコーン界面活性剤の合成に際し高分子量ポリエーテ
ルと競合して、シリコーン骨格に結合する高分子量ペン
ダントの個数を効果的に減少させる。典型的には、より
低いMWtのポリエーテル(すなわち、<5000MW
t)のみで、<1.5の多分散性を有するものである。
従来技術は高分子量ペンダントが性能につき重要である
ことを教示しているので、低分子量ポリエーテルの相当
な含有量は良好な性能に寄与せず、したがって望ましく
ない。
al cyanide、DMC)触媒が日本国特許公開
公報第05−117,352号に報告されているように
シリコーン界面活性剤の製造に使用されており、この公
開公報は慣用の分子量を有するアリルポリ(PO)ポリ
エーテルのDMC合成および慣用のKOH技術を用いる
これら生成物に対するその後のエチレンオキシド(E
O)成分の付加を開示している(最終分子量は3000
ダルトン未満)。したがって、そこに開示されたポリエ
ーテルは、EOおよびPO単位のブロック化された、非
ランダムな分布を有する。さらにこの方法は、その後の
ヒドロシリル化反応に先立ちKOHを除去する余分の工
程を必要とする。何故なら、残留KOHがヒドリドシロ
キサン(SiH)官能基と優先的に反応して、ヒドロシ
リル化に際しシロキサン骨格にポリエーテルがグラフト
する効率を低下させるとともにプロセス有害物である水
素ガスを発生するからである。
A2号は、エポキシド(POおよびアリルグリシジルエ
ーテル)をキャップされていないヒドロキシル基を持っ
た非加水分解性のシロキサン−ポリエーテルコポリマー
に付加させるためのDMC触媒の使用を開示している。
すなわち、エポキシドは、当業界で標準となっているよ
うに、ポリエーテルを個々に別々に生成するよりはむし
ろポリシロキサンに直接付加する。この種の合成は、ペ
ンダントポリエーテルが異なる分子量もしくは組成を有
する場合には、界面活性剤を得る能力を与えない。
のポリエーテルから作製される同類の界面活性剤よりも
良好なフォーム安定化剤となる界面活性剤を提供するこ
とにある。
示し、一般化された平均式 M″DxD″yM″を有す
る非加水分解性コポリマー界面活性剤を提供し、上記式
中、M″は(CH3)3SiO1/2もしくはR(CH
3)2SiO1/2を示し;Dは(CH3)2SiO
2/2を示し;D″は(CH3)(R)SiO2/2を
示し;xは約40〜約220であり;yは約5〜約34
であり;Rは次の2種のグループから選択される少なく
とも2種の異なるポリエーテルのブレンド物から得られ
るポリエーテル含有置換基であり; 1)3000ダルトン以上の平均分子量を有し、−C2
H4O−(「EO」)および−C3H6O−(「P
O」)基の分布がランダムな−Cn′H2n′O(C2
H4O)a′(C3H6O)b′R″成分であって、式
中、n′が3〜4であり;a′およびb′が0≦a′/
(a′+b′)≦0.6となるような正数であり;R″
が−H、1〜8個の炭素原子を有するアルキル基、−C
(O)R″′、−C(O)OR″′もしくは−C(O)
NHR″′を示し;R″′が単官能性アルキルもしくは
アリール基を示し;前記ポリエーテルのEO/POのラ
ンダムブロックが複金属シアン化物触媒を用いて生成さ
れているもの、および、 2)300〜4000ダルトンの範囲の平均分子量を有
する、−Cn″H2n″ O(C2H4O)a″ (C
3H6O)b″R″であって、式中、n″が3〜4であ
り;a″およびb″が独立して0またはポリエーテルの
総分子量が300〜3000になるような正数であり;
R″およびR″′成分は上記の意味を有するもので、さ
らにポリエーテルのブレンド平均分子量は1100〜3
000であり、いずれかのグループからの2種以上のポ
リエーテルも存在しうるが、少なくとも1種は第1グル
ープからのものとする。
使用にするのに適するポリエーテルおよびその製造方法
をも教示する。
て高分子量のポリエーテル(すなわち狭い分子量分布を
有するアリル末端ポリエーテル)を使用して、優秀な性
能を持ったコポリマー界面活性剤を生成することが本発
明の主たる利点である。特に、アリルもしくはメタアリ
ルアルコールベースの開始物質をおよび/またはアルキ
レンオキシド原料中相当量のPOを用いてDMCで製造
されたポリエーテルは、標準法で見られるよりもプロペ
ニル末端ポリエーテルコンタミ物が少ない。プロペニル
末端ポリエーテルはコポリマー合成において非反応性で
あるため、これらは望ましくなくかつ無駄である。DM
Cで製造されたポリエーテルの使用は、これらポリエー
テルを使用してコポリマーを製造する場合に、原材料の
一層効率的な使用をもたらす。さらに、得られるポリエ
ーテルは分子量分布がずっと均一であり(すなわち狭
く)、さらに5000より高い分子量で、1.1〜1.
4の多分散性を有しており、これは無駄な低分子量ポリ
エーテルを回避することができる。
を粗製ポリエーテル生成物から除去せねばならないポリ
エーテル精製工程を排除できることである。他の利点
は、シロキサン−ポリエーテルコポリマーが慣用のKO
H法のポリエーテルにより達成しうるよりも狭い分子量
分布を持った高分子量ポリエーテルを有する点である。
さらに他の利点は、軟質ポリウレタンフォームの安定化
に対して極めて高性能の界面活性剤が得られる点であ
る。本発明はより少ない界面活性剤の使用レベルを可能
にすると共にコポリマー生成物はより少ないシリコーン
含有量を有するので、これは相当な経済的利点をもたら
す。
DxD″yM″を有し、x=40〜145、y=5.0
〜23およびD:(D″+M″)<10:1である。こ
の種類における第2の好適物質は一般平均式M″D
xD″yM″を有し、x=65〜135、y=7〜22
およびD:(D″+M″)<10:1である。
飽和ポリエーテルの混合物の重量平均分子量であり、重
量は混合物における各物質の相対量を考慮する。2種の
ポリエーテル界面活住剤のBAMWは好ましくは110
0〜2400ダルトンである。2つより多いポリエーテ
ルを使用する場合、全ポリエーテルの全体的BAMWは
1900〜3000ダルトンの範囲であり、第1グルー
プのポリエーテルと第2グループのポリエーテルとのモ
ル比は0.8〜2.5とすべきである。
単官能性アルコールを開始物質として使用しDMC触媒
反応を介して調製され、したがってこのポリエーテルに
はEOおよびPO単位のランダムな分布が存在する。単
官能性アルコール開始物質は1個のみのヒドロシリル化
しうる基(たとえばビニル、アリル、メタアリルもしく
はアルキン部分)を有するか、あるいはヒドロシリル化
しうる基を有する基でその後にキャッピングされるモノ
オールである(たとえば、アリル基でキャッピングした
ブタノール開始ポリエーテル)。ポリエーテルにおける
ヒドロシリル化しうる成分の例は当業界で周知されてい
る(その例は米国特許第3,879,433号、第3,
957,843号、第5,191,103号および第
5,359,113号を包含する)。ランダム分布にと
は、ポリエーテル内にEOのブロックに続くPOのブロ
ックが存在せず、さらにEOもしくはPOが特に豊富な
ポリエーテルのセクションも存在しない(開始物質もし
くはキャッピング基に存在しなければ)ことを意味す
る。むしろ、2種類の異なるオキシドが互いにポリマー
中で実質上ランダムに散在する。たとえばブチレンオキ
シドのような高級アルキレンオキシドもPOにあるいは
POの代わりに、DMC触媒と共に使用することができ
る。
は好ましいサブグループがあり、これは約40重量%の
EO残基で構成される。この種のポリエーテルは400
0ダルトンより大きい、より好ましくは5000ダルト
ンより大きい、特に好ましくは6000ダルトンより大
きいBAMWを有する。さらに、R″は好ましくは−C
(O)CH3、−CH3もしくは−(t−ブチル)であ
る。適するR″′基はメチル、エチル、プロピル、ベン
ジルおよびフェニルである。
サブグループがあり、これは≦20重量%のPOを含有
し、300〜750ダルトンの範囲の平均分子量を有す
る。このグループのより好ましいポリエーテルは約10
0重量%のEOで構成されると共に400〜600ダル
トンのBAMWを有する。これら低分子量物質におい
て、R″は好ましくは−C(O)CH3、−CH3もし
くは−(t−ブチル)である。これら高EO含有量かつ
低分子量のポリエーテルは、たとえばKOHもしくはB
F3−エーテル触媒を用いるような常法により便利に製
造される。
る。典型的には界面活性剤は、一般化された平均式MD
xD′yMおよび/またはM′DxD′yM′のポリヒ
ドリドシロキサンを、好適に選択されたアリル末端ポリ
エーテルのブレンド物と、たとえばヘキサクロロ白金酸
のようなヒドロシリル化触媒の存在下で反応させること
により作製される。ポリヒドリドシロキサンの式におい
て、MおよびDは前述の意味を有し、M′は(CH3)
2(H)SiO1/2であり、D′は(CH3)(H)
SiO2/2を示す。アリル末端ポリエーテルはヒドロ
シリル化されうる末端不飽和炭化水素(たとえばアリル
アルコール)、ただしこれは適宜2位−置換しうるもの
であるが(たとえば、メタアリルアルコール)、を有す
るポリエーテルポリマーであり、また、複数のアルキレ
ンオキシド単位(すなわち、EOもしくはPO)を含有
するポリエーテルポリマーである。これら反応体を必要
に応じ、たとえばトルエン、飽和ポリエーテルもしくは
ジプロピレングリコールのような溶剤中で混合し、約7
5〜95℃に加熱し、次いでヒドロシリル化触媒を添加
する。揮発性溶剤を使用した場合は、これを減圧下で除
去し、混合物(酸性のなら)を必要に応じ、たとえばN
aHCO3もしくはトリアルキルアミンのような弱塩基
で中和してもよい。
を有するポリエーテルを生成させるには、慣用方法を使
用すべきである。何故なら、DMC触媒は高割合のEO
原料では活性が高過ぎ、ポリエチレングリコールを優先
的に生成するからである。この種の方法においては、必
要に応じ2の位置に置換基を有する末端不飽和アルコー
ルをEO、POもしくはその両者と、ルイス酸もしくは
塩基の存在下で結合して、末端ヒドロキシル基を有する
所望のポリエーテルを生成させる。エポキシドはブロッ
ク化されていてもよいし、あるいはポリエーテル鎖に沿
ってランダムに分布していてもよい。
えばハロゲン化メチル、アリルクロリド(n−ブタノー
ルのような飽和モノオール開始物質の場合)、イソブチ
レン、無水酢酸、フェニルイソシアネートもしくはアル
キルカーボネートのようなアルキル化剤もしくはアシル
化剤を用いて(必要に応じ触媒の存在下で)当業界で周
知された方法を用いるさらなる反応によってキャッピン
グされる。
テルは米国特許第3,427,256号、第3,42
7,334号、第3,427,335号、第3,82
9,505号、第4,242,490号、第4,47
2,560号および第4,477,589号(その全て
を参考のためここに引用する)に記載された複金属シア
ン化物(DMC)触媒を用いて製造され、これら触媒は
POからアリルアルコールへの転位を促進しない。その
例は:Zn[Fe(CN)5NO]、Ni3[Mn(C
N)5CNS]2、Cr[Fe(CN)5NCS]およ
びFe[Fe(CN)5OH]を包含する。ヘキサシア
ノコバルト酸亜鉛触媒:すなわちZn3[Co(CN)
6]2−x′ZnCl2−y′(アルコール)−z′H
2Oが特に有用であり、ここでアルコールは典型的には
グライム(エチレングリコールジメチルエーテル)また
はt−ブタノールであり、x′、y′およびz′の数値
は調製方法に正確に依存する。DMC触媒は、重合に対
する開始物質として使用される単位の当量数とほぼ同じ
当量数にて実質的に制限のない分子量のポリエーテルを
生成する。
アリルアルコール開始物質(最も好ましい開始物質)に
てアリルからプロペニルへの転位を促進しない点であ
る。したがって、DMC触媒は、KOH技術により製造
しうるものに等しいかあるいはそれよりずっと大きい分
子量を有するが不純物を含まないポリエーテルを製造す
ることができる。60重量%までのEOを含有するPO
/EOブレンド体は、単一工程によりDMC触媒を用い
て混合原料として首尾よく共重合され、これらモノマー
は、モノマー単位がモノマー原料と同一の比でランダム
に分布されるポリエーテルを生成するように公知の原料
比で添加される。KOH触媒および混合したEO/PO
原料を用いれば、EOはより急速に反応してモノオール
開始物質に対して近位のEOリッチおよび遠位的にPO
リッチであるポリエーテル鎖をもたらす傾向を有する。
すなわち、DMC触媒により製造されるポリエーテル
は、慣用のポリエーテルとは異なるモノマー分布を有す
る。
キシド原料を用いる場合、反応に供給すべき全POの少
なくとも2〜4重量%の純粋なPOで触媒を開始(「活
性化」)させることが重要である。好ましくは、これは
触媒と開始物質のアルコールと混合した後に行われる。
一度触媒を開始した後は、所望のEOとPOとの混合原
料で開始させることができる(60重量%EOまで)。
これは最初に無視しうる短いPOブロック(約4PO単
位)をもたらすが、残りの部分はランダム分布したEO
およびPO単位で構成される。全PO原料を別に上流に
与えて触媒を活性化させ、次いで開始後の活性触媒が存
在する下流に混合原料を与えることにより連続法で行う
こともできる。一般に反応はEOおよびPOが消費され
るまで行われる。アリルアルコール開始物質の場合、ヒ
ドロキシ末端をキャップしたポリエーテルを次いでたと
えばメチル、アセトキシもしくはt−ブチルのような単
位でキャッピングすることができる。代案として、たと
えばn−ブタノールのような飽和モノオールを開始物質
として使用し、ポリエーテルをたとえばアリルもしくは
メタアリルのような不飽和単位でキャッピングすること
もできる。
選択性に有害となるかあるいは阻害しうるようなコンタ
ミ物(たとえばKOHまたは無水酢酸)を含まない高品
質の原材料を使用することが重要である。しかしなが
ら、DMCは非反応性であり、除去する必要はない。K
OHを除去するための中和剤による粗製ポリエーテルの
処理やアセトキシキャッピング後の減圧ストリッピング
は、ポリエーテルが許容しうるヒドロシリル化反応性を
有するよう確保する通常的な処理工程の例である。
粘度を有しており、良好かつ再現性のある結果を得るフ
ォーム性能評価に先立ち低粘度のビヒクルに好適に溶解
できることが判明した。界面活性剤を25℃にて約2,
000センチストークス未満の粘度まで希釈することが
好ましい。典型的な希釈剤は、飽和で極性の高沸点ポリ
オールもしくはポリエーテルを包含する。
ウレタンフォームの製造に使用され、一般に、これは、
(a)1分子当たり平均して2個以上のヒドロキシル基
を含有するポリエーテルもしくはポリエステルポリオー
ルと、(b)1分子当たり少なくとも2個のイソシアネ
ート基を有する有機イソシアネートと、(c)少なくと
も1種の触媒と、(d)必要に応じて、たとえば塩化メ
チレンのような発泡助剤と、(e)水と、(f)上記し
たようなシロキサン−オキシアルキレンコポリマー界面
活性剤との混合物を反応させることにより作製される。
して臨界的なものではない。ポリエーテルもしくはポリ
エステルポリオールとイソシアネートとを主成分として
存在させるが、これら2種の成分の相対量は当業界で周
知されている。発泡剤と触媒と界面活性剤とを、それぞ
れ反応混合物を発泡させるのに充分な副成分的な量とし
て存在させる。触媒は触媒量、すなわち反応を触媒して
ウレタンを合理的な速度で生成させるのに必要な量を存
在させ、界面活性剤はフォームを安定化させると共に所
望の性質を達成するのに有効な十分な量を、すなわち典
型的にはポリオール100部当たり(pphp)約0.
1〜8部、好ましくは0.3〜3pphpを存在させ
る。
しないが次のポリエーテルポリオールを包含する:
(a)ポリヒドロキシアルカンのアルキレンオキシド付
加体;(b)非還元糖および糖誘導体のアルキレンオキ
シド付加体;(c)ポリフェノールのアルキレンオキシ
ド付加体;並びに(d)ポリアミンおよびポリヒドロキ
シアミンのアルキレンオキシド付加体。2〜4個の炭素
原子を有するアルキレンオキシドが一般に用いられ、プ
ロピレンオキシド、エチレンオキシドおよびこれらの混
合物が特に好ましい。
ff method)により決定される活性水素を有す
る任意の物質をある程度まで用いることができ、したが
って、それらはポーリオールの広義の定義に含まれる。
たとえばアミン末端ポリエーテルポリオール、ヒドロキ
シ末端ポリブタジエンポリオールおよび他の多くのもの
が公知であって、上記の慣用のポリエーテルポリオール
と組合せて少量成分としてこれらを使用することができ
る。
00g/当量の範囲の当量数と20%未満のエチレンオ
キシド含有量とを有すべきである。好ましくは、当量数
は約500〜約1300g/当量の範囲、特に好ましく
は約750〜1250g/当量の範囲である。ポリオー
ルもしくはポリオールブレンド物は少なくとも2の平均
ヒドロキシ官能性基価を持たねばならない。当量数はヒ
ドロキシル価の測定から決定される。ヒドロキシル価
は、1gのポリオールから生成される完全にアセチル化
された誘導体を完全に加水分解するのに必要とされる水
酸化カリウムのmg数として規定される。ヒドロキシル
価と当量数との間の関係は、式:OH=56,100/
当量数、により規定され、ここでOHはポリオールのヒ
ドロキシル価である。すなわち、ポリオールは好ましく
は約43〜約110の範囲、より好ましくは約45〜約
75の範囲のヒドロキシル価を有する。
ピレン)およびポリ(オキシエチレン−オキシプロピレ
ン)トリオールを含むべきである。エチレンオキシドを
使用する場合、エチレンオキシドはポリマー鎖に沿って
任意に組込むことができる。換言すれば、エチレンオキ
シドは内部ブロックに末端ブロックとして組込むことも
でき、あるいはポリオール鎖に沿ってランダム分布させ
ることもできる。しかしながら、その好ましい組込方法
およびポリオールのエチレンオキシド含有量は上記した
通りである。すなわち、エチレンオキシドは約20重量
%未満、好ましくは約15重量%未満のレベルで使用さ
れ、主としてポリオール鎖の内部に位置せしめる。すな
わち、好ましくは、ポリオールは実質的に2級ヒドロキ
シルである。
全てを、反応性モノマーがポリオール内で重合されてポ
リオール内にポリマー固形分の安定な分散物を形成して
いるポリオールポリマーの形態として添加する。
成物の量により決定される。この種の量は当業者により
容易に決定することができる。
するのに有用な有機イソシアネートは、平均して約1.
5〜約6個のイソシアネート基、好ましくは約2個のイ
ソシアネート基を有する有機化合物である。適する有機
ポリイソシアネートは炭化水素のジイソシアネート(た
とえば、アルキレンジイソシアネートやアリールジイソ
シアネート)、より好ましくはジフェニルメタンジイソ
シアネートおよびトルエンジイソシアネート(「TD
I」)を包含する。好ましいポリイソシアネートは2,
4−および2,6−トルエンジイソシアネート、並びに
ここでは単にTDIと広く称する約2の官能性基価を持
ったこれらの混合物である。特にましいポリイソシアネ
ートは80/20 TDI(すなわち、80%の2,4
−トルエンジイソシアネートと20%の2,6−トルエ
ンジイソシアネートとの混合物)である。
フォームの指数および形成すべきフォームの最終的な特
性に依存する。指数が100であれば、この系における
ポリオール成分および他の活性水素含有成分と反応する
のに必要なイソシアネート量の化学量論的な当量とな
る。本発明は広い範囲の指数、たとえば60〜120で
実施することができるが、使用の好ましい範囲は80〜
115の範囲の指数であり、特に好ましい指数の範囲は
85〜95である。
を発生させるには、水が好適な発泡剤となる。水は約1
〜12pphp(ポリオール100部当たりの部数)、
好ましくは2〜10pphpにて使用すべきである。1
00未満のフォーム指数の場合、化学量論的に過剰の水
が、二酸化炭素を発生する反応の一部分としてでなく、
気化により冷却し、かつ発泡させる。他の発泡剤、たと
えば二酸化炭素、塩化メチレン、1〜3個の炭素原子を
有するハロカーボンおよび他の均等な不活性発泡剤も水
に加えてあるいは水の代わりに使用することができる。
3級アミンと有機金属ポリウレタン触媒と組合せであ
り、これらの触媒は反応混合物の約0.0001〜5重
量%存在させる。適する触媒は限定はしないがカルボン
酸のジアルキル錫塩、有機酸の錫塩、トリエチレンジア
ミン(TEDA)、ビス−(2,2′−ジメチルアミノ
エチル)エーテルおよび当業界で周知されている同様な
化合物を包含する。
は大して臨界的なものではない。ポリエーテルポリオー
ルおよびポリイソシアネートは主成分として存在してお
り、これらの2成分の相対量は当業界で周知されてい
る。発泡剤と触媒と界面活性剤とは、それぞれ反応混合
物を発泡させるのに充分な副成分的な量である。触媒は
触媒量、すなわち反応を触媒して硬質、軟質、リム、成
形ミクロセルおよび高弾力性のポリウレタンフォームを
合理的な速度で生成させるのに必要な量であり、界面活
性剤はフォームを安定化させると共に所望の性質を得る
のに有効な充分な量であり、典型的にはポリオール10
0部当たり(pphp)約0.1〜8部、好ましくは
0.3〜3pphpである。
作を含む全ての反応は不活性雰囲気下で行った。市販の
試薬をさらに精製することなく使用した。ここでは下記
の定義する以下の用語を用いる。
は、製造に際しフォームを安定化させる界面活性剤の能
力を意味する。高性能の界面活性剤はフォーム製造の際
して高い上昇高さと、比較的少ない頂部崩壊とを可能に
する。一般に、より高い上昇および/またはより少ない
界面活性剤の使用レベルにおける良好な上昇が望まし
い。
atitude)」という用語は、フォーム組成物がそ
の各成分またはその量の変化に耐えながら、まだ所望の
性質を有する生成物を生産できる能力を意味する。これ
はしばしば、高い界面活性剤もしくは触媒の使用レベル
における高い(または平滑な)呼吸性能に反映される。
y)」および「空気流動(airflow)」という用
語は、硬化したフォームがガスを通過させうる能力を意
味する。「緻密(tight)」フォームは低い呼吸性
を有する一方、「開口(open)」フォームは高い呼
吸性を有すると言われ、容易なガスの通過を可能にす
る。
よび高レベルでのフォーム組成物で機能しながら比較的
一定な呼吸性を有する製品フォームを生成する界面活性
剤の性質を意味する。低使用レベルは典型的には0.7
〜1.0pphpである。通常レベルは1〜3pphp
であり、高レベルは3pphpより大である。一般に、
高くて平滑な呼吸性能が好ましい。
021と称される化合物はウィトコ・コーポレーション
(Witco Corp.)、オルガノシリコーンズ・
グループ、ダウ・コーニング・ケミカル・カンパニー
(Dow Corning Chemical Com
pany)(ミッドランド、MI)およびドイツのT
h、ゴールドシュミット・カンパニー(Th.Gold
schmidt Company)からそれぞれ入手し
うるコポリマー界面活性剤である。L−620およびD
C−5160は非加水分解性であり、B−8021は加
水分解性であってアルコキシ末端ブロックである。
ーコル(ARCOL商標)ポリオール16−56はアー
コ・カンパニー・インコーポレーション(ARCO C
ompany,Inc.)の市販製品であって、CAS
登録番号は9082−00−2である。トルエンジイソ
シアネート(TDI)は約80%の2,4−異性体と約
20%の2,6−異性体との混合物であり、過剰量で使
用した。ニアックス(NIAX 商標)触媒A−200
はウィトコ・コーポレーション、オルガノシリコーンズ
・グループから市販されており、3級アミンとグリコー
ルとの混合物である。
ノオールの調製 アリルアルコールは極めて毒性であるため、たとえばA
PPG−200のようなプロポキシル化された誘導体
(ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Unio
n Carbide Corp.)から市販され入手し
うる約3個のPO単位でキャッピングされたアリルアル
コール)を、特に毒性に対する注意が一層厳格である実
験室規模の実験において開始物質として使用することが
できる。APPG−200(8.9g)および12mL
のヘプタンを500mLのオートクレーブに仕込んだ。
ヘキサシアノコバルト酸亜鉛/グライム複合体(0.0
71g)を添加し、反応容器を窒素で3回フラッシュし
て空気を除去した。この混合物を105℃に加熱し、過
剰の圧力を排気し、PO(10g)を充填し、さらに混
合物を、触媒活性化を示す圧力の低下が起こるまで撹拌
した。POとEOとのブレンド物(204.6gのPO
と136.4gのEOとを含有する)を、50psig
未満の圧力を維持するような速度で反応器に供給した。
得られたポリエーテルを減圧ストリップにかけて全ての
未反応アルキレンオキシドを除去した。生成物は570
0cSt(25℃)の粘度と、7.8mgKOH/gの
ヒドロキシル価と、0.115ミリ当量/gの不飽和度
とを有した(おおよその分子量は8000ダルトン)。
却器と温度計とが装着されたフラスコに窒素の陽圧下で
所望のMDxD′yM液とポリエーテルのブレンド物と
溶剤(使用する場合)とを仕込んだ。BHT(0.6
g、0.1w/w%)および示した場合は緩衝液(プロ
ピオン酸ナトリウム)を添加し、混合物を撹拌しながら
80℃に加熱し、ヘキサクロル白金酸のエタノール溶液
(25ppm Pt)を添加した。5〜15℃の発熱が
生じ、その後に反応を約40分間にわたり進行させた。
全ての揮発性の溶剤もしくは副生物を減圧下で除去し、
得られたコポリマー生成物を室温まで冷却してから、必
要に応じ重炭酸ナトリウムもしくは3級アミンで中和し
た(酸性の場合)。表1は各コポリマーのための正確な
原材料仕込量を示す。実施例1〜3は、従来技術で使用
されているがDMC触媒を介して作製されたものと同様
な分子量を有するポリエーテルを用いた。これは、慣用
のKOH法のポリエーテルを用いて上記手順により作製
された慣用技術(表4で比較と称する)との直接的比較
を可能にする。
験処方Aにて評価した(表2)。評価の手順は次の通り
である:32オンスの紙コップにニアックス(NIA
X、商標)ポリオール16−56(250g)と評価す
べき界面活性剤(「pphp」はポリオール100部当
たりの界面活性剤の部数を意味する)とアミン/水のプ
レミックス(13.75gの水および0.5gのニアッ
クス(NIAX、商標)触媒A−200を含有)と塩化
メチレン(25g)とを仕込んだ。4個の等間隔におか
れた0.5インチ幅の垂直バッフルを備えた黄銅製混合
バッフルをカップに挿入し、混合物をマリンブレードを
備えたドリルプレスを用いて2150rpmで15秒間
撹拌した。20秒後、オクタン酸第一錫(0.575
g、0.46mL)を反応混合物に添加した。タイマー
を始動させ、混合物を8秒間撹拌した後、80/20
TDI(173.6g)を連続撹拌しながらさらに7秒
間で添加した。次いで攪拌機を停止させ、反応混合物を
予備秤量された5ガロンのプラスチックバケツに投入し
た。カップをバケツの上に倒置して全部で10秒間保っ
た。フォームが上昇し始めた際、小さい(1平方イン
チ)アルミニウム箔をその頂部に載せて一定長さのワイ
ヤを支持し、フォームの高さをインチで記録するために
検定した支持管内でワイヤを浮動させた。発泡の際のフ
ォームの最大高さと1分間後の頂部崩壊の量と上昇時間
とを記録した。このフォームを120℃のオーブン内に
約10分間入れ、次いで室温で1晩冷却した。フォーム
の高さをcmで測定し、次いでフォームを糸鋸を用いて
切断し、測定用の試料を得た。4″×4″×1/2″片
をブレッドスライサーを用い中心から切除した。各試料
につきセルサイズ(一般にフォーム「構造」と称する)
を評価し、フォームに対する呼吸性をナプコ(Nopc
o)呼吸性測定装置を用いて測定した(背圧を0.5イ
ンチ−水に調節し、1分間当たりの標準立法フィートで
空気の流動を読取った)。一般的に言えば、粗大なフォ
ーム構造は望ましくなく、一般に極めて低い呼吸性をも
たらす。極めて粗大、スポンジ状または部分的に崩壊し
たフォームでは、時にセルサイズもしくは空気流動の検
査を行わなかった。
マーNo.4の比較を示している。比較例は、コポリマ
ー4と同じ構造を有するが慣用のKOH技術により生成
されたポリエーテルであって、それ故にポリエーテル中
のEOおよびPOがランダムに分布していないコポリマ
ーを示すものである。コポリマー4は明かに一層高い上
昇を示すと共に同等もしくはそれ以上に優秀な呼吸性能
を示した。コポリマー4は、従来技術の市販の材料(一
般に0.7pphp以上を使用)が失敗した通常の範囲
よりずっと低い0.5pphp未満で良好な性能を示し
続けた。0.3pphp程度に低いレベルでさえ、コポ
リマー4は優れた上昇性能を示した(フォーム構造が劣
化し始め、より低い使用レベルが失敗をもたらすであろ
うことを示している)。本発明は優秀な上昇性能を与
え、従来技術よりも高い性能を示すことが明かである。
ーにより示される。コポリマー1〜8は、シリコーンの
構造とポリエーテルブレンドの適正な操作が上昇の範囲
および、多くの場合、平滑な呼吸性(所望の特徴)につ
き顕著な性能を持ったコポリマーをもたらすことを示し
ている。実施例2の数日間後に繰り返して行った評価は
ほぼ同一の結果を示した。コポリマー9〜16は、たと
えばt−ブチル基のような非極性部分でキャップされた
ポリエーテルがアセトキシでキャップされたポリエーテ
ルと同様な効果を有することを示す。
処理がしばしば慣用のKOH技術で使用されているの
で、この処理の作用についても試験したが、フォーム性
能には何ら利点が見られなかった。プロピオン酸ナトリ
ウムでの予備的な触媒反応の緩衝化も、優秀な性能を得
るのに必要でないことが判明した。
反応とのため相分離を示した。この問題の作用は、希釈
剤とブレンドして一層均質な材料とすることにより解決
することができる(希釈すると上昇性能が改善されるこ
とに注目)。触媒反応に先立ち希釈剤を添加すれば、よ
り低い反応混合粘度を保証すると共に、2相の反応混合
物における各成分の溶解性をも向上させる。得られる物
質(コポリマー22〜26)を希釈剤を保持して評価
し、これらは明かに優秀な性能を示す。コポリマー25
については呼吸性能が通常のものから逆転することに注
目(一般に慣用の界面活性剤ではより高い使用レベルに
より呼吸性の低下を示す)。
テル(1400〜3000ダルトン)を用いた3個のポ
リエーテルコポリマーの例である。これら3つのポリエ
ーテル系は、2個のポリエーテル系よりも一般に低い能
力を示すが一方、シリコーン骨格における幾つかのグラ
フト部位が低分子量のポリエーテルにより占拠されるの
で、これらはある用途においてユニークな適用を見出す
ことができる。この場合、中間分子量のポリエーテルは
慣用のKOH法により調製した(ポリエーテルはDMC
法でも作ることができ、このDMC法では、中間分子量
のポリエーテルを装置の構築ファクター限界(buil
d−factor limitation)に基づき分
離することができる)。フォームの上昇および呼吸性能
は、慣用方法のポリエーテルで作製された比較例(コポ
リマー28、すなわち米国特許第4,857,583号
に従い製造された市販のコポリマー)よりも優秀であっ
た。DMC触媒で作られた高分子量のポリエーテルの使
用は、KOH技術から入手しうる原材料を用いて最適化
された比較例に比べて優れた性能と平滑な呼吸性を有す
るコポリマーをもたらす。
Claims (8)
- 【請求項1】 一般化した平均式M″DxD″yM″ [式中、M″は(CH3)3SiO1/2もしくはR
(CH3)2SiO1/2を示し;Dは(CH3)2S
iO2/2を示し;D″は(CH3)(R)SiO
2/2を示し;xは約40〜約220であり;yは約5
〜約34であり;Rは次の2種のグループから選択され
る少なくとも2種の異なるポリエーテルのブレンド物か
ら得られるポリエーテル含有置換基であり、(1)30
00ダルトン以上の平均分子量を有し、−C2H4O−
および−C3H6O−基の分布がランダムであるかまた
はランダムブロックを含有する−Cn′H2n′ O
(C2H4O)a′(C3H6 O)b′R″成分であ
って、 n′が3〜4であり;a′およびb′が0≦a′/
(a′+b′)≦0.6となるような正数であり;R″
が−H、1〜8個の炭素原子を有するアルキル基、−C
(O)R″′、−C(O)OR″′もしくは−C(O)
NHR″′を示し;R″′が単官能性アルキルもしくは
アリール基を示し;前記ポリエーテルのEO/POのラ
ンダムブロックが複金属シアン化物触媒を用いて作製さ
れているもの;および(2)300〜3000ダルトン
の範囲の平均分子量を有する−Cn″H2n″ O(C
2H4O)a″(C3H6 O)b″R″成分であっ
て、 n″が3〜4であり;a″およびb″が独立して0また
はポリエーテルの総分子量が300〜3000ダルトン
になるような正数であり;R″およびR″′成分は上記
の意味を有するもの]を有し、前記2種の異なるポリエ
ーテルのうち、少なくとも一つはグループ(1)のポリ
エーテルから選択されると共に、これらのポリエーテル
のブレンド平均分子量は1100〜3000ダルトンで
あることを特徴とする界面活性剤。 - 【請求項2】 ポリエーテルが1100〜2100のブ
レンド平均分子量を有する請求項1に記載の界面活性
剤。 - 【請求項3】 D:(D″+M″)<10:1である請
求項1に記載の界面活性剤。 - 【請求項4】 x=65〜135であり、y=7〜22
である請求項1に記載の界面活性剤。 - 【請求項5】 第2グループのポリエーテルに対する第
1グループのポリエーテルのモル比が0.8〜2.5で
ある請求項1に記載の界面活性剤。 - 【請求項6】 少なくとも3種の異なるR基を有する請
求項1に記載の界面活性剤。 - 【請求項7】 界面活性剤の粘度が25℃で2000セ
ンチストークス未満となるような量の希釈剤をさらに含
む請求項1に記載の界面活性剤。 - 【請求項8】 複金属シアン化物触媒がZn3[Co
(CN)6]2−x′ZnCl2−y′(アルコール)
−z′(H2O)であって、(アルコール)がグライム
またはt−ブタノールである請求項1に記載の界面活性
剤。
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