JP2004523632A - ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、ポリウレタンフォームの製造方法に関する。特に、本発明は、MDI(ジフェニルメタンジイソシアナート)を主成分とするイソシアナート成分を用いた粘弾性ポリウレタンフォームの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ここで使用するときは、用語「粘弾性ポリウレタンフォーム」とは、特に、密度が実質的に50〜100kg/m3であり、好ましくはUNI 6357−68試験法(軟質ウレタン発泡体−反発弾性(ボール反発)測定)に従って測定した反発弾性値(resilience value)が30%未満であり、そしてISO 1856−80試験法に従って測定した23℃における50%圧縮永久ひずみ値が4%未満、好ましくは3%未満であるブロックおよびモールド(ホットおよびコールド)ポリウレタン発泡体すなわちフォームをいう。これらのフォームは、圧縮された後にゆっくりと原形に戻る特性を持っている。
【0003】
この特性を有する材料は、マットレスおよびクッションの製造のための家具産業において、衝撃吸収物品の製造に用いられ、そしてより一般的には弾んだりはね返ったりせずに動くことができる物体を支持する必要のある用途に、そしてヘルスケア家具市場、例えば痛み止め座具およびベッドの製造、に用いられる。
【0004】
粘弾性ポリウレタンフォームは、トルエンジイソシアナート(TDI)を、この種の反応のための従来の添加剤とともに、ポリオールポリエーテルまたはポリオールポリエステルを含むポリオール化合物と反応させることによって製造することができる。しかしながら、TDIの使用は、製造後に最終生成物から放出されるかもしれない未反応単量体が存在する可能性があるために、フォームの製造段階でも、使用中でも、衛生環境上の性質の問題を引き起こすかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
MDIのような代替のイソシアナートの使用は、典型的には、所望の粘弾性特性を得るために、ある材料、ポリエーテル、ポリエステルまたは添加剤の使用を必要とする。従来の原料と共にMDIを使用すると、MDIは処理が難しいので、典型的には、従来の軟質フォーム(反発弾性30%超)または非発泡体(つぶれた製品)が製造される。
【0006】
いま驚くべきことに、MDIを主成分としたイソシアナート成分およびある種の従来のポリエーテルポリオールから粘弾性ポリウレタンフォームを製造することができること、ならびにその技術分野において典型的な欠点、例えば高い反発弾性およびつぶれたフォームが減少しまたは回避できることが見いだされた。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第一の側面において、本発明は、
a)一般式(I)
【0008】
【化1】
【0009】
(ここで、Φはフェニル基を表わし、nは1以上の整数である。)
の官能基数2.1〜2.7のイソシアナート成分、
b)i)全ポリオール成分を基準にして80〜100質量%、好ましくは85〜95質量%の、平均分子量1000〜4000、好ましくは1500〜3000の二官能ポリオールポリエーテル、
ii)全ポリオール成分を基準にして0〜5質量%、好ましくは1〜5質量%の単官能アルコールR−OH(ここで、Rは、C1〜C20、好ましくはC1〜C12のアルキル基および/またはイソアルキル基(ここでは(イソ)アルキル基という。)、ならびにC1〜C20のアルキル基および/またはイソアルキル基にC2〜C6のオレフィンオキシドを縮合させることによって得られた基から選択される。)、
iii)全ポリオール成分を基準にして0〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の、平均分子量が92〜4000の3以上の官能基を有するポリオール、
からなるポリオール成分、および
c)水、
を反応させることからなる密度50〜100kg/m3の粘弾性フォームの製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
存在する水の量は、ポリウレタンフォームの所望の密度が得られることを保証するように選択される。
【0011】
一般式(I)のイソシアナート成分は、好ましくは、ホルムアルデヒド・アニリン縮合物のホスゲン化により得られ、一般に生MDIまたはポリメリックMDIと呼ばれる。所望の2.1〜2.7のイソシアナート官能基数を得るために、式(I)のイソシアナート成分を、必要ならば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナートで希釈してもよいし、随意に2,4’−ジフェニルメタンジイソシアナートと混合してもよい。
【0012】
本発明方法の粘弾性発泡体の製造に用いられる二官能ポリオールポリエーテル(i)は、好ましくは、2つの活性水素原子を有する化合物(ここでは「開始剤」という。)、例えばジエチレングリコールおよびジプロピレングリコールまたは水に、C2〜C6のオレフィンオキシドを縮合させることによって得られるポリオールポリエーテルから選ばれる。エチレンオキシド、プロピレンオキシドまたはそれらの混合物は、好ましいオレフィンオキシドである。
【0013】
単官能アルコールii)は、好ましくは200〜1500、特に好ましくは250〜1200の分子量を有する。アルコールii)が、C1〜C20のアルキル基および/またはイソアルキル基にオレフィンオキシドを縮合させることによって得られた基である場合、オレフィンオキシドは好ましくはエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを含む。好ましい実施態様において、Rは、C1〜C12、特に好ましくはC2〜C8のアルキル基および/またはイソアルキル基に、エチレンオキシドおよび随意にプロピレンオキシドを縮合させることによって得られた基である。
【0014】
3以上の官能基を有する好ましいポリオールの具体例には、開始剤がグリセリンやトリメチロールプロパンのようなトリオール、ペンタエリトリトールのようなテトロール、トリエタノールアミンのようなアルカノールアミン、またはキシリトール、アラビトール、ソルビトール、マンニトールなどのような多官能ヒドロキシアルカンであって、エチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを主成分とするポリオールポリエーテルが含まれる。
【0015】
これらのポリオールは、そのまま使用してもよいし、分散液中に、またはポリオール鎖に部分的にグラフトして、好ましくは20マイクロメートル未満の大きさを有する、好ましくは重合体の固体粒子を含んでもよい。この目的に適する重合体としては、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ尿素、それらの混合物、それらの共重合体が挙げられる。これらの固体粒子は、ポリオール中でその場で重合することによって調製してもよいし、望むときは別個に調製した後ポリオールに添加してもよい。
【0016】
ポリオール組成物はまた、さらに、アミン触媒、例えばトリエチレンジアミン、および/または第一錫オクトアートのような金属触媒、架橋剤、整泡剤(cell regulators)、熱酸化安定剤、顔料、耐炎化剤などのようなポリウレタン発泡製品の製造に一般に使用される添加剤を含んでもよい。ポリウレタンの重合についての詳細は、「サーンダーズ・アンド・フリッシュ−ポリウレタン,化学と技術(Saunders & Frisch-Polyurethanes, Chemistry and Technology)」(インターサイエンス(Interscience),ニューヨーク,1964年)および「ポリウレタン・ハンドブック(Polyurethane Handbook)」(ジー・エルテル(G. Oertel)編,ハンセル出版(Hanser Publishers),ミュンヘン,ニューヨーク,1993年)の中に提供されている。
【0017】
本発明の粘弾性ウレタンフォームの製造において、発泡剤は、好ましくは水および補助発泡剤、例えば液体状または気体状のCO2を含み、好ましくは水からなる。水は、それが尿素結合の形成を引き起こし、それに関連して二酸化炭素が発生し、その二酸化炭素がウレタン重合体の発泡工程を引き起こし、粘弾性を得るので、決定的機能を持っている。ポリオール成分100質量部に対して1〜3質量部の量の水が好ましくは使用される。
【0018】
好ましい実施態様において、フォームの反発弾性は30%未満、より好ましくは10%未満である。好ましくは、ポリオール成分は、これがより低い反発弾力を与えるのを助けるので、ここに定義されるような式R−OHのモノアルコールを少なくともいくらか含む。
【0019】
好ましくは、本発明の方法は、少なくとも70、より好ましくは少なくとも90のイソシアナート指数を使用する。
【0020】
限定するものではないが、いくつかの実例となる実施例を以下に提供する。
【実施例1】
【0021】
イソシアナート官能基数が2.2の一般式(I)のイソシアナート成分(エニケム・エス・ピー・エー(Enichem S.p.A.)のTEDIMON 4420)42.7質量部を、平均分子量2000の二官能ポリエーテルポリオール(エニケム・エス・ピー・エーのTERCAROL VD 2000)95質量部、平均分子量300の三官能ポリエーテル(TERCAROL G 310,エニケム・エス・ピー・エー)5質量部、水1.5質量部、シリコーン系界面活性剤(ゴールドシュミット(Goldschmidt)のTEGOSTAB B 8002)0.7部、第三級脂肪族アミン(NIAX A−1,クロンプトン社(Crompton Corporation))の0.05質量部、錫ジブチルジラウレート(tin dibutyldilaurate)溶液0.23質量部およびジエタノールアミン0.5質量部からなるポリオール調合物と、「フリーライジング(free rising)」法によって反応させた。反応指数は100に等しい。
【0022】
反応が終了したとき、密度65kg/m3、圧縮永久ひずみ2.35%および反発弾性24%の粘弾性フォームが得られる。
【実施例2】
【0023】
(比較例)
TEDIMON 4420の代わりに、官能基数2の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート39.2質量部およびアミン系触媒(ウィトコ社(Witco Corporation)のNIAX A 107)0.25質量部を使用すること以外は実施例1に記述したのと同じ手順を採用する。反応が終了したとき、つぶれた製品が得られる。
【実施例3】
【0024】
43.3質量部のTEDIMON 4420を、平均分子量2000の二官能ポリオールポリエーテル(TERCAROL VD 2000)93質量部、平均分子量300の三官能ポリエーテル(TERCAROL G 310)7質量部、水1.5質量部、シリコーン系界面活性剤(TEGOSTAB B 8002)0.7質量部、錫ジブチルジラウレート溶液0.3質量部、NIAX A 107 0.05質量部、およびジメチルエタノールアミン(エアー・プロダクツ(Air Products)のDABCO DMEA)0.01質量部からなるポリオール調合物と、「フリーライジング」法によって反応させた。反応指数は98に等しい。
【0025】
反応が終了したとき、密度55kg/m3、圧縮永久ひずみ3.5%および反発弾性29%の粘弾性フォームが得られる。
【実施例4】
【0026】
43.75質量部のTEDIMON 4420を、平均分子量2000の二官能ポリオールポリエーテル(TERCAROL VD 2000)95質量部、平均分子量300の三官能ポリエーテル(TERCAROL G 310)5質量部、連続気泡形成剤(cell opener)として作用する高水準のエチレンオキシドを含む平均分子量4000の三官能ポリオールポリエーテル(エニケム・エス・ピー・エーのTERCAROL 241)1質量部、水1.6質量部、シリコーン系界面活性剤(TEGOSTAB B 8002)0.8質量部、錫ジブチルジラウレート溶液0.23質量部およびジメチルエタノールアミン0.5質量部からなるポリオール調合物と「フリーライジング」法によって反応させた。反応指数は100に等しい。
【0027】
反応が終了したとき、密度77kg/m3、圧縮永久ひずみ2.70%および反発弾性28%の粘弾性フォームが得られる。
【実施例5】
【0028】
(比較例)
60.5質量部のTEDIMON 4420を、平均分子量6000の三官能ポリオールポリエーテル(エニケム・エス・ピー・エーのTERCAROL 427)90質量部、平均分子量4000の三官能ポリオールポリエーテル(TERCAROL 241)10質量部、水3.1質量部、ジエタノールアミン3.5質量部、第三級脂肪族アミン(DABCO 33 LV)0.15質量部、シリコーン系界面活性剤(TEGOSTAB B 8636)0.6質量部、および錫ジブチルジラウレート溶液(エアー・プロダクツのDABCO T−12)0.15部からなるポリオール調合物と「フリーライジング」法によって反応させた。反応指数は100に等しい。
【0029】
反応が終了したとき、密度36kg/m3、圧縮永久ひずみ11.5%および反発弾性51%の高反発弾性フォームが得られる。
【実施例6】
【0030】
37.6部のTEDIMON 4420と、平均分子量2000の二官能ポリオールポリエーテル(TERCAROL VD 2000)90質量部、平均分子量2700の6官能ポリエーテル(エニケム・エス・ピー・エーのGLEDION PS 1504)10質量部、水1.6質量部、シリコーン系界面活性剤(TEGOSTAB B 8002)0.3部、アミン触媒(NIAX A−1)0.3質量部およびジエタノールアミン0.6質量部からなるポリオール調合物とを、予め混合した後、立方体形状の型の中に供給する。反応指数は95に等しい。
【0031】
反応が終了したとき、密度100kg/m3、圧縮永久ひずみ2.1%および反発弾性18%の粘弾性フォームが得られる。
Claims (7)
- a)一般式(I)
の官能基数2.1〜2.7のイソシアナート成分、
b)i)全ポリオール成分を基準にして80〜100質量%の平均分子量1000〜4000の二官能ポリオールポリエーテル、
ii)全ポリオール成分を基準にして0〜5質量%の単官能アルコールR−OH(ここで、Rは、C1〜C20のアルキル基および/またはイソアルキル基、ならびにC1〜C20のアルキル基および/またはイソアルキル基にC2〜C6のオレフィンオキシドを縮合させることによって得られた基から選択される。)、
iii)全ポリオール成分を基準にして0〜20質量%の平均分子量92〜4000の3以上の官能基を有するポリオール、
からなるポリオール成分、および
c)水、
を反応させることからなる密度50〜100kg/m3の粘弾性フォームの製造方法。 - 一般式(I)のイソシアナート成分が、ホルムアルデヒド・アニリン縮合物のホスゲン化によって得られたものである、および随意に4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート(4,4’異性体は随意に2,4’異性体と混合されていてもよい。)である請求項1に記載の方法。
- 二官能ポリオールポリエーテルが2つの活性水素原子を有する化合物(開始剤)にC2〜C6のオレフィンオキシドを縮合させることによって得られたポリオールポリエーテルを含む請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- 平均分子量92〜4000の3以上の官能基を有するポリオールが5〜15質量%の水準で存在する前記請求項のいずれか1項に記載の方法。
- 3以上の官能基を有するポリオールが、トリオール、テトロール、アルカノールアミンまたは多官能ヒドロキシアルカンに縮合させたエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを主成分とするポリオールポリエーテルを含む前記請求項のいずれか1項に記載の方法。
- 水がポリオール成分100部に対して1〜3質量部の水準で存在する前記請求項のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によって得られる、密度が50〜100kg/m3、規則ISO 1856−80に従って測定した23℃における50%圧縮永久ひずみ値が4%未満、および規則UNI 6357−68に従って測定した反発弾性が30%未満の粘弾性ポリウレタンフォーム。
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