JP2005097583A - コールドキュア軟質ポリウレタンフォーム及び該ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオール - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い反発弾性を有し、しかも硬度の湿度依存性、即ち感湿性を低減したコールドキュア軟質ポリウレタンフォームおよび該コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造するためのポリエーテルポリオールを提供する。
【解決手段】 分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に触媒の存在下エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを付加重合して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるポリエーテルポリオールと有機ポリイソシアナートと発泡剤としての水を接触させることによりコールドキュア軟質ポリウレタンフォームが得られる。
【選択図】 なし
【解決手段】 分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に触媒の存在下エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを付加重合して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるポリエーテルポリオールと有機ポリイソシアナートと発泡剤としての水を接触させることによりコールドキュア軟質ポリウレタンフォームが得られる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、コールドキュア軟質ポリウレタンフォーム及び該コールドキュア軟質ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオールに関する。
近年、ポリウレタンフォームの硬度が、湿度によって変化することが明らかになり、特に、自動車内装材やクッション用途では、季節や湿度変化によって座り心地、着座高さなどが変化するため、改良が望まれていた。しかも、自動車内装材やクッション用途のためには、従来コールドキュア軟質ポリウレタンフォームで達成されていた反発弾性が高いこと、耐久性が高いこと、成形性が良好であること、生産性が高いことなども必要である。ところが、ホットキュア軟質ポリウレタンフォームでは、硬度の湿度依存性、耐久性については満足できても、反発弾性や成形性、生産性についても満足するようなものは得られない。
このような観点から、自動車内装材やクッション用途等では、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームにおいて、その長所を損なうことなく、硬度の湿度依存性を改良することが望まれていた。
このような観点から、自動車内装材やクッション用途等では、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームにおいて、その長所を損なうことなく、硬度の湿度依存性を改良することが望まれていた。
ところで、ポリエーテルポリオールとポリイソシアナート化合物との反応性を向上させるためには、分子末端の一級水酸基を増加させることが有効であるが、エチレンオキシドを多量に共重合したポリエーテルポリオールを用いたポリウレタンは、吸水性が高く、物性の湿度依存性が高くなるという問題点がある。これに関しては、エチレンオキシド付加量を増やさずに分子末端の1級水酸基化率を高めたポリエーテルポリオールが、軟質ポリウレタンフォーム用に有用であることが開示されている(特許文献1参照)。
また、樹脂物性の湿度依存性が小さいポリウレタンフォームの製造方法として、末端の1級水酸基化率が高く、且つ水酸基当量と総不飽和度が特定の関係を満たす、炭素数3以上の1,2−アルキレンオキサイドが付加されてなるポリエーテルポリオールを使用する方法が開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献2に記載のポリエーテルポリオールは、原料としてエチレンオキシドを使用しないで末端の1級水酸基化率を上げたものであり、吸湿性の改善に効果が期待できるが、ポリエーテルポリオールを得るには特殊な触媒を煩雑な操作で使用することが必要である上に、イソシアネートとの反応性が充分でない。また、特許文献1および2には、物性バランスおよび硬度の湿度依存性を改善したコールドキュア軟質ポリウレタンフォームについては開示されていない。
特開2001−261813号公報
特開2003−113219号公報
本発明の目的は、従来のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの長所である高い反発弾性を有し、しかも硬度の湿度依存性、即ち感湿性を低減したコールドキュア軟質ポリウレタンフォームおよび該コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造するためのポリエーテルポリオールを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の構造のポリエーテルポリオールを用いることで上記問題が解決できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるポリエーテルポリオールと、有機ポリイソシアナートと、発泡剤としての水を接触させることにより得られるコールドキュア軟質ポリウレタンフォームである。
即ち、本発明は、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるポリエーテルポリオールと、有機ポリイソシアナートと、発泡剤としての水を接触させることにより得られるコールドキュア軟質ポリウレタンフォームである。
本発明は、またエチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオールである。
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオールである。
本発明によれば、反発弾性が高く、しかも硬度の湿度依存性、即ち感湿性の低減されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム、及びコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム硬度の湿度依存性を低減する原料ポリエーテルポリオールを提供することができる。その上、P=N結合を有する化合物、水酸化セシウムから選ばれる化合物を触媒とし、特定の反応条件で製造することにより得られる総不飽和度の低い本発明のポリエーテルポリオールを用いることにより、さらに物性の改良された、特に耐久性に係わる物性の改良されたポリウレタンフォームを提供することができる。本発明の感湿性の低減されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、自動車内装材やクッション用途に用いられる20〜60kg/m3程度のフォーム密度範囲の内、特に20〜45kg/m3程度の低い密度範囲において、湿熱条件下で格段に優れた耐久性を示す。
以下、本発明について詳細に説明する。
<ポリエーテルポリオール>
先ず、本発明のポリエーテルポリオールについて説明する。
本発明のポリエーテルポリオールは、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量(以下、Mnと言う)が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるものである。
<ポリエーテルポリオール>
先ず、本発明のポリエーテルポリオールについて説明する。
本発明のポリエーテルポリオールは、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量(以下、Mnと言う)が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるものである。
なお、ここで、ポリエーテルポリオールのMnは、下記数式(2)
Mn=56100×f/OHV (2)
で表される。
数式(2)において、fはポリエーテルポリオールの平均官能基数であり、OHV(単位:mgKOH/g)はポリエーテルポリオールの水酸基価である。
また、平均官能基数fは、下記数式(3)
f=(OHV/56.1)/{[(OHV/56.1)−(C=C)]/fi
+(C=C)} (3)
により表される。
数式(3)において、fiは開始剤の官能基数であり、(C=C)は総不飽和度(単位:
meq./g)である。
よって、平均官能基数fは、開始剤の官能基数fiがわかっていれば、OHVと総不飽和度を測定すれば、算出することができる。
Mn=56100×f/OHV (2)
で表される。
数式(2)において、fはポリエーテルポリオールの平均官能基数であり、OHV(単位:mgKOH/g)はポリエーテルポリオールの水酸基価である。
また、平均官能基数fは、下記数式(3)
f=(OHV/56.1)/{[(OHV/56.1)−(C=C)]/fi
+(C=C)} (3)
により表される。
数式(3)において、fiは開始剤の官能基数であり、(C=C)は総不飽和度(単位:
meq./g)である。
よって、平均官能基数fは、開始剤の官能基数fiがわかっていれば、OHVと総不飽和度を測定すれば、算出することができる。
ポリエーテルポリオールの平均官能基数、数平均分子量が上記範囲であることが、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームの物性と成形性の観点からバランスがよい。上記分子量を有するもののなかで、水酸基価として、14〜50mgKOH/gであるものが好ましく、20〜40mgKOH/gであるものがさらに好ましい。
ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基は、水酸基あたり平均1〜4モルであり、好ましくは1.1〜3.9モルであり、より好ましくは1.2〜3.8モルである。また、ポリエーテルポリオールの全水酸基中、1級水酸基化率は70%以上であり、好ましくは75%以上である。ここで、1級水酸基化率は、1H−NMRにより測定できる。
すなわち、水酸基のプロトンの積分比により、全水酸基中の1級水酸基の比率として算出される。
ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基は、水酸基あたり平均1〜4モルであり、好ましくは1.1〜3.9モルであり、より好ましくは1.2〜3.8モルである。また、ポリエーテルポリオールの全水酸基中、1級水酸基化率は70%以上であり、好ましくは75%以上である。ここで、1級水酸基化率は、1H−NMRにより測定できる。
すなわち、水酸基のプロトンの積分比により、全水酸基中の1級水酸基の比率として算出される。
本発明において用いるポリエーテルポリオールは、上記の水酸基あたり平均1〜4モルのエチレンオキシド付加量で、しかも従来のコールドキュア軟質フォーム用として知られている水酸基あたり平均5〜8モル程度のオキシエチレン基含有量のポリエーテルポリオールと同等の1級水酸基化率を有するという格別のものが選択される。
本発明に用いるポリエーテルポリオールの総不飽和度(C=C、単位:meq./g)は、好ましくは0.040meq./g以下であり、更に好ましくは0.035meq./g以下である。ウレタンフォームの耐久性などの物性確保の観点から、総不飽和度が上記範囲であることが望ましい。
本発明に用いるポリエーテルポリオールの総不飽和度(C=C、単位:meq./g)は、好ましくは0.040meq./g以下であり、更に好ましくは0.035meq./g以下である。ウレタンフォームの耐久性などの物性確保の観点から、総不飽和度が上記範囲であることが望ましい。
本発明のポリエーテルポリオールは、上記特性を有するものであればどのような製造法で製造したものであっても良いが、その製造法の好ましい態様を以下に示す。
好ましい態様としては、活性水素化合物に触媒の存在下にプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシド付加重合させ、次いで好ましくは、触媒条件を変更してエチレンオキシドを付加重合し、エチレンオキシドとそれ以外のアルキレンオキシドの付加量を制御することで本発明のポリエーテルポリオールが得られる。
好ましい態様としては、活性水素化合物に触媒の存在下にプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシド付加重合させ、次いで好ましくは、触媒条件を変更してエチレンオキシドを付加重合し、エチレンオキシドとそれ以外のアルキレンオキシドの付加量を制御することで本発明のポリエーテルポリオールが得られる。
(1)活性水素化合物
最初に用いる活性水素化合物としては、具体的には以下に例示される。
(酸素原子上に活性水素原子を有する活性水素化合物)
水、炭素数1ないし20のカルボン酸、2ないし6のカルボキシル基を有する炭素数2ないし20の多価カルボン酸、カルバミン酸類、炭素数1ないし20のアルコール、2ないし8の水酸基を有する炭素数2ないし20の多価アルコール、糖類またはその誘導体、1ないし3の水酸基を有する炭素数6ないし20の芳香族化合物、2ないし8の末端を有しその末端に1ないし8の水酸基を有するポリアルキレンオキシド等が挙げられる。
最初に用いる活性水素化合物としては、具体的には以下に例示される。
(酸素原子上に活性水素原子を有する活性水素化合物)
水、炭素数1ないし20のカルボン酸、2ないし6のカルボキシル基を有する炭素数2ないし20の多価カルボン酸、カルバミン酸類、炭素数1ないし20のアルコール、2ないし8の水酸基を有する炭素数2ないし20の多価アルコール、糖類またはその誘導体、1ないし3の水酸基を有する炭素数6ないし20の芳香族化合物、2ないし8の末端を有しその末端に1ないし8の水酸基を有するポリアルキレンオキシド等が挙げられる。
(窒素原子上に活性水素原子を有する活性水素化合物)
炭素数1ないし20の脂肪族または芳香族一級アミン、炭素数2ないし20の脂肪族または芳香族二級アミン、2ないし3の一級もしくは二級アミノ基を有する炭素数2ないし20の多価アミン、炭素数4ないし20の飽和環状二級アミン、炭素数4ないし20の不飽和環状二級アミン、2ないし3の二級アミノ基を含む炭素数4ないし20の環状の多価アミン、炭素数2ないし20の無置換またはN−一置換の酸アミド、5ないし7員環の環状アミド類、炭素数4ないし10のジカルボン酸のイミド等が挙げられる。
炭素数1ないし20の脂肪族または芳香族一級アミン、炭素数2ないし20の脂肪族または芳香族二級アミン、2ないし3の一級もしくは二級アミノ基を有する炭素数2ないし20の多価アミン、炭素数4ないし20の飽和環状二級アミン、炭素数4ないし20の不飽和環状二級アミン、2ないし3の二級アミノ基を含む炭素数4ないし20の環状の多価アミン、炭素数2ないし20の無置換またはN−一置換の酸アミド、5ないし7員環の環状アミド類、炭素数4ないし10のジカルボン酸のイミド等が挙げられる。
これらの活性水素化合物のうち、水、炭素数1ないし20のアルコール、2ないし8の水酸基を有する炭素数2ないし20の多価アルコール、糖類またはその誘導体、2ないし8の末端を有しその末端に1ないし8の水酸基を有する分子量100ないし5,000のポリアルキレンオキシド、炭素数2ないし20の脂肪族または芳香族二級アミン、2ないし3の一級もしくは二級アミノ基を有する炭素数2ないし20の多価アミン、炭素数4ないし20の飽和環状二級アミン、2ないし3の二級アミノ基を含む炭素数4ないし20の環状の多価アミンが好ましい。
更に、水、炭素数1ないし20のアルコール、2ないし4の水酸基を有する炭素数2ないし10の多価アルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドもしくはそれらのコポリマー等であって2ないし6の末端を有しその末端に2ないし6の水酸基を有する分子量100ないし10,000のポリアルキレンオキシド、2ないし3の二級アミノ基を有する炭素数2ないし10の多価アミン、炭素数4ないし10の飽和環状二級アミン、2ないし3の二級アミノ基を含む炭素数4ないし10の環状の多価アミン等が特に好ましい。
更に、水、炭素数1ないし20のアルコール、2ないし4の水酸基を有する炭素数2ないし10の多価アルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドもしくはそれらのコポリマー等であって2ないし6の末端を有しその末端に2ないし6の水酸基を有する分子量100ないし10,000のポリアルキレンオキシド、2ないし3の二級アミノ基を有する炭素数2ないし10の多価アミン、炭素数4ないし10の飽和環状二級アミン、2ないし3の二級アミノ基を含む炭素数4ないし10の環状の多価アミン等が特に好ましい。
本発明のポリエーテルポリオールの平均官能基数は、最初に用いる活性水素化合物の平均官能基数と、アルキレンオキシド付加重合中に副生するモノオールにより定まるが、2〜4の範囲であることが必要であり、活性水素化合物としては上記化合物のなかで、特に好ましくは、2価、3価、4価の活性水素化合物である。最も好ましくは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等の2価アルコール類、グリセリン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール類、ペンタエリスリトール、ジグリセリンのような4価アルコール類である。これらの活性水素化合物は混合して用いることもできる。
(2)触媒
本発明のポリエーテルポリオールは上記活性水素化合物を触媒の存在下に、アルキレンオキシドを付加重合することで製造される。
触媒としては、従来知られているアルキレンオキシド重合触媒であるアルカリ金属化合物触媒、アルカリ土類金属化合物触媒、P=N結合を有する化合物触媒などの塩基性化合物触媒、三フッ化ホウ素エーテラートなどのルイス酸触媒や亜鉛ヘキサシアノコバルテートなどの複合金属シアン化物触媒などが使用できる。
ポリエーテルポリオールの総不飽和度の上昇を抑制する観点から、この段階での触媒としては、P=N結合を有する化合物、セシウム化合物が好ましく、より好ましくはP=N結合を有するホスファゼニウム化合物、P=N結合を有するホスファゼン化合物、P=N結合を有するホスフィンオキシド化合物および水酸化セシウムから選ばれる1種以上である。
本発明のポリエーテルポリオールは上記活性水素化合物を触媒の存在下に、アルキレンオキシドを付加重合することで製造される。
触媒としては、従来知られているアルキレンオキシド重合触媒であるアルカリ金属化合物触媒、アルカリ土類金属化合物触媒、P=N結合を有する化合物触媒などの塩基性化合物触媒、三フッ化ホウ素エーテラートなどのルイス酸触媒や亜鉛ヘキサシアノコバルテートなどの複合金属シアン化物触媒などが使用できる。
ポリエーテルポリオールの総不飽和度の上昇を抑制する観点から、この段階での触媒としては、P=N結合を有する化合物、セシウム化合物が好ましく、より好ましくはP=N結合を有するホスファゼニウム化合物、P=N結合を有するホスファゼン化合物、P=N結合を有するホスフィンオキシド化合物および水酸化セシウムから選ばれる1種以上である。
ホスファゼニウム化合物としては、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフォニウムヒドロキシドなど、特開平11−106500号公報記載の化合物が挙げられる。
ホスファゼン化合物としては、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼンなど、特開平10−36499号公報記載の化合物が挙げられる。
ホスフィンオキシド化合物としては、トリス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフィンオキシドなど、特開平11−302371号に記載の化合物が挙げられる。
ホスファゼン化合物としては、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼンなど、特開平10−36499号公報記載の化合物が挙げられる。
ホスフィンオキシド化合物としては、トリス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフィンオキシドなど、特開平11−302371号に記載の化合物が挙げられる。
P=N結合を有する化合物触媒の使用量は、活性水素化合物の活性水素基に対して、好ましくは、0.01〜0.6モル%であり、より好ましくは、0.03〜0.5モル%、更に好ましくは、0.09〜0.5モル%である。
セシウム化合物触媒の使用量は、活性水素化合物の活性水素基に対して、好ましくは、0.1〜50モル%であり、より好ましくは、1モル%から40モル%である。セシウム化合物を活性水素化合物の活性水素基に対して、15〜50モル%の範囲で使用する場合は、後述の得られたアルキレンオキシド付加中間体に、さらにエチレンオキシドを付加する反応において、別途、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる1種以上を該中間体の水酸基に対して15〜50モル%添加しなくても、本発明のポリエーテルポリオールを製造し得る。
しかしながら、工業的見地からは、製造コストの観点から、P=N結合を有する化合物およびセシウム化合物から選ばれる1種以上の触媒の使用総量は、活性水素化合物の活性水素基に対して0.1〜10モル%の範囲であることが望ましい。
セシウム化合物触媒の使用量は、活性水素化合物の活性水素基に対して、好ましくは、0.1〜50モル%であり、より好ましくは、1モル%から40モル%である。セシウム化合物を活性水素化合物の活性水素基に対して、15〜50モル%の範囲で使用する場合は、後述の得られたアルキレンオキシド付加中間体に、さらにエチレンオキシドを付加する反応において、別途、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる1種以上を該中間体の水酸基に対して15〜50モル%添加しなくても、本発明のポリエーテルポリオールを製造し得る。
しかしながら、工業的見地からは、製造コストの観点から、P=N結合を有する化合物およびセシウム化合物から選ばれる1種以上の触媒の使用総量は、活性水素化合物の活性水素基に対して0.1〜10モル%の範囲であることが望ましい。
(3)アルキレンオキシド
次に、活性水素化合物に付加重合するアルキレンオキシドとしては、炭素数2ないし12のアルキレンオキシドが利用できる。特に、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフランから選ばれる1種以上が好ましく例示でき、特に好ましくは、プロピレンオキシドである。この場合に、少量のエチレンオキシドを共重合しても良い。
次に、活性水素化合物に付加重合するアルキレンオキシドとしては、炭素数2ないし12のアルキレンオキシドが利用できる。特に、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフランから選ばれる1種以上が好ましく例示でき、特に好ましくは、プロピレンオキシドである。この場合に、少量のエチレンオキシドを共重合しても良い。
(4)第1段目の反応
活性水素化合物にアルキレンオキシドを付加重合する反応は、反応温度80〜120℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で行う。上記の温度範囲で付加重合を実施すると、工業的に十分な重合速度が得られ、ポリエーテルポリオールの水酸基価にも依るが、総不飽和度も高くならない。
アルキレンオキシドの付加重合反応の最大圧力は、0.5MPaG以下が好適である。通常、耐圧反応器内でアルキレンオキシドの付加重合が行われる。アルキレンオキシドの反応は、減圧状態から開始しても、大気圧の状態から開始してもよい。大気圧状態から開始する場合には、窒素、又はヘリウム等の不活性気体存在下で行うことが望ましい。アルキレンオキシドの副生物であるモノオール量(総不飽和度)を抑制するために、最大反応圧力は、より好ましくは、0.4MPaG以下、更に好ましくは0.3MPaG以下である。
反応系へのアルキレンオキシドの供給方法は、必要量のアルキレンオキシドの一部を一括して供給し、残部を連続的に供給する方法、又は、全てのアルキレンオキシドを連続的に供給する方法等が用いられる。付加重合器の最大圧力は、アルキレンオキシドの装入速度、重合温度、触媒量等に影響される。アルキレンオキシドの装入速度は、付加重合器の最大圧力が0.5MPaGを超えないように制御することが好ましい。アルキレンオキシドの装入が完了すると、付加重合器の内圧は徐々に低下する。内圧の変化が認められなくなるまで付加重合反応を継続することが好ましい。
活性水素化合物にアルキレンオキシドを付加重合する反応は、反応温度80〜120℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で行う。上記の温度範囲で付加重合を実施すると、工業的に十分な重合速度が得られ、ポリエーテルポリオールの水酸基価にも依るが、総不飽和度も高くならない。
アルキレンオキシドの付加重合反応の最大圧力は、0.5MPaG以下が好適である。通常、耐圧反応器内でアルキレンオキシドの付加重合が行われる。アルキレンオキシドの反応は、減圧状態から開始しても、大気圧の状態から開始してもよい。大気圧状態から開始する場合には、窒素、又はヘリウム等の不活性気体存在下で行うことが望ましい。アルキレンオキシドの副生物であるモノオール量(総不飽和度)を抑制するために、最大反応圧力は、より好ましくは、0.4MPaG以下、更に好ましくは0.3MPaG以下である。
反応系へのアルキレンオキシドの供給方法は、必要量のアルキレンオキシドの一部を一括して供給し、残部を連続的に供給する方法、又は、全てのアルキレンオキシドを連続的に供給する方法等が用いられる。付加重合器の最大圧力は、アルキレンオキシドの装入速度、重合温度、触媒量等に影響される。アルキレンオキシドの装入速度は、付加重合器の最大圧力が0.5MPaGを超えないように制御することが好ましい。アルキレンオキシドの装入が完了すると、付加重合器の内圧は徐々に低下する。内圧の変化が認められなくなるまで付加重合反応を継続することが好ましい。
(5)第1段階でのポリオール
この段階でのポリオールのMn、OHVは、最終的なポリエーテルポリオールを製造し得る範囲であれば、特に限定されないが、好ましいMnは、3000〜7900、好ましいOHVは、60〜15mgKOH/gである。
この段階でのポリオールのMn、OHVは、最終的なポリエーテルポリオールを製造し得る範囲であれば、特に限定されないが、好ましいMnは、3000〜7900、好ましいOHVは、60〜15mgKOH/gである。
(6)第2段目の反応
本発明においては、上記反応で得られた中間体ポリオールは、次いで以下の反応に供せられる。
反応する前に、脱触媒工程により精製してから、新たに特定量の上記アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる1種以上を添加した後、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加重合することができる。また、前段の反応で得た付加体混合物を精製せずに、特定量の上記アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などの触媒を添加した後、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加しても良い。
この反応における、好ましい触媒濃度は、中間体ポリオールの水酸基に対して、15〜50モル%であり、より好ましくは20〜45モル%であり、特に好ましくは25〜40モル%である。上記範囲の触媒存在下に、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを付加重合することにより、エチレンオキシド付加量を多くすることなく、ポリエーテルポリオールの全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基化率を70%以上にすることができる。
本発明においては、上記反応で得られた中間体ポリオールは、次いで以下の反応に供せられる。
反応する前に、脱触媒工程により精製してから、新たに特定量の上記アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる1種以上を添加した後、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加重合することができる。また、前段の反応で得た付加体混合物を精製せずに、特定量の上記アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などの触媒を添加した後、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加しても良い。
この反応における、好ましい触媒濃度は、中間体ポリオールの水酸基に対して、15〜50モル%であり、より好ましくは20〜45モル%であり、特に好ましくは25〜40モル%である。上記範囲の触媒存在下に、エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを付加重合することにより、エチレンオキシド付加量を多くすることなく、ポリエーテルポリオールの全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基化率を70%以上にすることができる。
触媒として使用するアルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびそれらの水酸化物、アルコラート、アミド、水素化物、アルキル化物が挙げられ、好ましくはアルカリ金属の水酸化物、アルコラートである。アルカリ金属水酸化物およびアルコラートは、溶媒として水またはアルコールに溶解した水溶液またはアルコール溶液で上記ポリオール中間体に添加することが好ましく、用いるアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールが好ましい。
反応は、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加重合しようとする中間体に、上記アルカリ金属の水酸化物及びアルコラートを添加した後、60℃〜150℃の加熱下に、必要に応じて減圧条件下ストリッピングを行い、水分0.1重量%以下の状態、すなわち実質的に中間体のアルコラートにしてから、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを添加して行うことが好ましい。エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドは、実質的にエチレンオキシド単独でもよい。
エチレンオキシドの付加重合は、反応温度70〜150℃、最大反応圧力0.8MPaG以下の条件で行う。好ましい反応温度は、90〜145℃、更に好ましくは100〜140℃である。最大反応圧力は、0.7MPaG以下が好ましく、更に好ましくは0.6MPaG以下である。
反応は、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを付加重合しようとする中間体に、上記アルカリ金属の水酸化物及びアルコラートを添加した後、60℃〜150℃の加熱下に、必要に応じて減圧条件下ストリッピングを行い、水分0.1重量%以下の状態、すなわち実質的に中間体のアルコラートにしてから、エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドを添加して行うことが好ましい。エチレンオキシドを必須成分として含むアルキレンオキシドは、実質的にエチレンオキシド単独でもよい。
エチレンオキシドの付加重合は、反応温度70〜150℃、最大反応圧力0.8MPaG以下の条件で行う。好ましい反応温度は、90〜145℃、更に好ましくは100〜140℃である。最大反応圧力は、0.7MPaG以下が好ましく、更に好ましくは0.6MPaG以下である。
ポリエーテルポリオールのオキシエチレン基の含有量は、エチレンオキシドの使用量により制御する。通常、エチレンオキシドの反応率は高いため、使用したエチレンオキシドの反応を完結させれば、ポリエーテルポリオールのオキシエチレン基の含有量は、制御可能である。エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドの付加重合反応の終点は、反応圧力の経時変化により決定する。一定時間後の圧力変化が無くなった時点で、反応を終了し、必要に応じて、加熱減圧操作等を実施し、未反応モノマーを回収する。
エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドの付加重合反応は、必要に応じて、中間体や触媒と反応しない非プロトン性溶媒の存在下に行ってもよい。
エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドの付加重合反応は、必要に応じて、中間体や触媒と反応しない非プロトン性溶媒の存在下に行ってもよい。
(7)ポリエーテルポリオールの精製
エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドの付加重合の後、得られた粗製ポリエーテルポリオール中の塩基性触媒を中和または除去する必要がある。
前記粗製ポリエーテルポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリエーテルポリオール中の塩基性触媒を十分に中和できる量の酸を添加して中和塩を析出させ、ろ過により分離精製する。中和に用いることができる酸として、リン酸、亜リン酸、塩酸、硫酸、亜硫酸などの無機酸、またはギ酸、シュウ酸、コハク酸、酢酸、マレイン酸などの有機酸が挙げられる。
エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドの付加重合の後、得られた粗製ポリエーテルポリオール中の塩基性触媒を中和または除去する必要がある。
前記粗製ポリエーテルポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリエーテルポリオール中の塩基性触媒を十分に中和できる量の酸を添加して中和塩を析出させ、ろ過により分離精製する。中和に用いることができる酸として、リン酸、亜リン酸、塩酸、硫酸、亜硫酸などの無機酸、またはギ酸、シュウ酸、コハク酸、酢酸、マレイン酸などの有機酸が挙げられる。
ケイ酸マグネシウムやケイ酸アルミニウムなどの合成無機吸着剤により、余剰の酸、塩基成分を吸着除去してもよい。具体的な吸着剤は、例えば、トミックスAD−600、トミックスAD−700(以上、商品名、富田製薬(株)製)等のトミックスシリーズ、キョーワード400、キョーワード500、キョーワード600、キョーワード700(以上、商品名、協和化学工業(株)製)等のキョーワードシリーズ、MAGNESOL(DALLAS社製)等の各種吸着剤が挙げられる。
また、前記酸による中和と合成無機吸着剤による除去とは、必要に応じて、併用してもよい。
また、前記酸による中和と合成無機吸着剤による除去とは、必要に応じて、併用してもよい。
粗製ポリエーテルポリオール100重量部に、水、または水とポリエーテルポリオールに不活性な溶媒、例えば、トルエン、ヘキサン類、ペンタン類、ヘプタン類、ブタン類、低級アルコール類、シクロヘキサン、シクロペンタン、キシレン類などの炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒との混合溶媒を1〜200重量部加えて分液し、水洗後、減圧下、水および有機溶剤を留去する方法によっても触媒を除去することができる。
また、粗製ポリエーテルポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え、15〜100℃以下でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧下、脱水処理を行うことにより触媒を除去することもできる。イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂が好ましく、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体のスルホン化物が好ましく用いられる。また、ゲル型とマクロポーラス型のいずれのものも本発明に用いることができる。さらに、強酸性、弱酸性のいずれのイオン交換樹脂も用いることができるが、強酸性のイオン交換樹脂が好ましく用いられる。
具体的なイオン交換樹脂は、レバチットS100、同S109、同SP112、同SP120、同S100LF(以上、商品名、バイエル(株)社製)、ダイヤイオンSK1B、同PK208、同PK212(以上、商品名、三菱化学(株)社製)、ダウエックスHCR−S、50WX1、50WX2(以上、商品名、ダウケミカル社製)、アンバーライトIR120、同IR122、同200C(以上、商品名、ロームアンドハース社製)等の各種イオン交換樹脂が挙げられる。
このような精製で本発明のポリエーテルポリオール中の残存触媒量を、ポリウレタン成形物を得る際に支障のない程度に低減することができる。
具体的なイオン交換樹脂は、レバチットS100、同S109、同SP112、同SP120、同S100LF(以上、商品名、バイエル(株)社製)、ダイヤイオンSK1B、同PK208、同PK212(以上、商品名、三菱化学(株)社製)、ダウエックスHCR−S、50WX1、50WX2(以上、商品名、ダウケミカル社製)、アンバーライトIR120、同IR122、同200C(以上、商品名、ロームアンドハース社製)等の各種イオン交換樹脂が挙げられる。
このような精製で本発明のポリエーテルポリオール中の残存触媒量を、ポリウレタン成形物を得る際に支障のない程度に低減することができる。
精製の際、ポリエーテルポリオールの品質の低下を防ぐために、酸化防止剤を添加することが好ましい。
具体的には、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(BHT)、4,4’−テトラメチル−ジアミノジフェニルメタン、フェノチアジン、レシチン、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジラウリルチオプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどの酸化防止剤が挙げられる。該酸化防止剤は、粗製ポリエーテルポリオールの量に対して、通常50〜5000ppm、好ましくは100〜4000ppm、より好ましくは300〜2000ppmの範囲の量を用いることが望ましい。
具体的には、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(BHT)、4,4’−テトラメチル−ジアミノジフェニルメタン、フェノチアジン、レシチン、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジラウリルチオプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどの酸化防止剤が挙げられる。該酸化防止剤は、粗製ポリエーテルポリオールの量に対して、通常50〜5000ppm、好ましくは100〜4000ppm、より好ましくは300〜2000ppmの範囲の量を用いることが望ましい。
次に、本発明のポリウレタンフォームについて説明する。
<ポリウレタンフォーム>
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、少なくとも前記ポリエーテルポリオールと、有機イソシアナート化合物と、発泡剤とを接触させることにより得ることができる。本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造方法の条件としては特に限定されず、通常の製造方法を適用することができる。
具体的には、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームはポリオール、有機イソシアナート化合物、発泡剤、必要に応じてその他の成分を用いて金型内で発泡させることによって製造される。その他の成分としては例えば架橋剤、界面活性剤、触媒、整泡剤、その他添加剤(難燃剤、顔料、紫外線吸収剤、酸化防止剤等)等を用いることができる。コールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、ホットキュア軟質ポリウレタンフォームよりも、金型温度が低く、脱型時間が短い特徴がある。
<ポリウレタンフォーム>
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、少なくとも前記ポリエーテルポリオールと、有機イソシアナート化合物と、発泡剤とを接触させることにより得ることができる。本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造方法の条件としては特に限定されず、通常の製造方法を適用することができる。
具体的には、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームはポリオール、有機イソシアナート化合物、発泡剤、必要に応じてその他の成分を用いて金型内で発泡させることによって製造される。その他の成分としては例えば架橋剤、界面活性剤、触媒、整泡剤、その他添加剤(難燃剤、顔料、紫外線吸収剤、酸化防止剤等)等を用いることができる。コールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、ホットキュア軟質ポリウレタンフォームよりも、金型温度が低く、脱型時間が短い特徴がある。
本発明においてコールドキュアとは、型温30〜80℃でウレタン原液を注入し、その温度でキュアする。モールド耐圧は、2気圧以下であり、キュア時間は1〜8分である。キュアする際、必要に応じて、80〜100℃程度のオーブンを使用することもできる。モールド清掃、離型剤塗布後、次の注入を行うまでの1サイクルは約5〜10分と短い。なお、通常、ホットキュアの場合、型温35〜50℃でウレタン原液を注入した後、150〜250℃程度のオーブンで5〜15分キュアし、脱型するときは90〜110℃程度に冷やして行う。モールドを清掃し、離型剤を塗布し、モールドを温度調節し、次の注入を行う。1サイクルは、約20〜30分かかる。
有機イソシアナート化合物とポリオールは発泡直前で混合することが好ましい。その他の成分は、必要に応じて有機イソシアナート化合物またはポリオールと予め混合することが一般的であり、それら混合物は混合後直ちに使用しても、貯留し必要量を適宜使用してもよい。その他の成分の混合については、必要に応じて適宜その混合の組み合わせ、混合順序、混合後の貯留時間等を決定することができる。
このような混合物のうちポリオールとその他の成分の混合物、即ちポリオールと化学発泡剤、触媒等、必要に応じて架橋剤、界面活性剤、整泡剤、その他添加剤を混合したものをレジンプレミックスと呼称することがある。これらの組成は、必要とされる軟質ポリウレタンフォームの品質によって適宜設定することができる。コールドキュア軟質ポリウレタンフォームでは、通常架橋剤を必須成分として使用する。
このレジンプレミックスを有機イソシアナート化合物と反応させる。使用するレジンプレミックスの粘度は発泡機での混合性、フォームの成形性の観点から2500mPa・s/25℃以下が好ましい。
このような混合物のうちポリオールとその他の成分の混合物、即ちポリオールと化学発泡剤、触媒等、必要に応じて架橋剤、界面活性剤、整泡剤、その他添加剤を混合したものをレジンプレミックスと呼称することがある。これらの組成は、必要とされる軟質ポリウレタンフォームの品質によって適宜設定することができる。コールドキュア軟質ポリウレタンフォームでは、通常架橋剤を必須成分として使用する。
このレジンプレミックスを有機イソシアナート化合物と反応させる。使用するレジンプレミックスの粘度は発泡機での混合性、フォームの成形性の観点から2500mPa・s/25℃以下が好ましい。
混合方法は、ダイナミックミキシング、スタティックミキシングいずれでも良く、また両者を併用してもよい。ダイナミックミキシングによる混合方法としては、攪拌翼等により混合する方法が挙げられる。又、スタティックミキシングによる混合方法としては、発泡機のマシンヘッド混合室内で混合を行う方法やスタティックミキサー等を用いて送液配管内で混合を行う方法等が挙げられる。発泡直前に実施される混合や物理発泡剤等のガス状成分と液状成分の混合はスタティックミキシングで、貯留可能成分同士の混合はダイナミックミキシングで実施される。
混合温度、圧力は目的の軟質ポリウレタンフォームの品質、原料の種類や組成によって必要に応じて任意に設定することができる。
たとえば、本発明に係るポリオール、発泡剤、架橋剤、整泡剤、触媒、その他の添加剤をあらかじめ混合してレジンプレミックスとした後、該レジンプレミックスと有機イソシアナート化合物とを所定の比率で混合し、金型に注入して反応及び発泡、硬化させて一定形状の目的物を得ることができる。有機イソシアナート化合物の種類と組成にもよるが、硬化時間は通常30秒〜30分であり、型温は室温から80℃程度であり、本発明の目的・効果を損なわない範囲で硬化後80〜100℃の範囲で硬化物を加熱してもよい。
たとえば、本発明に係るポリオール、発泡剤、架橋剤、整泡剤、触媒、その他の添加剤をあらかじめ混合してレジンプレミックスとした後、該レジンプレミックスと有機イソシアナート化合物とを所定の比率で混合し、金型に注入して反応及び発泡、硬化させて一定形状の目的物を得ることができる。有機イソシアナート化合物の種類と組成にもよるが、硬化時間は通常30秒〜30分であり、型温は室温から80℃程度であり、本発明の目的・効果を損なわない範囲で硬化後80〜100℃の範囲で硬化物を加熱してもよい。
次に、本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造するために用いる他の成分について説明する。
(有機イソシアナート化合物)
本発明に係る前記ポリエーテルポリオールなどのポリオールと反応させる有機イソシアナート化合物は、特に限定されないが、従来公知のトルイレンジイソシアナート(2,4−体や2,6−体等の異性体比率は特に限定されないが、2,4−体/2,6−体が80/20の比率のものが好ましく使用される。)や、トルイレンジイソシアナートとポリメチレンポリフェニルポリイソシアナート(たとえば三井武田ケミカル社製コスモネートM−200)等の混合物が好ましく用いられる。
また、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアナートを含む組成物であるポリイソシアナートまたはそのウレタン変性体とトリレンジイソシアナートの混合物も好ましく使用できる。
コールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造において、有機イソシアナート化合物がトルイレンジイソシアナートと他の有機イソシアナート化合物との混合系の場合は、トルイレンジイソシアナートを好ましくは50〜100質量%、さらに好ましくは60〜90質量%、特に好ましくは65〜85質量%の量で含有することが望ましい。
トルイレンジイソシアナートの含有量は、フォームの耐久性と機械強度のバランスの点から上記範囲にあることが好ましい。
(有機イソシアナート化合物)
本発明に係る前記ポリエーテルポリオールなどのポリオールと反応させる有機イソシアナート化合物は、特に限定されないが、従来公知のトルイレンジイソシアナート(2,4−体や2,6−体等の異性体比率は特に限定されないが、2,4−体/2,6−体が80/20の比率のものが好ましく使用される。)や、トルイレンジイソシアナートとポリメチレンポリフェニルポリイソシアナート(たとえば三井武田ケミカル社製コスモネートM−200)等の混合物が好ましく用いられる。
また、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアナートを含む組成物であるポリイソシアナートまたはそのウレタン変性体とトリレンジイソシアナートの混合物も好ましく使用できる。
コールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造において、有機イソシアナート化合物がトルイレンジイソシアナートと他の有機イソシアナート化合物との混合系の場合は、トルイレンジイソシアナートを好ましくは50〜100質量%、さらに好ましくは60〜90質量%、特に好ましくは65〜85質量%の量で含有することが望ましい。
トルイレンジイソシアナートの含有量は、フォームの耐久性と機械強度のバランスの点から上記範囲にあることが好ましい。
このような有機イソシアナート化合物中のイソシアナート基の数は、シソシアナート基の総数をポリオールの水酸基や架橋剤等のアミノ基、水等のイソシアナート基と反応する活性水素の総数で除した値で表し、NCOインデックスという。すなわち、イソシアナート基と反応する活性水素数と有機イソシアナート化合物中のイソシアナート基が化学量論的に等しい場合に、そのNCOインデックスは1.0となる。本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームでは、NCOインデックスは、好ましくは0.70〜1.30、さらに好ましくは0.80〜1.20の範囲にあることが望ましい。
(発泡剤)
本発明において、発泡剤としては、水が用いられる。使用量としては、ポリオール100質量部に対して、好ましくは1.8〜5.0質量部、さらに好ましくは2.0〜4.0質量部の量である。
水以外に、物理発泡剤として、地球環境保護の目的で開発されたクロロフルオロカーボン類やヒドロキシクロロフルオロカーボン類(HCFC−134a等)、炭化水素類(シクロペンタン等)、炭酸ガス、液化炭酸ガス、その他の発泡剤が、水と併用して使用することができる。
本発明において、発泡剤としては、水が用いられる。使用量としては、ポリオール100質量部に対して、好ましくは1.8〜5.0質量部、さらに好ましくは2.0〜4.0質量部の量である。
水以外に、物理発泡剤として、地球環境保護の目的で開発されたクロロフルオロカーボン類やヒドロキシクロロフルオロカーボン類(HCFC−134a等)、炭化水素類(シクロペンタン等)、炭酸ガス、液化炭酸ガス、その他の発泡剤が、水と併用して使用することができる。
(整泡剤)
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造において用いられる整泡剤としては、通常用いられるシリコーン整泡剤、即ち有機ケイ素系界面活性剤を使用することができる。たとえば、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のSRX−274C、SF−2969、SF−2961、SF−2962、Y−10515(以上、商品名)、日本ユニカー社製のL−5309、L−3601、L−5307、L−3600、L−5366、SZ−1142(以上、商品名)、エアプダクツ・アンド・ケミカルズ社製のDC5164、DC5043、DC5169、DC2583、DC2585(以上、商品名)、ゴールドシュミット社製のB8719、B8724、B8727、B8715、B8726、B4113(以上、商品名)などを好ましく用いることができる。シリコーン整泡剤の使用量は、ポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜5質量部、さらに好ましくは1.5〜5質量部の量である。
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造において用いられる整泡剤としては、通常用いられるシリコーン整泡剤、即ち有機ケイ素系界面活性剤を使用することができる。たとえば、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のSRX−274C、SF−2969、SF−2961、SF−2962、Y−10515(以上、商品名)、日本ユニカー社製のL−5309、L−3601、L−5307、L−3600、L−5366、SZ−1142(以上、商品名)、エアプダクツ・アンド・ケミカルズ社製のDC5164、DC5043、DC5169、DC2583、DC2585(以上、商品名)、ゴールドシュミット社製のB8719、B8724、B8727、B8715、B8726、B4113(以上、商品名)などを好ましく用いることができる。シリコーン整泡剤の使用量は、ポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜5質量部、さらに好ましくは1.5〜5質量部の量である。
(触 媒)
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に際して、触媒を添加することができる。触媒としては、従来公知の触媒が使用でき、特に制限は無いが、たとえば、トリエチレンジアミン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテルなどを好ましく用いることができる。
これらの触媒は、単独で、あるいは2種以上組み合わせて使用することができる。触媒の使用量は、ウレタンフォーム成形性の観点からポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましい。
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に際して、触媒を添加することができる。触媒としては、従来公知の触媒が使用でき、特に制限は無いが、たとえば、トリエチレンジアミン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテルなどを好ましく用いることができる。
これらの触媒は、単独で、あるいは2種以上組み合わせて使用することができる。触媒の使用量は、ウレタンフォーム成形性の観点からポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましい。
(架橋剤)
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造においては、架橋剤を使用することが好ましい。架橋剤のOHVは、好ましくは200〜1800mgKOH/gである。このような架橋剤としては、例えばグリセリン等の脂肪族多価アルコール類;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類などが挙げられる。
また、OHVが200〜1800mgKOH/gであるポリエーテルポリオールも架橋剤として用いることができ、さらに、従来公知の架橋剤も用いることができる。
このような架橋剤を使用する場合は、前記ポリオール及び/又は後記ポリマー分散ポリオールの総量100質量部に対して、0.5〜10質量部の量を用いることが好ましい。
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造においては、架橋剤を使用することが好ましい。架橋剤のOHVは、好ましくは200〜1800mgKOH/gである。このような架橋剤としては、例えばグリセリン等の脂肪族多価アルコール類;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類などが挙げられる。
また、OHVが200〜1800mgKOH/gであるポリエーテルポリオールも架橋剤として用いることができ、さらに、従来公知の架橋剤も用いることができる。
このような架橋剤を使用する場合は、前記ポリオール及び/又は後記ポリマー分散ポリオールの総量100質量部に対して、0.5〜10質量部の量を用いることが好ましい。
(その他の添加剤)
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に際して、その他添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に際して、その他添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。
(その他のポリオール)
本発明においては、ポリエーテルポリオールは前記特殊なものが利用できるが、ポリエーテルポリオールとして、前記条件を満足する限り、以下の他のポリオールを混合して利用することも可能である。
また、ポリエーテルポリオールの存在下に不飽和モノマーを重合したポリマー分散ポリオールの形のポリオールとすることもできる。この際に用いるポリエーテルポリオールとしては、本発明のポリエーテルポリオールの他に、4つの条件の内、(3)のポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基当たり4以上のものを利用することもでき、本発明のポリエーテルポリオールと混合して用いることができる。
本発明のポリエーテルポリオールは、本発明のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に使用する全ポリオールの40%以上であることが好ましく、60%以上であるのが特に好ましい。
本発明においては、ポリエーテルポリオールは前記特殊なものが利用できるが、ポリエーテルポリオールとして、前記条件を満足する限り、以下の他のポリオールを混合して利用することも可能である。
また、ポリエーテルポリオールの存在下に不飽和モノマーを重合したポリマー分散ポリオールの形のポリオールとすることもできる。この際に用いるポリエーテルポリオールとしては、本発明のポリエーテルポリオールの他に、4つの条件の内、(3)のポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基当たり4以上のものを利用することもでき、本発明のポリエーテルポリオールと混合して用いることができる。
本発明のポリエーテルポリオールは、本発明のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造に使用する全ポリオールの40%以上であることが好ましく、60%以上であるのが特に好ましい。
[本発明のポリエーテルポリオール以外に併用できるポリオール]
ウレタンフォームの原料として通常用いられるポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール等が例示できる。
ウレタンフォームの原料として通常用いられるポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール等が例示できる。
ポリエーテルポリオールとしては、触媒の存在下、前記活性水素化合物を開始剤として、アルキレンオキシドを付加重合したものが挙げられる。アルキレンオキシドとしては、上述のものが利用できる。触媒、重合条件などについても、上述と同様のものが利用できる。触媒としては、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物とアミン類の少なくとも1種、複合金属シアン化物錯体触媒、前記P=N結合を有するホスファゼニウム化合物、ホスファゼン化合物、ホスフィンオキシド化合物等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとして、テトラヒドロフランを酸性触媒存在下に重合して得られるポリテトラメチレンエーテルグリコール等も利用できる。
ポリエーテルポリオールとして、テトラヒドロフランを酸性触媒存在下に重合して得られるポリテトラメチレンエーテルグリコール等も利用できる。
ポリエステルポリオールとしては、グリセリン等の多価アルコールを開始剤として、ε−カプロラクトン、γ−ブチロラクトン等を開環付加して得られるポリエステルポリオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ペンタンジオール等のジオール類と、テレフタル酸、無水フタル酸等のジカルボン酸及びその無水物、またはテレフタル酸ジメチル等のカルボン酸エステル類との縮合により得られるポリエステルポリオール等を挙げることができる。
ポリエステルエーテルポリオールとしては、ポリエーテルポリオールに無水フタル酸等のジカルボン酸無水物を反応させて生じる半エステルを脱水縮合したり、該半エステルに塩基性触媒等の存在下、エポキシド類を付加して得られるもの等をあげることができる。
ポリカーボネートポリオールとしては、2〜3価の低分子ポリオールと炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等の炭酸ジエステルとの縮合により得られるもの等が挙げられる。
ポリブタジエンポリオールとしては、Bayer社製の商品名:Poly−bd、日本曹達社製の商品名:NissoPB等が挙げられる。
本発明のポリエーテルポリオールの他、上記各種ポリオールから選択した2種以上の混合物も使用できる。
上記ポリオールの中で好ましいポリオールは、ポリエーテルポリオールであり、好ましい平均官能基数は1〜8、さらに好ましくは2〜4であり、好ましいOHVは20〜80mgKOH/g、より好ましくは24〜70mgKOH/g、さらに好ましくは26〜60mgKOH/gである。
ポリカーボネートポリオールとしては、2〜3価の低分子ポリオールと炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等の炭酸ジエステルとの縮合により得られるもの等が挙げられる。
ポリブタジエンポリオールとしては、Bayer社製の商品名:Poly−bd、日本曹達社製の商品名:NissoPB等が挙げられる。
本発明のポリエーテルポリオールの他、上記各種ポリオールから選択した2種以上の混合物も使用できる。
上記ポリオールの中で好ましいポリオールは、ポリエーテルポリオールであり、好ましい平均官能基数は1〜8、さらに好ましくは2〜4であり、好ましいOHVは20〜80mgKOH/g、より好ましくは24〜70mgKOH/g、さらに好ましくは26〜60mgKOH/gである。
[ポリマー分散ポリオール]
ポリマー分散ポリオールは、ポリエーテルポリオールの存在下に、アクリロニトリルやスチレン等のビニルモノマーのように不飽和結合を有する化合物をアゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物化合物のようなラジカル開始剤を用いて、ポリオール中で分散重合させて得られたビニルポリマー粒子の分散体をいう。このビニルポリマー粒子は、不飽和結合を有する化合物の重合体からなるビニルポリマー粒子でもよいが、本発明では、分散重合時に、アクリロニトリル等の不飽和結合を有する化合物の少なくとも一部が、分散媒であるポリオールにグラフト化されたものが好ましい。
なお、前記不飽和結合を有する化合物とは、分子中に不飽和結合を有する化合物であり、たとえばアクリロニトリル、スチレン、アクリルアミドなどが挙げられる。これらの不飽和結合を有する化合物は、一種単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
また、ポリマー分散ポリオールを製造する際に、不飽和結合を有する化合物の他に、分散安定化剤や連鎖移動剤等を併用してもよい。
ビニルポリマー粒子の分散安定性、及びポリマー分散ポリオールの粘度が高くなりすぎない観点から、ビニルポリマー粒子の濃度は、ポリエーテルポリオール中でビニルモノマーを重合して得られるポリマー分散ポリオール100重量部中、5〜50重量部になるように製造することが好ましい。
ポリマー分散ポリオールは、ポリエーテルポリオールの存在下に、アクリロニトリルやスチレン等のビニルモノマーのように不飽和結合を有する化合物をアゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物化合物のようなラジカル開始剤を用いて、ポリオール中で分散重合させて得られたビニルポリマー粒子の分散体をいう。このビニルポリマー粒子は、不飽和結合を有する化合物の重合体からなるビニルポリマー粒子でもよいが、本発明では、分散重合時に、アクリロニトリル等の不飽和結合を有する化合物の少なくとも一部が、分散媒であるポリオールにグラフト化されたものが好ましい。
なお、前記不飽和結合を有する化合物とは、分子中に不飽和結合を有する化合物であり、たとえばアクリロニトリル、スチレン、アクリルアミドなどが挙げられる。これらの不飽和結合を有する化合物は、一種単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。
また、ポリマー分散ポリオールを製造する際に、不飽和結合を有する化合物の他に、分散安定化剤や連鎖移動剤等を併用してもよい。
ビニルポリマー粒子の分散安定性、及びポリマー分散ポリオールの粘度が高くなりすぎない観点から、ビニルポリマー粒子の濃度は、ポリエーテルポリオール中でビニルモノマーを重合して得られるポリマー分散ポリオール100重量部中、5〜50重量部になるように製造することが好ましい。
本発明に係るコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造において、ポリマー分散ポリオールを使用する場合、ポリエーテルポリオールとポリマー分散ポリオールの使用量を100としたとき、ポリマー微粒子の割合は、好ましくは5〜30質量%、さらに好ましくは5〜20質量%であることが望ましい。こうすることにより、セルの連通化を促進し、フォーム硬度を向上させることができる。
本発明のポリエーテルポリオールを使用し、上記の製造方法で製造したコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、密度が20〜60kg/m3、JIS K6400に記載のフォーム硬さ測定法に準じて測定された硬さを用いて、下記定義で表される感湿性(C)とフォーム密度(D:単位kg/m3)が、下記式(1)で表される関係を満たすものである。
0.15≦C≦0.0017×D+0.22 (1)
ここで、感湿性(C)とは、23℃、相対湿度50%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さを100とし、同じく23℃で相対湿度70%、相対湿度30%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さの相対値を算出し、3点のフォーム硬さを最小二乗法で結んだ直線の傾きの絶対値である。
0.15≦C≦0.0017×D+0.22 (1)
ここで、感湿性(C)とは、23℃、相対湿度50%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さを100とし、同じく23℃で相対湿度70%、相対湿度30%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さの相対値を算出し、3点のフォーム硬さを最小二乗法で結んだ直線の傾きの絶対値である。
以下に本発明の実施例を示し、本発明の熊様を更に明らかにするが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例、比較例における分析、測定は、下記の方法に従って行った。
(1)ポリエーテルポリオール(以下、ポリオールと言う)の水酸基価(OHV、単位:mgKOH/g)、及び総不飽和度(以下、C=Cという、単位:meq./g)
JIS K−1557記載の方法により測定した。
(2)ポリオールのオキシエチレン基(以下、EO量と言う。単位:重量%)、及び水酸基あたりのオキシエチレン基量(以下、EO量/OHと言う。単位:モル/OH)、ポリオールの1級水酸基化率(単位:%)
日本電子(株)製、400MHz 1H−NMR(核磁気共鳴)装置を用い、無水トリフルオロ酢酸(以下、TFAと言う)を添加した重水素化クロロホルムを溶媒とし、ポリオールの1H−NMRスペクトルを測定し、プロトン積分値より算出した。
実施例、比較例における分析、測定は、下記の方法に従って行った。
(1)ポリエーテルポリオール(以下、ポリオールと言う)の水酸基価(OHV、単位:mgKOH/g)、及び総不飽和度(以下、C=Cという、単位:meq./g)
JIS K−1557記載の方法により測定した。
(2)ポリオールのオキシエチレン基(以下、EO量と言う。単位:重量%)、及び水酸基あたりのオキシエチレン基量(以下、EO量/OHと言う。単位:モル/OH)、ポリオールの1級水酸基化率(単位:%)
日本電子(株)製、400MHz 1H−NMR(核磁気共鳴)装置を用い、無水トリフルオロ酢酸(以下、TFAと言う)を添加した重水素化クロロホルムを溶媒とし、ポリオールの1H−NMRスペクトルを測定し、プロトン積分値より算出した。
(3)フォーム物性は、以下の基準に準拠して測定した。
フォーム密度:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。JIS規格での見かけ密度を指す。表皮スキンありの直方体フォームサンプル(モールドより取り出した状態のものをそのままサンプルとする)を用いて測定を行った。
フォーム硬さ:JIS K−6400記載のA法に準拠して測定を実施した。サンプルは上記フォーム密度の測定と同様のサンプルを用いた。フォームの厚みは94mmないし100mmのものを使用した。23℃で、相対湿度が70%の恒温恒湿オーブンにフォームを22時間放置し、試験サンプルを取り出して直ちにフォーム硬さを測定した。23℃で、相対湿度50%、相対湿度30%でも同様にフォーム硬さを測定した。なお、測定は23℃で、相対湿度50%に調節した部屋で行った。
感湿性:23℃、相対湿度50%の上記フォーム硬さを100としたときの、相対湿度70%、相対湿度30%でのフォーム硬さの相対値を算出し、3点のフォーム硬さを最小二乗法で結んだ直線の傾きの絶対値を算出した。
反発弾性:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。フォームのコア部の測定結果を記載した。
伸び、引き裂き強度:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。
湿熱圧縮永久歪:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。測定に際しては、成形した軟質ポリウレタンフォームのコア部を50×50×25mm切り抜き使用した。試験片を50%の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、50℃、相対湿度95%の条件下、22時間放置した。試験片を取り出して30分後、その厚みを測定し、試験前の値と比較して歪み率を測定した。
フォーム密度:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。JIS規格での見かけ密度を指す。表皮スキンありの直方体フォームサンプル(モールドより取り出した状態のものをそのままサンプルとする)を用いて測定を行った。
フォーム硬さ:JIS K−6400記載のA法に準拠して測定を実施した。サンプルは上記フォーム密度の測定と同様のサンプルを用いた。フォームの厚みは94mmないし100mmのものを使用した。23℃で、相対湿度が70%の恒温恒湿オーブンにフォームを22時間放置し、試験サンプルを取り出して直ちにフォーム硬さを測定した。23℃で、相対湿度50%、相対湿度30%でも同様にフォーム硬さを測定した。なお、測定は23℃で、相対湿度50%に調節した部屋で行った。
感湿性:23℃、相対湿度50%の上記フォーム硬さを100としたときの、相対湿度70%、相対湿度30%でのフォーム硬さの相対値を算出し、3点のフォーム硬さを最小二乗法で結んだ直線の傾きの絶対値を算出した。
反発弾性:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。フォームのコア部の測定結果を記載した。
伸び、引き裂き強度:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。
湿熱圧縮永久歪:JIS K−6400記載の方法により測定を実施した。測定に際しては、成形した軟質ポリウレタンフォームのコア部を50×50×25mm切り抜き使用した。試験片を50%の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、50℃、相対湿度95%の条件下、22時間放置した。試験片を取り出して30分後、その厚みを測定し、試験前の値と比較して歪み率を測定した。
なお、アルキレンオキシドの付加重合触媒としては、特開2001−261813号公報に記載のホスファゼニウム化合物であるテトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフォニウムヒドロキシド(以下PZNと言う)、水酸化セシウム(アルドリッチ社製 試薬。以下、CsOHと言う)、水酸化カリウム(東京化成社製
試薬。以下、KOHと言う)を用いた。
試薬。以下、KOHと言う)を用いた。
実施例1
ポリエーテルポリオールの製造
ポリオールA
グリセリンの水酸基に対して、0.18モル%のPZNを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度90℃、最大反応圧力0.3MPaGの条件で、OHVが30mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。プロピレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。以下、該ポリオールを中間ポリオールAと言う。
次いで、該中間ポリオールAの水酸基に対して、30モル%のKOH(20重量%のメタノール溶液の形態)を添加し、液相に窒素を通気しながら、110℃、1.33kPa以下の条件で、3時間、加熱減圧操作を実施した。その後、反応温度110℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で、ポリオール中のEO量が8重量%になる量のエチレンオキシドを逐次装入した。エチレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次に、110℃、1.33kPa以下の条件で、0.5時間、加熱減圧処理を行い、粗製ポリオールAを得た。
上記粗製ポリオールA中の塩基成分1モルに対して、1.02モルのリン酸(75重量%の水溶液の形態)、及び粗製ポリオールAに対して、5重量%のイオン交換水を添加して、90℃、1時間の中和反応を行った。徐々に加熱減圧脱水を行いながら、40kPaの時点で、粗製ポリオールAに対して、0.1重量%の吸着剤(富田製薬製 トミックスAD600)を添加し、更に、減圧脱水を行った。最終的に、110℃、1.33kPaの条件で、2時間減圧操作を行った。その後、加圧ろ過操作を繰り返すことにより、精製したポリオールAを得た。
ポリオールAのOHVは28.2mgKOH/g、C=Cは0.022meq./g、EO量は7.6重量%、EO量/OHは3.4モル/OHであった。1級水酸基化率は、83%であった。
ポリエーテルポリオールの製造
ポリオールA
グリセリンの水酸基に対して、0.18モル%のPZNを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度90℃、最大反応圧力0.3MPaGの条件で、OHVが30mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。プロピレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。以下、該ポリオールを中間ポリオールAと言う。
次いで、該中間ポリオールAの水酸基に対して、30モル%のKOH(20重量%のメタノール溶液の形態)を添加し、液相に窒素を通気しながら、110℃、1.33kPa以下の条件で、3時間、加熱減圧操作を実施した。その後、反応温度110℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で、ポリオール中のEO量が8重量%になる量のエチレンオキシドを逐次装入した。エチレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次に、110℃、1.33kPa以下の条件で、0.5時間、加熱減圧処理を行い、粗製ポリオールAを得た。
上記粗製ポリオールA中の塩基成分1モルに対して、1.02モルのリン酸(75重量%の水溶液の形態)、及び粗製ポリオールAに対して、5重量%のイオン交換水を添加して、90℃、1時間の中和反応を行った。徐々に加熱減圧脱水を行いながら、40kPaの時点で、粗製ポリオールAに対して、0.1重量%の吸着剤(富田製薬製 トミックスAD600)を添加し、更に、減圧脱水を行った。最終的に、110℃、1.33kPaの条件で、2時間減圧操作を行った。その後、加圧ろ過操作を繰り返すことにより、精製したポリオールAを得た。
ポリオールAのOHVは28.2mgKOH/g、C=Cは0.022meq./g、EO量は7.6重量%、EO量/OHは3.4モル/OHであった。1級水酸基化率は、83%であった。
実施例2
ポリオールB
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、30モル%の粒状KOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、3時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度100℃、最大反応圧力0.4MPaGの条件で、OHVが30mgKOH/gになる迄、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。プロピレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次いで、実施例1と同様に、ポリオール中のEO量が7重量%になる量のエチレンオキシドを反応させ、その後、実施例1と同様な後処理方法で精製してポリオールBを得た。
ポリオールBのOHVは28.6mgKOH/g、C=Cは0.077meq./g、EO量は7.0重量%、EO量/OHは3.1モル/OHであった。1級水酸基化率は、75%であった。
ポリオールB
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、30モル%の粒状KOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、3時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度100℃、最大反応圧力0.4MPaGの条件で、OHVが30mgKOH/gになる迄、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。プロピレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次いで、実施例1と同様に、ポリオール中のEO量が7重量%になる量のエチレンオキシドを反応させ、その後、実施例1と同様な後処理方法で精製してポリオールBを得た。
ポリオールBのOHVは28.6mgKOH/g、C=Cは0.077meq./g、EO量は7.0重量%、EO量/OHは3.1モル/OHであった。1級水酸基化率は、75%であった。
実施例3
ポリオールC
グリセリンの水酸基に対して、8.5モル%のCsOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した以外は、実施例1と同様な操作により、ポリオールCを得た。
ポリオールCのOHVは28.5mgKOH/g、C=Cは0.017meq./g、EO量は7.9重量%、EO量/OHは3.7モル/OHであった。1級水酸基化率は、84%であった。
ポリオールC
グリセリンの水酸基に対して、8.5モル%のCsOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した以外は、実施例1と同様な操作により、ポリオールCを得た。
ポリオールCのOHVは28.5mgKOH/g、C=Cは0.017meq./g、EO量は7.9重量%、EO量/OHは3.7モル/OHであった。1級水酸基化率は、84%であった。
実施例4
ポリオールD
ペンタエリスリトールにKOH触媒存在下、プロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、8.5モル%のCsOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した以外は、実施例1と同様な操作により、ポリオールDを得た。
ポリオールDのOHVは28.5mgKOH/g、C=Cは0.015meq./g、EO量は8.0重量%、EO量/OHは3.0モル/OHであった。1級水酸基化率は、80モル%であった。
ポリオールD
ペンタエリスリトールにKOH触媒存在下、プロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、8.5モル%のCsOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した以外は、実施例1と同様な操作により、ポリオールDを得た。
ポリオールDのOHVは28.5mgKOH/g、C=Cは0.015meq./g、EO量は8.0重量%、EO量/OHは3.0モル/OHであった。1級水酸基化率は、80モル%であった。
比較例1
ポリオールE
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、10モル%の粒状KOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、5時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度100℃、最大反応圧力0.4MPaGの条件で、OHVが33mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。その後、反応温度110℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを逐次装入した。エチレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次に、110℃、1.33kPa以下の条件で、0.5時間、加熱減圧処理を行い、粗製ポリオールEを得た。その後、実施例1と同様な後処理方法で精製したポリオールEを得た。
ポリオールEのOHVは28.0mgKOH/g、C=Cは0.063meq./g、EO量は15.3重量%、EO量/OHは7.4モル/OHであった。1級水酸基化率は83%であった。
ポリオールE
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、10モル%の粒状KOHを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、5時間、加熱減圧操作を行い、開始剤を調製した。次いで、該開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換を行った。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度100℃、最大反応圧力0.4MPaGの条件で、OHVが33mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。その後、反応温度110℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを逐次装入した。エチレンオキシドを装入後、オートクレーブの圧力の変化が無くなった時点で、反応を終了した。次に、110℃、1.33kPa以下の条件で、0.5時間、加熱減圧処理を行い、粗製ポリオールEを得た。その後、実施例1と同様な後処理方法で精製したポリオールEを得た。
ポリオールEのOHVは28.0mgKOH/g、C=Cは0.063meq./g、EO量は15.3重量%、EO量/OHは7.4モル/OHであった。1級水酸基化率は83%であった。
比較例2
ポリオールF
グリセリンの水酸基に対して10モル%の粒状KOHを添加し、OHVが35mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、次いで、EO付加前に添加したKOHを中間ポリオールFの水酸基に対して10mol%(20重量%のメタノール溶液の形態)にし、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを付加重合した以外は、実施例1と同様な操作によりポリオールFを得た。
ポリオールFのOHVは29.8mgKOH/g、C=Cは0.049meq./g、EO量は15.3重量%、EO量/OHは6.5モル/OHであった。1級水酸基化率は88%であった。
ポリオールF
グリセリンの水酸基に対して10モル%の粒状KOHを添加し、OHVが35mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、次いで、EO付加前に添加したKOHを中間ポリオールFの水酸基に対して10mol%(20重量%のメタノール溶液の形態)にし、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを付加重合した以外は、実施例1と同様な操作によりポリオールFを得た。
ポリオールFのOHVは29.8mgKOH/g、C=Cは0.049meq./g、EO量は15.3重量%、EO量/OHは6.5モル/OHであった。1級水酸基化率は88%であった。
比較例3
ポリオールG
OHVが37mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、次いで、該中間ポリオールGの水酸基に対して、30モル%のKOH(20重量%のメタノール溶液の形態)を添加し、エチレンオキシドを付加重合反応した以外は、比較例2と同様な操作によりポリオールGを得た。
ポリオールGのOHVは31.0mgKOH/g、C=Cは0.047meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは6.2モル/OHであった。1級水酸基化率は96%であった。
ポリオールG
OHVが37mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、次いで、該中間ポリオールGの水酸基に対して、30モル%のKOH(20重量%のメタノール溶液の形態)を添加し、エチレンオキシドを付加重合反応した以外は、比較例2と同様な操作によりポリオールGを得た。
ポリオールGのOHVは31.0mgKOH/g、C=Cは0.047meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは6.2モル/OHであった。1級水酸基化率は96%であった。
比較例4
ポリオールH
OHVが41mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、続けてエチレンオキシドの付加重合反応を行い、粗製ポリオールHを得た。この粗製ポリオールH100重量部に対し、イオン交換水3重量部と0.7重量部の吸着剤(協和化学製
KW−700SEL)を添加し、90℃で3時間攪拌した後、減圧脱水を行った。最終的に、110℃、1.33kPaの条件で、2時間減圧操作を行った。その後、加圧ろ過操作を繰り返すことにより、精製したポリオールHを得た。
ポリオールHのOHVは35.0mgKOH/g、C=Cは0.018meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは6.7モル/OHであった。1級水酸基化率は77%であった。
ポリオールH
OHVが41mgKOH/gになるまでプロピレンオキシドの付加重合反応を行い、続けてエチレンオキシドの付加重合反応を行い、粗製ポリオールHを得た。この粗製ポリオールH100重量部に対し、イオン交換水3重量部と0.7重量部の吸着剤(協和化学製
KW−700SEL)を添加し、90℃で3時間攪拌した後、減圧脱水を行った。最終的に、110℃、1.33kPaの条件で、2時間減圧操作を行った。その後、加圧ろ過操作を繰り返すことにより、精製したポリオールHを得た。
ポリオールHのOHVは35.0mgKOH/g、C=Cは0.018meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは6.7モル/OHであった。1級水酸基化率は77%であった。
比較例5
ポリオールI
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加重合して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、6モル%の粒状KOHを添加した以外は比較例1と同様にして、OHVが40mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。その後、比較例1と同様の条件で、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを付加重合反応させ、比較例1と同様な後処理方法で精製したポリオールIを得た。
ポリオールIのOHVは34.0mgKOH/g、C=Cは0.055meq./g、EO量は14.6重量%、EO量/OHは7.5モル/OHであった。1級水酸基化率は76%であった。
ポリオールI
グリセリンにKOH触媒存在下にプロピレンオキシドを付加重合して得たOHV420mgKOH/gの精製ポリオールの水酸基に対して、6モル%の粒状KOHを添加した以外は比較例1と同様にして、OHVが40mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った。その後、比較例1と同様の条件で、ポリオール中のEO量が15重量%になる量のエチレンオキシドを付加重合反応させ、比較例1と同様な後処理方法で精製したポリオールIを得た。
ポリオールIのOHVは34.0mgKOH/g、C=Cは0.055meq./g、EO量は14.6重量%、EO量/OHは7.5モル/OHであった。1級水酸基化率は76%であった。
比較例6
ポリオールO
OHVが66mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った以外は、比較例5と同様な方法により、ポリオールOを得た。
ポリオールOのOHVは56.0mgKOH/g、C=Cは0.026meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは3.4モル/OHであった。1級水酸基化率は68%であった。
ポリオールO
OHVが66mgKOH/gになるまで、プロピレンオキシドの付加重合反応を行った以外は、比較例5と同様な方法により、ポリオールOを得た。
ポリオールOのOHVは56.0mgKOH/g、C=Cは0.026meq./g、EO量は15.0重量%、EO量/OHは3.4モル/OHであった。1級水酸基化率は68%であった。
実施例1〜4、比較例1〜6の結果を表1に示した。
ポリオールA〜D以外は、本発明に係るポリエーテルポリオールの条件を満たしていないことがわかる。
ポリオールA〜D以外は、本発明に係るポリエーテルポリオールの条件を満たしていないことがわかる。
製造例1
ポリオールJ
ポリオールC77重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.4重量部、アルリロニトリル(AN)23重量部の混合物を1リットルの連続反応装置に、反応温度125℃、反応圧力0.3MpaG、滞留時間30分の条件で連続的に装入して反応を行い、反応混合物を連続的に、減圧度0.67kPa、120℃の蒸発器に導入し、未反応のモノマーとAIBNの分解物を除去し、ポリマー分散ポリオールJを得た。得られたポリマー分散ポリオールJのOHVは24.1mgKOH/g、粘度は3500mPa・s/25℃であった。
ポリオールJ
ポリオールC77重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.4重量部、アルリロニトリル(AN)23重量部の混合物を1リットルの連続反応装置に、反応温度125℃、反応圧力0.3MpaG、滞留時間30分の条件で連続的に装入して反応を行い、反応混合物を連続的に、減圧度0.67kPa、120℃の蒸発器に導入し、未反応のモノマーとAIBNの分解物を除去し、ポリマー分散ポリオールJを得た。得られたポリマー分散ポリオールJのOHVは24.1mgKOH/g、粘度は3500mPa・s/25℃であった。
製造例2〜5
ポリオールとモノマー組成を表2に記載の組み合わせにし、製造例1と同様な操作により、ポリマー分散ポリオールK〜Nを得た。
製造例1〜5の原料組成及び得られたポリマー分散ポリオールJ〜Nの性状測定結果を表2に示した。
ポリオールとモノマー組成を表2に記載の組み合わせにし、製造例1と同様な操作により、ポリマー分散ポリオールK〜Nを得た。
製造例1〜5の原料組成及び得られたポリマー分散ポリオールJ〜Nの性状測定結果を表2に示した。
次いで、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームの製造について説明する。
前記ポリオールA〜Nを使用して、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造した。上記ポリオール以外に、以下の原料を使用した。
前記ポリオールA〜Nを使用して、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造した。上記ポリオール以外に、以下の原料を使用した。
有機イソシアナート化合物A:コスモネートTM−20 三井武田ケミカル社製品で、2,4−トルイレンジイソシアナートと2,6−トルイレンジイソシアナートとの80:20質量比の混合物80部と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアナート20部の混合物
触媒A:Minico L−1020 活材ケミカル社製品でアミン系触媒
触媒B:Niax A−1 Crompton社製品で、アミン系触媒
架橋剤A:KL−210 三井武田ケミカル社製品で、水酸基価830mgKOH/gの架橋剤
架橋剤B:グリセリン
整泡剤A:L−5309 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤B:L−3601 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤C:SZ−1142 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤D:L−5366 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
触媒A:Minico L−1020 活材ケミカル社製品でアミン系触媒
触媒B:Niax A−1 Crompton社製品で、アミン系触媒
架橋剤A:KL−210 三井武田ケミカル社製品で、水酸基価830mgKOH/gの架橋剤
架橋剤B:グリセリン
整泡剤A:L−5309 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤B:L−3601 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤C:SZ−1142 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
整泡剤D:L−5366 日本ユニカー社製品で、シリコーン整泡剤
実施例5
表3に示す成分を混合してレジン液を調製した。単位は重量部(以下同じ)である。
整泡剤は、ウレタンフォームをモールドから脱型してクラッシングした際に、フォームが割れない程度の独立気泡性に調整するため、整泡剤Dを2部使用した。
上記レジン液と、NCOインデックス1.00の当量分を計量した有機イソシアナート化合物Aを予め23℃に温度調整した。レジン液と有機イソシアナート化合物Aを6秒間混合し、直ちに予め65℃に調整した内寸400×400×100mmの金型へ注入し、蓋を閉めて発泡させた。金型温度を65℃に温度調節したまま6分間加熱硬化した後、軟質ポリフォームを金型より取り出し、クラッシングした。得られたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの物性を表3に示す。
表3に示す成分を混合してレジン液を調製した。単位は重量部(以下同じ)である。
整泡剤は、ウレタンフォームをモールドから脱型してクラッシングした際に、フォームが割れない程度の独立気泡性に調整するため、整泡剤Dを2部使用した。
上記レジン液と、NCOインデックス1.00の当量分を計量した有機イソシアナート化合物Aを予め23℃に温度調整した。レジン液と有機イソシアナート化合物Aを6秒間混合し、直ちに予め65℃に調整した内寸400×400×100mmの金型へ注入し、蓋を閉めて発泡させた。金型温度を65℃に温度調節したまま6分間加熱硬化した後、軟質ポリフォームを金型より取り出し、クラッシングした。得られたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの物性を表3に示す。
実施例6〜10及び比較例7〜11
表3〜5に示す成分を混合してレジン液を調製した。
整泡剤は、ウレタンフォームをモールドから脱型してクラッシングした際に、フォームが割れない程度の独立気泡性に調整するため、整泡剤A〜Dを混合し、1〜2部になる量で使用した。
上記レジン液を使用し、実施例5と同様にして、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを得た。その物性を表3〜5に示す。
表3〜5に示す成分を混合してレジン液を調製した。
整泡剤は、ウレタンフォームをモールドから脱型してクラッシングした際に、フォームが割れない程度の独立気泡性に調整するため、整泡剤A〜Dを混合し、1〜2部になる量で使用した。
上記レジン液を使用し、実施例5と同様にして、コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを得た。その物性を表3〜5に示す。
<実施例の考察>
表1の実施例1〜4と比較1〜6との対比より、本発明の方法に依れば、低いオキシエチレン基含有量(EO量)において、1級水酸基化率が従来同等に高いポリエーテルポリオールが製造できることがわかる。
表3の実施例5〜8と比較例7〜9との対比、および表4の実施例9と比較例10との対比、および表5の実施例10と比較例11との対比より、本発明のポリエーテルポリオールおよびポリマー分散ポリオールから製造されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、フォーム硬さが湿度変化の影響を受けにくく、感湿性が改善されていることがわかる。また、ポリオール中のEO量、水酸基あたりのEO量、1級水酸基化率が、本発明の範囲に入っていないポリオールから製造されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの感湿性Cは、その密度Dによって、0.15≦C≦0.0017×D+0.22
の範囲に入っていないことがわかる。
また、本発明のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性が比較例に対して同等以上の性能を示し、伸びや引き裂き強度などの物性も十分な性能を示している。
更に、低いオキシエチレンン基含有量で、且つ、ポリオールの総不飽和度を低減することにより、得られるコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、湿熱圧縮永久歪が改善され、優れた感湿性と共に優れた耐久性を示すことがわかる。特に、表4〜5の結果より、低い密度範囲において、湿熱圧縮永久歪が格段に改善されることがわかる。
表1の実施例1〜4と比較1〜6との対比より、本発明の方法に依れば、低いオキシエチレン基含有量(EO量)において、1級水酸基化率が従来同等に高いポリエーテルポリオールが製造できることがわかる。
表3の実施例5〜8と比較例7〜9との対比、および表4の実施例9と比較例10との対比、および表5の実施例10と比較例11との対比より、本発明のポリエーテルポリオールおよびポリマー分散ポリオールから製造されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、フォーム硬さが湿度変化の影響を受けにくく、感湿性が改善されていることがわかる。また、ポリオール中のEO量、水酸基あたりのEO量、1級水酸基化率が、本発明の範囲に入っていないポリオールから製造されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームの感湿性Cは、その密度Dによって、0.15≦C≦0.0017×D+0.22
の範囲に入っていないことがわかる。
また、本発明のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性が比較例に対して同等以上の性能を示し、伸びや引き裂き強度などの物性も十分な性能を示している。
更に、低いオキシエチレンン基含有量で、且つ、ポリオールの総不飽和度を低減することにより、得られるコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、湿熱圧縮永久歪が改善され、優れた感湿性と共に優れた耐久性を示すことがわかる。特に、表4〜5の結果より、低い密度範囲において、湿熱圧縮永久歪が格段に改善されることがわかる。
本発明のコールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性が高く、しかも硬度の湿度依存性の低減されたコールドキュア軟質ポリウレタンフォームで、自動車内装やクッション材等に好適である。
Claims (7)
- エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
であるポリエーテルポリオールと、有機ポリイソシアナートと、発泡剤としての水を接触させることにより得られるコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム。 - 軟質ポリウレタンフォームが、密度が20〜60kg/m3、JIS K6400に記載のフォーム硬さ測定法に準じて測定された硬さを用いて下記定義で表される感湿性(C)とフォーム密度(D:単位kg/m3)が、下記式(1)で表される関係を満たすものである請求項1に記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム、
0.15≦C≦0.0017×D+0.22 (1)
ここで、感湿性(C)とは、23℃、相対湿度50%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さを100とし、同じく23℃で相対湿度70%、相対湿度30%の環境に22時間放置したときの上記フォーム硬さの相対値を算出し、3点のフォーム硬さを最小二乗法で結んだ直線の傾きの絶対値である。 - ポリエーテルポリオールが、活性水素化合物に付加する必須成分のエチレンオキシド以外のアルキレンオキシドがプロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシドから選ばれる1種以上からなるアルキレンオキシドである請求項1または2記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム。
- ポリエーテルポリオールが、総不飽和度が0.040meq./g以下のポリエーテルポリオールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム。
- ポリエーテルポリオールが、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤にプロピレンオキシドを付加した中間体にエチレンオキシドを付加する際、中間体の水酸基に対して、15〜50モル%のアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる1種以上の触媒の存在下に、エチレンオキシドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールである請求項1〜4のいずれかに記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム。
- ポリエーテルポリオールが、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤にプロピレンオキシドを付加する際、P=N結合を有するホスファゼニウム化合物、P=N結合を有するホスファゼン化合物、P=N結合を有するホスフィンオキシド化合物、水酸化セシウムから選ばれる1種以上の触媒が、開始剤の活性水素に対して0.1〜10モル%の触媒濃度、反応温度が80〜120℃の条件でプロピレンオキシドを付加して中間体を得、その中間体にエチレンオキシドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールである請求項1〜5のいずれかに記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム。
- エチレンオキシドを必須成分とするアルキレンオキシドを、分子内に1以上の活性水素を有する開始剤に付加して得られるポリエーテルポリオールであって、
(1)平均官能基数が2〜4
(2)数平均分子量が4500〜8000
(3)ポリエーテルポリオール中のオキシエチレン基が水酸基あたり平均1〜4モル
(4)全水酸基中のヒドロキシエチル基による1級水酸基が70%以上
である請求項1〜6に記載のコールドキュア軟質ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオール。
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JP2004246525A JP2005097583A (ja) | 2003-08-27 | 2004-08-26 | コールドキュア軟質ポリウレタンフォーム及び該ポリウレタンフォーム用ポリエーテルポリオール |
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- 2004-08-26 JP JP2004246525A patent/JP2005097583A/ja active Pending
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