JP2005336495A - 迅速脱型/長期クリーム時間性のポリウレタン配合物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリウレタン製品の形成に使用される触媒組成物には、ゲル化触媒、三量体化触媒及び硬化促進剤が含まれる。ゲル化触媒は、第三アミン、モノ(第三アミノ)尿素、ビス(第三アミノ)尿素又はこれらのいずれかの組合せである。三量体化触媒は、公知の三量体化触媒のいずれであってもよい。硬化促進剤は、少なくとも1個の第一ヒドロキシル基を有しかつ複数のヒドロキシル基の間に炭素、酸素又は両者から選ばれる5〜17個の主鎖原子(但し、当該主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を有するジオールであってよい。これに代えて、或いはこれに加えて、硬化促進剤は、少なくともその2個が第一ヒドロキシル基である3個以上のヒドロキシル基を有し、90〜400g/モルの分子量を有するポリオールであってもよい。
【選択図】 なし
Description
i)少なくとも1個の第一ヒドロキシル基を含み、その複数ヒドロキシル基の間に炭素、酸素、又は両者から選定される5〜17個の主鎖原子(但し、当該主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を有するジオールからなる第一の群、及び
ii)3個以上のヒドロキシル基を含み、その少なくとも2個が第一ヒドロキシル基であって、かつ90g/モル〜400g/モルの分子量を有する化合物からなる第二の群、
の一方又は両者から選定される一種以上の硬化促進剤が含まれる。
成分 典型的な範囲(重量%) 好ましい範囲(重量%) 最適な範囲(重量%)
ゲル化触媒 0.1〜40 14〜35 24〜32
三量体化触媒 0.1〜8 1.4〜6 2〜5
発泡触媒 0〜24 0.8〜4 1〜3
硬化促進剤 28〜99.8 55〜83.8 60〜73
成分 典型的な範囲(重量%) 好ましい範囲(重量%) 最適な範囲(重量%)
触媒組成物 5〜100 25〜75 55〜65
連鎖延長剤 0〜95 25〜75 35〜45
当該技術分野で知られているゲル化触媒は、いずれも、本発明によって使用されてよい。ゲル化触媒は、0.7未満の初期選択性をもつウレタン分野で知られているいずれかの第三アミン触媒である。触媒の選択性は、ゲル化速度(ウレタンの生成)に対する発泡速度(尿素の生成)の比として定義される[J. Cellular Plastics、第28巻、1992年、360〜398頁]。本発明の一実施態様では、当該ゲル化触媒には、第三アミン又はモノ(第三アミノ)尿素又はビス(第三アミノ)尿素、あるいはそれらの誘導体が含まれる。一つの実証的な第三アミンは、トリエチレンジアミン(TEDA)であり、また、1,4‐ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンとしても知られているが、当該分野で知られる他のものが用いられてもよい。他の好適なゲル化触媒には、N,N‐ビス(3‐ジメチルアミノプロピル)‐N‐イソプロパノールアミン、N,N,N",N"‐テトラメチルジプロピレントリアミン、N,N‐ビス(3‐ジメチルアミノプロピル)‐1,3‐プロパンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N‐ジメチルアミノプロピル‐N‐メチルエタノールアミン、キヌクリジン及び置換キヌクリジン(米国特許第5,143,944号及び同第5,233,039号明細書)、置換ピロリジジン(米国特許第5,512,603号明細書)、及び置換ピロリジン(欧州特許第499873号明細書)が含まれる。
Aは、CH又はNを表し、
R1は、水素又は基:
nは、1〜6(6を含む)の整数を表し、
R2及びR3は、それぞれ、水素又はC1〜C6のアルキル基を表し、そして
R4又はR5は、それぞれ、C1〜C6のアルキル基を表し、あるいは共に、環状酸素又はアミン部分‐NR‐(ここで、Rは、水素、C1〜C4のアルキル基、又は基‐(CR2R3)n‐NR1‐CO‐NR6R7であり、更に、R6又はR7は、それぞれ独立して、H又は基:
本発明により使用される好適な三量体化触媒には、当該分野で公知ないずれの触媒も含まれる。特定の非限定的な例には、Galla 等の米国特許第4,582,861号明細書に開示されるような、N,N',N"‐トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロトリアジン及びN‐ヒドロキシアルキルの第四アンモニウムカルボニレートもしくはカルボキシレート塩が含まれる。また、アルカリ金属カルボキシレート塩も有用であり、その非限定的な例には、本明細書中後に説明される、「ブロック性」の(即ち、塩を形成する)アミン含有触媒に使われるカルボン酸のアルカリ塩がある。一つの実証的なカルボキシレート塩は、カリウム2‐エチルヘキサノエートである。他の好適なアルカリカルボキシレート三量体化触媒は、米国特許第3,896,052号明細書に開示されるような、ナトリウムN‐(2‐ヒドロキシフェニル)メチルグリシネート、及びナトリウムN‐(2‐ヒドロキシ‐5‐ノニルフェニル)メチル‐N‐メチルグリシネートである。特に有効な三量体化触媒は、フェノール又はカルボン酸でブロックされた1,8‐ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク‐7‐エン、及び以下の構造を有するTEDAのプロピレンオキシド第四塩である。
相当な数の発泡触媒が、ポリウレタン分野では知られており、これらのいずれもが、本発明により用いられてよい。発泡触媒は、0.8より大きい初期選択性をもつウレタン分野で知られているいずれかの第三アミン触媒である。触媒の選択性は、ゲル化速度(ウレタンの生成)に対する発泡速度(尿素の生成)の比として定義される[J. Cellular Plastics、第28巻、1992年、360〜398頁]。好適な第三アミン発泡触媒の例には、ペンシルベニア州、アレンタウンの Air Products and Chemicals, Inc. により、DABCO(登録商標)BL−11として市販されている、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン及び同族組成物(米国特許第5,039,713号、同第5,559,161号明細書)、高級ペルメチル化ポリアミン(米国特許第4,143,003号明細書)、分枝ポリアミン(米国特許第3,836,488号明細書)、2‐[N‐ジメチルアミノエトキシエチル)‐N‐メチルアミノ]エタノールおよび同族構造体(米国特許第4,338,408号明細書)、アルコキシル化ポリアミン(米国特許第5,508,314号明細書)、イミダゾール‐ボロン組成物(米国特許第5,539,007号明細書)、及びアミノプロピル‐ビス(アミノエチル)エーテル組成物(米国特許第5,874,483号及び同第5,824,711号明細書)が含まれる。本発明により典型的に使用される発泡触媒は、ペンタメチルジエチレントリアミン及びペルメチル化トリエチレンテトラミンである。
本発明による硬化促進剤には、二つのカテゴリーのいずれか、あるいは両者が含まれる。第一のカテゴリーは、少なくとも1個の第一ヒドロキシル基、そして好ましくは、2個の第一ヒドロキシル基を含むジオールからなり、その2個のヒドロキシル基は、炭素、酸素、または両者から選ばれる5〜17個の主鎖原子(但し、主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を含有する有機基(連鎖、環、あるいはそれらの組合せ)によって結合されている。このカテゴリーにおける実証的なジオールには、1,5‐ペンタンジオール、1,6‐ヘキサンジオール、及び直鎖C17のジオールまでを含む同族ジオールの全て、並びに1個以上のC1〜C4のアルキル基で置換されたこれらジオールのいずれか、が含まれる。他の実証的なジオールには、2〜6個のエチレンオキシド単位を有するポリエチレングリコール、及び2〜6個のプロピレンオキシド単位を有するポリプロピレングリコールが含まれる。
本発明に使用される好適な連鎖延長剤には、エチレングリコール、1,4‐ブタンジオール、及びこれらの組合せが含まれる。
本発明の一実施態様では、ゲル化触媒、発泡触媒、及び三量体化触媒のあるもの、あるいは全部が、当該触媒に塩を形成するアミン官能価を含有すると仮定して、カルボン酸塩、フェノール、又は置換フェノールで「ブロック」され(つまり、それらで塩が形成され)てもよい。ポリウレタン配合物に添加される触媒には、カルボン酸又はフェノールが既に存在して含まれていてもよく、あるいは、当該酸又はフェノールが、一以上の他の成分と共に当該配合物に添加されてもよく、それによって同一反応系中で塩が形成されるということが、留意されるべきである。かかる塩の形態で触媒組成物を提供することによって、触媒活性の遅れた開始が達成されることがある。このことは、ある適用、例えば粘度増加の遅延が金型への充填を容易にするために望まれる場合には、有益である。
本発明の触媒を用いて調製されるポリウレタンは、当該分野で知られる広範囲のポリイソシアネートのいずれから作られてもよい。好適なポリイソシアネートの例には、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、及び4,4'‐ジフェニルメタンジイソシアネートが含まれる。特に好適なものは、2,4‐及び2,6‐トルエンジイソシアネートのそれぞれ、又は市販されているそれらの混合物である。他の好適なジイソシアネートの混合物には、他の異性及び類似の高級ポリイソシアネートと共に約60%の4,4'‐ジフェニルメタンジイソシアネートを含む、「粗MDI」として市販され、またPAPIとしても知られているものがある。また、ポリイソシアネートとポリエーテル又はポリエステルポリオールとの部分予備反応混合物を含むこれらポリイソシアネートの「プレポリマー」も好適である。
本発明の触媒を用いて調製されるポリウレタンは、当該分野で知られる広範囲のポリオールのいずれから作られてもよい。本発明の触媒組成物によって触媒されるポリウレタン配合物を作るのに使用される好適なポリオールは、ポリアルキレンエーテルポリオール及びポリエステルポリオールである。当該ポリアルキレンエーテルポリオールには、ポリ(エチレンオキシド)ポリマー及びポリ(プロピレンオキシド)ポリマーのようなポリ(アルキレンオキシド)ポリマー、及び、例えば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、シクロヘキサンジオール及び同様の低分子量ポリオールのような、ジオール及びトリオールを含む多価化合物から誘導される末端ヒドキシル基を有するコポリマーが含まれる。有用なポリエステルポリオールには、ジカルボン酸と過剰のジオール、例えばアジピン酸とエチレングリコール、ジエチレングリコール又は1,4‐ブタンジオールとを反応させることによって得られるもの、又はカプロラクトンのようなラクトンと過剰のプロピレングリコールのようなジオールを反応させることによって得られるものが含まれる。他のポリオールも当該分野で知られているが、それらを用いることも、本発明では意図されている。
触媒組成物を、ミシガン州、グランドラッピドの The Edge Sweets Company, Inc. によって製造された、6000rpmのスクリュウ速度をもつ低圧剪断機を用いて試験した。プレミックス及びプレポリマーの温度を、43℃に維持した。それぞれの開始時間を、「クリーム時間」、即ち、配合物の色の淡色化と体積増加が泡の形成開始を示す時間、として記録した。 30×15×1cm寸法をもつ金型を、55℃に加熱した。それぞれの脱型時間は、所望の時間に成形品を脱型し、180°曲げることによって決定した。クラックが全く観察されないときに、成形品は最適の脱型に達したものと判定した。全ての成形品の密度を、調査中、0.50〜0.55g/ccに維持した。この調査には、表5の配合を使用した。ここに示したポリエステルポリオールは、2官能性である。
数種の三量体化触媒を評価したところ、グリセロールを含有する系では、有益な効果を有していることが判った。TEDAのN‐ヒドロキシプロピル第四アンモニウムカルボキシレート塩(米国特許第4,785,025号明細書)、N,N',N"‐トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロトリアジン、及びフェノール又は2‐エチルヘキサン酸でブロックされた1,8‐ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク‐7‐エン(DBU)を、以下の触媒配合物を用いて評価した。
Claims (11)
- (a)ゲル化触媒及び三量体化触媒を含み、当該ゲル化触媒が第三アミン、モノ(第三アミノ)尿素、ビス(第三アミノ)尿素、及びこれらのいずれかの組合せからなる群より選定される、触媒の組合せ、及び
(b)i)少なくとも1個の第一ヒドロキシル基を含み、その複数のヒドロキシル基の間に炭素、酸素、又は両者から選定される5〜17個の主鎖原子(但し、当該主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を有するジオールからなる第一の群、及び
ii)3個以上のヒドロキシル基を含み、その少なくとも2個が第一ヒドロキシル基であって、かつ90g/モル〜400g/モルの分子量を有する化合物からなる第二の群、
の一方又は両者から選定される、一種以上の硬化促進剤、
を含んでなるポリウレタンフォーム製造用の組成物。 - ゲル化触媒、三量体化触媒、及び硬化促進剤が、
ゲル化触媒 0.1重量%〜40重量%
三量体化触媒 0.1重量%〜8重量%
硬化促進剤 52重量%〜99.8重量%
の量で存在する、請求項1に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。 - 前記組成物が、24重量%以下の量で、更に発泡触媒を含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 前記組成物が、少なくとも、ゲル化触媒及び発泡触媒の少なくとも一方の部分と塩を形成するフェノール又はカルボン酸を更に含んでなる、請求項3に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 5〜100重量%の量の前記触媒の組合せが、5重量%〜99重量%の量で、更にエチレングリコール、1,4‐ブタンジオール、又はこれらの組合せを含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 前記ゲル化触媒が、以下の一般式:
式中、
Aは、CH又はNを表し、
R1は、水素又は基:
nは、1〜6(6を含む)の整数を表し、
R2及びR3は、それぞれ、水素又はC1〜C6のアルキル基を表し、そして
R4又はR5は、それぞれ、C1〜C6のアルキル基を表し、あるいは共に、環状酸素又はアミン部分‐NR‐(ここで、Rは、水素、C1〜C4のアルキル基、又は基‐(CR2R3)n‐NR1‐CO‐NR6R7であり、更に、R6又はR7は、それぞれ独立して、H又は基:
- 前記ゲル化触媒が、トリエチレンジアミン、3‐ジメチルアミノプロピル尿素、N,N'‐ビス(3‐ジメチルアミノプロピル)尿素、1‐(N‐メチル‐3‐ピロリジノ)メチル尿素、1,3‐ビス(N‐メチル‐3‐ピロリジノ)メチル尿素、及びこれらの混合物からなる群より選定される化合物を含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 前記三量体化触媒が、TEDAプロピレンオキシドの2‐エチルヘキサノン酸第四塩、1,8‐ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク‐7‐エンの単独、あるいはフェノール又はカルボン酸でブロックされた1,8‐ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク‐7‐エン、N‐ヒドロキシアルキルの第四アンモニウムカルボキシレート塩、N,N',N"‐トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロトリアジン、アルカリ金属カルボキシレート及びこれらの混合物からなる群より選定される化合物を含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 前記発泡触媒が、ペンタメチルジエチレントリアミン、ペルメチル化トリエチレンテトラミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、及びこれらの混合物からなる群より選定される化合物を含む、請求項3に記載のポリウレタンフォーム製造用の組成物。
- 高分子量ポリオール、ポリイソシアネート、及び
(a)ゲル化触媒及び三量体化触媒を含み、当該ゲル化触媒が第三アミン、モノ(第三アミノ)尿素、ビス(第三アミノ)尿素、及びこれらのいずれかの組合せからなる群より選定される、触媒の組合せ、及び
(b)i)少なくとも1個の第一ヒドロキシル基を含み、その複数のヒドロキシル基の間に炭素、酸素、又は両者から選定される5〜17個の主鎖原子(但し、当該主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を有するジオールからなる第一の群、及び
ii)3個以上のヒドロキシル基を含み、その少なくとも2個が第一ヒドロキシル基であって、かつ90g/モル〜400g/モルの分子量を有する化合物からなる第二の群、
の一方又は両者から選定される、一種以上の硬化促進剤、
を含む組成物を混合することを含んでなるポリウレタンフォームの製造方法。 - 反応が、
(a)ゲル化触媒及び三量体化触媒を含み、当該ゲル化触媒が第三アミン、モノ(第三アミノ)尿素、ビス(第三アミノ)尿素、及びこれらのいずれかの組合せからなる群より選定される、触媒の組合せ、及び
(b)i)少なくとも1個の第一ヒドロキシル基を含み、その複数のヒドロキシル基の間に炭素、酸素、又は両者から選定される5〜17個の主鎖原子(但し、当該主鎖原子の少なくとも5個は炭素である)を有するジオールからなる第一の群、及び
ii)3個以上のヒドロキシル基を含み、その少なくとも2個が第一ヒドロキシル基であって、かつ90g/モル〜400g/モルの分子量を有する化合物からなる第二の群、
の一方又は両者から選定される、一種以上の硬化促進剤、
を含む組成物の存在下で行われる、高分子量ポリオールとポリイソシアネートとの反応生成物を含んでなるポリウレタン配合品。
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