JP2007516339A - イミン結合および第3級アミンを含有する堅牢触媒(non−fugitivecatalysts)、ならびにそれから作製したポリウレタン製品 - Google Patents

イミン結合および第3級アミンを含有する堅牢触媒(non−fugitivecatalysts)、ならびにそれから作製したポリウレタン製品 Download PDF

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Abstract

本発明は、堅牢アミン触媒であって、少なくとも1つのイミンおよび少なくとも1つの第3級アミン部分を含有する触媒に関するものである。そのような触媒は、ポリウレタン製品の製造に適切である。

Description

本発明は、イミン結合および第3級アミンを含有する堅牢触媒、およびそのような触媒を用いて作製されたポリウレタンポリマー製品に関する。
アルキレンオキシド、および/またはポリエステルポリオールの重合に基づくポリエーテルポリオールは、イソシアナートと共にポリウレタン系の主要な成分である。これらの系は一般に追加成分、たとえば架橋剤、連鎖延長剤、界面活性剤、セル調整剤、安定剤、酸化防止剤、難燃剤添加物、最終的にはフィラー、そして通例、触媒、たとえば第3級アミンおよび/または有機金属塩を含有する。
有機金属触媒、たとえば鉛または水銀塩は、ポリウレタン製品の老朽化時の浸出による環境問題を引き起こすことがある。その他、たとえばスズ塩は、ポリウレタン老朽化に有害であることが多い。
よく使用される第3級アミン触媒は、特に柔軟性、半剛性および剛性フォーム用途において複数の問題を生じさせる。これらの触媒を使用する新たに作製されたフォームは、アミンの代表的な臭気を示し、フォギング(揮発性生成物の放出)の増加を生じさせる。
それに暴露されたビニルフィルムまたはポリカーボネートまたはポリエステル/ポリエーテル/エラストマーを有するポリウレタン製品、たとえばHytrel*熱可塑性ポリエステルエラストマー(DuPontの商標)シートにおける第3級アミン触媒蒸気の存在または生成は、不都合なことがある。そのような製品は一般に、自動車はもちろんのこと、多くの家屋内用途に見られる。特にポリウレタンフォームに存在する第3級アミン触媒は、ビニルフィルムの染色およびポリカーボネートまたはHytrelシートの分解に結び付けられてきた。このようなPVC染色ならびにポリカーボネートまたはHytrel分解の問題は特に、高温が長期間に渡って存在する環境において、たとえば日光の当たる所に放置された自動車において一般的である。
上記の問題の各種の解決策が提案されてきた。1つは、イソシアナート反応基、すなわちヒドロキシルまたは第1級および/または第2級アミンを含有するアミン触媒の使用である。そのような化合物は、欧州特許公報第747,407号に開示されている。他の種類の反応性モノール触媒は、米国特許第4,122,038号、第4,368,278号および第4,510,269号に述べられている。モノールは単官能性であるため、これらの反応性アミンは連鎖停止剤として作用し、ポリマーの蓄積に悪影響を有し、ポリウレタン製品の物理的特徴に影響を及ぼす。
具体的なアミン開始ポリオールの使用は、欧州特許第539,819号、米国特許第5,672,636号およびWO 01/58,976で提案されている。
各種の他の公報が、自己触媒活性を有し、従来のアミン触媒の全部または一部を置換できるポリオールについて報告している。たとえば米国特許第5,672,636号;欧州特許公報第0 047371号、第1 268 598号および第1 319 034号;ならびにWO公報03/016372、03/029320および03/055930を参照。
従来のポリエーテルポリオールのN,N−ジアルキルグリシジルアミンによるキャッピングは、米国特許第3,428,708号で請求されている。このプロセスは、自己触媒活性を備えたポリオールを与えるが、主に水−イソシアナート反応を触媒するのに有効であるが、ポリオール−イソシアナート反応に対しては、はるかに有効でないジアルキルアミノ基に制限されている。
当該技術分野でなされた進歩にもかかわらず、ポリウレタン製品を製造するための改良触媒および/またはポリウレタンの製造に使用する不堅牢アミン触媒および/または有機金属塩の量を低減または除去することができる触媒への要求が引き続き存在する。
自己触媒ポリオールが従来のポリオール製造またはポリウレタンの製造プロセスおよび特徴を妨害しない、自己触媒特性を有するポリオールを製造する工業プロセスを有することも望ましい。
本発明の目的は、低下したレベルの従来の第3級アミン触媒、低下したレベルの反応性アミン触媒を含有するポリウレタン製品、またはそのようなアミン触媒を必要とせずに製造されるポリウレタン製品を製造することである。本発明の別の目的は、低下したレベルの有機金属触媒を含有するポリウレタン製品を製造すること、または有機金属触媒の非存在下でそのような製品を製造することである。
本発明の別の目的は、本発明の堅牢触媒を使用することによって、ポリウレタン製品の製造条件、または反応性を調整するプロセスを有することである。
本発明のさらなる目的は、ポリウレタン製品製造においてより高速なプロセスを得るために、堅牢触媒を従来の触媒と組合せることによって生産性を上昇させることである。
本発明のさらなる目的は、これらの化合物を使用するポリウレタン製品の工業製造プロセスおよびそれから作製されたポリウレタン製品の物理的特徴が悪影響を及ぼさず、従来のまたは反応性アミン触媒の量の低減あるいはアミン触媒の除去によって、および/または有機金属触媒の低減または除去によって改善さえされるように、イミン結合および第3級アミンを持つ堅牢触媒を提供することである。
本発明は、触媒が少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン基を有する触媒組成物である。
別の実施形態において、本発明は、2〜8の官能価および20〜800のヒドロキシ数を有するポリオール化合物99.9〜50重量パーセントならびに触媒が少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン基を有する触媒組成物0.1〜50パーセントを含有する、ポリオール組成物である。好ましくは触媒の量は、ポリオールの0.5〜10重量部で存在する。
さらなる実施形態において、本発明は、
(a)少なくとも1つの有機ポリイソシアナートと、
(b)ポリオールが2〜8の計算公称官能価および20〜800mgKOH/gのヒドロキシル数を有するポリオール組成物と、
(c)少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン基を含有する少なくとも1つの堅牢触媒と
(d)場合により、別の触媒および/または発泡剤の存在下での、
(e)場合により、ポリウレタンフォーム、エラストマーまたはコーティングの製造のためのそれ自体既知の添加剤または助剤と、
の混合物の反応による、ポリウレタン製品の製造プロセスである。
別の実施形態において、本発明は、触媒(c)が少なくとも1つのイソシアナート反応性水素を含有する、上で開示したようなプロセスである。
別の実施形態において、触媒(c)はゲル化触媒であり、すなわちポリオールとイソシアナートとの間の反応を触媒する。
別の実施形態において、触媒(c)は、分子量が500超の液体ポリマーである。
別の実施形態において、触媒(c)は、1つを超える触媒活性第3級アミン部分を含有する。
別の実施形態において、触媒(c)は、いくつかのアルデヒドおよび/またはケトン部分を含有する。
別の実施形態において、触媒(c)は、室温での加水分解に安定である。
別の実施形態において、触媒(c)は、ポリウレタン製品を製造するときに自己触媒特性を有するポリオールと組合される。
別の実施形態において、本発明は、触媒(c)が少なくとも1つのイソシアナート反応性水素を含有する、上で開示したようなプロセスである。
別の実施形態において、本発明は、触媒(c)が少なくとも1つのイソシアナート反応性水素を含有し、ポリイソシアナート(a)が過剰のポリイソシアナートと触媒(c)との反応生成物である少なくとも1つのポリイソシアナートを含有する、上で開示したようなプロセスである。
さらなる実施形態において、本発明は、触媒(c)が少なくとも1つのイソシアナート反応性水素を含有し、ポリオール(b)が過剰の触媒(c)とポリイソシアナートとの反応によって得られたプレポリマーを含有する、上で開示したようなプロセスである。
本発明はさらに、上のプロセスのいずれかによって製造されたポリウレタン製品を提供する。
堅牢触媒(c)は、有機ポリイソシアナートとポリヒドロキシルまたはポリアミノ化合物との付加反応およびイソシアナートと発泡剤、たとえば水あるいはカルボン酸またはその塩との反応を加速する。これらの触媒(c)のポリウレタン反応混合物への添加は、混合物または有機金属触媒中に従来の第3級アミン触媒を含める必要性を低減または除去する。従来のアミン触媒および/または自己触媒ポリオールと組合されて、本触媒(c)は、成形フォームの製造における成形ドエルタイム(mold dwell time)も短縮するか、または一部のポリウレタン製品の特性を改善することもできる。
そのような触媒(c)の使用は、従来の不堅牢アミン触媒への要求およびHytrelエラストマーシートのポリカーボネートのビニル染色または分解の関連する欠点を低減する。本触媒(c)の利点は、ポリウレタン製品の反応混合物にイミン結合および第3級アミンを含有するどちらかの堅牢触媒(c)を包含させることによって、あるいは反応性水素を含有するそのような触媒(c)をSAN、PIPAまたはPHDコポリマーポリオールの調製において原材料として包含させること、またはそれらをポリウレタン反応混合物に添加することによって、あるいはポリイソシアナート単独による、またはイソシアナートおよび第2のポリオールによるプレポリマーにそのような触媒(c)を使用することによって達成される。
本明細書で使用するように、ポリオールという用語は、イソシアナートとの反応を受けることができる活性水素原子を含有する、少なくとも1つの基を有する物質である。そのような化合物のうちで好ましいのは、分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル、第1級または第2級、あるいは少なくとも2つのアミン、第1級または第2級、カルボン酸、またはチオール基を有する物質である。分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基または少なくとも2つのアミン基を有する化合物は、ポリイソシアナートとのその所望の反応性のために特に好ましい。
本発明の堅牢触媒(c)によってポリウレタン材料を製造するのに使用できる適切なポリオールは、当該技術分野で周知であり、本明細書で述べられているポリオールならびに他の市販のポリオールおよび/またはSAN、PIPAまたはPHDコポリマーポリオールを含む。そのようなポリオールは、G.Oertelによる"Polyurethane Handbook", Hanser publishersに述べられている。1またはそれ以上のポリオールの混合物および/または1またはそれ以上のコポリマーポリオールも、本発明によるポリウレタン製品を製造するのに使用できる。
代表的なポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリヒドロキシ末端アセタール樹脂、ヒドロキシル末端アミンおよびポリアミンを含む。適切なイソシアナート反応性物質のこれらおよび他の例は、米国特許第4,394,491号にさらに十分に述べられている。使用できる代わりのポリオールは、ポリアルキレンカーボネートベースのポリオールおよびポリホスフェートベースのポリオールを含む。好ましいのは、アルキレンオキシド、たとえばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドまたはその組合せを2〜8個の、好ましくは2〜6個の活性水素原子を有する開始剤に添加することによって調製されたポリオールである。この重合の触媒作用は、触媒、たとえばKOH、CsOH、ボロントリフルオリド、または二重金属シアニド錯体(DMC)触媒、たとえば亜鉛ヘキサシアノコバルテートまたは第4級ホスファゼニウム化合物を用いて、アニオン性またはカチオン性のどちらでも可能である。その不飽和は、0.001〜0.1meq/gである。製造の後、触媒がアルカリ性のときはそれを除去する。ポリオールは、無機または有機酸、たとえばカルボン酸またはヒドロキシルカルボン酸の添加によって中和される。
利用されるポリオールまたはそのブレンドは、製造されたポリウレタン製品の最終用途によって変わる。ベースポリオールの分子量またはヒドロキシル数はそれゆえ、ベースポリオールから製造されたポリマー/ポリオールがイソシアナートを用いた反応によってポリウレタン製品に変換されるときに、柔軟性、半柔軟性、インテグラルスキンまたは剛性フォーム、エラストマーまたはコーティング、あるいは接着剤を生じさせるために選択され、発泡剤の存在下での最終製品によって変わる。利用された1つまたは複数のポリオールのヒドロキシル数および分子量はしたがって、広い範囲で変化しうる。一般に、利用されたポリオールのヒドロキシル数は、20〜800の範囲である。適切なヒドロキシル数、エチレオンオキシド、プロピレンオキシドおよびブチレンオキシドのレベル、官能価および相当する重量を備えたポリオールの選択は、当業者に既知の標準手順である。たとえば高レベルのエチレオンオキシドを含むポリオールは親水性となるのに対して、大量のプロピレンオキシドまたはブチレンオキシドを含むポリオールは、より疎水性になるであろう。
柔軟性ポリウレタンフォームの製造において、ポリオールは好ましくは、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリエステルポリオールである。ポリオールは一般に2〜5、好ましくは2〜4の範囲の平均官能価、および20〜100mgKOH/g、好ましくは20〜70mgKOH/gの平均ヒドロキシル数を有する。さらなる改良として、特定のフォーム用途は同様にベースポリオールの選択に影響を及ぼすであろう。成形フォームの一例として、ベースポリオールのヒドロキシル数は、エチレオンオキシド(EO)キャッピングと共に約20〜60であり、スラブストックフォームの場合、ヒドロキシル数は約25〜75であり、混合供給EO/PO(プロピレンオキシド)であるか、またはEOによってごくわずかにキャッピングされているか、または100パーセントPOベースであるかのいずれかである。エラストマー用途では一般に、比較的小さいヒドロキシル数、たとえば20〜50を有する、2,000〜8,000の比較的高分子量のベースポリオールを利用することが望ましい。
粘弾性フォーム、すなわち非常に低い可撓性の柔軟性フォームの製造では、300までの異なるヒドロキシル数、および1〜4の官能価を持つポリオールの組合せが使用される。
剛性ポリウレタンを調製するのに適切な代表的ポリオールは、100〜10,000、好ましくは200〜7,000の平均分子量を有するポリオールを含む。そのようなポリオールはまた、好都合に少なくとも2、好ましくは3の官能価と、分子当たり8個までの、好ましくは6個までの活性水素原子を有する。剛性フォームに使用したポリオールは一般に、200〜1,200、さらに好ましくは300〜800のヒドロキシル数を有する。
半剛性フォームの製造では、ヒドロキシル数が30〜80の3官能性ポリオールを使用することが好ましい。
ポリオール製造用の開始剤は一般に、アルキレンオキシドと反応する2〜8個の官能基を有する。適切な開始剤分子の例は水、有機ジカルボン酸、たとえばコハク酸、アジピン酸、フタル酸およびテレフタル酸ならびに多価、特に2価〜8価アルコールまたはジアルキレングリコール、たとえばエタンジオール、1,2−および1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールおよびスクロースまたはそのブレンドである。他の開始剤は、直鎖および環式アミン化合物、たとえばエタノールアミン、トリエタノールアミン、およびトルエンジアミンの各種の異性体アミンを含む。
自己触媒活性を有するポリオールは、ポリオールとして、または上記のポリオールと組合せても使用できる。一般にそのような自己触媒ポリオールは、容易に接近できる第3級アミン部分を含有する。そのような自己触媒ポリオールの説明は、その開示が参照により本明細書に組み入れられている、米国特許第5,672,636号;欧州特許公報第0 047371号,第1 268 598号および第1 319 034号;ならびにWO公報03/016372,03/029320および03/055930に見出すことができる。
ポリウレタン製品最終用途に関連する自己触媒ポリオールの構造特性は一般に、上述のポリオールと同じである。一般にそのような自己触媒ポリオールの第3級アミンは、開始剤の一部、ポリオール鎖の一部、および/またはポリオール端キャッピングの一部でありうる。これらの第3級アミン基は、そのようなポリオールに自己触媒特徴を与える。
上のポリオールの特徴に関して述べた制限は、限定的ではなく、1個または複数のポリオールの、多数の考えられる組合せの単なる例示である。
少なくとも1つのイミン結合および1つの第3級アミン基を含有する堅牢触媒(c)は、アルデヒド、またはケトンと、第1級アミンおよび第3級アミン基の両方を含有する分子との反応に基づいている。触媒(c)の堅牢性の側面は、少なくとも150g/molであるその大きい分子量によって、またはそのイソシアナート反応性部分によって、または両方の特徴によってであると考えられる。あるいはイミノ基は、欧州特許第363,008号に述べられているように、この後者の文書には触媒効果がないにもかかわらず、ポリウレタン生成物反応の間にイソシアナートと反応することができる。堅牢触媒(c)のさらなる利点は、形成されたイミン結合が室温での加水分解に安定なことである。
堅牢触媒(c)を得るためには、以下に(c1)、(c2)、(c3)、(c4)、(c5)、(c6)、(c7)、(c8)または(c9)で述べるように、複数の化学作用が考えられる。
触媒(c1)は、少なくとも1つのアルデヒドまたは1つのケトン基のどちらかを含有する分子に、第1級アミンおよび少なくとも1つの第3級アミン基を含有する分子の第1級アミン部分を反応させることによって得られる。最終化合物は、150を超える分子量を有する。本発明で使用するためのケトンおよびアルデヒドは一般に当該技術分野で既知であるようにそれぞれR−C(O)−R1およびR−C(O)−Hによって定義され、式中、RおよびR1は、イミンを生成するのに必要な条件下で第1級アミンと反応しない部分である。通例、RおよびR1は独立して、C1〜C20、好ましくはC1〜C15の、置換または非置換の直鎖または分岐アルキル、環内に4〜20個の原子、好ましくは5〜15個の原子を含有する環式、複素環または芳香族化合物、あるいはRおよびR1は、相互に結合して環内に5〜20個の原子を含有する環構造を形成できる。環構造はさらに置換できる。置換環構造の変形は、本明細書で挙げる化合物によって例示される。非制限的置換は、ヒドロキシル、アミン、カルボン酸、アルキルまたはアルキルオキシド部分を含む。環構造という用語は、本明細書で使用するように、1個を超える環を含有する化合物、たとえば芳香族環構造のナフタレンを含む。
アルデヒドの例は、サリチルアルデヒド、バニリン、3−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ジメチルアミノベンズアルデヒド、ベンズアルデヒド、フルフラル、アニスアルデヒド、トルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、フタル酸ジカルボキシアルデヒド、テレフタルジカルボキサルデヒド、4−(ジメチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−(ジエチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−(ジブチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−[3−(ジメチルアミノ)プロポキシ]ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、クロロベンズアルデヒド、2−カルボキシベンズアルデヒド、フェニル−1,3−ジカルボキシアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、トリヒドロキシベンズアルデヒド、ピペロナール、ベータ−ヒドロキシ酪酸アルデヒド(アルドール)、オメガ−ヒドロキシメチルフルフラル、ヒドロキシ−アセトアルデヒド、5−ヒドロキシ−ペンタナール、アセトアルドール、2,5−ジメチル−2−ヒドロキシアジプアルデヒド、3−(ベータ−ヒドロキシエトキシ)−プロパノール、ベータ−ヒドロキシアセトアルデヒドである。好ましい化合物は、芳香族アルデヒド、たとえばサリチルアルデヒド、4−ジメチルアミノベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒドまたはバニリンである。
ケトンの例は、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、トロポロン、トロポン、2’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3−アセチル−1−プロパノール、4−ヒドロキシ−3−メチル−2−ブタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4’−ヒドロキシバレロフェノン、ジヒドロキシアセトフェノン、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルケトン、アセトバニロン、アミノベンゾフェノン、アミノベンゾキノンである。
第1級および第3級アミン基の両方を持つアミンの例は、3−(ジメチルアミノ)−プロピルアミン、1−(3−アミノプロピル)−イミダゾール、1−(3−アミノプロピル)−2−メチルイミダゾール、N,N−ジメチルジプロピレントリアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジブチルエチレンジアミン、3−(ジエチルアミノ)−プロピルアミン、3−(ジブチルアミノ)−プロピルアミン、N,N,2,2−テトラメチル−1,3−プロパンジアメ、2−アミノ−5−ジエチルアミノペンタン、N−メチル−(N’−アミノエチル)−ピペラジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、3−アミノキヌクリジン、4−(2−アミノエチル)モルホリン、4−(3−アミノプロピル)モルホリン、N,N−ジメチル−1,4−フェニレンジアミン、5−アミノ−1−エチルピラゾール、2−アミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−(アミノエチル)ピリジン、4−アミノピリジン、3−アミノピリジン、3−(アミノエチル)ピリジン、N−アミノプロピルピロリジン、2−アミノピコリン、ジアミノピリジン、2−アミノピリミジン、4−アミノピリミジン、アミノピラジン、3−アミノ−1,2,4−トリアジン、アミノキノリン、N,Nジメチルジプロピレントリアミンおよび3,3’−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミン、N−メチル−1,3−プロピルジアミンである。
触媒(c2)は、少なくとも1つのアルデヒドまたは1つのケトン基および少なくとも1つの第3級アミンを含有する分子に、第1級および場合により他のアミンおよび/またはアルコール部分を含有する分子を反応させることによって得られる。
第3級アミンを含有するケトンおよびアルデヒドは一般に、(R22N−R3−C(O)−Rおよび(R22N−R3−C(O)Hによって表され、式中、Rは上で定義した通りであり、R2はC1〜C6直鎖または分岐アルキルであり、R3は、少なくとも1つの第3級アミンによって置換された、C1〜C12直鎖または分岐アルキル、6〜20個、好ましくは6〜15個の炭素原子を有する芳香族またはアルキル芳香族部分であり、またはR3およびRが相互に結合して、環内に5〜20個の原子、好ましくは5〜15個の原子を有する環構造を形成する。R3は、少なくとも1つの窒素が環構造に含まれる、5〜20個の原子を有する単環または2環部分でもよい。アルキルおよび環部分は、上述のように各種の部分によって置換できる。
3級窒素を含有するアルデヒドおよびケトンの例は、キヌクリジノン、トロピノン、1−メチル−4−ピペリジノン、4−(ジメチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−(ジエチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−(ジブチルアミノ)ベンズアルデヒド、4−[3−(ジメチルアミノ)プロポキシ]ベンズアルデヒドである。
第1級アミンを含有する化合物は当該技術分野で周知である。1またはそれ以上の第1級アミンを含有する好ましい化合物の代表的な例は、エチレンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、アニリン、N,N−ジメチルジプロピレントリアミン、3,3’−ジアミノ−N−メチル−ジプロピルアミン、3−アミノプロピル−N−メチル−エタノールアミンおよび3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、モノエタノールアミン、2−アミノ−1−ブタノールである。
触媒(c3)は、エポキシ官能性分子の、アルデヒドまたはケトンおよびエポキシ反応性部分の両方を持つ化合物、たとえばアルコール、アミン、チオールまたはカルボン酸による修飾と、イミン結合を形成するための第3級アミンを持つ第1級アミン分子との続いての反応によって得られる触媒である。触媒(c3)は好ましくは、分子当たり1つを超えるイミン結合および1つを超える第3級アミン基を含有する。
本発明では、アルデヒド官能基およびエポキシド反応性官能基を有する化合物(アルコール、アミン、チオールまたはカルボン酸)は、ヘテロ原子を含有するC3〜C30、好ましくはC5〜C18の脂肪族、芳香族またはポリ芳香族化合物および環構造であり、アルデヒド部分が環に直接結合され、エポキシド反応性部分が環に直接、またはC1〜C6直鎖または分岐アルキル部分を介して結合されている。そのような化合物は、1つを超えるエポキシド反応性部分または1つを超えるアルデヒド部分を含有する。環構成要素は、エポキシと反応しない基、たとえばアルキルまたはアルコキシ部分とさらに置換される。
アルデヒド官能基を持つアルコールの例は、サリチルアルデヒド、バニリン、5−(ヒドロキシメチル)−フルフラル、3−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、およびトリヒドロキシベンズアルデヒドである。
アルデヒド官能基を持つカルボン酸の例は、2−カルボキシベンズアルデヒドおよび3−カルボキシベンズアルデヒドである。
本発明では、ケトン官能基およびエポキシド反応性官能基(アルコール、アミン、チオールまたはカルボン酸)を有する化合物は、ヘテロ原子を含有する、C3〜C30、好ましくはC5〜C18の脂肪族、芳香族またはポリ芳香族化合物および環構造であり、エポキシド反応性部分は、環に直接、またはC1〜C6直鎖または分岐アルキル部分を介して結合される。ケトンは、環構造の一部でもある。そのような化合物は、1つを超えるエポキシド反応性部分または1つを超えるケトン部分を含有する。環構成要素は、エポキシと反応しない基、たとえばアルキルまたはアルコキシ部分とさらに置換される。
ケトン官能基を持つアルコールの例は、2’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3−アセチル−1−プロパノール、4−ヒドロキシ−3−メチル−2−ブタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4’−ヒドロキシバレロフェノン、ジヒドロキシアセトフェノン、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルケトンおよびアセトバニロンである。
ケトンを持つアミンの例は、3’−アミノアセトフェノン、4’−アミノアセトフェノン、およびアミノベンゾフェノンである。ケトンを含有するカルボン酸の例は、4−アセチル安息香酸および2−ベンゾイル安息香酸である。
触媒(c3)を製造するためのエポキシド、またはエポキシ樹脂の例は、当該技術分野で既知である。その開示が参照により本明細書に組み入れられている、米国特許第4,609,685号を参照。エポキシド材料はモノマーまたはポリマー、飽和または不飽和、脂肪族、脂環式、芳香族または複素環でもよく、所望ならばエポキシ基以外の他の置換基、たとえばヒドロキシル、基、エーテルラジカルおよびハロゲン原子と置換される。ポリエポキシドの好ましい族は、式
Figure 2007516339
によって表され、式中、R4は置換または非置換芳香族、脂肪族、脂環式または複素環基であり、nは1〜8の平均値を有する。
好ましいエポキシドの例は、フェニルグリシジルエーテル、ビスフェノールA、ビスフェノールF、およびレゾルシノールの芳香族エポキシ樹脂、ならびにその水素添加物;ならびにすべてThe Dow Chemical Companyより入手できるD.E.R.736、D.E.R.732およびERL−4221(脂環式脂肪族エポキシド)などの脂肪族ポリエーテルベースエポキシである。他の好ましいエポキシは、エポキシ化油、たとえばエポキシ化ダイズ油およびエポキシ化アマニ油を含む。いずれの2つまたはそれ以上のエポキシドの混合物を本発明の実施で使用することができる。エポキシド樹脂は好ましくは、90〜1000の平均当量を有する。さらに好ましくは、エポキシ樹脂は150〜500の平均当量を有する。
好ましいエポキシドは、脂肪族または脂環式ポリエポキシド、さらに好ましくはジエポキシド、たとえばD.E.R.732またはD.E.R.736または同様の構造を有する低塩素エポキシ樹脂である。
第1級および第3級アミン基の両方を持つアミンの例は、以下の節(c1)で述べる。
触媒(c4)は、ポリエポキシドと反応するエポキシド反応性官能基を持つアルデヒドまたはケトンの部分がエポキシド反応性官能基のみを持つ試薬と入れ替えられることを除いて、触媒(c3)と同様に製造される。この置換は、特定の用途のための製品を調整するために、多官能性化合物を使用してポリエポキシドを連鎖延長することによって上方へ、単官能性化合物を使用してポリエポキシドを連鎖停止することによって下方へ調整される最終触媒(c4)の平均分子量を与える。エポキシ反応性官能基を持つアルデヒドまたはケトンの部分の置換に適切な分子の例は、フェノール、クレゾール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ノボラックポリオール、レゾルシノール、エチレンジアミン、3,3’−ジアミノ−N−メチル−ジプロピルアミン、モノエタノールアミン、酢酸、アジピン酸、コハク酸、イソフタル酸、フタル酸、およびテレフタル酸を含む。
触媒(c5)は、第3級アミンによって置換された第1級アミンの一部が多官能性第1級アミンと入れ替えられることを除いて、触媒(c3)と同様に製造される。この置換は、特定の用途のための製品を調整するために、上方または下方へ調整される最終触媒(c5)の平均分子量を与える。この置換に適切な分子の例は、モノエタノールアミン、2−アミノ−1−ブタノール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール、エチレンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、JEFFAMINE(登録商標)ポリオキシアルキレンアミン(Huntsman Chemical Corporationの商標)、メチレンジアニリン、およびジアミノベンゼンを含む。
複数の活性部位を備えた堅牢触媒を製造する別の選択肢は、第1級アミン、たとえばJEFFAMINEポリオキシアルキレンアミンによってキャップされたポリオールと、アルデヒドまたはケトン基および3級アミン、たとえば(c2)で述べた3級アミンを含有する分子との反応に基づいた(c6)である。JJEFFAMINEポリオキシアルキレンアミンの一般構造は、Huntsman's technical bulletin 1008-1002によって既知である。
触媒(c7)は(c3)および/または(c4)と一致するが、エポキシ樹脂の一部は、エポキシド反応性官能基を持つアルデヒドまたはケトンの添加前にエポキシド反応性部分を含有する化合物、たとえばアミンと反応している。たとえばエポキシは、最終生成物の官能基および分子量の調整を可能にする、第3級アミン官能基(イミダゾールなど)または第1級アミンを持つ第2級アミン、たとえばモノエタノールアミン、またはアニリンと反応する。連鎖延長化合物は、(c3)に挙げた化合物であろう。好ましくは、ポリエポキシドと事前に反応した化合物は、第3級アミン部分も含有する。一般にエポキシ基の1〜50パーセントがこのステップで反応するであろう。
一般に、第2級アミンはHNR2 5によって、第1級アミンはH2NR5によって表すことが可能であり、各R5は独立して、1〜20個の炭素原子を有する化合物であるか、または窒素原子ならびに場合により他のヘテロ原子およびアルキル置換ヘテロ原子と共に結合して、飽和複素環を形成する。
市販されており、触媒(c7)を製造するために使用できるエポキシ反応性アミンの例は、メチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチル−N’−エチレンジアミン、3−ジメチルアミノ−1−プロパノール、1−ジメチルアミノ−2−プロパノール、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、ジシクロヘキシルアミン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、1−(3−アミノプロピル)−イミダゾール、3−ヒドロキシメチルキヌクリジン、2−メチルイミダゾール、1−(2−アミノエチル)−ピペラジン、1−メチル-ピペラジン、3−キヌクリジノール、2,4−ジアミノ−6−ヒドロキシピリミジン、2,4−ジアミノ−6−メチル−1,3,5−トリアジン、3−アミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、2−フェニル−イミノ−3−(2−ヒドロキシエチル)−オキザロジン、N−(−2−ヒドロキシエチル)−2−メチル−テトラヒドロピリミジン、N−(2−ヒドロキシエチル)−イミダゾリン、2,4−ビス−(N−メチル−2−ヒドロキシテチルアミノ)−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、ビス−(ジメチルアミノプロピル)アミノ−2−プロパノール、テトラメチルアミノ−ビス−プロピルアミン、2−(2−アミノエトキシ)−エタノール、N,N−ジメチルアミノエチル−N’−メチルエタノールアミン、2−(メチルアミノ)−エタノール、2−(2−メチルアミノエチル)−ピリジン、2−(メチルアミノ)−ピリジン、2−メチルアミノメチル−1,3−ジオキサン、ジメチルアミノプロピル尿素である。
少なくとも1つの第3級窒素およびエポキシドに反応性である少なくとも1つの水素分子を含有する化合物は、((H)x−A−R6)z−M−(R7)yによって表され、式中、Aは窒素または酸素であり;xは、Aが窒素であるときは2であり、Aが酸素であるときは1であり、R6およびR7は、1〜20個の炭素原子を有する直鎖または分岐アルキル基であり;Mは、少なくとも1つの第3級アミン基を有する直鎖または環式のアミンまたはポリアミンであり;yは、0〜6の整数であり;zは、1〜6の整数である。
第3級窒素および第1級アミンの両方を含有する化合物は、式:H2N−R8−N(R92によって表され、R8は、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族または環式鎖であり、R9は、C1〜C3アルキル基である。
触媒(c8)は、イソシアナートと、アルデヒドまたはケトン官能基を持つアルコールとの反応と、ポリオールへのイミン結合を形成するための第3級アミンを持つ第1級アミンとの続いての反応によって得られる。
イソシアナートの例は、トルエン−ジイソシアナート、イソフォロン−ジイソシアナート、フェニルイソシアナート、メチルジフェニル−イソシアナート、そのブレンドまたはプレポリマーである。好ましいイソシアナートは、ポリイソシアナート、さらに好ましくはジイソシアナートである。
アルデヒドケトン官能基を持つアルコールならびに第1級および第3級アミンを持つアミンの例は、上述した。
触媒(c9)は、(c3)および(c8)で述べた化学作用の組合せ、すなわちエポキシおよびイソシアナートベース触媒を混合することに基づいている。
触媒(c)の製造のための開始物質は、市販されているか、または触媒(c)を製造するための反応条件と同様に、当業者に既知の手順によって作製できる。一般に特定の反応ステップにおける化合物の比は、反応性部分のモル化学量論当量に近いようになっており、すなわち0.9:1、好ましくは0.95:1〜1:1である。たとえば触媒(c3)の製造において、反応が官能基化エポキシ、たとえばアルデヒド部分と第1級アミンとの間である場合、アルデヒドの第1級アミンに対するモル当量は、約1:1である。しかしながら触媒(c)中の遊離アミンの量を最小限にしたいときには、1.2:1まで向上させることができる。触媒(c4)および(c5)を用いると、この比を調整して、分子量を上昇させるために反応性基の1つのモル過剰を有することができる。
ポリオールに関連する堅牢触媒(c)の重量比は、特定の用途によって要求される反応混合物および反応プロフィールに添加したい追加の触媒の量によって変化する。一般に基底レベルの触媒を含む反応混合物が規定の硬化時間を有する場合、堅牢触媒(c)は、反応混合物が少なくとも10重量パーセント少ない触媒を含有する場合と同じになるような量で硬化時間が添加される。好ましくは(c)の添加は、基底レベルよりも20パーセント少ない触媒を含有する反応混合物を与えるために添加される。さらに好ましくは(c)の添加は、必要な触媒の量を基底レベルの30パーセント超だけ減少させる。一部の用途では、(c)添加の最も好ましいレベルは、揮発性第3級または反応性アミン触媒あるいは有機金属塩への必要性が除去される場合である。他のいくつかの用途、たとえば離型時間の短縮では、従来のアミンまたは有機金属触媒の標準量を維持して、離型時間を向上させる量で本触媒(c)を添加することが望ましい。後者の用途では、一般にポリオール100重量部につき、0.1〜10部またはそれ以上の触媒(c)を添加する。
単独で、あるいは従来のポリウレタン触媒または自己触媒活性を含有するポリオールと組合せて使用される触媒(c)のレベルの調整は、特定の用途に関して、当業者に周知である。
各種の第3級アミン、官能価、当量、EO/PO比など、および処方中のそれぞれの量によって、触媒(c)構造を調節する発泡およびゲル化反応を調整したいときに、2つまたはそれ以上の(c)タイプの堅牢触媒の組合せも使用可能であり、単一のポリウレタン処方における満足な結果を伴う。
(c1)、(c2)、(c3)、(c4)、(c5)、(c6)、(c7)、(c8)および(c9)タイプのいずれかである堅牢触媒(c)も、第3級アミンの組合せを用いて、たとえば(c1)に示したようにアルデヒドまたはケトンに第3級アミン基を含有する1つを超える第1級アミンを反応させることによって作製できる。
反対に、触媒(c)は、第3級アミン基を持つ1またはそれ以上の第1級アミンと反応できる、複数の種類のアルデヒドおよび/またはケトン基から作製できる。
触媒(c)の酸中和も、たとえば遅延作業が必要なときに検討できる。しかしながらポリオールマスターバッチ;すなわち水、界面活性剤、架橋剤などに添加するときに、好ましくは少なくとも1週間に渡って室温にて安定でなければならないため、これは触媒組成物には有害である。好ましくは触媒(c)は、ポリオールプレミックス中で少なくとも6ヶ月間安定である。好ましい酸は、カルボン酸、さらに好ましくはOH基および/またはハロゲン部分を持つカルボン酸である。
ポリイソシアナートおよびポリオール(b1)と予備反応させて、遊離イソシアナート官能基を持たない触媒(c)も、ポリウレタン処方に使用できる。触媒(c)をベースとするイソシアナートプレポリマーは、標準装置によって、従来の方法、たとえばリアクタ内での触媒(c)の加熱、攪拌しながらイソシアナートの低速での添加、次に最終的なポリオールの添加を使用して、あるいは第1のポリオールとジイソシアナートとの予備反応および次の触媒(c)の添加によって調製できる。
本発明の自己触媒ポリオールと使用できるイソシアナートは、脂肪族、脂環式、アリール脂肪族および芳香族イソシアナートを含む。芳香族イソシアナート、特に芳香族ポリイソシアナートが好ましい。
適切な芳香族イソシアナートの例は、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)の4,4’−、2,4’および2,2’−異性体、そのブレンドならびにポリマーおよびモノマーMDIブレンド、トルエン−2,4−および2,6−ジイソシアナート(TDI)、m−およびp−フェニレンジイソシアナート、クロロフェニレン−2,4−ジイソシアナート、ジフェニレン−4,4’−ジイソシアナート、4,4’−ジイソシアナート−3,3’−ジメチルジフェニル、3−メチルジフェニル−メタン−4,4’−ジイソシアナートおよびジフェニルエーテルジイソシアナートならびに2,4,6−トリイソシアナートトルエンおよび2,4,4’−トリイソシアナートジフェニルエーテルを含む。
イソシアナートの混合物、たとえばトルエンジイソシアナートの2,4−および2,6−異性体の市販の混合物が使用される。粗ポリイソシアナート、たとえばトルエンジアミンの混合物のホスゲン化によって得られた粗トルエンジイソシアナートまたは粗メチレンジフェニルアミンのホスゲン化によって得られた粗ジフェニルメタンジイソシアナートも、本発明の実施で使用できる。TDI/MDIブレンドも使用できる。ポリオール(b1)、ポリオール(b2)またはこれまで述べたような他のポリオールのどちらかを用いて調製したMDIまたはTDIベースプレポリマーも使用できる。イソシアナート末端プレポリマーは、過剰のポリイソシアナートにアミノ化ポリオールまたはそのイミン/エナミンを含むポリオール、あるいはポリアミンを反応させることによって調製される。
脂肪族ポリイソシアナートの例は、エチレンジイソシアナート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート、イソフォロンジイソシアナート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアナート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアナート、上述の芳香族イソシアナートの飽和類似体およびその混合物を含む。
剛性または半剛性フォームの製造に好ましいポリイソシアナートは、ポリメチレンポリフェニレンイソシアナート、ジフェニルメチレンジイソシアナートの2,2’、2,4’および4,4’異性体ならびにその混合物である。柔軟性フォームの製造では、好ましいポリイソシアナートは、トルエン−2,4−および2,6−ジイソシアナートあるいはMDIまたはTDI/MDIの組合せまたはそれから作製されたプレポリマーである。
堅牢触媒(c)をベースとするイソシアナート先端プレポリマーは、ポリウレタン処方に使用できる。そのような自己触媒イソシアナートのポリオールイソシアナート反応混合物での使用がイソシアナートモノマーの存在を低減/または除去することが考えられる。これは特に、取扱条件および作業者の安全性を改善するため、コーティングおよび接着剤用途での揮発性イソシアナート、たとえばTDIおよび/または脂肪族イソシアナートに関して興味深い。
剛性フォームでは、有機ポリイソシアナートおよびイソシアナート反応性化合物は、100を掛けた、イソシアナート反応性水素原子当量の総数で割ったNCO基の数または当量によって定義されたイソシアナート指数が80から500未満、ポリウレタンフォームの場合には好ましくは90〜100、ポリウレタン−ポリイソシアヌレートフォームの場合には100〜300の範囲であるような量で反応する。柔軟性フォームでは、このイソシアナート指数は一般に50〜120、好ましくは75〜110である。
エラストマー、コーティングおよび接着剤では、イソシアナート指数は一般に80〜125、好ましくは100〜110である。
ポリウレタンベースフォームを製造する場合、発泡剤が一般に必要である。柔軟性ポリウレタンフォームの製造では、発泡剤として水が好ましい。水の量は好ましくは、ポリオール100重量部に基づいて0.5〜10重量部、さらに好ましくは2〜7重量部の範囲内である。カルボン酸または塩も反応性発泡剤として使用される。
剛性ポリウレタンフォームの製造では、発泡剤は水、水と炭化水素との混合物、あるいは完全または部分水素添加脂肪族炭化水素を含む。水の量は好ましくは、ポリオール100重量部に基づいて2〜15重量部、さらに好ましくは2〜10重量部の範囲である。過剰量の水を用いると、硬化速度が低下し、発泡プロセス範囲が狭くなり、フォーム密度が低くなり、または成形性が悪くなる。水と組合される炭化水素、ハイドロクロロフルオロカーボン、またはハイドロフルオロカーボンの量は、フォームの所望の密度に応じて適切に選択され、ポリオール100重量部に基づいて好ましくは40重量部まで、さらに好ましくは30重量部までである。水が追加の発泡剤として存在する場合、それは一般に全ポリオール組成物の0.5〜10、好ましくは0.8〜6、さらに好ましくは1〜4、最も好ましくは1〜3総重量部の量で存在する。
炭化水素発泡剤は、揮発性C1〜C5炭化水素である。炭化水素の使用は、欧州特許第421269号および同第695322号に開示されているように、当該技術分野で既知である。好ましい炭化水素発泡剤は、ブタンおよびその異性体、ペンタンおよびその異性体(シクロペンタンを含む)、およびその組合せである。
フルオロカーボンの例は、メチルフルオリド、パーフルオロメタン、エチルフルオリド、1,1−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)、ペンタフルオロプロパン(HFC−227ea)、ペンタフルオロエタン、ジフルオロメタン、パーフルオロエタン、2,2−ジフルオロプロパン、1,1,1−トリフルオロプロパン、パーフルオロプロパン、ジクロロプロパン、ジフルオロプロパン、パーフルオロブタン、パーフルオロシクロブタンまたはその混合物を含む。好ましい組合せは、245、265および227発泡剤の2つまたはそれ以上の組合せを含有するものである。
本発明で使用するための部分ハロゲン化クロロカーボンおよびクロロフルオロカーボンは、メチルクロライド、メチレンクロライド、エチルクロライド、1,1,1−トリクロロエタン、1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン(FCFC−141b)、1−クロロ−1,1−ジフルオロエタン(HCFC−142b)、1,1−ジクロロ−2,2,2−トリフルオロエタン(HCHC−123)および1−クロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタン(HCFC−124)を含む。
完全ハロゲン化クロロフルオロカーボンは、トリクロロモノフルオロメタン(CFC−11)ジクロロジフルオロメタン(CFC−12)、トリクロロトリフルオロエタン(CFC−113)、1,1,1−トリフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン(CFC−114)、クロロヘプタフルオロプロパン、およびジクロロヘキサフルオロプロパンを含む。ハロカーボン発泡剤は、低沸点炭化水素、たとえばブタン、ペンタン(その異性体を含む)、ヘキサンまたはシクロヘキサンと併せて、あるいは水と併せて使用できる。
気体または液体のどちらかとしての二酸化炭素の、補助または完全発泡剤としての使用は、本技術に関して特に興味深い。人工的に下降または上昇させた大気圧の使用も、本技術に利用できる。
上述の重要な成分に加えて、ポリウレタンポリマーの調製にある他の構成要素を利用することがしばしば望ましい。これら追加の構成要素のうち、界面活性剤、保存料、難燃剤、着色料、抗酸化剤、補強剤、安定剤および充填剤である。
ポリウレタンフォームを作製するには、一般に、発泡反応混合物が硬化するまで安定させるための界面活性剤の量を利用することが好ましい。そのような界面活性剤は好都合に、液体または固体有機シリコーン界面活性剤を含む。他の界面活性剤は、長鎖アルコールのポリエチレングリコールエーテル、長鎖アルキル酸サルフェートエステルの第3級アミンまたはアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステルおよびアルキルアリールスルホン酸を含む。そのような界面活性剤は、発泡反応混合物を崩壊や大型の不均質なセルの形成から安定化させるのに十分な量で利用される。通例、この目的には、全ポリオール(b)100重量部当たり界面活性剤0.2〜3部が十分である。
ポリオール(および存在する場合は、水)とポリイソシアナートとの反応には、1またはそれ以上の触媒を使用できる。第3級アミン化合物、イソシアナート反応性基を持つアミンおよび有機金属化合物を含む、いずれの適切なウレタン触媒も使用できる。好ましくは反応は、不堅牢アミンまたは有機金属触媒の非存在下で、あるいは上述のように減量して実施される。第3級アミン化合物の例は、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、1−メチル−4−ジメチルアミノエチルピペラジン、3−メトキシ−N−ジメチルプロピルアミン、N−エチルモルホリン、ジメチルエタノールアミン、N−ココモルホリン、N,N−ジメチル−N’,N’−ジメチルイソプロピルプロピレンジアミン、N,N−ジエチル−3−ジエチルアミノ−プロピルアミンおよびジメチルベンジルアミンを含む。有機金属触媒の例は、有機水銀、有機鉛、有機鉄および有機スズ触媒を含み、これらのうち有機スズ触媒が好ましい。適切なスズ触媒は、塩化第一スズ、カルボン酸のスズ塩たとえばジブチルスズ字ラウラートはもちろんのこと、他の有機金属化合物、たとえば米国特許第2,846,408に開示されているようなものを含む。ポリイソシアヌラートを生じさせるポリイソシアナートのトリマー化のための触媒、たとえばアルカリ金属アルコキシドも場合により本明細書で利用できる。アミン触媒の量は、処方中にて0.02〜5%で変化し、処方中では0.001〜1パーセントの有機金属触媒が使用できる。好ましくは、堅牢触媒(c)を使用するときには、これらの触媒のいずれも必要ない。
必要ならば架橋剤または連鎖延長剤が添加される。架橋剤または連鎖延長剤は、低分子多価アルコール、たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、およびグリセリン;低分子アミンポリオール、たとえばジエタノールアミンおよびトリエタノールアミン;ポリアミン、たとえばエチレンジアミン、キシレンジアミン、およびメチレン−ビス(o−クロロアニリン)を含む。そのような架橋剤および連鎖延長剤の使用は、当該技術分野で既知であり、米国特許第4,863,979号および第4,963,399号ならびに欧州特許第549,120号に開示されている。
建築に使用するための剛性フォームを調製する場合、一般に難燃剤が添加剤として含まれる。いずれの既知の液体または固体難燃剤も本発明の自己触媒ポリオールと共に使用できる。一般にそのような難燃剤は、ハロゲン置換ホスフェートおよび無機防炎剤である。一般的なハロゲン置換ホスフェートは、トリクレシルホスフェート、トリス(1,3−ジクロロプロピルホスフェート、トリス(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェートおよびテトラキス(2−クロロエチル)エチレンジホスフェートである。無機難燃剤は、赤リン、アルミニウムオキシド水和物、アンチモントリオキシド、アンモニウムサルフェート、拡張グラファイト、尿素またはメラミンシアヌレートあるいは少なくとも2つの難燃剤の混合物を含む。一般に存在する場合、難燃剤は、存在する全ポリオール100重量部当たり難燃剤5〜50重量部、好ましくは5〜25重量部のレベルで添加される。
充填剤はたとえば、バリウムサルフェート、カルシウムカーボネート、リサイクルされた粉末フォーム、たとえば欧州特許第711,221号またはGB 922,306に述べられているものを含む。
本発明によって製造されたフォームの用途は、当業界で既知の用途である。たとえば剛性フォームは、建築業界で、そして器械および冷蔵庫の断熱材に使用される。柔軟性フォームおよびエラストマーは、家具、マットレス、靴底、自動車シート、サンバイザー、ハンドル、アームレスト、ドアパネル、防音部品およびダッシュボードなどに用途を見出している。
ポリウレタン製品を製造するための処理は、当該技術分野で周知である。一般に、ポリウレタン形成反応混合物の成分は、いずれの従来の方法においても、たとえばG.Oertelによって"Polyurethane Handbook", Hanser publisherで述べられたような目的のために、従来技術で述べられた混合装置のいずれかを使用することによって、共に混合される。
ポリウレタン製品は連続的または不連続的に、射出、注入、噴霧、キャスティング、カレンダ加工などによって製造される;これらは離型剤、型内コーティング、あるいは型内に置くインサートまたはスキンを用いて、または用いずに、フリーライズ(free rise)または成形条件下で作製される。フォームの場合、それらは単一または二重硬度でありうる。
剛性フォームを製造するには、既知のワンショットプレポリマーまたはセミプレポリマー技法を、衝突混合を含む従来の混合方法と共に使用できる。剛性フォームは、スラブストック、成形品、空洞充填、吹付けフォーム、起泡フォームあるいは他の材料、たとえば紙、金属、プラスチックまたは板との積層体の形でも製造できる。柔軟性フォームはフリーライズ(free rise)および成形されるが、微小セルエラストマーは通常は成形される。
以下の例は、本発明を説明するために与えられており、決して制限するものとして解釈すべきではない。別途示さない限り、すべての部およびパーセンテージは重量で与えられる。省略形molは、1モルまたはそれ以上(mole or moles)に使用される。
実施例で使用する原材料の説明は、以下の通りである。
DEOAは、純ジエタノールアミンである。
DMAPAは、3−ジメチルアミノ−1−プロピルアミンである。
APIは、1−(3−アミノプロピル)−イミダゾール、Aldrichから入手できる第1級アミンを含む第3級アミンである。
D.E.R.*736Pは、The Dow Chemical Companyから入手できる、EEW(エポキシ当量)190を持つ脂肪族ジエポキシド樹脂である。
D.E.R.732は、The Dow Chemical Companyから入手できる、EEW 320を持つ脂肪族ジエポキシド樹脂である。
D.E.R 383は、The Dow Chemical Companyから入手できる、EEW 180.4を持つ芳香族液体エポキシ樹脂である。
D.E.N.438は、The Dow Chemical Companyから入手できる、EEW 190を持つ芳香族液体エポキシノボラック樹脂である。
エポキシ樹脂Aは、EEW 300を持ち、2%未満の塩素を含有する脂肪族ジエポキシド樹脂である。
Dabco DC 5169は、Air Products and Chemicals Inc.から入手できるシリコーンベース界面活性剤である。
NiaxY−10184は、G.E.から入手できるシリコーンベース界面活性剤である。
Dabco 33 LVは、Air Products and Chemicals Inc.から入手できる第3級アミン触媒である。
NiaxA−1は、Crompton Corporationから入手できる第3級アミン触媒である。
ポリオールAは、3,3’−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミンによって開始され、15%エチレオンオキシドによってキャップされた1,700当量プロポキシ化テトロールである。
ポリオールBは、ポリオールAと同じであるが、20%エチレオンオキシドキャッピングを含む。
SPECFLEX NC 632は、The Dow Chemical Companyから入手できる、グリセロールおよびソルビトールのブレンドによって開始された1,700EWポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオールである。
Specflex NC−630は、より低い官能価を有し、The Dow Chemical Companyから入手できる、Specflex NC−632と同様のポリオールである。
ポリオールCは、エチレオンオキシド含有率が17重量%まで上昇していることを除いて、Specflex NC−630と同様のポリオールである。
SPECFLEX NC−700は、The Dow Chemical Companyから入手できる、平均ヒドロキシル数20を持つ、40パーセントSANベースコポリマーポリオールである。
VORANATE T−80は、The Dow Chemical Companyから入手できる、TDI 80/20イソシアナートである。
すべてのフォームは、ポリオール、界面活性剤、架橋剤、触媒および水を予備ブレンドすることによって実験室で作製する。このマスターバッチは、イソシアナート側にVoranate T−80を充填した、高圧装置(Krauss−MaffeiまたはCannon)の装置タンク内にある。反応物質を60℃に加熱した40x40x10cmのアルミニウム型に注入して、続いて閉じる。使用前に、型に離型剤をスプレーする。特定の離型時間での硬化を手作業で部品を離型して、欠陥を探すことによって評価した。表面欠陥がない場合に最短離型時間が達成される。
フリーライズ(free rise)試験は、22.7リットル(5英ガロン)プラスチックバケツを使用して、高圧装置からバケツ上端の上にほぼ30センチメートルのフォーム冠状物を伴ってバケツを充填するのに十分なショットサイズに注入して実施する。次にフォーム安定性を目視によって判定する。
反応性BVT(Brookfield Viscosity Test)試験は、次のように実施する:ポリオール100グラムを25℃にて平衡にして、次にDabco 33 LV 0.26グラムと混合する。次にVoranateT−80を指数110に相当する濃度で添加する。完全なゲル化が得られるまで、粘度蓄積時間を記録する。堅牢触媒(c)の場合、これらは対照ポリオールと各種の比でブレンドされ、Dabco 33 LVは使用しない。最終目標粘度20,000mPa.s(100%トルクに相当)を達成する時間を記録する。
<実施例1>
サリチルアルデヒドおよび1−(3−アミノプロピル)イミダゾールの付加体
磁気撹拌棒、添加漏斗、および凝縮器を装備した100mL 2口丸底フラスコに、サリチルアルデヒド15.0g(0.123mol)を装填する。1−3−(アミノプロピル)イミダゾール(15.4g、0.123mol)を添加漏斗に入れる。反応混合物を窒素中で撹拌しながら、アミンを滴加する。添加の完了後、明るい黄色の透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=28.5g。静置すると、生成物は固化して、以下の特性を有する。
1H NMR(DMSO):8.55(singlet,1H),7.65(singlet,1H),7.45(doublet,1H),7.3(triplet,1H),7.2(singlet,1H),6.9(multiplet,3H),4.1(triplet,2H),3.5(triplet,2H),3.3(broad singlet,〜3H),2.1(m,2H);13C NMR(DMSO−d6)166.4,160.5,137.3,132.3,131.7,128.5,119.3,118.7,118,6,116.4,55.5,43.9,31.6.生成物中の水の理論量は7.3重量%である。
<実施例2>
サリチルアルデヒドおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
磁気撹拌棒、添加漏斗、および凝縮器を装備した100mL 2口丸底フラスコに、サリチルアルデヒド15.0g(0.123mol)を装填する。3−ジメチルアミノプロピルアミン(12.55g、0.123mol)を添加漏斗に入れる。反応混合物を窒素中で撹拌しながら、アミンを滴加する。添加の完了後、明るい黄色の透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=26.9g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.55(singlet,1H),7.45(doublet,1H),7.3(triplet,1H),6.9(multiplet,2H),3.6(triplet,2H),3.4(broad singlet,〜3H),2.25(triplet,2H);2.15(singlet,6H),1.75(multiplet,2H).13C NMR(DMSO−d6)165.5,160.6,131.8,131.2,118.2,118.0,116.2,56.2,55.9,44.8,28.0.生成物中の水の理論量は8.0重量%である。
<実施例3>
エポキシ樹脂A、サリチルアルデヒドおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
機械式スターラー、Claissenアダプタ、および真空/窒素源に接続されたガス注入アダプタを装備した1L 2口丸底フラスコに、エポキシ樹脂A 444.0g(1.5molエポキシ基)、サリチルアルデヒド183.2g(1.5mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート(メタノール中59重量%)5.8g(3.42g活性、9.0mmol)を装填する。装置を20mmHgまで真空にしてから、次に窒素を通気させる。真空/窒素を合計5回循環させ、窒素で終了する。装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、120℃に維持した油浴に沈める。1時間後、浴温度を150℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。20時間後、反応混合物をサンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。フラスコを油浴から取外し、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン152.3g(1.49mol)を含有する添加漏斗を装着する。撹拌されている温反応混合物にアミンを1時間に渡って滴加する。添加の完了後、明るい赤色の透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=775.2g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.7(singlet,1H),7.85(doublet,1H),7.4(multiplet,1H),7.0(multiplet,2H),5.2(broad singlet,OH),4.0(mulitiplet,ポリエーテルH),3.4(broad muliplet,ポリエーテル+アミン由来H),2.25(triplet,2H),2.1(singlet,6H),1.7(multiplet,2H),1.0(broad singlet,ポリエーテルからのCH3).生成物中の水の理論量は3.4重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論量は1.9meq/gである。
<実施例4>
エポキシ樹脂A、サリチルアルデヒドおよび1−(3−アミノプロピル)イミダゾールの付加体
機械式スターラー、Claissenアダプタ、および真空/窒素源に接続されたガス注入アダプタを装備した1L 2口丸底フラスコに、エポキシ樹脂A 450.3g(1.54molエポキシ基)、salicaldehyde 187.7g(1.54mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート(メタノール中59重量%)5.8g(3.42g活性、9.0mmol)を装填する。装置を20mmHgまで真空にしてから、次に窒素を通気させる。真空/窒素を合計5回循環させ、窒素で終了する。装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、140℃に維持した油浴に沈める。2時間後、浴温度を150℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。20時間後、反応混合物をサンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。フラスコを油浴から取外し、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール188.5g(1.51mol)を含有する添加漏斗を装着する。撹拌されている温反応混合物にアミンを30分間に渡って滴加する。添加の完了後、オレンジ色の透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=816.7g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.7(singlet,1H),7.85(doublet,1H),7.6(singlet,1H),7.4(multiplet,1H),7.2(singlet,1H),7.0(multiplet,3H),5.2(broad singlet,OH),4.0(mulitiplet,ポリエーテル+アミン由来H),3.4(broad muliplet,ポリエーテル+アミン由来H),2.05(multiplet,2H),1.7,1.0(broad singlet,ポリエーテルからのCH3).生成物中の水の理論量は3.3重量%である。サンプル中のイミダゾール基の理論量は1.81meq/gである。
<実施例5>
DER732、サリチルアルデヒドおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
リアクタにDER732(エポキシド当量322を持つ脂肪族液体エポキシ樹脂)450.0g(1.4molエポキシ基)、サリチルアルデヒド170.7g(1.4mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート5.4g(3.17g活性、8.4mmol)を装填して、実施例3の手順を使用する。20時間の反応期間の後、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン141.8(1.39mol)を1時間に渡って滴加する。添加の完了後、オレンジ色の透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=760.1g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.7(singlet,1H),7.85(doublet,1H),7.4(multiplet,1H),7.0(multiplet,2H),5.2(broad multiplet,OH),4.0(mulitiplet,ポリエーテルH),3.4(broad muliplet,ポリエーテル+アミン由来H),2.25(triplet,2H),2.1(singlet,6H),1.7(multiplet,2H),1.0(broad singlet,ポリエーテルからのCH3)。生成物中の水の理論量は3.3重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論量は1.82meq/gである。
<実施例6>
DER383、サリチルアルデヒドおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
実施例3の装置にDER383 30.6g(169.6mmolエポキシ基)、サリチルアルデヒド20.7g(169.5mmol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート660.2mg(389.5mg活性、1.03mmol)を添加する。実施例3による真空/窒素サイクルの後、装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、85℃に維持した油浴に沈める。2時間後、浴温度を100℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。20時間後、反応混合物をサンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。反応混合物を含有する油浴を70℃まで冷却して、フラスコに3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン17.0g(166.4mmol)を含有する添加漏斗を装着する。撹拌されている温反応混合物にアミンを10分間に渡って滴加する。添加の完了後、粘性の黄色透明油をまだ温かい間にフラスコから瓶に装填する。単離収量=64g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.7(singlet,1H),7.85(doublet,1H),7.4(multiplet,1H),7.1(doublet,2H),7.0(multiplet,2H),6.85(doublet,2H),5.5(broad singlet,OH),4.1(mulitiplet,ポリエーテルH),3.5(triplet,アミン由来H),3.4(broad singlet),2.25(triplet,2H),2.1(singlet,6H),1.7(multiplet,2H),1.55(broad singlet,ビスフェノールA由来CH3).生成物中の水の理論量は4.36重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論量は2.42meq/gである。
<実施例7>
DEN438、サリチルアルデヒドおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
実施例3の装置にDEN438(エポキシド当量179.2)33.6g(187.5mmolエポキシ基)、サリチルアルデヒド22.9g(187.5mmol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート647.6mg(382.1mg活性、1.0mmol)を添加する。装置を20mmHgまで真空にしてから、次に窒素を通気させる。真空/窒素を合計3回循環させ、窒素で終了する。装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、90℃に維持した油浴に沈める。30分後、浴温度を100℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。20時間後、反応混合物をサンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。反応混合物を含有する油浴を90℃まで冷却して、フラスコに3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン19.0g(185.9mmol)を含有する添加漏斗を装着する。撹拌されている温反応混合物にアミンを30分間に渡って滴加する。添加の完了後、粘性の赤色透明シロップをまだ温かい間にフラスコから瓶に装填する。単離収量=68g。周囲温度まで冷却すると、生成物は透明赤色ガラス質となり、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.7(singlet,1H),7.85(doublet,1H),7.4(multiplet,1H),6.9(broad multiplet 5H),5.6(broad singlet,OH),3−4.3(broad mulitiplet),2.25(multiplet,2H),2.1(broad singlet,6H),1.7(multiplet,2H).生成物中の水の理論量は4.41重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論量は2.45meq/gである。
<実施例8>
エポキシ樹脂A、バニリン、および3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
装置にエポキシ樹脂A 30.0g(101.4mmolエポキシ基)、バニリン15.4g(101.2mmol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート487mg(287.3mg活性、0.76mmol)を装填して、実施例3の手順を使用する。一晩の反応の後、3−(ジメチルアミノ)−プロピルアミン10.3g(101.2mmol)を10分間に渡って滴加する。添加の完了後、薄いオレンジ色/褐色透明油を得る。単離収量=50.8g、以下の特性を持つ。
1H NMR(DMSO):8.2(singlet,1H),7.35(singlet,1H),7.15(doublet,1H),6.95(doublet,1H),5.1(broad singlet,OH),4.0(mulitiplet,ポリエーテルH),3.8(singlet,3H,バニリンに由来するOCH3),3.4(broad muliplet,ポリエーテル+アミン由来H),2.25(triplet,2H),2.1singlet,6H),1.7(multiplet,2H),1.0(broad singlet,ポリエーテルからのCH3).生成物中の水の理論量は3.25重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論値は1.8meq/gである。
<実施例9>
エポキシ化ダイズ油、バニリン、および3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
実施例3の装置にエポキシ化ダイズ油(CP Hall Co.からのParaplex G−62、エポキシド当量235)30.0g(127.7mmolエポキシ基)、バニリン19.4g(127.5mmol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート491.2mg(289.8mg活性、0.76mmol)を添加する。装置を20mmHgまで真空にしてから、次に窒素を通気させる。このサイクルを4回反復し、装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、150℃に維持した油浴に沈める。30分後、浴温度を165℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。14時間後、反応混合物サンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。反応混合物を含有する油浴を60℃まで冷却して、フラスコに3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン13.0g(127.2mmol)を含有する添加漏斗を装着する。アミンを10分間に渡って滴加する。添加の完了後、温粘性シロップを得る。以下の解析と共に、単離収量=57.4g。
1H NMR(DMSO):8.2(singlet,1H),7.35(multiplet,1H),7.0(broad multiplet,2H),5.2(broad singlet,OH),3.2−4.6(broad mulitiplet),2.25(multiplet,2H),2.1(singlet,6H),1.7(multiplet,2H),1.0−1.6(multiplet),0.8(broad singlet).生成物中の水の理論量は3.65重量%である。サンプル中のジメチルアミノ基の理論値は2.03meq/gである。
<実施例10、11および12>
BVT試験での反応性データ
付加体 3部
SPECFLEX NC 630 100部
VORANATE T−80 指数110
実施例10;実施例2の付加体を使用;10分後に2200cPsに到達。
実施例11;実施例3の付加体を使用;5分20秒後に20000cPsに到達。
実施例12;実施例4の付加体を使用;5分45秒後に20000cPsに到達。
これらのデータは、触媒(c)がポリオール−イソシアナート反応を触媒し、それゆえゲル化触媒であることを確認する。これは比較例12Cによって確認される。
<比較例12C>
Voranol NC630 100部
Dabco 33 LV 0.26部
Voranate T−80 指数110
5分40秒後に完全ゲル化(20,000cPs)に達する。
<実施例13および14>
Krauss−Maffei混合ヘッドを装備した高圧装置を使用し、実施例3の付加体を用いて、2通りの発泡実験を実施する。
処方
Specflex NC−632 18.5
Specflex NC−700 30
ポリオールA 50
実施例3の付加体 1.5
水 3.6
DEOA 0.7
Dabco DC−5169 0.6
Voranate T−80 指数100および105
フリーライズ(free rise)フォーム 実施例13 実施例14
クリーム時間(秒) 4 4
ゲル時間(秒) 61 60
ライズ(rise)時間(秒) 131 133
フリーライズ(free rise)密度(kg/m3) 28 適用せず
成形フォーム:離型時間4分、成形密度38.4kg/m3。実施例13および14は、触媒(c)が触媒活性を有するポリオール(ポリオールA)および従来のポリオールと組合されるときに、良好で安定なフォームが得られることを示している。他の触媒は、実施例13および14によって使用されない。離型時にアミンの臭気は検出されない。
<実施例15、16>
実施例15では、実施例3の付加体の代わりに実施例4の付加体を、実施例13/14の処方と共に使用する;指数100:測定した反応性:クリーム時間5秒;ゲル時間70秒;ライズ時間(rise)157秒。フリーライズ(free rise)密度28.5kg/m3の良好なフォームが得られる。
実施例16では、実施例3の付加体の代わりに実施例5の付加体を、実施例13/14の処方と共に使用する。指数100:測定した反応性:クリーム時間4秒;ゲル時間58秒;ライズ時間(rise)126秒。フリーライズ(free rise)密度28kg/m3の良好なフォームが得られる。
<実施例17および18>
Cannon装置を用いて発泡試験を実施する。
実施例17では、実施例3の付加体を以下の処方で使用する。
処方
ポリオールC 24.4
Specflex NC−700ポリオール 37.5
ポリオールB 36.6
実施例3の付加体 1.5
水 3.9
DEOA 1.4
Niax Y−10184 1.2
VORANATE T−80 指数105
サイズ:5ガロンバケツに600グラム。測定した反応性:クリーム時間5秒;ライズ(rise)時間84秒。フリーライズ(free rise)密度28.8kg/m3の良好なフォームが得られる。
実施例18では、実施例5の付加体を実施例17の処方と共に使用する。
サイズ:5ガロンバケツに600グラム。測定した反応性:クリーム時間5秒;ライズ(rise)時間83秒。フリーライズ(free rise)密度28.4kg/m3の良好なフォームが得られる。
<実施例19>
実施例3の付加体を各種のレベルでポリオールBおよびCとブレンドして、BVT試験を通じた測定によって、そして目視検査によってエージング試験を実施し、相分離の徴候を記録する。60℃での13週間後、以下のブレンドでは反応性の消失も相分離の徴候も見られない:
実施例3の付加体 5重量部
ポリオールB 38
ポリオールC 57
<実施例20>
重量による以下の組成物を用いて、ポリオールブレンドを調製する:
Specflec NC−632 18.5
Specflex NC−700 30
ポリオールA 50
実施例5の付加体 1.5
水 3.6
DEOA 0.7
Dabco DC−5169 0.6
このブレンドは、Voranate T−80によって、Krauss−Maffei混合ヘッドを使用して、各種の日数で発泡させる:
第1日 第4日
クリーム時間(秒) 5 5
ゲル時間(秒) 69 70
ライズ(rise)時間(秒) 141 143
フリーライズ(free rise)密度(kg/m3) 30 29
これらのエージングデータは、水およびイミンベース触媒(c)を含有するポリオールブレンドが数日間に渡って安定であることを示す。
<実施例21>
DER 732、サリチルアルデヒド、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、および3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
装置にDER 732 475.0g(1.498molエポキシ基)、サリチルアルデヒド173.8g(1.424mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート5.8g(3.42g活性、9.0mmol)を装填して、実施例3の手順に従う。反応を16時間に渡って進行させて、その時間の後に3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン72.7g(0.712mol)および1−(3−アミノプロピル)イミダゾール89.1g(0.712mol)を添加漏斗によって滴加する。撹拌されている温反応混合物にアミンを1時間に渡って滴加する。添加の完了後、オレンジ色の透明油を得る。単離収量=805.9g。生成物中の水の理論量は3.15重量%である。ジメチルアミノ基およびイミダゾール基の間で等しく割られた、サンプル中の全アミン官能価の理論量は、1.75meq/gである。
<実施例22>
発泡は、実施例21の付加体1.5重量部によって、実施例14および15の処方および条件を使用して実施する:
クリーム時間(秒) 4
ゲル時間(秒) 69
ライズ(rise)時間(秒) 129
この処方は、離型時間4分で良好な硬化を伴う、成形密度38kg/m3のフォーム部品を成形するのに使用する。
<実施例23>
エポキシ樹脂A、サリチルアルデヒド、ビスフェノールAおよび3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
機械式スターラー、Claissenアダプタ、および真空/窒素源に接続されたガス注入アダプタを装備した1L 口丸底フラスコに、エポキシ樹脂A 500.0g(1.69molエポキシ基)、サリチルアルデヒド103.g(0.845mol)、ビスフェノールA 96.45g(0.4435mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート(メタノール中59%)6.5gを装填する。装置を20mmHgまで真空にしてから、次に窒素を通気させる。真空/窒素を合計5回循環させ、窒素で終了する。装置を窒素の動的雰囲気下に放置し、120℃に維持した油浴に沈める。1時間後、浴温度を150℃まで上昇させて、反応混合物を一晩撹拌する。20時間後、反応混合物をサンプリングして、NMRによって解析し、すべてのエポキシが消費されることを明らかにする。フラスコを油浴から取外し、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン86.4(0.845mol)を含有する添加漏斗を装着する。撹拌されている温反応混合物にアミンを1時間に渡って滴加する。添加の完了後、オレンジ色透明油をフラスコから瓶に装填する。単離収量=780.4g。
<実施例24>
エポキシ樹脂A、3,3’ジアミノ−N−メチル−ジプロピルアミン、および3−ジメチルアミノプロピルアミンの付加体
エポキシ樹脂A 444g(1.5molエポキシ基)、サリチルアルデヒド183.2g(1.5mol)、およびテトラブチルホスホニウムアセテート(メタノール中59重量%)5.8gを使用して、実施例23の手順に従う。150℃での一晩の反応の後、3−ジメチルアミノプロピルアミン76.6g(0.75mol)および3,3’−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミン54.5g(0.375mol)の混合物を反応物に添加する。単離収量=752.9g
本発明の他の実施形態は、本明細書の検討および本明細書で開示した発明の実施から、当業者に明らかになるであろう。明細書および実施例は、例示のみと見なされるものとし、本発明の真の範囲および精神は、以下の請求項によって示される。

Claims (33)

  1. 触媒組成物であって、触媒が少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン部分を有し、イミン結合が(i)少なくとも1つのアルデヒドまたはケトン部分を有する化合物と、(ii)少なくとも1つの第1級アミン部分を有する化合物とを含む反応混合物によって得られ、第3級アミン部分が(i)の化合物、(ii)の化合物または(i)および(ii)の両方の化合物に存在する、触媒化合物。
  2. ケトンまたはアルデヒド部分を有する化合物が第3級アミン部分をさらに含有する、請求項1に記載の触媒。
  3. 第1級アミン部分を有する化合物が第3級アミン部分をさらに含有する、請求項1に記載の触媒。
  4. ケトンがR−C(O)−R1によって表され、式中、RおよびR1が独立して、C1〜C20置換または非置換の直鎖または分岐アルキル、4〜20個の原子を含有する環式、複素環または芳香族化合物であるか、またはRおよびR1が相互に結合されて、環内に5〜20個の原子を含有する環構造を形成する、請求項1に記載の触媒。
  5. アルデヒドがR−C(O)−Hによって表され、式中、Rは、C1〜C20置換または非置換の直鎖または分岐アルキル、4〜20個の原子を含有する環式、複素環または芳香族化合物である、請求項1に記載の触媒。
  6. 第1級および第3級アミン部分の両方を有する化合物が式:
    2N−R8−N(R92によって表され、式中、R8は、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族または環式鎖であり、R9は、C1〜C3アルキル基である、請求項1に記載の触媒。
  7. 第1級および第3級アミン部分の両方を有する化合物が、3−(ジメチルアミノ)−プロピルアミン、1−(3−アミノプロピル)−イミダゾール、1−(3−アミノプロピル)−2−メチルイミダゾール、N,N−ジメチルジプロピレントリアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジブチルエチレンジアミン、3−(ジエチルアミノ)−プロピルアミン、3−(ジブチルアミノ)−プロピルアミン、N,N,2,2−テトラメチル−1,3−プロパンジアメ、2−アミノ−5−ジエチルアミノペンタン、N−メチル−(N’−アミノエチル)−ピペラジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、3−アミノキヌクリジン、4−(2−アミノエチル)モルホリン、4−(3−アミノプロピル)モルホリン、N,N−ジメチル−1,4−フェニレンジアミン、5−アミノ−1−エチルピラゾール、2−アミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−(アミノエチル)ピリジン、4−アミノピリジン、3−アミノピリジン、3−(アミノエチル)ピリジン、N−アミノプロピルピロリジン、2−アミノピコリン、ジアミノピリジン、2−アミノピリミジン、4−アミノピリミジン、アミノピラジン、3−アミノ−1,2,4−トリアジン、アミノキノリン、N,Nジメチルジプロピレントリアミンおよび3,3’−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミン、N−メチル−1,3−プロピルジアミンである、請求項1に記載の触媒。
  8. 少なくとも1つの第3級アミンおよび少なくとも1つのアルデヒドまたはケトン部分基を含有する化合物と、第1級アミンを含有する化合物との反応生成物によって得られた請求項1に記載の触媒。
  9. ケトンおよび第3級アミン部分を含有する化合物が式(R22N−R3−C(O)−Rによって表され、式中、Rが、C1〜C20置換または非置換の直鎖または分岐アルキル、4〜20個の原子を含有する環式、複素環または芳香族化合物であり、R2が、C1〜C6直鎖または分岐アルキルであり、R3が、少なくとも1つの第3級アミンによって置換された、C1〜C12直鎖または分岐アルキル、6〜20を有する芳香族またはアルキル芳香族部分であり;あるいはR3が、少なくとも1個の窒素が環構造に含まれる、5〜20個の原子を有する単環または2環部分であり;あるいはR3およびRが、相互に結合して5〜20個の原子を有する環構造を形成する、請求項8に記載の触媒。
  10. アルデヒドおよび第3級アミン部分を含有する化合物が式(R22N−R3−C(O)Hによって表され、式中、R2が、C1〜C6直鎖または分岐アルキルであり、R3が、少なくとも1つの第3級アミンによって置換された、C1〜C12直鎖または分岐アルキル、6〜20を有する芳香族またはアルキル芳香族部分であり;あるいはR3が、少なくとも1個の窒素が環構造に含まれる、5〜20個の原子を有する単環または2環部分であり;あるいはR3およびRが、相互に結合して5〜20個の原子を有する環構造を形成する、請求項2に記載の触媒。
  11. 第1級アミンを含有する化合物がN,N−ジメチルジプロピレントリアミン、3,3’−ジアミノ−N−メチル−ジプロピルアミン、3−アミノプロピル−N−メチル−エタノールアミンおよび3−(ジメチルアミノ)プロピルアミンである、請求項1に記載の触媒。
  12. (a)(i)少なくとも1つのエポキシ部分を含有する化合物と、(ii)エポキシ反応性部分およびアルデヒドまたはケトン部分を含有する化合物との混合物と、
    (b)ステップ(a)の生成物を、少なくとも1つの第1級アミンおよび少なくとも1つの第3級アミン部分を含有する化合物と混合するステップと、
    を含む、反応生成物である、請求項1に記載の触媒。
  13. エポキシ反応性部分がアルコール、アミン、チオールまたはカルボン酸である、請求項12に記載の触媒。
  14. アルデヒドおよびエポキシド部分を有する化合物が環構造を含有するときに、アルデヒド部分が環に直接結合し、エポキシド反応性部分が環に直接結合するか、C3〜C6直鎖または分岐アルキルを介して環に結合するという条件で、アルデヒド部分およびエポキシド反応性部分を有する化合物が、ヘテロ原子を含有するC3〜C30脂肪族、芳香族またはポリ芳香族化合物あるいは環構造である、請求項12に記載の触媒。
  15. エポキシド反応性部分およびアルデヒド部分を有する化合物が、サリチルアルデヒド、バニリン、5−(ヒドロキシメチル)−フルフラル、3−ヒドロキシベンズアルデヒド、4−ヒドロキシベンズアルデヒド、ジヒドロキシベンズアルデヒド、トリヒドロキシベンズアルデヒド、2−カルボキシベンズアルデヒド、3−カルボキシベンズアルデヒドまたはその混合物である、請求項14に記載の触媒。
  16. ケトンおよびエポキシド部分を有する化合物が環構造を含有するときに、エポキシド反応性部分が環に直接結合するか、C1〜C6直鎖または分岐アルキルを介して環に結合するという条件で、ケトンおよびエポキシド官能基部分を有する化合物が、ヘテロ原子を含有するC3〜C30脂肪族、芳香族またはポリ芳香族化合物あるいは環構造である、請求項12に記載の触媒。
  17. ケトンおよびエポキシド官能基を有する化合物が2’−ヒドロキシアセトフェノン、4’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3−アセチル−1−プロパノール、4−ヒドロキシ−3−メチル−2−ブタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4’−ヒドロキシバレロフェノン、ジヒドロキシアセトフェノン、ベンジル−4−ヒドロキシフェニルケトン、アセトバニロン、3’−アミノアセトフェノン、4’−アミノアセトフェノン、アミノベンゾフェノン、4−アセチル安息香酸、2−ベンゾイル安息香酸またはその混合物である、請求項13に記載の触媒。
  18. 少なくとも1つのエポキシド部分を含有する化合物が式:
    Figure 2007516339
    によって表され、式中、R4が置換または非置換の芳香族、脂肪族、脂環式または複素環基であり、nが1〜8の平均値を有する、請求項12に記載の触媒。
  19. ステップ(a)において、混合物がフェノール、クレゾール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ノボラックポリオール、エチレンジアミン、3,3’−ジアミノ−N−メチル−ジプロピルアミン、レゾルシノール、アジピン酸、コハク酸、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、酸性酸、またはその組合せをさらに含有する、請求項12に記載の触媒。
  20. ステップ(b)において、第1級アミンおよび第3級アミン部分を含有する化合物が2つまたはそれ以上の第1級アミンを含有する、請求項12に記載の触媒。
  21. アミン末端ポリオールと、第3級アミン部分およびアルデヒドまたはケトン部分を含有する化合物との反応によって生成された、請求項1に記載の触媒。
  22. ステップ(a)に存在するエポキシ部分の1〜50パーセントが、エポキシ反応性基および第3級アミン部分を含有する化合物と反応する、請求項12に記載の触媒。
  23. イソシアナートと、少なくとも1つのアルコールまたはアミン部分および少なくとも1つのアルデヒドまたはケトン部分を有する化合物との反応生成物である、請求項1に記載の触媒。
  24. 99.9〜50重量パーセントの、2〜8の官能価および20〜800のヒドロキシル数を有するポリオール化合物またはポリオールのブレンドと、0.1〜50パーセントの触媒組成物であって、少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン基を有する触媒とを含有する、ポリオール組成物。
  25. ポリオールまたはポリオールのブレンドが20〜100の平均ヒドロキシル数を有する、請求項24に記載のポリオール組成物。
  26. 触媒組成物が請求項1から23のいずれか一項に記載の触媒である、請求項25に記載のポリオール組成物。
  27. (a)少なくとも1つの有機ポリイソシアナートと、
    (b)ポリオールが2〜8の計算公称官能価および20〜800のヒドロキシル数を有するポリオール組成物と、
    (c)少なくとも1つのイミン結合および少なくとも1つの第3級アミン基を含有する少なくとも1つの堅牢触媒と
    (d)場合により、別の触媒および/または発泡剤の存在下での、
    (e)場合により、ポリウレタンフォーム、エラストマーまたはコーティングの製造のためのそれ自体既知の添加剤または助剤と、
    の混合物の反応による、ポリウレタン製品の製造プロセス。
  28. 前記触媒が、(b)および(c)の総重量の0.1〜50重量パーセントの量で存在する、請求項27に記載のプロセス。
  29. 触媒が請求項1から23のいずれか一項に記載の触媒である、請求項27に記載のプロセス。
  30. ポリオール組成物が20〜100のヒドロキシル数を有し、発泡剤がポリオールの0.2〜10重量パーセントの量の水である、柔軟性ポリウレタンフォームを製造するための請求項29に記載のプロセス。
  31. 請求項30に記載のプロセスによって製造された柔軟性ポリウレタンフォーム。
  32. ポリオール組成物が200〜1000の平均ヒドロキシル数を有し、発泡剤が炭化水素またはハイドロフルオロカーボンと組合せた水である、剛性ポリウレタンフォームを製造するための請求項29に記載のプロセス。
  33. 請求項32に記載のプロセスによって製造された剛性ポリウレタンフォーム。

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