JP2010106104A - ポリオール組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】水を発泡剤とし、断熱性、防カビ性に優れた硬質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物を提供する。
【解決手段】本発明は、ポリオール化合物、発泡剤として水、特定のイミダゾール化合物を含有し、ポリイソシアネート成分と混合し、反応させて硬質ポリウレタンフォームを形成する組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、水を発泡剤とする硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物に関するものである。
近年、木造戸建て住宅の断熱性を高める住宅用断熱材に、発泡断熱材が利用されている。
このような発泡断熱材としては、例えば、高断熱性及び環境適用性に優れる現場吹付け形の水を発泡剤とした低密度ウレタンフォームが好適に適用されている。
特許第3272971号公報
しかしながら、このような低密度ウレタンフォームは、透湿性が高く、ウレタンフォーム内に湿気等が入りやすい。そのため、ウレタンフォーム中に入り込んだ湿気等が外部へ抜けきらない場合があり、ウレタンフォーム内部で結露し、カビ等が発生しやすいという問題があった。
本発明者らは、上記問題に鑑み、鋭意検討した結果、ポリオール組成物中に、ある特定のイミダゾール化合物を導入する場合に限って、防カビ性に優れたウレタンフォームが得られることを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明は以下のポリオール組成物に関するものである。
1.ポリオール化合物、発泡剤として水、下記式(1)で示されるイミダゾール化合物を含有し、ポリイソシアネート成分と混合し、反応させて硬質ポリウレタンフォームを形成するポリオール組成物。
式(1)
Figure 2010106104

(Rは、炭素数が6〜12であるアルキル基を示す。Rは、水素または炭素数が1〜6のアルキル基もしくはフェニル基を示す。Rは、水素または炭素数が1〜4のアルキル基を示す。)
2.前記発泡剤がポリオール組成物全量中に4〜8重量%含有され、得られる硬質ウレタンフォームの透湿率が8.0ng/(m・s・Pa)以上であることを特徴とする1.に記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
3.前記ポリオール化合物が、水酸基価が200〜400mgKOH/gであるマンニッヒ変性ポリエーテルポリオールを含むことを特徴とする1.から2.のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
4.前記ポリオール化合物が、グリセリンを開始剤としプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドを開環付加させて得られる水酸基価が30〜60mgKOH/gポリエーテルポリオールを含むことを特徴とする1.から3.のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
5.前記ポリオール化合物全量中に、マンニッヒ変性ポリエーテルポリオールを40〜70重量%、グリセリンを開始剤としプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドを開環付加させて得られるポリエーテルポリオールを30〜60重量%含むことを特徴とする1.から4.のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
本発明のポリオール組成物を使用して製造した硬質ポリウレタンフォームは、水のみを発泡剤として使用し、スプレー発泡法又は注入法により形成され、断熱性、防カビ性に優れた硬質ポリウレタンフォームである。特に、戸建住宅用硬質ポリウレタンフォームとして、有効である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明のポリオール組成物は、ポリオール化合物、発泡剤として水、下記式(1)で示されるイミダゾール化合物を含むものである。
式(1)
Figure 2010106104

本発明のポリオール組成物の粘度は、スプレー法による硬質ポリウレタンフォームの製造が容易に行える観点より1000mPa・s(20℃)以下であることが好ましく、500mPa・s(20℃)以下であることがより好ましい。
本発明のポリオール組成物を構成するポリオール化合物としては、特に限定されないが、ポリエーテルポリオールを含むものが好ましい。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、芳香族ポリエーテルポリオール、グリセリン系ポリエーテルポリオール、第3級アミノ基含有ポリエーテルポリオール等が挙げられる。
芳香族ポリエーテルポリオールとしては、ビスフェノールAを開始剤としてエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加することで得られるビスフェノールA型ポリエーテルポリオールや、芳香族アミン、すなわち、トルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、p−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、ナフタレンジアミン、トリエタノールアミン、マンニッヒ縮合物等を開始剤としてエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加することで得られる芳香族アミン系ポリエーテルポリオールが挙げられる。
本発明では、芳香族アミン系ポリエーテルポリオール、とりわけ、フェノール類とアミン化合物とのホルマリン縮合物にアルキレンオキサイドを付加することで得られるマンニッヒ変性ポリエーテルポリオールが好ましく、特に水酸基価が200〜400mgKOH/gであるマンニッヒ変性ポリエーテルポリオールが好ましい。
グリセリン系ポリエーテルポリオールは、グリセリンを開始剤とするプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドで修飾されたポリエーテルポリオールが挙げられる。
本発明では、特に、水酸基価が30〜60mgKOH/gである、分子量が3000〜5000のグリセリン系ポリエーテルポリオールが好ましい。
第3級アミノ基含有ポリエーテルポリオールとしては、例えば、アルキレンジアミン、アルカノールアミン等の低分子量アミン、すなわち、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ネオペンチルジアミン等の炭素数が2〜8のアルキレンジアミンを開始剤とし、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの少なくとも1種を開環付加させたもの等が挙げられる。
また、ポリエーテルポリオールとして、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−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、シクロヘキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール等のグリコール類や、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等を開始剤とし、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの少なくとも1種を開環付加させたポリエーテルポリオール等を使用してもよい。
本発明のポリオール化合物としては、特に、マンニッヒ変性ポリエーテルポリオールとグリセリンを開始剤とするプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドで修飾されたポリエーテルポリオールを含むことが好ましく、ポリオール化合物全量中に、マンニッヒ変性ポリエーテルポリオールを40〜70重量%、グリセリンを開始剤とするプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドで修飾されたポリエーテルポリオールを30〜60重量%含むことが好ましい。
発泡剤である水は、ポリオール組成物全量中に4〜8重量%、さらに好ましくは4〜7重量%とする。4重量%より少ない場合、得られるフォームが高密度化並びに独立気泡率が高くなる恐れがあり、8重量%より多い場合、フォームの形成が困難となる。
本発明は、特に戸建住宅用(木造、鉄筋コンクリート、セメント)として好適なウレタンフォーム用ポリオール組成物であり、得られるウレタンフォームの透湿率が8.0ng/(m・s・Pa)以上(さらには9.0ng/(m・s・Pa)以上15.0ng/(m・s・Pa)以下)であることが好ましい。
このような透湿率を有することにより、木造住宅においても最適なウレタンフォームを提供でき、戸建住宅用全般に亘って好適なウレタンフォームの提供が可能となる。
イミダゾール化合物としては、化学式1(化1)にて表される構造である。
(化1)
Figure 2010106104

は、炭素数が6〜12であるアルキル基を示す。
は、水素または炭素数が1〜6のアルキル基もしくはフェニル基を示す。本発明では、特にメチル基、フェニル基が、ポリオール化合物との相溶性に優れるため、好適に用いられる。
は、水素または炭素数が1〜4のアルキル基を示す。
このようなイミダゾール化合物は、優れた防カビ性を発揮するとともに、、安全性が高く、取扱いも容易である。さらに、ポリオール化合物との相溶性に優れるため、ウレタンフォーム全体に、均一に分散しやすい。そのため、ウレタンフォーム全体に亘って、優れた防カビ性を付与することができる。Rの炭素数が、本発明の規定から外れると、防カビ性に劣る。
このようなイミダゾール化合物としては、例えば、1−n−オクチル−2−メチルイミダゾール、1−n−オクチル−2−フェニルイミダゾール等が挙げられる。
イミダゾール化合物の添加量はポリオール組成物全量中に、0.01〜5重量%、さらには0.1〜3重量%であることが好ましい。
本発明の硬質ポリウレタンフォームの製造に際しては、上記成分の他に、当業者に周知の触媒、難燃剤、整泡剤、界面活性剤、着色剤等が使用可能である。
触媒としては、第3級アミン触媒、イミダゾール系触媒、脂肪酸アルカリ金属塩触媒等の公知の触媒を限定なく使用することができる。
第3級アミン触媒としては、具体的にはN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンやN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン等のN−アルキルポリアルキレンポリアミン類、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ビス(β−ジメチルアミノエチル)エーテル、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N,N−ジメチルアミノプロピルヘキサヒドロトリアジン等の第3級アミン触媒を例示できる。
イミダゾール系触媒としては、1−イソブチル−2−メチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール等を例示でき、脂肪酸アルカリ金属塩触媒としてはオクチル酸カリウム、酢酸カリウム等を例示することができる。
また、これらの触媒の他に、アミン触媒や有機金属触媒等を併用してもよい。
触媒の添加量はポリオール化合物100重量部に対して0.1〜20重量部であることが好ましく、さらには0.5〜10重量部であることが好ましい。
難燃剤としては、例えば、有機リン酸エステル類等が挙げられ、有機リン酸エステル類としては、リン酸のハロゲン化アルキルエステル、アルキルリン酸エステルやアリールリン酸エステル、ホスホン酸エステル等が使用可能であり、具体的にはトリス(β−クロロエチル)ホスフェート、トリス(β−クロロプロピル)ホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリエチルホスフェート、クレジルフェニルホスフェート、ジメチルメチルホスホネート等が例示でき、これらの1種以上が使用可能である。本発明では難燃性及び減粘剤としての効果も発揮することから、トリス(β−クロロプロピル)ホスフェートを用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。
難燃剤の添加量はポリオール化合物100重量部に対して5〜100重量部、好ましくは10〜50重量部である。
整泡剤としては、公知の硬質ポリウレタンフォーム用シリコーン整泡剤、即ちポリジメチルシロキサンとポリオキシエチレングリコール又はポリオキシエチレン−プロピレングリコールのグラフト共重合体(ポリエーテル変性シリコーン化合物)を限定なく使用することができる。係る整泡剤としては、SH−193、L−5420、L−5340、SZ−1698、SZ−1704、SZ−1923、SZ−1932(東レダウコーニング)、F−502、F−506(信越化学工業)等を例示することができる。
整泡剤の添加量はポリオール化合物100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは0.3〜5重量部である。
界面活性剤としては、化学式2(化2)にて表されるポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等が好ましく使用できる。
(化2)
O(CHCHO)mH

CH
/ \
H(CHCHO)pO─CH CHO(CHCHO)nH
│ │
CH CHCHOCOR
\ /
Rは炭素数8〜18のアルキル基、アルケニル基又はアルカジエニル基であり、Rとしては、具体的にはオクチル基、ステアリル基、ラウリル基、オレイル基、パルミチル基などの炭素数が8以上のアルキル基、アルケニル基、アルカジエニル基が例示される。m+n+pは15以上、さらには20以上(但し、m+nは1以上)であり、HLBは10以上、さらには13以上、さらには15以上であることが好ましい。
なおHLBとは、親水親油バランスのことであり、本発明ではグリフィン法によって算出された値である。
ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルの添加量は、ポリオール組成物全量中0.01〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%である。
さらに本発明のポリオール組成物には、3次元架橋構造を有するアルコキシシラン縮合物を含んでもよい。
このようなアルコキシシラン縮合物としては、例えば、下記式(3)で示されるシラン化合物を公知の手法で混合・縮合させて得ることができる。
式(3) X(SiO)
(Xは同じでも異なっていてもよく、水素、炭素数1から24の直鎖状、分岐状、環状等のアルキル基、炭素数1から24の直鎖状、分岐状、環状等のアルコキシル基(ただし、Xのうち、少なくとも2箇所以上が炭素数1から24の直鎖状、分岐状、環状等のアルコキシル基である化合物を含む。)、Yは同じでも異なっていてもよく、水素、直鎖状、分岐状、環状等の炭素数1から24のアルキル基、nは1以上(好ましくは、nが1)の整数。また炭素原子、水素原子の一部は、窒素原子、ハロゲン原子等に置き換わったものでもよい。)
本発明で用いるアルコキシシラン縮合物は、少なくとも、式(3)から選ばれる1種以上を混合し反応させて得ることができ、このようなアルコキシシラン縮合物は、3次元架橋構造を有するものである。
このようなアルコキシシラン縮合物は、詳細は不明であるが、ポリオール化合物に非相溶でありながら、ポリオール組成物中に効率よく分散されるため、発泡安定性の向上に優れているものと思われる。さらにアルコキシシラン縮合物はポリウレタン骨格中に効率よく取り込まれ、該取り込まれたアルコキシシラン縮合物の作用により、長期的な寸法安定性に優れた硬質ポリウレタンフォームを得ることができるものと思われる。また、アルコキシシラン縮合物を得る際には、公知の触媒を用いることができる。
アルコキシシラン縮合物の添加量は、ポリオール組成物全量中0.01〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%、さらに好ましくは0.3〜3重量%が好適である。
ポリオール組成物と混合、反応させて硬質ポリウレタンフォームを形成するポリイソシアネート成分としては、特に限定されず、ポリウレタンの技術分野において公知のポリイソシアネート成分は限定なく使用可能である。例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(クルードMDI(c−MDI))、キシリレンジイソシアネート(XDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)等が挙げられ、本発明では、取扱の容易性、反応の速さ、得られる硬質ポリウレタンフォームの物理特性が優れていること、低コストであることなどから、通常、液状MDI、例えばクルードMDI(c−MDI)を使用することが好ましい。
本発明の硬質ポリウレタンフォームは、前記ポリオール組成物と前記ポリイソシアネート成分を、NCO/OH比率(当量比)が0.5〜1.5、好ましくは0.7〜1.0程度に調整し、反応させることによって得ることができる。
また、硬質ポリウレタンフォームの製造時の温度は、前記ポリオール組成物と前記ポリイソシアネート成分の温度がそれぞれ30〜60℃程度となるように調整しておくことが好ましい。
このような硬質ポリウレタンフォームの製造においては、前記ポリオール組成物と前記ポリイソシアート成分を均一に混合することができれば、特に限定されず、公知の装置が使用可能である。例えば、小型ミキサーや、通常のウレタンフォームを製造する際に使用する、注入発泡用の低圧、高圧発泡機、スラブ発泡用の低圧、高圧発泡機、連続ライン用の低圧、高圧発泡機、吹き付け工事用のスプレー発泡機等を使用することができる。
本発明のポリオール組成物を使用して製造した硬質ポリウレタンフォームは、水のみを発泡剤として使用し、スプレー発泡法又は注入法により形成され、断熱性、防カビ性さらに寸法安定性に優れた硬質ポリウレタンフォームである。
(ポリオール組成物)
表1に示す原料を用いて、表2に示す配合にてポリオール組成物を調製した。
得られたポリオール組成物について以下に記載の試験を行った。
Figure 2010106104
Figure 2010106104
1)貯蔵安定性
得られたポリオール組成物を、50℃の恒温槽に7日間貯蔵後、ポリオール組成物の状態を目視にて評価した。結果は表2に示す。評価は次の通りである。
○:異常なし
△:一部相分離がみられた
×:相分離がみられた
(硬質ポリウレタンフォーム)
市販の二液混合型のスプレー発泡機を使用し、ポリオール組成物とイソシアネート成分を液温40℃にて、同容積比で混合したウレタン組成物を試験面材(合板)上に平均厚さ50mmで硬質ポリウレタンフォームを形成させた。
得られる硬質ポリウレタンフォームについて以下に記載の試験を行った。
2)フォーム密度
硬質ポリウレタンフォームから50mm×50mm×40mmに裁断して作製した評価サンプルについて、25℃にて3日間放置した後、重量測定を行って密度(kg/m)を算出した。結果は表2に示す。
3)透湿率
硬質ポリウレタンフォームから250mm×250mm×25mmに裁断して作製した評価サンプルについて、JIS A 1324(カップ法)に準拠し、測定を行った。
4)防カビ性
硬質ポリウレタンフォームから30mm×30mm×5mmに裁断して作製した評価サンプルについて、以下の試験を実施、防カビ性を評価した。
クロラムフェニルコールを添加したポテトデキストロース寒天平板培地の中央に、上記試験片を静置した。次いで、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム50mlを蒸留水に添加し、オートクレーブした滅菌水に、カビ胞子を各1白金耳加え、ガーゼでろ過した混合胞子懸濁液を、上記寒天培地に4ml滴下し、28℃に設定したインキュベーターにて1週間培養を行った。
なお、カビ胞子としては、アスペルギルス ニガー(NBRC6342)、ペニシリウム ピノフィルム(NBRC6345)、グラドスポリウム グラドスポリオイデス(NBRC6348)、オーレオバシジウム プルランス(NBRC6353)、グリオクラジウム ビレンス(NBRC6355)、アルタナリア アルタナタ(NBRC63587)を使用した。
培養後の状態を確認し、以下の基準にて評価を行った。結果を表2に示す。
○:試験片表面の菌糸の伸長が認められない。
△:試験片表面の1/3未満に菌糸の伸長が認められる。
×:試験片表面の1/3以上に菌糸の伸長が認められる。

Claims (5)

  1. ポリオール化合物、発泡剤として水、下記式(1)で示されるイミダゾール化合物を含有し、ポリイソシアネート成分と混合し、反応させて硬質ポリウレタンフォームを形成するポリオール組成物。
    式(1)
    Figure 2010106104

    (Rは、炭素数が6〜12であるアルキル基を示す。Rは、水素または炭素数が1〜6のアルキル基もしくはフェニル基を示す。Rは、水素または炭素数が1〜4のアルキル基を示す。)
  2. 前記発泡剤がポリオール組成物全量中に4〜8重量%含有され、得られる硬質ウレタンフォームの透湿率が8.0ng/(m・s・Pa)以上であることを特徴とする請求項1に記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
  3. 前記ポリオール化合物が、水酸基価が200〜400mgKOH/gであるマンニッヒ変性ポリエーテルポリオールを含むことを特徴とする請求項1から請求項2のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
  4. 前記ポリオール化合物が、グリセリンを開始剤としプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドを開環付加させて得られる水酸基価が30〜60mgKOH/gポリエーテルポリオールを含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
  5. 前記ポリオール化合物全量中に、マンニッヒ変性ポリエーテルポリオールを40〜70重量%、グリセリンを開始剤としプロピレンオキサイドまたはエチレンオキサイドを開環付加させて得られるポリエーテルポリオールを30〜60重量%含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。


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