JP2010126661A - ポリオール組成物、その製造方法および該ポリオール組成物を用いるポリウレタン樹脂の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸と、分子内に水酸基および1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸と、分子内に少なくとも2個の活性水素を有する活性水素化合物とを脱水縮合反応させてなる反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させてなることを特徴とするポリオール組成物。
【選択図】なし
Description
また、前記ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基と、前記ヒドロキシカルボン酸の水酸基、又は前記活性水素化合物の活性水素とが脱水縮合反応され得る。
さらには、カルボキシル基が脱水縮合した後のヒドロキシカルボン酸において未反応の水酸基と、前記ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基、又は前記ポリカルボン酸のカルボキシル基とが脱水縮合反応され得る。
加えて、水酸基が脱水縮合した後のヒドロキシカルボン酸において未反応のカルボキシル基と、前記ヒドロキシカルボン酸の水酸基、又は前記活性水素化合物の活性水素とが脱水縮合反応され得る。
その他、様々な態様の中間化合物のカルボキシル基と、様々な態様の中間化合物の水酸基又は中間化合物の活性水素とが脱水縮合反応され得る。
このような脱水縮合反応によって、様々な中間反応物が生じ、該中間反応物に対して上記アルキレンオキシドが付加重合されることによって様々なポリオール化合物が生じ得る。従って、前記ポリオール組成物は、様々なポリオール化合物を含むこととなり得る。
前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル用いられて反応されてなることにより、好適な弾性、硬度を有するポリウレタン樹脂が得られ、特に軟質ポリウレタンフォームにおいては、良好な反発弾性を得ることができるという利点がある。
また、前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル用いられて反応されてなることにより、前記ポリオール組成物が、より粘度の低いものになり得るという利点がある。
また、前記ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基と、前記ヒドロキシカルボン酸の水酸基、又は前記活性水素化合物の活性水素とが脱水縮合反応され得る。
さらには、カルボキシル基が脱水縮合した後のヒドロキシカルボン酸において未反応の水酸基と、前記ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基、又は前記ポリカルボン酸のカルボキシル基とが脱水縮合反応され得る。
加えて、水酸基が脱水縮合した後のヒドロキシカルボン酸において未反応のカルボキシル基と、前記ヒドロキシカルボン酸の水酸基、又は前記活性水素化合物の活性水素とが脱水縮合反応され得る。
その他、様々な態様の中間化合物のカルボキシル基と、様々な態様の中間化合物の水酸基又は活性水素とが脱水縮合反応され得る。
このような脱水縮合反応によって、様々な中間反応物が生じ、該中間反応物に対して前記アルキレンオキシドが付加重合されることによって、様々なポリオール化合物が生じ得る。従って、前記ポリオール組成物は、様々なポリオール化合物を含むこととなり得る。
前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル用いられて反応されてなることにより、好適な弾性、硬度を有するポリウレタン樹脂が得られ、特に軟質ポリウレタンフォームにおいては、良好な反発弾性を得ることができるという利点がある。
また、前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が30モル以下用いられて反応されてなることにより、前記ポリオール組成物が、より粘度の低いものになり得るという利点がある。さらには、前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が、より好ましくは24モル以下、さらに好ましくは21モル以下、よりさらに好ましくは12モル以下、最も好ましくは9モル以下用いられる。
また、前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1モル以上用いられて反応されてなることにより、本実施形態のポリオール組成物に含まれている化合物の分子量がより大きくなり、前記ポリオール組成物の平均水酸基価がより小さくなり得るという利点がある。
・カラム :4.6mmΦ×150mm
(製品名:Inertsil ヒューレットパッカード社製)
・溶離液 :水/アセトニトリル=45/55(重量比)の混合溶媒
・ポンプ流量:1.0mL/min.
・カラム温度:40℃
・検出器 :ELSDドリフトチューブ
・検出器温度:140℃
なお、通常、エチレンオキシドが付加重合されて生じる水酸基は1級水酸基になり、プロピレンオキシドが付加重合されて生じる水酸基は2級水酸基になることから、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの混合物を用いる場合、この2種のアルキレンオキシドの混合比を変化させることによって、前記ポリオール組成物にある1級水酸基と2級水酸基との比を適宜調整することができる。
このように、本実施形態のポリオール組成物は、前記ポリカルボン酸と前記ヒドロキシカルボン酸と前記活性水素化合物とを脱水縮合反応させてなる反応物に、所定のアルキレンオキシドが所定量付加重合されてなることから、ポリオール組成物に存在する水酸基の態様が十分に調整されたものとなり得る。
また、所望の物性等をポリウレタン樹脂に付与させるべく、より制御されたポリオール組成物を製造できるという点では、最初にいずれか2成分を脱水縮合反応させ、続いて残りの1成分を脱水縮合反応させることが好ましい。具体的には、例えば、前記ポリカルボン酸と前記ヒドロキシカルボン酸とを反応させた後に、さらに前記活性水素化合物を反応させる製造方法は、より分子構造の類似したポリオール化合物をポリオール組成物に含ませ得るという点で好ましい。
前記有機金属化合物としては、亜鉛、錫、鉛、ジルコニウム、ビスマス、コバルト、マンガン、鉄などの金属とオクテン酸、ナフテン酸などの有機酸との金属塩、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンアセチルアセトナート、アセチルアセトンアルミニウム、アセチルアセトンコバルト、アセチルアセトン鉄、アセチルアセトン銅、アセチルアセトン亜鉛などの金属キレート化合物などが挙げられる。
これらは、いずれも1種を単独で、あるいは2種以上混合して用いることができる。ポリウレタンフォームの製造においては、3級アミンを用いることが好ましい。なお、添加量は、適宜調整できる。
前記架橋剤は、いずれも単独でまたは2種以上混合して用いることができる。前記架橋剤は、軟質ポリウレタンフォームの調製で用いる場合は、ポリオール成分100重量部に対して、10重量部以下、好ましくは5重量部以下用いることが好ましい。5重量部を超えて用いると、ポリウレタンフォームの圧縮永久歪が悪化し得る。
(A1)クエン酸無水物
(ナカライテスク株式会社製、商品名:クエン酸無水物)
(A2)1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸
(ピロメリット酸 和光純薬工業社製)
ヒドロキシカルボン酸>
(B1)モノヒドロキシステアリン酸
モノヒドロキシステアリン酸の製造方法を以下に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に高純度オレイン酸(日油株式会社製、商品名:EXTRA OLEINTM 99)1000g(3.5モル)、2000mLのギ酸(ナカライテスク株式会社製、商品名:ギ酸)、10mLの70%過塩素酸水溶液(オレイン酸に対して1重量%)の混合物を、5−15分間窒素雰囲気中で加熱還流、その後、過剰のギ酸を減圧で除去することで、粗製のホルムオキシステアリン酸1100g(ヨウ素価13.5gI2/100g、ケン化価298mgKOH/g、酸価170mgKOH/g)を得た。
この粗ホルムオキシステアリン酸を100%過剰(2倍当量)の6N−NaOHと15分間沸騰させ、その後、過剰の6N−HCl中に撹拌しながら注入した。油層(上層)硬化後、水相を除去し、油層(固層)を熱水中にかき混ぜながら投入して再び溶解させた。固体生成物を空気乾燥して粗製のモノヒドロキシステアリン酸1050g(ヨウ素価15.0gI2/100g、酸価184mgKOH/g、平均水酸基価184)を得た。
さらに、石油ナフサ、ヘキサンから再結晶することでモノヒドロキシステアリン酸740g(収率65%、ヨウ素価2gI2/100g、酸価187mgKOH/g、平均水酸基価195mgKOH/g)を得た。
なお、ヨウ素価はJIS K3331に準じて測定し、ケン化価は、JIS K0070に準じて測定し、酸価は、JIS K0070に準じて測定した。なお、平均水酸基価は、後に示す方法で測定した。
(B2)グリコール酸(ナカライテスク株式会社製、商品名:グリコール酸)
(B3)ヒマシ油脂肪酸(伊藤製油社製、商品名「CO−FA」 リシノール酸含有)
(C1)ジプロピレングリコール
(商品名:ジプロピレングリコール ナカライテスク社製)
(C2)ポリエチレングリコール
(数平均分子量390、商品名:PEG400 第一工業製薬社製)
(C3)ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール
(数平均分子量990、プロピレングリコールに、エチレンオキシドとプロピレン
オキシドとの混合物(30/70[重量比])をランダム重合したもの)
(C4)ポリプロピレングリコール
(数平均分子量392、商品名:PPG400 第一工業製薬社製)
(C5)ジエタノールアミン(分子量105)
(C6)ポリエステルポリオール
(数平均分子量1000、商品名:ニッポラン4009 日本ポリウレタン社製)
(C7)エチレングリコール(分子量62)
(D1)エチレンオキシド
(D2)プロピレンオキシド
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、クエン酸57.6g(0.3モル)とモノヒドロキシステアリン酸487g(1.8モル)とジプロピレングリコール181g(1.35モル)を投入し、副生する水を反応系内から除去しながら温度220℃で8時間反応を行なった。続いて、反応液をオートクレーブに移し、48%水酸化カリウム水溶液4.5g(KOHとして反応液100重量部に対して0.3重量部)を添加し、温度130℃、圧力0.2MPaを維持しながら、エチレンオキシド38.4g(0.9モル)を導入し、さらに1時間熟成反応を行うことによりポリオール組成物1(粘度:920mPa・s、平均水酸基価:68mgKOH/g)を製造した。
「(A)分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸」の種類および使用量と、「(B)分子内に1個または2個のカルボキシル基と水酸基とを有するヒドロキシカルボン酸」の種類および使用量と、「(C)分子内に少なくとも2個の活性水素を有する活性水素化合物」の種類および使用量と、「(D)炭素数2〜4のアルキレンオキシド」の種類および使用量とを表1に記載の通り変更した点以外は、ポリオール組成物1と同様の方法でポリオール組成物2〜17を製造した。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、テレフタル酸166g(1モル)とモノヒドロキシステアリン酸81g(0.3モル)とエチレングリコール186g(3モル)とを投入し、温度220℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行ない、ポリオール組成物18(粘度:10400mPa・s、平均水酸基価228mgKOH/g)を製造した。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、テレフタル酸166g(1モル)とモノヒドロキシステアリン酸81g(0.3モル)とエチレングリコール186g(3モル)とを投入し、温度220℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行った。続いて、反応液をオートクレーブに移し、48%水酸化カリウム水溶液2.7g(KOHとして反応液100重量部に対して0.3重量部)を添加し、温度130℃、圧力0.2MPaを維持しながら、エチレンオキシド132g(3モル)を導入し、さらに1時間熟成反応を行うことによりポリオール組成物19(粘度:9600mPa・s、平均水酸基価:199mgKOH/g)を製造した。
「(A)分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸」、「(B)分子内に1個または2個のカルボキシル基と水酸基とを有するヒドロキシカルボン酸」、「(C)分子内に少なくとも2個の活性水素を有する活性水素化合物」および「(D)炭素数2〜4のアルキレンオキシド」の使用量を表1に記載の通り変更した点以外は、ポリオール組成物19と同様の方法でポリオール組成物20を製造した。
ポリオール組成物の粘度は、JIS K−7117−1に準じ、BL型粘度計(東機産業社製)にて25℃にて測定した。なお、ポリオール組成物1〜19についてはローターNo.2を用いて測定し、ポリオール組成物20についてはローターNo.4を用いて測定した。
製造されたポリオール組成物の平均水酸基価をJIS K1557に準じて測定した。
(E−1)
グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、さらに、末端にエチレンオキシドをブロック付加重合させたポリエーテルポリオール(平均水酸基数3、平均水酸基価34mgKOH/g、商品名「DKSプロピラン353」(第一工業製薬社製))
(E−2)
グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にスチレンモノマーを重合させたポリマーポリオール(平均水酸基数3、平均水酸基価28mgKOH/g、商品名「ハイフレックスND825C」(第一工業製薬社製))
<触媒1>
N,N−ジメチルエタノールアミン
商品名:プロパミンA(第一工業製薬社製)
<触媒2>
トリエチレンジアミンの33%DPG溶液
商品名:TOYOCAT TEDA L33(東ソー株式会社製)
<整泡剤>
シリコン系整泡剤
商品名:SZ−1313(東レ・ダウコーニング株式会社製)
<発泡剤>
水
<ポリイソシアネート化合物>
ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートに、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオールを反応させて得たイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(遊離 NCO=29.0%、商品名「DKシステムB−73E」(第一工業製薬社製))
上記ポリオール−イソシアネート混合物を、ポリカップに注入し、反応性(クリームタイム、ゲルタイム、ライズタイム)を測定した。なお、クリームタイムは、発泡が始まる時間、ゲルタイムは糸引きが終わる時間、ライズタイムは発泡が終了する時間とした。
上記ポリオール−イソシアネート混合物を、55℃に調整した30×30×10cmの金型に入れ、モールド発泡を実施した。15分後脱型し、成型性(コラップス発生の有無、表面スキン剥がれの有無、ボイドの有無を指標として評価)を評価した。
その後、得られたポリウレタンフォームのコア密度(JIS K−6400準拠)、硬度、反発弾性、永久歪を、JIS K−6400に準拠して測定した。
一方、比較例1〜3のように、従来のポリオール組成物を使用してポリウレタンフォームを製造しようとしたところ、ポリオール組成物の粘度の高さに起因して各原料を均一に混合することができなかった。
Claims (5)
- 分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸と、分子内に水酸基および1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸と、分子内に少なくとも2個の活性水素を有する活性水素化合物とを脱水縮合反応させてなる反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させてなることを特徴とするポリオール組成物。
- 前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル反応されてなる請求項1に記載のポリオール組成物。
- ポリウレタン樹脂原料用である請求項1又は2に記載のポリオール組成物。
- 分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸と、分子内に水酸基および1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸と、分子内に少なくとも2個の活性水素を有する活性水素化合物とを脱水縮合反応させて得られる反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させることを特徴とするポリオール組成物の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオール組成物と、ポリイソシアネート化合物とを反応させることを特徴とするポリウレタン樹脂の製造方法。
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