JP2013199514A - ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)有機イソシアネートと(b)ポリカーボネートジオールとの反応生成物であるポリウレタンを含有するポリウレタンフォームであって、該ポリカーボネートジオール(b)が、式(A)−O−R−O−CO−で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基を有するポリカーボネートジオールであって、前記式(A)で表される繰り返し単位のR基は、60〜100モル%は、1,5−ペンタン(B)又は1,6−ヘキサン(C)で表される繰り返し単位であり、−O−(CH2)5−O−CO−で表される繰り返し単位と−O−(CH2)6−O−CO−で表される繰り返し単位の割合が90:10〜10:90(モル比)であり、そして、1級末端OH比率が95〜99.5%であるポリウレタンフォーム。
【選択図】なし
Description
すなわち、本発明の構成は以下のとおりである。
[1](a)有機イソシアネートと(b)ポリカーボネートジオールとの反応生成物であるポリウレタンを含有するポリウレタンフォームであって、
該ポリカーボネートジオール(b)が、下記式(A)で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基を有するポリカーボネートジオールであって、式(A)で表される繰り返し単位の60〜100モル%は、下記式(B)又は(C)で表される繰り返し単位であり、下記式(B)で表される繰り返し単位と下記式(C)で表される繰り返し単位の割合が90:10〜10:90(モル比)であり、そして、1級末端OH比率が95〜99.5%であることを特徴とする上記のポリウレタンフォーム。
[2]ポリカーボネートジオールの数平均分子量が450〜1500であることを特徴とする上記[1]項に記載のポリウレタンフォーム。
ポリウレタン
本発明において、ポリウレタンは、有機イソシアネート(a)と、ポリカーボネートジオールとの反応生成物である。
本発明で用いる有機イソシアネート(a)としては、特に限定されないが、2,4−トリレジンジイソシアネート、2,6−トリレジンジイソシアネート及びその混合物、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート(NDI)、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート(TODI)、粗製トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(PMDI)、粗製MDI、ジアニジンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、p−フェニレンジイソシアネートなどの芳香脂肪族ジイソシアネート、4,4’−メチレンビスシクロヘキシルジイソシアネート(水添MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、シクロヘキサンジイソシアネート(水添XDI)、ノルボルネンジイソシアネートなどの脂環式ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートを挙げることができる。
本発明で用いるポリカーボネートジオール(b)は、下記式(A)で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基を有するポリカーボネートジオールであって、式(A)で表される繰り返し単位の60〜100モル%は、下記式(B)又は(C)で表される繰り返し単位であり、下記式(B)で表される繰り返し単位と下記式(C)で表される繰り返し単位の割合が90:10〜10:90(モル比)であり、そして、1級末端OH比率が95〜99.5%であることを特徴とする。
また、ポリカーボネートジオール(b)において、式(A)で表される繰り返し単位の割合は、好ましくは95モル%以上100モル%以下、より好ましくは97モル%以上100モル%以下、さらに好ましくは99モル%以上100モル%以下である。
1級末端OH比率(%)=A÷B×100 (1)
A:両末端が1級OH基であるジオールのピーク面積の総和
B:ジオールを含むアルコール類(エタノールを除く)のピーク面積の総和
子量で300〜3000であることが好ましい。ポリカーボネートジオールの数平均分子量が300以上であれば、ポリウレタンフォームの強度や柔軟性が低下することもなく、また、3000以下であれば、ポリカーボネートジオールの粘度が高くなり、フォームが得られないという事態も生じない。さらに、ポリカーボネートジオールの数平均分子量が400〜2000である場合、同様の点からさらに好ましく、450〜1500である場合、成型方法を選ばず均一な構造のポリウレタンフォームが得られるので最も好ましい。
定するものではない。
以下の実施例及び比較例において示す物性は、下記の方法で測定・評価した。
ポリカーボネートジオールの1級末端OH比率は、以下の方法で測定した。ポリカーボネートジオールの70g〜100gを300ccのナスフラスコに測り取り、留分回収用のトラップ球(trap bulb)に接続したロータリーエバポレーターを用いて0.1kPa以下の圧力下、攪拌しながら、約180℃の加熱浴でポリカーボネートジオールを加熱して、トラップ球に該ポリカーボネートジオールの1〜2重量%に相当する量の初期留分、即ち約1g(0.7〜2g)の初期留分を得た。これを、約100g(95〜105g)のエタノールを溶剤として用いて回収し、回収した溶液をGC分析にかけて得られるクロマトグラムのピーク面積の値から、下記数式(1)により算出した。
1級末端OH比率(%)=A÷B×100 (1)
A:両末端が1級OH基であるジオールのピーク面積の総和
B:ジオールを含むアルコール類(エタノールを除く)のピーク面積の総和
ガスクロマトグラフィーの分析条件: カラム;DB−WAX(米国J&W社製)、30m、膜厚0.25μm、昇温条件:60℃〜250℃、検出器:FID(flame ionization detector)
無水酢酸とピリジンを用い、水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定する「中和滴定法(JIS K 0070−1992)」によって水酸基価を決定し、下記数式(2)を用いて数平均分子量を計算した。
数平均分子量=2/(OH価×10−3/56.1) (2)
100mlのナスフラスコにサンプルを1g取り、エタノール30g、水酸化カリウム4gを入れて、100℃で1時間反応した。反応液を室温まで冷却後、指示薬にフェノールフタレインを2〜3滴添加し、塩酸で中和した。冷蔵庫で1時間冷却後、沈殿した塩を濾過で除去し、GC(ガスクロマトグラフィー)を用いて分析した。GC分析は、カラムとしてDB−WAX(米国、J&W製)を付けたガスクロマトグラフィーGC−14B(日本、島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内部標準として、FIDを検出器として行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。
上記の分析結果を用い、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールとのモル比から、共重合割合(全体を100とした場合の1,5−ペンタンジオールのモル数:1,6−ヘキサンジオールのモル数)を求めた。
(ii)主成分割合
上記の分析結果を用い、下記の数式(3)により求めた。
主成分割合(モル%)={(D+E)/C}×100 (3)
C:上記式(A)の繰り返し単位に由来するジオールの全モル数
D:1,5−ペンタンジオールのモル数
E:1,6−ヘキサンジオールのモル数
原料ジオールの純度をガスクロマトグラフィーで分析した。条件は、カラムとしてDB−WAX(J&W製)を付けたガスクロマトグラフィーGC−14B(島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内標として、FIDを検出器として行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。
JIS K6400−5−2004に準じて、ポリウレタンフォームの引張強さ(単位:MPa)を測定した。
JIS K7222−2005に準じて、ポリウレタンフォームの見掛け密度(単位:kg/m3)を測定した。
JIS K6400−3−2004に準じて、ポリウレタンフォームの反撥弾性(%)を測定した。
ポリウレタンフォームを45℃のオレイン酸中に1週間浸漬した。上記5)の方法で、オレイン酸浸漬前後のサンプルで引張強さを測定し、オレイン酸浸漬前と比較してオレイン酸浸漬後の値が90%以上である場合は○(高い耐油性を有する)と、80%以上90%未満である場合は△(やや耐油性に劣る)と、80%未満である場合は×(耐油性に劣る)と評価した。
ポリウレタンの断面を50倍に拡大して観察し、気泡の形状、大きさのばらつき状態、分布の均一性を観点に評価した。均一な形状で大きさの揃った気泡が均一に分布した状態を、「良好」と評価した。
原料に用いた1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを分析した。1,5−ペンタンジオールは、純度が98.4%で、1,5−ヘキサンジオールが1.1重量%、1,4−シクロヘキサンジオールを0.1重量%含んでいた。残りの0.4重量%は、複数の不明物であった。1,6−ヘキサンジオールは、純度が98.9%で、1,4−シクロヘキサンジオールを0.6重量%含んでいた。残りの0.5重量%は、複数の不明物であった。以下の重合例では、重合例12と19を除き、当該原料を使用した。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1で用いた装置を用い、エチレンカーボネートを630g(7.2mol)、1,5−ペンタンジオールを310g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを500g(4.2mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.20gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例1に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−2と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1で用いた装置を用い、エチレンカーボネートを650g(7.4mol)、1,5−ペンタンジオールを370g(3.6mol)、1,6−ヘキサンジオールを450g(3.8mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.20gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を3.0〜5.0kPaとして、生成するエチレングリコールとエチレンカーボネートの混合物を留去しながら10時間反応を行った。その後、0.5kPaまで減圧し、エチレンカーボネートとジオールを留去しながら、190℃でさらに3時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−3と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例3に示す方法で重合を行い、さらに3時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−4と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例4に示す方法で重合を行い、さらに8時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−5と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを740g(8.2mol)、1,5−ペンタンジオールを490g(4.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを450g(3.8mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、常圧下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応させた。その後、反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を10〜15kPaとして、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、190℃で7時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−6と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを720g(8.0mol)、1,5−ペンタンジオールを500g(4.8mol)、1,6−ヘキサンジオールを400g(3.4mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例6に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−7と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを790g(6.7mol)、1,5−ペンタンジオールを380g(3.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを420g(3.6mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、常圧下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応させた。その後、反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を10〜15kPaとして、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、190℃で7時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−8と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを700g(5.9mol)、1,5−ペンタンジオールを220g(2.1mol)、1,6−ヘキサンジオールを500g(4.2mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例8に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−9と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを780g(6.6mol)、1,5−ペンタンジオールを180g(1.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを700g(5.9mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例8に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−10と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを780g(6.6mol)、1,5−ペンタンジオールを490g(4.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを270g(2.3mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例8に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−11と称する。
原料の1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを蒸留で精製した。その結果、1,5−ペンタンジオールは、純度が98.9%で、1,5−ヘキサンジオールを0.5重量%含んでいたが、1,4−シクロヘキサンジオールは検出されなかった。残りの0.6重量%は、複数の不明物であった。1,6−ヘキサンジオールは、純度が99.2%で、1,4−シクロヘキサンジオールを0.3重量%含んでいた。残りの0.5重量%は、複数の不明物であった。この原料を用いて、下記のようにポリカーボネートジオールを得るための重合反応を行った。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを780g(6.6mol)、1,5−ペンタンジオールを380g(3.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを400g(3.4mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例8に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−12と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例5に示す方法で重合を行い、さらに8時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−13と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを580g(6.4mol)、1,5−ペンタンジオールを250g(2.4mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール230g(2.0mol)を仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、常圧下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応させた。その後、反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を10〜15kPaとして、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、190℃で7時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−14と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを580g(6.4mol)、1,6−ヘキサンジオールを820g(7.0mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、常圧下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応させた。その後、反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を10〜15kPaとして、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、190℃で7時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−15と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを580g(6.4mol)、1,5−ペンタンジオールを730g(7.0mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオールの重合例15に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−16と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを740g(8.2mol)、1,5−ペンタンジオールを480g(4.6mol)、1,6−ヘキサンジオールを400g(3.4mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、常圧下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、6時間反応させた。その後、反応温度を150℃〜120℃とし、圧力を10〜15kPaとして、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、200℃で3時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−17と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを670g(7.6mol)、1,5−ペンタンジオールを250g(2.4mol)、1,6−ヘキサンジオールを150g(1.3mol)、3−メチル−1,5−ペンタンジオールを500g(4.2mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.2gを加え、ポリカーボネートジオール(b)の重合例14に示す方法で重合反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−18と称する。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例12で用いた1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールを用いた。ポリカーボネートジオール(b)の重合例1と同じ装置を用い、エチレンカーボネートを630g(7.2mol)、1,5−ペンタンジオールを350g(3.3mol)、1,6−ヘキサンジオールを450g(3.8mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.20gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃〜190℃とし、圧力を3.0〜5.0kPaとして、生成するエチレングリコールとエチレンカーボネートの混合物を留去しながら12時間反応を行った。その後、0.5kPaまで減圧し、エチレンカーボネートとジオールを留去しながら、190℃でさらに7時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−19と称する。
各実施例の番号に対応させて、ポリカーボネートジオールとしてPC−1〜14の各々を用いた。ポリカーボネートジオール100重量部、水を1重量部、シリコーン整泡剤を1重量部、ジ−n−ブチルスズジラウレートを0.05重量部混合し、ポリオール組成物を得た。該ポリオール組成物にトリレンジイソシアネートをポリカーボネートジオールと水の合計の当量に対して150%当量となるように添加し撹拌して、ポリウレタンフォームを得た。ポリウレタンフォームの評価結果を下記表2に示す。
各比較例の番号に対応させて、ポリカーボネートジオールとしてPC−15〜19の各々を用いた。上記の実施例で示す方法でポリウレタンフォームを得た。ポリウレタンフォームの評価結果を下記表2に示す。
Claims (2)
- ポリカーボネートジオールの数平均分子量が450〜1500であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
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