JP2013227492A - ポリマーポリオールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の方法で得られたポリマーポリオールを用いると、スラブフォーム用途では重合体粒子中のアクリロニトリル比率が高いためにスコーチを起こしやすく、小粒子径を得るために結合ポリオールと呼ばれる分散剤を多量に使用するため、得られるポリウレタンフォームの切断伸度等の機械物性が不十分となる。
【解決手段】ポリオール(PL)中で、エチレン性不飽和化合物(E)を、ラジカル重合開始剤(K)及び分散剤(D)の存在下で重合させる工程を含む重合体粒子(JR)を含有するポリマーポリオールの製造方法であって、重合時の気相酸素濃度が0.01〜5%であるポリマーポリオールの製造方法。ポリマーポリオール中の重合体粒子(JR)の含有量が、ポリマーポリオールの重量を基準として、20〜75重量%であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリマーポリオールの製造方法に関する。
ポリマーポリオールは、例えば軟質ポリウレタンフォームの圧縮硬さのアップ、耐久性向上といった物性向上を目的に用いられ、ポリオール中で重合開始剤の存在下、エチレン性不飽和化合物を重合させて得られる。近年、切断伸度等の機械物性の更なるアップを目的に、平均粒子径の小さいポリマーポリオールが望まれている。粒子径を小さくするためには、使用するエチレン性不飽和化合物の一部として使用するアクリロニトリルの比率を高める方法(特許文献1参照)や、あらかじめ予備形成されたサブミクロン粒子を核に粒子を得る方法が知られている(特許文献2参照)。
特開平6−172462号公報 特開平9−309937号公報
しかしながら、特許文献1の方法で得られたポリマーポリオールを用いると、スラブフォーム用途では重合体粒子中のアクリロニトリル比率が高いためにスコーチを起こしやすく、特許文献2の方法では、小粒子径を得るために結合ポリオールと呼ばれる分散剤(例えば、ポリオールをイソシアネートでジョイントした高分子量ポリオールである分散剤)を多量に使用するため、得られるポリウレタンフォームの切断伸度等の機械物性が不十分となる。
本発明は、これらの問題を解決したポリマーポリオールの製造方法の提供を目的とする。
すなわち本発明のポリマーポリオールの製造方法は、ポリオール(PL)中で、エチレン性不飽和化合物(E)を、ラジカル重合開始剤(K)及び分散剤(D)の存在下で重合させる工程を含む重合体粒子(JR)を含有するポリマーポリオールの製造方法であって、重合時の気相酸素濃度が0.01〜5%であることを要旨とする
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、発泡剤及び整泡剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤の存在下で反応させてポリウレタンフォームを製造する方法であって、ポリオール成分が上記の製造方法で得られるポリマーポリオールをポリオール成分の重量に基づいて10〜100重量%含有することを要旨とする。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、上記の製造方法で得られることを要旨とする。
本発明の製造方法により、粒子径が小さくかつ均一なポリマーポリオールが得られる。また、これを使用した本発明の軟質ポリウレタンフォームは切断伸度等の機械物性に優れる。
本発明において、ポリオール(PL)は、ポリマーポリオールの製造に用いられる公知のポリオールが使用できる。例えば、少なくとも2個(軟質ポリウレタンフォームの物性の観点から、好ましくは2〜8個)の活性水素を含有する化合物(多価アルコール、多価フェノール、アミン、ポリカルボン酸、リン酸等)にアルキレンオキサイドを付加した構造の化合物(PL1)及びこれらの混合物が挙げられる。ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の生産性の観点から、これらのうちで好ましいものは、多価アルコールにアルキレンオキサイドが付加された構造の化合物である。
多価アルコールとしては、炭素数2〜20の2価アルコール(脂肪族ジオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−及び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などのアルキレングリコール;及び脂環式ジオール、例えば、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレングリコール)、炭素数3〜20の3価アルコール(脂肪族トリオール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオールなどのアルカントリオール);炭素数5〜20の4〜8価又はそれ以上の多価アルコール(脂肪族ポリオール、例えば、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン、ジペンタエリスリトールなどの、アルカンポリオール及びアルカントリオールの分子内もしくは分子間脱水物;ならびにショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース、メチルグルコシドなどの糖類及びその誘導体)が挙げられる。
多価フェノールとしては、ピロガロール、ハイドロキノン及びフロログルシン等の単環多価フェノール;ビスフェノールA、ビスフェノールF、及びビスフェノールスルホン等のビスフェノール;フェノールとホルムアルデヒドの縮合物(ノボラック)等が挙げられる。
アミンとしては、アンモニア;脂肪族アミンとして、炭素数2〜20のアルカノールアミン(例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、イソプロパノールアミン及びアミノエチルエタノールアミン)、炭素数1〜20のアルキルアミン(例えば、n−ブチルアミン及びオクチルアミン)、炭素数2〜6のアルキレンジアミン(例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン)、ポリアルキレンポリアミン(アルキレン基の炭素数が2〜6のジアルキレントリアミン〜ヘキサアルキレンヘプタミン、例えば、ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミン)が挙げられる。
また、炭素数6〜20の芳香族モノもしくはポリアミン(例えば、アニリン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、メチレンジアニリン及びジフェニルエーテルジアミン);炭素数4〜20の脂環式アミン(イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミン及びジシクロヘキシルメタンジアミン);炭素数4〜20の複素環式アミン(例えば、アミノエチルピペラジン)等が挙げられる。
ポリカルボン酸としては、炭素数4〜18の脂肪族ポリカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、アゼライン酸など)、炭素数8〜18の芳香族ポリカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸など)、及びこれらの2種以上の混合物などが挙げられる。
上記活性水素含有化合物に付加させるアルキレンオキサイドとしては、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から炭素数2〜8のものが好ましく、エチレンオキサイド(以下、EOと略記する。)、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略記する。)、1,2−、1,3−、1,4−及び2,3−ブチレンオキサイド(以下、BOと略記する。)、スチレンオキサイド等及びこれらの2種以上の併用(ブロック及び/又はランダム付加)が挙げられる。ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、好ましくは、PO又はPOとEOとの併用(EO含量が25%以下)である。なお、上記及び以下において、%はとくに断りのない限り、重量%を意味する。
上記ポリオ−ル(PL1)の具体例としては、上記活性水素含有化合物にPOを付加したもの及びPOと他のアルキレンオキサイド(以下、AOと略記する。)を下記の様式で付加したもの、又はこれらの付加化合物とポリカルボン酸若しくはリン酸とのエステル化物等が挙げられる。
(1)PO−AOの順序でブロック付加したもの
(2)PO−AO−PO−AOの順序でブロック付加したもの
(3)AO−PO−AOの順序でブロック付加したもの
(4)PO−AO−POの順序でブロック付加したもの
(5)PO及びAOを混合付加したランダム付加物
(6)米国特許第4226756号明細書記載の順序でランダム又はブロック付加したもの
また、(PL1)の水酸基当量は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、好ましくは200〜4,000、さらに好ましくは400〜3,000である。2種以上の(PL1)を併用して水酸基当量がこの範囲内としたものも好ましい。
ポリオール(PL)として、前記(PL1)と共に他のポリオール(PL2)を併用することもできる。この場合、(PL1)/(PL2)の使用比率(重量比)は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から好ましくは、100/0〜80/20である。
(PL2)としては、ポリエステルポリオール、ジエン系ポリオール等の高分子ポリオール並びにこれらの混合物が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、前記の多価アルコール及び/又はポリエーテルポリオール〔エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−又は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等の2価アルコール又はこれらとグリセリン、トリメチロールプロパン等の3価又はそれ以上の多価アルコールとの混合物、並びにこれら多価アルコールのアルキレンオキサイド低モル(1〜10モル)付加物〕と、前記ポリカルボン酸もしくはその無水物、低級アルキル(アルキル基の炭素数:1〜4)エステル等のエステル形成性誘導体(例えば、アジピン酸、セバシン酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、テレフタル酸ジメチル等)との縮合反応物、又は前記の多価アルコール及び/又はポリエーテルポリオールと、前記カルボン酸無水物及びアルキレンオキサイドとの縮合反応物;それら縮合反応物のアルキレンオキサイド(EO、PO等)付加反応物;ポリラクトンポリオール、例えば前記多価アルコールを開始剤としてラクトン(ε−カプロラクトン等)を開環重合させることにより得られるもの;ポリカーボネートポリオール、例えば前記多価アルコールとアルキレンカーボネートとの反応物;等が挙げられる。
さらには、ポリブタジエンポリオール等のジエン系ポリオール及びその水素添加物;アクリル系ポリオール等の水酸基含有ビニル重合体;ヒマシ油等の天然油系ポリオール;天然油系ポリオールの変性物等が挙げられる。
これらのポリオール(PL2)は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、好ましくは2〜8個、さらに好ましくは3〜8個の水酸基と、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、好ましくは500〜4,000、さらに好ましくは700〜3,000の水酸基当量を有している。
ポリオール(PL)の数平均分子量〔ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)による、とくに記さない限り以下の数平均分子量についても同じ〕は、1,500以上が好ましく、さらに好ましくは1,500〜15,000、特に好ましくは1,800〜12,000、最も好ましくは2,000〜9,000である。数平均分子量が1,500以上であるとポリウレタンフォームの発泡性の面で好ましく、15,000以下であると低粘度となりポリマーポリオールの取り扱い性の面で好ましい。また(PL)の水酸基当量は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、好ましくは500〜4,000、さらに好ましくは700〜3,000である。
エチレン性不飽和化合物(E)としては、スチレン(以下Stと略記)、アクリロニトリル(以下、ACNと略記)、その他のエチレン性不飽和モノマー(e)等が使用できる。(E)としては、重合体粒子の硬度及び分散性の観点から、St及び/又はACNの合計含有量が(E)の重量を基準として50〜100重量%であることが好ましく、さらに好ましくは60〜100重量%、次にさらに好ましくは70〜100重量%である。
Stの含有量は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の変色及び10μm以上の粒子の含有量の観点から、(E)の重量を基準として20〜90重量%が好ましく、さらに好ましくは25〜80重量%、次にさらに好ましくは30〜75重量%、最も好ましくは50〜70重量%である。
ACNの含有量は、上記と同様の観点から、(E)の合計重量を基準に10〜80重量%が好ましく、さらに好ましくは20〜75重量%、次にさらに好ましくは25〜70重量%、最も好ましくは30〜50重量%である。
その他のエチレン性不飽和モノマー(e)としては、炭素数(以下、Cと略す)2以上かつ数平均分子量1,000未満のもので、St及び/又はACNと共重合可能なものであれば特に制限はなく、下記に示す1官能のもの{不飽和ニトリル(e1)、芳香環含有モノマー(e2)、(メタ)アクリル酸エステル(e3)、不飽和アルコールのアルキレンオキサイド付加物(e4)及びその他のエチレン性不飽和モノマー(e5)}及び多官能モノマー(e6)等が使用できる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
(e1)としてはメタクリロニトリル等が挙げられる。
(e2)としてはα−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン及びクロルスチレン等が挙げられる。
(e3)としては、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート及びドコシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基がC1〜24);ヒドロキシポリオキシアルキレン(アルキレン基がC2〜8)モノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル及び/又はメタアクリル酸エステルを意味する。以下における(メタ)アクリル酸及び(メタ)アリル等についても同様の表記法を用いる。
(e4)の不飽和アルコールとしては、末端不飽和アルコールが好ましく用いられる。不飽和アルコールの炭素数は、重合体粒子の分散性の観点から、3〜12が好ましい。末端不飽和アルコールとしては、アリルアルコール、2−ブテン−1−オール、3−ブテン−2−オール、3−ブテン−1−オール及び1−ヘキセン−3−オールが挙げられる。
(e4)において、不飽和アルコールに付加するAOとしては、C2〜12のものが挙げられ、例えばEO、PO、1,2−BO、1,4−BO並びにこれらの2種以上の併用(ランダム付加及び/又はブロック付加)が挙げられる。AOとしては、分散安定性及び粘度の観点から、PO及び/又はEOが好ましい。
AOの付加モル数は、分散安定性及び粘度の観点から、1〜9が好ましく、さらに好ましくは1〜6、次にさらに好ましくは1〜3である。
その他のエチレン性不飽和モノマー(e5)としては、C2〜24のエチレン性不飽和モノマーが好ましく、(メタ)アクリル酸等のビニル基含有カルボン酸;エチレン及びプロピレン等の脂肪族炭化水素モノマー;パーフルオロオクチルエチルメタクリレート及びパーフルオロオクチルエチルアクリレート等のフッ素含有ビニルモノマー;ジアミノエチルメタクリレート及びモルホリノエチルメタクリレート等の窒素含有ビニルモノマー;ビニル変性シリコーン;ノルボルネン、シクロペンタジエン及びノルボルナジエン等の環状オレフィン及び環状ジエン;等が挙げられる。
多官能モノマー(e6)としては、C8〜40の多官能モノマーが好ましく、ジビニルベンゼン、エチレンジ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキサイドグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(e1)〜(e6)のうち、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、(e3)、(e4)及び(e6)が好ましく、さらに好ましくは(e4)及び(e6)、特に好ましくは末端不飽和アルコールのPO及び/又はEO付加物並びに2官能モノマー、最も好ましくはアリルアルコールのPO付加物及びジビニルベンゼンである。
(E)の重量を基準とした(e4)の含有量は、ポリウレタンフォームの物性(特に軟質ポリウレタンフォームの硬度)向上の観点から、2重量%以下が好ましく、さらに好ましくは1重量%以下、次にさらに好ましくは0重量%である。
ラジカル重合開始剤(K)としては、アゾ化合物及び過酸化物等{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}が使用できる。また、(K)の10時間半減期温度は、(E)の重合率及び重合時間とポリマーポリオールの生産性の観点から、30〜1
50℃が好ましく、さらに好ましくは40〜140℃、特に好ましくは50〜130℃である。
(K)の使用量(重量%)は、(E)の重合度及び得られるポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から(E)の合計重量に基づいて、0.05〜20が好ましく、さらに好ましくは0.1〜5、特に好ましくは0.2〜2である。
分散剤(D)としては、Mnが1,000以上(好ましくは1,000〜10,000)のもの、例えばポリマーポリオールの製造で使用されている公知の分散剤{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}等を使用することができ、(D)には、St又はACNと共重合し得るエチレン性不飽和基を有する反応性分散剤及びSt又はACNとは共重合しない非反応性分散剤が挙げられる。
なお本発明において、エチレン性不飽和基を含有する反応性分散剤はMn1,000以上であり、Mnが1,000未満のエチレン性不飽和化合物(E)とは区別される。
分散剤(D)の具体例としては以下のものが挙げられる。
〔1〕ポリオール(PL)の水酸基の少なくとも一部をメチレンジハライド等のアルキレンジハライドと反応させて高分子量化した変性ポリオール(特開平07−196749号公報に記載のもの);
〔2〕〔1〕の変性ポリオールに、さらにエチレン性不飽和基含有化合物を反応させてなるエチレン性不飽和基含有変性ポリオール{特開平08−333508号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの};
〔3〕ポリオール(PL)との溶解度パラメーターの差が1以下の(PL)親和性セグメント2個以上を側鎖とし、エチレン性不飽和化合物の重合体との溶解度パラメーターの差が2以下の重合体微粒子(JR)親和性セグメントを主鎖とするグラフト型重合体(特開平05−059134号公報に記載のもの);
〔4〕その少なくとも一部がポリオール(PL)に可溶性である重量平均分子量(以下Mwと略記)[測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法による。]が1,000〜30,000のビニル系オリゴマー及びこのオリゴマーと〔1〕の変性ポリオールを反応させてなるエチレン性不飽和基含有変性ポリオールを併用する分散剤(特開平09−77968号公報に記載のもの);
〔5〕ポリオール(PL)と、少なくとも1個のエチレン性不飽和基を有する単官能活性水素含有化合物がポリイソシアネートを介して結合されてなる含窒素結合含有不飽和ポリオールからなる分散剤(特開2002−308920号公報(対応米国特許第6756414号)に記載のもの)。
これらの中で重合体微粒子(JR)の粒子径の観点から、〔2〕、〔4〕及び〔5〕が好ましく、特に好ましくは、〔5〕である。
分散剤(D)の使用量(重量%)は、重合体微粒子(JR)の粒子径及びポリマーポリオールの粘度の観点から、ポリオール(PL)の重量に基づいて、2〜20が好ましく、さらに好ましくは5〜15である。
重合時において、必要により希釈溶媒(c)を使用してもよい。(c)としては、C6〜10の芳香族炭化水素(トルエン及びキシレン等);C5〜15の飽和脂肪族炭化水素(ヘキサン、ヘプタン及びノルマルデカン等);C5〜30の不飽和脂肪族炭化水素(オクテン、ノネン及びデセン等);及びその他公知の溶剤(例えば特開2005−162791号公報に記載のもの)が挙げられる。(c)のうちポリマーポリオールの粘度の観点から、芳香族炭化水素が好ましい。
(c)の使用量(重量%)は、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタンの機械物性の観点から、エチレン性不飽和化合物(E)の合計重量に基づいて、0.1〜50が好ましく、さらに好ましくは1〜40である。(c)は重合反応終了後にポリマーポリオール中に残存してもよいが、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から重合反応後に減圧ストリッピング等により除去するのが望ましい。
重合時において、必要により連鎖移動剤(g)を使用してもよい。(g)としてはC1〜20の脂肪族チオール(n−ドデカンチオール及びメルカプトエタノール等)等の連鎖移動剤{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}が挙げられる。
(g)の使用量(重量%)は、ポリマーポリオールの粘度及び得られるポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、エチレン性不飽和化合物(E)の合計重量に基づいて、0.01〜2が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1である。
ポリマーポリオール中の重合体微粒子(JR)含有量(重量%)は、フォーム硬度及びポリマーポリオール中の(JR)の凝集防止の観点から、20〜75が好ましく、さらに好ましくは30〜50、次にさらに好ましくは35〜45である。(JR)含有量は、下記の方法で測定される。
<重合体粒子(JR)の含有量>
SUS製遠心分離用50ml遠沈管に、ポリマーポリオール約5gを精秤し、ポリマーポリオール重量(W1)とする。メタノール15gを加えて希釈する。冷却遠心分離機[型番:GRX−220、トミー精工(株)製]を用いて、18,000rpm×60分間、20℃にて遠心分離する。上澄み液をガラス製ピペットを用いて除去する。残留沈降物にメタノール15gを加えて希釈し、上記と同様に遠心分離して上澄み液を除去する操作を、さらに3回繰り返す。遠沈管内の残留沈降物を、2,666〜3,999Paで60℃×60分間減圧乾燥し、乾燥した沈降物を重量測定し、該重量を(W2)とする。次式で算出した値を、重合体粒子含有量(重量%)とする。

重合体粒子含有量(重量%)=(W2)×100/(W1)
本発明により得られるポリマーポリオールの粘度(mPa・s)は、成形性の観点から、1,250〜12,000が好ましく、さらに好ましくは1,500〜8,000、最も好ましくは2,500〜6,500である。
なお、ポリマーポリオールの粘度は、ブルックフィールド型粘度計を用いて、25℃でJIS K1557−5:2007記載の方法により測定される。
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−750;堀場製作所製、以下同じ)による、0.020〜2000μmの範囲を85分割した際の体積基準による粒度分布において、重合体粒子中に含まれる10μm以上の粒子の含有量は、それから得られるポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の切断伸度の観点から、好ましくは10体積%以下、さらに好ましくは5体積%以下、次にさらに好ましくは1体積%以下、最も好ましくは0体積%である。 なお、重合体粒子は、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)の物性の観点から、実質的に0.020〜2000μmの範囲内の粒子径を有するものであることが好ましい。ここで実質的とは、99体積%以上、好ましくは100体積%がこの範囲の粒子径を有することを意味する。
また、本発明により得られるポリマーポリオール中の重合体粒子(JR)の、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置による体積平均粒子径は、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)のフォーム硬度の観点から、0.1〜1.0μmが好ましく、さらに好ましくは0.20〜0.85μm、次にさらに好ましくは0.25〜0.8μm、特に好ましくは0.30〜0.7μmである。0.1μm以上では、(JR)のフィラーとしての機能が発現しフォーム硬度が向上し、1.0μm以下では(JR)の体積当たりの表面積が大きくなるためウレタン樹脂との相互作用が大きくなりポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)のフォーム硬度が向上する。
重合体微粒子(JR)の形状は特に限定なく、球状、回転楕円体状及び平板状等いずれの形状でもよいが、ポリウレタンフォーム(特に軟質ポリウレタンフォーム)のフォーム硬度の観点から、球状が好ましい。
ポリマーポリオールを得る製造方法として、バッチ式重合法及び連続式重合法が好ましく、さらに好ましくはバッチ式重合法である。
バッチ式重合法及び連続式重合法は、ポリマーポリオールを製造するための公知{特開2005−162791号公報、特開平8−333508号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}の方法が使用できる。
本発明において、重合時の気相酸素濃度(体積%)は、0.01〜5であり、重合体粒子中に含まれる10μm以上の粒子の含有抑制及び安全性の観点から、好ましくは0.02〜5、さらに好ましくは0.05〜5、特に好ましくは0.1〜5である。5体積%を越えるとエチレン性不飽和化合物と可燃性混合気体を形成し、引火の恐れが発生する。尚、気相酸素濃度は「微量酸素分析計 Systech 900 Series」(永野電機産業(株)製)を使用し測定できる。
本発明において、重合時間のうち、上記の気相酸素濃度範囲となっている時間の比率は、重合体粒子中に含まれる10μm以上の粒子の含有抑制の観点から、30〜100%が好ましく、さらに好ましくは50〜100%、次にさらに好ましくは80〜100%、最も好ましくは100%である。
本発明において、重合体粒子中に含まれる10μm以上の粒子の含有抑制の観点から、(E)の重合率が50%を越えるまで、上記気相酸素濃度範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは70%、次にさらに好ましくは80%、最も好ましくは90%を越えるまでである。
一般に、重合率が高くなると重合速度が遅くなるため、重合体粒子の生成速度が低下し、重合体粒子同士の合着が起こりやすい。本発明においては、気相酸素濃度を上記の範囲とすることで、重合率による重合反応速度の差を小さくでき、その結果、重合体粒子同士の合着を抑制でき、重合体の粒子径を小さく(10μm以上の粒子を含有抑制する)ことができると推測される。
重合温度は、生産性及びポリオールの分解防止の観点から、100〜200℃が好ましく、さらに好ましくは110〜180℃、特に好ましくは120〜160℃である。
重合により得られたポリマーポリオールを必要により、脱モノマー・脱溶剤処理を行ってもよい。脱モノマー・脱溶剤処理としては、公知(特開2004−002800号公報等)の方法が適用でき、ポリウレタンの白色度の観点から、減圧下で残存エチレン性不飽和化合物及び/又は希釈溶媒(c)を除去する方法、又は水を連続的に添加しながら減圧下で蒸留する方法(特公昭62−36052号公報等)が好ましい。
本発明の製造方法により得られるポリマーポリオール(A)は、軟質ポリウレタンフォームを製造する場合に使用するポリオール成分の少なくとも一部として用いられる。すなわちポリマーポリオール(A)をポリオール成分の少なくとも一部として用いて、ポリイソシアネート成分とを、触媒、発泡剤及び整泡剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤の存在下に反応させて軟質ポリウレタンフォームを得るのに用いられる。ポリオール成分中には、(A)以外に、必要により前記ポリオール(PL)等の他のポリオールを含有してもよい。
ポリオール成分中の(A)の使用量(重量%)は、10〜100であり、得られる軟質ポリウレタンフォームの物性及びポリオール成分の粘度の観点から好ましくは15〜90、さらに好ましくは20〜80、特に好ましくは25〜70である。
ポリイソシアネート成分としては、ポリウレタンフォームに使用される有機ポリイオシアネートはすべて使用でき、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、これらの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基及びオキサゾリドン基含有変性物等)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、C(NCO基中の炭素を除く;以下のポリイソシアネートも同様)が6〜16の芳香族ジイソシアネート、C6〜20の芳香族トリイソシアネート及びこれらのイソシアネートの粗製物等が挙げられる。具体例としては、1,3−及び1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び4,4’−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レンポリイソシアネート(粗製MDI)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート並びにトリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、C6〜10の脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びリジンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、C6〜16の脂環式ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート及びノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香脂肪族イソシアネートとしては、C8〜12の芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、キシリレンジイソシアネート及びα,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、カルボジイミド変性MDI等が挙げられる。
これらの中で、反応性及び軟質ポリウレタンフォームの物性の観点から、芳香族ポリイソシアネートが好ましく、さらに好ましくは、TDI、粗製TDI、MDI、粗製MDI及びこれらのイソシアネートの変性物、特に好ましくは、TDI、MDI及び粗製MDIである。
触媒としては、ウレタン化反応を促進するすべての触媒を使用でき、3級アミン{トリエチレンジアミン、N−エチルモルフォリン、ジエチルエタノールアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジアミノビシクロオクタン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−ウンデセン−7、ビス(N,N−ジメチルアミノ−2−エチル)エーテル及びN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等}、及び/又はカルボン酸金属塩(酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、オクチル酸第一スズ、ジラウリル酸ジブチル第二スズ及びオクチル酸鉛等)が挙げられる。触媒の使用量は、軟質ポリウレタンフォームの物性の観点から、軟質ポリウレタンフォーム製造時に使用するポリオール成分100重量部に対して、0.01〜5.0重量部が好ましく、さらに好ましくは0.1〜2.0重量部である。
発泡剤としては、水、液化炭酸ガス及び沸点が−5〜70℃の低沸点化合物が含まれる。
低沸点化合物には、水素原子含有ハロゲン化炭化水素及び低沸点炭化水素等が含まれる。 水素原子含有ハロゲン化炭化水素及び低沸点炭化水素の具体例としては、塩化メチレン、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)(HCFC−123、HCFC−141b及びHCFC−142b等);HFC(ハイドロフルオロカーボン)(HFC−152a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa及びHFC−365mfc等)、ブタン、ペンタン及びシクロペンタン等が挙げられる。
これらのうち、成形性の観点から、水、液化炭酸ガス、塩化メチレン、シクロペンタン、HCFC−141b、HFC−134a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa、HFC−365mfc及びこれらの2種以上の混合物を発泡剤として使用するのが好ましい。
発泡剤のうち、水の使用量は、フォーム形成時のフォーム密度、スコーチ発生の抑制の観点から、軟質ポリウレタンフォーム製造時に使用するポリオール成分100重量部に対して、1.0〜8.0重量部が好ましく、さらに好ましくは1.5〜7.0重量部である。低沸点化合物の使用量は、成形不良の観点から、ポリオール成分100重量部に対して、30重量部以下が好ましく、さらに好ましくは5〜25重量部である。液化炭酸ガスは、30部以下が好ましく、さらに好ましくは1〜25部である。
なお、上記及び以下において、部は重量部を意味する。
整泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に用いられるものはすべて使用でき、ジメチルシロキサン系整泡剤[東レ・ダウコーニング(株)製の「SRX−253」、「PRX−607」等]及びポリエーテル変性ジメチルシロキサン系整泡剤[東レ・ダウコーニング(株)製の「L−540」、「SZ−1142」、「L−3601」、「SRX−294A」、「SH−193」、「SZ−1720」、「SZ−1675t」、「SF−2936F」及びデグサジャパン(株)製「B−4900」等]が挙げられる。整泡剤の使用量は、軟質ポリウレタンフォームの物性、物性の経時変化及びフォームの変色の観点から、ポリオール成分100重量部に対して、0.5〜5.0重量部が好ましく、さらに好ましくは1.0〜3.0重量部である。
本発明のポリウレタンフォームの製造方法においては、必要により、さらに以下に述べるその他の助剤を用い、その存在下で反応させてもよい。
その他の助剤としては、着色剤(染料及び顔料)、可塑剤(フタル酸エステル及びアジピン酸エステル等)、有機充填剤(合成短繊維、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる中空微小球等)、難燃剤(リン酸エステル及びハロゲン化リン酸エステル等)、老化防止剤(トリアゾール及びベンゾフェノン等)、酸化防止剤(ヒンダードフェノール及びヒンダードアミン等)等の公知の補助成分が挙げられる。
これら助剤の添加量としては、ポリオール成分100重量部に対して、着色剤は、1重量部以下が好ましい。可塑剤は、10重量部以下が好ましく、さらに好ましくは5重量部以下である。有機充填剤は、50重量部以下が好ましく、さらに好ましくは30重量部以下である。難燃剤は、30重量部以下が好ましく、さらに好ましくは2〜20重量部である。老化防止剤は、1重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5重量部である。抗酸化剤は、1重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5重量部である。助剤の合計使用量は、50重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.2〜30重量部である。
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造は、イソシアネート指数(インデックス)[(NCO基/活性水素原子含有基)の当量比×100]は、成形性の観点、軟質ポリウレタンフォームの物性の観点から、70〜150が好ましく、さらに好ましくは80〜130、特に好ましくは90〜120である。
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法の具体例の一例を示せば、下記の通りである。まず、軟質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール成分、発泡剤、触媒、整泡剤並びに必要によりその他の添加剤を所定量混合する。次いで軟質ポリウレタンフォーム発泡機又は攪拌機を使用して、この混合物と有機ポリイソシアネート成分とを急速混合する。得られた混合液(発泡原液)を連続発泡して軟質ポリウレタンフォームを得ることができる。また、密閉型又は開放型のモールド(金属製又は樹脂製)に注入し、ウレタン化反応を行わせ、所定時間硬化後、脱型して軟質ポリウレタンフォームを得ることもできる。
本発明の方法で得られた軟質ポリウレタンフォームは、車両用、家具用、寝具用、アパレル用、電気機器用、電子機器用又は包装用として好適に使用される。
以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下において、%、部及び比は、特に断りのない限り、それぞれ、重量%、重量部及び重量比を示す。
実施例および比較例に使用した原料の組成、記号等は次の通りである。
(1)ポリオール
ポリオール(PL1−1):グリセリンにプロピレンオキサイド(PO)を付加した後、エチレンオキサイド(EO)を付加して得られた、水酸基価=34、末端EO含量=14%のポリオール。
ポリオール(PL1−2):ペンタエリスリトールにPOを付加した後、EOを付加して得られた、水酸基価=32、末端EO含量=12%のポリオール。
ポリオール(PL1−3):グリセリンにPO−EOをランダム付加して得られた、水酸基価=56、EO含量=5%のポリオール。
(2)分散剤
分散剤(D−1):ポリオール(PL1−2)1モルと2−ヒドロキシメタクリレート0.2モルをTDI(トリレンジイソシアネート)0.4モルでジョイントして得られた、水酸基価26の分散剤
分散剤(D−2):ポリオール(PL1−3)1モルを、ジクロロメタン2モルでジョイントしたのち、グリシジルメタクリレートを0.35モル付加して得られた、水酸基価45の分散剤
(3)ラジカル重合開始剤
ラジカル重合開始剤(K−1):1,1’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)〔商品名「V−59」、和光純薬工業(株)製〕
(4)触媒
触媒A:東ソー(株)製「TEDA−L33」(トリエチレンジアミン/ジプロピレングリコール=33/67(重量比)溶液)
触媒B:東ソー(株)社製「TOYOCAT ET」(ビス(ジメチルアミノエチル)エーテルの70%ジプロピレングリコール溶液)
触媒C:日東化成(株)社製「ネオスタン U−28」(スタナスオクトエート)
(5)整泡剤
整泡剤A:EVONIK社製「TEGOSTAB B8737」
整泡剤B:東レ・ダウコーニング(株)社製「SRX−280A」
(6)イソシアネート
イソシアネートA:日本ポリウレタン工業(株)社製「CE−729」(TDI−80(2,4−及び2,6−TDI、2,4−体の比率が80%)/粗製MDI(平均官能基数:2.9)=80/20(重量比))
イソシアネートB:日本ポリウレタン工業(株)社製「コロネート T−80」(トリレンジイソシアネート)
実施例における測定、評価方法は次のとおりである。
<10μm以上の粒子の含有量および体積平均粒子径>
得られたポリマーポリオールを、レーザー光の透過率が70〜90%となるように、それに用いたポリオールで希釈し、下記の粒度分布測定装置にて10μm以上の粒子の含有量(体積%)および体積平均粒子径(μm)を測定した。
装置 :堀場製作所製 LA−750
測定原理 :Mie散乱理論
測定範囲 :0.020μm〜2000μm
溶液注入量:He−Neレーザー
測定時間 :20秒
<重合体粒子含有量>
遠心分離用50ml遠沈管に、ポリマーポリオール約5gを精秤し、ポリマーポリオール重量(W1)とした。メタノール50gを加えて希釈した。冷却遠心分離機[型番:H−9R、コクサン(株)製]を用いて、18,000rpm×60分間、20℃にて遠心分離した。上澄み液をガラス製ピペットを用いて除去した。残留沈降物にメタノール50gを加えて希釈し、上記と同様に遠心分離して上澄み液を除去する操作を、さらに3回繰り返した。遠沈管内の残留沈降物を、2,666〜3,999Pa(20〜30torr)で60℃×60分間減圧乾燥し、乾燥した沈降物を重量測定し、該重量を(W2)とした。次式で算出した値を、重合体粒子含有量(重量%)とした。
重合体粒子含有量(重量%)=(W2)×100/(W1)
実施例1 [ポリマーポリオール(A−1)の製造]
温度調節器、バキューム攪拌翼、滴下ポンプ、減圧装置、ジムロート冷却管、窒素流入口および流出口を備えた4口フラスコに、ポリオール(PL1−1)300部、分散剤(D−1)30.0部及びキシレン60部を投入し、酸素濃度3体積%である空気−窒素混合気体を1L/分の速度で1時間通気後、気相酸素濃度を測定したところ、3体積%であった。さらに、酸素濃度3体積%である空気−窒素混合気体を0.1L/分の速度で通気しながら130℃に昇温した。ついで、ポリオール(PL1−1)128部、ACN245部、St105部、分散剤(D−1)12.8部、キシレン10部及びラジカル重合開始剤(K−1)3.0部の混合液(Z−1)を滴下ポンプを用いて25部/分の速度で連続的に滴下し、滴下終了後さらに130℃で30分重合させた。その後、空気−窒素混合気体の通気を止め、未反応モノマーとキシレンを130℃減圧下で留去し、ポリマーポリオール(A−1)を得た。
実施例2 [ポリマーポリオール(A−2)の製造]
空気−窒素混合気体の酸素濃度を0.01体積%にし、130℃に昇温する前の気相酸素濃度は0.01体積%であった以外は、上記実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−2)を得た。
実施例3 [ポリマーポリオール(A−3)の製造]
空気−窒素混合気体の酸素濃度を5体積%にし、130℃に昇温する前の気相酸素濃度は5体積%であった以外は、上記実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−3)を得た。
実施例4 [ポリマーポリオール(A−4)の製造]
ACN105部、St245部とした以外は、実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−4)を得た。
実施例5 [ポリマーポリオール(A−5)の製造]
ACN245部、St100部、ジビニルベンゼン5部とした以外は、実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−5)を得た。
実施例6 [ポリマーポリオール(A−6)の製造]
ACN230部、St100部、アリルアルコールPO2.2モル付加物10部、メチルアクリレート20部とした以外は、実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−6)を得た。
実施例7 [ポリマーポリオール(A−7)の製造]
ポリオール(PL1−1)の代わりにポリオール(PL1−3)、分散剤(D−1)の代わりに分散剤(D−2)とした以外は、実施例4と同様の方法でポリマーポリオール(A−7)を得た。
実施例8 [ポリマーポリオール(A−8)の製造]
ACN448部、St192部とした以外は、実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−8)を得た。
実施例9 [ポリマーポリオール(A−9)の製造]
ACN100部、St43部とした以外は、実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−9)を得た。
比較例1 [ポリマーポリオール(A−10)の製造]
空気−窒素混合気体の酸素濃度を0.005体積%にし、130℃に昇温する前の気相酸素濃度は0.005体積%であった以外は、上記実施例1と同様の方法でポリマーポリオール(A−10)を得た。
比較例2 [ポリマーポリオール(A−11)の製造]
空気−窒素混合気体の酸素濃度を0.005体積%にし、130℃に昇温する前の気相酸素濃度は0.005体積%であった以外は、上記実施例7と同様の方法でポリマーポリオール(A−11)を得た。
ポリマーポリオール(A−1〜A−11)の体積平均粒子径、10μm以上の粒子の含有量及び重合体粒子含有量を測定し、表1に示す。
Figure 2013227492
表1において、実施例1〜9のポリマーポリオールは、比較例1及び2よりも、10μm以上の粒子の含有量が少ない。
実施例10〜17、比較例3
表2に示した発泡処方に従って、下記の発泡条件により軟質ポリウレタンフォームを金型内で発泡してフォームを形成後、金型から取り出し一昼夜放置後の軟質ポリウレタンフォーム諸物性を測定した。物性の測定値も表2にそれぞれ記載した。
(発泡条件)
金型SIZE:40cm×40cm×10cm(高さ)
金型温度:65℃
金型材質:アルミ
ミキシング方法:高圧ウレタン発泡機(ポリマーエンジニアリング社製)を用いて表2に記載のポリオールプレミックスとイソシアネートとを15MPaで混合
Figure 2013227492
・フォーム物性の測定方法及び単位を以下に示す。
密度:JIS K6400に準拠、単位はkg/m
硬さ(25%ILD):JIS K6400に準拠、単位はN/314cm2
引張強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm
引裂強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm
切断伸度:JIS K6400に準拠、単位は%
圧縮残留歪率:JIS K6400に準拠、単位は%
湿熱圧縮残留歪率:JIS K6400に準拠、単位は%
表2において、実施例10〜17の軟質ポリウレタンフォームは、比較例3の軟質ポリウレタンフォームよりも、フォーム物性、特に切断伸度が向上している。
実施例18及び19、比較例4
表3に示した発泡処方に従って、下記の発泡条件によりポリウレタンスラブフォームを発泡し、一昼夜放置後ポリウレタンスラブフォームの諸物性を測定した。物性の測定値も表3にそれぞれ記載した。
(発泡条件)
BOX SIZE:30cm×30cm×30cm天空き箱
材質:木材
ミキシング方法:ハンドミキシング
Figure 2013227492
・フォーム物性の測定方法及び単位を以下に示す。
密度 :JIS K6400に準拠、単位はkg/m3
硬さ(25%ILD):JIS K6400に準拠、単位はN/314cm2
引張強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm2
引裂強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm
切断伸度:JIS K6400に準拠、単位は%
圧縮残留歪率 :JIS K6400に準拠、単位は%
表3において、実施例18及び19のポリウレタンスラブフォームは、比較例4のポリウレタンスラブフォームよりも、フォーム物性、特に切断伸度が向上している。
本発明の製造方法によれば、10μm以上の粒子の含有量が少ないポリマーポリオールを製造でき、使用して得られるポリウレタンフォームは物性(特に切断伸度)に優れる。本発明の軟質ウレタンフォームを使用して得られる成形体は、各種の幅広い用途に使用されるが、特に車両用、家具用、寝具用、アパレル用、電気機器用、電子機器用、放送用等に好適に用いられる。

Claims (7)

  1. ポリオール(PL)中で、エチレン性不飽和化合物(E)を、ラジカル重合開始剤(K)及び分散剤(D)の存在下で重合させる工程を含む重合体粒子(JR)を含有するポリマーポリオールの製造方法であって、重合時の気相酸素濃度が0.01〜5%であるポリマーポリオールの製造方法。
  2. ポリマーポリオール中の重合体粒子(JR)の含有量が、ポリマーポリオールの重量を基準として、20〜75重量%である請求項1に記載の製造方法。
  3. エチレン性不飽和化合物(E)中のアクリロニトリル及びスチレンの合計含有量が、(E)の重量を基準として、50〜100重量%である請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. レーザー回折/散乱式粒度分布測定で、0.020〜2,000μmの粒度範囲を85分割して求められる体積基準の粒度分布において、重合体粒子(JR)中に含まれる10μm以上の粒子の含有量が0〜10体積%である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
  5. ポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、発泡剤及び整泡剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤の存在下で反応させてポリウレタンフォームを製造する方法であって、ポリオール成分が請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法で得られるポリマーポリオールをポリオール成分の重量に基づいて10〜100重量%含有する軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
  6. 請求項5に記載の製造方法で得られる軟質ポリウレタンフォーム。
  7. 請求項6に記載の軟質ポリウレタンフォームを含んでなる車両用、家具用、寝具用、アパレル用、電気機器用、電子機器用又は包装用軟質ポリウレタンフォーム成形体。
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