JP2013506722A - ポリウレタンフォームからの放出量の低減方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、A1)イソシアネート反応性水素原子を含有し、400〜15,000の分子量を有する化合物、A2)任意に、イソシアネート反応性水素原子を含有し、62〜399の分子量を有する化合物、A3)水および/または物理的発泡剤、A4)任意に、助剤および添加剤、A5)少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物およびB)ジイソシアネートまたはポリイソシアネートからの、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法であって、原料混合物の活性が有意には影響を受けず、得られたフォームの機械的性質(特に、高湿度条件下における圧縮永久歪および老化挙動)が悪影響を受けない方法に関する。

Description

ポリウレタンフォームはホルムアルデヒドを放出することがあり、そのようなホルムアルデヒドの放出は一般には望ましくないことが、先行技術から知られている。そのような放出は、例えばVDA 275(フラスコ法、60℃×3時間)またはVDA 276(放出チャンバー試験、65℃)に従った測定によって検出される。そのようなホルムアルデヒドの放出は、新たに製造されたフォームにおいてはやばやと起こる場合があり、老化作用、特に光酸化によって促進される。
アミノ基含有ポリマーを添加することにより、ポリウレタンフォームからのホルムアルデヒドの放出量を低減する方法が、EP−A 1 428 847に記載されている。例えば、ポリビニルアミンの添加により、VDA 275に従ったホルムアルデヒド含量は、0.1ppmの検出限界を下回る。そのような官能性(特にアミノ官能性)添加剤の欠点は、原料混合物の活性に影響を及ぼす場合があることである。それによって、流動性または連続気泡含量のような性質がしばしば影響を受ける。
EP−A 1 428 847
従って、本発明の目的は、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームを生じる、ポリウレタンフォームの製造方法であって、原料混合物の活性が有意には影響を受けず、得られたフォームの機械的性質(特に、高湿度条件下における圧縮永久歪および老化挙動)が悪影響を受けない方法を開発することである。本発明の別の態様では、得られたフォームは付加的に、使用した活性剤および添加剤について、低い移行挙動および放出挙動を有する。
意外なことに、前記技術的課題は、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物を使用する製造方法によって解決されることが見出された。
本発明は、
A1)イソシアネート反応性水素原子を含有し、400〜15,000の分子量を有する化合物、
A2)任意に、イソシアネート反応性水素原子を含有し、62〜399の分子量を有する化合物、
A3)水および/または物理的発泡剤、
A4)任意に、助剤および添加剤、例えば、
a)触媒、
b)界面活性剤、
c)顔料または難燃剤、
A5)少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物と
B)ジイソシアネートまたはポリイソシアネート
との反応による、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
使用される本発明の成分A5の量は、成分A1〜A4の100重量部に基づいて0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜5重量部である。
本発明は特に、
成分A:
A1)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)75〜99.5重量部、好ましくは89〜97.7重量部の、イソシアネート反応性水素原子を含有し、400〜15,000の分子量を有する化合物、
A2)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0〜10重量部、好ましくは0.1〜2重量部の、イソシアネート反応性水素原子を含有し、62〜399の分子量を有する化合物、
A3)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0.5〜25重量部、好ましくは2〜5重量部の、水および/または物理的発泡剤、
A4)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0〜10重量部、好ましくは0.2〜4重量部の、助剤および添加剤、例えば、
a)触媒、
b)界面活性剤、
c)顔料または難燃剤、
A5)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜7.5重量部の、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物と、
成分B:
B)ジイソシアネートまたはポリイソシアネート
との反応による、50〜250、好ましくは70〜130、特に好ましくは75〜115のイソシアネート指数で実施され、本発明の成分A1〜A4の重量部全ては、組成物中の成分A1+A2+A3+A4の重量部の和が100となるように調節されている、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
意外なことに、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)が、ホルムアルデヒド受容体として作用することが見出された。従って、本発明は更に、ポリウレタン組成物における、またはホルムアルデヒドの放出量を低減するためのポリウレタンフォームの製造方法における、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)の使用を提供する。
イソシアネートに基づくフォームの製造方法は、自体知られており、例えば、DE−A 1 694 142、DE−A 1 694 215およびDE−A 1 720 768、並びにKunststoff-Handbuch, 第7巻、Polyurethane, ViewegおよびHoechtlein編、Carl Hanser Verlag Munich 1966およびこの本の新版、G. Oertel編、Carl Hanser Verlag Munich, Vienna 1993に記載されている。
イソシアネートに基づくフォームは主に、ウレタン基および/またはウレトジオン基および/またはウレア基および/またはカルボジイミド基を含有するフォームである。本発明の使用は好ましくは、ポリウレタンフォームおよびポリイソシアヌレートフォームの製造における使用である。
イソシアネートに基づくフォームを製造するため、以下により詳細に記載する成分を使用してよい。
成分A1
成分A1の出発成分は、少なくとも2個のイソシアネート反応性水素原子を含有し、一般に400〜15,000の分子量を有する化合物である。それらは、アミノ基、チオ基またはカルボキシル基を含有する化合物に加えて、好ましくは、均質な気泡質ポリウレタンを製造するための、自体知られており、例えばEP−A 0 007 502の第8〜15頁に記載されているような、ヒドロキシル基を含有する化合物、特に2〜8個のヒドロキシル基を含有する化合物、とりわけ1000〜6000、好ましくは2000〜6000の分子量を有する前記化合物、例えば少なくとも2個、一般に2〜8個、好ましくは2〜6個のヒドロキシル基を含有するポリエーテルおよびポリエステル、並びにポリカーボネートおよびポリエステルアミドであると理解される。本発明では、少なくとも2個のヒドロキシル基を含有するポリエーテルが好ましい。
成分A2
任意に、成分A2として、少なくとも2個のイソシアネート反応性水素原子を含有し、32〜399の分子量を有する化合物を使用する。そのような化合物は、ヒドロキシル基および/またはアミノ基および/またはチオール基および/またはカルボキシル基を含有する化合物、好ましくは、ヒドロキシル基および/またはアミノ基を含有する化合物であると理解され、連鎖延長剤または架橋剤として作用する。そのような化合物は、一般に2〜8個、好ましくは2〜4個のイソシアネート反応性水素原子を含有する。例えば、成分A2として、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ソルビトールおよび/またはグリセロールを使用してよい。成分A2の化合物の別の例は、EP−A 0 007 502の第16〜17頁に記載されている。
成分A3
成分A3として、水および/または物理的発泡剤を使用する。物理的発泡剤として、例えば、二酸化炭素および/または易揮発性有機物質を使用する。
成分A4
任意に、成分A4として、
a)触媒(活性剤)、
b)界面活性剤、例えば乳化剤および気泡安定剤、特に放出量が少ないもの、例えばTegostab(登録商標) LFシリーズの製品、
c)添加剤、例えば、反応抑制剤(例えば、塩酸または有機酸ハロゲン化物のような酸反応物質)、気泡調節剤(例えば、パラフィンまたは脂肪アルコールまたはジメチルポリシロキサン)、顔料、着色剤、難燃剤(例えば、リン酸トリクレジル)、耐老化安定剤および耐侯安定剤、可塑剤、静真菌作用および静菌作用を有する物質、充填材(例えば、硫酸バリウム、珪藻土、カーボンブラックまたは沈降チョーク)および剥離剤
のような助剤および添加剤を使用する。
場合により付随して使用してよいこれらの助剤および添加剤は、例えば、EP−A 0 000 389の第18〜21頁に記載されている。本発明に従って場合により付随して使用してよい助剤および添加剤の更なる例、並びにそのような助剤および添加剤の使用方法および作用機構の詳細は、Kunststoff-Handbuch, 第7巻、G. Oertel編、Carl-Hanser-Verlag, Munich, 第3版、1993, 例えば第104〜127頁に記載されている。
触媒として、好ましくは、脂肪族第三級アミン(例えば、トリメチルアミン、テトラメチルブタンジアミン)、脂環式第三級アミン(例えば、1,4−ジアザ(2,2,2)−ビシクロオクタン)、脂肪族アミノエーテル(例えば、ジメチルアミノエチルエーテルおよびN,N,N−トリメチル−N−ヒドロキシエチルビスアミノエチルエーテル)、脂環式アミノエーテル(例えば、N−エチルモルホリン)、脂肪族アミジン、脂環式アミジン、ウレア、ウレア誘導体(アミノアルキルウレア(例えばEP−A 0 176 013参照)、特に(3−ジメチルアミノプロピルアミン)−ウレア)、および錫触媒(例えば、酸化ジブチル錫、ジラウリン酸ジブチル錫、オクタン酸錫)を使用する。
特に好ましい触媒は、
α)ウレア、ウレア誘導体、および/または
β)イソシアネートと化学的に反応する官能基を含有する、アミンおよびアミノエーテル
である。官能基は、好ましくは、ヒドロキシル基、第一級または第二級アミノ基である。これらの特に好ましい触媒は、大幅に低減された移行挙動および放出挙動をもたらすという利点を有する。
挙げることができる特に好ましい触媒の例は、(3−ジメチルアミノプロピル)−ウレア、2−(2−ジメチルアミノエトキシ)エタノール、N,N−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)−N−イソプロパノールアミン、N,N,N−トリメチル−N−ヒドロキシエチルビスアミノエチルエーテル、および3−ジメチルアミノプロピルアミンである。
成分A5
成分A5の化合物は、少なくとも1個のセミカルバジド基、即ち下記式(I):
Figure 2013506722
[式中、Rは、アルキル基、アルキルアリール基またはアリール基であり、Rは、自体を含有しているか、またはセミカルバジド基および/または他の官能基によって置換されていてよい]
で示される構成要素を含有する化合物である。本発明の範囲において、他の官能基とは、例えば、ヒドラゾン基、エステル基、ウレア基、ウレタン基、無水物基であると理解される。本発明の範囲において、置換されたアルキル基、アルキルアリール基またはアリール基とは、基Rがヘテロ元素(例えば、ハロゲン原子、リン原子、イオウ原子)を含有してもよく、アルキル基またはアリール基で分岐されていてもよいことを意味すると理解される。
アルキル基は、好ましくはC〜C30アルキル基、特に好ましくはC〜C16アルキル基であり、直鎖または分岐であってよい。アリール基は好ましくはフェニル基であり、アルキル基によって置換されていてもよい。アルカリール基は、アルキル基とアリール基を含有する。
少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)の好ましい例として、式(II)〜(IX):
Figure 2013506722
[ここで、式(VI)において、mは1〜16、好ましくは6〜12の整数、特に好ましくは6または12である]
で示される化合物が挙げられる。
本発明の範囲において、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)はまた、例えば式(X):
Figure 2013506722
[ここで、式(X)において、iは2〜100,000、好ましくは1000〜50,000、特に好ましくは5000〜25,000の整数である]
で示される、オリゴマーまたはポリマー構造を有する化合物(ポリヒドラゾジカルボンアミド)であると理解される。
成分A5の化合物は、例えば本発明の実施例の部またはMihail Ionescu: "Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes", Rapra Technology, Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, 2005, 第215〜219頁に記載されているような、当業者に知られている方法に従って、イソシアネートとヒドラジンとの反応によって調製することができる。
成分B
成分Bとして、例えばW. SiefkenによるJustus Liebigs Annalen der Chemie, 562, 第75〜136頁に記載されているような、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族および複素環式のポリイソシアネート、例えば、式(V):
Figure 2013506722
[式中、nは2〜4、好ましくは2〜3であり、Qは、2〜18個、好ましくは6〜10個の炭素原子を含有する脂肪族炭化水素基、4〜15個、好ましくは6〜13個の炭素原子を含有する脂環式炭化水素基、または8〜15個、好ましくは8〜13個の炭素原子を含有する芳香脂肪族炭化水素基を表す]
で示されるポリイソシアネートを使用する。
それらは例えば、EP−A 0 007 502の第7〜8頁に記載されているようなポリイソシアネートである。一般に、工業的に入手しやすいポリイソシアネートが特に好ましく、その例は以下である:2,4−トルエンジイソシアネートおよび2,6−トルエンジイソシアネート並びにそれらの異性体混合物(TDI);アニリン−ホルムアルデヒド縮合および続くホスゲン化によって調製されるようなポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート(粗MDI);カルボジイミド基、ウレタン基、アロファネート基、イソシアヌレート基、ウレア基またはビウレット基を含有するポリイソシアネート(変性ポリイソシアネート)、特に、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネートに由来するか或いは4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび/または2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートに由来するこれらの変性ポリイソシアネート。成分Bとして、2,4−トルエンジイソシアネートおよび2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、並びにポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート(多核MDI)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を使用することが好ましい。
ポリウレタンフォームの製造方法の実施
自体既知のワンショット法、プレポリマー法、またはセミプレポリマー法によって反応成分を反応させる。機械的装置、例えばEP−A 355 000に記載されている機械的装置をしばしば使用する。本発明にも適している加工装置の詳細は、Kunststoff-Handbuch, 第7巻、ViewegおよびHoechtlen編、Carl-Hanser-Verlag, Munich 1993, 例えば第139〜265頁に記載されている。
PURフォームは、成形フォームまたはスラブストックフォームとして製造することもできる。
成形フォームは、熱硬化または常温硬化で製造できる。
従って、本発明は、ポリウレタンフォームの製造方法、その製造方法によって製造されたポリウレタンフォーム、そのポリウレタンフォームの成形品製造における使用、およびその成形品自体を提供する。
本発明に従って得ることができるポリウレタンフォームは、例えば、下記用途において使用される:室内装飾材料、布地インサート、マットレス、自動車のシート、ヘッドレスト、アームレスト、スポンジおよび構造要素、並びにシートカバーおよびダッシュボードカバー。
原料の記載
成分A1−1:少なくとも80%の第一級OH基を含有するスターターとしてグリセロールを用い、86.2%:13.8%の比でプロピレンオキシドとエチレンオキシドを付加させることによって調製された、OH価28のポリエーテルポリオール。
成分A1−2:少なくとも80%の第一級OH基を含有するスターターとしてグリセロールを用い、72.5%:27.5%の比でエチレンオキシドとプロピレンオキシドを付加させることによって調製された、OH価37のポリエーテルポリオール。
成分A2−1:ジエタノールアミン
成分A3−1:水
成分A4:
成分A4−1:安定剤Tegostab(登録商標) B 8734 LF(Degussa-Goldschmidt)
成分A4−2:活性剤Jeffcat(登録商標) ZR 50(Huntsman);イソシアネートと化学的に反応する官能基を含有するアミン。
成分A4−3:活性剤Dabco(登録商標) NE 300(Air Products);ウレア誘導体を含有する。
成分A5−1:フェニルセミカルバジド
Figure 2013506722
成分A5−2:トルエン−ビス−セミカルバジド、80:20の比の2,4−異性体(IV)と2,6−異性体(V)の混合物。
Figure 2013506722
成分A5−2の調製:80%の2,4−トルエンジイソシアネートおよび20%の2,6−トルエンジイソシアネートの混合物92.5gを、35%ヒドラジン水溶液100gおよびテトラヒドロフラン1000mLの溶液に室温(21℃)で滴加した。次いで、得られた混合物を40℃に加熱し、40℃で2時間維持した。続いて、混合物を10℃に冷却し、有機溶媒テトラヒドロフランを含有する上清相をデカントにより除去した。残った水相にメタノール500mLを添加した。この混合物を室温で15時間撹拌し、得られた微結晶性沈澱物を濾取し、その後、得られた微結晶性沈澱物を真空で乾燥させた。微結晶性粉末101gを得た。測定されたOH価は400mgKOH/gであった。
成分A5−3:ポリエーテルポリオール中分散体として使用されるポリヒドラゾジカルボンアミド。分散体は20重量%のポリヒドラゾジカルボンアミドを含有する。ポリヒドラゾジカルボンアミドの分散体は、ポリエーテルポリオール中でトルエンジイソシアネート(80:20の比の2,4−異性体および2,6−異性体の混合物)とヒドラジンを反応させることによって調製した。
成分B−1:57重量%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、25重量%の2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、および18重量%のポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート(多核MDI)を含有するイソシアネート混合物(MDI)。
成形品の製造
PURフォームの製造にとって通例である原料混合の処理条件下、室温で、高圧ミキシングヘッドを介して、配合表の出発成分を、60℃に加熱した12.5L容の型に導入し、4分後に型から取り出した。使用する原料の量は、55kg/mの成形品計算密度が得られるように選択した。実際に得られた成形品密度を表1に示す。この密度は、圧縮強さ試験片を計量することによって測定した。
指数(イソシアネート指数)は、実際に使用されるイソシアネートの量の、イソシアネート基(NCO)の化学量論量(即ち計算された量)に対するパーセント比を示す。
Figure 2013506722
圧縮強さは、DIN EN ISO 3386−1−98に従って測定した。
圧縮永久歪CS50%およびCS75%は、DIN EN ISO 1856−2001−03に従って、それぞれ50%歪および75%歪で測定した。
ホルムアルデヒド含量は、(a)ポリエチレン製丸瓶に代えてガラス製角瓶を使用し、(b)使用した試験片は(4mmではなく)1cmの厚さを有し、(c)Cerilliantの校正基準を使用し、(d)試験片の含水量を測定しなかったこと以外は、BMW法AA−C291に従って測定した。
温かい高湿度の条件(WHS)下で貯蔵した後、即ち40℃、95%相対湿度で22時間貯蔵した後の、70%歪での圧縮永久歪(WHS後のCS70%)は、DIN EN ISO 1856−2001−03に従って測定した。
結果
HPLC PA−C325を用いてポリマー材料および成形品からのアルデヒドの放出量を測定するためのBMW試験に従って測定されたホルムアルデヒド値は、実施例2の本発明の化合物(4−フェニルセミカルバジド)によって0.3ppmに低減した。一方、実施例1の比較化合物は、2.4ppmのホルムアルデヒド含量を示した。本発明の実施例3〜5は、意外なことに、成分A5−2およびA5−3の化合物によって、HPLC PA−C325を用いて測定されたホルムアルデヒド値が低減することを示している。
Figure 2013506722

Claims (7)

  1. A1)イソシアネート反応性水素原子を含有し、400〜15,000の分子量を有する化合物、
    A2)任意に、イソシアネート反応性水素原子を含有し、62〜399の分子量を有する化合物、
    A3)水および/または物理的発泡剤、
    A4)任意に、助剤および添加剤、
    A5)少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物と
    B)ジイソシアネートまたはポリイソシアネート
    との反応による、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法。
  2. 使用される成分A5の量が、成分A1〜A4の100重量部に基づいて0.1〜10重量部である、請求項1に記載の方法。
  3. A1)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)75〜99.5重量部の、イソシアネート反応性水素原子を含有し、400〜15,000の分子量を有する化合物、
    A2)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0〜10重量部の、イソシアネート反応性水素原子を含有し、62〜399の分子量を有する化合物、
    A3)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0.5〜25重量部の、水および/または物理的発泡剤、
    A4)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0〜10重量部の、助剤および添加剤、
    A5)(成分A1〜A4の重量部の和に基づいて)0.1〜10重量部の、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物
    を含有する成分Aと、
    B)ジイソシアネートまたはポリイソシアネート
    を含有する成分B
    との反応による、50〜250のイソシアネート指数で実施される、請求項1に記載の、低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法。
  4. 助剤および添加剤(成分A4)として、
    a)触媒、
    b)界面活性剤、および
    c)反応抑制剤、気泡調節剤、顔料、着色剤、難燃剤、耐老化安定剤および耐侯安定剤、可塑剤、静真菌作用および静菌作用を有する物質、充填材および剥離剤のような添加剤
    を使用する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 触媒として、
    a)ウレア、先に記載したウレア誘導体、および/または
    b)イソシアネートと化学的に反応する官能基を含有することを特徴とする、脂肪族第三級アミン、脂環式第三級アミン、脂肪族アミノエーテル、脂環式アミノエーテル、
    を使用する、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. ポリウレタン組成物における、または低減されたホルムアルデヒドしか放出しないポリウレタンフォームの製造方法における、少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)の使用。
  7. 少なくとも1個のセミカルバジド基を含有する化合物(成分A5)として、式(II)〜(X):
    Figure 2013506722
    [ここで、式(VI)において、mは1〜16、好ましくは6〜12の整数、特に好ましくは6または12を表し、式(X)において、iは2〜100,000の整数を表す]
    で示される化合物の少なくとも1つを使用することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
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