JP2013523925A - シリコーン含有ポリイソシアヌラートフォーム - Google Patents
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Abstract
本発明は、式V−(NHC(O)R1R2)p-m-n(NHC(O)R1R4[SiR2O]a−SiR2R4R1H)m(NHC(0)NR5 2)n (I)[式中、基及び指数は、請求項1に挙げた意味合いを有する]の有機ケイ素化合物、(B)ポリイソシアナート及び(G)三量体化触媒を含有するフォーム化可能な調製物、低密度を有するシリコーン含有ポリイソシアヌラートフォーム並びにその製造方法に関する。
Description
本発明は、有機ケイ素化合物を基礎とするフォーム化可能な調製物、低密度を有するシリコーン含有ポリイソシアヌラートフォーム、並びに、その製造方法に関する。
過去数十年来、ポリマーフォームの燃焼遅延特性を改善することについて熱心な研究活動がなかったわけではないが、これまでには、極めて難燃性のPUフォームを市場において確立することに成功していない。
難燃性のポリウレタンフォームを作成するために比較的成果のあるアプローチとして、ポリイソシアヌラート化学が判明している。相応するフォームの製造の際に、通常は、ポリイソシアナートを、イソシアナート基に対して反応性の水素原子を有する化合物、例えばポリプロピレングリコールと反応させ、その際、そのイソシアナート指数は少なくとも180である。この場合に、三量体化触媒の存在下では、ウレタン構造の他に、イソシアヌラート構造も形成される。このようにして得られるポリイソシアヌラート(PIR)フォームは、典型的には独立気泡状の硬質フォームであり、これは全てのポリウレタンフォーム物質群のうち難燃性に関して最良の燃焼特性を有する。
一般に、ポリイソシアヌラート硬質フォーム物質の製造では、発泡触媒及びゲル触媒(大抵はアミン)も、三量体化触媒もが、触媒として使用される。様々な触媒の混合物からなる触媒系も先行技術では見出される。これらPIR硬質フォームは、通常、物理的及び化学的発泡剤の使用下で製造される。物理的発泡剤として、例えば、フルオロクロロ炭化水素(FCKWs)、水素フルオロ炭化水素(HFKWs)、炭化水素並びに液状二酸化炭素が使用され、その一方で、化学的発泡剤として、主として水及びカルボン酸が使用される。
PIR硬質フォームが既に比較的良好な燃焼特性を提供するにもかかわらず、それでもやはり改善要求は大きく、というのも、最適な難燃性の獲得には防炎剤の高添加量が必要であるからである。この種の防炎剤は、一方では、生じるフォームの機械的特性に不利に作用し、さらには、常に毒物学的に問題がないわけではない。
これに応じて、改善された燃焼特性により特徴付けられており、良好な機械的特性を低いフォーム密度で示し、かつ、毒性のある防炎剤の添加なしに使用できる、硬質フォームが所望されるものである。
難燃性PUフォームへと達する道程は、シリコーン−ポリウレタン−フォームを用いて歩まれている。この場合に、標準PUフォーム中で使用される、良好に燃焼可能なポリオール成分は、燃焼が劣悪なOH末端化シロキサンで置換される。シリコーン−ポリウレタン−コポリマー、すなわち、ポリウレタン単位及び/又は尿素単位をも含むポリシロキサン、の使用によって、新規であり、かつ、そのつどの適用に対して正確に調整された特性組み合わせを有するような難燃性フォーム物質を開発することが可能である。
これに関して、例えばWO 2009130194A1が参照され、この中には、超分枝したアルキルヒドロキシ末端化シリコーンオイルから出発し、かつ、いわゆる「ワンショット(One-Shot)法」にある、シリコーン−PIR−硬質フォーム物質の製造が記載されている。
しかし、この場合の欠点は、70kg・m-3のフォーム密度を下回るフォーム構造が、もはや完全に独立気泡状でない、という事実である。この作用は、フォーム密度が減少するといっそう顕著になり、このため、このフォームはその絶縁作用を失う。
本発明の主題は、
(A)次式
[式中、
Vは、ヘテロ原子を有してよい、p価の炭化水素基を意味する、
Rは、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている、一価の炭化水素基を意味する、
R1は、同じか又は異なっていてよく、かつ、−O−、−S−又は−NR3−を意味する、
R2は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子及び場合によって置換されている一価の炭化水素基である、
R3は、水素原子又は場合によって置換されている一価の炭化水素基を意味する、
R4は、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている、ヘテロ原子で中断されていてよい、二価の炭化水素基を意味する、
R5は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子又は場合によって置換されている炭化水素基を意味する、
aは、1以上、好ましくは1〜1000、特に好ましくは5〜500、特に10〜100の整数を意味する、
pは、2以上、好ましくは2〜20、特に好ましくは3又は4の整数を意味する、
mは、1以上、好ましくは1〜19、特に好ましくは1〜3の整数を意味する、
nは、1以上、好ましくは1〜19、特に好ましくは1〜3の整数を意味する、
但し、pはm+n以上である]
のシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、及び
(G)三量体化触媒
を含有するフォーム化可能な組成物である。
(A)次式
Vは、ヘテロ原子を有してよい、p価の炭化水素基を意味する、
Rは、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている、一価の炭化水素基を意味する、
R1は、同じか又は異なっていてよく、かつ、−O−、−S−又は−NR3−を意味する、
R2は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子及び場合によって置換されている一価の炭化水素基である、
R3は、水素原子又は場合によって置換されている一価の炭化水素基を意味する、
R4は、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている、ヘテロ原子で中断されていてよい、二価の炭化水素基を意味する、
R5は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子又は場合によって置換されている炭化水素基を意味する、
aは、1以上、好ましくは1〜1000、特に好ましくは5〜500、特に10〜100の整数を意味する、
pは、2以上、好ましくは2〜20、特に好ましくは3又は4の整数を意味する、
mは、1以上、好ましくは1〜19、特に好ましくは1〜3の整数を意味する、
nは、1以上、好ましくは1〜19、特に好ましくは1〜3の整数を意味する、
但し、pはm+n以上である]
のシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、及び
(G)三量体化触媒
を含有するフォーム化可能な組成物である。
基Rの例は、アルキル基、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、ヘキシル基、例えばn−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばn−ヘプチル基、オクチル基、例えばn−オクチル基及びイソオクチル基、例えば2,2,4−トリメチルペンチル基、ノニル基、例えばn−ノニル基、デシル基、例えばn−デシル基、ドデシル基、例えばn−ドデシル基;アルケニル基、例えばビニル基及びアリル基;シクロアルキル基、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基及びメチルシクロヘキシル基;アリール基、例えばフェニル基及びナフチル基;アルカリール基、例えばo−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、キシリル基及びエチルフェニル基;アラルキル基、例えばベンジル基、α−フェニルエチル基及びβ−フェニルエチル基である。
置換されている炭化水素基Rの例は、アルコキシアルキレン基、例えばメトキシメチレン基及びエトキシメチレン基、ヒドロキシアルキレン基、例えば2−ヒドロキシエチレン基、及びアミノアルキレン基、例えばジメチルアミノメチレン基、ジエチルアミノメチレン基、2−アミノエチレン基及びN−メチルアミノエチレン基である。
好ましくは、基Rは、1〜40個の炭素原子を有する、場合によって置換されている一価の炭化水素基、特に好ましくは1〜6個の炭素原子を有する炭化水素基、特にメチル基である。
R3の例は、水素原子及び基Rについて挙げた例である。
好ましくは、基R3は、水素原子である。
好ましくは、基R1は、−O−である。
基R2の例は、水素原子並びに基Rについて挙げられた例である。
好ましくは、基R2は、炭素原子1〜6個を有する炭化水素基、特に好ましくはメチル基である。
基R4の例は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキサメチレン基、メチルオキシエチレン基、すなわち、−CH2−O−CH2CH2−基、トルオイレン基、メチレン−ビス−フェニレン基、フェニレン基、ナフチレン基、シクロヘキシレン基及びイソホロン基である。
好ましくは、R4は、二価の脂肪族炭化水素基であり、これはヘテロ原子で中断されていてよく、特に好ましくはプロピレン基、メチレン基及びメチルオキシエチレン基、好ましくはメチレン基及びメチルオキシエチレン基、特にメチレン基である。
R5の例は、基Rについて挙げた例である。
好ましくは、R5は、水素原子及び場合によってヒドロキシル基で置換されている炭化水素基、特に好ましくは場合によってヒドロキシル基で置換されている炭化水素基、特に1〜6個の炭素原子を有するアルキル基及び1〜6個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である。
基Vの例は、任意の、従来既知の、多価の、脂肪族又は芳香族の炭化水素基であり、これはヘテロ原子を有してよく、例えば1,3,4−ベンゼン基、1,3,5−シアヌラート基、N,N,N′−ビウレット基、4,4′,4″−トリフェニルメタン基及びポリ((4−フェニル)−コ−ホルムアルデヒド)基である。
好ましくは、基Vは、1〜50個の炭素原子、特に好ましくは6〜30個の炭素原子を有する多価の基である。
好ましくは、Vは、多価の、芳香族の、場合によってヘテロ原子を含有する炭化水素基であり、特に好ましくは、多価の、芳香族の、場合によって窒素、酸素及びリンを含有する炭化水素基であり、とりわけ、多価の、芳香族の、場合によって窒素及び酸素を含有する、6〜30個の炭素原子を有する炭化水素基である。
本発明により使用される、式(I)のシロキサン(A)中、m+nの合計は好ましくはpである。
本発明により使用される、式(I)のシロキサン(A)は、そのつど25℃でASTM D 4283に応じて測定した場合に、好ましくは100〜10000mPas、特に好ましくは500〜5000mPasの粘度を有する。
本発明により使用されるシロキサン(A)は、好ましくは超分枝している。
本発明により使用されるシロキサン(A)は、ケイ素化学において慣用の方法に応じて製造されてよい。
好ましくは、本発明により使用されるシロキサン(A)は、
(i)鎖状のα,ω−アミノオルガニル官能化又はα,ω−ヒドロキシオルガニル官能化シロキサンと、
(ii)ポリイソシアナート及び
(iii)アミン
との反応により製造可能なものである。
(i)鎖状のα,ω−アミノオルガニル官能化又はα,ω−ヒドロキシオルガニル官能化シロキサンと、
(ii)ポリイソシアナート及び
(iii)アミン
との反応により製造可能なものである。
成分(i)の例は、
[式中、Meはメチル基である]である。前述の鎖状のシロキサンにおいては、製造に依存して、全単位の0.1%までが分枝を有してよく、これは例えばMeSiO3/2単位又はSiO4/2単位における場合である。
シロキサン(i)は、市販製品であるか、又はケイ素化学において慣用の方法に応じて製造されてよい。
本発明により使用されるポリイソシアナート(ii)とは、全ての知られているジイソシアナート又はポリイソシアナートである。
ポリイソシアナート(ii)の例は、ジイソシアナトジフェニルメタン(MDI)(粗製の又は工業的なMDIの形にあっても、また純粋な4,4′−又は2,4′−異性体又はその調合物の形にあってもよい)、その種々の位置異性体の形にあるトリレンジイソシアナート(TDI)、ジイソシアナトナフタレン(NDI)、イソホロンジイソシアナート(IPDI)、1,3−ビス(1−イソシアナト−1−メチルエチル)ベンゼン(TMXDI)又はヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、並びに、ポリマーMDI(p−MDI)、トリフェニルメタントリイソシアナート又は前述のイソシアナートのビウレット又はイソシアヌラート三量体である。ポリイソシアナート(ii)は、そのつど100質量部のシロキサン(i)に対して、好ましくは0.1〜30質量部、特に好ましくは0.1〜20質量部、特に1〜10質量部の量で使用される。
本発明により使用されるアミン(iii)は、好ましくは、式
[式中、R5は、前述した意味合いのうち1つを有し、かつ好ましくは最大1の基R5は水素原子の意味合いを有する]のもの、並びに、脂肪族環状アミン及び芳香族環状アミン(これは付加的な官能基、例えばチオール基、ヒドロキシル基又は更なるアミノ基を有してよい)、である。
アミン(iii)の例は、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、N−メチルシクロヘキシルアミン、アニリン、モルホリン、ピロリジン、ピペリジン、イミダゾール、ピペラジン、エチレンジアミン、N,N′−ジメチルエチレンジアミン、エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、プロパノールアミン、アラニオール、N−メチル(チオエタノール)アミンである。
好ましくは、アミン(iii)は、脂肪族アミン、特に好ましくはピロリジン、ジエタノールアミン、エタノールアミン及びN−メチルエタノールアミン、特にジエタノールアミン、エタノールアミン及びN−メチルエタノールアミンである。
本発明により、アミン(iii)は、そのつど100質量部のシロキサン(i)に対して、好ましくは0.1〜20質量部、特に好ましくは0.1〜10質量部、特に0.5〜5質量部の量で使用される。
出発材料(i)、(ii)及び(iii)の反応の際には、好ましくは、有機溶媒(iv)及び触媒(v)が使用される。
有機溶媒(iv)の例は、エーテル、特に脂肪族エーテル、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン又はテトラヒドロフラン、エステル、特に脂肪族エステル、例えばエチルアセタート又はブチルアセタート、ケトン、特に脂肪族ケトン、例えばアセトン又はメチルエチルケトン、立体障害アルコール、特に脂肪族アルコール、例えばt−ブタノール、アミド、例えばDMF、脂肪族ニトリル、例えばアセトニトリル、芳香族炭化水素、例えばトルエン又はキシレン、脂肪族炭化水素、例えばペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、クロロ炭化水素、例えばメチレンクロリド又はクロロホルムである。
好ましくは有機溶媒(iv)は、脂肪族エーテル、脂肪族ケトン又は脂肪族ニトリルであり、その際、脂肪族ケトンが特に好ましい。
有機溶媒(iv)が使用される場合には、そのつど100質量部のシロキサン(i)に対して、好ましくは1〜1000質量部、特に好ましくは10〜500質量部、特に30〜200質量部の量である。反応の際には好ましくは溶媒(iv)が使用される。
触媒(v)の例は、スズ化合物、例えばジブチルスズジラウラート、ジオクチルスズジラウラート、ジブチルスズジアセタート、ジブチルスズジオクトアート、ジブチルスズビス(ドデシルメルカプチド)、スズ(II)−(2−エチルヘキサノアート)及び亜鉛化合物、例えば亜鉛−(II)−(2−エチルヘキサノアート)及びビスマス化合物、例えばビスマス−(III)−ネオデカノアート及びジルコニウム化合物、例えばジルコニウム−テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−ヘプタン−3,5−ジオナート)及びアミン、例えば1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン及びテトラメチルグアニジンである。
好ましくは、触媒(v)は、スズ化合物、ジルコニウム化合物又はビスマス化合物であり、その際、ビスマス化合物が特に好ましい。
触媒(v)が使用される場合には、そのつど反応混合物の全質量に対して、好ましくは1〜1000質量ppm、特に好ましくは10〜500質量ppm、特に50〜150質量ppmの量である。本発明の反応では、好ましくは触媒(v)が使用される。
反応に使用される成分はそれぞれ、係る成分の1種類の成分であってもよいし、それぞれの成分の少なくとも2種類の成分から成る混合物であってもよい。
反応の際には、好ましくは第1の工程で、シロキサン(i)がポリイソシアナート(ii)と場合によって溶媒(iv)の存在下でかつ場合によって触媒(v)の存在下で反応させられ、このように得られた反応混合物が第2の工程でアミン(iii)と反応させられる。
反応は、好ましくは20〜100℃、特に好ましくは30〜80℃の温度で実施される。
反応は、好ましくは周囲雰囲気の圧力、すなわち、900〜1100hPaで実施される。しかし、反応は、より高圧、例えば1200〜10000hPaで実施されてもよい。
反応は、好ましくは不活性ガス雰囲気下で、例えば窒素及びアルゴン下で実施される。
反応終了後に得られる反応混合物は、任意かつ従来既知の方法に応じて後処理されてよい。好ましくは、この場合に、場合によって使用される有機溶媒が除去され、これは、特に好ましくは、蒸留によってかつ−工業的手段の範囲で−完全に行われる。反応混合物は、好ましくは出発材料をもはや含有しない。反応混合物がなお完全に反応していない出発材料を含有する場合には、これは好ましくはここに残存する。
本発明により使用されるイソシアナート(B)として、全ての知られているジイソシアナート又はポリイソシアナートが使用できる。例えば、(B)は、特に二工程の製造方法である場合に、上記で(ii)で挙げたイソシアナートであってよい。
好ましくは、ポリイソシアナート(B)として、一般式I
[式中、
Qは、場合によって置換されている、b官能性の炭化水素基を意味する、かつ
bは、少なくとも2、好ましくは2〜10、特に好ましくは2又は4、特に2〜3の整数を意味する]のものを使用する。
Qは、場合によって置換されている、b官能性の炭化水素基を意味する、かつ
bは、少なくとも2、好ましくは2〜10、特に好ましくは2又は4、特に2〜3の整数を意味する]のものを使用する。
好ましくは、Qは、4〜30個の炭素原子を有する、場合によって置換されている炭化水素基、特に好ましくは6〜25個の炭素原子を有する炭化水素基である。
特に好ましくは、本発明により使用されるポリイソシアナート(B)は、式
[式中、cは0〜8である]のポリマーMDIである。ポリマーMDIは、例えば、ジフェニルメタンジイソシアナートの製造の際に得られ、かつ、一般に、二官能性MDIと、より高い官能性を有する種々の高分子量MDIオリゴマーとからの混合物である。
本発明による調製物は、イソシアナート(B)を、そのつどシロキサン(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜500質量部、特に好ましくは1〜250質量部、特に10〜150質量部の量で含有する。
シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)及び三量体化触媒(G)に加えて、本発明の調製物は、更なる物質、例えば充填剤(C)、乳化剤(D)、物理的発泡剤(E)、フォーム形成を促進する触媒(F)、化学的発泡剤(H)及び添加剤(I)を含有してよい。
充填剤(C)が使用される場合には、全ての非強化性充填剤、すなわち、50m2/gまでのBET表面積を有する充填剤、例えば白亜、又は、強化性充填剤、すなわち、少なくとも50m2/gのBET表面積を有する充填剤、例えばカーボンブラック、MQ樹脂、沈殿ケイ酸又は熱分解ケイ酸であってよい。この場合に、特に疎水性の熱分解ケイ酸も、また親水性の熱分解ケイ酸も、好ましい充填剤である。本発明の特に好ましい一実施態様において、その表面がトリメチルシリル基で改質されている疎水性の熱分解ケイ酸が使用される。使用される充填剤(C)−特に熱分解ケイ酸−は、この場合に、種々の機能を担ってよい。そして、前記充填剤は、フォーム化可能な混合物の粘度の調節に使用されてよい。しかしながら、前記充填剤は特に、フォーム化の間に「支持機能」を担ってよく、よってより良好なフォーム構造を有するフォームを生じることができる。最後に、生じるフォームの機械的特性もが、充填剤(C)の使用によって−特に熱分解ケイ酸の使用によって−、決定的に改善されてもよい。
本発明の調製物が充填剤(C)を含有する場合には、そのつど100質量部のシロキサン(A)に対して、好ましくは0.1〜30質量部、特に好ましくは0.1〜20質量部、特に0.1〜15質量部の量である。本発明の調製物は、好ましくは充填剤(C)を含有する。
多くの場合、この発泡性調製物に乳化剤(D)を添加することが利点である。フォーム安定剤としても利用される、適した乳化剤(D)として、例えば、慣用のポリウレタンフォームの製造にも使用される、ポリエーテル側鎖により改質されている全ての市販のシリコーンオリゴマーが使用されてよい。
乳化剤(D)が使用される場合には、そのつどこの発泡性調製物の全質量に対して、好ましくは6質量%まで、特に好ましくは0.3〜3質量%の量である。本発明の調製物は、好ましくは乳化剤(D)を含有しない。
本発明の調製物は、物理的発泡剤として利用できる化合物(E)も含有してよい。成分(E)として、好ましくは低分子量炭化水素、例えばn−プロパン、n−ブタン、n−ペンタン又はシクロペンタン、ジメチルエーテル、フッ化炭化水素、例えば1,1−ジフルオロエタン又は1,1,1,2−テトラフルオロエタン又はCO2が使用される。フォーム製造は、この場合に、場合によって、物理的発泡剤(E)のみによって行われてよい。しかし、大抵は、フォーム形成は、本発明の調製物中のイソシアナート官能性成分と、化学的発泡剤としての成分(H)との付加的な反応により行われる。これによって、より低密度を有するフォームを獲得すべく、必要な物理的発泡剤(E)の量は低下されてよい。
成分(E)は特に好ましくは、低分子量炭化水素、特にnーペンタンである。
本発明の調製物が成分(E)を含む場合、そのつどシロキサン(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、特に好ましくは0.1〜20質量部、とりわけ0.1〜15質量部の量である。本発明の調製物は、好ましくは物理的発泡剤(E)を含有する。
さらに、本発明の発泡性調製物は、化学的発泡剤(H)を用いたフォーム形成を促進する、更なる触媒(F)を含有してよい。触媒(F)として、中でも有機スズ化合物が適している。例えば、ジブチルスズジラウラート、ジオクチルスズジラウラート、ジブチルスズジアセタート、ジブチルスズジオクトアート又はジブチルスズビス(ドデシルメルカプチド)である。その上、スズ不含の触媒(F)、例えば重金属化合物又はアミンも考慮される。スズ不含の触媒の例として、鉄(III)−アセチルアセトナート、亜鉛(II)−オクトアート、ジルコニウム(IV)−アセチルアセトナート、ビスマス(III)−ネオデカノアートが挙げられる。アミンの例は、トリエチルアミン、トリブチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、N,N−ビス−(N,N−ジメチル−2−アミノエチル)−メチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルフェニルアミン、ビス−N,N−ジメチルアミノエチルエーテル、N,N−ジメチル−2−アミノエタノール、N,N−ジメチルアミノピリジン、N,N,N′,N″,N″−ペンタメチル−ジエチレントリアミン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、N−エチルモルフォリン又はN,N′−ジメチルアミノピリジンである。
好ましくは、触媒(F)はアミン、特に好ましくはN,N,N′,N″,N″−ペンタメチル−ジエチレントリアミンである。
触媒(F)は、個々に又は混合して使用してよい。場合によって、シロキサン(A)の製造の際に使用される触媒が、同時にまた触媒(F)としてフォーム形成に役立つこともある。
触媒(F)が使用される場合には、そのつど本発明のフォーム化可能な調製物の全質量に対して、好ましくは0.1〜6.0質量%、特に好ましくは0.3〜4.0質量%である。本発明の調製物は、化学的発泡剤(H)が使用される場合に、好ましくは触媒(F)を含有する。
本発明の発泡性調製物は、イソシアヌラート基へのイソシアナート基の三量体化を開始及び促進する、三量体化触媒(G)を含有する。
三量体化触媒(G)の例は、カルボン酸塩のアンモニウム、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩、例えば、ギ酸カリウム、酢酸カリウム、カリウム(2−エチルヘキサノアート)、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、アンモニウム(2−エチルヘキサノアート)、[1−(N,N,N−トリメチルアンモニウム)プロパン−2−オール]ホルミアート及び[1−(N,N,N−トリメチルアンモニウム)プロパン−2−オール](2−エチルヘキサノアート)である。
好ましくは、成分(G)として、カルボン酸の塩、特に好ましくは1〜20個の炭素原子を有するカルボン酸の塩が使用される。この場合に、このカルボン酸は、鎖状又は分枝状の、置換又は非置換の、飽和又は不飽和の、脂肪族又は芳香族のカルボン酸であってよい。
三量化触媒(G)がカルボン酸塩である場合、カルボン酸のカリウム塩が好ましく、特にカリウム(2−エチルヘキサノアート)である。
三量体化触媒(G)は、単独で又は混合して使用されてよい。場合によって、三量体化触媒(G)は、1又は複数の触媒(F)と混合して使用されてよい。
三量体化触媒(G)は、そのつど本発明のフォーム化可能な調製物の全質量に対して、好ましくは0.1〜10.0質量%、特に好ましくは0.3〜6.0質量%の量で使用される。
化学的発泡剤(H)として、原則的に、水も、イソシアネートに対して反応性の好ましくは少なくとも1つの官能基を有する、全ての化合物も、利用されてよい。
成分(H)の例は、アミノアルキル−又はヒドロキシ官能性シロキサンであり、これは、成分(A)とは異なって、モノマーアルコール、モノマージオール、例えばグリコール、プロパンジオール及びブタンジオール、モノマーオリゴオール、例えばペンタエリトリトール又はトリヒドロキシメチルエタン、オリゴマー又はポリマーアルコールであって1、2又はそれより多いヒドロキシル基を有するもの、例えばエチレン−又はプロピレングリコール、水、モノマーアミンであって1、2又はそれより多いアミン官能性を有するもの、例えばエチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン、並びに、オリゴマー又はポリマーアミンであって1、2又はそれより多いアミン官能性を有するものでもある。
成分(H)を使用する場合に、好ましいのはヒドロキシ化合物であり、その際に水が特に好ましい。
成分(H)が水の場合、これはあらゆる種類の水、例えば天然水及び化学用の水であってよく、その際、水(H)は液状であるか又は気体状であってよく、これには空気湿分も含まれる。
成分(H)を使用する場合、そのつどシロキサン(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜20質量部、特に好ましくは0.1〜15質量部、特に0.1〜10質量部の量である。好ましくは、本発明の調製物は成分(H)を含有する。
さらに、添加剤(I)として、フォーム化可能な調製物中で従来も使用されている全ての添加剤を使用してよい。添加剤(I)の例は、セル制御剤、チキソトロープ剤、可塑剤、着色剤である。難燃性を改善させるために、この発泡性調製物に、さらに防炎剤を添加してよく、その例は例えばリン含有化合物、特にホスファート及びホスホナート、並びにまたハロゲン化ポリエステル及びポリオール又はクロロパラフィンである。さらに、非揮発性防炎剤、例えばメラミン又は膨張可能なグラファイト(剥離グラファイト)が添加されてもよく、これは、火炎作用下で強力に膨らみ、この場合に、この表面は更なる熱作用から保護される。
添加剤(I)を使用する場合、そのつどシロキサン(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、特に好ましくは0.1〜20質量部、とりわけ0.1〜15質量部の量である。本発明による調製物は、好ましくは添加剤(I)を含む。
本発明により使用される成分はそれぞれ、係る成分の1種類の成分であってもよいし、それぞれの成分の少なくとも2種類の成分から成る混合物であってもよい。
好ましくは、本発明の調製物は、
(A)式(I)によるシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、
場合によって
(C)充填剤、
場合によって
(D)乳化剤、
場合によって
(E)物理的発泡剤、
場合によって
(F)フォーム形成を促進する触媒、
(G)三量体化触媒、
場合によって
(H)化学的発泡剤、及び
場合によって
(I)添加剤、
を含有し、その際、本発明の調製物は、少なくとも3個のイソシアナート基を有し、並びに、成分(E)及び(H)から選択されている少なくとも1の発泡剤、好ましくは少なくとも成分(E)、特に(H)と組み合わせた(E)を含む。
(A)式(I)によるシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、
場合によって
(C)充填剤、
場合によって
(D)乳化剤、
場合によって
(E)物理的発泡剤、
場合によって
(F)フォーム形成を促進する触媒、
(G)三量体化触媒、
場合によって
(H)化学的発泡剤、及び
場合によって
(I)添加剤、
を含有し、その際、本発明の調製物は、少なくとも3個のイソシアナート基を有し、並びに、成分(E)及び(H)から選択されている少なくとも1の発泡剤、好ましくは少なくとも成分(E)、特に(H)と組み合わせた(E)を含む。
本発明の調製物は、成分(A)〜(I)の他に、更なる成分を含まないのが好ましい。
本発明の調製物は、任意かつ自体既知の方法、例えば個々の成分の単純な混合によって製造することができ、その際、個々の構成成分の予備混合物も製造されてよい。この場合に、1成分系も2成分系も製造されてよい。
本発明の調製物が2成分系の形で提供される場合(この場合が好ましい)には、本発明のフォーム化可能な調製物の両成分は、全ての成分を任意の組み合わせ及び量比で含有してよく、但し、1の成分は、同時にイソシアナート官能性成分及び三量体化触媒(G)並びに化学的発泡剤(H)を含有しない。
そして、例えば本発明の調製物の製造のために、好ましくは、構成成分(A)、構成成分(B)、場合によって構成成分(C)、場合によって構成成分(D)、場合によって構成成分(E)及び場合によって構成成分(I)を含有する混合物が成分1として提供され、並びに、構成成分(G)、場合によって構成成分(F)及び場合によって構成成分(H)を含有する成分2が提供され、これらは次いで、本発明のフォームの製造のために相互に混合される。
しかし、本発明の調製物の製造のために、全ての構成成分を1工程において相互に混合してもよく、このことは、技術的に劣悪にしか実現可能でなく、したがって、好ましくはない。
本発明の調製物は、好ましくは液状〜粘稠であり、その粘度は、そのつど25℃でASTM D 4283に応じて測定して、好ましくは250〜10000mPas、特に好ましくは500〜5000mPasである。
本発明の調製物は、好ましくはフォーム、特に好ましくは硬質フォームの製造に利用される。
本発明の更なる一主題は、シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)及び三量体化触媒(G)並びに少なくとも1の発泡剤を混合し、その直後に反応させることを特徴とする、シリコーン含有ポリイソシアヌラートフォームの製造方法である。
本発明の方法の好ましい一実施態様において、シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)、物理的発泡剤(E)、触媒(F)、三量体化触媒(G)、並びに場合によって(C)、場合によって化学的発泡剤(H)及び場合によって(I)を混合し、その直後に反応させる。
本発明の方法の特に好ましい一実施態様において、まず、シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)、物理的発泡剤(E)、場合によって充填剤(C)及び場合によって添加剤(I)を予備混合し、引き続き、触媒(F)、三量体化触媒(G)、化学的発泡剤(H)並びに場合によって添加剤(I)からなる混合物と混ぜ合わせ、その直後に反応させる。
本発明の方法は、好ましくは0〜100℃、特に好ましい10〜80℃、特に15〜60℃の開始温度で実施される。この反応の際に反応する熱は、好ましくは系中に残存し、かつ、フォーム形成に寄与する。本発明の方法では、反応温度は好ましくは50〜150℃までに達する。
本発明の方法は、好ましくは周囲雰囲気の圧力で、つまり、約900〜1100hPaで実施される。
本発明の方法では、好ましくは、ガス状成分、例えばCO2及びガス状ペンタンが放出され、これは大部分が本発明のフォーム構造の構築に関与する。
本発明の方法の特別な一実施態様において、フォーム化可能な組成物は、フォーム形成の際に発生する過圧が漏出できるように、引き続き閉鎖される型中に添加されてよい。このことは例えば、この型が過圧弁を有するか、又は小さな開口部、つまり、例えば1又は複数の狭い間隙を介して不完全に閉鎖されていることによって、実現されてよい。
本発明の方法の特別な一実施態様において使用されてよい型とは、従来も成型フォームの製造に使用されている全ての種類の型であってよい。このような型の例は、閉鎖可能かつ加熱可能な金属型であり、これは発泡プロセスの間に排出される空気の漏出のために過圧弁を備えている。
好ましくは、本発明の方法のこの特別な一実施態様のために使用される型は、固形の原料、例えばガラス繊維強化ポリエステル樹脂又はエポキシド樹脂並びに金属、例えば鋼又はアルミニウムからの加熱可能な型であり、その際、鋼及びアルミニウムからの型は、好ましくは、プライマーペーストで、好ましくは使用前に1回疎水化される。
この特別な一実施態様において使用される型を疎水化してよいプライマーペーストの例は、高溶融性ワックスであって炭化水素を基礎とするものであり、これは例えば、Chem-Trend Deutschland GmbH社(D-Maisach)で、商品名Klueberpur 55-0005 で購入可能である。
所望される場合には、この型は、製造されたフォーム体のより良好な脱型性のために、離型剤で湿潤されてよい。
このような離型剤の例は、炭化水素中に溶解させた高溶融性ワックス、例えばChem-Trend Deutschland GmbH社(D-Maisach)で、商品名Klueberpur 41-0057で購入可能なものである。
本方法のこの特別な一実施態様では、使用される型は、好ましくは離型剤なしで使用される。
本方法のこの特別な一実施態様で使用される型は、好ましくは0〜150℃、特に好ましくは10〜100℃、特に40〜80℃の温度に調節される。
本方法のこの特別な一実施態様では、フォームの膨張が、その形成の際に使用される型により制限され、すなわち、この型は「過剰充填」される。この過剰充填は、典型的には好ましくは20Vol%〜100Vol%である。典型的な充填度は、目的フォーム密度50kg/m3の場合に、好ましくは5Vol%である。
本発明の更なる一主題は、シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)及び三量体化触媒(G)と、少なくとも1の発泡剤との反応により製造可能なフォームである。
本発明のフォームは、ウレタン構造の他に、イソシアヌラート構造も有する。
本発明のフォームは、微細な、セルが閉鎖されたフォーム構造により特徴付けられ、優れた機械的特性を有し、かつ形態安定性であり、かつ可撓性ではない。
本発明のフォームは、そのつど25℃及び1013hPaで測定して、好ましくは10〜500kg/m3、特に好ましくは15〜300kg/m3、特に20〜200kg/m3の密度を有する。
本発明のフォームは、従来もポリイソシアヌラートフォームが使用されていた至るところで使用できる。特に、本発明のフォームは、断熱及び防音のために適している。
本発明のフォーム化可能な調製物は、非常に簡単な方法で、かつPU技術からの従来既知の方法を用いて加工できるという利点を有する。
本発明の調製物は、ワンショット法に応じて低密度を有するシリコーンポリウレタンフォームが製造できるという利点を有する。
本発明のフォーム化可能な調製物は、セルが完全に閉鎖された硬質フォームを50kg・m3を下回るフォーム密度で製造できるという利点を有する。
さらに、本発明による調製物は、商業的に容易に入手可能な出発物質を用いて製造できるという利点を有する。
そのうえ、本発明による調製物は、容易に加工可能であり、かつ低粘度で製造できるという利点を有する。
本発明の調製物は、低密度を有するシリコーン−ポリイソシアヌラート硬質フォームを製造できるという利点を有する。
ポリイソシアヌラートフォームを製造するための本発明の方法は、実施が容易であるという利点を有する。
本発明によるフォームはさらに、剛性でありかつ極めて引火しづらいという利点を有する。
本発明によるフォームはさらに、特に低い発泡密度と組み合わされて、機械的な強度が高いという利点を有する。
以下に記載される実施例では、部及びパーセンテージで示される全ての記載は、別記しない限り、質量に対するものである。別記しない限り、以下の実施例は、周囲雰囲気の圧力、つまり、約1000hPaで、かつ、室温、つまり、約20℃又は反応物質を室温で付加的な加熱若しくは冷却なしに一緒にした際に調節される温度で実施する。実施例で挙げられる全ての粘度の記載は、25℃の温度を基準とするものである。
以下の実施例において次の使用物質を使用した:
MDI 2.9:官能度2.9を有するポリマーMDI(名称Suprasec(R) 2085で、Huntsman Polyurethanes , D-Deggendorfで購入可能);
MDI 2.2:官能度2.2を有するポリマーMDI(名称Suprasec(R) 2647で、Huntsman Polyurethanes , D-Deggendorfで購入可能);
アミン触媒:N,N,N′,N″,N″−ペンタメチルジエチレントリアミン;
三量体化触媒:カリウム(2−エチルヘキサノアート)、ジエチレングリコール中75質量%;
剥離グラファイト:膨張可能なグラファイト(名称「EX-EF-80 SC」で、NGS Naturgraphit GmbH社, D-Leinburgで購入可能)。
MDI 2.9:官能度2.9を有するポリマーMDI(名称Suprasec(R) 2085で、Huntsman Polyurethanes , D-Deggendorfで購入可能);
MDI 2.2:官能度2.2を有するポリマーMDI(名称Suprasec(R) 2647で、Huntsman Polyurethanes , D-Deggendorfで購入可能);
アミン触媒:N,N,N′,N″,N″−ペンタメチルジエチレントリアミン;
三量体化触媒:カリウム(2−エチルヘキサノアート)、ジエチレングリコール中75質量%;
剥離グラファイト:膨張可能なグラファイト(名称「EX-EF-80 SC」で、NGS Naturgraphit GmbH社, D-Leinburgで購入可能)。
比較例1
式
の鎖状オルガノポリシロキサン200.00g及びMDI2.9 20.8gを不活性ガス雰囲気下で400mlの無水アセトン中で反応させた。この反応をビスマス(III)−ネオデカノアート80mgで触媒作用させ、1時間50℃で撹拌させた。反応終了後に、この反応混合物から10hPaの圧力で溶媒を除去した。黄色がかった超分枝シロキサン221gが純粋な物質として得られた。
式
引き続き、この得られた超分枝シロキサン200gをまずMDI2.2 160g及びn−ペンタン 30.0gと一緒に、迅速KPG撹拌機を用いて均質なエマルションへと加工した。引き続き、水1.0g、アミン触媒0.50g及び三量体化触媒4.2gからなる混合物を迅速に添加し、再度、迅速KPG撹拌機を用いて均質な混合物へと乳化した。約20秒後、フォーム発生を伴って発熱反応が開始した。このフォーム形成は更なる約120秒後に終了した。黄色がかった、剛性の硬質フォームが密度50kg/m3で発生し、これは比較的粗くかつ開口孔の構造を有した。
実施例1
式
の鎖状オルガノポリシロキサン200.00g及びMDI2.9 23.6gをアルゴン雰囲気下で400mlの無水アセトン中で反応させた。この反応をビスマス(III)−ネオデカノアート60mgで触媒作用させ、50℃で撹拌させた。1時間の反応時間後に、まず、ゆっくりとジエタノールアミン3.0gを滴加し、引き続き、そのようにして得られた反応混合物から10hPaの圧力で溶媒を除去した。
式
引き続き、この得られた超分枝シロキサン200gをまずMDI2.2 185g及びn−ペンタン 13.0gと一緒に、迅速KPG撹拌機を用いて均質なエマルションへと加工した。引き続き、水1.0g、アミン触媒0.50g及び三量体化触媒4.20gからなる混合物を迅速に添加し、再度、迅速KPG撹拌機を用いて均質な混合物へと乳化した。約10秒後に、フォーム発生を伴って発熱反応が開始した。フォーム形成は、更なる約90秒後、終了した。黄色がかった、剛性の硬質フォームが密度50kg/m3で発生し、これは極めて微細かつ閉鎖したセル構造を有した。
実施例2
式
の鎖状オルガノポリシロキサン200.00g及びMDI2.9 23.6gをアルゴン雰囲気下で400mlの無水アセトン中で反応させた。この反応をビスマス(III)−ネオデカノアート60mgで触媒作用させ、50℃で撹拌させた。1時間の反応時間後に、まず、ゆっくりとジエタノールアミン3.0gを滴加し、引き続き、そのようにして得られた反応混合物から10hPaの圧力で溶媒を除去した。
式
引き続き、この得られた超分枝シロキサン200gをまずMDI2.2 185g及びn−ペンタン 18.0gと一緒に、迅速KPG撹拌機を用いて均質なエマルションへと加工した。引き続き、水1.0g、アミン触媒0.50g及び三量体化触媒4.20gからなる混合物を迅速に添加し、再度、迅速KPG撹拌機を用いて均質な混合物へと乳化した。約10秒後に、フォーム発生を伴って発熱反応が発生した。フォーム形成は、更なる約90秒後、終了した。黄色がかった、剛性の硬質フォームが密度40kg/m3で発生し、これは極めて微細かつ閉鎖したセル構造を有した。
実施例3
式
の鎖状オルガノポリシロキサン200.00g及びMDI2.9 23.6gをアルゴン雰囲気下で400mlの無水アセトン中で反応させた。この反応をビスマス(III)−ネオデカノアート60mgで触媒作用させ、50℃で撹拌させた。1時間の反応時間後に、まず、ゆっくりとジエタノールアミン3.0gを滴加し、引き続き、そのようにして得られた反応混合物から10hPaの圧力で溶媒を除去した。
式
引き続き、この得られた超分枝シロキサン200gをまずMDI2.2 185g、膨張グラファイト10g及びn−ペンタン 18.0gと一緒に、迅速KPG撹拌機を用いて均質なエマルションへと加工した。引き続き、水1.0g、アミン触媒0.50g及び三量体化触媒4.20gからなる混合物を迅速に添加し、再度、迅速KPG撹拌機を用いて均質な混合物へと乳化した。約10秒後に、フォーム発生を伴って発熱反応が発生した。フォーム形成は、更なる約90秒後、終了した。濃い灰色の、剛性の硬質フォームが密度40kg/m3で発生し、これは極めて微細かつ閉鎖したセル構造を有した。
Claims (8)
- (A)次式
Vは、ヘテロ原子を有してよい、p価の炭化水素基を意味する、
Rは、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている一価の炭化水素基を意味する、
R1は、同じか又は異なっていてよく、かつ、−O−、−S−又は−NR3−を意味する、
R2は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子及び場合によって置換されている一価の炭化水素基である、
R3は、水素原子又は場合によって置換されている一価の炭化水素基を意味する、
R4は、同じか又は異なっていてよく、かつ、場合によって置換されている、ヘテロ原子で中断されていてよい、二価の炭化水素基を意味する、
R5は、同じか又は異なっていてよく、かつ、水素原子又は場合によって置換されている炭化水素基を意味する、
aは、1以上の整数を意味する、
pは、2以上の整数を意味する、
mは、1以上の整数を意味する、
nは、1以上の整数を意味する、
但し、pはm+n以上である]のシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、及び
(G)三量体化触媒
を含有するフォーム化可能な組成物。 - pがm+nに等しいことを特徴とする、請求項1記載のフォーム化可能な組成物。
- 成分(G)としてカルボン酸の塩を使用することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のフォーム化可能な組成物。
- 三量体化触媒(G)を、本発明のフォーム化可能な調製物の全質量に対して、0.1〜10.0質量%の量で使用することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載のフォーム化可能な組成物。
- (A)式(I)によるシロキサン、
(B)ポリイソシアナート、
場合によって
(C)充填剤、
場合によって
(D)乳化剤、
場合によって
(E)物理的発泡剤、
場合によって
(F)フォーム形成を促進する触媒、
(G)三量体化触媒、
場合によって
(H)化学的発泡剤、及び
場合によって
(I)添加剤
を含有し、
その際、本発明の調製物は、少なくとも3個のイソシアナート基を有し、並びに、成分(E)及び(H)から選択されている少なくとも1の発泡剤を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項記載のフォーム化可能な組成物。 - シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)及び三量体化触媒(G)並びに少なくとも1の発泡剤を混合し、かつ反応させることを特徴とする、シリコーン含有ポリイソシアヌラートフォームの製造方法。
- シロキサン(A)、ポリイソシアナート(B)及び三量体化触媒(G)と少なくとも1の発泡剤との反応により製造可能なフォーム。
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