JP2015505336A - 硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法、硬質ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォーム及びその使用方法、ポリオール成分 - Google Patents

硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法、硬質ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォーム及びその使用方法、ポリオール成分 Download PDF

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Abstract

本発明は、硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法に関し、芳香族ジカルボン酸を基にするポリエーテルエステルポリオール(B)、任意に成分(B)とは異なる更なるポリエステルポリオール(C)、及びポリエーテルポリオール(D)を使用する方法に関する。ここでは、成分(B)及び任意に(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は、1.6未満である。本発明は、また、このようにして得られる硬質フォーム、及びそれを使用して硬質又は軟質外層を持つサンドイッチ要素を製造する方法に関する。本発明は更に、基となるポリオール成分にも関する。

Description

本発明は、芳香族ジカルボン酸を原料にした(based on)、ある種のポリエーテルエステルポリオール(B)、任意にそれら成分(B)とは異なる更なるポリエステルポリオール(C)、及びポリエーテルポリオール(D)を使用した硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームを製造する方法に関し、ここで、成分(B)及び任意の成分(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は、1.6未満である。本発明は、また、このようにして得られる硬質フォームと、硬質又は軟質外層を持つサンドイッチ要素(sandwich elements)を製造するための上記硬質フォームの使用に関する。本発明は、更に、その基礎となるポリオール成分に関する。
ポリウレタン触媒、延鎖剤、及び/又は架橋剤、発泡剤、並びに他の助剤及び添加剤の存在下での、ポリイソシアネートと、少なくとも2個の反応性水素原子を有する比較的高分子の化合物(特に、アルコールとジカルボン酸との重縮合からのポリエステルポリオール又はアルキレンオキシド重合からのポリエーテルポリオール)との反応による、硬質ポリウレタンフォームの製造は公知であり、非常に多くの特許及び文献刊行物に記載されている。
従来技術によれば、芳香族及び/又は脂肪族ジカルボン酸と、アルカンジオール及び/又は−トリオール若しくはエーテルジオールからの重縮合物として得られるポリエステルポリオールの使用が特に知られている。国際公開第2010/115532号パンフレットには、難燃性が改良された製品を製造するための、テレフタル酸とオリゴアルキレンオキシドからのポリエステルポリオールの製造が開示されている。脂肪酸又は脂肪酸誘導体は、この文献では使用されていない。低−官能価アルコールが出発剤として使用される。
芳香族カルボン酸又はその誘導体(例えばテレフタル酸又は無水フタル酸)を基にしたポリエステルポリオールを、硬質ポリウレタン(PU)フォームの製造に使用する場合、結果としてポリエステルとの混合物の粘性が上昇し、ポリオール成分とイソシアネートとの混合が非常に困難になるので、ポリエステルポリオールの高粘性がしばしば顕著な悪影響をもたらす。
加えて、例えば二重ベルト工程による処理の、型からの除去後又は圧力部後に発泡体が大きく歪むという、不十分な寸法安定性を伴う問題が、例えば、グリセロールを比較的高官能価のアルコール成分として使用する場合のような、硬質PUフォーム製造の特定の系で生じる。
火災時の硬質PUフォームの挙動に関する問題もまた、これまで、全ての方式で満足して解決されていない。例えば、比較的高官能価のポリエステル成分としてトリメチロールプロパン(TMP)を使用すると、火災時に有毒化合物が生成されてしまう。
硬質PUフォームの製造についての一般的な問題は、特に金属製外層との界面において、表面欠陥を形成することである。これらの発泡体の表面欠陥は、サンドイッチ要素に不均一な金属面を形成し、そして、製品が視覚的に受け入れ難くなる状態を煩雑に引き起こす。発泡体表面の改善は、そのような表面欠陥が生じる頻度を減少させ、サンドイッチ要素の表面に視覚的な向上をもたらす。
硬質PUフォームは、切断の際に多くの塵が生じる高い脆性を煩雑に示し、鋸で引くような場合も、特に、金属製外層と、ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォーム芯部の複合要素を鋸で引くような場合、フォーム中に亀裂が生じるような、発泡体の部分の高い感度をも示す。
さらには、触媒の使用が最小限となるように、非常に高い自己反応性を有するシステムを提供することが一般的に望ましい。
従来技術の硬質PUフォーム及び/又はそれらの(constructal;構成)成分は、上記特徴に関するいくつかの特性において不十分であった。本発明は、上記特徴に関する特性を改良することを、その目的とする。
国際公開第2010/115532号パンフレット
本発明は、特に、低脆性の硬質PUフォームを製造することを目的とする。本発明は、更に、高い自己反応性を備えたポリオール成分を提供することも目的とする。
加えて、使用する成分及びそれから製造される混合物の粘度を低くし、硬質PUフォームの製造において良好な計量性(meterability)と混合性を得ることを目的とする。更に、発泡剤の溶解性、例えばポリオール成分中でのペンタンの溶解性もまた非常に良好にする。
更なる目的は、硬質PUフォームの寸法安定性を改善することである。火災時の有毒化合物の精製も非常に低くなる。更に、表面欠陥の形成も減少する。
(構成)成分の選択に関する限りは、使用供給原料を、コスト及び不便性が非常に低くして得ることができる(例えば、特に最小の加工及び精製工程を伴う)。
この目的は、下記反応(A)〜(H)を反応させる工程を含む硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォーム製造方法により達成されることを発見した。
(A)少なくとも1種のポリイソシアネート、
(B)下記(b1)〜(b4)のエステル化により得られる、少なくとも1種のポリエーテルエステルポリオール、
(b1)下記(b11)、(b12)を含むジカルボン酸組成物10〜70mol%、
(b11)1種以上の芳香族ジカルボン酸又はその誘導体を、前記ジカルボン酸組成物に対し50〜100mol%、及び
(b12)1種以上の脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体を、前記ジカルボン酸組成物に対し0〜50mol%、
(b2)1種以上の脂肪酸又は脂肪酸誘導体2〜30mol%、
(b3)1種以上の、炭素原子2〜18を持つ脂肪族又は脂環式ジオール又はそのアルコキシレート10〜70mol%、及び
(b4)2を超える官能価(functionality)を持つポリオールのアルコキシ化により生成された2以上の官能価を持つポリエーテルポリオール2〜50mol%、
(それぞれ成分(b1)〜(b4)の合計に対するものであって、当該成分(b1)〜(b4)の合計を100%とする。)
(C)任意に、成分(B)以外の更なるポリエステルポリオール、
(D)ポリエーテルポリオール、
(E)任意に難燃剤、
(F)1種以上の発泡剤、
(G)触媒、及び
(H)任意に差なる助剤又は添加剤。
そして、上記成分(B)及び任意に(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は、1.6未満である。
本発明は、また、上記成分(B)〜(H)を含有するポリオール成分を提供し、成分(B)及び任意に成分(C)の、成分(C)に対する質量比は、1.6よりも低い。
本発明は、更に、本発明に係る方法により得られる硬質ポリウレタンフォーム及び硬質ポリイソシアヌレートフォームと、それらを用いた、硬質又は軟質外層を持つサンドイッチ要素の製造をも提供する。
本発明は、以下で特に解明されることとなる。好ましい実施形態を組み合わせたものは、本発明の範囲外ではない。これは、好ましいとされる本発明の個々の成分(A)〜(H)のそれら実施形態を特に保持する。成分(B)〜(H)の定義における以下の実施形態は、本発明の方法及びそれにより得られる硬質フォームだけではなく、本発明のポリオール成分にも適用される。
<成分B>
本願開示の範囲内では、用語「ポリエステルポリオール」及び「ポリエステロール」は、用語「ポリエーテルポリオール」及び「ポリエーテルオール」と同義語である。
好ましくは、成分(b11)は、テレフタル酸、ジメチルテレフタレート(DMT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、フタル酸、無水フタル酸(PA)及びイソフタル酸からなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含む。特に好ましいのは、成分(b11)が、テレフタル酸、ジメチルテレフタレート(DMT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)及び無水フタル酸(PA)からなる群からの少なくとも一種の化合物を含むことである。更により特に好ましいのは、成分(b11)が、無水フタル酸、ジメチルテレフタレート(DMT)、テレフタル酸又はそれらの混合物を含むことである。成分(b11)中の芳香族ジカルボン酸又はそれらの誘導体は、より好ましくは、それぞれ前記の芳香族ジカルボン酸及びジカルボン酸誘導体から、特に、テレフタル酸及び/又はジメチルテレフタレート(DMT)から選択される。成分(b11)中の、テレフタル酸及び/又はDMTは、特に良好な耐火特性を有するポリエーテルエステル(B)をもたらす。テレフタル酸は、DMTとは対照的に、破壊的な脱離生成物の形成を避けることができるので、とりわけ好ましい。
ジカルボン酸組成物(b1)中に脂肪族ジカルボン酸又は脂肪族ジカルボン酸誘導体(成分(b12))が含まれる割合は、通常、0mol%〜30mol%の範囲、好ましくは、0mol%〜10mol%の範囲である。特に好ましいのは、ジカルボン酸組成物(b1)が、脂肪族ジカルボン酸又はそれらの誘導体を含まず、1種以上の芳香族ジカルボン酸又はそれらの誘導体が100mol%迄で構成されることであり、この場合の物質は上述したものが好ましい。
成分(b2)が使用される量は、好ましくは、3mol%以上20mol%以下、より好ましくは5mol%以上18mol%以下の範囲である。
成分(b3)が使用される量は、好ましくは、20mol%以上60mol%以下、より好ましくは25mol%以上55mol%以下、更により好ましくは30mol%以上45mol%以下の範囲である。
成分(b4)が使用される量は、好ましくは2mol%以上40mol%以下の範囲、より好ましくは2mol%以上35mol%以下の範囲、更により好ましくは15mol%以上25mol%以下の範囲である。
本発明の一実施形態においては、脂肪酸又は脂肪酸誘導体(b2)は、脂肪酸又は脂肪酸混合物、一種以上の脂肪酸の又は脂肪酸混合物のグリセロールエステル、及び/又は一種以上の脂肪酸モノエステル(例えばバイオディーゼル又は脂肪酸のメチルエステル)からなり、特に好ましくは、成分(b2)が、脂肪酸又は脂肪酸混合物及び/又は、一種以上の脂肪酸モノエステルからなり、成分(b2)は、より好ましくは、脂肪酸又は脂肪酸混合物及び/又はバイオディーゼルからなり、そして更により好ましくは、成分(b2)は、脂肪酸又は脂肪酸混合物からなる。
本発明の好ましい一実施形態においては、脂肪酸又は脂肪酸誘導体(b2)は、ヒマシ油、ポリヒドロキシ脂肪酸、リシノール酸、ステアリン酸、ヒドロキシ変性油、ブドウ種子油、黒クミン油、カボチャ核油、ボラージ種子油、大豆油、小麦胚種油、菜種油、ヒマワリ油、ピーナッツ油、杏仁油、ピスタチオ油、アーモンド油、オリーブ油、マカデミアナッツ油、アボカド油、シーバックソーン油、ごま油、大麻油、ヘーゼルナッツ油、サクラソウ油、野ばら油、ベニバナ油、くるみ油、例えば牛脂などの獣脂、脂肪酸、ヒドロキシ変性脂肪酸、バイオディーゼル、ミリストレイン酸に基づく脂肪酸エステル及び脂肪酸のメチルエステル、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、ペトロセリン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、α−及びγ−リノール酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、ティムノドン酸、クルパノドン酸及びセルボン酸、並びに、混合脂肪酸からなる群から選択される。
本発明の特に好ましい実施形態においては、脂肪酸又は脂肪酸誘導体(b2)は、オレイン酸、バイオディーゼル、大豆油、菜種油又は獣脂であり、より好ましくは、オレイン酸、バイオディーゼル、大豆油、菜種油又は牛脂であり、更に好ましくは、オレイン酸又はバイオディーゼルであり、更により好ましくは、オレイン酸である。脂肪酸又は脂肪酸誘導体は、通常、硬質ポリウレタンフォームの製造における、発泡剤の溶解度を向上させている。
非常に特に好ましくは、成分(b2)は、いかなるトリグリセリドを含まず、特に、油又は脂肪を含まないことである。エステル化/エステル交換によってトリグリセリドから放出されたグリセロールは、上記のように、硬質フォームの寸法安定性に逆効果を及ぼす。成分(b2)における、好ましい脂肪酸及び脂肪酸誘導体は、それゆえに、脂肪酸それ自身、また、脂肪酸のアルキルモノエステル及び脂肪酸混合物のアルキルモノエステル、特に脂肪酸それ自身、及び/又はバイオディーゼルである。
好ましくは、脂肪族の又は脂環式のジオール(b3)は、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−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオール並びにそれらのアルコキシレートからなる群から選択される。特に好ましくは、脂肪族ジオール(b3)が、モノエチレングリコール又はジエチレングリコール、特にジエチレングリコールであることである。
好ましくは、2より多い官能価を有するそのようなポリエーテルポリオール(b4)が使用され、そのポリエーテルポリオール(b4)は、3以上の官能価を有するポリオールをアルコキシ化することによって製造される。
本発明によれば、ポリエーテルポリオール(b4)は、2より多い官能価を有する。好ましくは、ポリエーテルポリオール(b4)は、2.7以上、特に2.9以上の官能価を有する。一般的に、ポリエーテルポリオール(b4)は、6以下、好ましくは5以下、より好ましくは4以下の官能価を有する。
本発明の一実施形態においては、ポリエーテルポリオール(b4)は、2より大きい官能価を有するポリオールと、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド、好ましくは、エチレンオキシドとの反応によって生成される。
更なる好ましい実施形態では、ポリエーテルポリオール(b4)は、ポリオールのアルコキシ化によって得られ、当該ポリオールは、ソルビトール、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、グリセロール、ポリグリセロール及びそれらの混合物からなる群より選択される。
ある好ましい実施形態では、ポリエーテルポリオール(b4)は、エチレンオキシドとのアルコキシ化によって得られ、向上した耐火特性を有する硬質ポリウレタンフォームをもたらす。
本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも1種の出発分子を用い、アルコキシ化触媒(例えば、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物、若しくは、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド又はカリウムイソプロポキシドのようなアルカリ金属アルコキシド、若しくは、ジメチルエタノールアミン(DMEOA)、イミダゾール及びイミダゾール誘導体のようなアミンアルコキシ化触媒、並びにそれらの混合物)の存在下で、プロピレンオキシド又はエチレンオキシド、好ましくはエチレンオキシドをアニオン性重合し、成分(b4)を生成する。KOH及びアミンアルコキシ化触媒が、好ましいアルコキシ化触媒である。KOHをアルコキシ化触媒とし、ポリエーテルが成分(b4)としてエステル化に使用可能となる前に、生成カリウム塩の除去が要な場合、ポリエーテルを先ず中和する必要があるので、アミンアルコキシ化触媒の使用が好ましい。好ましいアミンアルコキシ化触媒は、ジメチルエタノールアミン(DMEOA)、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、並びにそれらの混合物からなる群より選択され、より好ましくはイミダゾールである。
本発明の有利な一実施形態では、ポリエーテルポリオール(b4)は、グリセロールと、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドとの反応生成物、好ましくはエチレンオキシドとの反応生成物からなる。その結果、成分(B)の貯蔵安定性が特に高くなる。
本発明の更なる有利な実施形態では、ポリエーテルポリオール(b4)が、トリメチロールプロパンと、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドとの反応生成物、好ましくはエチレンオキシドとの反応生成物からなる。これもまた、結果として、成分(B)に特に改善された貯蔵安定性をもたらす。
好ましくは、ポリエーテルポリオール(b4)は、150mgKOH/g以上1250mgKOH/g以下、好ましくは300mgKOH/g以上950mgKOH/g以下、より好ましくは、500mgKOH/g以上800mgKOH/g以下の範囲のOH価(OH数、ヒドロキシル価)を有する。
本発明の特に好ましい実施形態においては、ポリエーテルポリオール(b4)は、トリメチロールプロパン又はグリセロール、好ましくは、グリセロールと、エチレンオキシドとの反応生成物からなり、ポリエーテルポリオール(b4)のOH価は、500mgKOH/g以上650mgKOH/g以下の範囲であり、KOH又はイミダゾール、好ましくはイミダゾールをアルコキシ化触媒として使用する。
本発明の特に好ましい実施形態では、ポリエーテルポリオール(b4)が、トリメチロールプロパン又はグリセロール、好ましくはグリセロールと、エチレンオキシドとの反応生成物からなり、ポリエーテルポリオール(b4)のOH価は500mgKOH/g以上650mgKOH/g以下の範囲であり、イミダゾールがアルコキシ化触媒として使用され、脂肪族又は脂環式ジオール(b3)がジエチレングリコールであり、脂肪酸及び脂肪酸誘導体がオレイン酸である。
ポリエーテルエステルポリオール(B)1kg当たりに使用される成分(b4)の量は、好ましくは200mmol以上、より好ましくは400mmol以上、更により好ましくは600mmol以上 、また更により好ましくは800mmol以上、最も好ましくは1000mmol以上である。
好ましくは、ポリエーテルエステルポリオール(B)の数−重みつき平均官能価(The number−weighted average functionality)は、2以上、より好ましくは2を超え、更により好ましくは2.2よりも大きく、特に2.3よりも大きく、その結果、それを用いて製造したポリウレタン製品の部分でのより高い架橋密度と、そしてポリウレタンフォームの部分でのより良い機械的特徴がもたらされる。
ポリエーテルエステルポリオールを製造するため、脂肪族並びに芳香族ポリカルボン酸及び/又は誘導体と、多価アルコールは、触媒不存在下で、又は好ましくはエステル化触媒の存在下で、有利には、窒素等の不活性ガスの雰囲気で、150℃以上280℃以下、好ましくは180℃以上260℃以下の温度での溶融で、任意に減圧下で、所望の酸価(有利には10未満、好ましくは2未満)に重縮合可能である。好ましい実施形態では、大気圧、その後500mbar未満、好ましくは40mbar以上400mbar以下の圧力下で、エステル化混合物を、上記温度で、酸価80から20まで、好ましくは40から20迄重縮合させる。可能なエステル化触媒は、例えば、金属、金属酸化物、若しくは金属塩の形態の、鉄、カドミウム、コバルト、鉛、亜鉛、アンチモン、マグネシウム、チタン及び錫触媒である。しかし、共沸混合物としての凝縮物の水を蒸留除去するため、希釈剤及び/又は添加溶剤(ベンゼン、トルエン、キシレン又はクロロベンゼン等)存在下の液相で、重縮合を行うことも可能である。
ポリエーテルエステルポリオール生成のためには、有機ポリカルボン酸及び/又は誘導体と、多価アルコールとを、有利には1:1〜2.2のモル比で、好ましくは1:1.05〜2.1、特に好ましくは1:1.1〜2.0のモル比で重縮合する。
通常得られるポリエーテルエステルポリオールは、300以上3000以下の範囲、好ましくは400以上1000以下の範囲、特に450以上800以下の範囲の数−平均分子量を持つ。
本発明の係るポリエーテルエステルポリオール(B)の割合は、成分(B)〜(H)の合計に対し、通常、少なくとも10質量%、好ましくは少なくとも20質量%、より好ましくは少なくとも25質量%である。
本発明に係る方法により硬質ポリウレタンフォームを製造するため、上記記載の特定のポリエステルポリオールに加え、それ自体公知であって、下記に詳述する構成成分が使用される。
<成分A>
本発明の目的のためのポリイソシアネートは、1分子中に2以上の反応性イソシアネート基を含み、例えばその感応性が2以上である有機化合物を示すと考えられる。使用するポリイソシアネート又は2種以上のポリイソシアネートの混合物が単一の官能価を持たない場合、化合物(A)の数−重みつき平均官能価は少なくとも2になる。
それら自体公知の、脂肪族、脂環式、芳香族脂肪族、多官能イソシアネート、そして好ましくは芳香族多官能イソシアネートが、ポリイソシアネート(A)として使用されると考えられる。この種の多官能イソシアネートは、それ自体公知であって、公知の方法で生成可能である。多官能イソシアネートは特に混合物としても使用され、この場合は、成分(A)が多様な多官能イソシアネートを含むようになる。ポリイソシアネートとしての使用が想定される多官能イソシアネートは、1分当たり、2(以下、ジイソシアネートと称する)又は2よりも多いイソシアネート基を有する。
具体例は;アルキレンラジカル中に炭素原子4〜12を持つアルキレンジイソシアネート、例えば、ドデカン1,12−ジイソシアネート、2−エチルテトラメチレン1,4−ジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、テトラメチレン1,4−ジイソシアネート、及び好ましくはヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート;脂環式ジイソシアネート、例えば、シクロヘキサン1,3及び1,4−ジイソシアネートそしてまたこれらの異性体の混合物、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)、ヘキサヒドロトリレン2,4−及び2,6−ジイソシアネート並びに該当する異性体の混合物、ジシクロヘキシルメタン4,4′−、2,2′−及び2,4′−ジイソシアネート、並びに該当する異性体の混合物;そして好ましくは芳香族のポリイソシアネート、例えば、トリレン2,4−及び2,6−ジイソシアネート及び該当する異性体の混合物、ジフェニルメタン4,4′−、2,4′−及び2,2′−ジイソシアネート及び該当する異性体の混合物、ジフェニルメタン4,4′−及び2,2′−ジイソシアネートの混合物、ポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート、ジフェニルメタン4,4′−、2、4′及び−2,2′−ジイソシアネートとポリフェニルポリメチレンポリイソシアネートとの混合物(粗MDI)、並びに、粗MDIとトリレンジイソシアネートの混合物である。
特に好ましいのは、2,2′−、2,4′−及び/又は4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、3,3′−ジメチルビフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネート及び/又はp−フェニレンジイソシアネート(PPDI)、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−及び/又はオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、2−エチルブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、ブチレン1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−及び/又は1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(HXDI)、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル-2,4−及び/又は2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、並びに、4,4′−、2,4′−及び/又は2,2′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートである。
変性ポリイソシアネート(例えば、有機ポリイソシアネートの化学反応により生成され、そして1分子当たり2以上の反応性イソシアネート基を持つ生成物)もまた多用される。エステル、尿素、ビウレット、アロファネート、カルボジイミド、イソシアヌレート、ウレトジオン、カルバマート及び/又はウレタン基を含むポリイソシアネートが特に言及される。
下記実施形態は、成分(A)のポリイソシアネートとしての使用に特に好ましい。
i)トリレンジイソシアネート(TDI)、特に2,4−TDI又は2,6−TDI、若しくは2,4−TDI及び2,6−TDIの混合物を基にした多官能性イソシアネート;
ii)ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、特に2,2′−MDI又は2,4′−MDI又は4,4′−MDI若しくはオリゴマーのMDI(ポリフェニル−ポリメチレンイソシアネートとしても公知)、又は上記ジフェニルメタンジイソシアネートの2又は3種の混合物、又は粗MDI(MDIの生成で得られる)、又は少なくとも1種のMDIのオリゴマーと少なくとも1種の上記低分子量MDI誘導体の混合物を基にした多官能性イソシアネート;
iii)具体例i)による少なくとも1種の芳香族イソシアネートと、具体例ii)による少なくとも1種の芳香族イソシアネートとの混合物。
高分子ジフェニルメタンジイソシアネートが、ポリイソシアネートとしての使用に非常に好ましい。高分子ジフェニルメタンジイソシアネート(以下高分子MDIと称する)は、二核性(two−nuclear)MDIとオリゴマー縮合物との混合物であり、したがって、ジフェニルメタンジイソシアネートの誘導体(MDI)である。ポリイソシアネートは、好ましくは、モノマー性芳香族ジイソシアネートと高分子MDIの混合物からも構成される。
高分子MDIは、二核性MDIに加え、2よりも多い、特に3又は4若しくは5の官能価を持つ、1種以上のMDI多核性(polynuclear)縮合物を含む。高分子MDIは公知であって、しばしばポリフェニルポリメチレンイソシアネートとして、又はオリゴマーMDIとして参照される。高分子MDIは、典型的には、異なる官能価のMDI−ベースのイソシアネートの混合物から構築される。高分子MDIは、典型的には、モノマーMDIとの混和材料(admixture)で使用される。
高分子MDIを含むポリイソシアネートの(平均)官能価は、約2.2〜約5の範囲、特に2.3以上4以下、より特には2.4以上3.5以下の範囲で変化可能である。このような、異なる官能価を持つMDI−ベース多官能イソシアネートの混合物は、特に、MDIの生成における中間生成物として得られる粗MDIである。
MDIをベースにする、多官能性イソシアネート又は2種以上の多官能性イソシアネートの混合物は公知であって、例えば、BASFポリウレタン社からLupranat(登録商標)の名前で販売されている。
成分(A)の官能価は、好ましくは少なくとも2、特に少なくとも2.2、より好ましくは少なくとも2.4である。成分(A)の官能価は、好ましくは2.2以上4以下の範囲、より好ましくは2.4以上3以下の範囲である。
成分(A)中のイソシアネート基含有量は、好ましくは5mmol/g以上10mmol/g以下、特に6mmol/g以上9mmol/g以下、より好ましくは7mmol/g以上8.5mmol/g以下である。イソシアネート基含有量mmol/gと、当量重量(equivalence weight)g/当量と呼ばれるものとが、相互に関係することは、当業者に知られている。イソシアネート基含有量mmol/gは、含有量(質量%)から、ASTM D−5155−96Aに従う。
特に好ましい実施形態では、成分(A)は、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4′−ジフェニルメタンジイソ−シアネート、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、及びオリゴマージフェニルメタンジイソシアネートからなる群より選択される、少なくとも1種の多官能性イソシアネートからなる。この好ましい実施形態では、成分(a1)は、より好ましくは、オリゴマージフェニルメタンジイソシアネートを含み、少なくとも2.4の官能価を持つ。
使用する成分(A)の粘度は、多様な範囲で変更可能である。成分(A)の粘度は、好ましくは、100mPa・s以上3000mPa・s以下の範囲、より好ましくは200mPa・s以上2500mPa・s以下の範囲である。
<成分C>
好適なポリエステルポリオール(C)は、ポリエーテルエステルポリオール(B)とは異なり、例えば、2〜12の炭素原子を持つ有機ジカルボン酸(好ましくは、芳香族であるもの、又は芳香族及び脂肪族ジカルボン酸の混合物)と、多価アルコール(好ましくは炭素原子2〜12、より好ましくは炭素原子2〜6を含むジオール)とから生成される。
可能なジカルボン酸は、特に:コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸である。ジカルボン酸は、個別に使用可能でもあるし、互いに混合した状態で使用可能でもある。遊離ジカルボン酸に代えて、ジカルボン酸無水物又は炭素原子1〜4を持つアルコールのジカルボン酸エステル等の、該当するジカルボン酸誘導体を使用することも可能である。芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸及び/又はイソフタル酸を、混合物として又は単独で使用することが好ましい。脂肪族ジカルボン酸としては、コハク、グルタル及びアジピン酸のジカルボン酸混合物を、質量比が、例えば、20〜35:35〜50:20〜32質量部として使用すること、そして特にアジピン酸が好ましい。二価及び多価アルコール、特にジオールの例は、エタンジオール、ジエチレングリコール、1,2−又は1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン及びペンタエリトリトールである。好ましくは、エタンジオール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール又は上記ジオールの少なくとも2種の混合物を使用することであり、特に、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタン−ジオール、1,6−ヘキサンジオールの混合物を使用することである。ε−カプロラクトンのようなラクトン、又は、ω−ヒドロキシカプロン酸のようなヒドロキシカルボン酸から誘導されるポリエステルポリオールを使用することも可能である。
更なるポリエステルポリオール(C)を生成するためには、生物由来の出発材料及び/又はその誘導体もまた好適であり、例えば、ひまし油、ポリヒドロキシ脂肪酸、リシノール酸、ヒドロキシ−変性油、ブドウ種子油、黒クミン油、カボチャ核油、ボラージ種子油、大豆油、小麦胚種油、菜種油、ヒマワリ油、ピーナッツ油、杏仁油、ピスタチオ油、アーモンド油、オリーブ油、マカデミアナッツ油、アボカド油、シーバックソーン油、ごま油、大麻油、ヘーゼルナッツ油、サクラソウ油、野ばら油、ベニバナ油、くるみ油、ミリストレイン酸に基づく脂肪酸エステル、脂肪酸及びヒドロキシ変性脂肪酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、ペトロセリン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、α−及びγ−リノール酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、ティムノドン酸、クルパノドン酸及びセルボン酸である。
通常、ポリエーテルエステルポリオール(B)のポリエステルポリオール(C)に対する質量比は、少なくとも0.1、好ましくは少なくとも0.25、より好ましくは少なくとも0.5、特に少なくとも0.8である。好ましくは、ポリエステルポリオール(B)についての、ポリエステルポリオール(B)及び(C)での割合は、通常少なくとも25質量%であり、好ましくは少なくとも50質量%であり、より好ましくは少なくとも75質量%であり、特に100質量%である。特に好ましくは、反応する更なるポリエステルポリオール(C)が無いことである。
<成分D>
本発明によれば、硬質PUフォームの生成に、ポリエーテルポリオール(D)が使用される。ポリエーテルオール(D)は、公知の方法で生成可能であり、例えば、結合された態様中に2〜8、好ましくは2〜6の反応性水素原子を平均で含む少なくとも1種の出発分子又は出発分子混合物の使用により、アルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等)又はアルカリ金属アルコキシド(ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド又はカリウムイソプロポキシド)、若しくはアミンアルコキシ化触媒(ジメチルエタノールアミン(DMEOA)、イミダゾール又はイミダゾール誘導体)を用いて、炭素原子2〜4を含む1種以上のアルキレンオキシドのアニオン重合により得られ、若しくは、ルイス酸(五塩化アンチモン、弗化ホウ素エーテラート又は漂白土等)を用いたカチオン重合により得られる。
好ましいアルキレンオキシドは、例えば、テトラヒドロフラン、1,3−プロピレンオキシド、1,2−又は2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、そして好ましくはエチレンオキシドと1,2−プロピレンオキシドである。アルキレンオキシドは、個別に使用可能であり、又は連続して若しくは混合物として使用することもできる。好ましいアルキレンオキシドは、プロピレンオキシドとエチレンオキシドである。
可能性のある出発分子は、例えば、水、有機ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、フタル酸及びテレフタル酸など)、そして、アルキルラジカル中に炭素原子1〜4を持つ、脂肪族及び芳香族、任意に、N−モノアルキル−、N,N−ジアルキル−及びN,N−ジアルキル−置換のジアミンであって、例えば、任意にモノアルキル−及びジアルキル置換エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、1,3−プロピレンジアミン、1,3−又は1,4−ブチレンジアミン、1,2−、1,3−、1,4−、1,5−及び1,6−ヘキサ−メチレンジアミン、フェニレンジアミン、2,3−、2,4−及び2,6−トリレンジアミン、及び、4,4’−、2,4’−及び2,2’−ジアミノジフェニルメタンである。特に好ましくは、エチレンジアミンのような、ジ第1級(diprimary)アミンと称するものである。
更に可能性のある出発分子は、アルカノールアミン(エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン及びN−エチルエタノールアミンなど)、ジアルカノールアミン(ジエタノールアミン、N−メチル−ジエタノールアミン及びN−エチルジエタノールアミンなど)、並びにトリアルカノールアミン(トリエタノールアミン及びアンモニアなど)である。
エタンジオール、1,2−及び1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール(DEG)、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビトール及びショ糖等の二価又は多価アルコール(出発剤;starterとも称する)の使用が好ましい。特に好ましいのは、ショ糖とDEG、又は、ショ糖とグリセロールの出発剤混合物であり、特に、ショ糖とグリセロールの混合物である。
ポリエーテルポリオール(D)、好ましくは、ポリオキシプロピレンポリオール及びポリオキシエチレンポリオールは、官能価が、好ましくは2〜6、特に好ましくは2〜5であり、その数−平均分子量は150〜3000、好ましくは200〜2000、特に250〜1000である。
本発明の好ましい一実施形態は、ポリエーテルポリオール(D)の一部として、アルコキシ化ジオール、好ましくは、エトキシレート化ジオール(例えばエトキシレート化エチレングリコール)を使用する。
本発明の好ましい一実施形態では、前記ポリエーテルオール(D)は、いくつかのポリエーテルオール成分(D)がプロピレンオキシドを基に生成され(ポリエーテルオール成分(D1))、その余のポリエーテルオール成分(D)がエチレンオキシドを基に生成される(ポリエーテルオール成分(D2))、ポリエーテルオール混合物からなる。.
本発明の好ましい一実施形態では、前記ポリエーテルオール成分(D1)は、平均OH官能価が3を超え、好ましくは3.5を超え、より好ましくは4を超え、そしてOH価が300mgKOH/gを超え、好ましくは350mgKOH/gを超え、より好ましくは400mgKOH/gを超え、特に450mgKOH/gを超える。
本発明の好ましい一実施形態では、前記ポリエーテルオール成分(D1)は、平均OH官能価が6未満であり、好ましくは5.5未満、より好ましくは5未満であり、OH価が600mgKOH/g未満、好ましくは550mgKOH/g未満、より好ましくは500mgKOH/g未満である。
本発明の好ましい一実施形態では、ポリエーテルオール成分(D1)についての、ポリエーテルオール(D)の全量での割合は、65質量%を超え、好ましくは70質量%を超え、より好ましくは75質量%を超え、特に80質量%を超え、とりわけ85質量%を超える。
本発明の好ましい一実施形態では、ポリエーテルオール成分(D1)は、ソルビトールに基づくものではない。
本発明の好ましい一実施形態では、ポリエーテルオール成分(D1)は、ショ糖及びグリセロール又はショ糖及びDEG、好ましくはショ糖及びグリセロールの出発混合物とプロピレンオキシドから生成されるポリエーテルを基にする。
本発明の好ましい一実施形態では、ポリエーテルオール成分(D2)は、平均OH官能価が3以下のエチレンオキシドをベースとするポリエーテルオールに基づいたものであり、好ましくはポリエーテルオール成分(D2)の官能価が2、ポリエーテルオール成分(D2)のOH価が400mgKOH/g未満、好ましくは300mgKOH/g未満、より好ましくは200mgKOH/g未満である。
本発明の特に好ましい一実施形態では、ポリエーテルオール成分(D)は2種類のポリエーテル、例えば、ショ糖及びグリセロール(平均OH官能価が4を超え5未満、OH価が450mgKOH/gを超え500mgKOH/g未満)の出発混合物とプロピレンオキシドとを基にするポリーテル(ポリエーテルオール成分(D1))と、そしてまたOH価が200mgKOH/g未満のポリエチレングルコール(ポリエーテルオール成分(D2))である。
ポリエーテルポリオール(D)の割合は、成分(B)〜(H)の合計に対し、通常、25質量%以上55質量%以下の範囲であり、好ましくは、29質量%以上45質量%以下、より好ましくは31質量%以上43質量%以下、より特には33質量%以上42質量%以下、特には35質量%以上40質量%以下の範囲にある。
本発明によれば、成分(B)及び(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は、1.6未満、特に1.5又は1.4未満、好ましくは1.3未満、より好ましくは1.2未満、特に好ましくは1.1未満、とりわけ好ましくは1未満であり、最も好ましくは0.8未満である。
更に、本発明によれば、成分(B)及び(C)の合計に関し、成分(D)に対する質量比は、0.1より大きく、特に0.2より大きく、好ましくは0.4より大きく、より好ましくは0.5より大きく、最も好ましくは0.6よりも大きい。
<成分E>
難燃剤(E)としては、通常、従来技術により公知の難燃剤を使用することが可能である。好ましい難燃剤は、例えば、臭素化エステル、臭素化エーテル(Ixol)又は臭素化アルコール(ジブロモネオペンチルアルコール、トリブロモネオペンチルアルコール及びPHT−4−ジオールなど)、そしてまた塩素化ホスフェート(トリス(2−クロロエチル)ホスフェート、トリス(2−クロロプロピル)ホスフェート(TCPP)、トリス(1,3−ジクロロプロピル)ホスフェート、トリクレシルホスフェート、トリス(2,3−ジブロモ−プロピル)ホスフェート、テトラキス(2−クロロエチル)エチレンジホスフェート、ジメチルメタンホスフェート、ジエチルジエタノールアミノメチルホスフェート、及び商業的なハロゲン含有難燃ポリオールである。更なるホスフェート(リン酸塩)又はホスホネート(ホスホン酸塩)としては、液状難燃剤として、ジエチルエタンホスホネート(DEEP)、トリエチルホスフェート(TEP)、ジメチルプロピルホスホネート(DMPP)又はジフェニルクレシルホスフェート(DPK)を使用可能である。
上記難燃剤の他は、赤リン、赤リンを含む組成物、酸化アルミニウム水和物、三酸化アンチモン、酸化ヒ素、ポリリン酸アンモニウム及び硫酸カルシウム、膨張黒鉛又はシアヌル酸誘導体(メラミン等)、若しくは少なくとも2種類の難燃剤混合物(例えばポリリン酸アンモニウム、メラミン及び任意にトウモロコシデンプン、又は、ポリリン酸アンモニウム、メラミン、膨張黒鉛及び任意に芳香族ポリエステルなど)を、無機又は有機難燃剤として、硬質ポリウレタンフォーム難燃剤を形成するために使用することも可能である。
好ましい難燃剤は、イソシアネート−反応性基を含まない。難燃剤は、好ましくは、室温で液状である。特に好ましいのは、TCPP、DEEP、TEP、DMPP及びDPKであり、特にTCPPである。
難燃剤(E)の割合は、通常、成分(B)〜(H)に対し、10質量%以上40質量%以下の範囲、好ましくは15質量%以上30質量%以下の範囲、より好ましくは20質量%以上25質量%以下の範囲である。
<成分F>
硬質ポリウレタンフォームを製造するための発泡剤(F)は、好ましくは水、ギ酸及びそれらの混合物を含む。これらは、イソシアネート基と反応して二酸化炭素を生成する(ギ酸の場合は二酸化炭素及び一酸化炭素)。加えて、低沸点炭化水素のような物理発泡剤も使用可能である。好適な発泡剤は、ポリイソシアネート(A)に対し注入される液体であって、大気圧で100℃未満、好ましくは50℃未満の沸点を具備するものであり、そのため、それらは発熱重付加反応条件で蒸発される。好ましく使用可能な、そのような液体の例は、ヘプタン、ヘキサン、n−ペンタン及びイソペンタンのようなアルカンであり、好ましくは、nーペンタンとイソペンタン、n−ブタンとイソブテンとプロパンの産業的な混合物と、シクロペンタン及び/又はシクロヘキサンのようなシクロアルカンと、フラン、ジメチルエーテル及びジエチルエーテルのようなエーテルと、アセトン及びメチルエチルケトンのようなケトンと、ギ酸エチル、ジメチルオキシレート及び酢酸エチルジメチルのようなアルキルカルボキシレートと、メチレンクロライド、ジクロロモノ−フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、ジフルオロエタン、テトラフルオロエタン、クロロジフルオロエタン、1,1−ジクロロ−2,2,2−トリフルオロエタン、2,2−ジクロロ−2−フルオロエタン及びヘプタフルオロプロパンのようなハロゲン化炭化水素である。これら低沸点液体同士の混合物、及び/又は、これら低沸点化合物と他の置換又は非置換炭化水素の混合物も使用可能である。ギ酸、酢酸、シュウ酸、リシノール酸及びカルボキシル−含有化合物のような有機カルボン酸もまた好ましい。
発泡剤として、ギ酸又はいかなるハロゲン化炭化水素も使用しないことが好ましい。水、ペンタン異性体、並びに水とペンタン異性体の混合物を使用することが好ましい。
発泡剤は、全部又は一部がポリオール成分(例えばB+C+D+E+F+G+H)中に溶解させてもよく、又は、ポリオール成分の発泡直前にスタティックミキサーを介して導入してもよい。通常、水又はギ酸が、完全に又は部分的にポリオール成分に溶解され、物理発泡剤(例えばペンタン)及び化学発泡剤の残余が「オンライン」で導入される。
ポリオール成分は、ペンタン、おそらく化学発泡剤の数種と共に、そして又は触媒の数種又は全部と共に混和される(in situ)。助剤及び添加剤は、難燃剤と同様、ポリオール混合物中に既に含まれている。
使用する発泡剤又は発泡剤混合物の量は、1質量%以上30質量%以下の範囲、好ましくは3質量%以上15質量%以下の範囲、より好ましくは5質量%以上10質量%以下の範囲である(全て成分(B)〜(H)の合計に対する)。
発泡剤として水を使用する場合、成分(B)に対し0.2質量%以上10質量%以下の量で、ポリオール成分(B+C+D+E+F+G+H)に添加することが好ましい。水の添加は、上記他の発泡剤の使用と組み合わせて行うこともできる。好ましくは、水をペンタンと組み合わせて使用することである。
<成分G>
硬質ウレタンフォームの製造に使用する触媒(G)は、反応性水素原子、特にヒドロキシル基を含む成分(B)〜(H)化合物と、ポリイソシアネート(A)との反応を実質的に加速する化合物である。
基本的なポリウレタン触媒を使用することが有利であり、例えば、下記のような三級アミン;トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルジアミノジエチルエーテル、ビス(ジメチルアミノプロピル)尿素、N−メチルモルホリン又はN−エチルモルホリン、N−シクロヘキシル−モルホリン、N,N,N’,N’−テトラ−メチルエチレンジアミン、N,N,N,N−テトラメチルブタンジアミン、N,N,N,N−テトラメチルヘキサン−1,6−ジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ジメチル−ピペラジン、N−ジメチルアミノエチルピペラジン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−アザシクロ[2.2.0]オクタン、1,4−ジアザ−ビシクロ[2.2.2]オクタン(Dabco)、下記のようなアルカノールアミン化合物:トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−メチルジエタノールアミン及びN−エチル−ジエタノールアミン、ジメチルアミノ−エタノール、2−(N,N−ジメチルアミノエトキシ)エタノール、例えば下記のようなN,N’,N’’−トリス(ジアルキルアミノアルキル)ヘキサヒドロトリアジン:N,N’,N’’−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、そしてトリエチレンジアミンである。しかし、金属塩、例えば、塩化鉄(II)、塩化亜鉛、オクタン酸鉛、及び好ましくは錫塩(二オクタン酸錫、ジエチルヘキサン酸錫及びジラウリン酸ジブチル錫等)、そしてまた特に、第三級アミンと有機錫塩の混合物がまた好ましい。
更なる可能な触媒は、2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラ−ヒドロピリミジンのようなアミジン、テトラメチルアンモニウム水酸化物のようなテトラアルキルアンモニウム水酸化物、水酸化ナトリウムのようなアルカリ金属水酸化物、並びに、ナトリウムメトキシド及びカリウムイソプロポキシドのようなアルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属カルボキシレート、そしてまた、10〜20の炭素原子を持ち、任意に側方OH基を持つ長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩である。好ましくは、触媒又は触媒の組み合わせを、成分(B)100質量部に対し(例:算出した、reckoned)、0.001質量部以上10質量部以下の範囲で使用する。触媒を使用せずに反応させることもまた可能である。この場合、アミン−開始ポリオールの触媒活性剤が利用される。
発泡の間、過剰ポリイソシアネートが使用される場合、過剰NCO基同士の三量化反応のための更なる好ましい触媒は、イソシアヌレート基を形成する触媒、例えば、アンモニウムイオン塩又はアルカリ金属塩、具体的にはアンモニウム又はアルカリ金属のカルボキシレートを、単独又は第3級アミンと組み合わせたものである。イソシアヌレート形成は、例えばビルや建築での、絶縁ボード又はサンドイッチ要素である産業的な硬質フォームに好ましく使用される難燃PIRフォームをもたらす。
本発明の好ましい一実施形態では、成分(G)の一部は、カルボキシレート塩、特にアルカリ金属カルボキシレートからなる。
上記に関する更なる情報及び更なる出発材料は、技術文献、例えば、「プラスチック便覧(Kunststoffhandbuch)、第7巻、ポリウレタン、Carl Hanser出版Munich、Vienna、第1、第2及び第3版、1966、1983及び1993年」により見出される。
<成分H>
硬質ポリウレタンフォームを製造するため、更なる助剤及び/又は添加剤(H)を、反応混合物に任意に添加することができる。例えば、表面−活性物質、泡安定剤、気泡調整剤、繊維、染料、顔料、加水分解防止剤、静真菌薬及び静菌性物質について言及される。
可能性のある表面−活性物質は、例えば、出発材料の均質化を助けるのに使用され、重合体の気泡構造の調整にも適した化合物である。例えば、脂肪酸の又はひまし油スルホン酸のナトリウム塩、そして、ジエチルアミンオレアート、ジエタノールアミンステアラート、ジエタノールアミンリシノレアート等のアミンと脂肪酸の塩、そして例えば、ドデシルベンゼンジスルホン又はジナフチルメタンジスルホン酸及びリシノール酸のアルカリ金属又はアンモニウム塩等のスルホン酸の塩のような乳化剤;シロキサン−オキシアルキレン共重合体及び他のオルガノポリシロキサン、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化脂肪アルコール、パラフィン油、ひまし油エステル、リシノレイン酸エステル(ricinoleic esters)、ロート油及びピーナッツ油のような泡安定剤;並びに、パラフィン、脂肪アルコール及びジメチルポリシロキサンのような気泡調整剤について言及される。側鎖としてポリオキシアルキレン及びフルオロアルカンラジカルを持つ上記オリゴマーアクリレートもまた乳化作用、気泡構造及び/又は気泡の安定性の改良には好ましい。表面−活性物質は、通常、成分(B)100質量部(例:算出した)に対し、0.01質量部以上10質量部以下の量で用いられる。
本発明の目的のためには、フィラー、特に補強フィラーは、通常、有機及び無機フィラー、補強材料、比重調整剤(weighting agents)、塗料中の摩擦挙動改良剤、被覆組成物等、それ自身公知のものである。特定の例は、ケイ酸質鉱物のような無機フィラーであり、例えば、アンチゴライト、サーペンタイン、ホルンブレンド、角閃石(amphibole)、クリソタイル及びタルクのような層状ケイ酸塩;カオリン、酸化アルミニウム、酸化チタン及び酸化鉄のような金属酸化物;チョーク、重晶石のような金属塩、並びに硫化カドミウム及び硫化亜鉛のような無機顔料、そしてガラス等である。好ましくは、カオリン(チャイナクレイ)、ケイ酸アルミニウム及び硫酸バリウムとケイ酸アルミニウムの共沈物、そしてまた、ウォラストナイト、金属繊維、そして特に多用な長さのガラス繊維(繊維用のり:sizeで被覆したものも可)のようなの天然又は合成繊維鉱物である。可能な有機フィラーは、例えば、炭素、メラミン、ロジン、シクロペンタジエニル樹脂及グラフト重合体、そしてまたセルロース繊維、芳香族及び/又は脂肪族ジカルボン酸エステルを基にしたポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン繊維であり、特に炭素繊維である。
無機及び有機フィラーは、個別に又は混合物として使用可能であり、有利には、成分(A)〜(H)の質量に対し、0.5質量%以上50質量%以下の量で、好ましくは1質量%以上40質量%以下の量で、反応混合物に添加される。ただし、天然又は合成繊維のマット、不織布及び織布の含量は、成分(A)〜(H)の質量に対し、最大80質量%の値に到達する。
上記他の通常の助剤及び添加剤に関する更なる情報は、技術文献、例えば、J.H. SaundersとK.C.Frischによる研究論文、「ハイポリマーズ」第16巻、ポリウレタンズ、第1及び2部、インターサイエンス出版1962年及び1964年、又は、プラスチック便覧、ポリウレタン、第7巻、Carl Hanser出版Munich、Vienna、第1及び第2版、1966年及び1983年に見出すことができる。
本発明は、下記成分を含むポリオール成分を更に提供する。
・10〜50質量%のポリエーテルエステルポリオール(B)、
・0〜30質量%の更なるポリエステルポリオール(C)、
・25〜55質量%のポリエーテルポリオール(D)、
・10〜40質量%の難燃剤(E)、
・1〜30質量%の発泡剤(F)、
・0.5〜10質量%の触媒(G)、及び
・0〜20質量%、特に、0.5〜20質量%の更なる助剤及び添加剤(H)。
上記で定義したものは、それぞれ成分(B)〜(H)の全質量に対するものであって、質量%の和は100質量%であり、成分(B)及び(C)の合計の成分(D)に対する質量比は1・6未満である。
ポリオール成分が下記の成分を含有することが特に好ましい。
・25〜40質量%のポリエーテルエステルポリオール(B)、
・0質量%の更なるポリエステルポリオール(C)、
・29〜45質量%のポリエーテルポリオール(D)、
・15〜30質量%の難燃剤(E)、
・3〜15質量%の発泡剤(F)、
・0.5〜10質量%の触媒(G)、及び
・0.5〜5質量%の更なる助剤及び添加剤(H)。
上記で定義したものは、それぞれ、成分(B)〜(H)の全質量に対するものであって、質量%の和は100質量%であり、成分(B)、(C)の合計の成分(D)に対する質量比は1.3未満である。
本発明のポリオール成分中の、成分(B)及び(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は、好ましくは0.1を超え、より好ましくは0.2を超え、また更に好ましくは0.4を超え、更により好ましくは0.5を超え、最も好ましくは0.6を超える。
本発明の硬質ポリウレタンフォームを製造するためには、ポリイソシアネート(A)、本発明の特定のポリエーテルエステルポリオール(B)、任意に更なるポリエステルポリオール(C)、ポリエーテルオール(D)及び更なる成分(E)〜(H)を、反応において、ポリイソシアネート(A)のNCO基の、成分(B)及び任意に(C)並びに(D)〜(H)における反応性水素原子の合計に対する当量比が、1〜3.5:1の範囲、好ましくは1〜2.5:1の範囲、より好ましくは1.1〜2.1:1の範囲、更により好ましくは1.2〜2.0:1の範囲、特に1.3〜1.9:1の範囲、更に特には1.4〜1.8:1の範囲、有利には1.4〜1.7:1の範囲になるような量で混合する。
ポリイソシアネート(A)におけるNCO基の、成分(B)、任意に(C)、及び(D)〜(H)における全反応性水素原子に対するモル比は、好ましくは1.0:1より大きく、好ましくは1.1:1を超え、より好ましくは1.2:1を超え、特に1.3:1を超え、とりわけ1.4:1を超えるものである。下記は本発明を具体的に示す実施例である。
以下のポリエステルポリオール(ポリエステロール1、ポリエステロール3及びポリエステロール5)と、ポリエーテルエステルポリオール(ポリエステロール2、ポリエステロール4、ポリエステロール6及びポリエステロール7)を使用した。
ポリエステロール1(比較例):テレフタル酸(34mol%)、オレイン酸(9mol%)、ジエチレングリコール(40mol%)及びグリセロール(17mol%)のエステル化生成物であって、ヒドロキシル官能価(ヒドロキシル官能性)2.23、ヒドロキシル価224mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量20質量%のもの。
ポリエステロール2(本発明):テレフタル酸(31mol%)、オレイン酸(8mol%)、ジエチレングリコール(43mol%)及びポリエーテル(18mol%)のエステル化生成物であって、当該ポリエーテルが、OH官能価が3でヒドロキシル価が546mgKOH/gのエチレンオキシドと、グリセロールとをベースにし、アルコキシ化触媒としてのイミダゾール存在下で生成したもの。このポリエーテルは、続くエステル化で使用される前は活性化(worked up)しない。ポリエステロールは、ヒドロキシル官能価が2.3、ヒドロキシル価が239mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量が15質量%であった。
ポリエステロール3(比較例):無水フタル酸(30mol%)、オレイン酸(12mol%)、ジエチレングリコール(40mol%)及びトリメチロールプロパン(18mol%)のエステル化生成物であって、ヒドロキシル官能価2.2、ヒドロキシル価249mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量25質量%のもの。
ポリエステロール4(本発明):無水フタル酸(25mol%)、オレイン酸(15mol%)、ジエチレングリコール(37mol%)及びポリエーテル(23mol%)のエステル化生成物であって、当該ポリエーテルが、OH官能価が3でヒドロキシル価が610mgKOH/gのエチレンオキシドと、トリメチロールプロパンとをベースにし、アルコキシ化触媒としてKOHの存在下で生成され、次いで中和と生成カリウム塩除去を行ったものである。そのポリエステロールは、ヒドロキシル官能価が2.2、ヒドロキシル価が244mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量が24質量%であった。
ポリエステロール5(比較例):テレフタル酸(35mol%)、オレイン酸(7mol%)、ジエチレングリコール(40mol%)及びグリセロール(18mol%)のエステル化生成物であって、ヒドロキシル官能価2.5、ヒドロキシル価256mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量16質量%のもの。
ポリエステロール6(本発明):テレフタル酸(29mol%)、オレイン酸(10mol%)、ジエチレングリコール(36mol%)及びポリエーテル(25mol%)のエステル化生成物であって、当該ポリエーテルが、OH官能価が3でヒドロキシル価が535mgKOH/gのエチレンオキシドと、グリセロールとをベースにし、アルコキシ化触媒としてKOHの存在下で生成され、次いで中和と生成カリウム塩除去を行ったものである。そのポリエステロールは、ヒドロキシル官能価が2.5、ヒドロキシル価が245mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量が15質量%であった。
ポリエステロール7(本発明):テレフタル酸(29mol%)、オレイン酸(10mol%)、ジエチレングリコール(36mol%)及びポリエーテル(25mol%)のエステル化生成物であって、当該ポリエーテルが、OH官能価が3でヒドロキシル価が540mgKOH/gのエチレンオキシドと、グリセロールとをベースにし、アルコキシ化触媒としてイミダゾール存在下で生成されたものである。このポリエーテルは、続くエステル化で使用される前は活性化(worked up)しない。そのポリエステロールは、ヒドロキシル官能価が2.5、ヒドロキシル価が246mgKOH/g、ポリエステロール中のオレイン酸含量が15質量%であった。
<硬質ポリウレタンフォームの硬化及び脆性の判定>
硬化はボルトテストにより判定した。このため、ポリスチレンビーカー中でポリウレタンフォームの成分を混合してから2.5、3、4、5、6及び7分後に、半径10mm球冠を持つ鋼ボルトを、張力/圧縮テスターにより、形成されたマッシュルーム−型に深さ10mm押圧した。ここで、必要とされる最大力Nを、フォームの硬化の基準とした。
硬質ポリイソシアヌレートフォームに関し、脆性は、ボルト試験で破損が視認できる領域が硬質フォーム表面に現れる時間により決定した。脆性は、更に、フォームの圧縮により、発泡直後に主観的に決定し、1〜6のスケールで段階付けした。ここで、1は非常に壊れにくいフォームを意味し、6は高脆性を意味する。
<ポリウレタン系の自己反応性の判定>
下記のポリウレタン系システムは、単一繊維時間(unitary fiber time)に応じ、ポリウレタン触媒濃度を変えることで調整した。系が低濃度触媒を必要とする場合、これはその系が高い自己反応性を持つことを意味する。
<寸法安定性の判定>
寸法安定性は、発泡後の要素厚の測定により判定される。このため、外層材料として0.05mm厚アルミニウム箔を備えたサンドイッチ要素を、二重ベルト工程で製造し、要素厚さは、製造5分後に、要素中央の厚さで測定した。このように測定される要素厚さが仕様要素厚(この場合は170mm)に近づくに従って、寸法安定性が良好になる。
<本発明実施例1及び2、並びに比較例1及び2>
・硬質ポリウレタンフォームの製造(変形例1)
イソシアネートと、イソシアネートに対し反応性の成分とを、発泡剤、触媒並びに全ての更なる添加剤と共に、ポリオールのイソシアネートに対する一定の混合比100:180で発泡させた。
・ポリオール成分:
本発明実施例又は比較例としてのポリエステロール30質量部;
OH価が490mgKOH/gであり、出発分子としてのショ糖/グリセロール混合物に対するプロピレンオキシドの重付加により生成され、平均官能価が4.3のポリエーテルオール36.5質量部;
ヒドロキシル官能価が2、ヒドロキシル価が190mgKOH/gの、エトキシル化エチレングリコールからのポリエーテルオール6質量部;
難燃剤としてのトリスクロロイソプロピルホスフェート(TCPP)25質量部;及び、
モメンティブ社のNiax Silicone L6635安定剤2.5質量部、そして更に、
ポリオール中の添加剤:
S80:20ペンタン(n‐ペンタン80質量%とイソペンタン20質量%とからなる)5.5質量部;
水約2.2質量部;及び、
酢酸カリウム溶液(エチレングリコール中47質量%)1.0質量部。
更にまた、以下でも触媒1とする、繊維時間調整用のジメチルシクロヘキシルアミン(DMCHA)。
・イソシアネート成分:
Lupranat(登録商標)M50(BASF社製、25℃での粘度が約500mPa・sの高分子メチレン(ジフェニルジイソシアネート)(PMDI))180質量部
成分を実験室の攪拌機を用いて強力に撹拌した。ペンタン含量を5.5部で一定に維持したまま水の量を変え、泡密度を41+/−1g/Lに調整した。ジメチルシクロヘキシルアミン(DMCHA)(触媒1)の割合を変え、繊維時間を更に、45+/−s(秒)に調整した。その結果を表1にまとめた。
Figure 2015505336
これにより、本発明のポリエステルポリオール2及び4が、フォーム硬化へのいかなる有害作用も無しに系の自己―反応性を増加させ、かつ、絶縁材の脆性を減少させることが明らかになった。
<本発明実施例3及び4、並びに比較例3>
・硬質ウレタンフォームの製造(変形例2)
ポリオール成分のイソシアネートに対する一定の比率100:160で、イソシアネート及びイソシアネート−反応性成分を、発泡剤、触媒並びに全ての更なる添加剤と一緒に発砲させた。
・ポリオール成分:
本発明または比較例としてのポリエステロール30質量部;
OH価が490mgKOH/gであり、出発分子としてのショ糖/グリセロール混合物に対するプロピレンオキシドの重付加により生成され、平均官能価が4.3のポリエーテルポリオール37質量部;
ヒドロキシル官能価が2、ヒドロキシル価が190mgKOH/gの、エトキシル化エチレングリコールからのポリエーテルオール6質量部;
難燃剤としてのトリスクロロイソプロピルホスフェート(TCPP)25質量部;及び、
モメンティブ社のNiax Silicone L6635安定剤2質量部、そして更に、
ポリオール中の添加剤:
S80:20ペンタン5.5質量部;
水約1.8質量部;及び、
酢酸カリウム溶液(エチレングリコール中47質量部)1.2質量部。
更にまた、繊維時間調整用のジメチルシクロヘキシルアミン(DMCHA)約0.9質量部。
・イソシアネート成分:
Lupranat(登録商標)M50を160質量部
二重ベルト工程により、170mm厚のサンドイッチ要素を製造した。ペンタン含量を5.5部で一定に維持したまま水の量を変え、泡密度を38+/−1g/Lに調整した。ジメチルシクロヘキシルアミンの割合を変え、繊維時間を更に、35+/−s(秒)に調整した。その結果を表2にまとめた。
Figure 2015505336
本発明のポリエステルポリオール6及び7が、硬質ポリウレタンフォームの寸法安定性を改善したことが明らかになった。

Claims (18)

  1. (A)少なくとも1種のポリイソシアネートと、
    (B)少なくとも1種のポリエーテルエステルポリオールであって、それぞれ成分(b1)〜(b4)の合計量100mol%に対し、
    (b1)ジカルボン酸組成物であって、(b11)当該ジカルボン酸組成物に対し50〜100mol%の1種以上の芳香族ジカルボン酸又はその誘導体と、(b12)当該ジカルボン酸組成物に対し0〜50mol%の1種以上の脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体と、を含むジカルボン酸組成物を10〜70mol%と、
    (b2)1種以上の脂肪酸又は脂肪酸誘導体を2〜30mol%と、
    (b3)1種以上の、炭素原子2〜18を含む脂肪族又は脂環式ジオール、若しくはそのアルコキシレートを10〜70mol%と、
    (b4)官能価が2を超えるポリオールのアルコキシ化により生成される、官能価が2以上のポリエーテルポリオールを2〜50mol%と、
    をエステル化して得られるポリエーテルエステルポリオールと、
    (C)任意に成分(B)以外の更なるポリエステルポリオールと、
    (D)ポリエーテルポリオールと、
    (E)任意に難燃剤と、
    (F)1種以上の発泡剤と、
    (G)触媒と、
    (H)任意に更なる助剤又は添加剤と、
    を反応させる工程を含み、
    成分(B)及び任意に(C)の合計の、成分(D)に対する質量比が、1.6未満である硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  2. 成分(B)及び(C)の合計の、成分(D)に対する前記質量比が、0.1を超える請求項1に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  3. ポリエーテルエステルポリオール(B)の、ポリエーテルエステルポリオール(B)及び(C)中の割合は、少なくとも25質量%である請求項1又は請求項2に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  4. 更なるポリエステルポリオール(C)を反応させない請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  5. ポリエーテルアルコール(b4)の官能価は2よりも大きい請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  6. ポリエーテルポリオール(b4)は、ソルビトール、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、グリセロール、ポリグリセロール及びそれらの混合物からなる群より選択されるポリオールのアルコキシ化により製造される請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  7. 前記ポリエーテルアルコール(b4)は、エチレンオキシドとのアルコキシ化により製造される請求項1〜6のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  8. 前記ポリエーテルポリオール(b4)は、アミンアルコキシ化触媒の存在下で、エチレンオキシドとのアルコキシ化により製造される請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  9. 前記成分(b11)は、テレフタル酸、ジメチルテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、フタル酸、無水フタル酸及びイソフタル酸からなる群より選択されるいずれか1種以上の化合物を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  10. 前記ジカルボン酸組成物(b1)は、脂肪族ジカルボン酸(b12)を含まない請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  11. 前記脂肪酸又は脂肪酸誘導体(b2)は、オレイン酸とオレイン酸メチルとからなる群より選択される請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  12. 前記脂肪族又は脂環式ジオール(b3)は、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−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオール並びにそれらのアルコキシレートからなる群より選択される請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  13. 前記ポリエーテルポリオール(D)は、当該ポリエーテルポリオール成分(D)のうちの一部がプロピレンオキシドを原料にして製造され(ポリエーテルポリオール成分(D1))、その余のポリエーテルポリオール成分(D)がエチレンオキシドを原料にして製造された(ポリエーテルポリオール成分(D2))、ポリエーテルポリオール混合物からなる請求項1〜12のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  14. 前記ポリエーテルポリオール成分(D1)は、平均OH官能価が3を超え、好ましくは3.5を超え、より好ましくは4を超え、かつ、OH価が300mgKOH/gを超え、好ましくは350mgKOH/gを超え、より好ましくは400mgKOH/gを超え、特に450mgKOH/gを超える請求項1〜13のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  15. 前記ポリエーテルポリオール成分(D1)は、平均OH官能価が6未満、好ましくは5.5未満、より好ましくは5未満であり、かつ、OH価が600mgKOH/g未満、好ましくは550mgKOH/g未満、より好ましくは500mgKOH/g未満である請求項1〜14のいずれか1項に記載の硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  16. 請求項1〜15のいずれか1項に記載の製造方法で製造される硬質ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォーム。
  17. 請求項16記載の硬質ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォームを、硬質又は軟質外層を持つサンドイッチ要素の製造に使用する方法。
  18. それぞれ成分(B)〜(H)の合計質量100質量%に対し、
    10〜50質量%のポリエステルポリオール(B)、
    0〜30質量%の更なるポリエステルポリオール(C)、
    25〜55質量%のポリエーテルポリオール(D)、
    10〜40質量%の難燃剤(E)、
    1〜30質量%の発泡剤(F)、
    0.5〜10質量%の触媒(G)、及び
    0〜20質量%の更なる助剤及び添加剤(H)を含み、
    前記成分(B)〜(H)は、それぞれ請求項1〜15のいずれか1項で定義されるものであり、成分(B)及び(C)の合計の、成分(D)に対する質量比は1.6未満であるポリオール成分。
JP2014552542A 2012-01-18 2012-12-13 硬質ポリウレタンフォーム又は硬質ポリイソシアヌレートフォームの製造方法、硬質ポリウレタン又はポリイソシアヌレートフォーム及びその使用方法、ポリオール成分 Expired - Fee Related JP6577189B2 (ja)

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