JP2016150975A - フェノール樹脂、フェノール樹脂の製造方法、樹脂組成物およびポリウレタンフォーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式(1)(2)(3)のいずれか1種または2種以上の結合を有し、式(4)で示されるオルソ/パラ結合比が3以上であり、フェノール成分のうち50モル%以上が置換基を有し、重量平均分子量が200〜1200であるフェノール樹脂。オルソ/パラ結合比=[オルソ位同士+オルソ位とパラ位×1/2]/[パラ位同士+オルソ位とパラ位×1/2]‥(4)(式(4)中、オルソ位同士とは一般式(1)で示される結合の割合、オルソ位とパラ位とは一般式(2)で示される結合の割合、パラ位同士とは一般式(3)で示される結合の割合。一般式(1)〜(3)中、Xは水素または置換基。)
[化1]
【選択図】なし
Description
ポリウレタンフォームは、一般に、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させて、スラブ発泡法、注入発泡法、スプレー発泡法、ラミネート連続発泡法等の方式により発泡、硬化させることにより、製造されている。
また、本発明は、高い断熱性能を有するポリウレタンフォームの原料として使用される樹脂組成物、およびポリウレタンフォーム用樹脂組成物の原料として使用されるフェノール樹脂、およびフェノール樹脂の製造方法を提供することを課題とする。
[1] ポリウレタンフォーム用樹脂組成物の原料として使用されるノボラック型のフェノール樹脂であり、下記一般式(1)で示されるオルソ−オルソ結合と、下記一般式(2)で示されるオルソ−パラ結合と、下記一般式(3)で示されるパラ−パラ結合のいずれか1種または2種以上の結合を有し、下記式(4)で示されるオルソ/パラ結合比が3以上であり、フェノール成分のうち50モル%以上が置換基を有し、重量平均分子量が200〜1200であることを特徴とするフェノール樹脂。
(式(4)中、オルソ位同士とは、フェノール樹脂中の下記一般式(1)で示される結合の割合であり、オルソ位とパラ位とは、フェノール樹脂中の下記一般式(2)で示される結合の割合であり、パラ位同士とは、フェノール樹脂中の下記一般式(3)で示される結合の割合である。下記一般式(1)〜(3)中、Xは水素または置換基を示す。)
[4] 前記置換基がメチル基である[3]に記載のフェノール樹脂の製造方法。
[6] [5]に記載の樹脂組成物とポリイソシアネート成分とを反応させて、発泡させ、硬化させてなり、気泡セルの平均直径が350μm以下、熱伝導率が0.020W/mK以下であるポリウレタンフォーム。
本実施形態のフェノール樹脂は、ポリウレタンフォーム用樹脂組成物の原料として使用されるものである。本実施形態のフェノール樹脂は、ノボラック型のフェノール樹脂であり、上記一般式(1)で示されるオルソ−オルソ結合と、下記一般式(2)で示されるオルソ−パラ結合と、下記一般式(3)で示されるパラ−パラ結合のいずれか1種または2種以上の結合を有するものであり、2種以上の結合を有することが好ましく、全ての結合を有することがさらに好ましい。上記の結合を2種以上有する場合、一般式(1)で示されるオルソ−オルソ結合と、一般式(2)で示されるオルソ−パラ結合とを含むことが好ましい。
また、本実施形態のフェノール樹脂は、下記式(4)で示されるオルソ/パラ結合比が3以上であり、フェノール成分のうち50モル%以上が置換基を有し、重量平均分子量が200〜1200のものである。
また、フェノール樹脂中に含まれる置換基は、全て同じ置換基であってもよいし、異なる置換基が含まれていてもよい。
フェノール成分のうちの置換基を有しているモノマーの割合は、フェノール樹脂の製造に使用するフェノール成分中に含まれる置換基を有するフェノール類の割合(質量比)に対応する。
次に、本実施形態のフェノール樹脂の製造方法について説明する。本実施形態のフェノール樹脂を製造するには、フェノール成分とアルデヒド類とを酸性触媒下で反応させる重合工程を行う。本実施形態では、フェノール成分として、フェノールのオルソ位に置換基を有するフェノール類を50モル%以上含むものを用いる。そして、重合工程において、フェノール成分とアルデヒド類とを、二価の金属塩、ホウ酸、ホウ酸の金属塩から選ばれるいずれか1種または2種以上を50質量%以上含む酸性触媒用いて反応させる。
三価のフェノール類としては、トリスヒドロキシフェニルメタン等が挙げられる。
これらの他のフェノール類の中でも、原料入手容易性の観点から一価のフェノール類を用いることが好ましく、特に、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾールのいずれか1種または2種以上を用いることが好ましい。
また、酸性触媒に用いられる二価の金属塩として、安息香酸亜鉛を用いてもよい。
また、ホウ酸は、原料入手容易性に優れているため、酸性触媒の材料として好ましい。
酸性触媒が上記の他の酸性触媒を含む場合、上記の他の酸性触媒を、二価の金属塩、ホウ酸、ホウ酸の金属塩から選ばれるいずれか1種または2種以上の合計1質量部に対して、0.001〜0.2質量部含むことが好ましく、より好ましくは0.005〜0.1質量部、さらに好ましくは0.01〜0.05質量部含む。他の酸性触媒の含有量が上記範囲内である場合、容易にフェノール樹脂のオルソ/パラ結合比を調整できる。
フェノール成分とアルデヒド類とを反応させる際には、反応を促進させるため、反応系内の水分を除去しながら反応させることが好ましい。
本実施形態では、強酸のみを触媒として用いる場合および/またはフェノール成分がオルソ位に置換基を有するフェノール類を含まない場合と比較して、フェノール成分とアルデヒド類との反応性が低い。このため、フェノール成分の水酸基1モル当たりのアルデヒド類の使用量を1.0以上とすることが好ましい場合がある。なお、重合に使用されずに反応生成物中に残留したアルデヒド類は、重合工程後に除去できる。
次に、本実施形態の樹脂組成物について説明する。本実施形態の樹脂組成物は、ポリウレタンフォームの原料として使用される樹脂組成物である。本実施形態においては、樹脂組成物の一例として、ポリオール成分と、発泡剤と、触媒と、整泡剤とを含むものを例に挙げて説明する。
上記難燃剤としては、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(クロロプロピル)ホスフェート、トリエチルホスフェート等のリン酸エステルなどを用いることが好ましい。
次に、本実施形態のポリウレタンフォームについて説明する。本実施形態のポリウレタンフォームは、上述した実施形態の樹脂組成物(第一剤)とポリイソシアネート成分(第二剤)とを反応させて、発泡させ、硬化させることにより製造されたものである。
例えば、所定量の樹脂組成物とポリイソシアネート成分とを、それぞれ液温20℃に調温して混合し、ホモディスパーなどを用いて撹拌して混合物とする。その後、混合物を、スラブ発泡法、注入発泡法、スプレー発泡法、ラミネート連続発泡法等の方式により発泡させ、硬化させる。混合物を発泡させ、硬化させる際には、必要に応じて加熱してもよい。
(実施例1〜5、比較例1〜7)
冷却管、攪拌機を備えたフラスコに原料として、表1および表2に示すフェノール成分とアルデヒド類と酸性触媒とを、表1および表2に示す配合量で仕込み、表1および表2に示す反応条件で反応させる重合工程を行った。
具体的には、実施例1〜5、比較例4〜7では、原料の入れられたフラスコの内温を120℃に昇温して1時間反応させた後、150℃まで昇温し、さらに1時間反応させた。また、比較例1〜3では、原料の入れられたフラスコの内温を100℃に昇温して5時間反応させた。実施例1〜5、比較例4〜7では、原料を反応させている間、反応系内に水分が残らないように、留出物を全て系外に除去した。
また、表1および表2に、フェノール成分の水酸基1モル当たりのアルデヒド類の割合(アルデヒド/フェノ−ル類(モル比))を合わせて示す。
その後、得られたフェノール樹脂の特性として、重量平均分子量、オルソ/パラ結合比を、以下に示す方法により調べた。その結果を表1および表2に示す。
なお、実施例1〜5、比較例1〜6、7のフェノール樹脂は、上記一般式(1)(2)(3)で示される結合の全てを有していた。また、比較例5のフェノール樹脂は、上記一般式(1)(2)(3)で示される結合のうち、上記一般式(1)で示されるオルソ−オルソ結合のみを有していた。
重量平均分子量は、以下に示す装置を以下に示す条件で用いて測定し、ポリスチレン換算で算出した。
装置:ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーShodex GPC−101(昭和電工社製)
カラム:KF−801+KF−802(2本)+KF−803(いずれも商品名:昭和電工社製)
カラムの温度:40℃
試料:99.0質量%テトラヒドロフラン溶液
流量:1ml/min
溶離液:テトラヒドロフラン
検出器:RI検出器
以下に示す装置を以下に示す条件で用いて、フェノール樹脂の13C−NMR(核磁気共鳴)スペクトルを測定し、その積分比を用いて上記式(7)により算出した。
NMR装置:AVANCE III 400(ブルカー社製)
溶媒:重ピリジン
温度:23℃
周波数:100MHz
基準物質:TMS
積算回数:512回
以下に示すポリオール成分と、発泡剤と、触媒と、整泡剤と、難燃剤とを、以下に示す配合量で混合して、実施例1〜5、比較例1〜7の樹脂組成物(第一剤)を製造した。
なお、他のポリオール成分(ジエチレングリコール)は、実施例1〜5、比較例1〜7のフェノール樹脂100質量部に対する配合量(質量部)である。発泡剤と触媒と整泡剤と難燃剤の配合量は、ポリオール成分100質量部に対する配合量(質量部)である。
実施例1〜5、比較例1〜7のフェノール樹脂100質量部
ジエチレングリコール(ジャパンケムテック社製)25質量部
トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(商品名;LBA、ハネウェル社製)40質量部
「触媒」
ウレタン化触媒(商品名;U−CAT422、サンアプロ社製)0.5質量部
「整泡剤」
シリコーン系界面活性剤(商品名;L−5420、日本ユニカー社製)4質量部
「難燃剤」
トリス(クロロプロピル)ホスフェート(商品名;TMCPP、大八化学工業社製)25質量部
このようにして得られた実施例1〜5、比較例1〜7のポリウレタンフォームの物性として、密度、気泡セルの平均直径、熱伝導率を、以下に示す方法により調べた。その結果を表1および表2に示す。
ポリウレタンフォームを長方形状に切り出し、重量(g)および体積(m3)を測定し、以下の計算式により算出した。
密度(kg/m3)=発泡体重量(kg)/発泡体体積(m3)
以下に示す走査型電子顕微鏡を用いて、ポリウレタンフォームの断面を観察し、気泡セルの直径をランダムに30カ所測定して、その平均値を算出した。
走査型電子顕微鏡:S−3400N(日立ハイテクフィールディング社製)
「熱伝導率」
熱伝導測定装置:オートラムダ(英弘精機社製)
測定条件:JIS A 1412−2付属書A(規定)における平板比較法のA6.測定方法に準拠
これに対し、表2に示すように、比較例1〜7のポリウレタンフォームは、気泡セルの平均直径が400μm以上と比較的大きく、実施例1〜5と比較して、熱伝導率が高いものであった。
比較例4のポリウレタンフォームは、フェノール樹脂の原料として用いたフェノール成分がm−クレゾールのみであるため、重量平均分子量が大きいものとなった。その結果、気泡セルの平均直径が大きく、熱伝導率が高いものになった。
また、比較例7のポリウレタンフォームは、フェノール樹脂の原料として用いたフェノール成分が、フェノールのオルソ位に置換基を有するフェノール類を50%以上含むものでないため、重量平均分子量が大きくなった。このため、フェノール成分を含む樹脂組成物とポリイソシアネート成分とが均一に混合されず、気泡セルの平均直径が大きく、熱伝導率が高いものになった。
Claims (6)
- ポリウレタンフォーム用樹脂組成物の原料として使用されるノボラック型のフェノール樹脂であり、
下記一般式(1)で示されるオルソ−オルソ結合と、下記一般式(2)で示されるオルソ−パラ結合と、下記一般式(3)で示されるパラ−パラ結合のいずれか1種または2種以上の結合を有し、
下記式(4)で示されるオルソ/パラ結合比が3以上であり、
フェノール成分のうち50モル%以上が置換基を有し、
重量平均分子量が200〜1200であることを特徴とするフェノール樹脂。
オルソ/パラ結合比=[オルソ位同士+オルソ位とパラ位×1/2]/[パラ位同士+オルソ位とパラ位×1/2] ‥‥(4)
(式(4)中、オルソ位同士とは、フェノール樹脂中の下記一般式(1)で示される結合の割合であり、オルソ位とパラ位とは、フェノール樹脂中の下記一般式(2)で示される結合の割合であり、パラ位同士とは、フェノール樹脂中の下記一般式(3)で示される結合の割合である。下記一般式(1)〜(3)中、Xは水素または置換基を示す。)
- 前記置換基がメチル基である請求項1に記載のフェノール樹脂。
- 請求項1または請求項2に記載のフェノール樹脂の製造方法であって、
フェノール成分とアルデヒド類とを、酸性触媒を用いて反応させる重合工程を有し、
前記フェノール成分が、フェノールのオルソ位に置換基を有するフェノール類を50モル%以上含み、
前記酸性触媒が、二価の金属塩、ホウ酸、ホウ酸の金属塩から選ばれるいずれか1種または2種以上を50質量%以上含み、
前記アルデヒド類を前記フェノール成分の水酸基1モル当たり、0.3〜1.5モルの割合で用いるフェノール樹脂の製造方法。 - 前記置換基がメチル基である請求項3に記載のフェノール樹脂の製造方法。
- ポリウレタンフォームの原料として使用されるポリオール成分を含む樹脂組成物であり、前記ポリオール成分が、請求項1または請求項2に記載のフェノール樹脂を50質量%以上含有する樹脂組成物。
- 請求項5に記載の樹脂組成物とポリイソシアネート成分とを反応させて、発泡させ、硬化させてなり、気泡セルの平均直径が350μm以下、熱伝導率が0.020W/mK以下であるポリウレタンフォーム。
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