JP2016516117A - 長鎖ポリエーテルポリオールビルディングブロックを含むポリエステルポリオールおよび硬質pur/pirフォームにおけるその使用 - Google Patents

長鎖ポリエーテルポリオールビルディングブロックを含むポリエステルポリオールおよび硬質pur/pirフォームにおけるその使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコールに由来するビルディングユニットを含み、数平均モル質量が1500〜8000Daである少なくとも1つの長鎖ポリエーテルポリオールに由来するビルディングユニットをさらに含むことを特徴とする、ポリエステルポリオールに関する。本発明はさらに、特に硬質PUR/PIRフォームの製造のための、その製造およびその使用のためのプロセスに関する。

Description

本発明は、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール由来の構造単位を含むポリエステルポリオール、ならびに、特に硬質PUR/PIRフォームの製造におけるそれらの使用に関する。
硬質PUR/PIRフォームは、芳香族ポリエステルポリオールをベースに近頃圧倒的に製造されている。芳香族ポリエステルポリオールが硬質PUR/PIRフォームの耐燃性およびそれらの熱伝導率にプラスの影響を及ぼすためである。芳香族ポリエステルポリオールを調製するために使用される原料は、主にフタル酸/無水フタル酸、テレフタル酸およびイソフタル酸である。芳香族ポリエステルポリオールに対するペンタンの溶解度を向上させるため、または硬質イソシアヌレートを含有するPUR/PIRフォームの脆性を低下させるために、時には短鎖ポリエーテルポリオール、さらに一部の例では脂肪族ポリエステルポリオールが、芳香族ポリエステルポリオールに加えて一緒に使用される。
欧州特許第1219653号は、芳香族ポリエステルポリオールに基づく、耐燃性が向上し熱伝導率の低い硬質PUR/PIRフォームを記載している。さらに、脂肪族、脂環式または複素環式ポリエステルポリオールの使用も提案されている。
国際公開第97/48747号は、ポリオール成分が芳香族ポリエステルポリオールと同様に脂肪族ポリエステルポリオールとを含む場合に、脆性が低下し表面付着性が向上した硬質PUR/PIRフォームが得られることを教示する。
国際公開第2004/060950号は、芳香族ポリエステルポリオールに基づく、改良された耐燃性および改良されたラムダ老化特性をもつスプレーフォーム用途のための硬質PUR/PIRフォームをさらに開示する。さらに、脂肪族ポリエステルポリオールまたは複素環式ポリエステルポリオールの使用も提案されている。
国際公開第2004/060950号は、ポリオール成分が、好ましくは高官能価の芳香族ポリエステルポリオールを含む場合に、耐熱性が高く耐燃性の向上した硬質PUR/PIRフォームが得られることを教示する。
米国特許第6,945,722号および米国特許出願公開第2002/0040122号は、完全な水発泡系の製造におけるマンニッヒポリオールの使用を記載する。そのようなポリオールを使用することだけが良好な耐燃性および寸法安定性をもたらすためである。そのようなマンニッヒポリオールの一つの大きな欠点は、スプレーフォーム系としてのその高い粘度および関連する加工性である。粘度が高いことは、混合の問題を生じる傾向があり、従って機械的物理的性質の不十分なフォームを生じる傾向がある。
断熱板製造において、硬質脂肪族ポリエステルに基づくPUR/PIRフォームに対する需要が増加している。欧州特許第1632511号によれば、ポリエステルポリオールは、工業グレードのグルタル酸、さらにエチレングリコールから構築することができる。添加物質材料として、さらなる製剤構成物質:ポリエーテルポリオール、TCPPなどの難燃剤ならびにさらなる補助剤および添加物質材料が言及されている。
現在の市場の状況(断熱材市場での発泡ポリスチレン(EPS)およびミネラルウールなどの「商品化された」断熱材による高い物価圧力)のために、比較的安価な供給原料しか、工業グレードのグルタル酸、特に無水フタル酸を置換および/または補充するための考えられるシントンとして考慮に入れられない。無水フタル酸を、そうでなければ工業グレードグルタル酸およびエチレングリコールで構成されるポリエステル配合表で使用すると芳香脂肪族エステルがもたらされるが、これらが硬質フォームの製造での使用に理想的でないことは公知である。
従って、一部の例では、少なくとも最初に難燃剤TCPPの添加を避けることか、または難燃剤を製剤製造の後の段階で混合することが望ましい。これはさらなる製剤努力に関係するが、難燃剤の相溶化作用は最初に失われる。
欧州特許第1219653号明細書 国際公開第97/48747号パンフレット 国際公開第2004/060950号パンフレット 米国特許第6945722号明細書 米国特許出願公開第2002/0040122号明細書 欧州特許第1632511号明細書
本発明の目的は、先行技術の問題を克服し、硬質PUR/PIRフォームの配合表での使用に特に適した、改良されたポリエステルポリオールを提供することである。このように得られる硬質フォームは、良好な防火性をさらに有する。
本発明者らは、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール由来の構造単位を含み、数平均モル質量が1500〜8000Daである少なくとも1つの長鎖ポリエーテルポリオールに由来する構造単位をさらに含むポリエステルポリオールによって、この目的が実現されることを見出した。
驚くことに、長鎖ポリエーテルポリオールに加えて短鎖ポリオールを含むポリエステルポリオールへの長鎖ポリオールの「エステル交換」により、優れた防火性が得られるだけでなく、同時に、硬質PUR/PIRフォーム系を提供するための単相成分も得られる−そしてこれはTCPPなどの相溶化難燃剤を添加しなくても得られることが明らかになる。その上、ポリエステル、長鎖ポリエーテルおよびTCPPの既に使用された混合物と比較して同等の耐火性をもつフォームを、比較的費用のかかる長鎖ポリエーテルを少なく使用することによってこのように得ることができる。
さらに、本発明のポリエステルポリオール、すなわちポリマー鎖に「エステル交換された」長鎖ポリエーテルポリオールを含むポリエステルポリオールをPUR/PIRフォームに使用する場合、フォーム下面のフォームの欠陥が最小にされることが明らかになる。これにより、良好な断熱作用を有するフォームが得られる。
本発明の状況において、数平均モル質量は、DIN 53240(1971年12月)に従って、ヒドロキシル末端基の滴定によって求められる。酸価は、DIN EN ISO 2114(2002年6月)に従って求められる。実験によって求められたヒドロキシル価OHN(mg KOH/g)を、一般に公知の式Meq=56100/OHNに入れて等価質量を求める。これは実際には数平均等価質量であり、官能価(F)を乗じることによって数平均モル質量(M)に算術的に変換することができる、すなわち、M=F*Meq、またはM=56100*F/OHNである。
官能価(F)は、本発明の状況においてヒドロキシル末端基に関する。酸末端基は考慮に入れない。Fは、全体中の分子の数で除算したOH末端基の数として定義される。Fは、通常はポリオールを調製するための配合表から明らかであるが、代わりにH NMRによって求めることもできる。
ポリエーテルポリオールの場合のFは、従って低分子量のスターターポリオールの既知の官能価から得られる。例えば、二官能性スターターポリオールジエチレングリコールは、二官能性ポリエーテルポリオールを導き;三官能性1,1,1−トリメチロールプロパンは、三官能性ポリエーテルポリオールを導き;ジエチレングリコールと1,1,1−トリメチロールプロパンの1:1モル混合物は、2.5官能性ポリエーテルポリオールを導く;等。
ポリエステルポリオールの場合、最初に全ての反応体分子、例えば、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物、ジオール、トリオールなどのモル総計を計算することによって配合表を合わせる。同様に、カルボン酸無水物を2つの末端基を有するとして計数し、ラクトンを1つのヒドロキシル末端基と1つのカルボキシル末端基を各々有するとして計数することによって、全てのヒドロキシル末端基のモル総計と、別々に、全ての反応体分子の全てのカルボキシル末端基のモル総計を計算する。
(過剰な)ヒドロキシル基と(不十分な)カルボキシル末端基(上記の意味での)の差が、最終のポリエステルポリオールに残っているヒドロキシル末端基の数を与える。反応体分子の数はあらゆるエステル化ステップで1まで減少する(反応水が運び去られる)ので、全てのエステル化ステップの後に、すなわちカルボキシル基の完全な変換の後に(上記の意味での)反応器の中に残っているポリエステル分子の数は:
(全ての反応体分子の総計)−(全ての反応分子の全てのカルボキシル末端基の総計)=(ポリエステル分子の数)
である。
従ってFは:F=(ポリエステルポリオール中のヒドロキシル末端基の数)/(ポリエステル分子の数)
である。
環状エステル形成は、本発明の目的において本明細書では考慮に入れない。
本発明の目的において長鎖ポリエーテルポリオールは、数平均モル質量が1500〜8000Daであるポリエーテルポリオールである。用語「長鎖」は、本明細書ではこれらのポリエーテルポリオールを、ポリエステルポリオールに同様に使用されるそれよりも短い鎖のポリオール、すなわち、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコールと区別する役割をする。好ましい長鎖ポリエーテルポリオールの数平均モル質量は、1500〜8000Da、好ましくは1500〜7000Da、より好ましくは2000〜6000Da、さらにより好ましくは2500〜6000Da、さらに一層より好ましくは3500〜6000Da、最も好ましくは4000〜6000Daである。
一実施形態では、ポリエステルポリオールのヒドロキシル化は、150〜300mg KOH/g、好ましくは160〜260mg KOH/g、より好ましくは165〜260mg KOH/gである。ポリエステルポリオールは、さらに、1.8〜3、好ましくは1.9〜2.5、より好ましくは1.95〜2.3のOH官能価を有することができる。
さらなる実施形態では、ポリエステルポリオールは、50〜100モル%の第一級ヒドロキシル末端基を有することができる。
上述の構造要素を除いて、本発明のポリエステルポリオールは、この種類の物質の分野の当業者に公知のどんな構造単位も原則的に含むことができる。好ましくは、ポリエステルポリオールは、少なくとも二官能性の有機酸に由来し、特に、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはその組合せ、特にグルタル酸、コハク酸、アジピン酸、フタル酸から選択される構造単位を含む。後に挙げたものは、(短鎖)ポリオールとしてエチレングリコールと組み合わせられることが非常に好ましい。
本発明のポリエステルポリオールは、脂肪族であってよく、そうでなければ芳香脂肪族であってよい。そのため、さらに好ましい実施形態では、芳香族留分は、全て得られるエステルの量に基づいて、0〜50重量%、特に0から50重量%未満であってよく、ここでグルタル酸、コハク酸、アジピン酸および/またはフタル酸の混合物は、特にエチレングリコールと同様に使用される。芳香族基が存在する場合、それらの割合は0より多く50重量%までである。エステル中の芳香族留分は、使用する芳香族含有化合物、すなわち例えば無水フタル酸および/または無水イソフタル酸の量を、得られるエステルの量で除算することによって、エステル配合表から計算される。
長鎖ポリエーテルポリオール、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコールおよび少なくとも二官能性の有機酸の割合は、広い範囲内で変動し得る。本発明のポリエステルポリオールは、より特に、
長鎖ポリエーテルポリオール由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、1〜50重量%、特に2〜30重量%、好ましくは3〜20重量%であること、かつ/または
エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、10〜70重量%、特に25〜60重量%、好ましくは40〜58重量%、より好ましくは35〜58重量%であること、かつ/または
少なくとも二官能性の有機酸由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、30〜80重量%、特に40〜75重量%、好ましくは50〜70重量%であることを特徴とし、
該重量%割合は全て得られるポリエステルポリオールの質量に基づく。
本発明は、本発明のポリエステルポリオールを調製する方法をさらに提供し、その方法は、必要に応じて少なくとも1つの触媒の存在下で、少なくとも二官能性の有機酸と、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール、好ましくはエチレングリコールとを反応させること、ならびに少なくとも1つの長鎖ポリエーテルポリオールの数平均モル質量が1500〜8000Daであることを含む。
これに対する一つの可能な手順では、反応体−二官能性有機酸、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコールおよび長鎖ポリエーテルポリオール−を一緒に最初に装入して反応させる。同様に、最初に酸とアルコール類、すなわち短鎖ポリオールまたは長鎖ポリオールの一方だけを互いに反応させて、反応の間に、もう一方のポリオールがどちらであってもそれを後で反応混合物に単に添加することが考えられる。
ポリエステルの調製のために公知のどんな触媒も原則的に使用することができる。これには、例えば、スズ塩、例えば、二塩化スズ、チタン酸塩、例えば、チタン酸テトラブチル、または強酸、例えば、p−トルエンスルホン酸が含まれる。しかし、ポリエステルは触媒を用いずに調製することもできる。
ポリエステルは、通常、溶媒を使用せずに調製される。しかし、それらは溶媒、特に水を連行する溶媒(共沸エステル化)、例えばベンゼン、トルエンまたはジオキサンなどを用いて調製することもできる。溶媒を含まない変法(solventless variant)での反応の水の移出は、通常、特にエステル化の終わりに陰圧を印加することによって増加する。ここでは1〜500mbarの圧力が用いられる。しかし、エステル化は500mbarよりも上でも可能である。この場合、反応水の移出は、不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンを反応系に通すことによっても増加させることができる。
本発明は、硬質PUR/PIRフォームを製造するための2成分反応系の1相ポリオール成分に本発明のポリエステルポリオールを使用する方法をさらに提供する。この際、該1相ポリオール成分は、難燃剤を特に含まない。既に上に記されたように、本発明によるポリエステルポリオールの一つの利点は、それが長鎖ポリオールビルディングブロックを提供し、従って、難燃剤、特にTCPPの均質化特性に頼ることなく、長鎖ポリオールビルディングブロックに関連する利点を提供することである。従って、顧客が彼らのそれぞれの最適な難燃剤を彼ら自身で添加することのできる1相の、従って市場性の高いポリオール成分を提供することが可能である。
本発明はさらに、例えばポリウレタン断熱板、金属に面した要素(metal−faced elements)、ポリウレタンスラブストックフォーム、ポリウレタンスプレーフォーム、ポリウレタンin−situフォーム、または他に単一もしくは多成分アセンブリフォーム中で、または接着剤の原料としての、硬質ポリウレタンフォーム製品の製造において本発明のポリエステルポリオールを使用する方法を提供する。
本発明はさらに、以下の成分:
A)有機ポリイソシアネート成分、
B)ポリオール成分、
C)所望により、補助および添加物質材料さらに発泡剤および共発泡剤、
を含み、
前記有機ポリイソシアネート成分A)および前記ポリオール成分B)が、100〜500、特に180〜450の指数を生じるような互いに対する混合比で使用され、該反応系が、前記ポリオール成分B)が少なくとも1つの本発明のポリエステルポリオールを含むことを特徴とする、硬質PUR/PIRフォームを製造するための反応系を提供する。
指数とは、成分A)の全てのNCO基と、反応系の全てのNCO反応性基、すなわちこの例では成分B)およびC)のモル比に100を乗算した積をさす。
本発明はまた、本発明のポリエステルポリオールを硬質PUR/PIRフォームを製造するための反応系のポリオール成分B)として使用する方法を提供する。
硬質PUR/PIRフォームは、イソシアヌレート構造を含むまたは含まないウレタン構造を含む硬質ポリウレタンフォームである。そのような硬質PUR/PIRフォームのための反応系は、例えばポリウレタン断熱板、金属に面した複合体(metal−faced composites)、ポリウレタンスラブストックフォーム、ポリウレタンスプレーフォーム、ポリウレタンin−situフォーム、または他に単一もしくは多成分アセンブリフォーム中で、または接着剤の原料としての、硬質ポリウレタンフォーム製品の製造に適していることが好ましい。
有機ポリイソシアネート成分は、原則的に、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族および複素環式ポリイソシアネート、例えばW.Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie 562,pp.75−136に記載されるもの、例えば式
Q(NCO)
〔ここで、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個の炭素原子の脂肪族ヒドロカルビル部分、4〜15個、好ましくは5〜10個の炭素原子の脂環式ヒドロカルビル部分、6〜15個、好ましくは6〜13個の炭素原子の芳香族ヒドロカルビル部分または8〜15個、好ましくは8〜13個の炭素原子の芳香脂肪族ヒドロカルビル部分である〕のもの、例えば独国特許出願公開第2,832,253号、10〜11頁に記載されるポリイソシアネートから選択されてよい。
好ましいのは、一般に、産業的に容易に利用できるこの種類のポリイソシアネート、例えば2,4−および2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、さらにはこれらの異性体の混合物である。ポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート、例えばアニリン−ホルムアルデヒド縮合とその後のホスゲンによる処置によって得られるもの(粗MDI)、および、カルボジイミド、ウレタン、アロファネート、イソシアヌレート、尿素またはビウレット基を含むポリイソシアネート(変性ポリイソシアネート)、特に2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネートならびに4,4’−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変性ポリイソシアネート。
硬質PUR/PIRフォームを製造するための有機ポリイソシアネート成分は、好ましくはジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)の異性体およびそのオリゴマーの混合物を含む。この種類の混合物は、通常、「ポリマーMDI」(pMDI)と呼ばれる。
ポリオール成分は、少なくとも1つの本発明のポリエステルポリオールを含み、その上にさらなるポリオール成分も含むことができる。そのようなさらなるポリオール成分として、アジピン酸由来の構造単位に加えて、グルタル酸、コハク酸および/またはセバシン酸、好ましくはグルタル酸および/またはコハク酸由来の構造単位も含む、少なくとも1つの脂肪族ポリエステルポリオールが使用されてよい。脂肪族ポリエステルポリオールが芳香族単位を含まないことはさらに好ましい。特に好ましい脂肪族ポリエステルポリオールは、15〜45重量%のアジピン酸、40〜55重量%のグルタル酸および10〜35重量%のコハク酸を含有する混合物を反応させることによって得ることができる。コハク酸およびグルタル酸は、本明細書ではある程度無水物の形態であってよい。
さらなる脂肪族ポリエステルポリオールを調製するために使用されるアルコール成分は、グリコール、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、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および/またはそれらの混合物を含む。モノエチレングリコールおよびジエチレングリコール、より好ましくはモノエチレングリコールを使用することが好ましい。さらなる脂肪族ポリエステルポリオールは、好ましくは、1.8〜6.5、特に1.8〜3.0の官能価、15〜500mg KOH/g、特に150〜300のOH価、さらに0.5〜5.0mg KOH/gの酸価を有する。
さらなる脂肪族ポリエステルポリオールは別にして、ポリオール成分は、ポリエステルポリオール以外のイソシアネート反応性水素原子を有する化合物、例えば短鎖ポリエーテルポリオールまたは低分子量の増量剤もしくは架橋剤をさらに含むことがある。これらの添加は、反応混合物の流動性および発泡性製剤の乳化性を向上させるために働く。
ポリオール成分B)は、好ましくは、ポリオール成分中にイソシアネート反応性水素原子を有する化合物の全体的な量に基づいて5〜50重量%、特に7〜35重量%、より好ましくは12〜25重量%の量で難燃剤と混合されてよい。この種類の難燃剤は原則的に当業者に公知であり、例えば「Kunststoffhandbuch」、第7巻、「ポリウレタン」、6.1章に記載されている。これらは、例えば、臭素化され塩素化されたポリオールまたはリン化合物、例えばオルトリン酸およびメタリン酸のエステルであってよく、それは同様にハロゲンを含有してよい。室温の液体難燃剤が好んで選択される。
寸法的に安定したフォームマトリックスおよび望ましい見掛密度を実現するために必要な、十分な発泡剤および共発泡剤が使用される。割合は、例えば、全て100重量%のポリオール成分に基づいて、0〜6.0重量%の共発泡剤および1.0〜30.0重量%の発泡剤であってよい。共発泡剤と発泡剤の混合比は、要望のように、20:1〜0:100の範囲内であってよい。
使用される発泡剤は、炭化水素、例えばペンタンの異性体、またはヒドロフルオロ炭素、例えば、HFC245fa(1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン)、HFC365mfc(1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン)またはそれらのHFC227ea(ヘプタフルオロプロパン)との混合物である。様々なクラスの発泡剤を組み合わせることもできる。例えば、n−もしくはc−ペンタンとHFC245faとの75:25(n−/c−ペンタン:HFC245fa)の比の混合物は、20mW/mK未満の10℃で測定した熱伝導率を与える。
水は、共発泡剤として、好ましくはポリオール成分中にイソシアネート反応性水素原子を有する化合物の全体的な量に基づいて6重量%まで、より好ましくは0.5〜4重量%の量で使用される。
ポリオール成分は、ポリウレタン化学において慣習的な触媒と有利に混合される。硬質PUR/PIRフォームを製造するために必要なアミン触媒、さらに三量体形成触媒として使用される塩は、例えば、連続製造ラインが柔軟な外層を有する要素を、要素の厚さに応じて、60m/分までの速度で製造するような量で使用されるだけでなく、十分な硬化時間をもつスプレーフォームプロセスにおいて管、壁、屋根さらには槽の上で、さらに冷蔵庫の中で断熱性を生じることを可能にする。バッチ製造も可能である。
そのような触媒の例は、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、テトラメチレンジアミン、1−メチル−4−ジメチルアミノエチルピペラジン、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、N,N’,N’’−トリス−(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロトリアジン、ジメチルアミノプロピルホルムアミド、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、テトラメチルヘキサンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルジアミノエチルエーテル、ジメチルピペラジン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−アザビシクロ[3.3.0]オクタン、ビス(ジメチルアミノプロピル)−ウレア、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−シクロヘキシルモルホリン、2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、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、N−エチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、酢酸スズ(II)、スズ(II)オクトエート、スズ(II)エチルヘキソエート、ラウリン酸スズ(II)、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジオクチルスズジアセテート、トリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、水酸化テトラメチルアンモニウム、酢酸ナトリウム、オクタン酸ナトリウム、酢酸カリウム、オクタン酸カリウム、水酸化ナトリウムまたはそれらの混合物である。
フォーム安定剤を、ポリオール成分、特にポリエーテルシロキサンにさらに添加することができる。これらの化合物は、通常、ポリジメチルシロキサン部分がエチレンオキシドと酸化プロピレンの共重合体に結合している構成を有する。この種類の物質は、例えばSchill&Seilacher社よりStruksilon 8031として市販されている。また、シリコーンを含まない安定剤、例えばエアープロダクツ社のLK443製品を使用することも可能である。
本発明に従う反応系の1つの好ましい実施形態では、成分B)とA)の重量比は、100:150〜100:300、特に100:180〜100:250である。
本発明は、硬質PUR/PIRフォームを製造する方法をさらに提供し、その方法は、相互に混合され反応させられる本発明の反応系の前記成分A)およびB)さらに所望によりC)を含む。
本発明の硬質PUR/PIRフォームは、一般に当業者に公知の一段階法によって製造され、この際、反応成分を互いに連続的にまたはバッチ式で反応させ、その後、コンベヤーベルトへの移出の後に高圧または低圧プロセスで、あるいは適したモードで、手動でまたは機械的な補助を伴って硬化させる。例が、米国特許第2764565号、G.Oertel(編)「Kunststoff−Handbuch」、VII巻、Carl Hanser Verlag、第3版、Munich 1993,pp.267ff.,さらにK.Uhlig(編)「Polyurethan Taschenbuch」、Carl Hanser Verlag、第2版、Vienna 2001,pp.83−102に記載されている。
本発明は、本発明の反応系の前記成分A)およびB)さらに所望によりC)を混合し反応させることによって得られる硬質フォームをさらに提供する。
この種類の硬質フォームは、様々な応用分野で、特に断熱材として使用することができる。土木工学の分野からの例は、壁断熱、管シェルおよび/またはハーフシェル、屋根断熱、壁要素および床パネルである。特に、硬質フォームは、柔軟もしくは非柔軟な外層を有する断熱板または複合要素の形態であってよく、25〜65kg/m、特に30〜45kg/mの密度を有してよい。もう一つの実施形態では、硬質フォームは、スラブストックフォームの形態であってよく、25〜300kg/m、特に30〜80kg/mの密度を有してよい。
本発明はまた、本発明の硬質PUR/PIRフォームを含有する積層体を提供する。これらの積層体は、本発明の硬質PUR/PIRフォームから成るコア、およびそれに堅く結合した外層を有する。外層は柔軟であっても硬質であってもよい。例は、紙型外層、不織布型外層、金属型外層(例、鋼、アルミニウム)および複合体型外層である。この種類の積層体の製造は原則的に当業者に公知であり、例えばG.Oertel(編)「Kunststoff−Handbuch」、VII巻、Carl Hanser Verlag、第3版、Munich 1993,pp.272−277に記載されている。それは好ましくは二重コンベヤーベルトプロセスの形態をとり、この際、本発明の積層体は60m/分までのベルト速度で容易に得ることができる。
本発明に従う硬質PUR/PIRフォームの特別な利点は、長鎖ポリエーテルポリオールを単にポリオール製剤と混合したポリエステルポリオールに基づく系と比較して、それらの改善された燃焼挙動である。後に続く実施例は、この実験的検証を提供する。
用いた原料および方法;
(PET)L 2830:Desmophen(登録商標)L 2830、バイエルマテリアルサイエンスAG社。
28のOH価、4000Daのモル質量、約90モル%の第一級OH末端基および25℃での粘度860mPasを有する脂肪族ポリエーテルポリオール
TCPP トリスクロロイソプロピルホスフェート(Levagard PP(登録商標)、ランクセスAG社)、
DMCHA ジメチルシクロヘキシルアミン(Rheinchemie社)、
8033 Schill&Seilacher社製Struksilon 8033
1792 Desmorapid(登録商標)1792、バイエルマテリアルサイエンスAG社。
ジエチレングリコールおよび酢酸カリウムを含む調製。三量化触媒。
44V40L NCO含量30〜32重量%のバイエルマテリアルサイエンスAG社製Desmodur 44V40L
グルタル酸、工業グレード コハク酸、グルタル酸およびアジピン酸の混合物(ランクセス社)
フタル酸無水物 (My−ChemGmbH社)
イソフタル酸 (アルドリッチ社)
エチレングリコール (イネオス社)
n−ペンタン (Kraemer&Martin GmbH社)
塩化スズ(II)二水和物 (アルドリッチ社)
分析は以下の通り実行した:
動的粘度:25、100、200および500s−1の剪断速度でCP50−1コーン(直径50mm、角度1°)を備えた、DIN 53019に従うアントンパール社製レオメータMCR 51。本発明に従う、および本発明に従わないポリエステルポリオールは、粘度値から独立した剪断速度を示す。
ヒドロキシル価:DIN 53240基準(1971年12月)に従う
酸価:DIN EN ISO 2114基準(2002年6月)に従う
見掛密度は、DIN EN ISO 3386−1−98に従って求めた。
防火性は、DIN 4102に従って求めた。
[実施例]
実施例A−1Cに従う比較例のためのポリエステルポリオールの調製:
機械撹拌機、50cmビグリューカラム、温度計、窒素入口とさらにカラムヘッド、蒸留ブリッジおよび真空膜ポンプを装備した、4リットルの四つ口フラスコに、最初に1820g(13.59モル)の工業グレードのグルタル酸および1168g(18.82モル)のエチレングリコールを装入し、この初期装入を60分の間に窒素ブランケット下で200℃に加熱し、その間、反応の水を留去した。4時間後、50mgの二塩化スズ二水和物(最終産物に基づいて20ppmに相当)を混合し、2時間の間に160mbarまで圧力を徐々に低下させることによって反応を継続した。反応をこれらの条件下で一晩継続させた、そして20時間の全反応時間の後、OH価および酸価はそれぞれ197mg KOH/gおよび2.4mg KOH/gであることが分かった。移出したエチレングリコールを補充し、気圧下160℃でさらに6時間撹拌した。
ポリエステルA−1Cの分析:
ヒドロキシル価:215.8mg KOH/g
酸価:1.3mg KOH/g
粘度:1510mPas(25℃)
280mPas(50C)
95mPas(75℃)
実施例A−5に従う本発明のポリエステルポリオールの調製:
機械撹拌機、50cmビグリューカラム、温度計、窒素入口とさらにカラムヘッド、蒸留ブリッジおよび真空膜ポンプを装備した、4リットルの四つ口フラスコに、最初に1674g(12.5モル)の工業グレードのグルタル酸、192g(0.048モル)のPET L2830および1084g(17.46モル)のエチレングリコールを装入し、この初期装入を60分の間に窒素ブランケット下で200℃に加熱し、その間、反応の水を留去した。4時間後、50mgの二塩化スズ二水和物(最終産物に基づいて20ppmに相当)を混合し、2時間の間に170mbarまで圧力を徐々に低下させることによって反応を継続した。反応をこれらの条件下で一晩継続させた、そして22時間の全反応時間の後、OH価および酸価はそれぞれ195.3mg KOH/gおよび0.8mg KOH/gであることが分かった。
ポリエステルA−5の分析:
ヒドロキシル価: 195.3mg KOH/g
酸価:0.8mg KOH/g
粘度:2210mPas(25℃)
415mPas(50C)
145mPas(75℃)
相安定性の決定:
73g量の上記ポリエステルポリオールA−1Cを、12部のPET L2830と80℃で撹拌することにより混合し、室温で24時間貯蔵した。2つの相が生じ、より小さい上側の相は、混合したPET L2830を含んでいた。この混合物は従って相安定性ではなかった。
73g量の上記ポリエステルポリオールA−1Cを、6部のPET L2830と80℃で撹拌することにより混合し、室温で24時間貯蔵した。2つの相が生じ、より小さい上側の相は、混合したPET L2830を含んでいた。従ってこの混合物は同様に相安定性ではなかった。
本発明のポリエステルポリオールA−5は、PET L2830がポリマー鎖に統合されているので相安定性ポリエステルポリオールである。
表1: 本発明でないポリエステルポリオールの調製(比較)
Figure 2016516117
Figure 2016516117
表1に関する説明:
エステル中の芳香族留分は、使用される無水フタル酸またはイソフタル酸の量を得られるエステルの量で除算することによってエステル配合表から計算される。例えば、実施例A−3C中の芳香族留分は、使用される387gの無水フタル酸を得られる2500gのエステルで除算し、100を乗じることなどによって計算される。
73部のポリエステル対6または12部のPET L2830の混合比での相安定性の決定により、ポリエステル中の芳香族化合物の留分が低いと(A−1Cの場合は0重量%、A−2Cの場合は7.9重量%)、不都合に混和性がないことが示される。A3−Cの場合、明らかに、さらに増加した芳香族留分(15.5重量%)の結果として、混和性がある。しかし、表3に示されるように、そのような製剤は、必要な防火等級B2を達成しない(表3のB−6C参照)。
表2: 本発明のポリエステルポリオールの調製:
Figure 2016516117
表2に関する説明:
エステル中の芳香族留分は、表1に記載されるエステル配合表から計算される。エステル中のL2830の留分は、同様の方法で求められる。
表2に記載の本発明のポリエステルポリオールは長鎖L2830を不可欠な構成物質として既に含有しているので、相安定性はポリエーテルをさらに混合することなく決定された。例として、実施例A−5およびA−6は、たとえ比較例A−1C(表1参照)でのように全体として実質的に同じ組成が存在するとしても、単相性(monophasicness)を明示する。実施例A−7〜A−10は、単相性に関して目に見える改善を何ら示さない、それはこれらの例がたとえエステル交換されなくとも単なる混合物として既に相安定性であったためである。しかし、本明細書下文に示される防火試験は、本発明のポリエステルポリオールA−5〜A−10が、燃焼挙動の点で単なる混合物A−1C〜A−4Cよりも優れていることを実証する。
硬質PUR/PIRフォームの製造:
上で特定されたポリオール成分を用いて硬質PUR/PIRフォームを製造した。この目的のため、特定のポリオール成分を難燃剤、ポリエーテルシロキサンに基づくフォーム安定剤、触媒、水および発泡剤としてのn−ペンタンと混合し、このようにして得た混合物をポリイソシアネート(MDI異性体とその高次同族体の混合物、NCO含量31重量%、Desmodur(登録商標)44V40L、バイエルマテリアルサイエンスAG社)と混合し、この混合物を紙製の型(30×30×10cm3)に注入し、その中で完全に反応させた。配合表および得られた試験片での物理的な測定の結果を表3に報告する。
フォームと外層との間の付着性を、紙型の外層上で、特定の時間間隔で手作業で、そして本発明に従って得た新鮮な硬質イソシアヌレート含有PUR/PIRフォーム上で調査した。結果に質的評価を割り当てた。この際「優」は、紙を苦労してやっと剥がすことができることを意味するものと理解され、「良」は、紙を最小の労力で剥がすことができることを意味するものと理解され、「可」は、紙を剥がすことが容易であることを意味するものと理解され、「不可」は、紙が一部分だけフォームに付着していることを意味するものと理解され、「不可でさえない」は、紙がフォームに付着していないことを意味するものと理解される。脆性は、親指を用いてフォームの中心および端部領域を押さえつけることによって質的に求めた。見掛密度は、10×10×10cm3の立体で重量を測定することによって求めた。ラムダ値は、DIN 52616熱流束法を用いて10℃中点値温度で求めた(Fox instrument)。防火性は、DIN 4102に従って求めた。
表3:無水フタル酸を含む、本発明および本発明でない(比較)硬質PUR/PIRフォームの製造および性質
Figure 2016516117
表3に関する説明:
ポリオール側の芳香族化合物の留分は、表1および2に関して上に説明されるように、エステル中の芳香族留分、さらにフォーム配合表のポリオール側のポリエステルの留分から計算される。例えば、117.8部の本発明のフォームB−8は、79部のエステルA−10を含有する。そのため、B−8のポリオール側は、79/117.8*20.9=14.0重量%の芳香族化合物を含有する。L2830の留分は同様の方法で求めたが、本発明を明らかにするために、L2830がエステルに組み込まれたか、または/かつ、遊離形態でフォーム配合表に混合されたかどうかに関して区別をつけた。両方とも、例えばフォームB−8の場合である。
防火等級は、いずれの場合でも火炎高さの4つの個々の測定値によって求めた。150mmよりも低い個々の値を得た場合、追記なしでこの値を表3に記す。個々の値が値150mm以上である場合、述べられた火炎高さに達してからの時間を秒で括弧内に記す。防火等級B2を達成するためには、4つ全ての個々の値が150mmよりも低くなければならない。
表3に報告された性質に加えて、コアの見掛密度を全てのサンプルについて求め(これは本明細書下文の表にも当てはまる)、それが29.6〜33kg/mの間であることが分かった。
ファイバー時間として測定される配合表反応性は、全ての配合表について非常に類似し、31〜40秒の範囲であった。
得られた全てのフォームは、独立気泡であり、微細な気泡質であり、寸法的に安定し、紙型外層への良好な付着性を有した。
B−1Cは、ポリエステルが芳香族留分を含まず、L2830がポリオール側に5.1重量%の留分で存在する例を表す。このフォームは、単に防火等級B3を達成するに過ぎない。しかし、実質的に同じ量のL2830(試験B−2)または増加した量(試験B−3)が既にエステルに組み込まれていて、その他の点では変わりのない配合表は、著しく低下した火炎高さを達成し、両方の場合でB2防火等級を達成する。
結果は、4.9重量%の芳香族化合物をポリオール側に各々含有する配合表の場合でも同様である:L2830を単に混合したB−4C、は、火炎高さおよび防火等級の点で、これらの条件下でさえ防火等級B2を達成する本発明のB−5よりも明確に悪い。
B−6Cは、より高い芳香族留分(9.7重量%)でさえもこの効果が生じることを示す。L2830のポリエステル成分への組み込みだけが、火炎高さの明らかな低下を引き起こすが、B−7において同じ量のL2830がさらにポリオール側でも混合された。
表4:無水フタル酸を含む、本発明でない(比較)硬質PUR-PIRフォームの製造および性質
Figure 2016516117
表4は、組み込まれていないL2830の量の増加が、4.9重量%および9.6重量%の芳香族留分について防火等級B2の達成をもたらさないことを示す。このことは、B−9CとB−5およびB−6C、かつ/またはB−10CとB−7を比較することで明らかになる。
表5:イソフタル酸を含む、本発明および本発明でない(比較)硬質PUR/PIRフォームの製造および性質
Figure 2016516117
表5は、5.5重量%の芳香族化合物を含むポリオール側に対して5.1および10.2重量%の割合でL2830を混合することが、防火等級B2を達成するのに十分でないことを示す(B−11CおよびB−13C)。
それでも、防火等級B2は、5.1重量%のL2830の組み込みによって達成される。

Claims (15)

  1. エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール由来の構造単位を含むポリエステルポリオールであって、
    前記ポリエステルポリオールが、1500〜8000Daの数平均モル質量を有する少なくとも1つの長鎖ポリエーテルポリオールに由来する構造単位をさらに含むことを特徴とする、ポリエステルポリオール。
  2. 前記ポリエステルポリオールのヒドロキシル価が150〜300mg KOH/g、好ましくは165〜260mg KOH/gであることを特徴とする、請求項1に記載のポリエステルポリオール。
  3. 前記ポリエステルポリオールのOH官能価が1.8〜3、好ましくは1.9〜2.5、より好ましくは1.95〜2.3であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリエステルポリオール。
  4. 前記ポリエステルポリオールが、50〜100モル%の第一級ヒドロキシル末端基を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリエステルポリオール。
  5. 前記長鎖ポリエーテルポリオールの数平均モル質量が、1500〜7000Da、特に2000〜6000Da、好ましくは3500〜6000Daであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリエステルポリオール。
  6. 前記ポリエステルポリオールが、少なくとも二官能性の有機酸に由来し、特に、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはその組合せ、特にグルタル酸、コハク酸、アジピン酸、フタル酸から選択される構造単位を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリエステルポリオール。
  7. 芳香族留分が0〜50重量%であり、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸および/またはフタル酸の混合物が特にエチレングリコールと同様に使用されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリエステルポリオール。
  8. 前記長鎖ポリエーテルポリオール由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、1〜50重量%、特に2〜30重量%、好ましくは3〜20重量%であり、かつ/または
    エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、10〜70重量%、特に25〜60重量%、好ましくは35〜58重量%であり、かつ/または
    前記少なくとも二官能性の有機酸由来のポリエステルポリオール構造単位の割合が、30〜80重量%、特に40〜75重量%、好ましくは50〜70重量%であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリエステルポリオール。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリエステルポリオールを調製する方法であって、前記方法が、必要に応じて少なくとも1つの触媒の存在下で、少なくとも二官能性の有機酸と、エチレングリコールおよび/またはジエチレングリコール、好ましくはエチレングリコールとを反応させること、ならびに少なくとも1つの長鎖ポリエーテルポリオールの数平均モル質量が1500〜8000Daであることを含む、方法。
  10. 硬質PUR/PIRフォームを製造するための2成分反応系の1相ポリオール成分に請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリエステルポリオールを使用する方法であって、前記1相ポリオール成分が難燃剤を特に含まない、方法。
  11. 硬質PUR/PIRフォームを製造するための反応系であって、以下の成分:
    A)有機ポリイソシアネート成分、
    B)ポリオール成分、
    C)所望により、補助および添加物質材料さらに発泡剤および共発泡剤、
    を含み、
    前記有機ポリイソシアネート成分A)および前記ポリオール成分B)が、100〜500、特に180〜450の指数を生じるような互いに対する混合比で使用され、
    前記ポリオール成分B)が、請求項1〜8のいずれか一項に記載の少なくとも1つのポリエステルポリオールを含むことを特徴とする、反応系。
  12. 前記成分B)とA)との重量比が、100:150〜100:300、特に100:180〜100:250であることを特徴とする、請求項11に記載の反応系。
  13. 硬質PUR/PIRフォームを製造する方法であって、請求項11または12に記載の反応系の前記成分A)およびB)さらに所望によりC)を、相互に混合し反応させる、方法。
  14. 請求項11または12に記載の反応系の前記成分A)およびB)さらに所望によりC)を混合し反応させることによって得られる硬質フォーム。
  15. 前記硬質フォームが、柔軟もしくは非柔軟な外層を有する断熱板または複合要素の形態であり、25〜65kg/m、特に30〜45kg/mの密度を有すること、あるいは、前記硬質フォームが、スラブストックフォームの形態であり、25〜300kg/m、特に30〜80kg/mの密度を有することを特徴とする、請求項14に記載の硬質フォーム。
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