JP2020012113A - 安定剤を使用したポリイソシアネート重付加ポリオールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】可撓性ポリウレタンフォームの生成に有用な、ポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を作製するための方法を提供する。【解決手段】最大80のヒドロキシル当量及び1分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、ポリイソシアネート重付加(PIPA)ポリオールではなく、かつケイ素化合物ではない安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、ベースポリエーテルポリオールと、安定剤と、水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下で、低当量ポリオールをポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を形成する方法。【選択図】なし

Description

本発明は、可撓性ポリウレタンフォームの生成に有用な、ポリオール中にポリイソシア
ネート重付加粒子の分散系を作製するための方法に関する。
種々の種類の「ポリマーポリオール」が、可撓性ポリウレタンフォーム及び他のポリウ
レタン生成物を製造するための原料として幅広く使用されている。これらは、別のポリマ
ーが微小粒子の形態で分散した複数のヒドロキシル基(すなわち、「ベースポリオール」
)を有する1つ以上の化合物からなる連続相を有する。ポリマーポリオールがポリウレタ
ンフォームを作製するために使用される場合、分散したポリマー粒子は、連続気泡を形成
し、フォームの耐荷重性を増加させるのに役立つ。
いくつかの異なるポリマーポリオールが工業的に生産されている。1つの種類は、ベー
スポリオールの存在下で低当量ポリオールとポリイソシアネートとの反応によって作製さ
れる「ポリイソシアネート重付加」ポリオール、または「PIPA」ポリオールとして知
られている。分散ポリマー相は、ポリウレタンまたはポリウレタン−ウレアポリマーであ
る。
全てのポリマーポリオール生成物の重要な属性は、経時的な分散系の安定性である。分
散ポリマー相は、液相から分離する強い傾向を有する。したがって、何らかの安定化の手
段が必要である。
グラフト法は、分散系を安定化するために非常に一般的に使用されている。グラフト化
は、分散相粒子をベースポリオール分子に結合させ、粒子を懸濁状態に維持するのに役立
つ。分散相を形成するこの反応は原位置で行われるが、反応物はベースポリオール中に分
散または溶解される。ベースポリオールは、イソシアネート基に反応性のヒドロキシル基
を有するため、ベースポリオールは、イソシアネート基との反応について低当量ポリオー
ルとある程度競合することができる。ベースポリオールとポリイソシアネートとの反応は
、いくらかのグラフト化をもたらし得る。
しかしながら、低当量ポリオールとポリイソシアネートとの反応が優勢となるというこ
とが重要である。さもなければ、ベースポリオールとポリイソシアネートとの反応は、分
散ポリマー相をほとんど含有しない高粘性生成物を形成する。したがって、有用な生成物
を生成するためには、分散相を形成する反応とグラフト反応とのバランスを慎重に取る必
要がある。これは、主としてベースポリオール及び低当量ポリオールの選択によって達成
される。低当量ポリオールは、イソシアネート基に対してベースポリオールよりもさらに
反応性が高くなければならない。
その一方で、ベースポリオールの反応が遅過ぎると、不十分なグラフト化が起こり、P
IPAポリマー粒子がベースポリオール中で不安定になる。これは、ベースポリオールが
主に二級ヒドロキシル基を含有する場合である。二級ヒドロキシル基は、必要とされるグ
ラフト化をもたらすにはPIPA製造プロセスにおけるイソシアネート基との反応が遅す
ぎる。
この理由から、現在市販されているPIPAポリオールは、主に一級ヒドロキシル基で
終端されたベースポリオールを使用して作製されている。
これは、生成することができるPIPAポリオール生成物の種類、及びこれらのPIP
Aポリオールを使用することができる用途に対する非常に大きな制約である。商業的に群
を抜いて最も重要なポリウレタン製造プロセスは、従来の可撓性スラブストックフォーム
である。従来のポリウレタンフォームは、主に二級ヒドロキシル基を含有するポリオール
の使用に基づいている。これらの二級ヒドロキシル基のより遅い反応性(一級ヒドロキシ
ルと比較して)は、大量の可撓性スラブストックフォームの製造に必要とされる反応性プ
ロファイルに良好に適合する。主に一級ヒドロキシル基を有するポリオールは、この用途
には滅多に使用されないが、それは、これらのポリオールは反応性が高過ぎるため、また
、それらの性能が、配合物中のスズ触媒のレベルの影響を極端に受けるためである。多く
の市販のスラブストック発泡ラインは、一級ヒドロキシルで終端されたポリエーテルが使
用される場合に必要とされる非常に狭い範囲内にスズ触媒のレベルを維持することができ
ない。
主に二級ヒドロキシルで終端されたベースポリオールを使用してPIPAポリオールを
製造する際の困難性のために、PIPAポリオールは、この非常に広い市場から効率的に
排除される。したがって、現在市販されているPIPAポリオールは、主として、PIP
Aポリオールのより高い反応性に耐え得るプロセスにおいて作製される高い弾力性フォー
ムを作製するために使用される。
従来のスラブストックフォームのために設計されたポリオールを使用してPIPA分散
系を作製することに関する別の問題は、ポリオールの分子量が他のフォーム用途に使用さ
れるものよりも低い傾向があるということである。ポリオールの粘性は、それに応じてよ
り低い。低粘性は、処理上の理由から、分散系の望ましい属性ではあるが、ポリオールの
粘性が非常に低い場合、安定した分散系を形成することがより困難であることが多い。従
来のスラブストック配合物のために設計されたポリオールは、2000〜4000の分子
量を有する公称トリオールである傾向があり、それらの低粘性に起因して、成形または高
弾力性スラブストックフォームを作製する際に一般的に使用される分子量のより高いポリ
オールよりも、懸濁された粒子を物理的に安定化する傾向が低い。このことは、二級ヒド
ロキシルの存在に加えて、PIPA粒子の安定化をさらに複雑化する。
主に二級ヒドロキシルで終端されたベースポリオールを使用して安定なPIPAポリオ
ールを作製しようとするある程度の試みがなされてきたが、どれも商業的に実行可能なア
プローチをもたらしていない。
米国特許第4,305,857号は、配合物に大量の水が添加される、PIPAポリオ
ールを作製するための方法について記載している。分散系の粒径分布及び最終粘性を制御
するために、水と併せて乳化物質を使用することができる(10段目の63〜65行目、
及び12段目の18〜21行目を参照)。大量の水を使用する必要性は、いくつかの重大
な問題の原因となる。過剰な水のほとんどが生成物から除去されなければならず、エネル
ギー及び設備コストに非常に大きな増加を引き起こす。非常に低いレベルまで水を除去す
ることは困難であり、このことは、生成物の品質及びバッチごとの一貫性に関する非常に
重大な問題を呈する。米国特許第4,305,857号に記載される乳化物質は、主とし
て、非常に親水性が高いポリ(エチレンオキシド)に基づいている。PIPAポリオール
中のこれらの乳化剤の存在は、PIPAポリオールから作製されるフォームを容認できな
いほど親水性にする可能性があり、フォーム特性に関する問題をもたらし得る。
他の安定剤がPIPAポリオールのプロセスに使用されてきた。これらの他の安定剤は
、以前に形成されたPIPAポリオール(例えば、国際公開第94/20558号、国際
公開第2012/154820号)、及びケイ素化合物または他の種類の界面活性剤を含
む。しかしながら、これらの特許出願に記載されるPIPAポリオール生成物は、高レベ
ルの一級ヒドロキシルを含有する反応性の担体ポリオールの仕様に基づいている。これら
のアプローチは、特に、ベースポリオールが主に二級ヒドロキシル基で終端する場合、効
果的であるとは認められていない。
米国特許第4,518,778号では、アルカノールアミン自体ではなく、アルカノー
ルアミンのアルキレンオキシド付加物からPIPA粒子を作製することによって不安定性
の問題に対応している。米国特許第4,518,778号の例が示すように、二級ヒドロ
キシルで終端されたベースポリオール中に作製されるPIPAポリオールは、出発材料と
してトリエタノールアミンが使用される場合、不安定である。米国特許第4,518,7
78号に記載されるアプローチは、特殊な出発材料を必要とし、したがってコストを増加
させる。さらに、それは、少なくとも、主に二級ヒドロキシル基で終端するベースポリオ
ールに関連しては、商業的に実現可能なプロセスをもたらしていない。
米国特許第4,374,209号は、二級ヒドロキシルに基づく担体ポリオール及びジ
エタノールアミンに基づく例を含んでいるが、最終生成物の粘性及び粒径分布に関する記
載は見られない。欧州特許第776,922号も、ベースポリオールが主に二級ヒドロキ
シル基を含有し、トリエタノールアミンがポリウレタン粒子を作製するための反応物とし
て使用される分散系の例を含んでいるが、粒径または分散系の安定性の情報は提供してい
ない。これらのアプローチによって、ベースポリオールが主に二級ヒドロキシル基を有す
るPIPAポリオールの商業生産の成功はもたらされていない。国際公開第2014/0
37558号も、ベースポリオールが90%の二級ヒドロキシル基を含有するPIPA分
散系の例を含んでいるが、欧州特許第776,922号と同様に、粒径または分散系の安
定性の情報は提供していない。
米国特許第5,068,280号は、主に一級ヒドロキシル基を有するベースポリオー
ル中でシードPIPA分散系が作製され、次いで、シードPIPA分散系が第2のPIP
A分散系を作製するために使用される方法について記載している。第2のPIPA分散系
中のベースポリオールは、主に二級ヒドロキシル基で終端されている。この方法は、二峰
性粒径を有する分散系を生成するために、構成成分の予熱、ポリイソシアネートの低速添
加、及び長期反応時間を必要とする。この方法はまた、かなりの量の一級ヒドロキシル基
を最終生成物に導入し、生成物を従来のスラブストックフォームの製造には不適当にする
様式でその反応性に影響を及ぼし得る。
PIPAポリオール、特に、ベースポリオールが主として二級ヒドロキシル基を有する
PIPAポリオールを作製するための、効果的かつ費用効率の高いプロセスが望ましい。
このプロセスは、分散したPIPA粒子が小さく(したがって、沈殿しにくい)、安定性
の高いPIPAポリオールの生成を可能にするはずである。また、このプロセスは、PI
PAポリオールからのポリウレタンの加工、またはPIPAポリオールから作製されるポ
リウレタン(特に、可撓性ポリウレタンフォーム)の特性に著しい悪影響を及ぼす成分を
含むべきではない。
本発明は、一態様において、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分
散系を調製するための方法であって、最大80のヒドロキシル当量及び1分子当たり2〜
6個のヒドロキシル基を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合
物と、ポリイソシアネート重付加(PIPA)ポリオールではなく、かつケイ素化合物で
はない安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリ
オールとの撹拌混合物を形成することと、ベースポリエーテルポリオールと、安定剤と、
水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複
数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下で、低当量ポリオールをポリ
イソシアネート化合物(複数可)と反応させて、ベースポリオール中にポリイソシアネー
ト重付加粒子の分散系を形成することとを含む、方法である。
出願者は、安定剤の存在下、かつ多くても少量の水の存在下におけるPIPAポリオー
ルの形成を包含することにより、低粘性、小さい粒径、及び優れた安定性を有する安定性
の高いPIPAポリオールを容易にかつ安価に生成できるということを予想外に発見した
。安定な低粘性の生成物を得るために水は必要ない。非常に意外なことに、PIPA分散
系は、たとえベースポリオールが主に二級ヒドロキシル基を有する場合でも非常に安定で
ある。他の市販のPIPAポリオール生成物とは異なり、ベースポリオールが主に二級ヒ
ドロキシル基を有するこのプロセスの生成物は、スラブストック可撓性フォームの生成と
同様に、ポリウレタン形成プロセスにおける使用に適している。PIPAポリオールは、
望ましい特性を有するポリウレタンを形成するために加工しやすい。PIPAポリオール
は、例えば、従来のスラブストックプロセスにおいて可撓性ポリウレタンフォームを作製
する際に有用である。
本発明は、別の態様において、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の
分散系を調製するための方法であって、最大80のヒドロキシル当量を有する低当量ポリ
オールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、安定剤と、少なくとも200のヒド
ロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、
ベースポリエーテルポリオール及び安定剤の存在下で低当量ポリオールをポリイソシアネ
ート化合物(複数可)と反応させて、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒
子の分散系を形成することと、を含み、安定剤は、200〜8000の分子量を有する少
なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または分
岐状のポリエーテル化合物を含み、官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合
物は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によってポリエーテル
に結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のヒドロキシル基で終端され、
さらに、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは
一部は、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を
含有する、方法である。
第3の態様において、本発明は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つの
ポリエーテルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエー
テル化合物を含む安定剤であって、官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合
物は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によってポリエーテル
に結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のヒドロキシル基で終端され、
そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、
1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する
、安定剤である。
第4の態様において、本発明は、安定剤を調製するための方法であって、1分子当たり
2〜6個のイソシアネート基及び最大250のイソシアネート当量を有する出発ポリイソ
シアネート化合物を、700〜6000の分子量を有するポリエーテルモノールと、イソ
シアネート三量化触媒の存在下、10:90〜90:10の重量比で反応させて、1つ以
上のイソシアヌレート化合物を含有する生成物混合物を形成することを含む、方法であり
、イソシアヌレート化合物は、分子量1000〜3000の分子量を有し、かつ少なくと
も1重量%のイソシアネート含有量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを
含有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを含有する。
本発明において使用される安定剤は、以前に形成されたPIPAポリオールでもなく、
またケイ素化合物でもないことを特徴とする。
有用な種類の安定剤は、ポリエーテルと出発ポリイソシアネートの反応生成物に基づく
官能価ポリエーテルである。官能化ポリエーテルは、いくつかの実施形態において、一方
の末端(一方の末端のみ)が、1つ以上のイソシアネート基で終端されている。そのため
、そのような実施形態の官能化ポリエーテルは、一方の末端が1つ以上のイソシアネート
基でキャッピングされた200〜8000分子量のポリエーテルセグメントを含有する。
そのような官能化ポリエーテルは、構造I
Figure 2020012113
によって表すことができ、式中、Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリイソシ
アネートからイソシアネート基を除去した後の残基を表し、xは、典型的には2〜6の数
である出発ポリイソシアネート上のイソシアネート基の数を表し、PEは、200〜80
00の分子量を有するポリエーテル鎖を表し、Xは、−O―または−NH‐である。構造
IのPE基は、好ましくは、ヒドロキシル、一級アミノ及び二級アミノ基を欠いている。
構造Iに示される官能化ポリエーテルは、出発ポリイソシアネートと単官能ポリエーテ
ルとの反応において調製することができる。単官能ポリエーテルは、200〜8000の
分子量を有し、1分子当たり1個のイソシアネート反応基を含有する。イソシアネート反
応基は、例えば、ヒドロキシル基、一級もしくは二級アミノ基、チオール基、またはエポ
キシ基であってもよい。ポリエーテルは、好ましくはポリエーテルモノールまたはポリエ
ーテルモノアミンである。単官能ポリエーテルは、好ましくは400〜6000、より好
ましくは600〜4000、さらにより好ましくは700〜3000、またいくつかの実
施形態において1000〜3000の分子量を有する。ポリエーテルモノールが好ましい
。ポリエーテルは、直鎖状または分岐状であってもよいが、直鎖状ポリエーテルが好まし
い。
単官能ポリエーテルは、好ましくは、例えば、エチレンオキシド、1,2−プロピレン
オキシド、1,3−プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、テトラヒドロフラ
ン等の1つ以上の環状エーテルのポリマーである。単官能ポリエーテルは、エチレンオキ
シドのポリマーであり、重合エチレンオキシドは、好ましくは、ポリエーテルの重量の5
0重量%未満を構成する。モノマーの選択は、単官能ポリエーテルから生成された安定剤
が、PIPAポリオールを作製するために使用されるベースポリオールに溶解するように
一般的に行われる。単官能ポリエーテルは、最も好ましくは、プロピレンオキシドのホモ
ポリマーであるか、または1,2−プロピレンオキシド及びエチレンオキシドのコポリマ
ーである。プロピレンオキシド及びエチレンオキシドのコポリマーは、例えば、50.5
〜99.5重量%の重合プロピレンオキシド単位、及びそれに応じて49.5〜0.5重
量%のエチレンオキシド単位(任意の開始剤化合物の重量は無視する)を含有し得る。好
ましいコポリマーは、60〜99.5重量%の重合プロピレンオキシド単位、及びそれに
応じて40〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する。より好ましいコポリ
マーは、75〜99.5重量%の重合プロピレンオキシド単位、及びそれに応じて25〜
0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する。さらにより好ましいコポリマーは
、85〜99.5重量%の重合プロピレンオキシド単位、及びそれに応じて15〜0.5
重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する。
単官能ポリエーテルは、単官能開始剤化合物の存在下で環状エーテルを重合することに
よって調製することができる。開始剤化合物は、好ましくは、メタノール、エタノール、
1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノール、フェノール
、ベンジルアルコール等のアルコールである。重合は、通常、触媒されるが、有用な触媒
の中には、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の化合物がある。有用なアルカリ金属及び
アルカリ土類化合物は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化カ
ルシウム等のアルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類水酸化物と、いわゆる複合金属シ
アン化物(DMC)触媒とを含む。重合は、モノールを形成する。モノールは、還元的ア
ミノ化、ジイソシアネートによるキャッピング、次いで、残りのイソシアネート基を加水
分解してアミノ基を形成することにより、または他の方法によってモノアミンに変換する
ことができる。エポキシ基は、ジエポキシド化合物でキャッピングすることによって導入
することができる。
また、環状エーテルを多官能開始剤に重合してポリオールを生成し、次いで、1つを除
く全てのアルコール基をキャッピングすることによって、出発ポリエーテルモノールを生
成することも可能である。キャッピングは、例えば、モノイソシアネート、カルボン酸、
またはカルボン酸アルキル(好ましくはメチル)エステルとの反応によって行うことがで
きる。
ポリエーテルがアルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物の存在下で重合される場合
、生成物中に触媒残渣が残り得る。そのような場合、これらの残渣は、後に安定剤が作製
された時にイソシアネート三量化触媒として機能することができる。代替として、これら
の残渣は、周知の方法を用いて除去することもできる。
官能化ポリエーテルを作製するために使用されるポリイソシアネート化合物は、好まし
くは最大300、より好ましくは最大250、さらにより好ましくは最大175、またい
くつかの実施形態において50〜175のイソシアネート当量を有する。官能化ポリエー
テルを作製するための有用なポリイソシアネートの例として、m−フェニレンジイソシア
ネート、トルエン−2,4−ジイソシアネート、トルエン−2,6−ジイソシアネート、
ヘキサメチレン−1,6−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、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサヒドロトルエンジイソシアネー
ト、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、1,3−及び/または1,4−ビス(イソ
シアナトメチル)シクロヘキサン(シス及び/またはトランスアイソマーを含む)メトキ
シフェニル−2,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネー
ト、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、水素化ジフェニルメタン−4,4
’−ジイソシアネート、水素化ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、4,4
’−ビフェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニルジイ
ソシアネート、3,3’−ジメチル−4−4’−ビフェニルジイソシアネート、3,3’
−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェ
ニルメタントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(PMDI)
、トルエン−2,4,6−トリイソシアネート、ならびに4,4’−ジメチルジフェニル
メタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネートが挙げられる。好ましくは、ポリイ
ソシアネートは、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−
2,4’−ジイソシアネート、PMDI、トルエン−2,4−ジイソシアネート、トルエ
ン−2,6−ジイソシアネート、またはそれらの混合物である。ジフェニルメタン−4,
4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、及びそれら
の混合物は、一般的にMDIと称され、全てが使用され得る。トルエン−2,4−ジイソ
シアネート、トルエン−2,6−ジイソシアネート、及びそれらの混合物は、一般的にT
DIと称され、全てが使用され得る。
単官能ポリエーテルの官能基を消費するために十分なポリイソシアネートが使用される
。その量を超える過剰量が使用されてもよく、その場合、生成物は、構造Iの官能化ポリ
エーテルと未反応出発ポリイソシアネートとの混合物を含む。いくつかの実施形態におい
て、ポリイソシアネート対単官能ポリエーテルの重量比は、例えば、10:90〜90:
10であってもよいが、但し、単官能ポリエーテル1モル当たり少なくとも1モルのポリ
イソシアネートが使用されるものとする。好ましい重量比は、少なくとも15:85もし
くは少なくとも20:80、最大75:25、最大60:40、または最大50:50で
ある。
構造Iによるイソシアネートで終端された官能化ポリエーテルは、それ自体が、安定な
PIPA分散系を生成するための効果的な安定剤である。後により詳細に記載するように
、官能化ポリエーテルの一部が1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、また
はアロフォネート基を含有するように修飾された場合、特に良好な分散安定性が得られる
。非常に意外なことに、PIPA分散系は、たとえベースポリオールが主に二級ヒドロキ
シル基を有する場合でも非常に安定である。他の市販のPIPAポリオール生成物とは異
なり、このプロセスのそのような実施形態の生成物は、主に二級ヒドロキシル基を有する
という理由から、スラブストック可撓性フォームの生成と同様に、ポリウレタン形成プロ
セスにおける使用に適している。PIPAポリオールは、例えば、スラブストックプロセ
スにおいて可撓性ポリウレタンフォームを作製する際に有用である。
ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネート含有種は、構造Iによる官能化プレ
ポリマー分子と、水、及び別のプレポリマー分子または未反応出発ポリイソシアネート化
合物の分子のいずれかとの反応によって形成することができる。これは、1つ以上のビウ
レット、ウレア、及び/またはアロフォネート結合と、単官能ポリエーテルの分子量に対
応する分子量を有する少なくとも1つの(好ましくは少なくとも2つの)ポリエーテル鎖
とを有する化合物を生成する。水との反応は、構造Iの官能化ポリエーテルの形成と同時
に、または後で行われてもよい。例えば、水の量は、100重量部のポリエーテルモノー
ルまたはモノアミン当たり0.05〜1重量部であってもよい。水の量、ならびにビウレ
ット、ウレア、及び/またはアロフォネート形成反応の程度は、生成物が少なくとも1重
量パーセントのイソシアネート基を含有するようなものである。そのような実施形態にお
けるイソシアネート含有量は、後述のように、ポリエーテルモノールまたはモノアミンと
ポリイソシアネートとの反応のみから得られると予想されるものの10〜75%であって
もよい。
代替として、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネート含有安定剤は、最初に
、出発ポリイソシアネートを水と反応させてビウレット、ウレア、及び/またはアロフォ
ネート基を導入し、次いで、得られた材料を単官能ポリエーテルと反応させることによっ
て形成することもできる。いくつかのそのような実施形態におけるイソシアネート含有量
は、後述のように、単官能ポリエーテルとポリイソシアネートとの反応のみから得られる
と予想されるものの10〜75%であってもよい。
1つ以上のイソシアヌレート基を含有する官能化ポリエーテルは、1つ以上のイソシア
ヌレート基を有する化合物を形成するための、3つ以上のイソシアネート化合物の反応生
成物を意味し、そのうちの少なくとも1つは上の構造Iに記載される通りである。イソシ
アヌレート基は、3つのイソシアネート基の反応によって形成される、環の中で交互にな
った炭素原子及び窒素原子を有する環状構造である。イソシアヌレート含有官能化ポリエ
ーテルは、構造(II)
Figure 2020012113
によって表されてもよく、式中、各R、PE、X、及びxは、構造Iに関して定義され
る通りであり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である。
イソシアヌレート基は、構造Iの官能化ポリエーテルを形成するための単官能ポリエー
テルとポリイソシアネートとの反応の前に、反応と同時に、または反応の後に形成されて
もよい。この三量化反応は、三量化触媒の存在下で都合よく行われる。
単官能ポリエーテルとポリイソシアネートとの反応が三量化反応と同時に行われる実施
形態では、単官能ポリエーテル及びポリイソシアネートを三量化触媒と組み合わせ、1ス
テップで反応させる。一般的に、イソシアヌレートの形成を促進するために混合物を加熱
することが好ましい。温度は、40〜160℃の温度まで加熱され、好ましくは40〜1
00℃が通常十分である。単官能ポリエーテルとイソシアネート基との反応を促進するた
めに、三量化触媒に加えてウレタン触媒が含まれてもよい。
反応は、単官能ポリエーテルが完全に反応し、残りのイソシアネート基の一部が三量化
してイソシアヌレートを形成するまで継続する。全てのイソシアネート基が消費されるま
で反応を継続すると、通常、加工しにくい高分子量ポリマーが形成する。この理由から、
イソシアネート含有量が1重量%未満になる前に反応を中断するべきである。イソシアネ
ート含有量が1.5〜35重量%の範囲内になるまで反応を継続することが好ましい。イ
ソシアネート含有量が2〜30重量%になるまで反応を継続することがより好ましい。い
くつかの実施形態において、生成物混合物のイソシアネート含有量は、3〜30%、3〜
20%、または3〜15%である。いくつかの実施形態におけるイソシアネート含有量は
、後に記載されるように、単官能ポリエーテルとポリイソシアネートとの反応のみから予
想されるものの10〜75%である。
イソシアネート含有量が、単官能ポリエーテルとポリイソシアネートとの反応のみから
(すなわち、イソシアヌレート、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネートを形
成するためのイソシアネート基の消費なしで)得られると予想されるものの10〜75%
であるが、生成物の約1重量%以上となるまで安定剤を形成する反応を継続することがよ
り好ましい。単官能ポリエーテルとポリイソシアネートとの反応から得られると予想され
るイソシアネート含有量(重量パーセント)は、以下のように計算することができ、
Figure 2020012113
式中、Eqisoは、反応に導入されるイソシアネート基の当量数を表し、Eqmon
olは、反応に導入される単官能ポリエーテルの当量数を表し、Wtisoは、ポリイソ
シアネート化合物(複数可)の重量を表し、Wtmonolは、単官能ポリエーテル化合
物の重量を表す。
1ステップ法で形成される生成物は、典型的には、材料の混合物である。反応生成物の
中には、1つ以上のポリエーテル鎖で置換されたイソシアヌレート化合物がある。ポリエ
ーテル鎖は、モノールまたはモノアミンのポリエーテル部分に対応し、上の構造IIに示
されるように、イソシアネート化合物の残基へのウレタンまたはウレア結合を介してイソ
シアヌレート環に結合されると考えられる。
前述のようなイソシアヌレート含有化合物中のポリエーテル鎖の数は、わずか1つでも
よいか、または構造Iにおける3(x−1)のように多くてもよい。しかしながら、ほと
んどの場合、ポリエーテル鎖の数は、平均して3(x−1)よりはるかに少ないと考えら
れる。そのような場合、反応において得られる生成物は、上の構造Iによる種を含有し、
A基のうちの少なくともいくつかは
Figure 2020012113
である。
反応生成物は、上の構造Iを有するもの等のイソシアネート終端分子に加えて、種々の
他の反応生成物及び/または未反応出発材料、例えば、ある程度の量の未反応ポリイソシ
アネート化合物、ポリエーテル基を含有しない三量化種、例えば、構造(III)
Figure 2020012113
(式中、x及びRは前述の通りである)を有するイソシアヌレート化合物を含有しても
よい。三量化反応中に水が存在する場合、前述のようなビウレット、ウレア、及び/また
はアロフォネート含有種もまた、生成物混合物を形成し、かつその中に存在し得る。
これらの種々の種の相対量は、主として、使用されるポリエーテルモノールまたはモノ
アミン及びポリイソシアネートの相対量、三量化反応を継続する程度、ならびに存在する
場合、水の存在に依存する。一般的に、出発材料中のポリイソシアネートの割合が多いほ
ど、より多くの未反応ポリイソシアネート及び/またはポリエーテル基を含有しない(及
び構造IIの化合物中のポリエーテル基の平均数がより少ない)より多くの三量化種を含
有する混合物の生成に有利である。反応を継続すること(すなわち、生成物のイソシアネ
ート含有量を減少させること)により、より多くの三量化種、より少ない未反応ポリイソ
シアネート、ならびに出発ポリイソシアネート及びポリエーテルモノールのより少ない非
三量化反応生成物がもたらされる。
イソシアヌレート含有官能化ポリエーテルを形成するための反応は、最初にポリイソシ
アネートと単官能ポリエーテルとを反応させ、次いで三量化反応を行うことによっても連
続的に行うことができる。これは、より明確な生成物をもたらし得る。プロセスのこの変
形例では、単官能ポリエーテル及びポリイソシアネートを、ポリエーテルのヒドロキシル
基またはアミノ基が消費されるまで反応させる。三量化触媒を添加し、前述の条件下で反
応を継続する。以前と同様に、イソシアネート含有量が1重量%未満(4200のイソシ
アネート当量に相当)まで減少する前に反応を中断することが好ましい。いずれの三量化
も行わない場合に、すなわち、起こった唯一の反応が単官能ポリエーテルとポリイソシア
ネートとの反応である場合に、得られるであろうイソシアネート含有量の約10〜75%
までイソシアネート含有量を減少させることがより好ましい。2ステッププロセスの生成
物は、上の構造IIによるもの等のイソシアヌレート及び1つ以上のポリエーテル基を含
有する化合物を含み、また、構造I及びIIIに対応する種、ならびにある程度の量の未
反応ポリイソシアネート化合物を含有し得る。
当然であるが、上記プロセスのいずれかの変形例が用いられてもよい。
上記プロセスのいずれにおいても、イソシアネート含有量が1.5〜35重量%の範囲
内になるまで反応を継続することが好ましい。イソシアネート含有量が2〜30重量%の
範囲内になるまで反応を継続することがより好ましい。いくつかの実施形態において、生
成物混合物のイソシアネート含有量は、3〜30%、3〜20%、または3〜15%であ
る。
有用なイソシアネート三量化触媒は、アルカリ金属フェノラート、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、四級アンモニウム塩等の強塩基を含む。アルカ
リ金属三量化触媒の中には、ナトリウムp−ノニルフェノラート、ナトリウムp−オクチ
ルフェノラート、ナトリウムp−tert−ブチルフェノラート、ギ酸ナトリウム、酢酸
ナトリウム、プロピロン酸ナトリウム、酪酸ナトリウム、2−エチルヘキサン酸ナトリウ
ム、グリシンN−[(2−ヒドロキシ−5−ノニルフェニル)メチル]−N−メチル−一
ナトリウム塩、カルシウムp−ノニルフェノラート、カリウムp−オクチルフェノラート
、カリウムp−tert−ブチルフェノラート、ギ酸カリウム、酢酸カリウム、プロピロ
ン酸カリウム、酪酸カリウム、2−エチルヘキサン酸カリウム、グリシンN−[(2−ヒ
ドロキシ−5−ノニルフェニル)メチル]−メチル−一ナトリウム塩、セシウムp−ノニ
ルフェノラート、セシウムp−オクチルフェノラート、セシウムp−tert−ブチルフ
ェノラート、ギ酸セシウム、酢酸セシウム、プロピロン酸セシウム、酪酸セシウム、2−
エチルヘキサン酸セシウム、及びグリシンN−[(2−ヒドロキシ−5−ノニルフェニル
)メチル]−メチル−一ナトリウム塩がある。有用なアンモニウム塩の中には、(2−ヒ
ドロキシプロピル)トリメチルアンモニウム2−エチルヘキサノエート、(2−ヒドロキ
シプロピル)ギ酸トリメチルアンモニウム等がある。N,N’,N’’−トリス(3−ジ
メチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジンまたはアミノフェノール等の化合
物もまた、有用な三量化触媒である。1−エチル、2−メチル−イミダゾリウムアセテー
ト、1,3−ジ−tert−ブチル−イミダゾリニウムアセテート、1,3−ジアダマン
チル−イミダゾリウムアセテート、1,3−ジイソプロピル−イミダゾリウムアセテート
1,3−ジ−tert−ブチル−イミダゾリウムアセテート、1−ブチル−3−メチルイ
ミダゾリウムアセテート、及び米国特許出願公開第2011/0201709 A1号に
開示される他のもの等のイミダゾリウムまたはイミダゾリニウム塩もまた、三量化触媒と
して使用することができる。アルカリ金属及びアンモニウム化合物が一般的に好ましい。
アルカリ金属水酸化物触媒を使用して単官能ポリエーテルが調製される場合、ポリエー
テルモノール中に含有される触媒残渣は、イソシアネート三量化触媒としての役割を果た
し得る。
上記プロセスのいずれかから得られる生成物は、イソシアネート基を含有する種を含有
する。生成物(またはそれに由来するイソシアネート含有種)がPIPAポリオールを作
製するための安定剤として使用される場合、イソシアネート基は低当量ポリオールと反応
してイソシアネート含有種を生成されるPIPA粒子にグラフト化することができる。生
成物が15〜30%等の高いイソシアネート含有量を有する場合、それは著しい量の未反
応出発ポリイソシアネート化合物を含有する傾向がある。生成物が未反応出発ポリイソシ
アネート化合物を含有する場合、それは、PIPA形成プロセスにおける安定剤、及びポ
リイソシアネート化合物の全部または一部の両方として使用することができる。
上記官能化ポリエーテル(ビウレット、ウレア、アロフォネート、及び/またはイソシ
アヌレート基を含有するものを含む)のイソシアネート基は、イソシアネート基を1つ以
上のイソシアネート反応基で置換する化合物でキャッピングされてもよい。そのようなキ
ャッピング化合物は、例えば、ポリオールまたはアミノアルコールであってもよく、その
各々がイソシアネート基をヒドロキシル基で置換する。イソシアネート反応基は、1つ以
上のウレア及び/またはウレタン基によって官能化ポリエーテルのポリエーテルセグメン
トに結合される。ヒドロキシルで終端されたこの種の官能化ポリエーテルは、構造IV
Figure 2020012113
による構造を有してもよく、式中、PE、X、及びRは、以前に定義した通りであり、
zは、1〜5、好ましくは1〜2の数であり、R’は、キャッピングポリオールまたはア
ミノアルコールのヒドロキシル及び/またはアミノ基を除去した後の残基である。ヒドロ
キシル基を有するキャッピングされたイソシアヌレート含有化合物は、構造V
Figure 2020012113
による構造を有してもよく、式中、X、R、PE、及びxは、前述の通りであり、各Z
は、
Figure 2020012113
であり、式中、Rは、ポリオールキャッピング剤の残基であり、zは、1〜5、好ま
しくは1〜2であり、Xは、以前に定義した通りであるが、但し、少なくとも1つのZが
Figure 2020012113
であるものとする。
キャッピング剤として使用される好ましいポリオールまたはアミノアルコールは、最大
399、より好ましくは最大150、特に最大80のヒドロキシル当量を好適に有し、2
〜6個のヒドロキシル基及び0〜1個の一級または二級アミノ基を好適に含有する。例と
して、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、1,3−
プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレ
ングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエ
リトリトール、エリトリトール、スクロース、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン等が挙げられる。トリエタ
ノールアミン等のアミノアルコールが好ましい。上記のうちの2つ以上の混合物が使用さ
れ得る。
官能化ポリエーテルがヒドロキシル基を含有する場合、それが低当量ポリオールと組み
合わされてもよく、得られた組み合わせが一緒にPIPA形成プロセスに導入される。代
替として、そのようなヒドロキシル含有官能化ポリエーテルは、いずれかの順序で低当量
ポリオールとは別々に、または同時に、ベースポリオールと組み合わせてもよい。
前述の安定剤は、ポリイソシアネート重付加(PIPA)ポリオールを作製するための
プロセスにおいて使用される。そのようなプロセスは、一般的に、最大80のヒドロキシ
ル当量を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、安定剤(
または前述のような安定剤を含有する生成物混合物)と、少なくとも200のヒドロキシ
ル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成し、ベースポリエー
テルポリオール及び安定剤化合物の存在下で低当量ポリオールとポリイソシアネート化合
物(複数可)とを反応させてベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散
系を形成することを含む。
本発明の特定の態様において、PIPAポリオールは、水、ベースポリオール、低当量
ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜
2部、好ましくは0〜0.5部の水の存在下で調製される。水の量は、より好ましくは0
〜0.15部である。この水は、存在する場合、典型的には、工業製品として、典型的に
は0.01〜0.25重量%の水を含有するベースポリオール(複数可)中の不純物とし
てプロセスに導入される。ベースポリオール(複数可)とともにプロセス中に導入された
ものの他には水を添加しないことが好ましい。
本発明において出発材料として使用されるベースポリエーテルポリオールは、少なくと
も2.0の公称官能価を有する。「公称」官能価とは、ベースポリオールを作製する際に
使用される開始剤(複数可)の分子当たりのオキシアルキル化可能な水素の平均数を意味
する。公称官能価は、好ましくは少なくとも2.5であり、より好ましくは少なくとも3
.0である。それは6.0ほど高くてもよいが、より好ましくは4.0以下である。
ベースポリエーテルポリオールのヒドロキシル基は、一級もしくは二級ヒドロキシル、
または両方の混合物であってもよい。本発明の利点は、たとえベースポリエーテルポリオ
ールが主に二級ヒドロキシル基を含有する場合であっても、安定剤が非常に効率的に作用
するということである。これまで、PIPAポリオールは、主に二級ヒドロキシル基を有
するベースポリオールを使用した商業規模での生成に成功していないため、この結果は極
めて驚くべきものである。したがって、いくつかの実施形態において、ベースポリオール
のヒドロキシル基の少なくとも75%が二次ヒドロキシルである。ヒドロキシル基の少な
くとも85%、少なくとも92%、少なくとも95%、または少なくとも98%は、二次
ヒドロキシルであってもよい。逆に、ベースポリオールのヒドロキシル基の25%以下、
15%以下、8%以下、5%以下、または2%以下が、一次ヒドロキシルであってもよい
ベースポリオールは、好ましくは、プロピレンオキシドのホモポリマーまたはコポリマ
ーである。プロピレンオキシドのホモポリマーは、典型的には、存在する場合でも、非常
に少ない割合の一級ヒドロキシル基を含有する:典型的には、ヒドロキシル基の0〜約8
%が一級であり、またある場合にはヒドロキシル基の0〜2%が一級である。触媒の選択
が、存在するヒドロキシル基の数に影響を及ぼし得る。例えば、典型的には、アルカリ金
属触媒を用いて作製されるプロピレンオキシドホモポリマーのヒドロキシル基の2%未満
が一級である一方で、複合金属シアン化物錯体触媒を用いて作製されるプロピレンオキシ
ドホモポリマーのヒドロキシル基の最大約8%が一級であってもよい。
プロピレンオキシドの有用なコポリマーは、プロピレンオキシド及びエチレンオキシド
のランダムコポリマーを含み、コポリマーは、上述のように低比率の一級ヒドロキシル基
を含有する。これらは、プロピレンオキシド及びエチレンオキシドの混合物を重合するこ
とによって調製される。混合物は、好ましくは、少なくとも80重量%のプロピレンオキ
シド及び20%以下のエチレンオキシドを含有する。より好ましい混合物は、85〜99
.5重量%のプロピレンオキシド及び0.5〜15重量%のエチレンオキシドを含有する
プロピレンオキシドの別の有用なコポリマーは、重合エチレンオキシドの1つ以上の内
部ブロック及び重合プロピレンオキシドの末端ブロックを含有するブロックコポリマーで
あり、この場合も同様に、コポリマーが前述のような一級ヒドロキシル基の割合を含有す
るものとする。エチレンオキシドブロック(単数または複数)は、全体としてコポリマー
の重量の0.5〜30%を占めることができるが、ブロック(単数または複数)の好まし
い重量は、コポリマーの全重量の0.5〜20%である。
ベースポリオールは、開始剤化合物または開始剤化合物の混合物の存在下で酸化物(単
数または複数)を重合することによって調製することができる。単一の開始剤化合物が使
用される場合、その化合物は、少なくとも2つのオキシアルキル化可能な水素原子を含有
する。ヒドロキシル基、一級アミン基、二級アミン基、及びチオール基は、オキシアルキ
ル化可能な水素原子を含有する基の例である。一級アミン基は、それぞれ2つのオキシア
ルキル化可能な水素を含有する。開始剤化合物の例は、水、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、ジエチレングリコール、ジプロピレン
グリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、シクロヘキサンジメ
タノール、メチルアミン、エチルアミングリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチ
ロールエタン、ペンタエリトリトール、エリトリトール、スクロース、ソルビトール、マ
ンニトール、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチ
レンジアミン、トルエンジアミン、1,2−プロパンジアミン等である。上記開始剤のう
ちの2つ以上の混合物が使用され得る。
ベースポリオールはまた、ポリエーテルポリオールの混合物であってもよく、それぞれ
が異なる開始剤を使用して別々に作製され、それぞれが後述のようなヒドロキシル当量を
有し、次いで、前述のような平均官能価を有する混合物を形成するようにブレンドされる
ベースポリオールのヒドロキシル当量は、少なくとも200であり、また約6000ほ
ど高くてもよい。好ましいヒドロキシル当量は360〜3000であり、より好ましい当
量は500〜2000であり、特に好ましい当量は900〜1350である。ベースポリ
オールが2つ以上の別々に作製されたポリエーテルポリオールの混合物である場合、別々
に作製されたポリオールのそれぞれがこれらの範囲内のヒドロキシル当量を有するべきで
ある。
特に好ましいベースポリオールは、80〜99.5重量%のプロピレンオキシド及び0
.5〜20重量%のエチレンオキシドの公称三官能ポリ(プロピレンオキシド)ホモポリ
マーまたは公称三官能ランダムコポリマーであり、各場合において、800〜2000、
特に900〜1350のヒドロキシル当量を有し、ヒドロキシル基の92〜100%、よ
り好ましくは98〜100%は、二級ヒドロキシル基であるか、または2つ以上のそのよ
うなポリオールの混合物である。
有用なポリイソシアネートは、安定剤の作製に関して前述したものを含む。
PIPAを作製する際に使用される低当量ポリオールは、最大80、好ましくは最大7
5の当量を有する。それは、1分子当たり2〜6個、好ましくは2〜3個のヒドロキシル
基を有する。それは、少なくとも2つの一級ヒドロキシル基(及び任意選択的に、1つ以
上の二級ヒドロキシル基も)含有し、かつ/またはアミノアルコールであることが好まし
い。プロセスで使用される相対量で、低当量ポリオールが微小液滴の形態でベースポリオ
ール中に分散するように、それはベースポリオール中で低混和性を有することが好ましい
。アミノアルコール化合物が好ましい種類である。特定の低当量ポリオールは、ヒドロキ
シルでキャッピングされた安定剤または安定剤混合物を作製するためのキャッピング剤と
して前述したものを含む。トリエタノールアミンは、非常に好ましい低当量ポリオールで
あり、それ自体で、または上記のうちの1つ以上との混合物として使用することができる
。そのような混合物は、例えば、75〜99.9重量%のトリエタノールアミンを含有し
てもよい。
低当量ポリオールとポリイソシアネートとの反応が、ベースポリオール及び安定剤の存
在下で起こる限り、ベースポリオール、ポリイソシアネート、低当量ポリオール、及び安
定剤の添加の順序は通常重要ではない。安定剤が、イソシアネート基を含む場合、または
1つ以上の他のイソシアネート含有化合物との混合物として添加される場合、それをポリ
イソシアネート(追加のポリイソシアネートが必要な場合)と組み合わされてもよく、得
られた組み合わせが一緒にPIPA形成プロセスに導入される。代替として、安定剤は、
いずれかの順序でポリイソシアネートとは別々に、または同時に導入されてもよい。低当
量ポリオールは、イソシアネート含有安定剤及び追加のポリイソシアネート(存在する場
合)の前に、それらと同時に、またはそれらの後に導入されてもよい。しかしながら、イ
ソシアネート含有種の後に添加される場合、ベースポリオールとイソシアネートとの未熟
な反応を避けるために、低当量ポリオールが添加されるまでウレタン触媒を添加しないこ
とが好ましい。
また、混合ヘッドを通して、低当量ポリオール及びポリイソシアネート化合物を同時に
導入することも可能であり、その場合、安定剤または混合物は、低当量ポリオール及びポ
リイソシアネート(いずれかとの混合物として含む)の前にまたはそれらと同時にベース
ポリオールに添加することができる。
安定剤、追加のポリイソシアネート(安定剤とともに残る、安定剤を作製するために使
用されるいずれの未反応出発ポリイソシアネートも含む)、低当量ポリオール、及びいず
れかの任意選択的なシードPIPAポリオール(後述の通り)の量は、好ましくは、1〜
50重量%、好ましくは5〜30重量%、より好ましくは8〜25重量%、特に8〜15
重量%の固体含有量を提供するように一緒に選択される。固体含有量は、分散系の全重量
のパーセンテージとしてのPIPA粒子の重量を指す。本発明の目的のために、IPA粒
子の重量は、(a)安定剤を作製するために使用されるポリイソシアネート(安定剤とと
もに残る、及び安定剤とともに添加される、安定剤を作製するために使用されるいずれか
の未反応出発ポリイソシアネートも含む)、(b)PIPA形成プロセスに導入される追
加のポリイソシアネート、ならびに存在する場合、(c)低当量ポリオール及び(d)シ
ードPIPA粒子の総重量に等しい計算重量である。安定剤を作製するために使用される
ポリイソシアネートの重量は、安定剤の重量を、安定剤形成反応において使用されるポリ
イソシアネート化合物の重量パーセントで乗じたものとみなされる。
さらに、安定剤、さらなるポリイソシアネート化合物、及び低当量ポリオールの量は、
好ましくは、低当量ポリオールによって提供されるヒドロキシル基当たり0.5〜2個、
好ましくは0.65〜1.5個のイソシアネート基を提供するように一緒に選択される。
前述のように、安定剤が大量の未反応出発ポリイソシアネートを含有する混合物として
提供される場合、追加のポリイソシアネート化合物をPIPAポリオール形成プロセスに
提供することは必要ではない場合がある。
いくつかの実施形態における安定剤の量は、100重量部のベースポリオール当たり0
.1〜15重量部である。好ましいより低い量は100重量部のベースポリオール当たり
少なくとも0.5重量部である。好ましい上限量は、10重量部であり、100重量部の
ベースポリオール当たり5または2.5重量部の上限量が特に好ましい。
低当量ポリオールの量は、好ましくは、反応混合物に提供されるイソシアネート基を消
費するのに十分である。大過剰の低当量ポリオールは必要ではなく、そのため、イソシア
ネート基の当量に対してその2当量以下を添加することが好ましい。特に好ましい量は、
イソシアネート基の当量に対して1.05〜1.75または1.3〜1.6当量の低当量
ポリオールである。
重量に関して、100重量部のベースポリオール当たり約1〜50部の低当量ポリオー
ルが典型的に使用されるが、これは、プロセスのステップ(a)で形成される混合物中に
存在するイソシアネート基、及びそのような混合物に添加される任意の追加のポリイソシ
アネート(複数可)の量によって変化する。好ましい量は、100重量部のベースポリオ
ール当たり少なくとも2部であり、より好ましくは少なくとも3部である。好ましい上限
量は、100重量部のベースポリオール当たり最大20部であり、より好ましくは最大1
5重量部である。いくつかの特定の実施形態において、100重量部のベースポリオール
当たり3〜10または3〜7重量部が使用される。
追加のポリイソシアネートの量は、例えば、100重量部のベースポリオール当たり0
〜50重量部であってもよい。好ましい量は、100重量部のベースポリオール当たり、
少なくとも2部、より好ましくは少なくとも3部である。好ましい上限量は、100重量
部のベースポリオール当たり最大20部であり、より好ましくは最大15重量部である。
いくつかの特定の実施形態では、100重量部のベースポリオール当たり、3〜10また
は3〜7重量部のポリイソシアネートを組み合わせる。
次いで、材料の混合物を反応させて、ベースポリオール中に分散したポリイソシアネー
ト重付加(PIPA)粒子を形成する。反応の条件は、典型的には、低当量ポリオールが
イソシアネート化合物と反応してポリマー粒子を形成するまで液滴中に分散させるのに役
立つ撹拌及び/または乱流条件を含む。撹拌及び/または乱流条件は、種々の種類の撹拌
槽、静的混合デバイス、超音波混合デバイス、または他の機械的撹拌デバイス等の任意の
従来の装置を使用して、任意の従来の様式で提供されてもよい。好ましい実施形態では、
低当量ポリオールを分散させて、ベースポリオール中に、またはベースポリオールとポリ
イソシアネート化合物との混合物中に、典型的には5μm未満またはさらには2μm未満
の直径の微細液滴を形成する。
ベースポリオール、安定剤、ポリイソシアネート、及び低当量ポリオールの混合物は、
好ましくは、ベースポリオール混合物中で低当量イソシアネート反応化合物がイソシアネ
ート基と反応してポリイソシアネート重付加粒子を形成するまで撹拌及び/または乱流条
件下に維持する。全てのイソシアネート基が消費されるまで撹拌及び/または乱流条件を
維持することは必要ではないが、但し、粒子が形成されるまで撹拌を維持するものとする
。粒子の形成は、非常に不透明な分散系の可視形成によって示される。典型的には、イソ
シアネート基の少なくとも50%、好ましくは少なくとも75%が消費されるまで撹拌及
び/または乱流条件を維持する。
ウレタン触媒は、典型的には、PIPA形成反応を促進するために存在する。ウレタン
触媒は、ヒドロキシル基とイソシアネート基との反応を触媒する材料である。好適な触媒
は、例えば、三級アミン、環状アミジン、三級ホスフィン、種々の金属キレート、酸金属
塩、強塩基、種々の金属アルコラート及びフェノラート、ならびに有機酸の金属塩を含む
。最も重要な触媒は、三級アミン触媒、環状アミジン、及びスズ触媒である。三級アミン
触媒の例として、アルキル基が4〜18個の炭素原子を含有するトリメチルアミン、トリ
エチルアミン、メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N,N−ジメチルベンジルア
ミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,4
−ブタンジアミン、N,N−ジメチルピぺラジン、1,4−ジアゾビシクロ−2,2,2
−オクタン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、トリエチレンジアミン、及びジメ
チルアルキルアミンが挙げられる。これらの三級アミン触媒の混合物がしばしば使用され
る。
スズ触媒の例は、塩化第二スズ、塩化第一スズ、オクタン酸第一スズ、オレイン酸第一
スズ、二ラウリン酸ジメチルスズ、二ラウリン酸ジブチルスズ、式SnR(OR)4−
(式中、Rはアルキルまたはアリールであり、nは0〜2である等)の他のスズ化合物
である。スズ触媒は、使用される場合、一般的に、1つまたは3つの三級アミン触媒と併
せて使用される。スズ触媒は、強力なゲル化触媒である傾向があり、そのため、使用され
る場合、これらは少量で使用される。特に、分散系が10%を超える、15〜40%等の
固体レベルで生成される場合、及び特に、低当量ポリオールがトリエタノールアミンであ
る場合、スズ触媒の使用は分散系の安定性に悪影響を及ぼし得ることが分かっている。ま
た、いくつかの管轄区域において、スズ触媒は、それらの使用を制限する政府規制に直面
している。したがって、スズ触媒を除外し、代わりに、スズを含有しない1つ以上のウレ
タン触媒を使用することが好ましい。
触媒は、典型的には少量で使用され、例えば、各触媒は、ベースポリオールの約0.0
015〜約5重量%で用いられる。
PIPA形成反応は、例えば、0〜100℃の温度で行われてもよい。反応時間を短縮
するために高温が望ましい場合があるが、これは必要ではないことが多い。温度が高すぎ
ると、ベースポリオールとイソシアネート含有種との反応を制御することがより困難にな
る場合があり、生成物の高い粘性をもたらす可能性がある。典型的には、ベースポリオー
ル、ポリイソシアネート、及び触媒は、構成成分が0〜100℃、好ましくは10〜70
℃、より好ましくは20〜60℃の温度であるうちに混合される。次いで、混合物を反応
させる。これは、必要に応じて、さらに熱を印加することなく行うことができる。ベース
ポリオールとポリイソシアネートとの反応は発熱性であり、たとえ熱を印加しなくても温
度の上昇をもたらし得る。反応の発熱による過剰な温度の上昇を避けるために、必要であ
れば冷却を適用してもよい。
ポリイソシアネート重付加粒子を形成するための反応は、典型的には30秒〜1時間を
必要とするが、これは温度等の要因に依存する。より好ましい反応時間は1分〜10分で
あり、特定の実施形態において2〜7または2〜5分である。本質的に全てのイソシアネ
ート基が反応するには、それよりも幾分長い時間が必要であり得る。
以前に形成されたPIPAポリオールは、前述のような安定剤に加えて、ベースポリオ
ールに含まれてもよいか、またはさらには必要に応じてベースポリオールを構成してもよ
い。以前に形成されたPIPAポリオールが存在する場合、100重量部のベースポリオ
ール当たり0.05〜20重量部のPIPA粒子を提供するために、以前に形成されたP
IPAポリオールを十分に添加することが好ましい。任意のそのようなPIPAポリオー
ルの連続ポリオール相は、本発明におけるベースポリオールの一部であると見なされる。
ベースポリオールの全部または一部としての以前に形成されたPIPAポリオールの使
用は、高固体分散系を作製するための有用な様式である。本質的に、この実施形態は、段
階的にPIPA粒子を生成することによって高固体PIPAポリオールを生成する。例え
ば、5〜20重量%の固体含有量を有するPIPAポリオールが生成される。次いで、よ
り多くの安定剤、より多くの低当量ポリオール、及び必要であれば、より多くのポリイソ
シアネートを添加して重付加反応を繰り返し、分散系の固体レベルを増加させる。これは
、微小粒子及び良好な安定性を有する高固体分散系を作製するための効率的な様式である
ことが発見された。PIPA分散系がそのような複数ステップのプロセスで作製される場
合、粒径は典型的にはより小さく、当量の固体での分散系の安定性は一般的により良好で
ある。このプロセスは、ヒドロキシル基の8%以下が一級ヒドロキシル基であるベースポ
リオールを使用して分散系を作製する際に特に有用である。
シリコーン界面活性剤等の他の安定剤がプロセスに含まれてもよいが、好ましくは省略
される。
PIPAポリオールを作製するためのプロセスは、バッチ式、セミバッチ式で、または
連続的に行うことができる。
反応が終了してから、未反応材料、揮発性反応の副産物等を除去するために、粗PIP
Aポリオールを剥離するかまたは別様に処理することができる。剥離は、例えば、好まし
くは高温に加えて、真空を印加することによって行うことができる。これらの材料の除去
を促進するために、生成物に剥離剤を吹き込むことができる。必要に応じてPIPAポリ
オールの濾過が行われてもよいが、本発明の利点は、大きい不安定な凝集体が、たとえあ
ったとしても、ごく少量しか形成されない傾向にあるため、多くの場合は濾過が不要であ
るということである。したがって、いくつかの実施形態において、濾過ステップが省略さ
れてもよく、PIPAポリオールは濾過せずに使用される。
生成物は、ベースポリオール中のポリイソシアネート重付加(PIPA)粒子の分散系
である。分散系は、例えば、分散したポリオール粒子の1〜50重量%、5〜30重量%
、8〜25重量%、または8〜15重量%を含有してもよい。本発明の目的のために、分
散したポリオール粒子の重量は、安定剤の調製に使用されるポリイソシアネートの重量を
含む、プロセスに添加されるポリイソシアネート及び低当量ポリオールの総重量の重量で
あるとみなされる。
本発明の利点は、分散系が微小粒子を含んで安定性が高いということである。分散した
PIPA粒子は、典型的には0.05〜20μmの範囲の粒径を有する。好ましい実施形
態において、少なくとも90体積%の粒子が0.05〜10μmの粒径を有し、より好ま
しい実施形態において、粒子の少なくとも90体積%が0.05〜5μmの粒径を有する
いくつかの実施形態において、粒径の二峰性または多峰性分布がもたらされる。
全ての場合において、一次粒子のより大きな凝集体がわずかに存在し得る。しかしなが
ら、これらの凝集体は、ベースポリオール中で安定に分散された状態に留まる傾向がある
粒子は、安定剤によって沈殿に対して少なくともある程度安定化されると考えられる。
安定剤が前述のような官能化ポリエーテルである場合、安定剤は、PIPA形成反応の間
に低当量ポリオールまたはポリイソシアネートとさらに反応すると考えられ、そのように
してポリイソシアネート重付加粒子上にグラフト化される。安定剤の官能化ポリエーテル
種を作製する際に使用されるポリエーテルモノール分子の残基に対応するポリエーテル鎖
は、残りのベースポリオール中で溶解すると考えられるため、懸濁液中にPIPA粒子を
維持するのに役立つ。
いくつかの実施形態において、分散系は、20℃で0.5〜20Pa・sの粘性を有す
る。他の実施形態において、20℃での粘性は、0.75〜5Pa・sまたは0.75〜
2.5Pa・sである。
いくつかの実施形態において、分散系はチキソトロピー挙動を示す。チキソトロピー挙
動は、(1)安定剤中のより大量のイソシアヌレート基の存在、及び/または(2)分散
系を作製する際のより高レベルの安定剤の使用によって支持されると考えられる。好まし
い実施形態において、分散系の粘性は、せん断依存性をほとんど示さないため、チキソト
ロピックではない。
本発明に従って作製される分散系は、ポリイソシアネートの反応によってポリウレタン
を作製する際に有用である。ベースポリオールのヒドロキシル基が主に二級ヒドロキシル
基である場合、分散系は、スラブストック可撓性ポリウレタンフォームを作製するために
有用である。
スラブストック発泡プロセスにおいて、本発明の分散系をポリイソシアネートと組み合
わせ、フォームを形成するように発泡剤の存在下で反応させる。混合出発材料は、典型的
にはトラフを通して、領域内に分注され、その中でそれらが反応して、制約を受けること
なくまたは最低限の制約下(プラスチックフィルムの重量等)で、少なくとも1つの方向
に(典型的には垂直に)隆起し、硬化されてフォームを形成する。スラブストックポリウ
レタンフォームを作成するための好適な方法は、例えば、米国特許第5,582,840
号及び第4,970,243号に記載される。
スラブストック可撓性ポリウレタンフォームを作製する際に使用するのに好適なポリイ
ソシアネートは、前述したものを含む。
好適な発泡剤は、低沸点クロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、炭化水素等の物
理的(吸熱)発泡剤を含む。ポリウレタン形成反応の条件下で分解または反応する化学的
(発熱)発泡剤も有用である。群を抜いて最も好ましい化学発泡剤は水であり、イソシア
ネート基と反応して二酸化炭素を遊離し、ウレア結合を形成する。水は、好ましくは唯一
の発泡剤として使用され、その場合、100重量部の高当量ポリオール当たり約1〜約7
、特に約2.5〜約5重量部の水が典型的に使用される。水はまた、物理的発泡剤、特に
、フルオロカーボンまたは炭化水素発泡剤と組み合わせて使用されてもよい。さらに、二
酸化炭素、空気、窒素、またはアルゴン等の気体が、起泡プロセスにおける発泡剤として
使用されてもよい。二酸化炭素はまた、液体として、または超臨界流体として使用するこ
ともできる。
フォームを安定させる界面活性剤をフォーム配合物中に含むことが非常に好ましい。フ
ォームを安定させる界面活性剤は、ポリマーが硬化するまで発泡プロセスの間に発泡剤に
よって形成される気泡を安定化するのに役立つ。ポリウレタンフォームを作製する際に一
般的に使用されるのと同様の様々なシリコーン界面活性剤が、ポリマーポリオールまたは
本発明の分散系を用いてフォームを作製する際に使用され得る。そのようなシリコーン界
面活性剤の例は、Tegostab(商標)(Th.Goldschmidt and
Co.)、Niax(商標)(GE OSi Silicones)、及びDabco(
商標)(Air Products and Chemicals)の商標名で市販され
ている。上記構成成分に加えて、ポリウレタンフォーム配合物は、種々の他の任意選択的
な成分、例えば、他のポリオール、架橋剤、鎖延長剤、気泡開放剤等;メラミン及び炭酸
カルシウム等の充填剤;二酸化チタン、酸化鉄、酸化クロム、アゾ/ジアゾ色素、フタロ
シアニン、ジオキサジン及びカーボンブラック等の顔料及び/または着色料;ガラス繊維
、炭素繊維、ガラス片、雲母、滑石等の補強材;殺生物剤;保存剤;抗酸化剤;難燃剤等
を含有してもよい。
特定の実施形態において、本発明は以下の通りである。
1.ベースポリオール中でポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方
法であって、最大80のヒドロキシル当量及び1分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を
有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、ポリイソシアネー
ト重付加(PIPA)ポリオールではなく、かつケイ素化合物ではない安定剤と、少なく
とも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を
形成することと、ベースポリエーテルポリオールと、安定剤と、水、ベースポリオール、
低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づい
て0〜2.0重量%の水との存在下で、低当量ポリオールをポリイソシアネート化合物(
複数可)と反応させて、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を
形成することとを含む、方法。
2.安定剤は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグ
メントを有する少なくとも1つの官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物
を含み、官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、一方の末
端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によってポリエーテルに結合された1
つ以上のイソシアネート基または1つ以上のヒドロキシル基で終端され、さらに、そのよ
うな官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以
上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、実施
形態1の方法。
3.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、700〜8000の分
子量及び1つのイソシアネート反応基を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソ
シアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、実施形態2の方法。
4.単官能ポリエーテルは、50.5〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド単
位、及びそれに応じて49.5〜0.5重量%のエチレンオキシド単位を含有する、実施
形態3の方法。
5.単官能ポリエーテルは、85〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド単位、
及びそれに応じて15〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する、実施形態
4の方法。
6.単官能ポリエーテルは、ポリエーテルモノールである、実施形態3、4、または5
の方法。
7.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ
以上のイソシアヌレート基を含有する、実施形態3〜6のいずれかの方法。
8.1つ以上のイソシアヌレート基を含有する官能化された直鎖状または分岐状のポリ
エーテル化合物は、構造II
Figure 2020012113
、によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポ
リイソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し;各xは、前記
出発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PE
は、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または
−NH‐であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、実施形態7の方法。
9.安定剤は、(a)未反応出発ポリイソシアネート化合物、及び(b)いずれのポリ
エーテル基も含有しない1つ以上の三量化種のうちの1つ以上をさらに含有する混合物と
して提供される、実施形態8の方法。
10.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1
つ以上のビウレット、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、実施形態3〜6のい
ずれかの方法。
11.ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための
方法であって、最大80のヒドロキシル当量を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポ
リイソシアネート化合物と、安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベ
ースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、ベースポリエーテルポリ
オール及び安定剤の存在下で低当量ポリオールをポリイソシアネート化合物(複数可)と
反応させて、ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を形成するこ
とと、を含み、安定剤は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエー
テルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合
物を含み、官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、一方の末端が、1
つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によってポリエーテルに結合された1つ以上の
イソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反応基で終端され、さらに、そのよう
な官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上
のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、方法。
12.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、700〜
8000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソシアネート当量を有
するポリイソシアネートとの反応生成物である、実施形態11の方法。
13.単官能ポリエーテルは、50.5〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド
単位、及びそれに応じて49.5〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する
、実施形態12の方法。
14.単官能ポリエーテルは、85〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド単位
、及びそれに応じて15〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する、実施形
態13の方法。
15.単官能ポリエーテルは、ポリエーテルモノールである、実施形態12、13、ま
たは14の方法。
16.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)の全てまたは
一部は、1つ以上のイソシアヌレート基を含有する、実施形態12〜15のいずれかの方
法。
17.1つ以上のイソシアヌレート基を含有する官能化された直鎖状または分岐状のポ
リエーテル化合物(複数可)は、
Figure 2020012113
によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリ
イソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出
発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは
、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または−
NH‐であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、実施形態12〜16のいずれかの方法。
18.安定剤は、1〜35重量%のイソシアネート基を含有する、実施形態1〜17の
いずれか1つの方法。
19.安定剤は、3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、実施形態18の方法
20.ベースポリオールのヒドロキシル基の92〜100%は、二級ヒドロキシル基で
ある、実施形態1〜19のいずれか1つの方法。
21.ベースポリオールは、200〜6000のヒドロキシル当量を有する、実施形態
1〜20のいずれか1つの方法。
22.ポリイソシアネートは、トルエンジイソシアネートまたはジフェニルメタンジイ
ソシアネートを含む、実施形態1〜21のいずれか1つの方法。
23.低当量ポリオールは、アミノアルコールである、実施形態1〜22のいずれか1
つの方法。
24.アミノアルコールは、トリエタノールアミンであるか、または75〜99.9重
量%のトリエタノールアミンと0.1〜25重量%の別の低当量ポリオールとの混合物で
ある、実施形態23の方法。
25.200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを
有する1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物を含む安定剤で
あって、官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、一方の末端が、1つ
以上のウレア及び/もしくはウレタン基によってポリエーテルに結合された1つ以上のイ
ソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反応基で終端され、そのような官能化さ
れた直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレッ
ト、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、安定剤。
26.官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、1つのイ
ソシアネート反応基及び700〜8000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大
300のイソシアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、実施形
態25の安定剤。
27.単官能ポリエーテルは、50.5〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド
単位、及びそれに応じて49.5〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する
、実施形態26の安定剤。
28.単官能ポリエーテルは、85〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド単位
、及びそれに応じて15〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する、実施形
態27の安定剤。
29.単官能ポリエーテルは、ポリエーテルモノールである、実施形態26、27、ま
たは28の安定剤。
30.700〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを
含有する官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、
Figure 2020012113
によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリ
イソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出
発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは
、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または−
NH‐であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、実施形態25〜28のいずれかに記載の安定剤。
31.1〜35重量%のイソシアネート基を含有する、実施形態25〜30のいずれか
の安定剤。
32.3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、実施形態31の安定剤。
33.該イソシアネート反応基を含有し、イソシアネート反応基は、ヒドロキシル基で
ある、実施形態25〜30のいずれかの安定剤。
34.安定剤を調製するための方法であって、1分子当たり2〜6個のイソシアネート
基及び最大250のイソシアネート当量を有する出発ポリイソシアネート化合物を、70
0〜3000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、イソシアネート三量化触媒の存在
下で、10:90〜90:10の重量比で反応させて、700〜3000の分子量を有し
、かつ少なくとも1重量%のイソシアネート含有量を有する少なくとも1つのポリエーテ
ルセグメントを含有する1つ以上のイソシアヌレート化合物を含有する生成物混合物を形
成することを含む、方法。
35.単官能ポリエーテルは、50.5〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド
単位、及びそれに応じて49.5〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する
、実施形態34の方法。
36.単官能ポリエーテルは、85〜99.5重量%の官能化プロピレンオキシド単位
、及びそれに応じて15〜0.5重量%の重合エチレンオキシド単位を含有する、実施形
態35の方法。
37.単官能ポリエーテルは、ポリエーテルモノールである、実施形態34、35、ま
たは36の方法。
38.実施形態34〜37のいずれかの方法によって形成される、安定剤。
39.ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための
方法であって、最大80のヒドロキシル当量及び分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を
有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、実施形態25〜3
3または38のいずれかに記載の安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有す
るベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、ベースポリエーテル
ポリオールと、安定剤と、水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポリ
イソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下で
、低当量ポリオールをポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、ベースポリオ
ール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を形成することと、を含む、方法。
40.実施形態1〜24または39のいずれかの方法に従って作製される、ベースポリ
エーテルポリオール中のポリイソシアネート重付加粒子の分散系。
41.実施形態40の分散系をポリイソシアネートと反応させることによって作製され
る、ポリウレタン。
42.スラブストックプロセスにおいて調製される可撓性ポリウレタンフォームである
、実施形態41のポリウレタン。
以下の実施例は、本発明を例示するために提供されるが、その範囲を制限することを意
図するものではない。別途指示のない限り、全ての部及びパーセンテージは重量基準であ
る。
ポリオールIは、約0.1%の水を含有する、3000分子量の公称三官能ポリ(プロ
ピレンオキシド)ホモポリマーである。そのヒドロキシル基の少なくとも98%は、二級
ヒドロキシル基である。
ポリオールIIは、三官能開始剤及び水酸化カリウム触媒の存在下でモノマーを重合す
ることによって形成される、3500分子量のプロピレンオキシド及びエチレンオキシド
の公称三官能ランダムコポリマーである。ポリオールIIは、約0.1%の水を含有する
。そのヒドロキシル基の少なくとも95%は二級ヒドロキシル基であり、5%未満が一級
ヒドロキシル基である。
ポリオールIIIは、三官能開始剤及び亜鉛ヘキサシアノコバルテート錯体触媒の存在
下でモノマーを重合することによって形成される、3500分子量のプロピレンオキシド
及びエチレンオキシドの公称三官能ランダムコポリマーである。そのヒドロキシル基の1
5%未満は一級ヒドロキシル基であり、少なくとも85%は二級ヒドロキシル基である。
ポリオールIIIは、約0.1%の水を含有する。
ポリオールIVは、約0.1%の水を含有する、2000分子量のポリ(プロピレンオ
キシド)ジオールである。そのヒドロキシル基の少なくとも98%は二級ヒドロキシル基
である。
ポリオールVは、18重量%のポリ(エチレンオキシド)末端基を有する、4500分
子量のポリ(プロピレンオキシド)トリオールである。そのヒドロキシル基は主に一級ヒ
ドロキシル基である。ポリオールVは、約0.1%の水を含有する。
モノールXは、0.2%未満の水及び約0.2%の酢酸カリウムを含有する、1500
分子量の90%プロピレンオキシド及び10%エチレンオキシドの直鎖状単官能ブロック
コポリマーである。
モノールYは、0.2%未満の水を含有するが、酢酸カリウムは含有しない、1500
分子量の90%プロピレンオキシド及び10%エチレンオキシドの直鎖状単官能ブロック
コポリマーである。
モノールZは、約0.2%の水を含有する、750分子量の50%プロピレンオキシド
及び50%エチレンオキシドの直鎖状単官能ブロックコポリマーである。
80/20TDIは、80%2,4−トルエンジイソシアネート及び20%2,6−ジ
イソシアネートの混合物である。
シードPIPA Aは、ポリオールI中の10重量%PIPA粒子の分散系である。
シードPIPA Bは、ポリオールV中の10重量%PIPA粒子の分散系である。
比較試料A及びB
比較試料A:実験室用の高速撹拌機上で、5.63部の80/20TDIを、88部の
ポリオールI及び1.80部のモノールXの混合物にブレンドする。これらの材料及び全
ての他の出発材料は、添加する時に室温である。材料を60秒間混合し、次いで、4.5
部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒の混合物を、継続的に混合
しながら60秒にわたって添加する。トリエタノールアミンの添加開始の数秒後に、反応
混合物が白色になるのが認められる。トリエタノールアミン/触媒の添加が完了した後、
さらに熱を印加することなくさらに4分間混合を継続し、その間にポリイソシアネート重
付加粒子の形成が認められる。生成物は、大部分の粒子が50μm超である大きな粒子を
含有し、一晩不安定である。このことは、恐らくは大多数のモノールがPIPA粒子に付
着されないという事実のために、ポリオールにモノールを添加することが粒子の安定化を
保証するものではないということを裏付けている。
比較試料B:実験室用の高速撹拌機上で、4.6部のトリエタノールアミン及び0.2
部の二ラウリン酸ジブチルスズの混合物を、88部のポリオールI及び2部のシードPI
PAポリオールBの混合物にブレンドする。これらの材料及び全ての他の出発材料は、添
加する時に室温である。材料を60秒間混合し、次いで、5.6部の80/20TDIを
、継続的に混合しながら60秒にわたって添加する。ポリイソシアネートの添加開始の数
秒後に、反応混合物が白色になるのが認められる。ポリイソシアネートの添加が完了した
後、さらに熱を印加することなくさらに4分間混合を継続し、その間にポリイソシアネー
ト重付加粒子の形成が認められ、直ちに溶液から薄片が得られる。粒径及び粘性は測定す
ることができない。二ラウリン酸ジブチルスズ触媒の代わりに、第一スズオクトアート、
二ネオデカン酸ジメチルスズ、カルボン酸ビスマス、及びオクタン酸亜鉛で置き換えた場
合にも、同様の結果が得られる。比較実施例Bは、PIPA粒子を安定化するために、主
に二級ヒドロキシル基を含有するベースポリオールとともに使用した場合のシードPIP
AポリオールBの無効性を示している。
実施例1〜3
安定剤Aは、50重量部のモノールXと50部の80/20TDIとを組み合わせ、密
封容器中、室温で混合物を撹拌することによって作製される。モノール及び80/20T
DIの量に基づく理論上のイソシアネート含有量(ビウレット、ウレア、アロフォネート
、またはイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)は23.6%である。測定された生
成物のイソシアネート含有量は16%であり、これは、酢酸カリウムの存在に起因してイ
ソシアヌレート(ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォ
ネート)の形成が起こったことを示唆している。
安定剤Bは、75重量部のモノールXと25部の80/20TDIとを組み合わせ、密
封容器中、室温で混合物を撹拌することによって作製される。モノール及び80/20T
DIの量に基づく理論上のイソシアネート含有量(ビウレット、ウレア、アロフォネート
、またはイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)は11.2%である。測定された生
成物のイソシアネート含有量は5.9%であり、これは、酢酸カリウムの存在に起因して
イソシアヌレート(ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフ
ォネート)の形成が起こったことを示唆している。
安定剤Cは、90重量部のモノールXと10部の80/20TDIとを組み合わせ、密
封容器中、室温で混合物を撹拌することによって作製される。モノール及び80/20T
DIの量に基づく理論上のイソシアネート含有量(ビウレット、ウレア、アロフォネート
、またはイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)は3.7%である。測定された生成
物のイソシアネート含有量は1.5%であり、これは、酢酸カリウムの存在に起因してイ
ソシアヌレート(ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォ
ネート)の形成が起こったことを示唆している。
実施例1:5.4部の80/20TDIを4.2部の安定剤Cと室温で混合する。得ら
れた混合物を、実験室用の高速撹拌機上で88部のポリオールIにブレンドする。次いで
、4.5部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒を添加し、5分間
混合することによってPIPA分散系を作製する。室温まで冷却した後、安定なPIPA
ポリオールを得る。粒径は、Beckman Coulter LS粒径分析器を使用し
て測定される。分散系の粘性は、20℃で、回転モードで動作し、コーンプレート形状を
有するBohlinレオメータを使用して測定される。粘性は、その平衡値で記録される
。粒径及び粘性の測定結果は、表1に報告する通りである。
実施例2:4.1部の80/20TDIを4.2部の安定剤Aと混合する。得られた混
合物を、実験室用の高速撹拌機上で88部のポリオールIと混合する。次いで、実施例1
について記載した一般的な様式でPIPA分散系を作製する。粒径及び粘性を以前と同様
に測定して表1に報告する。
実施例3:5.2部の80/20TDIを2.6部の安定剤Bと混合する。得られた混
合物を、実験室用の高速撹拌機上で88部のポリオール及び2部のシードPIPAポリオ
ールAの混合物にブレンドする。次いで、実施例1に関して記載した様式でPIPA分散
系を作製する。粒径及び粘性を測定して表1に報告する。
これらの実験の各々について測定された粘性及び粒径分布を表1に報告する。
Figure 2020012113
実施例1〜3の結果は、安定剤A、B、及びCが、それら自体で使用された場合、また
は実施例3の場合はシードPIPAポリオールAとともに使用された場合に、PIPA分
散系を安定化する際及び微小粒子を得る際に効果的であることを示す。PIPA粒子は沈
殿しない。粒径及び安定性の改良は、粘性における何らかの有意な増加を犠牲にして得ら
れるものではない。
実施例4及び5
安定剤Dは、50重量部のモノールXと50部の80/20TDIとを組み合わせ、密
封容器中、50℃で混合物を撹拌することによって作製される。モノール及び80/20
TDIの量に基づく理論上のイソシアネート含有量(ビウレット、ウレア、アロフォネー
ト、またはイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)は23.6%である。測定された
生成物のイソシアネート含有量は13.7%であり、これは、以前と同様に、イソシアヌ
レートの、ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネート
の形成を示唆している。
安定剤Eは、80重量部のモノールXと20部の80/20TDIとを組み合わせ、密
封容器中、50℃で混合物を撹拌することによって作製される。モノール及び80/20
TDIの量に基づく理論上のイソシアネート含有量(ビウレットまたはイソシアヌレート
の形成を考慮に入れない)は7.6%である。測定された生成物のイソシアネート含有量
は3.5%であり、これは、以前と同様に、イソシアヌレートの、ならびに場合によって
は、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネートの形成を示唆している。
実施例4及び5は、それぞれ、安定剤D及びEを使用して作製される。実施例4を作製
するために、4.3部の安定剤Dを4.3部の80/20TDIで希釈する。88部のポ
リオールIを4.5部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒と混合
する。次いで、安定剤/TDI混合物をポリオール/トリエタノールアミン/触媒混合物
に添加し、5分間混合する。室温まで冷却した後、安定なPIPAポリオールを得る。
実施例5を作製するために、2.4部の安定剤Eを5.4部の80/20TDIで希釈
する。この混合物は、実施例1に関して記載したようなPIPAポリオールを作製するた
めに使用される。
両方の場合において、粒径及び粘性を以前のように測定した。結果は、表2に示す通り
である。
Figure 2020012113
どちらの分散系も非常に小さな粒子を含有し、粒子の沈殿に対して安定である。粘性は
、それぞれの場合において許容される。両方とも非常に高品質の分散系であると考えられ
、後に報告するように良好な品質のフォームを提供する。
実施例6〜10
安定剤F、G、H、及びIは、モノールXと80/20TDIとを混合し、密封容器中
、20℃で混合物を反応させることによって作製される。出発材料の比率、理論上の(ビ
ウレット、ウレア、アロフォネート、及びイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)及
び測定されたイソシアネート含有量、ならびに外観は、表3に示す通りである。
Figure 2020012113
安定剤F、G、H、及びIを80/20TDIと別々にブレンドし、得られたブレンド
をPIPAポリオールの実施例6〜10を作製するために使用する。各PIPAポリオー
ル生成物中の安定剤の種類及び含有量は、表4に示す通りである。
Figure 2020012113
各場合において、実験室用の高速撹拌機上で88部のポリオールIをイソシアネート/
安定剤混合物とブレンドした後、4.5部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボ
ン酸亜鉛触媒を添加してPIPAポリオール分散系を生成する。混合が15分間継続され
る実施例7を除いた全ての場合において、最終的な添加が完了した後、さらに熱を印加す
ることなく、さらに9分間混合を継続した。粒径及び粘性を以前のように測定した。結果
は、表5に示す通りである。
Figure 2020012113
これらの実施例は、最終PIPAポリオール中の安定剤の組成及び安定剤の含有量を変
化させることの影響を示している。
実施例11〜14
安定剤Dを室温で80/20TDIとブレンドし、異なる量で使用して、表6に示すよ
うな実施例11〜14のPIPAポリオールを作製する。
Figure 2020012113
実施例11及び12は、実施例4に関して記載したのと同じ一般的な方法を使用して作
製する。実施例13及び14は、実施例1に関して記載したのと同じ一般的な方法を使用
して作製する。
配合、粘性、及び粒径を表7に示す。
Figure 2020012113
実施例11は、高レベルのイソシアヌレートを含有する非常に少ない量の本発明の安定
剤であっても、比較試料Aよりも良好な粒径及び安定性を有する生成物を生成することを
示してる。実施例12及び13に示すように、安定剤の量を増加することで、より良好な
結果が得られる。シードPIPAポリオールB(実施例14)の添加は、実施例13と比
較してさらなる利点を提供しない。
実施例15〜18
安定剤Jは、室温で、モノールXと80/20TDIとを75/25の重量比で混合し
て、6.3%のイソシアネート含有量を有するプレポリマーを生成することによって作製
される。理論上のNCO基含有量(ビウレット、ウレア、アロフォネート、及びイソシア
ヌレートの形成を考慮に入れない)は11.2%であり、これは、イソシアヌレート(な
らびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネート)基が形成さ
れたことを示唆している。
実施例15、16、及び17は、2.6部の安定剤Jと5.2部の80/20TDIと
を室温で混合することによって作製される。このイソシアネート混合物を、実験室用の高
速撹拌機上で88部のポリオールI(実施例15)、ポリオールII(実施例16)、及
びポリオールIII(実施例17)に室温で添加して60秒間混合する。次いで、4.5
部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒の混合物を、継続的に混合
しながら60秒にわたって添加する。トリエタノールアミンの添加開始の数秒後に、反応
混合物が白色になるのが認められる。トリエタノールアミン/触媒の添加が完了した後、
さらに熱を印加することなくさらに9分間混合を継続する。粒径及び粘性を測定し、デー
タを表8に提示する。
実施例18は、8.2部の安定剤Jと10部のTDIとをブレンドすることによって作
製される。このブレンドを71部のポリオールI及び4部の実施例3の混合物に添加する
。次いで、9部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒を添加し、実
施例1に関して記載するように分散系を作製する。最終生成物(実施例18)は、表8に
報告するように良好な品質である。
Figure 2020012113
表8のデータから分かるように、安定剤Jは、評価した3種類全部の従来のポリオール
においてPIPA粒子を効率的に安定化する。固体がより多いと、良好な粒径分布、粘性
、及び分散系の安定性が得られる。
実施例19及び20
安定剤Kは、室温でモノールYと80/20TDIとを80/20の重量比で混合して
、7.3%のイソシアネート含有量を有するプレポリマーを生成することによって作製さ
れる。これは、7.6%の理論上のイソシアネート含有量(ビウレット、ウレア、アロフ
ォネート、及びイソシアヌレートの形成を考慮に入れない)よりほんのわずかに少なく、
これは、たとえ存在する場合でも、そのような基がごく少量しか形成されなかったことを
示唆している。
安定剤Lは、四級アンモニウム三量化触媒が添加されることを除いて、安定剤Kと同様
の様式で作成される。プレポリマーは、理論量7.6%に対して3.9%のイソシアネー
ト含有量を有し、これは、イソシアヌレートの、ならびに場合によっては、ビウレット、
ウレア、及び/またはアロフォネート基の形成を示唆している。
実施例19及び20は、2.4部の安定剤(実施例19の場合は安定剤K、実施例20
の場合は安定剤L)と5.2部の80/20TDIとを室温で混合することによって作製
される。このイソシアネート混合物を、86部のポリオールI及び2部の実施例3のブレ
ンドに添加する。0.2部のカルボン酸亜鉛触媒と混合した4.5部のトリエタノールア
ミンを添加し、分散系をさらに9分間混合する。
実施例19は、3〜25μmのサイズ範囲の粒子を有し、比較試料A〜Cのいずれより
も安定である。実施例20は、低粘性(0.98Pa・s)及び小さい粒径(0.05〜
2μm)を有し、安定剤にイソシアヌレート結合を組み込むことの利点を示している。
実施例21〜23
安定剤Mは、0.05部の四級アンモニウム三量化触媒の存在下で、80部のモノール
Yと20部の80/20TDIとを反応させることによって作製される。安定剤Mは、理
論値7.6%に対して2.4%のイソシアネート含有量を有し、これは、イソシアヌレー
トの、ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフォネートの形
成を示唆している。理論値と比較して非常に低い値は、安定剤Mが、他のほとんどの安定
剤と比較して高い比率のイソシアヌレート環を含有することを示唆している。
実施例21〜23のPIPAポリオールは、表9に示されるような種々の量の安定剤M
を使用して作製される。安定剤を5.4部の80/20TDIと混合し、86部のポリオ
ールI及び2部の実施例3の混合物にブレンドする。4.5部のトリエタノールアミン及
び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒の混合物を添加し、以前のように分散系を作製した。粘
性及び粒径は、表9に示す通りである。
Figure 2020012113
表9のデータは、低いNCO含有量を有する安定剤のレベルがPIPA生成物の最終粘
性に与える影響を示す。実施例21は、せん断の増加に伴って、その粘性が、表9に報告
される値からはるかに低い値まで減少するため、実施例21はチキソトロピックである。
実施例21のチキソトロピー挙動は、分散系を作製するために使用されるより高い量の安
定剤、及び安定剤M中の高い比率のイソシアヌレート基のいずれかまたは両方に起因する
と考えられる。これらの要因は、分散系の形成中に、ベースポリオールとの著しい架橋効
果を生み出す場合がある。その一方で、粒径及び安定性は、数ヶ月の期間にわたって3つ
全ての実施例で良好であった。
実施例24及び25
安定剤Nを以下のように調製する。0.05部のN−ヒドロキシアルキル四級アンモニ
ウムカルボン酸塩イソシアネート三量化触媒の存在下で、80部のモノールYと20部の
80/20TDIとを室温で反応させる。発熱が認められ、2〜3時間進行させると、理
論上の7.6%に対して約3.5%のイソシアネート含有量に達する(以前と同様に、イ
ソシアヌレートの、ならびに場合によっては、ビウレット、ウレア、及び/またはアロフ
ォネートの形成を示唆する)。残った全てのイソシアネート基にトリエタノールアミンで
キャッピングするために、次いで、この混合物を過剰なTEOAと反応させる。得られた
キャッピングされた材料を安定剤Nと称する。
実施例24は、88部のポリオールIVと4.34部の80/20TDIとを実験室用
の高速撹拌機上で混合することによって調製される。次いで、3.54部のトリエタノー
ルアミン、0.2部のカルボン酸亜鉛触媒、及び1.93部の安定剤Nの混合物を、継続
的に撹拌しながら60秒にわたって添加する。添加が終了した後、混合物をさらに9分間
撹拌する。全ての構成成分は、添加する時に室温である。得られたPIPAポリオールは
、0.81Pa・sの粘性を有する。これは、0.1〜0.9μmのサイズを有する粒子
のより大きな部分と、0.9〜3μmの粒径を有するやや小さな部分とを有する二峰性粒
径分布を有する。これは、非常に良好な分散系であると見なされる。
実施例25は、88部の実施例24(同じ日に調製)と4.34部の80/20TDI
とを実験室用の高速撹拌機上で混合することによって調製される。次いで、3.54部の
トリエタノールアミン、0.2部のカルボン酸亜鉛触媒、及び1.93部の安定剤Nの混
合物を、継続的に撹拌しながら60秒にわたって添加する。添加が終了した後、混合物を
さらに9分間撹拌する。得られたPIPAポリオールは、20固体重量%で1.30Pa
・sの粘性を有する。これは、0.2〜0.9μmのサイズを有する粒子のより大きな部
分と、0.9〜7μmの粒径を有するやや小さい部分とを有する二峰性粒径分布を有する
。より大きな粒子の小さな肩が存在する。これは、低粘性及び微小粒子を伴う非常に良好
な分散系であると見なされる。
実施例26
安定剤Oは、密封容器中、80部のモノールXと20部の80/20TDIとを室温で
反応させることによって作製される。安定剤Oは、理論値7.6%に対して1.8%のイ
ソシアネート含有量を有し、これは、イソシアヌレートの、ならびに場合によっては、ビ
ウレット、ウレア、及び/またはアロフォネートの形成を示唆している。
実施例26は、9.4部のトリエタノールアミン及び0.2部のカルボン酸亜鉛触媒を
、78部のポリオールV及び2部のシードPIPAポリオールBの混合物にブレンドする
ことによって作製される。11.4部の80/20TDIと混合した2.9部の安定剤O
を添加した後、さらに9分間混合する。粒径は0.1〜2ミクロンであり、粘性は3.0
Pa・sである。20%固体の生成物が安定である。
発泡実験
下の表10に列挙する全ての構成成分を、室温で、手で混合することによってボックス
フォームを作製する。得られた反応混合物を開放箱に注ぎ、その箱の中で膨脹及び硬化さ
せる。実施例4、5、7、9、15、16、及び17からのPIPAポリオールを使用し
て、それぞれ、フォーム4−F、5−F、7−F、9−F、15−F、16−F、及び1
7−Fを作製する。フォームの密度、圧縮たわみ(40%)、弾力性、気流、及び圧縮永
久ひずみを、ASTM試験方法に従って測定する。結果は表10に示す通りである。
Figure 2020012113
表10のデータは、本発明のPIPAポリオールが、従来の未充填のポリオール(対照
A)、または分散したスチレン−アクリロニトリル粒子を有する従来のポリマーポリオー
ル(対照B)を使用して作製されるフォームと均等かまたはそれよりも良好な特性を有す
るポリウレタンフォームを作製するために使用することができることを示している。
比較試料C
比較用安定剤Pは、70部のモノールZと30部の80/20TDIとを、密封容器中
、室温で反応させることによって作製される。NCO含有量は、理論上の31.1%に対
して25%である。この差は、親水性モノールZ中の水の存在によって引き起こされたビ
ウレット、ウレア、及び/またはアロフォネートの形成によるものであると考えられる。
実施例Cは、3.9部の80/20TDIと2.9部の比較用安定剤Pとを室温で混合
し、その混合物を89部のポリオールIに添加することによって作製される。続いて、0
.2部のカルボン酸亜鉛触媒と混合して4.4部のトリエタノールアミンを添加し、得ら
れた混合物をさらに9分間撹拌する。ゲルが直ちに形成される。比較試料Cは、高い比率
の重合エチレンオキシドを有するポリエーテル鎖を含有する安定剤化合物には、安定な分
散系を形成できないことを示している。
特定の実施形態において、本発明は以下の通りである。
項1.
ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法であって、最大80のヒドロキシル当量及び1分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、ポリイソシアネート重付加(PIPA)ポリオールではなく、かつケイ素化合物ではない安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、前記ベースポリエーテルポリオールと、前記安定剤と、水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、前記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の前記分散系を形成することと、を含む、前記方法。
項2.
前記安定剤は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する少なくとも1つの官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物を含み、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポリエーテルに結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のヒドロキシル基で終端され、さらに、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、項1に記載の前記方法。
項3.
前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、700〜8000の分子量及び1つのイソシアネート反応基を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソシアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、項2に記載の前記方法。
項4.
前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のイソシアヌレート基を含有する、項3に記載の前記方法。
項5.
1つ以上のイソシアヌレート基を含有する前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、構造II
Figure 2020012113
によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O−または−NH−であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、項4に記載の前記方法。
項6.
ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法であって、最大80のヒドロキシル当量を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、前記ベースポリエーテルポリオール及び前記安定剤の存在下で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、前記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の前記分散系を形成することと、を含み、前記安定剤は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物を含み、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポリエーテルに結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反応基で終端され、さらに、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、前記方法。
項7.
前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、700〜8000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソシアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、項6に記載の前記方法。
項8.
前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)の全てまたは一部は、1つ以上のイソシアヌレート基を含有する、項6または7に記載の前記方法。
項9.
1つ以上のイソシアヌレート基を含有する前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、
Figure 2020012113
によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O−または−NH−であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、項6〜8のいずれかに記載の前記方法。
項10.
前記安定剤は、3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、項1〜9のいずれか一項に記載の前記方法。
項11.
前記ベースポリオールの前記ヒドロキシル基の92〜100%は、二級ヒドロキシル基である、項1〜10のいずれか一項に記載の前記方法。
項12.
アミノアルコールは、トリエタノールアミンであるか、または75〜99.9重量%のトリエタノールアミンと0.1〜25重量%の別の低当量ポリオールとの混合物である、項1〜11のいずれか一項に記載の前記方法。
項13.
200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物を含む安定剤であって、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポリエーテルに結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反応基で終端され、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、前記安定剤。
項14.
前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、1つのイソシアネート反応基及び700〜8000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソシアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、項13に記載の前記安定剤。
項15.
700〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを含有する前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、
Figure 2020012113
によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O−または−NH−であり、各Aは、独立して、
Figure 2020012113
または
Figure 2020012113
である、項13または14に記載の前記安定剤。
項16.
3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、項15に記載の前記安定剤。
項17.
安定剤を調製するための方法であって、1分子当たり2〜6個のイソシアネート基及び最大250のイソシアネート当量を有する出発ポリイソシアネート化合物を、700〜3000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、イソシアネート三量化触媒の存在下で、10:90〜90:10の重量比で反応させて、700〜3000の分子量を有し、かつ少なくとも1重量%のイソシアネート含有量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを含有する1つ以上のイソシアヌレート化合物を含有する生成物混合物を形成することを含む、前記方法。
項18.
項17に記載の前記方法によって形成される、安定剤。
項19.
ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法であって、最大80のヒドロキシル当量及び分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、実施形態25〜33または38のいずれかに記載の安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、前記ベースポリエーテルポリオールと、前記安定剤と、水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、前記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の前記分散系を形成することと、を含む、前記方法。
項20.
項1〜12または19のいずれかに記載の前記方法に従って作製される、ベースポリエーテルポリオール中のポリイソシアネート重付加粒子の分散系。

Claims (20)

  1. ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法で
    あって、最大80のヒドロキシル当量及び1分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を有す
    る低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、ポリイソシアネート重
    付加(PIPA)ポリオールではなく、かつケイ素化合物ではない安定剤と、少なくとも
    200のヒドロキシル当量を有するベースポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成
    することと、前記ベースポリエーテルポリオールと、前記安定剤と、水、ベースポリオー
    ル、低当量ポリオール、安定剤、及びポリイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基
    づいて0〜2.0重量%の水との存在下で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネ
    ート化合物(複数可)と反応させて、前記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付
    加粒子の前記分散系を形成することと、を含む、前記方法。
  2. 前記安定剤は、200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグ
    メントを有する少なくとも1つの官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物
    を含み、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、一方
    の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポリエーテルに結合
    された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のヒドロキシル基で終端され、さらに
    、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は
    、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有す
    る、請求項1に記載の前記方法。
  3. 前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、700〜8000の分
    子量及び1つのイソシアネート反応基を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソ
    シアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、請求項2に記載の前
    記方法。
  4. 前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ
    以上のイソシアヌレート基を含有する、請求項3に記載の前記方法。
  5. 1つ以上のイソシアヌレート基を含有する前記官能化された直鎖状または分岐状のポリ
    エーテル化合物は、構造II
    Figure 2020012113
    によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリ
    イソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出
    発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは
    、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または−
    NH‐であり、各Aは、独立して、
    Figure 2020012113
    または
    Figure 2020012113
    である、請求項4に記載の前記方法。
  6. ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法で
    あって、最大80のヒドロキシル当量を有する低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソ
    シアネート化合物と、安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベースポ
    リエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、前記ベースポリエーテルポリオ
    ール及び前記安定剤の存在下で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネート化合物
    (複数可)と反応させて、前記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の前
    記分散系を形成することと、を含み、前記安定剤は、200〜8000の分子量を有する
    少なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する1つ以上の官能化された直鎖状または
    分岐状のポリエーテル化合物を含み、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテ
    ル化合物は、一方の末端が、1つ以上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポ
    リエーテルに結合された1つ以上のイソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反
    応基で終端され、さらに、そのような官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化
    合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレット、イソシアヌレート、ウレア、またはア
    ロフォネート基を含有する、前記方法。
  7. 前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、700〜8
    000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大300のイソシアネート当量を有す
    るポリイソシアネートとの反応生成物である、請求項6に記載の前記方法。
  8. 前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)の全てまたは一
    部は、1つ以上のイソシアヌレート基を含有する、請求項6または7に記載の前記方法。
  9. 1つ以上のイソシアヌレート基を含有する前記官能化された直鎖状または分岐状のポリ
    エーテル化合物(複数可)は、
    Figure 2020012113
    によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリ
    イソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出
    発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは
    、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または−
    NH‐であり、各Aは、独立して、
    Figure 2020012113
    または
    Figure 2020012113
    である、請求項6〜8のいずれかに記載の前記方法。
  10. 前記安定剤は、3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、請求項1〜9のいずれ
    か一項に記載の前記方法。
  11. 前記ベースポリオールの前記ヒドロキシル基の92〜100%は、二級ヒドロキシル基
    である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の前記方法。
  12. アミノアルコールは、トリエタノールアミンであるか、または75〜99.9重量%の
    トリエタノールアミンと0.1〜25重量%の別の低当量ポリオールとの混合物である、
    請求項1〜11のいずれか一項に記載の前記方法。
  13. 200〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを有する
    1つ以上の官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物を含む安定剤であって
    、前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、一方の末端が、1つ以
    上のウレア及び/もしくはウレタン基によって前記ポリエーテルに結合された1つ以上の
    イソシアネート基または1つ以上のイソシアネート反応基で終端され、そのような官能化
    された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物の全てまたは一部は、1つ以上のビウレ
    ット、イソシアヌレート、ウレア、またはアロフォネート基を含有する、前記安定剤。
  14. 前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物(複数可)は、1つのイソ
    シアネート反応基及び700〜8000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、最大3
    00のイソシアネート当量を有するポリイソシアネートとの反応生成物である、請求項1
    3に記載の前記安定剤。
  15. 700〜8000の分子量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグメントを含有す
    る前記官能化された直鎖状または分岐状のポリエーテル化合物は、
    Figure 2020012113
    によって表される構造を有し、式中、各Rは、構造R−(NCO)を有する出発ポリ
    イソシアネート化合物からイソシアネート基を除去した後の残基を表し、各xは、前記出
    発ポリイソシアネート化合物上のイソシアネート基の数を表す2〜6の数であり、PEは
    、700〜8000分子量のポリエーテル鎖を表し、各Xは、独立して、−O―または−
    NH‐であり、各Aは、独立して、
    Figure 2020012113
    または
    Figure 2020012113
    である、請求項13または14に記載の前記安定剤。
  16. 3〜15重量%のイソシアネート基を含有する、請求項15に記載の前記安定剤。
  17. 安定剤を調製するための方法であって、1分子当たり2〜6個のイソシアネート基及び
    最大250のイソシアネート当量を有する出発ポリイソシアネート化合物を、700〜3
    000の分子量を有する単官能ポリエーテルと、イソシアネート三量化触媒の存在下で、
    10:90〜90:10の重量比で反応させて、700〜3000の分子量を有し、かつ
    少なくとも1重量%のイソシアネート含有量を有する少なくとも1つのポリエーテルセグ
    メントを含有する1つ以上のイソシアヌレート化合物を含有する生成物混合物を形成する
    ことを含む、前記方法。
  18. 請求項17に記載の前記方法によって形成される、安定剤。
  19. ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の分散系を調製するための方法で
    あって、最大80のヒドロキシル当量及び分子当たり2〜6個のヒドロキシル基を有する
    低当量ポリオールと、1つ以上のポリイソシアネート化合物と、実施形態25〜33また
    は38のいずれかに記載の安定剤と、少なくとも200のヒドロキシル当量を有するベー
    スポリエーテルポリオールとの撹拌混合物を形成することと、前記ベースポリエーテルポ
    リオールと、前記安定剤と、水、ベースポリオール、低当量ポリオール、安定剤、及びポ
    リイソシアネート化合物(複数可)の総重量に基づいて0〜2.0重量%の水との存在下
    で、前記低当量ポリオールを前記ポリイソシアネート化合物(複数可)と反応させて、前
    記ベースポリオール中にポリイソシアネート重付加粒子の前記分散系を形成することと、
    を含む、前記方法。
  20. 請求項1〜12または19のいずれかに記載の前記方法に従って作製される、ベースポ
    リエーテルポリオール中のポリイソシアネート重付加粒子の分散系。
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