JP2929168B2 - 低粘度窒素含有ポリオール組成物の製造方法 - Google Patents

低粘度窒素含有ポリオール組成物の製造方法

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  • Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発泡剤として水単独使
用または水と揮発性物質を併用して、特にスプレー発泡
により硬質ポリウレタンフォームを製造するのに有用で
ある低粘度の窒素含有ポリオール組成物の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】硬質ポリ
ウレタンフォームの製造には、従来は、発泡剤としてC
FC−11が使用されていた。しかしながら、CFC−
11はオゾン層を破壊する物質であるために1996年
から使用できなくなる。代替発泡剤として、HCFC−
141bが既に開発されているが、この物質もわずかで
はあるがオゾン層を破壊するので、1996年から使用
が制限される。将来も使用できる発泡剤としては、水
(すなわち、水とイソシアネート基の反応により二酸化
炭素が発生する)がある。
【0003】一方、従来の硬質ポリウレタンフォーム用
ポリオールは粘度が高く、CFC−11のような揮発性
物理発泡剤を大量に配合することによりポリウレタンフ
ォームを製造するのに適した粘度としていた。しかしな
がら、上述の理由等により、低粘度の物理発泡剤が環境
問題の点から制限されるようになり、発泡剤として水を
多く使用するようになった。そこで、ポリオールとして
は低粘度のものが要求されている。
【0004】硬質ポリウレタンフォーム用のポリオール
を低粘度化する方法としては、アルキレンオキサイドの
付加量を多くする方法や、官能基数を低くする方法が採
られているが、いずれもそのようなポリオールによって
得られるポリウレタンフォームの物理的性質を低下させ
る。
【0005】本発明の課題は、得られる硬質ポリウレタ
ンフォームの物理的性質を低下させることなく、発泡剤
として水単独あるいは水と少量の揮発性物理発泡剤を使
用して硬質ポリウレタンフォームを製造するのに適した
低粘度のポリオール組成物を提供する処にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、窒素含有ポリオールの組成と粘度、ポ
リウレタンフォームの物理的性質を鋭意検討し、最適の
組成を見出し、本発明に到達した。
【0007】すなわち本発明は、水酸基価が300〜4
50mgKOH/gで25℃における粘度が800〜
4,000mPa・sである低粘度窒素含有ポリオール
組成物を製造する方法であって、(1) アルキルフェノー
ル、ジエタノールアミンおよびホルムアルデヒドをそれ
ぞれのモル比がアルキルフェノール:ジエタノールアミ
ン:ホルムアルデヒド=1:2.5〜4:1.5〜2と
なるように混合して、未反応ホルムアルデヒドが反応混
合物の1重量%以下になるのに充分な時間加熱する工
程、(2) 反応生成物から水を除去する工程、および(3)
反応生成物に、プロピレンオキサイドを単独でまたはプ
ロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを別個にもし
くは混合して付加する工程からなる方法である。
【0008】本発明に用いられるアルキルフェノールと
は、主としてパラ位がアルキル基で置換されたフェノー
ルであり、p−クレゾール、p−t−ブチルフェノー
ル、ノニルフェノール、ドデシルフェノールなどが使用
できるが、特にノニルフェノールが最適である。置換基
のないフェノールを使用した場合にはフェノールのホル
ムアルデヒドによる樹脂化がおこり、得られるポリオー
ル組成物の粘度が高くなる原因となるので好ましくな
い。
【0009】ホルムアルデヒドは、水溶液として市販さ
れているホルマリン、固体の形態で市販されているパラ
ホルムなどがいずれも使用でき、特に限定するものでは
ない。
【0010】アルキルフェノールとジエタノールアミン
とホルムアルデヒドとの混合モル比は1:2.5〜4:
1.5〜2である。アルキルフェノール1モルに対して
ジエタノールアミンが2.5モル未満だと、得られるポ
リオール組成物の粘度が高くなる原因となり、4モルを
超えると、ポリオール組成物の粘度は低くなるが、官能
基数が低下して、得られるポリウレタンフォームの物理
的性質が低下する原因となる。したがって、ジエタノー
ルアミンはアルキルフェノール1モルに対して2.5〜
4モル使用し、好ましくは3〜3.5モル使用する。ホ
ルムアルデヒドの量がアルキルフェノール1モルに対し
て1.5モル未満だと、ポリオール組成物の官能基数が
低くなるにもかかわらず、ポリオール組成物の粘度は低
下せず、得られるポリウレタンフォームの物理的性質の
みが低下する。ホルムアルデヒドの量が2モルを超える
と、過剰のホルムアルデヒドが未反応物として残存した
り、フェノール環の間での架橋が起こってポリオール組
成物の粘度が高くなったりする。したがって、ホルムア
ルデヒドはアルキルフェノール1モルに対して1.5〜
2モル使用し、好ましくは1.8〜2モル使用する。し
たがって、アルキルフェノールとジエタノールアミンと
ホルムアルデヒドとの好ましい混合モル比は1:3〜
3.5:1.8〜2である。
【0011】アルキルフェノール、ジエタノールアミン
およびホルムアルデヒドからなる上記割合の混合物を、
50〜150℃において、好ましくは80〜130℃に
おいて、未反応ホルムアルデヒドが反応混合物の1重量
%以下になるのに充分な時間加熱する。反応温度が50
℃未満の場合には、反応が進みにくく、実用的な時間で
は未反応ホルムアルデヒドの量が1重量%以下にはなり
にくい。また、反応温度が150℃を超える場合には、
アルキルフェノールの樹脂化というような副反応が起こ
るので好ましくない。なお、反応混合物中の未反応ホル
ムアルデヒドの量は吸光度法により測定する。
【0012】混合物を得る方法としては、アルキルフェ
ノールとジエタノールアミンの混合物にホルムアルデヒ
ドを添加して所定の混合物とするのが好ましい。特に、
ジエタノールアミンのない状態でアルキルフェノールと
ホルムアルデヒドを混合すると、アルキルフェノールの
高分子化、樹脂化が起こり、ポリオール組成物の粘度が
高くなるばかりでなく、極端な場合には反応器の内部で
固化することがある。
【0013】ホルムアルデヒドの反応により水が生成
し、またホルマリンのような水溶液を使用すると反応生
成物中に水が存在するので、適切な方法で反応生成物か
ら水を除去する。水を除去する方法としては、例えば、
加熱して減圧にする方法がある。
【0014】次に、反応生成物に、触媒の存在下あるい
は存在しない状態で、プロピレンオキサイドを単独で、
またはプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを別
個にもしくは混合して付加する。ここで使用する触媒と
しては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアル
カリ金属の水酸化物、ジメチルアミノエタノール、1−
メチルイミダゾールなどの3級アミン類などが挙げられ
る。触媒の存在しない状態でも付加反応は起こるが、実
用的な反応時間とするためには触媒の使用が好ましい。
【0015】プロピレンオキサイドとエチレンオキサイ
ドを付加する場合には、プロピレンオキサイド:エチレ
ンオキサイド=10:0〜7:3(重量比)の範囲とす
るのが好ましいが、特に限定するものではない。エチレ
ンオキサイドの量が増えると、1級水酸基の量が増え
て、イソシアネートとの反応性は高くなるが、エチレン
オキサイド付加量が多すぎると、得られるポリウレタン
フォームの物理的性質が低下する。また、付加方法は、
プロピレンオキサイドを付加した後にエチレンオキサイ
ドを付加するか、またはプロピレンオキサイドとエチレ
ンオキサイドを混合して付加する方法が好ましいが、特
に限定するものではない。
【0016】この付加反応の温度は80〜180℃で、
好ましくは100〜130℃で行なう。反応温度が80
℃未満だと実用的な速度では反応が進みにくい。また、
180℃を超える反応温度では副反応が起こり、所望の
性質のポリオール組成物が得られにくい。
【0017】付加反応生成物中には、未反応プロピレン
オキサイドや未反応エチレンオキサイドなどの揮発性成
分が混在するので、ストリッピングなどにより除去する
のが好ましい。また、触媒を使用したときは常法に従っ
て反応生成物から除去する。
【0018】本発明の方法においては、ポリオール組成
物の水酸基価が300〜450mgKOH/gで25℃
における粘度が800〜4,000mPa・sの範囲と
なるように、付加反応を調整すべきである。水酸基価が
300mgKOH/g未満だと、粘度は低くなるが、ポ
リウレタンフォームの物理的性質の保持が困難となる。
また、水酸基価が450mgKOH/gを超えると、粘
度が高くなる。したがって、ポリオール組成物の水酸基
価を300〜450mgKOH/gとして25℃の粘度
を800〜4,000mPa・sとするのが、低粘度で
作業性が良く、しかも得られるポリウレタンフォームの
物理的性質の低下もない。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、実施例および比較例中の「部」および「%」は重
量基準である。
【0020】実施例1 内容量5リットルのオートクレーブに、ノニルフェノー
ル540部とジエタノールアミン831部を仕込んで混
合した後、377部のホルマリン(ホルムアルデヒド3
7%)を添加して(ノニルフェノール:ジエタノールア
ミン:ホルムアルデヒド=1.00:3.23:1.9
5(モル比))120℃で2時間保持し、ホルムアルデ
ヒドの量を0.1%以下とした。120℃で4kPaと
なるまで減圧し、脱水を行なった。なお、減圧の途中で
4.5部の水酸化カリウムをオートクレーブに仕込ん
だ。プロピレンオキサイド1,415部とエチレンオキ
サイド157部の混合物を、120℃でゲージの圧力が
0.4MPaを超えないように、逐次オートクレーブに
導入した。常法に従って、酸で中和した後、減圧で脱水
し、濾過することによりポリオール組成物を得た。得ら
れたポリオール組成物は、水酸基価が415mgKOH
/gで25℃の粘度が2,500mPa・sであり、低
粘度の窒素含有ポリオール組成物であった。
【0021】実施例2 実施例1と同様に、ノニルフェノール540部、ジエタ
ノールアミン831部、ホルマリン377部をオートク
レーブに仕込んで、100℃で2時間反応させた。未反
応のホルムアルデヒドは0.2%であった。120℃で
4kPaとなるまで減圧し、脱水を行なった。12部の
1−メチルイミダゾールを添加した後、120℃で1,
414部のプロピレンオキサイドを反応させ、続いて1
30℃で157部のエチレンオキサイドを反応させた。
反応生成物を120℃で1kPaとなるまで減圧して揮
発性成分を除去した。得られたポリオール組成物は、水
酸基価が405mgKOH/gで25℃の粘度が2,5
10mPa・sであり、低粘度の窒素含有ポリオール組
成物であった。
【0022】比較例1 ノニルフェノール947部、ジエタノールアミン927
部、ホルマリン524部の混合物(ノニルフェノール:
ジエタノールアミン:ホルムアルデヒド=1.00:
2.05:1.50(モル比))を、80℃で3時間反
応させた。100℃で3kPaまで減圧にして、脱水を
行なった。無触媒で、プロピレンオキサイド965部と
エチレンオキサイド107部の混合物を100℃でオー
トクレーブに導入し、導入量の1/3に達した時点で1
20℃まで反応温度を上昇させた。120℃でゲージ圧
が0.13MPa以下に下がらなかったので、120℃
で1kPaまで減圧にして、揮発性の成分を除去した。
得られたポリオール組成物は、水酸基価が477mgK
OH/gで25℃の粘度が11,400mPa・sであ
り、水発泡のポリウレタンフォームに使用するには粘度
が高かった。
【0023】比較例2 ノニルフェノール1,217部、ジエタノールアミン9
00部、ホルマリン448部の混合物(ノニルフェノー
ル:ジエタノールアミン:ホルムアルデヒド=1.0
0:1.55:1.00(モル比))を、120℃で2
時間反応させた。無触媒で、プロピレンオキサイド73
5部とエチレンオキサイド82部の混合物を120℃で
導入し、ゲージ圧が0MPaまで下がった時点で減圧を
開始し、120℃で1kPaまで減圧にして、揮発性の
成分を除去した。得られたポリオール組成物は、水酸基
価が484mgKOH/gで25℃の粘度が13,54
0mPa・sであり、水発泡のポリウレタンフォームに
使用するには粘度が高かった。
【0024】発泡例1〜8 表1に示すように、実施例1、2および比較例1、2の
ポリオール組成物を使用してA液を予め調製し、これを
B液と混合して型枠に注入して硬質ポリウレタンフォー
ムを製造した。反応性およびフォームの物理的性質を測
定した結果を表1に併記した。
【0025】
【表1】 本発明によって得られたポリオール組成物を使用して得
た硬質ポリウレタンフォームは、同じ量の発泡剤を使用
しても密度が小さくなり、発泡効率が良い。また、同等
の密度ならば、従来の粘度の高いポリオール組成物を使
用した場合と同等の物理的性質を有している。したがっ
て、本発明によって得られたポリオール組成物は、発泡
剤による減粘効果の期待できない水発泡に適したポリオ
ール組成物である。
【0026】
【発明の効果】本発明の方法によって製造される低粘度
窒素含有ポリオール組成物は、粘度が低くて硬質ポリウ
レタンフォーム製造の作業性が改善される。しかも、ア
ミンによる触媒活性を有しており、反応性の高いポリオ
ール組成物であるので、発泡剤として水を単独または水
と揮発性の物理発泡剤を併用してスプレー発泡などによ
る硬質ポリウレタンフォームの製造に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08G 65/26 C08G 65/26 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 213/02 C07C 213/08 C07C 217/58 C08G 14/06 C08G 18/48 C08G 65/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸基価が300〜450mgKOH/
    gで25℃における粘度が800〜4,000mPa・
    sである低粘度窒素含有ポリオール組成物を製造する方
    法であって、 (1) アルキルフェノール、ジエタノールアミンおよびホ
    ルムアルデヒドをそれぞれのモル比がアルキルフェノー
    ル:ジエタノールアミン:ホルムアルデヒド=1:3〜
    3.5:1.8〜2となるように混合して、未反応ホル
    ムアルデヒドが反応混合物の1重量%以下になるのに充
    分な時間加熱する工程、 (2) 反応生成物から水を除去する工程、および (3) 反応生成物に、プロピレンオキサイドを単独でまた
    はプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを別個に
    もしくは混合して付加する工程からなる方法。
  2. 【請求項2】 アルキルフェノールがノニルフェノール
    である請求項1に記載の方法。
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