JP3105054B2 - ポリウレタンフォーム製造用触媒組成物及びこれを用いたポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

ポリウレタンフォーム製造用触媒組成物及びこれを用いたポリウレタンフォームの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリウレタンフォーム
製造用触媒組成物及びそれを用いたポリウレタンフォー
ムの製造方法に関するものである。更に詳しくは、充填
性、脱型性、及び寸法安定性に良好なポリウレタンフォ
ームの製造において用いられるポリウレタンフォーム製
造用触媒組成物及びそれを用いたポリウレタンフォーム
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】硬質ポリウレタンフォームは、発泡剤と
してトリクロロフルオロメタン(以下R−11と記す)を
用いることにより優れた断熱性能を示し、冷蔵庫をはじ
め冷凍倉庫などに断熱材として広く使用されている。通
常、硬質ポリウレタンフォームの製造においては発泡剤
としてクロロフルオロカーボン類(以下フロンと記す)
と水が併用されている。また、将来的にはオゾン破壊係
数(ODP)の低い1,1 −ジクロロ−2,2,2 −トリフル
オロエタン(R−123 )、1,1 −ジクロロ−1−フルオ
ロエタン(R−141b) 、クロロジフルオロメタン(R−
22) 、1−クロロ−1,1 −ジフルオロエタン(R−142
b)、1,1,1,2 −テトラフルオロエタン(R−134a) が
用いられると考えられるが、この処方においても水の添
加量は従来よりも高くなる場合が考えられる。一般的な
水とフロンの使用量はポリオール100 重量部に対して水
が1.5 〜2.5 重量部、R−11は30〜45重量部程度であっ
た。
【0003】これに対し、フロン削減規制に伴い、ポリ
ウレタンフォームの製造時に使用される水の量が 2.5〜
4.5 重量部に増え、またR−11は15〜30重量部となり、
従来の処方と比較すると約30%のR−11の削減が行われ
ている。
【0004】その上、今日ではフロン削減規制は更に強
化され、これに対応して水が 3.5〜5.5 重量部、R−11
は10〜25重量部となり、従来の処方と比較すると約50〜
70%のR−11削減が余儀なくされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ポリウレタン
フォームの製造において、上記のように水を多く使用し
た場合、イソシアネートに対するポリオールの反応率が
相対的に低下するため、ウレタン化反応による重合度が
低くなり、低分子量のウレア化合物が大量に増加する。
この結果、高架橋、低分子量のポリウレタンフォームと
なりフライアビリティーを悪化させ、鉄板やABS樹脂
といった面材との接着性を阻害し、ウレタンフォームが
面材との接触面で破壊するという欠点が生じ、このため
ウレタン表面に大きなすきまが生じ、断熱性能等が大き
く低下するという欠点があった。また、ウレア化合物は
その分子間凝集力が非常に強いため発泡過程の見かけ粘
度が高くなり、その結果充填性が大幅に悪化するという
欠点があった。
【0006】これらの問題点に対しては以前から種々の
対策が採られてきた。第一にフライアビリティーを少な
くするための方法として、低官能基数、高分子量のポリ
オールを用いる方法などが一般的であり、また触媒面で
はより樹脂化促進性の高い化合物が効果があることが知
られていた。そのような触媒として例えばトリエチレン
ジアミン、イミダゾール誘導体などを用いる方法が知ら
れている(特開平3−97713 号)。しかしこれらの触媒
は相対的に発泡反応を低下させるためポリウレタンフォ
ームの充填性は更に悪化してしまう。そこでポリウレタ
ンフォームの充填性を改善し得る触媒として、 N,N,N',
N',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン等の泡化触
媒を用いた場合フライアビリティーが悪化してしまう等
の欠点が生じる。またこれらを単純にブレンドするだけ
では各々の平均的な値しか得られず、充填性とフライア
ビリティーの両方を同時に改良することは望めなかっ
た。更に断熱性(熱伝導率)の改良には高水酸基価の架
橋剤として、例えばエチレングリコール、プロピレング
リコール等を添加することが有効であるがこの方法はフ
ライアビリティーと充填性を悪化させることが分かって
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために鋭意研究した結果、特定の環構造を
分子内に持つ3種類の3級アミン化合物を必須成分とす
る触媒を使用する時にフライアビリティーと充填性、更
に断熱性能が共に向上されたウレタンフォームが得られ
ることを見いだし、本発明を完成した。
【0008】即ち本発明は、下記一般式 (1)で表される
分子中に環構造を有するアミン化合物、一般式(2) で表
される分子中に環構造を有するアミン化合物及び一般式
(3)で表される分子中に環構造を有するアミン化合物か
らなるポリウレタンフォーム製造用触媒組成物を提供す
るものである。 一般式(1) ;分子中にピペラジン環構造を有する化合
物。
【0009】
【化7】
【0010】〔式中R1、R2はそれぞれ独立に炭素数1〜
3のアルキル基、アルキル基の炭素数が1〜3のジメチ
ルアミノアルキル基又はヒドロキシアルキル基を示
す。〕
【0011】
【化8】
【0012】〔式中R3、R4はそれぞれ独立に炭素数1〜
3のアルキル基又はシクロヘキシル基を示す。〕
【0013】
【化9】
【0014】〔式中R5は水素、炭素数1〜4のアルキル
基又はヒドロキシアルキル基を示し、R6は炭素数1〜4
のアルキル基又はヒドロキシアルキル基を示す。〕 また、本発明は有機ポリイソシアネートとポリオール
を、触媒及び発泡剤の存在下で反応させることから成る
ウレタンフォームの製造において、触媒として上記のポ
リウレタンフォーム製造用触媒組成物を使用することを
特徴とするポリウレタンフォームの製造方法を提供する
ものである。
【0015】本発明のポリウレタン製造用触媒組成物に
用いられる一般式(1) に示されている、分子中にピペラ
ジン環構造を有するアミン化合物としては、N,N'−ジメ
チルピペラジン、 N−メチル−N'−ヒドロキシエチルピ
ペラジン、N −メチル−N'−ジメチルアミノエチルピペ
ラジン等が挙げられるが、好ましくはN −メチル−N'−
ジメチルアミノエチルピペラジンである。一般式(2) に
示されている、シクロヘキサン環構造を有するアミン化
合物としては、 N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、
N−メチルジシクロヘキシルアミンが挙げられるが、好
ましくは N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンである。
また、一般式(3) に示されている、分子中にイミダゾー
ル環構造を有するアミン化合物としては、1−メチルイ
ミダゾール、1,2 −ジメチルイミダゾール、1−イソブ
チル−2−メチルイミダゾール、1−ヒドロキシエチル
イミダゾール等が挙げられるが、好ましくは1−メチル
イミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイミダゾー
ルである。また、上記に示した分子中に環構造を有する
各アミン化合物はその1種又は2種以上を使用すること
ができる。
【0016】本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒
組成物は、前記一般式(1) で表されるアミン化合物5〜
20重量%、好ましくは7〜15重量%、前記一般式(2) で
表されるアミン化合物5〜20重量%、好ましくは7〜15
重量%、前記一般式(3) で表されるアミン化合物60〜90
重量%、好ましくは70〜86重量%からなる。
【0017】本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒
組成物の使用量はポリオール100 重量部に対し、0.1 重
量部以上5.0 重量部以下の範囲が好ましく、特に好まし
くは1.0 重量部以上 4.0重量部以下の範囲であるが、触
媒の添加量をコントロールすることによってポリウレタ
ンフォーム製造工程の最適化を計るという目的のもとに
この範囲を外して使用することも可能である。
【0018】尚、工程の最適化を計る上で必要な場合に
は、本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒組成物に
併せて一般公知のアミン系及び有機金属系ウレタン触媒
も使用することが出来る。例えば N,N,N',N'−テトラメ
チルヘキサメチレンジアミン、 N,N,N',N'−テトラメチ
ルエチレンジアミン、 N,N,N',N'−テトラメチルプロピ
レンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテ
ル、トリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)−ヘキサヒ
ドロ−S −トリアジン、メチルモルフォリン、エチルモ
ルフォリン、トリエチレンジアミン、オクタン酸錫、ジ
ブチルジラウリン酸錫等を併用することもできる。
【0019】本発明のポリウレタンフォームの製造方法
は、有機ポリイソシアネートとポリオールを、前記の本
発明ポリウレタンフォーム製造用触媒組成物及び発泡剤
の存在下で反応させることから成る。反応条件は特に限
定されず、通常の方法に準じて行えばよい。また、本発
明の触媒組成物は硬質、軟質、その他のポリウレタンフ
ォームの何れの製造にも使用できる。
【0020】本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒
組成物を使用してポリウレタンフォームを製造する際に
用いることの出来るポリイソシアネートとしては、一般
公知のポリイソシアネートであればいずれのものでもよ
く、例えば、 2,4−トリレンジイソシアネート、 2,6−
トリレンジイソシアネート、 4,4−ジフェニルメタンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシア
ネート等を例示することが出来るが、好ましくは粗ジフ
ェニルメタンジイソシアネート、粗トリレンジイソシア
ネート等が挙げられる。
【0021】本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒
組成物を使用してポリウレタンフォームを製造する際に
用いることの出来るポリオールとしては、硬質、軟質、
その他のポリウレタンフォームの製造に用いられる一般
公知のポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオー
ル等を使用することが出来、例えば、通常の二塩基酸と
多価アルコールとから製造されるポリエステルポリオー
ル類、グリコール、グリセリン、ペンタエリスリトー
ル、トリメチロールプロパン、しょ糖等の多価アルコー
ル及びトリエチレンジアミン、トリレンジアミン、 1,6
−ヘキサンジアミン、 1,3−プロピオンジアミン、イソ
ホロンジアミン等の多価アミンにエチレンオキサイドも
くしはプロピレンオキサイドを付加して得られるポリエ
ーテルポリオール類等を例示することが出来、これらの
ポリオールは単独または混合して用いる事ができる。
【0022】本発明のポリウレタンフォーム製造用触媒
を用いてポリウレタンフォームを製造する際には、発泡
剤として水、CFCl3(R−11)、CHCl2-CF3(R−123) 、CC
l2F-CH3(R−141b) 、CHClF2(R−22)、CH3-CClF2(R
−142b) 、CF3-CH2F(R−134a)、CH2Cl2等が使用さ
れ、またオルガノポリシロキサン等の整泡剤、ハロゲン
化アルキル及びハロゲン化リン化合物等の難燃剤、界面
活性剤、その他の添加剤を用いることが出来、これらの
種類又は添加量については、通常使用される種類及び範
囲に於て十分使用できる。
【0023】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではない。
【0024】実施例1〜10及び比較例1〜3 ポリウレタンフォーム製造のための原料の混合割合を表
1及び表2に示す配合とし、通常の手順に従ってポリウ
レタン発泡を実施した。即ち、汎用ポリオール、発泡剤
として水及び表1及び表2に示した種々のフロンを用
い、界面活性剤(日本ユニカー社製,L-5340)、触媒及
びポリイソシアネート〔三井東圧化学(株)製,MDI-TR
50BX(NCO%=30.7)〕を混合、撹拌し、40℃に保った20
cm×20cm×5cmの金型に注入し、ポリウレタンフォーム
を形成させた。但し、発泡剤としてクロロジフルオロメ
タン(R−22) 、1,1 −ジクロロ−1−フルオロエタン
(R−141b) 、1,1,1,2 −テトラフルオロエタン(R−
134a)を用いる場合には、20リットルスタティックミキ
サーによる予備混合を行った後、ポリウレタンエンジニ
アリング社製高圧発泡機MC 104-Rを用いてポリウレタン
発泡を行った。成形したポリウレタンフォームのコア部
分を18cm×18cm×2.5 cmの寸法に切り出し、熱伝導率計
(アナコンMODEL88)で熱伝導率を測定した。充填性の評
価は40℃に温調した逆L字型モールド内に撹拌した原料
を350 g注入した場合の成形品の長さ(cm)で評価し
た。また、フライアビリティーの評価は40℃に温調した
金型に撹拌した原料を80g注入後5分後に脱型した時の
金型に付着した樹脂量を示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】*1:アミン化合物A:N−メチル−N'−ジ
メチルアミノエチルピペラジン アミン化合物B:N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン アミン化合物C:1−メチルイミダゾール アミン化合物D:1−イソブチル−2−メチルイミダゾ
ール *2:汎用ポリオール: 芳香族アミン系ポリエーテルポリオール:70重量部 シュガー系ポリエーテルポリオール :20重量部 グリセリン系ポリエーテルポリオール :10重量部 (結果)表1及び表2の実施例及び比較例に見られるよ
うに、一般式 (1)〜(3) から導かれるアミン化合物の3
種全てを含有する触媒を用いたときにのみ熱伝導率、フ
ライアビリティー、充填性が共に向上していることが明
らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/20,18/32

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式 (1)で表される分子中に環構
    造を有するアミン化合物、一般式(2) で表される分子中
    に環構造を有するアミン化合物及び一般式(3) で表され
    る分子中に環構造を有するアミン化合物からなるポリウ
    レタンフォーム製造用触媒組成物。 【化1】 〔式中R1、R2はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル
    基、アルキル基の炭素数が1〜3のジメチルアミノアル
    キル基又はヒドロキシアルキル基を示す。〕 【化2】 〔式中R3、R4はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル
    基又はシクロヘキシル基を示す。〕 【化3】 〔式中R5は水素、炭素数1〜4のアルキル基又はヒドロ
    キシアルキル基を示し、R6は炭素数1〜4のアルキル基
    又はヒドロキシアルキル基を示す。〕
  2. 【請求項2】 一般式(1) で表されるアミン化合物を5
    〜20重量%、一般式(2) で表されるアミン化合物を5〜
    20重量%、一般式(3) で表されるアミン化合物を60〜90
    重量%からなる請求項1記載のポリウレタンフォーム製
    造用触媒組成物。
  3. 【請求項3】 有機ポリイソシアネートとポリオール
    を、触媒、及び発泡剤の存在下で反応させることから成
    るウレタンフォームの製造において、触媒として下記一
    般式 (1)で表される分子中に環構造を有するアミン化合
    物、一般式(2)で表される分子中に環構造を有するアミ
    ン化合物及び一般式(3) で表される分子中に環構造を有
    するアミン化合物からなるポリウレタンフォーム製造用
    触媒組成物を使用することを特徴とするポリウレタンフ
    ォームの製造方法。 【化4】 〔式中R1、R2はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル
    基、アルキル基の炭素数が1〜3のジメチルアミノアル
    キル基又はヒドロキシアルキル基を示す。〕 【化5】 〔式中R3、R4はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル
    基又はシクロヘキシル基を示す。〕 【化6】 〔式中R5は水素、炭素数1〜4のアルキル基又はヒドロ
    キシアルキル基を示し、R6は炭素数1〜4のアルキル基
    又はヒドロキシアルキル基を示す。〕
  4. 【請求項4】 一般式(1) で表されるアミン化合物を5
    〜20重量%、一般式(2) で表されるアミン化合物を5〜
    20重量%、一般式(3) で表されるアミン化合物を60〜90
    重量%からなるポリウレタンフォーム製造用触媒組成物
    を使用する請求項3記載のポリウレタンフォームの製造
    方法。
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