JP3145732B2 - 硬質ポリウレタンフォーム - Google Patents

硬質ポリウレタンフォーム

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は硬質ポリウレタンフォー
ムに関する。詳しくは、フォ−ム物性を特に損なわな
い、寸法安定性に優れた硬質ポリウレタンフォームに関
する。更に詳しくは、上記特性を活かして冷蔵庫、冷凍
庫、断熱パネル、船舶又は車両等の断熱材ないしは断熱
構造材等として広範囲の利用が期待される。
【0002】
【従来の技術】硬質ポリウレタンフォームは断熱特性、
低温寸法安定性及び施工性が優れているため、冷蔵庫、
冷凍倉庫等の断熱材として、広範囲に使用されている。
これは、硬質ポリウレタンフォームを製造する際、発泡
剤として充填性及び断熱特性の優れたトリクロロフルオ
ロメタン(以下、R−11と記す)を使用し、又、ポリ
オール100重量部(以下、部は重量部を示す)当り、
R−11が35部以上使用されていることが大きな理由
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、地球のオゾン層
保護のため、クロロフルオロカーボン類の規制が実施さ
れている。この規制対象には、今まで硬質ポリウレタン
フォームの発泡剤として用いられてきたR−11も含ま
れている。そのため発泡剤としてのR−11の使用量の
削減を狙った処方(以下、R−11の削減処方と記す)
及びR−11に代わる硬質ポリウレタンフォーム用発泡
剤の開発が急務となり、2,2−ジクロロ−1,1,1
−トリフルオロエタン(以下、R−123と記す)又は
1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン(以下、R−1
41bと記す)が代替発泡剤の候補と考えられている。
しかしながら、R−11の削減処方の場合、従来の硬質
ポリウレタンフォームと比較して、寸法安定性、特に常
温寸法安定性が悪化し、R−123又はR−141bを
用いた処方の場合、発泡効率の低下、寸法安定性特に低
温寸法安定性が悪化し、実用的に満足すべき硬質ポリウ
レタンフォームが得られ難いことが判った。
【0004】したがって、R−11の削減処方の場合で
も、代替発泡剤R−123又はR−141bの処方の場
合でも、これらの処方から得られる硬質ポリウレタンフ
ォームは寸法安定性、特にR−11の削減処方の場合は
常温寸法安定性、代替発泡剤処方の場合は、低温寸法安
定性が著しく悪化し、実用的に満足すべき硬質ポリウレ
タンフォームが得られなかった。このような寸法安定性
の問題点を改良する提案として、特開昭55−1351
28号発明は微粉状充填剤の使用による半硬質ポリウレ
タンフォームの製法、特開昭56−14535号発明は
微粉状チタン酸カリウムの使用による硬質ポリウレタン
フォームの製法、特開昭58−13620号発明は微粉
状シリカの使用によるポリウレタンのフォーム及び非フ
ォームの製法を述べている。しかしながら本願発明の主
なる目的のR−11の如き公害の大きい発泡剤の削減や
R−123又はR−141bの如き代替発泡剤に対処す
る方法の開示は行われていない。又本発明者らの追試に
よると、いずれの提案も従来処方のR−11を用いる場
合は寸法安定性に効果があることが確認された。しかし
ながら、R−11の削減処方や代替発泡剤R−123又
はR−141bを用いる処方では、十分な寸法安定性の
改良が見られない欠点があり、満足できるものではな
い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するために鋭意検討した結果、硬質ポリウレ
タンフォーム用原液に粒径が0.02〜0.4ミクロン
の微粉末を添加し、その微粉末が硬質ポリウレタンフォ
ームのウレタン膜内及び/又はウレタン骨格内で凝集体
を形成すれば、他のフォーム物性を特に損なうことな
く、寸法安定性の優れた硬質ポリウレタンフォームが得
られることを見い出し、本発明に達した。
【0006】すなわち本発明は、有機ポリイソシアナー
ト、ポリオール、発泡剤、触媒、整泡剤及び微粉末を充
填剤として含有する原料よりなる硬質ポリウレタンフォ
ームであって、該微粉末の粒径が0.02〜0.4ミク
ロンであり、且つ該微粉末が凝集体を形成し、その凝集
体が硬質ポリウレタンフォームのウレタン膜内及び/又
はウレタン骨格内に分散していることを特徴とする硬質
ポリウレタンフォームに関する。R−11の削減処方で
も、代替発泡剤R−123又はR−141bを用いた処
方でも、本発明により、初めて、寸法安定性の優れた硬
質ポリウレタンフォームが得られる。
【0007】凝集体とは、2〜100個の微粉末が集ま
った集団である。この凝集体は、硬質ポリウレタン発泡
時、その微粉末が自己凝集して形成される場合と、接着
剤等で固め、多孔質状にして、それをすりつぶし、形成
される場合とがある。この凝集体の存在は、例えば図1
に示すように、電子顕微鏡等で確認することができる。
微粉末は、粒径0.02〜0.4ミクロンで、凝集体を
形成し、その凝集体が硬質ポリウレタンフォームのウレ
タン膜内及び/又はウレタン骨格内に分散されているこ
とにより本発明の効果は達成できる。
【0008】本発明に用いられる粒径0.02〜0.4
ミクロンの微粉末は、以下のように架橋性単量体を含有
する単量体混合物を乳化重合することにより得ることが
できる。ここで用いられる架橋性単量体としては、ジビ
ニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレ
ート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の
重合性不飽和結合を一分子中に二つ以上有する単量体が
あげられる。架橋性単量体は、以下に示すビニル単量体
混合物に対して、好ましくは0.5〜10部使用され
る。
【0009】ビニル単量体として、スチレン、α−メチ
ルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物、
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチ
ル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸
エステル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニ
ルエステル類、(メタ)アクリルニトリルなどビニルシ
アン酸化合物、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲ
ン化ビニル化合物等を使用することができる。又、エマ
ルジョンの安定性付与等のために、上記単量体と共に
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸等の不飽
和カルボン酸類、スチレンスルホン酸ナトリウム等の不
飽和スルホン酸塩類、2−ヒドロキシルエチル(メタ)
アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等の
(メタ)アクリル酸エステル類、もしくは(メタ)アク
リルアミド、Nーメチロール(メタ)アクリルアミド等
の官能性単量体を使用する。官能性単量体を使用する場
合は上記単量体に対して、好ましくは20重量%以下で
ある。
【0010】又、粒径0.02〜0.4ミクロンのシリ
カゲル、アルミナゲル、ベントナイト等の無機物、又
は、粒径0.02〜0.4ミクロンのメラミン、塩化ビ
ニル等の有機物を接着剤等で固め、多孔質状にして、そ
れをすりつぶして、凝集体にしたものも使用できる。微
粉末の粒径が、0.02ミクロン未満であると、寸法安
定性に効果が見られない。微粉末の粒径が0.4ミクロ
ン以下であれば硬質ポリウレタンフォームのウレタン膜
内及び/又はウレタン骨格内で凝集体として存在してい
なくても、微粉末を使用しない硬質ポリウレタンフォー
ムよりは、寸法安定性の改良は見られるが、硬質ポリウ
レタンフォームのウレタン膜内及び/又はウレタン骨格
内で微粉末が凝集して存在することにより、大幅な寸法
安定性の改良が見られる。
【0011】微粉末の粒径が、0.4ミクロンを超えて
大きいと、硬質ポリウレタンフォームのウレタン膜内及
び/又はウレタン骨格内に、微粉末が凝集体として存在
していても寸法安定性の改良が見られない。また、硬質
ポリウレタンフォーム中の微粉末が0.05重量%未満
であると効果はなく、10重量%を超えて多いと、硬質
ポリウレタン原液調合直後に、微粉末が分離し、実用的
ではない。有機ポリイソシアナートとしては、公知のも
のがすべて使用できるが、最も一般的なものはトルエン
ジイソシアナート(TDI)及びジフェニルメタンジイ
ソシアナート(MDI)である。TDIは、異性体の混
合物すなわち2,4−体100%品、2,4−体/2,
6−体=80/20又は65/35(それぞれ重量比)
等のものは勿論、三井TDI−TRC、武田薬品のタケ
ネート4040等として知られる多官能性のタールを含
有する、いわゆる粗TDIも使用できる。また、MDI
としては、4,4’−体を主成分とする純品のほかに、
3核体以上の多核体を含有する三井MDI−CR、武田
薬品のミリオネートMR等のいわゆるポリメリックMD
Iが使用できる。これらのうちMDI、特に3核体以上
の多核体を含有する三井MDI−CRのいわゆるポリメ
リックMDIが好適に使用できる。又これら有機ポリイ
ソシアナートと後述のポリオールより得られるイソシア
ナート基を分子末端にもつプレポリマーも有機ポリイソ
シアナートの一部又は全部として使用できる。
【0012】ポリオールとしては、蔗糖/グリセリン/
トリレンジアミン混合物にプロピレンオキシドを付加し
た水酸基価450mgKOH/gのポリエーテルポリオ
ールが好適であるが、それ以外の公知の使用し得るもの
には、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコ
ール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、ジプロピレングリコール、トリメチロールプロパ
ン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、蔗糖等の多
価アルコール、トリレンジアミン等の芳香族アミン類や
エチレンジアミン、トリエタノールアミン等の脂肪族ア
ミン類の単独又は混合系にアルキレンオキシドを付加重
合させて得たヒドロキシル価350〜600mgKOH
/g のポリエーテルポリオール等がある。有機ポリイ
ソシアナートと後述のレジン液中の活性水素のNCO/
H(活性水素)=0.70〜5.00(当量比)が特に
好適である。
【0013】触媒としては、例えばトリエチルアミン、
トリプロピルアミン、N−メチルモルフォリン、N−エ
チルモルフォリン、トリエチレンジアミン、テトラメチ
ルヘキサメチレンジアミン等のアミン系ウレタン化触媒
が使用できる。これらの触媒は、単独で、又は混合して
用いることができ、その使用量は活性水素を持つ化合物
100部に対して0.0001〜10.0部が適当であ
る。
【0014】整泡剤としては、従来公知の有機珪素系界
面活性剤が用いられる。例えば、日本ユニカー社製のL
−5420、L−5421等、東レダウコーニングシリ
コーン社製のSH−193等、信越化学工業社製のF−
372、F−345、F−305等が適当である。これ
ら整泡剤の使用量は、活性水素を持つ化合物と有機ポリ
イソシアナートの総和100部に対して0.1〜10部
である。その他難燃剤、可塑剤、安定剤、着色剤等を必
要に応じ添加することができる。
【0015】本発明を実施するには、ポリオール、触
媒、発泡剤、整泡剤及び微粉末の所定量を混合してレジ
ン液とする。レジン液と有機ポリイソシアナートとを一
定の比率で高速混合する。得られた硬質ポリウレタンフ
ォーム原液を空隙又は型に注入する。この際、有機ポリ
イソシアナートとレジン液の活性水素との当量比(NCO/
H) が0.7:1から5:1となるように有機ポリイソ
シアナートとレジン液との液比を調整する。
【0016】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を
具体的に説明する。実施例及び比較例において、使用し
た原料は次の通りである。 MDI-CR:三井東圧化学(株)製 ポリメリックMDI、NCO 31.3重量% ポリオール−A:蔗糖/グリセリン/トリレンジアミン
混合液にプロピレンオキシドを付加した水酸基価450 m
gKOH/gのポリエーテルポリオール 整泡剤:信越化学工業(株)製 F-345 触媒 :活剤ケミカル(株)Minico(登録商
標)、TMHD(テトラメチルヘキサメチレンジアミ
ン) 発泡剤:R−11 :トリクロロフルオメタン R−123 :2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフ
ルオロエタン R−141b:1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン
【0017】微粉末: (微粉末A及びB)凝集体を含む 攪拌機、温度計、還流コンデンサー付きのセパラブルフ
ラスコに水250部、ラウリル硫酸ナトリウム0.06
部を仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃迄昇温し
た。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カリ
ウム2部を添加し、溶解後、スチレン6部、アクリル酸
0.06部、ジビニルベンゼン0.03部の混合モノマ
ーを仕込み、3時間反応させた。反応終了後、引き続い
て、予め水200部、ラウリル硫酸ナトリウム1.5部
にスチレン260部、アクリル酸3部、ジビニルベンゼ
ン15部を攪拌下に加えて作製しておいた単量体混合の
乳化液を連続的に4時間かけて添加し、反応を行った。
更に48時間かけて脱水し、粒径0.02〜0.08ミ
クロン(平均0.05ミクロン)の微粉末Bを得た。こ
の微粉末Bをすりつぶし、粒径0.005〜0.015
ミクロン(平均0.01ミクロン)の微粉末Aを得た。
【0018】(微粉末C)凝集体を含む 攪拌機、温度計、還流コンデンサー付きのセパラブルフ
ラスコに水250部、ラウリル硫酸ナトリウム1.2部
を仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃迄昇温し
た。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カリ
ウム2部を添加し、溶解後、メタクリル酸メチル2部、
アクリル酸0.01部、ジビニルベンゼン0.01部の
混合モノマーを仕込み、3時間反応させた。反応終了
後、引き続いて、予め水200部、ラウリル硫酸ナトリ
ウム1.5部にメタクリル酸メチル300部、アクリル
酸2部、ジビニルベンゼン12部を攪拌下に加えて作製
しておいた単量体混合の乳化液を連続的に4時間かけて
添加し、反応を行った。更に48時間かけて脱水し、粒
径0.30〜0.40ミクロン(平均0.35ミクロ
ン)の微粉末Cを得た。
【0019】(微粉末D)凝集体を含む 攪拌機、温度計、還流コンデンサー付きのセパラブルフ
ラスコに水250部、ラウリル硫酸ナトリウム0.01
部を仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃まで昇温
した。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カ
リウム2部を添加し、溶解後、スチレン2部、アクリル
酸0.02部、ジビニルベンゼン0.01部の混合モノ
マーを仕込み、3時間反応させた。反応終了後、引き続
いて予め水200部、ラウリル硫酸ナトリウム1.5部
にスチレン300部、アクリル酸3部、ジビニルベンゼ
ン12部を攪拌下に加えて作製しておいた単量体混合の
乳化液を連続的に4時間かけて添加し、反応を行った。
更に48時間かけて脱水し、粒径0.45〜0.55ミ
クロン(平均0.50ミクロン)の微粉末Dを得た。
(微粉末E)非凝集体シリカゲル粒径0.30〜0.4
0ミクロン(平均0.35ミクロン)
【0020】(実施例1−12及び比較例1−12)表
1に示した配合のレジン液を所定量作り、これに所定量
の有機ポリイソシアナートを加え、8秒間高速混合し、
直ちにフリーボックスに注入し発泡させた。注入後15
分程度で脱型し、硬質ポリウレタンフォームを得た。得
られた硬質ポリウレタンフォームの独立気泡率(東芝ベ
ックマン空気比較比重計)及び寸法変化率(JIS A
9514)を測定した。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【表6】
【表7】
【0021】
【発明の効果】R−11の削減処方または代替発泡剤R
−123またはR−141bを用いた処方(微粉末又は
その配合量が本発明の限定外)より得られた硬質ポリウ
レタンフォーム(比較例)は従来のR−11を多量使用
する処方より得られた硬質ポリウレタンフォーム(独立
気泡率:約85%、常温寸法安定性:約0.2〜0.5
%、低温寸法安定性:約−0.2〜−0.5%)と比較
して、硬質ポリウレタンフォームの寸法安定性が著しく
劣っていた。しかし、本発明により、従来のR−11を
多量使用した処方から得られた硬質ポリウレタンフォー
ムと比較し、独立気泡率を損なうことなく、同等の寸法
安定性に優れた硬質ポリウレタンフォームが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウレタン膜内に存在する微粉末の凝集体の電子
顕微鏡写真(2次電子イメージ)である。 拡大率:約50000倍
【符号の説明】 1・・・微粉末凝集体 2・・・微粉末非凝集体 3・・・ウレタン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 C08J 9/14 C08K 7/16 C08L 75/04 - 75/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機ポリイソシアナート、ポリオール、
    発泡剤、触媒、整泡剤及び微粉末を含有する原料より製
    造される硬質ポリウレタンフォームであって、該微粉末
    の粒径が0.02〜0.4ミクロンであり、且つ該微粉
    末が凝集体を形成し、その凝集体が硬質ポリウレタンフ
    ォームのウレタン膜内及び/又はウレタン骨格内に分散
    していることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム。
  2. 【請求項2】 該微粉末が、硬質ポリウレタンフォーム
    中に0.05〜10重量%含有されていることを特徴と
    する請求項1記載の硬質ポリウレタンフォーム。
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