JP3313196B2 - ポリイソシアナート組成物及びそれを用いた硬質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

ポリイソシアナート組成物及びそれを用いた硬質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】本発明は硬質ポリウレタンフォー
ムの製造に適したポリイソシアナート組成物及びそれを
用いた硬質ポリウレタンフォームの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】硬質ポリウレタンフォームは断熱性能、
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、建築材料等の断熱材として、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性の優れたトリクロ
ロフルオロメタン(以下 R−11と記す。)が使用さ
れ、かつ、ポリオール100重量部当り、R−11が3
0部以上と大量に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、硬質ポリウレタンフォー
ムの発泡剤として使用されているR−11も含まれてい
る。一般的な断熱材には、R−11がフォーム中に7〜
14重量%含まれており、このR−11の含有量を削減
する発泡技術(以下、R−11の削減処方と記す。)、
または水のみを発泡剤とする発泡技術(以下、完全水発
泡処方と記す。)、またはR−11にかわる硬質ポリウ
レタンフォーム用発泡剤の開発が急務となり、1、1−
ジクロロー1−フルオロエタン(以下、R−141bと
記す。)、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。)等が代替発泡剤
の候補と考えられている。しかしながら、R−11の削
減処方及び完全水発泡処方の場合、従来の硬質ポリウレ
タンフォームと比較して、寸法安定性が悪化し、またウ
レタン原液の液流れ性が低下し、その結果、製品密度を
高くする必要があり、R−141bまたはR−123を
使用した処方の場合、発泡効率が低下し、また寸法安定
性、特に低温寸法安定性が悪化し、いずれも満足する硬
質ポリウレタンフォームが得られないことがわかった。
カーボネート化合物を発泡剤として利用する提案として
は、例えばジアルキルジカーボネートを使用する特開平
3ー68636が挙げられるがカーボネート化合物とア
ミン化合物を使用しており、これをイソシアナート化合
物に混合するとゲル化するため使用できなかった。また
類似の提案として難燃製柔軟性ポリエステル系ウレタン
フォームの製造方法においてポリエステルポリオールに
環状アルキレンカーボネートを添加する方法が特開昭6
3ー112613に示されているがイソシアナートの粘
度低減剤として使用する、また分解触媒と併用しカーボ
ネート類を分解させる等については何等しめされておら
ず、触媒を併用しないと発泡剤の使用量は削減すること
でず、かつ寸法安定性の良好な硬質フォームは得られな
かった。
【0004】
【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
タンフォームの製造に当たって、ジフェニルメタンジイ
ソシアナート(以下MDIと記す。)を25〜45重量
%含有するポリメチレンポリフェニレンポリイソシアナ
ート(以下ポリメリックMDIと記す。)に、環式カー
ボネート化合物及び/又はアルキルカーボネート化合物
を1〜5重量%、アルカリ金属塩又はルイス酸を10〜
500ppm添加したポリイソシアナート組成物を使用
することにより、発泡剤としてR−141b又はR−1
23を使用した場合にも低密度で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ることを見い出し、本
発明に到達した。
【0005】即ち本発明は次の1.〜4.の通りであ
る。 1.MDIを25〜45重量%含有するポリメリックM
DI(式1)(化2)に、環式カーボネート化合物及び
/又はアルキルカーボネート化合物を1〜5重量%、ア
ルカリ金属塩又はルイス酸を10〜500ppm添加し
て得られるポリイソシアナート組成物。
【化2】 (式中、nは0または正の整数を示す。) 2.環式カーボネート化合物及び/又はアルキルカーボ
ネート化合物がエチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、ジtertブチルカーボネートより選ばれた1種又
は2種以上の混合物である1.のポリイソシアナート組
成物。 3.アルカリ金属塩が塩化リチウムである1.のポリイ
ソシアナート組成物。 4.ルイス酸が塩化亜鉛、塩化第一鉄、塩化第二鉄であ
る1.のポリイソシアナート組成物。 .有機ポリイソシアナート、ポリオール、発泡剤、触
媒、整泡剤及びその他の助剤から硬質ポリウレタンフォ
ームを製造する方法において、有機ポリイソシアナート
として、1.のポリイソシアナート組成物を使用するこ
とを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
【0006】有機ポリイソシアナートとしては、MDI
を25〜45重量%含有するポリメリックMDIが用い
られる。ポリメリックMDI中のMDI含有量が45重
量%を超えると硬質ポリウレタンフォーム強度が低くな
り、かつ寸法安定性が悪くなる。またMDI含有量が2
5重量%より小さくなると、寸法安定性は良くなるが、
ポリメリックMDIの粘度が高くなって、作業性が不良
となる。従ってポリメリックMDI中のMDIは25〜
45重量%が良く、より好ましくは30〜40重量%が
良い。
【0007】環式カーボネート化合物及び/又はアルキ
ルカーボネート化合物としては、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート、ジtertブチルカーボネート
より選ばれた1種又は2種以上の混合物が用いられる。
これらカーボネート化合物の添加量は1重量%以下では
効果が少く、5%以上ではポリメリックMDI中のNC
O含有量が低くなるため1〜5重量%が好ましい。ポリ
メリックMDIの粘度を低くする方法は各種溶剤を添加
する等他にも種々の方法があるが、カーボネート化合物
は金属塩と併用することにより発泡時の反応熱により一
部が分解し、炭酸ガスを発生するため、発泡剤の使用量
が削減できる。即ちカーボネート化合物は金属塩と併用
しポリメリックMDIに添加することにより粘度低減剤
となり且つ発泡助剤となるため発泡剤の使用量が低減で
きる。カーボネート化合物は、アルコールと反応し、炭
酸ガスの発生を伴ってポリエーテルを生成することは知
られている(J.Chem.Soc(B)1966)。また、有機イソシア
ナートとも、炭酸ガスの発生を伴ってオキサゾリドン化
合物を生成することも知られている(J.Org.Chem.25.10
09.1960)。
【0008】アルカリ金属塩としては塩化リチウムが、
ルイス酸としては塩化亜鉛、塩化第一鉄、塩化第二鉄等
が好ましい。アルカリ金属塩又はルイス酸の添加量は1
0ppm以下では効果がなく、500ppm以上ではポ
リメリックMDIの貯蔵安定性が悪くなり且つ発泡した
硬質フォームが着色するため10ppm〜500ppm
が好ましい。アルカリ金属塩又はルイス酸の添加によ
り、発泡時にウレア化ウレタン化反応が促進されるため
寸法安定性の良好なフォームが得られる。
【0009】ポリオールとしては、通常ウレタン原料と
して使用される全てのポリオールが使用できる。ポリエ
ーテルポリオールとしては、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、ショ糖等の多価アルコール類に、プロピレンオキ
シドまたは、エチレンオキシドを付加したもの、芳香族
系のトリレンジアミン、脂肪族系のエチレンジアミンに
プロピレンオキシド、エチレンオキシドを付加したもの
等が、ポリエステルポリオールとしては、脂肪族ポリエ
ステルポリオール等がある。そして、これらのポリエー
テルポリオール、ポリエステルポリオールは併用するこ
ともできる。
【0010】発泡剤としては前述のR−141b及び/
又はR−123が、特に好適に用いられる。触媒として
は、例えばトリメチルアミノエチルピペラジン、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
ウレタン化触媒が好ましい。これらの触媒は、単独で、
または混合して使用でき、その使用量は活性水素を持つ
化合物100重量部に対して、0.001〜10.0重
量部が適当である。
【0011】整泡剤としては、従来公知の有機珪素界面
活性剤が用いられる。例えば、日本ユニカー(株)製の
L−5420、L−5340、SZ−1645、SZ−
1627等、信越化学工業(株)製のF−343、F−
347、F−350S、F−345、F−348等が適
当である。これらの整泡剤の使用量は、活性水素を持つ
化合物100重量部に対して、0.1〜10.0重量部
が適当である。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。
【0012】イソシアナート基と活性水素基の割合は、
NCO/H(活性水素)=0.7〜5.0(当量比)が
特に好適である。本発明を実施するには、ポリオール、
発泡剤、触媒及び整泡剤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
率で高速混合し、空隙または型に注入する。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節する。
【0013】
【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。例中の部は重量部を表わす。例中に
用いた諸原料は次の通りである。ポリイソシアナート組
成物を表1に示した。
【0014】
【表1】
【0015】ポリオールA:ショ糖/グリセリン(重量
比7:3)にプロピレングリコールを付加して得られた
水酸基価450mgKOH/g,粘度6000cps/
25℃のポリオール。 ポリオールB:トリエタノールアミンにプロピレングリ
コールを付加して得られた水酸基価450mgKOH/
g,粘度600cps/25℃のポリオール。 ポリオールC:ペンタエリスリトールにプロピレングリ
コールを付加して得られた水酸基価450mgKOH/
g,粘度2500cps/25℃のポリオール。 ポリオールB:トリエタノールアミンにプロピレングリ
コールを付加して得られた水酸基価250mgKOH/
g,粘度220cps/25℃のポリオール。 整泡剤:日本ユニカー(株)製品 L−5420 触媒:テトラメチルヘキサメチレンジアミン 発泡剤:R−141b
【0016】実施例1〜12 表2、3に示したポリオール、発泡剤、整泡剤、触媒を
所定量を予め混合し、これに所定量のイソシアナートを
加え、5秒間高速混合し、直ちにフリー発泡用ボックス
(サイズ:250×250×250mmの木箱)に発泡
液を注入した。また予め35℃に調整したアルミ製縦型
パネル(サイズ:内寸400×400×30厚みmm)
に、所定量の発泡液を注入し、10分後にフォームを脱
型した。得られた硬質ポリウレタンフォームの諸特性値
を表2、3に示す。なお、硬質ポリウレタンフォームの
諸物性値の測定条件は、以下の通りである。 フリー密度:フリー発泡より得られたフォームのコアー
部の密度である。 寸法安定性:アルミ製縦型パネルより得られたフォーム
を25℃/50%RHの状態に12時間静置後に、−3
0℃の低温槽に48時間静置した。寸法安定性の値は、
フォームのコアー部の体積変化率である。 発煙係数:フリー発泡により得られたフォームのコアー
部を220×220×25mmに切断しJIS A 1
321に準じて発煙係数を測定した。
【0017】比較例1〜6 実施例と同様の操作で、表4に示した処方で硬質ポリウ
レタンフォームを得た。得られた硬質ポリウレタンフォ
ームの諸特性値を表4に示す。
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】実施例1〜6及び比較例1〜3は代替フロ
ンR−141b及び水を発泡剤としたもので、実施例7
〜12及び比較例4〜6は完全水発泡によるものであ
る。実施例のものは比較例のものに比べて、低密度で寸
法安定性にすぐれることがわかる。即ち、比較例1及び
4はMDI含有量の高いポリメリックMDIを使用して
おり、寸法安定性が悪かった。比較例2及び5はエチレ
ンカーボネートだけを添加したポリメリックMDIを、
比較例3及び6は塩化亜鉛を添加したポリメリックMD
Iをそれぞれ使用したもので、実施例に比べて同一発泡
剤量でのフォーム密度が高い。
【0022】
【発明の効果】R−11の削減処方、完全水発泡処方、
または代替発泡剤R−141b,R−123を使用した
処方より得られた硬質ポリウレタンフォームは、従来の
R−11を多量に使用する処方より得られた硬質ポリウ
レタンフォームと比較して、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、MDIを
25〜45重量%含有するしポリメリックMDIに、環
式カーボネート化合物及びまたはアルキルカーボネート
化合物を1〜5重量%、アルカリ金属塩又はルイス酸
10〜500ppm添加することを特徴とするイソシア
ナート組成物を使用することにより、低密度で寸法安定
性に優れた硬質ポリウレタンフォームが得られた。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−152111(JP,A) 特開 昭62−74917(JP,A) 特開 昭51−148798(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジフェニルメタンジイソシアナートを2
    5〜45重量%含有するポリメチレンポリフェニレンポ
    リイソシアナート(式1)(化1)に、環式カーボネー
    ト化合物及び/又はアルキルカーボネート化合物を1〜
    5重量%、アルカリ金属塩又はルイス酸を10〜500
    ppm添加して得られることを特徴とするポリイソシア
    ナート組成物。 【化1】 (式中、nは0または正の整数を示す。)
  2. 【請求項2】 環式カーボネート化合物及び/又はアル
    キルカーボネート化合物がエチレンカーボネート、プロ
    ピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチル
    カーボネート、ジtertブチルカーボネートより選ば
    れた1種又は2種以上の混合物である請求項1記載のポ
    リイソシアナート組成物。
  3. 【請求項3】 アルカリ金属塩が塩化リチウムである請
    求項1記載のポリイソシアナート組成物。
  4. 【請求項4】 ルイス酸が塩化亜鉛、塩化第一鉄、塩化
    第二鉄である請求項1記載のポリイソシアナート組成
    物。
  5. 【請求項5】 有機ポリイソシアナート、ポリオール、
    発泡剤、触媒、整泡剤及びその他の助剤から硬質ポリウ
    レタンフォームを製造する方法において、有機ポリイソ
    シアナートとして、請求項1記載のポリイソシアナート
    組成物を使用することを特徴とする硬質ポリウレタンフ
    ォームの製造方法。
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