JP3321789B2 - 変性ポリイソシアヌレートフォームの製造方法 - Google Patents

変性ポリイソシアヌレートフォームの製造方法

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潤二 後藤
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は変性ポリイソシアヌレー
トフォームの製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、反応に伴って生じる二酸化炭素を発泡剤とする硬
質フォームの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリイソシアヌレートフォームは耐熱フ
ォームとして建築関連等で使用されてきた。このフォー
ムは、ポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート等
のポリイソシアネート、ポリエーテルポリオール等の変
性剤、変性ポリシロキサン等の整泡剤、ハロゲン置換さ
れた脂肪族炭化水素等の発泡剤およびイソシアネート基
の環化三量化反応に作用する触媒を混合し製造される。
ハロゲン置換された脂肪族炭化水素としては、例えば全
ての水素がハロゲン置換された脂肪族炭化水素(CF
C)であるモノフルオロトリクロロメタン、ジクロロジ
フルオロメタン、1,1−ジクロロフルオロエタン、お
よび1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオ
ロエタン等が使用されてきた。しかし、これらハロゲン
置換炭化水素はオゾン層を破壊するため、今後は使用で
きない。その代替として一部の水素を置換したもの(H
CFC)もしくは弗素のみで置換したもの(HFC、パ
ーフルオロカーボンなど)が検討されているが、安全
性、温室効果などの問題が提起されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】より安全な発泡剤とし
て、NCO基が水と反応して発生する二酸化炭素を用い
ることが検討されてきた。しかし、硬質フォームの場
合、水を加えることでセル構造が粗くなり、十分な断熱
効果が得られていない。本発明者等は、ポリイソシアヌ
レートフォームを製造するに際し、二酸化炭素を発泡剤
に使用するために検討を重ねた。NCO基は種々の反応
により二酸化炭素を放出することが知られている。本発
明者等は、その反応の一つとして、NCO基と酸無水物
とから二酸化炭素とイミド結合を生じる反応に着目し
た。しかしながら、NCO基と酸無水物との反応は18
0℃以上の高温と長い反応時間が必要であり、フォーム
を形成することは困難であった。この解決を試みた技術
として、特開昭63−165422号に記載の技術があ
る。この技術は、三量化触媒として、ジメチルアミノメ
チルフェノールを単独使用している。この触媒単独使用
により、原料を混合後、電子レンジに入れ、30秒加熱
した後、100℃の炉中で10分キュアを行い生成物を
得ている。
【課題を解決しようとする手段】
【0004】本発明者等は、電子レンジ等の特別な加熱
装置ではなく、通常の加熱炉を用い低温・短時間でキュ
アが可能な触媒系の検討を行った。その結果、共触媒と
して、従来のアミン系触媒にアルカリ金属キレートを組
み合わせて使用することで、比較的低温度でもイソシア
ネート基と酸無水物との反応を促進させることができ、
得られた変性イソシアヌレートフォームが良好なセル構
造を持つことを見出し、発明を完成するに至った。
【0005】すなわち本発明は、ポリイソシアネート、
テトラカルボン酸二無水物、整泡剤および触媒から成る
変性ポリイソシアヌレートフォームの製造において、該
触媒として(A)N,N′,N″−トリス(ジメチルア
ミノプロピル)−s−ヘキサハイドロトリアジンおよび
(B)アルカリ金属キレートを組み合わせて使用するこ
とを特徴とする、変性ポリイソシアヌレートフォームの
製造方法である。また、該ポリイソシアネートと該テト
ラカルボン酸二無水物とを官能当量比で3から50の割
合で混合することを特徴とする、上記変性ポリイソシア
ヌレートフォームの製造方法も本発明である。
【0006】本発明で使用されるN,N′,N″−トリ
ス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサハイドロト
リアジンは従来からイソシアヌレート化触媒として一般
に知られており、市販されている。本発明においてもこ
の様な市販品、例えばToyocat TRC(東ソー
製)、Polycat−41(Air Product
製)等を使用できる。この触媒は、ポリイソシアネート
とテトラカルボン酸二無水物との合計100重量部に対
して0.2から8重量部、好ましくは1から6重量部使
用される。0.2重量部以下では十分な触媒効果が得ら
れず、また8重量部以上の使用は無駄であるばかりか、
反応時に異常な発熱を生じ、好ましくない。
【0007】本発明で使用されるアルカリ金属キレート
はアルカリ金属あるいはその水酸化物とジケトンあるい
はアルデヒドとを作用させて合成される。アルカリ金属
あるいはその水酸化物としては、リチウム、ナトリウ
ム、カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムある
いは水酸化カリウムなどがあげられる。ジケトンあるい
はアルデヒドとしては、アセチルアセトン、サリチルア
ルデヒド等があげられる。アルカリ金属キレートは、こ
れらを用いて、無水エチルアルコール中で合成される。
得られるキレートは白色固体のため、エチレングリコー
ルに33重量%の割合で溶かして使用される。この触媒
は、ポリイソシアネートとテトラカルボン酸二無水物と
の合計100重量部に対して0.1から8重量部、好ま
しくは1から4重量部使用される。0.1重量部以下で
は触媒の効果は見られない。一方、8重量部以上使用す
ると副反応が生じて好ましくない。
【0008】N,N′,N″−トリス(ジメチルアミノ
プロピル)−s−ヘキサハイドロトリアジンとアルカリ
金属キレートの割合は、重量比で5:1〜1:5が好ま
しく、より好ましくは3:1〜1:3である。
【0009】N,N′,N″−トリス(ジメチルアミノ
プロピル)−s−ヘキサハイドロトリアジンとアルカリ
金属キレートを組み合わせた場合に良好なセル構造を持
つフォームが得られるのは、これら2種類の触媒が高活
性の錯体を形成し、イソシアネート基と酸無水物との反
応を促進するためと考えられる。
【0010】本発明に用いられるポリイソシアネート
は、その分子内に少なくとも2つのNCO基を有するも
のであり、具体的には、ポリメチレンポリフェニルポリ
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、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネー
トおよびそれらの混合物、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及びそれら
の混合物、ヘキサメチレンジイソシアナートなどが挙げ
られる。これらのポリイソシアネートの変性体、例えば
イソシアヌレート化物、アロハネート化物、ビュレット
化物、ウレトンイミン化物も使用できる。さらに、これ
らを2つ以上を組み合わせて使用することもできる。
【0011】本発明に用いられるテトラカルボン酸二無
水物は、その分子中に2個の酸無水物基を有するもので
あり、具体的にはベンゾフェノン−3,3′,4,4′
−テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水
物、エチレングリコールの無水トリメリット酸エステ
ル、グリセリンの無水トリメリット酸エステルなどが挙
げられ、これらを単独もしくは2つ以上を組み合わせて
使用する。好ましくは、ベンゾフェノン−3,3′,
4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸
二無水物、又はこれらの混合物である。
【0012】本発明に用いられる発泡用のガスは、イソ
シアネートとカルボン酸無水物との反応から発生する二
酸化炭素が用いられる。この反応から発生する二酸化炭
素のみで約30Kg/m3 の密度までの発泡体を得るこ
とができるが、さらに低密度の発泡体を望む場合、ある
いはカルボン酸無水物の使用量を少なくして、かつ、低
密度の発泡体を望む場合は、他の発泡剤、例えば、水や
適当な沸点を有する有機溶剤を加えてもよい。
【0013】ポリイソシアネートとテトラカルボン酸二
無水物との混合比率は、官能基の当量比が3から50と
なるように混合される。イミド基はNCO基1当量と酸
無水物基1当量の反応から得られるので、イミド基を含
むポリイソシアヌレートフォームを得るには、当量比が
1を越えるように混合されなければならないが、3未満
の当量比ではポリイソシアネートとテトラカルボン酸二
無水物との混合粘度が高くなり、均一な混合および反応
が達成できない。また、発生する二酸化炭素量が多す
ぎ、良好なセル構造を持つフォームは得られない。一
方、当量比が50を越える場合、発生する二酸化炭素量
が少なく、フォーム密度が高くなる。また、フォームが
脆くなり実用に耐えない。より好ましくは、3から30
の当量比で混合される。
【0014】本発明に用いられる整泡剤としては、ポリ
ウレタンの発泡体製造で用いられているシリコン系整泡
剤が挙げられる。このシリコン系整泡剤の構造はポリジ
メチルシロキサン・ポリアルキレン共重合体であり、市
販品としてはダウ・コーニング社のDC−193、DC
−197などがある。
【0015】本発明の変性ポリイソシアヌレートフォー
ムは、上記のポリイソシアネートおよびテトラカルボン
酸二無水物を所定の比率で混合し、さらに整泡剤を加え
たものに、上記の触媒を所定量添加して反応させること
によって得られる。混合物を50から150℃、好まし
くは100から120℃に加熱することで適度の反応速
度を得ることができる。
【0016】本発明の変性ポリイソシアヌレートフォー
ムでは、NCO基と酸無水物との反応で二酸化炭素が放
出された後、イミド結合が形成される。イミド結合は熱
分解温度が高く、かつ変性によりフォーム中の架橋密度
が低くなるため、得られた変性ポリイソシアヌレートフ
ォームは優れた耐熱性と良好ならくがん性〔接触あるい
は摩擦による、フォームの粉落ちが少ない性質(Tumbli
ng Friability)を有するという二次的な効果も得られ
る。
【0017】
【発明の効果】本発明により、電子レンジ等の特別な加
熱装置を用いることなく、適度なキュア速度でフォーム
を得ることができる。また、発泡剤を使用することなし
に良好な外観、独泡率、耐熱性及びらくがん性を持つ画
期的なポリイソシアヌレートフォームが製造できる。
【0018】以下に実施例、比較例をあげてさらに具体
的に説明する。これらの例における「部」は、特に断ら
ない限り「重量部」を意味する。なお、本発明はこれら
実施例になんら限定されるものではない。 実施例1 ポリメチレンポリフェニルポリイソシアナート(ミリオ
ネートMR−300、日本ポリウレタン工業製、以下、
MR−300と略す。)100部、ベンゾフェノン−
3,3´,4,4´−テトラカルボン酸二無水物(BT
DA)40部(当量比3)および整泡剤としてDC−1
97(ダウ・コーニング社製)3部を混合したものに触
媒としてToyocat TRCおよびアセチルアセト
ンカリウムの33重量%エチレングリコール溶液(AA
−K)を各々3部(液温は23±1℃に調節して使用。
以下の実施例、比較例も同様)配合し、10秒攪拌後、
オープン型に流して120℃のオーブン中で反応させて
フォームを得た。 実施例2 100部のMR−300、6部のBTDA(当量比2
0)および2部のDC−197を混合したものにToy
ocat TRCおよびAA−Kを各々2部配合し10
秒攪拌後、オープン型に流して120℃のオーブン中で
反応させてフォームを得た。
【0019】比較例1 実施例1と同量のMR−300およびDC−197に発
泡剤としてHCFC−141bを15部混合し、これに
触媒としてToyocat TRCを実施例1と同量添
加、10秒攪拌後、オープン型に流して室温で反応させ
てフォームを得た。 比較例2 実施例1と同量のMR−300およびDC−197に発
泡剤として水を7部を混合し、これに触媒としてToy
ocat TRCを実施例1と同量添加、10秒攪拌
後、オープン型に流して室温で反応させてフォームを得
た。 比較例3 実施例1と同量のMR−300、BTDA、およびDC
−197を混合し、これに触媒としてToyocat
TRCを実施例1と同量添加、10秒攪拌後、オープン
型に流して120℃のオーブン中で反応させてフォーム
を得た。 比較例4 実施例1と同量のMR−300、BTDA、およびDC
−197を混合し、これに触媒として、ジメチルアミノ
メチルフェノール(DMP−30)を3部、AA−Kを
3部添加、10秒攪拌後、オープン型に流して120℃
のオーブン中で反応させてフォームを得た。
【0020】<フォームの外観、物性評価方法>得られ
たフォームは外観観察、耐炎試験(ASTM D 30
14)、煙密度測定(ASTM D 2843)、らく
がん性試験(ASTM C 421)、密度測定(JI
S A 9514)および独泡率測定(ASTM D
2856)により評価した。耐炎試験は、燃焼後の重量
残存率で評価した。発煙試験煙は、燃焼開始後100秒
時点での光減衰率で評価し、光減衰率が90%以上で煙
密度大、60から90%で密度中、60%以下で密度小
と評価した。らくがん性試験は、試験後の重量減少率で
評価した。
【0021】表1に示す通り、実施例では発泡剤を使用
しなくても良好な外観および独泡率を有したフォームが
得られた。また、いずれも良好な耐熱性、らくがん性を
持つ画期的なポリイソシアヌレートフォームが得られ
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイソシアネート、テトラカルボン酸
    二無水物、整泡剤および触媒から成る変性ポリイソシア
    ヌレートフォームの製造において、該触媒として(A)
    N,N′,N″−トリス(ジメチルアミノプロピル)−
    s−ヘキサハイドロトリアジンおよび(B)アルカリ金
    属キレートを組み合わせて使用することを特徴とする、
    変性ポリイソシアヌレートフォームの製造方法。
  2. 【請求項2】 該ポリイソシアネートと該テトラカルボ
    ン酸二無水物とを官能当量比で3から50の割合で混合
    することを特徴とする、請求項1に記載された変性ポリ
    イソシアヌレートフォームの製造方法。
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