JP3325364B2 - ポリウレタン製造用触媒及びこれを用いたポリウレタンの製造法 - Google Patents

ポリウレタン製造用触媒及びこれを用いたポリウレタンの製造法

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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、軟質、硬質、半硬質あ
るいはエラストマー等のポリウレタンの製造用触媒及び
該触媒を用いたポリウレタンの製造法に関するものであ
る。更に詳しくは、分子量が比較的大きく、そのため臭
気が少なく、樹脂化活性が強い新規な触媒、及びこれを
用いて行うポリウレタンの製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリウレタン樹脂、ポリウレタンフォー
ム製造用の触媒としては、従来から金属触媒、第3級ア
ミン触媒が主に使用されている。特に第3級アミンがポ
リウレタンフォーム製造用触媒として、好ましく用いら
れていることが広く知られている。例えば、N−メチル
モルホリン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジア
ミン、テトラメチルヘキサンジアミン、テトラメチルエ
チレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、ペ
ンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルシクロヘキ
シルアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン等の第
3級アミンが触媒として使用されている。
【0003】これらのポリウレタン製造用触媒は、その
触媒活性、物理的性質に応じて各々のシステムに適用さ
れている。特にテトラメチルヘキサンジアミンは、適当
な触媒活性と、物理的性質、ウレタンフォームの成形品
への適合性に優れ、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポ
リウレタンフォームに広く使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに開発されているポリウレタン製造用の触媒は、以下
のような種々の問題を有している。即ち、例えばテトラ
メチルエチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジア
ミンは、適当な触媒活性と、優れた成形性のために広く
使用されているが、刺激臭があるため、配合時の取扱
い、成形場所の環境汚染、成形品の臭気等の欠点を有し
ている。
【0005】このような刺激臭を解消すべく開発された
第3級アミン触媒としては、トリエチレンジアミン、テ
トラメチルヘキサンジアミン等があるが、刺激臭の解消
という意味では多少効果がみられるものの、依然として
臭気の問題を解決するまでには到っていない。また、低
臭気性触媒としては、分子内にヒドロキシル基を有する
第3級アミンも提案されている。即ち、特開昭62−1
15017号公報はジメチルアミノヘキサノールを触媒
として使用する代表的な例であるが、分子量の大きいモ
ノアミンであるため、触媒活性が低いという欠点があ
る。その他、オクタン酸錫、ジブチル錫ジラウレート等
の有機金属触媒も低臭気性であるが、加水分解性であ
り、また急激な反応活性を持っているので、ウレタンフ
ォーム成形品には適用が困難である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定の第3
級アミン化合物が、低臭気性であり、且つ良好な触媒活
性を有し、ポリウレタンフォーム成形品を造る際のプロ
セス適合性に優れていることを見いだし、本発明を完成
した。
【0007】即ち、本発明の要旨は、 (1)式:
【0008】
【化3】
【0009】(式中、nは9〜12の整数を示す)で表
されるポリウレタン製造用触媒、および (2)ポリオールとポリイソシアネート化合物を触媒の
存在下で反応させるポリウレタンの製造法において、触
が式:
【0010】
【化4】
【0011】(式中、nは9〜12の整数を示す)で表
される化合物であることを特徴とするポリウレタンの製
造法に関する。本発明のポリウレタン製造用触媒は上記
の式で表されるが、式中のnは〜12の数、好まし
くは9である。nが未満であると臭気が激しく、nが
12を超えるとウレタン触媒としての活性低下が大きく
なる。また、nが9であるのが好ましいのは臭気も低
く、触媒活性も適当な範囲になるからである。
【0012】このような触媒は、例えば1,8−ジアミ
ノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジア
ミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12
−ジアミノドデカンの還元メチル化、あるいは1,8−
オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10
−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、
1,12−ドデカンジオールとジメチルアミンの反応等
により、通常公知の方法で合成することが可能である。
【0013】本発明の触媒の使用量は、使用されるポリ
オール100部(重量部、以下同じ)に対して0.05
〜10部の範囲が好ましく、特に好ましくは0.1〜5
部の範囲である。0.05部未満では反応速度が遅くな
りすぎ、10部を越えるとその反対に反応速度が早過ぎ
ることにより、反応制御も困難となる。但し、触媒の添
加量をコントロールすることによって、ポリウレタンの
製造工程の最適化を図るという目的からこの範囲を外し
て使用することも可能である。この触媒は2種以上を併
用してもよく、またポリウレタン製造時に通常共触媒と
して使用されるトリエチレンジアミンに代表される他の
第3級アミンや有機錫化合物に代表される有機金属化合
物と併用することも出来る。
【0014】以上の如き本発明の触媒はきわめて低臭気
性である。これはその分子量がこれまでに知られている
ものよりも比較的大きく、沸点が高いためであると考え
られる。又、当該触媒は、メチレン鎖の長いジアミン骨
格を有していることから、優れた触媒活性を有し、3級
ジアミン骨格を有するためポリウレタンフォームの成形
プロセスにおいての適合性に優れているという長所を併
せ持っている。
【0015】本発明のポリウレタンの製造法は、上記の
触媒の存在下でポリオールとポリイソシアネート化合物
を反応させるものである。本発明おいて用いられるポリ
イソシアネートとしては、イソシアネート基を2個以上
有する化合物であれば特に限定されることはなく、例え
ば2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−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、キシリレンジイソシアネート、ナフタ
レンジイソシアネートを例示することができる。ここ
で、ポリイソシアネートの使用量は、イソシアネートイ
ンデックス(活性水素と反応させるイソシアネートの所
要量×100)として90〜120の範囲が好ましい。
【0016】また、ポリオールとしては、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
用することが出来る。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、蔗糖等の多価アルコールにエチレ
ンオキサイドもしく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;あるいはトリエチ
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−プロパンジアミン、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しくはプロピ
レンオキサイドを付加して得られるポリオール類を例示
することが出来る。これらのポリオールは単独で又は2
種以上を用いてもよい。
【0017】更に、本発明で使用できるポリオールとし
てポリマーポリオールがある。これは遊離基触媒の存在
下で、上記又は他の種類のポリオールに、溶解または分
散したエチレン性不飽和モノマーが重合して作られる。
これらのエチレン性不飽和モノマーの代表例は以下のも
のであり、単独又は2種以上を用いてもよい。これらモ
ノマーの例としてはエチレン、プロピレン、アクリロニ
トリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、メチ
ルメタクリレート及びブタジエンなどである。一般にこ
のような組成物は、パーオキサイド、パーカーボネー
ト、パーボレート、パーサルフェート及びアゾ化合物を
含むラジカル発生開始剤のいずれかを用いて約40℃と
約150℃との間の温度に於て基体ポリオール中でモノ
マーを重合させることによって造られる。
【0018】本発明の製造法では、必要に応じて発泡剤
として、HCFC−123(1,1−ジクロロ−2,
2,2−トリフルオロエタン)、HCFC−141b
(1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン)、HCFC
−22(モノクロロジフルオロメタン)、HCFC−1
42b(1−クロロ−1,1−ジフルオロエタン)、H
FC−134a(1,2,2,2−テトラフルオロエタ
ン)、HFC−356(1,1,1,4,4,4−ヘキ
サフルオロブタン)、シクロペンタン等を用いることが
でき、また整泡剤としてオルガノポリシロキサン、ハロ
ゲン化リン化合物等の難燃剤を用いることができる。こ
れらの添加剤の種類及び添加量については、通常使用さ
れる種類及び範囲に於いて十分使用できる。
【0019】以上の原料を用いた本発明の製造法は、上
記ポリイソシアネート成分とポリオール成分とに本発明
の触媒を加えて、必要に応じて、発泡剤、整泡剤、界面
活性剤、着色剤、難燃剤、安定化剤等を用いて常法によ
り製造される。これら添加剤の種類及び添加量について
は、通常使用される種類及び使用範囲において充分使用
できる。
【0020】
【実施例】以下に実施例、比較例及び試験例を示して本
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。
【0021】触媒の調製例 N, N, N', N'−テトラメチルノナンジアミンの合成は、
以下の操作で実施した。まず、合成ゼオライトに担持さ
れた銅−第4周期遷移金属元素−第8属白金族元素の3
元触媒を以下の方法で調製した。1000ccのフラス
コに合成ゼオライトを仕込み、次に硝酸銅と硝酸ニッケ
ル及び塩化パラジウムを各金属の原子モル比で、Cu:
Ni:Pd=4:1:0.1となるように水に溶かした
ものを入れ、攪拌しながら昇温した。1時間の熟成の
後、沈殿物を濾過、水洗し80℃、10時間乾燥後、4
00℃で3時間焼成した。得られた金属酸化物の担体に
対する担持量は50%であった。次に、凝縮器と分離器
を付けた1000ccのフラスコに、1,9−ノナンジ
オール600gと上記3元触媒2.4g(原料ジオール
4重量%)を仕込み、攪拌しながら水素ガスを10リッ
トル/Hrの流速で系内に吹き込み、180℃に昇温し
た。次にジメチルアミンと水素ガスの混合ガスを40リ
ットル/Hrの流速でフラスコに導入した。減圧9時間
反応後、3元触媒を濾過分離した。精密蒸留により、目
的とするN, N, N', N'−テトラメチルノナンジアミンを
収率87%、純度98%で得た。分析値は全アミン価5
30.5、3級アミン価524.4、酸価0.08、水
酸基価6.1、水分0.03%であった。純度は、ガス
クロマト分析から算出した。
【0022】実施例1〜2及び比較例1〜 ポリウレタン製造のための使用原材料の混合割合を表1
に示す配合とし、通常の手順にしたがってポリウレタン
フォームを製作した。即ち、ポリオール、水、シリコー
ン、整泡剤、触媒、発泡剤及びポリイソシアネートを混
合し、上部開放のオーブンモールドに混合物を注ぎ、自
由発泡させてポリウレタンフォームを製作した。
【0023】
【表1】
【0024】本発明のポリウレタン製造用触媒及び従来
のポリウレタン製造用触媒の性能について評価した結果
を表2〜に示した。実施例1は触媒としてN, N, N'
,N' −テトラメチルノナンジアミンを用いたものであ
り(表)、実施例は触媒としてN, N, N' ,N' −テ
トラメチルドデカンジアミンを用いたものであり(表
)、比較例1は触媒としてN, N, N' ,N' −テトラメ
チルテトラデカンジアミンを用いたものであり(表
)、比較例2は触媒としてN, N, N' ,N' −テトラメ
チルヘキサンジアミンを用いたものであり(表5)、比
較例3は触媒としてN, N, N' ,N' −テトラメチルオク
タンジアミンを用いたものである(表6)。尚、表中
クリームタイムとは、原料の混合を開始してから発泡が
始まり混合液がクリーム状を呈するまでの時間を表
す。ゲルタイムは、ポリウレタンフォーム上部に細い棒
を接触させ、速やかに引き離した場合、ポリウレタンフ
ォームから糸が引くまでに充分に、高分子量化が進行す
るのに要した時間をさす。タックフリータイムとは、ポ
リウレタンフォームの表面に先ほどの棒を接触させて
も、もはや樹脂が棒に付着しなくなるまでの時間をさ
す。ライズタイムは、ポリウレタンフォームが見かけ上
発泡を終了した時間を言う。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】本発明の触媒を使用したとき(実施例1〜
)は、従来より用いられているN,N, N' ,N' −テト
ラメチルヘキサンジアミンとほぼ同等の触媒活性でポリ
ウレタンフォーム製造でき、さらに発泡途中、及びフ
ォームから臭気が殆どなく、またフォームセルが荒れ、
混合不良、未硬化現象等の欠点も発生しなかった。これ
に対して、炭素鎖長が12を越える場合(比較例1)、
臭気は極めて低いが、触媒活性は急激に低下し、実用的
でなくなった。また、N, N, N' ,N' −テトラメチルヘ
キサンジアミンを使用した場合(比較例2)は、スムー
ズなフォームの上昇がみられたが、少しフォームからア
ミン臭がした。
【0031】試験例 本発明の触媒として、テトラメチルノナンジアミン、テ
トラメチルデカンジアミン又はテトラメチルドデカンジ
アミンを用い、また比較品として、テトラメチルオクタ
ンジアミン、低臭気性を有するテトラメチルヘキサンジ
アミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチ
レンジアミン又は炭素鎖長が12を越えるテトラメチル
テトラデカンジアミンを用いて、各触媒の臭気の比較を
行った。臭気の測定方法は、先ず140mlのガラス瓶
に触媒の10%ポリオール溶液1gをサンプリングし
た。この時使用したポリオールは三井東圧化学(株)製
MN−3050である。25℃、相対湿度50%の恒温
恒湿室に静置した。臭気係数は新コスモス電機製臭気セ
ンサーXP−329を用いて、24時間後又は48時間
後の臭気値を測定した。この測定を3回実施し、その平
均値を臭気係数とした。
【0032】
【表7】
【0033】本発明の触媒の臭気係数の値は、テトラメ
チルテトラデカンジアミンを除く比較品の臭気係数と較
べ、相当低いことが判明した。実際に製作したウレタン
フォームの臭気も、これとよく相関しており、前記のよ
うに実施例で得られたフォームは異臭を感じなかった。
【0034】
【発明の効果】本発明のポリウレタン製造用触媒は、き
わめて低臭気性であり、既存の代表的な触媒であるペン
タメチルジエチレントリアミン、テトラメチルヘキサン
ジアミン、トリエチレンジアミンと比較して臭気係数が
極めて低い触媒である。本発明ではこのような触媒を用
いるため、ウレタン発泡工程の作業環境を著しく改善す
ることができる。また、当該触媒は、触媒活性において
もテトラメチルヘキサンジアミンとほぼ同等の値を示
し、ウレタンフォームからブリードするアミン触媒の量
も低下させることが可能になり、良品質のポリウレタン
フォームを提供することが可能になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−84314(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式: 【化1】 (式中、nは9〜12の整数を示す)で表されるポリウ
    レタン製造用触媒。
  2. 【請求項2】 ポリオールとポリイソシアネート化合物
    を触媒の存在下で反応させるポリウレタンの製造法にお
    いて、触媒が式: 【化2】 (式中、nは9〜12の整数を示す)で表される化合物
    であることを特徴とするポリウレタンの製造法。
  3. 【請求項3】 式中、nが9である化合物を用いる請求
    項2記載の製造法。
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