JP5162321B2 - ポリオール組成物、その製造方法および該ポリオール組成物を用いるポリウレタン樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
前記ポリカルボン酸が、クエン酸又はピロメリット酸であり、
前記ヒドロキシカルボン酸が、グリコール酸、リシノール酸、又はモノヒドロキシステアリン酸であることを特徴とする。
前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル反応されてなることにより、アルデヒド含有量が少ないにもかかわらず、軟質ポリウレタンフォームなどのポリウレタン樹脂に、より良好な反発弾性等の物性を付与し得るという利点がある。
即ち、本実施形態のポリオール組成物は、前記ポリカルボン酸に前記ヒドロキシカルボン酸をエステル化反応させてエステル化反応物とし、該エステル化反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させてなる。
前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル反応されてなることにより、ポリオール組成物に含まれうるアルデヒド化合物の量がさらに少なくなるという利点がある。また、好適な弾性、硬度を有するポリウレタン樹脂が得られ、特に軟質ポリウレタンフォームにおいては、良好な反発弾性を得ることができるという利点がある。
より詳しくは、前記ヒドロキシカルボン酸としては、ポリオール組成物の平均水酸基数を制御することが容易であり、且つ弾性を有する低硬度のポリウレタン樹脂が得られるという点で、炭素数が5〜30であるヒドロキシモノカルボン酸が好ましい。また、平均水酸基数を制御することも容易であるという点で、分子内に1個の水酸基を有し且つ炭素数が5〜30であるヒドロキシモノカルボン酸が好ましい。
なお、通常、エチレンオキシドが付加重合されて生じる水酸基は1級水酸基に、プロピレンオキシドが付加重合されて生じる水酸基は2級水酸基になるため、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの混合物を用いる場合、この2種のアルキレンオキシドの混合比を変化させることによって、前記ポリオール組成物にある1級水酸基と2級水酸基との比を適宜調整することができる。
即ち、本実施形態のポリオール組成物の製造方法は、純度の比較的低いヒドロキシカルボン酸を用いても、比較的容易に所望のポリオール組成物を製造できる。なお、該所望のポリオール組成物とは、上述したような、不純物としてのアルデヒド化合物の量が比較的少なく、水酸基の態様が十分に調整されているポリオール組成物を意味する。
前記有機金属化合物としては、亜鉛、錫、鉛、ジルコニウム、ビスマス、コバルト、マンガン、鉄などの金属とオクテン酸、ナフテン酸などの有機酸との金属塩、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンアセチルアセトナート、アセチルアセトンアルミニウム、アセチルアセトンコバルト、アセチルアセトン鉄、アセチルアセトン銅、アセチルアセトン亜鉛などの金属キレート化合物などが挙げられる。
これらは、いずれも1種を単独で、あるいは2種以上混合して用いることができる。ポリウレタンフォームの製造においては、3級アミンを用いることが好ましい。なお、添加量は、適宜調整できる。
前記架橋剤は、いずれも単独でまたは2種以上混合して用いることができる。前記架橋剤は、軟質ポリウレタンフォームの調製で用いる場合は、ポリオール成分100重量部に対して、10重量部以下、好ましくは5重量部以下用いることが好ましい。5重量部を超えて用いると、ポリウレタンフォームの圧縮永久歪が悪化し得る。
(A1)クエン酸無水物
(ナカライテスク株式会社製、商品名:クエン酸無水物)
(A2)1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸(ピロメリット酸 和光純薬工業社製)
ヒドロキシカルボン酸>
(B1)モノヒドロキシステアリン酸
モノヒドロキシステアリン酸の製造方法を以下に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に高純度オレイン酸(日油株式会社製、商品名:EXTRA OLEINTM 99)1000g(3.5モル)、2000mLのギ酸(ナカライテスク株式会社製、商品名:ギ酸)、10mLの70%過塩素酸水溶液(オレイン酸に対して1重量%)の混合物を、5−15分間窒素雰囲気中で加熱還流、その後、過剰のギ酸を減圧で除去することで、粗製のホルムオキシステアリン酸1100g(ヨウ素価13.5gI2/100g、ケン化価298mgKOH/g、酸価170mgKOH/g)を得た。
この粗ホルムオキシステアリン酸を100%過剰(2倍当量)の6N−NaOHと15分間沸騰させ、その後、過剰の6N−HCl中に撹拌しながら注入した。油層(上層)硬化後、水相を除去し、油層(固層)を熱水中にかき混ぜながら投入して再び溶解させた。固体生成物を空気乾燥して粗製のモノヒドロキシステアリン酸1050g(ヨウ素価15.0gI2/100g、酸価184mgKOH/g、平均水酸基価184)を得た。
さらに、石油ナフサ、ヘキサンから再結晶することでモノヒドロキシステアリン酸740g(収率65%、ヨウ素価2gI2/100g、酸価187mgKOH/g、平均水酸基価195mgKOH/g)を得た。
なお、ヨウ素価はJIS K3331に準じて測定し、ケン化価は、JIS K0070に準じて測定し、酸価は、JIS K0070に準じて測定した。なお、平均水酸基価は、後に示す方法で測定した。
(B2)グリコール酸(ナカライテスク株式会社製、商品名:グリコール酸)
(B3)ヒマシ油脂肪酸(伊藤製油社製、商品名「CO−FA」 リシノール酸含有)
(C1)エチレンオキシド
(C2)プロピレンオキシド
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、クエン酸57.6g(0.3モル)とモノヒドロキシテスアリン酸487g(1.8モル)を投入し、温度160℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行なった。続いて、反応液をオートクレーブに移し、48%水酸化カリウム水溶液3.4g(KOHとして反応液100重量部に対して0.3重量部)を添加し、温度130℃、圧力0.2MPaを維持しながら、エチレンオキシド38.4g(0.9モル)を導入し、さらに1時間熟成反応を行うことによりポリオール組成物1(平均水酸基価83mgKOH/g)を製造した。
「(A)分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸」の種類および使用量と、「(B)分子内に1個または2個のカルボキシル基と水酸基とを有するヒドロキシカルボン酸」の種類および使用量と、「(C)炭素数2〜4のアルキレンオキシド」の種類、使用量および付加形態とを表1に記載の通り変更した点以外は、ポリオール組成物1と同様の方法でポリオール組成物2〜9を製造した。なお、ポリオール組成物6の製造では、温度130℃、圧力0.2MPaに維持しながら、プロピレンオキシドを導入後1時間熟成反応を行い、続いて、温度130℃、圧力0.2MPaに維持しながらエチレンオキシドを導入後1時間熟成反応を行った。また、ポリオール組成物7の製造では、「分子内に1個または2個のカルボキシル基と水酸基とを有するヒドロキシカルボン酸」としてモノヒドロキシテスアリン酸とグリコール酸との混合物を使用した。
オートクレーブに、クエン酸384.0g(2.0モル)と48%水酸化カリウム水溶液4.0gを仕込み、温度130℃、圧力0.2MPaに維持しながら、エチレンオキシド256.0g(6.0モル)を導入し、さらに1時間熟成反応を行うことによりポリオール組成物10(平均水酸基価482mgKOH/g)を製造した。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、クエン酸115.2g(0.6モル)とモノヒドロキシテスアリン酸487g(1.8モル)を投入し、温度160℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行うことによりポリオール組成物11(平均水酸基価168mgKOH/g)を製造した。
撹拌機、温度計、窒素導入管および還流コンデンサを備えた反応器に、グリセリン27.6g(0.3モル)とモノヒドロキシテスアリン酸487g(1.8モル)を投入し、温度160℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行うことによりポリオール組成物12(平均水酸基価87mgKOH/g)を製造した。
撹拌機、温度計、窒素導入管及び環流コンデンサを備えた反応器に、グリセリン27.6g(0.3モル)とモノヒドロキシステアリン酸487g(1.8モル)とを投入し、温度160℃で、副生する水を反応系内から除去しながら8時間反応を行った。
続いて、反応液をオートクレーブに移し、48%水酸化カリウム水溶液3.2g(KOHとして反応液100重量部に対して0.3重量部)を添加し、温度130℃、圧力0.2MPaを維持しながら、エチレンオキシド38.4g(0.9モル)を導入し、さらに1時間熟成反応を行うことによりポリオール組成物13(平均水酸基価89mgKOH/g)を得た。
モノヒドロキシステアリン酸を730g(2.7モル)とした点以外は、ポリオール組成物13と同様な方法でポリオール組成物14(平均水酸基価64mgKOH/g)を得た。
ポリオール組成物に含まれるアルデヒド化合物の含有量は、液体クロマトグラフィー(測定機器「HP−1050」 ヒューレッドパッカート社製)にて以下の方法により測定した。
まず、ホルムアルデヒド及びアセトアルデヒドの標準サンプルを用いて検量線を作成した。続いて、合成したポリオール組成物を用いて下記条件で測定し、上記検量線から各アルデヒド量を測定し、その合計量をアルデヒド含量とした。
<液体クロマトグラフィーの測定条件>
カラム:Inerstsil ODS−2(4.6mmφ×150mm、粒子径5μm)
溶離液:アセトニトリル/Buffer(45/55(容量比))、
(Buffer:0.025mol/Lのリン酸二水素ナトリウム水溶液を1mol/Lのリン酸を用いてpH4.0に調整したもの)
流速 :1.0mL/min.
検出波長:UV355nm
注入量:10μL
検出限界:0.1ppm
製造されたポリオール組成物の平均水酸基価をJIS K1557に準じて測定した。
ポリオール組成物1,2,5,13,14の全末端水酸基に占める1級水酸基の割合を1H−NMR法によって下記の方法で測定した。
具体的には、各ポリオール組成物のCDCl3溶液に、無水トリフルオロ酢酸を添加し、末端水酸基をエステル化した後、1H−NMRを測定した。
より具体的には、トリフルオロ酢酸でエステル化された炭素原子に結合している水素原子であるメチレン水素原子(即ち1級水酸基:δ=5.2ppm付近のピーク)とメチン水素原子(即ち1級水酸基:δ=4.3ppm付近のピーク)のピーク積分値を測定し、下記式より1級水酸基の割合を算出した。
1級水酸基の割合(モル%)=[R/(R+2S)]×100
R=メチレン水素原子のピークの積分値
S=メチン水素原子のピークの積分値
(D−1)
グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、さらに、末端にエチレンオキシドをブロック付加重合させたポリエーテルポリオール(平均水酸基数3、平均水酸基価34mgKOH/g、商品名「DKSプロピラン353」(第一工業製薬社製))
(D−2)
グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にスチレンモノマーを重合させたポリマーポリオール(平均水酸基数3、平均水酸基価28mgKOH/g、商品名「ハイフレックスND825C」(第一工業製薬社製))
<触媒1>
N,N−ジメチルエタノールアミン
商品名:プロパミンA(第一工業製薬社製)
<触媒2>
トリエチレンジアミンの33%DPG溶液
商品名:TOYOCAT TEDA L33(東ソー株式会社製)
<整泡剤>
シリコン系整泡剤
商品名:SZ−1313(東レ・ダウコーニング株式会社製)
<発泡剤>
水
<ポリイソシアネート化合物>
ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートに、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオールを反応させて得たイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(遊離 NCO=29.0%、商品名「DKシステムB−73E」(第一工業製薬社製))
上記ポリオール−イソシアネート混合物を、ポリカップに注入し、反応性(クリームタイム、ゲルタイム、ライズタイム)を測定した。なお、クリームタイムは、発泡が始まる時間、ゲルタイムは糸引きが終わる時間、ライズタイムは発泡が終了する時間とした。
上記ポリオール−イソシアネート混合物を、55℃に調整した30×30×10cmの金型に入れ、モールド発泡を実施した。15分後脱型し、成型性(コラップス発生の有無、表面スキン剥がれの有無、ボイドの有無を指標として評価)を評価した。
その後、得られたポリウレタンフォームのコア密度(JIS K−6400準拠)、硬度、反発弾性、永久歪を、JIS K−6400に準拠して測定した。
1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシ酸を用いずに合成したポリオール組成物10を使用したポリウレタンフォーム(比較例1)は、成型性と永久歪が悪く、硬度が非常に高くなることがわかる。
炭素数2〜4のアルキレンオキシドを用いずに合成したポリオール組成物11を使用した場合(比較例2)は、反応性が非常に遅く、通常のフォーム形状になる前に潰れ(コラップス)が発生し、ポリウレタンフォームが得られなかった。
3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸に代えて3個のヒドロキシル基を有するグリセリンを用い、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを用いなかったポリオール組成物12を使用したポリウレタンフォーム(比較例3)は、成型性と永久歪が悪く、さらに反発弾性も低いことがわかる。
3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸に代えてグリセリンを用いて合成したポリオール組成物13,14を使用したポリウレタンフォーム(比較例4,5)は、永久歪が悪く、反発弾性が低いことがわかる。
Claims (5)
- 分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸と、分子内に水酸基および1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸とのエステル化反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させてなるポリオール組成物であって、
前記ポリカルボン酸が、クエン酸又はピロメリット酸であり、
前記ヒドロキシカルボン酸が、グリコール酸、リシノール酸、又はモノヒドロキシステアリン酸であることを特徴とするポリオール組成物。 - 前記ポリカルボン酸1モルに対して前記ヒドロキシカルボン酸が1〜30モル反応されてなる請求項1に記載のポリオール組成物。
- ポリウレタン樹脂原料用である請求項1又は2に記載のポリオール組成物。
- 分子内に3個以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸としてのクエン酸又はピロメリット酸に、分子内に水酸基および1個または2個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸としてのグリコール酸、リシノール酸、又はモノヒドロキシステアリン酸をエステル化反応させてエステル化反応物とし、該エステル化反応物に、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを付加重合させることを特徴とするポリオール組成物の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオール組成物と、ポリイソシアネート化合物とを反応させることを特徴とするポリウレタン樹脂の製造方法。
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