JP5390497B2 - ポリウレタンフォームの製造方法及びポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
本発明において有用であるこのシラノール官能化されたオルガノシロキサンを、米国特許第6,316,655号明細書;米国特許第6,417,310号明細書;米国特許第5,488,125号明細書および米国特許第4,395,563号明細書で開示された合成に従って、製造することができる。シラノール官能化されたオルガノシロキサンはジレスト社、ダウコーニング社やGEシリコーン社から市販されている。
本発明のポリウレタンフォーム形成プロセスにおいて有用なポリイソシアネートは、少なくとも2つのイソシアネート基を含みかつ一般に公知の芳香族または脂肪族ポリイソシアネートのいずれかになる有機ポリイソシアネート化合物である。好適な有機ポリイソシアネートは、例えばメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)および2,4−および2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)のような、炭化水素ジイソシアネート(例えばアルキレンジイソシアネートやアリーレンジイソシアネート)、同様に、高分子量MDIまたは粗MDIとしても知られる、トリイソシアネートおよびポリメチレンポリ(フェニレンイソシアネート)を含む。半軟質および軟質フォームに関して、この好ましいイソシアネートは一般に、例えば2,4−TDIと2,6−TDIがそれぞれ約80%と約20%の質量比率またそれぞれ約65%と約35%である混合物;TDIと高分子量MDI、好ましくは質量比率が約80%のTDIと約20%の粗高分子量MDIから約5%のTDIと約95%の粗高分子量MDI、の混合物;およびこのMDIタイプのポリイソシアネートの配合物全てである。
本発明のポリウレタンフォームのフォーミングにおいて前述のポリイソシアネートとともに使用される活性水素含有化合物は、少なくとも2つのヒドロキシル基を有する、例えばポリオールのような、有機化合物のいずれかであってもよい。ポリウレタンフォームの製造のための本発明のプロセス、特にワンショットフォーミングプロセス、において有用なポリオールは、軟質スラブ材、軟質型成形フォームおよび半軟質フォームの製造技術に現在採用されているタイプのいずれかである。このポリオール、例えばポリエーテルポリオールとポリエステルポリオール、は通常約15から約700の範囲のヒドロキシル価を有する。このヒドロキシル価は通常、半軟質フォームに関して約100から約300の間にあり、そして軟質フォームに関して約20から約60の間にある。軟質フォームに関して、このポリオールの標準的な官能価、すなわちポリオール分子あたりのヒドロキシル基の平均数、は約2から約4であり、そして本発明の別の面においては約2.3から約3.5である。
a)ポリヒドロキシアルカンと1以上のアルキレン酸化物、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等、との反応から派生したポリエーテルポリオール。
b)高官能価アルコール、糖アルコール、サッカリドおよび/または高官能価アミンと(望まれる場合は低官能価のアルコールおよび/またはアミンと混合した状態でもよい)、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のようなアルキレン酸化物、との反応から派生したポリエーテルポリオール。
c)リンおよびポリリン酸と、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のようなアルキレン酸化物、との反応から派生したポリエーテルポリオール。
d)ポリ芳香族アルコールと、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のようなアルキレン酸化物、との反応から派生したポリエーテルポリオール。
e)アンモニアおよび/またはアミンと、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のようなアルキレン酸化物、との反応から派生したポリエーテルポリオール。
f)例えばジオールのような多官能価の開始剤と、例えばヒドロキシカプロン酸またはカプロラクトンのようなヒドロキシカルボン酸またはそのラクトン、との反応から派生したポリエステルポリオール。
g)ポリエーテルポリオール中での、オキサレートエステルと、例えばヒドラジン、エチレンジアミン等のようなジアミン、との直接的な反応から派生したポリオキサメートポリオール。
h)ポリエーテルポリオール中での、ジイソシアネートと、例えばヒドラジン、エチレンジアミン等のようなジアミン、との直接的な反応から派生したポリ尿素ポリオール。
この標準的に使用される発泡剤のいずれも本発明の実施において単独または組み合わせで使用することが可能であるが、水は一般に軟質フォームにおいて反応性発泡剤として使用される。軟質スラブ材フォームの製造において、水は一般に、例えば約1.5から6.5pphpp(ポリオール100部に対する部)の間、たいていは約2.5から5.5pphppの間の濃度で使用する。TDI型成形フォームの場合の水のレベルは通常約3から約4.5pphppの範囲にある。MDI型成形フォームの場合、この水レベルは例えば通常約2.5と5pphppの間にある。しかしながら、当業者であれば容易に理解することであるが、この水レベルは通常は望まれるフォーム密度に応じて定められる。発泡剤の好適なレベルは当業者に公知である。例えば、高密度の半軟質ポリウレタンフォームの場合、この水レベルは約0.2pphpp程度まで低くすることが可能である。例えば揮発性炭化水素またはハロゲン化炭化水素に基づく発泡剤およびその他非反応性ガスのような、物理的発泡剤もまた本発明に従ってポリウレタンフォームを製造する際に使用することが可能である。軟質スラブ材フォームの製造において、水は主要な発泡剤である。しかしながら、他の発泡剤を補助的な発泡剤として使用することが可能である。軟質スラブ材フォームの場合、好ましい補助的発泡剤は二酸化炭素およびジクロロメタン(メチレンクロライド)である。本発明に従って使用することが可能である他の発泡剤は、クロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)およびフッ素化されていない有機発泡剤、例えば液体二酸化炭素、ペンタンおよびアセトンを含むが限定はしない。
このポリウレタンの製造のために使用することが可能な触媒は、ウレタン触媒、遅延作用触媒、非反応性および反応性タイプ両方の第三アミン、アミノウレタン触媒、有機金属および/または有機金属ウレタン触媒、およびこれらの混合物を含むが限定はしない。本発明において有用で好適なウレタン触媒はトリエチレンジアミン(TEDA)、N−メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、N-メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、およびビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、同様にこれらの混合物を含むが限定はしない。反応性アミン触媒(非逃散性の触媒としても知られている)は、1以上の活性水素を含み、結果としてイソシアネートと反応し、そして化学的にポリウレタンポリマー母材に結合することが可能である化合物である。軟質スラブ材や型成形フォームの製造の場合、たいていは、このアミン触媒はビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテルおよびTEDAである。金属塩触媒もまたポリウレタンフォーム処方において使用可能であり、しばしば使用される。ここでの使用に好適な金属塩触媒はオクタン酸スズ、酢酸スズ、オレイン酸スズ、ラウリン酸スズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、およびその他のこのようなスズ塩のような、有機スズを含むが限定はしない。金属塩触媒は通常はポリウレタン処方において少量、例えば約0.001から約0.5pphpp(ポリオール100質量部に対する質量部)の範囲の量、で使用する。
多様な添加物もまたこの異なる特性を提供するフォームの製造に使用することができる。少なくとも2つの水素原子を有し、イソシアネートと反応することができる架橋剤または鎖長長延化剤を反応混合物に添加することが可能である。例えばヒドロキシルおよび/またはアミノおよび/またはカルボキシル基を有する化合物である。コストを下げかつ特別な物理的性質を与えるために、充填剤、例えば粘土、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、リン酸アンモニウム等を添加することができる。色づけのために染料を添加することができ、そして強度化のためにガラス繊維または合成繊維を添加することができる。くわえて、可塑剤、消臭剤、気泡安定剤、顔料、老化に対する安定化剤および耐候性剤、難燃剤、制カビ剤、制菌剤を添加することができる。
このポリウレタンの製造に有用な温度は、当業者に周知の製品のために使用する、フォームおよび特定のプロセスのタイプに応じて変化する。軟質スラブ材フォームは通常は反応物を一般的には約20℃と約40℃の間の環境温度で混合することによって製造される。このフォームが膨らみそして硬化する場所であるこのコンベアは本質的に環境温度にあるが、この温度はこのフォームが製造される地理的地域やその時期によってかなり変化しうる。軟質型成形フォームは通常は反応物を約20℃と約30℃の間の温度で混合することによって製造される。この混合した出発原料を通常は流し込みによって型に供給する。この型を、例えば約20℃と約70℃の間の温度に、加熱する。本発明の別の面では、この型を約40℃と約65℃の間の温度に加熱する。
ダウケミカル製ポリエーテルポリオール、OH価=21
ダウケミカル製ポリマーポリオール、OH価=31
エアプロダクトアンドケミカル社(APCI)製 DABCO33−LV(登録商標)触媒
APCI製 DABCO(登録商標) BL−11触媒
APCI製 DABCO(登録商標) DC6070シリコーンポリエーテル界面活性剤
APCI製 DABCO DC5169シリコーンポリエーテル界面活性剤
APCI製 DABCO DC5164シリコーンポリエーテル界面活性剤
ジレスト製 DMS−S14 ジシラノール官能化PDMS(DP=17)
バイエル製 Mondur TD80 トルエンジイソシアネート
以下の表1はポリウレタンフォーム処方A−Cの製造で使用する処方成分を明らかにする。ポリウレタンフォームA−Cは、当業者が精通している手練り技術を使って作製した。この界面活性剤とポリオールを1.9リットルカップに入れ、約6000rpmで約25秒間混合した。次に予め配合されたアミンをこのカップに加え、この内容物を約20秒間混合した。TDIを加え、そして約5秒間このカップの内容物の残りと混合した。最後に、この反応混合物を約68℃に温度制御された9.44dm3の型に流し込んだ。十分な量のこの反応混合物を使用し、最終的なフォームパッドの全体の密度が約31.5kg/m3になるようにした。このフォームを約240秒後に型から取りだし、そして取り出し30秒後に初期圧壊力(FTC)の試験を行った。収縮はヘリントン、ホックらの「軟質ポリウレタンフォーム」(ダウケミカル社、1997年発行)に記載された方法で測定した。すなわち、圧壊されていない型成形のフォームパッドを環境温度で一晩立たせておいた。この収縮したパッドを最も収縮した範囲で切断し、残存する厚みを測定し、もとのフォームの厚みに対するパーセンテージで報告した。結果を表2に示す。
以下の表3はポリウレタンフォーム処方D−Eの製造で使用する処方成分を明らかにする。ポリウレタンフォームD−Eは、高度先端技術の高圧フォーム装置を使って作製した。この樹脂「B−サイド」成分を混合し、そして5.5ガロン(20.8リットル)タンクに入れ、窒素圧力約2.2barの下で約72°F(約22℃)で、攪拌しそして維持した。このTDI「A−サイド」成分もまた5.5ガロン(20.8リットル)タンクに含め、窒素圧力約2.2barの下で約72°F(約22℃)で、攪拌しそして維持した。型に射出する前に、まず材料を配管およびミキシングヘッドを通ってタンクに戻るように循環させ、この混合ライン全体に均一な温度をもたらした。射出中に、油圧ピストンを上昇させ、樹脂とTDI成分が高圧衝撃ミキシングを通じて混合するようにした。このミックスヘッドからの材料を型に導き、軟質型成形パッドを作製した。型はこの型の設計に組み込んだ温水循環システムを通して約155°F(約68℃)に維持した。このフォームを約240秒後にこの型から取りだし、そして取り出し30秒後に初期圧壊力(FTC)の試験を行った。圧壊し、十分に硬化したフォームパッドでエアフローを測定し、より連続したフォームであることを示す高い値であった。例D−Eについて関連する物理的性質のデータを表4に示す。
Claims (25)
- ウレタン触媒;発泡剤;1から200のシロキサン反復単位を有するシラノール官能化されたオルガノシロキサンを含む0.001〜1pphppのシロキサン系界面活性剤組成物;ポリエーテルポリオールおよび/またはポリエステルポリオール;および少なくとも一種のポリイソシアネートを含み、60〜100のイソシアネートインデックスを有する反応混合物を一工程で接触することを含む軟質連続気泡ポリウレタンフォームの製造方法。
- 該シラノール官能化されたオルガノシロキサンが線状、枝分かれ状または環状である、請求項1に記載された方法。
- 該シラノール官能化されたオルガノシロキサンが脂肪族ポリエーテル、脂肪族フッ素化基または脂肪族過フッ素化基を含んでなる、請求項1に記載された方法。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した1〜10のヒドロキシル基を有する、請求項1に記載された方法。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した1〜5のヒドロキシル基を有する、請求項1に記載された方法。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した2のヒドロキシル基を有する、請求項1に記載された方法。
- 該ポリエーテルポリオールおよび/またはポリエステルポリオールがポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールまたはそれらの混合物である、請求項1に記載された方法。
- Rがメチルまたはいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、すくなくとも1つのR基はいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)である、請求項4に記載された方法。
- 該シロキサン系界面活性剤組成物が0.2〜40質量パーセントの該シラノール官能化されたオルガノシロキサンを含んでなる、請求項9に記載された方法。
- 該発泡剤が水を含んでなる、請求項1に記載された方法。
- Xが1から60の整数である、請求項4に記載された方法。
- ウレタン触媒;発泡剤;0.001から1pphppのシラノール官能化された化学式(I)のオルガノシロキサンを含むシロキサン系界面活性剤組成物;ポリオール;および少なくとも一種のポリイソシアネートを含み、60〜100のイソシアネートインデックスを有する反応混合物;を一工程で接触することを含む軟質連続気泡ポリウレタンフォームの製造方法であって、ここで該R基は独立してメチル基、フェニル基、−OSi(R)3基またはいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、すくなくとも1つのR基はいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、かつXは0〜200の整数である、軟質連続気泡ポリウレタンフォームの製造方法。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した1〜5のヒドロキシル基を有する、請求項14に記載された方法。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した2のヒドロキシル基を有する、請求項14に記載された方法。
- 該ポリオールがポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールまたはそれらの混合物である、請求項15に記載された方法。
- Rがメチルまたはいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、すくなくとも1つのR基はいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)である、請求項17に記載された方法。
- 該シロキサン系界面活性剤組成物が0.001から0.5pphpp(ポリオール100部に対する部)である該シラノール官能化されたオルガノシロキサンを含んでなる、請求項18に記載された方法。
- 該シロキサン系界面活性剤組成物が0.2〜40質量パーセントの該シラノール官能化されたオルガノシロキサンを含んでなる、請求項19に記載された方法。
- 該発泡剤が水を含んでなる、請求項19に記載された方法。
- Xが1から60の整数である、請求項19に記載された方法。
- 該オルガノシロキサンが該平均的な高分子構造において珪素原子に結合した2のヒドロキシル基を有する、請求項19に記載された方法。
- 軟質連続気泡ポリウレタンフォームであって、ポリイソシアネート、ポリエステルポリオールおよび/またはポリエーテルポリオール、水を含む発泡剤、および該フォームのための0.001〜1pphppの安定剤を含む一工程の軟質連続気泡ポリウレタンフォーム形成反応混合物から得られるものであって、該安定剤はシラノール官能化された一般化学式(I)のオルガノシロキサン組成物を含み、ここで該R基は独立してメチル基、フェニル基、−OSi(R)3基またはいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、すくなくとも1つのR基はいずれかの珪素原子に直接結合した末端ヒドロキシル基(−OH)であり、かつXは0〜200の整数であり、該オルガノシロキサンが該平均的な高分子構造において珪素原子に直接結合した1〜5のヒドロキシル基を有し、該反応混合物が60〜100のイソシアネートインデックスを有する軟質連続気泡ポリウレタンフォーム。
- 該オルガノシロキサンが、該平均的な高分子構造において珪素原子に直接結合した1〜5のヒドロキシル基を有する、請求項24に記載された軟質連続気泡ポリウレタンフォーム。
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