JP5425101B2 - 天然油系コポリマーポリオール及び天然油系コポリマーポリオールから作製されるポリウレタン製造物 - Google Patents

天然油系コポリマーポリオール及び天然油系コポリマーポリオールから作製されるポリウレタン製造物 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、米国仮特許出願第61/025,340号(2008年2月1日出願、発明の名称「天然油系コポリマーポリオール及び天然油系コポリマーポリオールから作製されるポリウレタン製造物」)の優先権を主張し、これは参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の実施形態は一般にはポリウレタン製造に関し、より具体的には、ポリウレタン製造において有用なポリマー修飾されたポリオールに関する。
様々なポリウレタン発泡体が、ポリイソシアネート及びポリオールの反応によって製造される。耐負荷特性及び他の発泡特性を改善するために、いわゆるポリマーポリオール製造物が開発されている。1つの一般的なタイプのポリマーポリオールが、ポリオールにおけるビニルポリマー粒子の分散物である。ビニルポリマー粒子ポリオールの例には、いわゆる「SAN」ポリオールが含まれ、これはスチレン−アクリロニトリルの分散物である。他の一般的なタイプのポリマーポリオールが、いわゆる「PHD」ポリオール(ポリウレア粒子の分散物)及びいわゆる「PIPA」(ポリイソシアネート重付加)ポリオール(ポリウレタン−ウレア粒子の分散物)である。様々なPIPA粒子及びPHD粒子が、モノマー(1つ又はそれ以上)を重合するために、適切なモノマー(1つ又はそれ以上)を従来の石油系ポリオール又は石油系ポリオールブレンド配合物に導入し、このモノマー(1つ又はそれ以上)をイソシアネートと反応することによって製造され得る。
従来型ポリオールの価格は、原油価格とともに変動する傾向があり、一方で、原油価格は、少なくなることが証明されている埋蔵量、増大した世界的需要、及び、不確実な地政学的傾向のためにますます不安定になっている。従って、従来の石油系ポリオールを再生可能な原料に基づく代替ポリオールで置き換えることが望ましいかもしれない。しかしながら、従来の石油系ポリオールを再生可能な原料に由来する様々なタイプのポリオールで代用することは、いくつかの従来の石油系ポリオールが、再生可能な資源に由来するポリオールと混和しないことがあるか、又は、再生可能な資源に由来するポリオールとの低い相容性を有することがあるので、常に可能であるとは限らない。
従って、最終的なポリウレタン製造物における再生可能な資源の増大した量をもたらすポリウレタン発泡体を製造する方法が求められている。
米国仮特許出願第61/025,340号
本発明の実施形態は、ポリウレタン製造物の所望される特性もまた保ちながら、最終的なポリウレタン製造物における再生可能な資源の増大した量をもたらすポリウレタン発泡体を製造するための必要なものをすべて満たす。例えば、本明細書中には、最終的なポリウレタン発泡体の耐負荷特性を保持しながら、高い濃度の再生可能な資源を有するポリウレタン発泡体を調製するための方法が記載される。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの従来の石油系ポリオールと、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールとを有するポリオール組成物を含むポリオール組成物が提供される。このポリオール組成物に分散される、アクリロニトリル粒子、ポリスチレン粒子、メタクリロニトリル粒子、メチルメタクリレート粒子又はスチレン−アクリロニトリル粒子の少なくとも1つを含む第1の粒子集団が含まれる。天然油に由来するポリオールの存在下でともに形成されるポリウレアポリマー粒子又はポリウレタン−ウレア粒子の第2の粒子集団もまた含まれる。
別の実施形態において、ポリマーポリオール分散物を形成するための方法では、少なくとも1つの従来の石油系ポリオールと、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールとを含むポリオール組成物を提供すること、及び、アクリロニトリルポリマーポリオール、ポリスチレンポリマーポリオール、メタクリロニトリルポリマーポリオール、メチルメタクリレートポリマーポリオール又はスチレン−アクリロニトリルポリマーポリオールの少なくとも1つを前記ポリオール組成物と組み合わせることが含まれる。この方法はさらに、ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを前記ポリオール組成物において形成することを含む。
別の実施形態において、ポリウレタン発泡体を形成するための方法では、ポリマーポリオール分散物を少なくとも1つのイソシアネートと反応することが含まれる。ポリマーポリオール分散物は、少なくとも1つの従来の石油系ポリオールと、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールとを含むポリオール組成物を提供すること、及び、アクリロニトリルポリマーポリオール、ポリスチレンポリマーポリオール、メタクリロニトリルポリマーポリオール、メチルメタクリレートポリマーポリオール又はスチレン−アクリロニトリルポリマーポリオールの少なくとも1つを前記ポリオール組成物と組み合わせることによって作製される。この方法はさらに、ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを前記ポリオール組成物において形成することを含む。
別の実施形態において、ポリウレタン発泡体が提供される。本発明のポリウレタン発泡体は、第1のイソシアネートと、ポリマーポリオール分散物との反応生成物を含む。ポリマーポリオール分散物は、少なくとも1つの従来の石油系ポリオール、及び、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールを有するポリオール組成物と、前記ポリオール組成物相に分散される、アクリロニトリル粒子、ポリスチレン粒子、メタクリロニトリル粒子、メチルメタクリレート粒子又はスチレン−アクリロニトリル粒子の少なくとも1つの第1の粒子集団と、前記ポリオール組成物に分散される、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールの存在下で形成されているポリウレアポリマー粒子又はポリウレタン−ウレア粒子の少なくとも1つの第2の粒子集団とを含む。
本発明の上記で列挙された特徴が詳細に理解され得るように、本発明のより具体的な記載が、簡単には上記で要約されているが、添付された図面においてその一部が例示される様々な実施形態を参照することによってなされ得る。1つの実施形態の様々な構成要素及び特徴が、さらに列挙されることなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが意図される。しかしながら、添付された図面は本発明の例示的な実施形態のみを例示するだけであり、従って、その範囲の限定であるとみなしてはならないことに留意しなければならない。これは、本発明では、他の同等に効果的な実施形態が認められ得るからである。
ポリマーポリオールを本発明の1つの実施形態に従って形成するためのプロセスについての流れ図である。 ポリマーポリオールを本発明の1つの実施形態に従って形成するためのプロセスについての流れ図である。 硬度データを比較用ポリウレタン発泡体及び本発明の実施形態によるポリウレタン発泡体の粒子濃度に対してプロットする図である。
本発明の様々な実施形態により、従来のポリマー粒子(例えば、SANポリマー粒子など)を、従来の石油系ポリオールと、再生可能な原料に基づく代替ポリオールとの混合物に含むポリマーポリオールブレンド配合物が提供される。このポリマーポリオールブレンド配合物はまた、ポリオールブレンド配合物においてインサイチュで形成されているPIPA粒子及び/又はPHD粒子を含む。
図1は、本発明の1つの実施形態によるプロセス100についての流れ図を示す。プロセス100は、従来のポリマーポリオール(例えば、スチレン−アクリロニトリル(SAN)ポリマーポリオール、アクリロニトリル(ACN)ポリマーポリオール、ポリスチレン(PS)ポリマーポリオール、メタクリロニトリル(MAN)ポリマーポリオール又はメチルメタクリレート(MMA)ポリマーポリオールなど)が提供される工程102から始まる。このポリマーポリオールは、少なくとも1つの従来の石油系ポリオールに分散されるポリマー粒子からなる。1つの実施形態において、ポリマー粒子はSAN粒子である。
そのような少なくとも1つの従来の石油系ポリオールには、イソシアネートとの反応を受けることができる活性水素原子を含有する少なくとも1つの基を有し、しかし、植物油又は動物油に由来する物質の一部分を有しない物質が含まれる。そのような化合物の中で好ましいものが、分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル(第一級又は第二級)、あるいは、分子当たり少なくとも2つのアミン(第一級又は第二級)、カルボン酸基又はチオール基を有する物質である。少なくとも2つのヒドロキシル基又は少なくとも2つのアミン基を分子当たり有する化合物が、ポリイソシアネートとのそれらの望ましい反応性のために特に好ましい。
様々な好適な従来の石油系ポリオールが当分野において周知であり、これらには、本明細書中に記載される従来の石油系ポリオール、及び、いずれかの他の市販されているポリオールが含まれる。1つ又はそれ以上のポリオールならびに/あるいは1つ又はそれ以上のコポリマーポリオールの混合物もまた、ポリウレタン製造物を本発明に従って製造するために使用することができる。
代表的なポリオールには、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリヒドロキシ末端アセタール樹脂、ヒドロキシル末端アミン及びヒドロキシル末端ポリアミンが含まれる。使用することができる代替ポリオールには、ポリアルキレンカルボナート系ポリオール及びポリホスファート系ポリオールが含まれる。好ましいものが、アルキレンオキシド(例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド又はそれらの組合せなど)を、2個〜8個、好ましくは、2個〜6個の活性水素原子を有する開始剤に付加することによって調製されるポリオールである。この重合のための触媒反応は、様々な触媒を用いて、例えば、KOH、CsOH、三フッ化ホウ素、又は、二重シアニド錯体(DMC)触媒(例えば、亜鉛ヘキサシアノコバルタートなど)、あるいは、第四級ホスファゼニウム化合物を用いて、アニオン性又はカチオン性のどちらでも可能である。
好適な開始剤分子の例が、水、有機ジカルボン酸(例えば、コハク酸、アジピン酸、フタル酸及びテレフタル酸など)、及び、多価アルコール(具体的には、二価アルコール〜八価アルコール)又はジアルキレングリコールである。
例示的なポリオール開始剤には、例えば、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロール、ペンタエリトリトール、ソルビトール、スクロース、ネオペンチルグリコール;1,2−プロピレングリコール;トリメチロールプロパングリセロール;1,6−ヘキサンジオール;2,5−ヘキサンジオール;1,4−ブタンジオール;1,4−シクロヘキサンジオール;エチレングリコール;ジエチレングリコール;トリエチレングリコール;9(1)−ヒドロキシメチルオクタデカノール、1,4−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン;8,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デセン;Dimerolアルコール(Henkel Corporationから入手可能な36炭素ジオール);水素化ビスフェノール;9,9(10,10)−ビスヒドロキシメチルオクタデカノール;1,2,6−ヘキサントリオール;及びこれらの組合せが含まれる。
従来の石油系ポリオールとして、例えば、ポリ(プロピレンオキシド)ホモポリマー、プロピレンオキシド及びエチレンオキシドのランダムコポリマーで、ポリ(エチレンオキシド)含有量が、例えば、約1重量%〜約30重量%であるランダムコポリマー、エチレンオキシドキャップ化ポリ(プロピレンオキシド)ポリマー、ならびに、プロピレンオキシド及びエチレンオキシドのエチレンオキシドキャップ化ランダムコポリマーを挙げることができる。スラブストック発泡体適用のためには、そのようなポリエーテルは好ましくは、分子当たり2個〜5個、特に2個〜4個、好ましくは2個〜3個の主に第二級ヒドロキシル基を含有し、かつ、約400〜約3000、特に約800〜約1750のヒドロキシル基当たりの当量重量を有する。高弾性のスラブストック発泡体適用及び成形発泡体適用のためには、そのようなポリエーテルは好ましくは、分子当たり2個〜6個、特に2個〜4個の主に第一級ヒドロキシル基を含有し、かつ、約1000〜約3000、特に約1200〜約2000のヒドロキシル基当たりの当量重量を有する。ポリオールのブレンド配合物が使用されるとき、公称平均官能性(分子当たりのヒドロキシル基の数)が、好ましくは、上記で指定された範囲にある。粘弾性発泡体のためには、ヒドロキシルの数が150を超えるより短い鎖のポリオールもまた使用される。半硬質発泡体を製造するためには、ヒドロキシルの数が30〜80である三官能性ポリオールを使用することが好ましい。
ポリエーテルポリオールは、低い末端飽和(例えば、0.02meq/g未満又は0.01meq/g未満)を含有することができる(例えば、いわゆる二重金属シアニド(DMC)触媒を使用して作製されるポリエーテルポリオールなど)。ポリエステルポリオールは、典型的には、分子当たり約2個のヒドロキシル基を含有し、かつ、約400〜1500のヒドロキシル基当たりの当量重量を有する。
従来の石油系ポリマーポリオールはポリマー固形物含有量を約1重量%〜約60重量%の間の範囲内に有し、好ましくは約10重量%〜約40重量%の間の範囲内に有する。本発明の1つの実施形態において、従来の石油系ポリマーポリオールはSANポリマー粒子を含む。SANポリマーポリオールは、典型的には、ポリオールにおけるアクリロニトリル及びスチレンの混合物のインサイチュ重合によって調製される。様々なそのような方法が当分野において広く公知である。使用される場合、ポリオールにおいてインサイチュ重合されるスチレン対アクリロニトリルの比率は、好ましくは、スチレン/アクリロニトリル混合物の総重量に基づいて重量部で0:100から100:0までの範囲、好ましくは、80:20から20:80までの範囲である。本発明の様々な実施形態において有用なSANポリマーポリオールは、好ましくは、ヒドロキシル価を10〜200の範囲内に有し、より好ましくは20〜60の範囲内に有する。
プロセス100の工程104において、工程102のポリマーポリオールが少なくとも1つの天然油由来ポリオールと組み合わされる。天然油由来ポリオールは、再生可能な原料資源(例えば、天然植物及び/又は遺伝子改変(GMO)植物の植物種子油、ならびに/あるいは、動物起原の脂肪など)に基づくポリオール、又は、そのような再生可能な原料資源に由来するポリオールである。そのような油及び/又は脂肪は一般には、トリグリセリドから、すなわち、グリセロールと連結した脂肪酸から構成される。好ましいものが、少なくとも約70パーセントの不飽和脂肪酸をトリグリセリドにおいて有する植物油である。好ましくは、天然産物は少なくとも約85重量パーセントの不飽和脂肪酸を含有する。好ましい植物油の例には、例えば、ヒマシ油、ダイズ油、オリーブ油、ピーナッツ油、ナタネ油、トウモロコシ油、ゴマ油、綿実油、キャノーラ油、ベニバナ油、アマニ油、ヤシ油、ヒマワリ油、ジャトロファ種子油又はこれらの組合せに由来する植物油が含まれる。加えて、ヒト以外の食物連鎖生物(例えば、藻類など)もまた使用することができる。動物産物の例には、ラード、牛脂、魚油及びこれらの混合物が含まれる。植物系の油/脂肪及び動物系の油/脂肪の混合物もまた使用することができる。
軟質ポリウレタン発泡体の製造における使用のために、天然物は、天然物にイソシアネート反応基を与えるために、又は、天然物におけるイソシアネート反応性基の数を増大するために修飾することができる。好ましくは、そのような反応性基はヒドロキシル基である。いくつかの化学反応を、天然油由来ポリオールを調製するために使用することができる。再生可能な資源のそのような修飾には、例えば、エポキシ化、ヒドロキシル化、エステル化、ヒドロホルミル化又はアルコキシル化が含まれる。
天然油を修飾することによるそのようなポリオールの製造の後、修飾された生成物はさらにアルコキシル化することができる。エチレンオキシド(EO)、又は、EOと、他のオキシドとの混合物の使用により、親水性部分がポリオールに導入される。1つの実施形態において、修飾された生成物は、約10重量%〜約60重量%の間のパーセントEO、好ましくは、約20重量%〜約40重量%の間のEOを有する天然油由来ポリオールを製造するために、十分なEOによるアルコキシル化を受ける。
別の実施形態において、天然油由来ポリオールが、動物油/脂肪又は植物油/脂肪がエステル交換に供され、構成脂肪酸が回収される多段階プロセスによって得られる。この工程の後には、ヒドロキシメチル基を形成するために構成脂肪酸における炭素−炭素二重結合をヒドロホルミル化すること、及び、その後、ポリエステル又はポリエーテル/ポリエステルを、ヒドロキシメチル化された脂肪酸を適切な開始剤化合物と反応することによって形成することが続く。
天然油由来ポリオールを製造するための多段階プロセスにおいて使用される開始剤として、従来の石油系ポリオールの製造において使用される上記で示された開始剤のいずれかを挙げることができる。好ましくは、開始剤は、ネオペンチルグリコール;1,2−プロピレングリコール;トリメチロールプロパン;ペンタエリトリトール;ソルビトール;スクロース;グリセロール;ジエタノールアミン;アルカンジオール、例えば、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオールなど;1,4−シクロヘキサンジオール;2,5−ヘキサンジオール;エチレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール;ビス−3−アミノプロピルメチルアミン;エチレンジアミン;ジエチレントリアミン;9(1)−ヒドロキシメチルオクタデカノール、1,4−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン;8,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デセン;Dimerolアルコール;水素化ビスフェノール;9,9(10,10)−ビスヒドロキシメチルオクタデカノール;1,2,6−ヘキサントリオール;及びこれらの組合せからなる群より選択される。より好ましくは、開始剤は、グリセロール;エチレングリコール;1,2−プロピレングリコール;トリメチロールプロパン;エチレンジアミン;ペンタエリトリトール;ジエチレントリアミン;ソルビトール;スクロース;あるいは、存在するアルコール基又はアミン基の少なくとも1つが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド又はそれらの混合物と反応している上記のいずれか;及びそれらの組合せからなる群より選択される。より好ましくは、開始剤は、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、スクロース、ソルビトール、及び/又は、それらの混合物である。
1つの実施形態において、そのような開始剤は、約200〜約6000の間の分子量、好ましくは、約400〜約2000の間の分子量を有するアルコキシル化された開始剤を与えるために、エチレンオキシド、又は、エチレン及び少なくとも1つの他のアルキレンオキシドの混合物によりアルコキシル化される。
天然油由来ポリオールはポリオール配合物の約90重量%までを構成することができる。通常、天然油由来ポリオールは、ポリオール成分の総重量の少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも25%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも50%又は少なくとも55%を構成する。天然油由来ポリオールは、組み合わされたポリオールの総重量の40%以上、50%以上、60%以上、85%以上、90%以上又は95%以上を構成することができる。
2つのタイプ又はそれ以上の天然油由来ポリオールの組合せはまた、発泡体配合物における種子油のレベルを最大にするために、あるいは、発泡体加工特性及び/又は特定の発泡特性(例えば、湿潤老化に対する抵抗性など)を最適化するために、そのどちらでも使用することができる。
天然油由来ポリオールの25℃で測定される粘度は一般には約6,000mPa.s未満である。好ましくは、粘度は約5,000mPa.s未満である。
工程106において、少なくとも1つのPHDポリマー形成モノマー及び/又はPIPAポリマー形成モノマーが、工程104から得られるブレンド配合物と組み合わされる。PHDポリマーポリオールが所望されるならば、PHD形成モノマーは、アミン、例えば、アンモニア、アニリン系化合物及び置換アニリン系化合物、ならびに、脂肪アミンなどを含むことができる。PHD形成モノマーはまた、ジアミン(例えば、エチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミンなど)、アルカノールアミン及びヒドラジンを含むことができる。
PIPAポリマーポリオールが所望されるならば、PIPA形成モノマーは、ジオール、例えば、グリコールなど、ならびに、アルカノールアミン、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2−(2−アミノエトキシエタノール)、ヒドロキシエチルピペラジン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン及びこれらの混合物などを含むことができる。考慮され得る他のアルカノールアミンには、N−メチルエタノールアミン、フェニルエタノールアミン及びグリコールアミンが含まれる。ハイブリッドPHD−PIPA粒子を形成するためにPHD形成モノマー及びPIPA形成モノマーの混合物を提供することもまた可能である。
そのような少なくとも1つのPHDポリマー形成モノマー及び/又はPIPAポリマー形成モノマーはブレンド配合物に総ポリオールブレンド配合物重量の約2重量%〜約40重量%の間の濃度で加えられ、好ましくは、約5重量%〜約30重量%の間の濃度で加えられる。
加えて、触媒をブレンド配合物と組み合わせることができる。触媒量の有機金属を使用することができる。触媒として有用な有機金属化合物には、ビスマス、鉛、スズ、チタン、鉄、アンチモン、ウラン、カドミウム、コバルト、トリウム、アルミニウム、水銀、亜鉛、ニッケル、セリウム、モリブデン、バナジウム、銅、マンガン、ジルコニウムなどの有機金属化合物が含まれる。これらの金属触媒のいくつかの例には、硝酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、オレイン酸鉛、ジブチルスズジラウラート、トリブチルスズ、ブチルスズトリクロリド、塩化第二スズ、オクタン酸第一スズ、オレイン酸第一スズ、ジブチルスズジ(2−エチルヘキサノアート)、塩化第二鉄、三塩化アンチモン、グリコール酸アンチモン、グリコール酸スズ、鉄アセチルアセトナートなどが含まれる。触媒は、ジイソシアネートと、アルカノールアミンの第一級ヒドロキシル基との反応を促進させることができる。
工程108において、撹拌が提供される。しかしながら、ポリオールブレンド配合物は、工程108においてだけでなく、プロセス100の始まりから終わりまで連続して撹拌することができる。撹拌は、当分野において公知であるように、撹拌型反応器において、又は、静的ミキサーを直列で使用することによって生じさせることができる。
工程110において、少なくとも1つのイソシアネートが、撹拌しているブレンド配合物に加えられる。本発明において使用することができるイソシアネートには、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、アリール脂肪族イソシアネート及び芳香族イソシアネートが含まれる。
好適な芳香族イソシアネートの例には、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)の4,4’−異性体、2,4’−異性体及び2,2’−異性体、それらのブレンド配合物、ならびに、ポリマー状及びモノマー状のMDIブレンド配合物、トルエン−2,4−ジイソシアネート及びトルエン−2,6−ジイソシアネート(TDI)、m−フェニレンジイソシアネート及びp−フェニレンジイソシアネート、クロロフェニレン−2,4−ジイソシアネート、ジフェニレン−4,4’−ジイソシアネート、4,4’−ジイソシアネート3,3’−ジメチルジフェニル、3−メチルジフェニル−メタン−4,4’−ジイソシアネート、ならびに、ジフェニルエーテルジイソシアネート、ならびに、2,4,6−トリイソシアネートトルエン、ならびに、2,4,4’−トリイソシアネートジフェニルエーテルが含まれる。
イソシアネートの混合物を使用することができ、例えば、トルエンジイソシアネートの2,4−異性体及び2,6−異性体の市販されている混合物などを使用することができる。粗ポリイソシアネートもまた、本発明の実施において使用することができ、例えば、トルエンジアミンの混合物のホスゲン化によって得られる粗トルエンジイソシアネート、又は、粗メチレンジフェニルアミンのホスゲン化によって得られる粗ジフェニルメタンジイソシアネートなどを使用することができる。TDI/MDIブレンド配合物もまた使用することができる。
脂肪族ポリイソシアネートの例には、エチレンジイソシアネート、1,6−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、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、上記芳香族イソシアネートの飽和類似物、及び、それらの混合物が含まれる。
そのような少なくとも1つのイソシアネートが、約30〜約150の間のイソシアネートインデックス、好ましくは約50〜約120の間のイソシアネートインデックス、より好ましくは約60〜約110の間のイソシアネートインデックスを得るためにブレンド配合物に加えられる。イソシアネートインデックスは、配合物に存在するイソシアネート反応性水素原子に対するイソシアネート基の比率であり、これは百分率として与えられる。従って、イソシアネートインデックスは、配合物において使用されるイソシアネート反応性水素の量と反応するために理論的に要求されるイソシアネートの量に関して、配合物において実際に使用されるイソシアネートの百分率を表す。
そのような少なくとも1つのPHDポリマー形成モノマー及び/又はPIPAポリマー形成モノマーならびにイソシアネートは、外部からの熱及び気圧を加えることなく、首尾良く反応させることができるが、より高い温度及び圧力もまた許容され得る。例えば、反応温度は約25℃〜約100℃の間の範囲とすることができ、圧力は大気圧から約100psigにまで及び得る。
プロセス100によって作製されるPHDポリマーポリオール及び/又はPIPAポリマーポリオールは、PHDポリマー及び/又はPIPAポリマーの固形物含有量をPHDポリマーポリオール及び/又はPIPAポリマーポリオールの総重量に基づいて約1重量%〜約40重量%の間の範囲に有することができ、好ましくは、約10重量%〜約30重量%の間の範囲に有することができる。PHDポリマー固体及び/又はPIPAポリマー固体は約100μm未満の平均粒子サイズ直径を有することができ、好ましくは、約50μm未満の平均粒子サイズ直径を有することができ、より好ましくは、約10μm未満の平均粒子サイズ直径を有することができる。
PHDポリマー固体及び/又はPIPAポリマー固体は、少なくとも1つの天然油由来ポリオールを含むポリオールブレンド配合物において形成されているので、これらのポリマー固体は、固体粒子にグラフト化された天然油由来ポリオールを有することができる。天然油由来ポリオールは、PHDポリマー形成モノマー及び/又はPIPAポリマー形成モノマーが反応するよりも遅くイソシアネートと反応し得るが、ポリマー固体の全質量のある割合が天然油由来ポリオールを含む。加えて、PHDポリマー粒子及び/又はPIPAポリマー粒子が形成されると、これらの粒子は天然油由来ポリオールのある量を包み込むことができる。平均して、それぞれのポリマー固体粒子が約1重量%〜約20重量%の間の天然油由来ポリオールを含むことができる。従って、天然油由来ポリオールの存在下での粒子の形成は、PHDポリマー固体及び/又はPIPAポリマー固体の一部が再生可能な資源からなるので、最終製造物を開発する際に使用される再生可能な資源の量を増大させる。
さらには、多くの従来のポリオールは、混和性の天然油由来ポリオールでないことがあるか、又は、そうでない場合には相容性の天然油由来ポリオールでないことがある。しかしながら、PHD粒子及び/又はPIPA粒子が、固体粒子にグラフト化された天然油由来ポリオールを有することができるように、これらの粒子はまた、従来の石油系ポリオールによりグラフト化することができる。従って、粒子が天然油由来ポリオール部分及び従来の石油系ポリオール部分の両方を含むので、粒子は、他の場合には非相容性であるポリオールの混和性を高めることができる。
他の場合には非相容性であるポリオールの混和性を高める別の要因として、少なくとも1つのPHDポリマー形成モノマー及び/又はPIPAポリマー形成モノマーが少なくとも1つのイソシアネートと反応し続けるので、天然油由来ポリオール及び/又は従来の石油系ポリオールの一部もまた、従来のポリマーポリオールの粒子によりグラフトされ得ることが挙げられる。従って、従来のポリマーポリオール粒子が天然油由来ポリオール部分及び従来の石油系ポリオール部分の両方を含むので、他の場合には非相容性であるポリオールの高まった混和性が認められる。
図2は、ポリマーポリオールを本発明の別の実施形態に従って形成するためのプロセス200についての流れ図である。プロセス200の工程のいくつかはプロセス100の工程と類似している。1つの違いが、プロセス100では、従来のポリマーポリオールが、PIPA粒子及び/又はPHD粒子の形成の後、最終的なポリマーポリオールブレンド配合物に加えられることである。従って、工程202において、従来の石油系ポリオールが提供される。工程204、工程206、工程208及び工程210は、プロセス100の工程104、工程106、工程108及び工程110にそれぞれ対応する。工程212において、従来のポリマーポリオールが、ポリマーポリオールブレンド配合物を完成するためにブレンド配合物に加えられる。プロセス200のこの実施形態では、従来のポリマー粒子は天然油由来ポリオール部分によりグラフト化されないことがある。従って、天然油由来ポリオールにグラフト化されたPIPA粒子及び/又はPHD粒子と、グラフト化されていない従来のポリマー粒子との組合せが得られる。
上記成分から調製されるポリマーポリオールは、その後、ポリウレタン製造物をもたらす配合物に取り込むことができる。本明細書中に具体的に例示されるポリマーポリオールはイソシアネート、例えば、上記で述べられたイソシアネートなどと併せて使用することができ、又は、当分野において周知であるさらなるポリオールと組み合わせることができ、また、得られたポリウレタン発泡体製造物を形成するためにイソシアネートと反応させることができる。
本明細書中に記載されるポリマーポリオールを用いて製造されるポリウレタン発泡体の利点には、再生可能な資源をほとんど又は全く使用しないで製造される発泡体と類似する耐負荷特性、老化特徴及び弾性を依然として保持しながら、高レベルの再生可能な資源を用いて作製される発泡体を提供することが含まれる。さらには、本明細書中に記載されるポリマーポリオールを用いて製造される軟質発泡体は、その弾性、その老化特徴、ならびに、動的疲労及び湿潤老化に対するその抵抗性を保持することができる。加えて、様々な量の従来の石油系粒子を様々な量のPIPA粒子及び/又はPHD粒子により置き換えることによって、得られる発泡体はより良好な難燃性を示すことができる。
一般には、ポリウレタン発泡体は、イソシアネート、例えば、上記で列挙されたイソシアネート又はそれらの組合せなど及びポリマーポリオールブレンド配合物を、所望に応じて、発泡剤、触媒(1つ又はそれ以上)、及び、必要に応じて使用される他の成分の存在下で混合することによって調製される。さらなるポリオール及び/又はポリマーポリオールもまた、ポリマーポリオール組成物がイソシアネートと反応させられる前にポリマーポリオールブレンド配合物に加えることができる。この反応のための条件は、ポリイソシアネート及びポリオール組成物が反応して、反応中の混合物を膨張させるガスを発泡剤が生じさせながら、ポリウレタンポリマー及び/又はポリウレアポリマーを形成するような条件である。
ポリウレタン発泡体を製造するためにイソシアネートと反応させられるポリマーポリオールブレンド配合物は、天然油由来ポリオールの濃度を約10重量%〜約90重量%の間で有することができ、好ましくは約20重量%〜約50重量%の間で有することができる。1つの実施形態において、濃度は約45重量%である。ブレンド配合物は総固形物含有量(SAN固体ならびにPIPA固体及び/又はPHD固体を含む)をブレンド配合物の全質量に基づいて約5重量%〜約50重量%以上の間で有することができる。1つの実施形態において、含有量は約40重量%である。
ブレンド配合物は従来の石油系粒子の固形物含有量をブレンド配合物の全質量に基づいて約1重量%〜約45重量%以上の間で有することができ、好ましくは、約5重量%〜約30重量%以上の間で有することができる。1つの実施形態において、含有量は約20重量%である。
ブレンド配合物はPIPA及び/又はPHDの固形物含有量をブレンド配合物の全質量に基づいて約1重量%〜約30重量%以上の間で有することができ、好ましくは、約5重量%〜約25重量%以上の間で有することができる。1つの実施形態において、含有量は約20重量%である。
ブレンド配合物はまた、ポリオール(及び、存在するならば、水)がポリイソシアネートと反応するために1つ又はそれ以上の触媒を含むことができる。いずれかの好適なウレタン触媒を使用することができ、これには、第三級アミン化合物、イソシアネート反応基を有するアミン、及び、有機金属化合物が含まれる。例示的な第三級アミン化合物には、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、1−メチル−4−ジメチルアミノエチル−ピペラジン、3−メトキシ−N−ジメチルプロピルアミン、N−エチルモルホリン、ジメチルエタノールアミン、N−ココモルホリン、N,N−ジメチル−N’,N’−ジメチルイソプロピルプロピレンジアミン、N,N−ジエチル−3−ジエチルアミノプロピルアミン及びジメチルベンジルアミンが含まれる。例示的な有機金属触媒には、有機水銀触媒、有機鉛触媒、有機第二鉄触媒及び有機スズ触媒が含まれ、有機スズ触媒がこれらの中で好ましい。好適なスズ触媒には、塩化第一スズ、カルボン酸のスズ塩、例えば、ジブチルスズジラウラートなどが含まれる。イソシアヌラートをもたらす、イソシアネートの三量体化のための触媒、例えば、アルカリ金属アルコキシドなどもまた、必要に応じて、本明細書中において用いることができる。アミン触媒の量は配合物において0.02パーセントから5パーセントまで変化し得るか、又は、配合物において0.001パーセントから1パーセントまでの有機金属触媒を使用することができる。
加えて、いくつかの他の成分を、ポリウレタンポリマーを調製する際に用いることが望ましい場合がある。これらのさらなる成分には、乳化剤、シリコーン界面活性剤、保存剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、強化剤、フィラー(粉末の形態での再使用ポリウレタン発泡体を含む)がある。
発泡体をいわゆるプレポリマー法によって形成することができ、この方法では、化学量論的過剰なポリイソシアネートが、プレポリマーを形成するために、大きい当量重量のポリオール(1つ又はそれ以上)と最初に反応させられ、このプレポリマーが、第2の工程で、所望される発泡体を形成するために鎖延長剤及び/又は水と反応させられる。泡立て法もまた好適であり得る。いわゆるワンショット方法もまた使用することができる。そのようなワンショット方法では、イソシアネート及びすべてのイソシアネート反応性成分が同時に一緒にされ、反応させられる。本明細書中での使用のために好適である3つの広く使用されているワンショット方法には、スラブストック発泡プロセス、高弾性スラブストック発泡プロセス及び成形発泡方法が含まれる。
スラブストック発泡体を、発泡体成分を混合し、それらを、反応混合物が反応し、大気に対して(時にはフィルム又は他の柔軟な覆いのもとで)自由に膨れ、硬化するトラフ又は他の領域に分配することによって調製することができる。一般的な商業的規模のスラブストック発泡体製造において、発泡体成分(又はそれらの様々な混合物)が、発泡体成分(又はそれらの様々な混合物)が混合され、紙又はプラスチックにより内側が覆われるコンベヤの上に分配される混合ヘッドに独立してポンプで送られる。発泡及び硬化がコンベアの上で生じて、発泡体バンを形成する。得られる発泡体は、密度が典型的には約10kg/m〜80kg/mであり、特に約15kg/m〜60kg/mであり、好ましくは約17kg/m〜50kg/mである。
スラブストック発泡体は、大気圧において100重量部の高当量重量ポリオール当たり使用される約3重量部〜約6重量部、好ましくは約4重量部〜約5重量部の水を含有することができる。減圧下では、これらのレベルは低下する。
高弾性スラブストック(HRスラブストック)発泡体を、従来のスラブストック発泡体を作製するために使用される方法と類似する方法で、しかし、より大きい当量重量のポリオールを使用して作製することができる。HRスラブストック発泡体は、ASTM3574.03に従って45%以上のボール反発スコアを示すことにおいて特徴づけられる。水分レベルは、100重量部の(高当量重量)ポリオール当たり約2部〜約6部、特に約3部〜約5部である傾向がある。
成形発泡体を、反応物(コポリエステル、ポリイソシアネート、発泡剤及び界面活性剤を含むポリオール組成物)を、形状化された発泡体を製造するために、発泡反応が生じる密閉された鋳型に移すことによって本発明に従って作製することができる。いわゆる「常温成形」プロセス(このプロセスでは、鋳型が、周囲温度を著しく超えて予熱されない)又は「高温成形」プロセス(このプロセスでは、鋳型が、硬化を行わせるために加熱される)のどちらでも使用することができる。常温成形プロセスが、高弾性の成形発泡体を製造するために好ましい。成形発泡体についての密度は一般には30kg/mから50kg/mにまで及ぶ。
本明細書中に記載されるプロセスによって製造される発泡体についての様々な適用は、産業界において公知である適用である。軟質発泡体、半硬質発泡体及び粘弾性発泡体は、様々な適用における使用が見出され、例えば、従来の軟質ポリウレタン発泡体が使用される家具、靴底、自動車用シート、サンバイザー、ステアリングホイール、包装適用、アームレスト、ドアパネル、遮音部品、他のクッション適用及びエネルギー管理適用、カーペット裏地、ダッシュボード、ならびに、他の適用などにおける使用が見出される。他の適用には、被覆、接着剤及びエラストマーが含まれる。
下記の実施例は、本発明の実施形態を例示するために提供され、しかし、本発明の範囲を限定するためには意図されない。すべての部及び百分率は、特に示されない限り、重量比である。
下記の材料を使用した。
SPECFLEX(登録商標)NC700:共重合されたスチレン及びアクリロニトリル(SAN)を40%含有するグラフト化ポリエーテルポリオール。The Dow Chemical Companyから入手可能。
SPECFLEX(登録商標)NC630E:ヒドロキシル数が29.0〜33.0の間である高官能性キャップ化ポリオール。The Dow Chemical Companyから入手可能。
HMPP A:OH数が89である、国際公開第2004/096882号の実施例19〜実施例22に従って調製されるダイズ油系ポリオール。
トリエタノールアミン:Sigma−Aldrich Co.から入手可能。
VORANATE(登録商標)T−80:The Dow Chemical Companyから入手可能なトルエンジイソシアネート組成物。
DABCO(登録商標)T−12:Air Productsから入手可能なスズ触媒。
ジエタノールアミン:Sigma−Aldrich Co.から入手可能。
NIAX(登録商標)A−1:Momentive Performance Materialsから入手可能な第三級アミン触媒。
DABCO(登録商標)33LV:Air Products&Chemicals Inc.から入手可能な、プロピレングリコールにおけるトリエチレンジアミンの33%溶液。
NIAX(登録商標)A−300:Momentive Performance Materialsから入手可能な第三級アミン触媒。
TEGOSTAB(登録商標)B8715LF:Degussa−Goldschmidt Corporationから入手可能なシリコーン系界面活性剤。
実施例1.ダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物
ダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物(E1)が、SPECFLEX(登録商標)NC700(約45%)を、HMPP A(約45%)、トリエタノールアミン(約4.7%)及びDABCO(登録商標)T−12(約0.02%)と組み合わせることによって作製される。この組合せ物を約1000rpmで約5分間撹拌する。撹拌を続けながら、VORANATE(登録商標)T−80(約5.3%)を加え、混合物をさらに10分間撹拌する。その後、混合物を冷却する。得られるダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物は、25℃での粘度が、Brookfield粘度計(スピンドル#LVVT3、スピード:12)をASTM D−4878−03に従って使用することによって測定されたとき、14000mPa・sである。このダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物は、相分離を室温での数週間の貯蔵の後で示さない白色のクリーム状液体である。
実施例2〜実施例4及び比較例1〜比較例4
2つのタイプの発泡体が製造される。比較例1〜比較例4(C1〜C4)を、従来的に製造されたSAN粒子のみを含むポリオールブレンド配合物を使用して製造し、一方、実施例2及び実施例3を、従来的に製造されたSAN粒子と、ダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物(E1)とを含むポリオールブレンド配合物を使用して製造する。
すべてのポリウレタン発泡体例(C1〜C4、E2及びE3)を、表1及び表2に示されるポリオールを使用して作製する。これらの例のすべてについてのさらなる成分が、85のインデックスでのVoranate T−80、水(3.5PHP)、ジエタノールアミン(0.7PHP)、Niax A−1(0.05PHP)、Dabco33LV(0.3PHP)、Niax A−300(0.1PHP)及びTegostab B8715LF(0.6PHP)である。発泡体を、ポリオール、界面活性剤、架橋剤、触媒及び水(これらはすべてが25℃で状態調節される)を予備混合することによって実験室において作製する。VORANATE(登録商標)T−80もまた、25℃で状態調節され、発泡体を製造するためにポリオール予備混合物と反応させられる。
実施例2〜実施例4で製造された発泡体パッドは、目に見えるスキン欠陥を有さず、比較例(C1〜C4)に匹敵する細かい気泡構造を有しており、また、5分後に良好に型から取り出される。
表1はまた、ポリオールブレンド配合物全体の固形物(SAN及びダイズ系PIPA)の総量を示す。得られる発泡体の物理的特性が、ダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物を含まない対照発泡体の物理的特性と匹敵することを認めることができる。ダイズ系PIPAポリオールブレンド配合物を使用することによって、発泡体における再生可能な資源のレベルが、比較例と比較したとき、増大することを認めることができる。
図3は、硬度データ(50%CFD)を発泡体の粒子濃度に対してプロットする図である。硬度が、Peugeot D−41−1003−86試験手順を使用して測定される。図において認められるように、直線の関係が、硬度と、発泡体における粒子の濃度との間に存在する。この直線傾向は、ダイズ系PIPAが、SAN粒子のみを発泡体において使用するときのように匹敵する硬度結果をもたらすことを示している。
75%の圧縮永久ひずみがASTM3574−95試験法に従って測定される。得られたこの値は産業用標準物に匹敵しており、それらの満足すべき老化特徴を確認する低い永久圧縮ひずみ値を示している。
前記は本発明の様々な実施形態に関する一方で、本発明の他の実施形態及びさらなる実施形態が、本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案され得る。従って、本発明の範囲は下記の請求項によって決定される。

Claims (15)

  1. 少なくとも1つの石油系ポリオールと、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールとを含むポリオール組成物、
    前記ポリオール組成物に分散される、アクリロニトリル粒子、ポリスチレン粒子、メタクリロニトリル粒子、メチルメタクリレート粒子又はスチレン−アクリロニトリル粒子の少なくとも1つを含む第1の粒子集団、及び、
    ポリウレアポリマー粒子又はポリウレタン−ウレア粒子の少なくとも1つを含む第2の粒子集団で、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールの存在下で形成され、前記ポリオール組成物に分散される第2の粒子集団
    を含む、ポリマーポリオール分散物。
  2. 前記第1の粒子集団及び前記第2の粒子集団の少なくとも1つが、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールによりグラフト化される粒子を含む、請求項1に記載のポリマーポリオール分散物。
  3. 前記第1の粒子集団及び前記第2の粒子集団の少なくとも1つが、前記少なくとも1つの石油系ポリオールによりさらにグラフト化される粒子を含む、請求項2に記載のポリマーポリオール分散物。
  4. 前記第2の粒子集団が、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールを前記第2の粒子集団の総重量の1重量%〜20重量%の間の濃度で含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のポリマーポリオール分散物。
  5. 前記ポリオール組成物が、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールの濃度を総ポリマーポリオール分散物重量の10重量%〜90重量%の間で有する、請求項1から4のいずれか一項に記載のポリマーポリオール分散物。
  6. 前記第1の粒子集団が総ポリマーポリオール分散物重量の1重量%〜45重量%を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のポリマーポリオール分散物。
  7. 少なくとも、
    イソシアネート、及び
    請求項1から6のいずれか一項に記載されるポリマーポリオール分散物
    の反応生成物を含むポリウレタン発泡体。
  8. 少なくとも1つの石油系ポリオールと、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールとを含むポリオール組成物を提供すること、
    アクリロニトリルポリマーポリオール、ポリスチレンポリマーポリオール、メタクリロニトリルポリマーポリオール、メチルメタクリレートポリマーポリオール又はスチレン−アクリロニトリルポリマーポリオールの少なくとも1つを前記ポリオール組成物と組み合わせること、及び、
    ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを前記ポリオール組成物において形成すること
    を含む、ポリマーポリオール分散物を形成する方法。
  9. ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを形成することが、
    ポリウレアポリマー粒子集団を形成する場合には、ジアミン、アンモニア、ヒドラジン又はアルカノールアミンの少なくとも1つのモノマーを、
    ポリウレタン−ウレア粒子集団を形成する場合には、ジアミン、アンモニア、ヒドラジン又はアルカノールアミンの少なくとも1つのモノマーと、グリコール又はアルカノールアミンの少なくとも1つのモノマーとを、
    アクリロニトリルポリマーポリオール、ポリスチレンポリマーポリオール、メタクリロニトリルポリマーポリオール、メチルメタクリレートポリマーポリオール又はスチレン−アクリロニトリルポリマーポリオールの前記少なくとも1つ及び前記ポリオール組成物と組み合わせること、
    得られたポリオールブレンド配合物を撹拌すること、及び
    少なくとも1つの第1のイソシアネートを、撹拌を行いながら前記ポリオールブレンド配合物に加えること
    を含む、請求項8に記載の方法。
  10. ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを前記ポリオールにおいて形成することが、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールによりグラフト化される粒子の形成を含む、請求項8及び9のいずれか一項に記載の方法。
  11. ポリウレアポリマー粒子集団又はポリウレタン−ウレア粒子集団の少なくとも1つを前記ポリオールにおいて形成することが、前記少なくとも1つの石油系ポリオールによりグラフト化される粒子の形成を含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. アクリロニトリルポリマーポリオール、ポリスチレンポリマーポリオール、メタクリロニトリルポリマーポリオール、メチルメタクリレートポリマーポリオール又はスチレン−アクリロニトリルポリマーポリオールの前記少なくとも1つの粒子を、前記少なくとも1つの石油系ポリオール、及び、天然油に由来する少なくとも1つのポリオールによりグラフト化することをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記ポリオールが、天然油に由来する前記少なくとも1つのポリオールの濃度を総ポリマーポリオール分散物重量の10重量%〜90重量%の間で有する、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記ポリマーポリオール分散物が粒子を総ポリマーポリオール分散物重量の5重量%〜50重量%の間の量で含む、請求項8から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 少なくとも、請求項8から14のいずれか一項に記載されるポリマーポリオール分散物をポリウレタン発泡体を形成するための少なくとも1つの第2のイソシアネートと反応することを含む、ポリウレタン発泡体を製造する方法。
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