JP6211012B2 - ポリエーテルエステルポリオールおよび硬質ポリウレタンフォームを製造するためのその使用方法 - Google Patents

ポリエーテルエステルポリオールおよび硬質ポリウレタンフォームを製造するためのその使用方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリエーテルエステルポリオール、これらを含むポリオール混合物、ポリエーテルエステルポリオールを使用する硬質ポリウレタンフォームの製造方法、および硬質ポリウレタンフォームそれ自体に関する。
硬質ポリウレタンフォームは、長い間知られており、広範に記載されている。硬質ポリウレタンフォームは、主に断熱、例えば冷凍装置、輸送または建築物の手段、およびまた構造要素、特にサンドイッチ要素の製造に使用される。
その外層への接合が、良好な断熱を確保する安定な構造を作り出すのにできるだけ優れているためには、硬質ポリウレタンフォームが、空洞を均一に充填し、空隙がないことが重要である。泡の欠陥を防ぐために、発泡性PU反応混合物が断熱される空洞中に導入される時間を短くするべきである。このような物品を発泡させるのに通常使用する機械は、典型的には低圧または好ましくは高圧である。
硬質ポリウレタンフォームの製造、ならびに複合要素における外層またはコア層としてのその使用、および冷却または加熱技術における断熱層としてのその用途の包括的な概要が、例えば、「Polyuretan」、Kunststoff−Handbuch、第7巻、第3版、1993年、Dr.Gunter Oertel編、Carl−Hanser−Verlag、Munich/Viennaに載っている。
適した硬質ポリウレタンフォームは、発泡剤、触媒および場合により助剤および/または添加剤の存在下、有機ポリイソシアナートを反応性水素原子を2個以上有する1種または複数の化合物と反応させることによって既知の方法で得られる。
イソシアナート反応性水素原子を2個以上有するポリウレタンの製造に使用される化合物は、好ましくは、ポリエーテルアルコールおよび/またはポリエステルアルコールである。ポリオールは、特にコストおよび所望の性能特性に関して選択される(例えば、EP−A1632511、US−B6,495,722、WO2006/108833)。
イソシアナートをベースとする硬質フォームは、通常、発泡体を最適に架橋するために、高官能性および低分子量を有するポリオールを使用して製造される。好ましくは使用されるポリエーテルアルコールは、通常、4から8の官能基数および300から600、特に400から500mgKOH/gの範囲のヒドロキシル価を有する。非常に高い官能基数および300から600の範囲のヒドロキシル価を有するポリオールは、非常に高い粘度を有することが知られている。このタイプのポリオールは、非常に極性であり、その結果炭化水素に関して溶解力が乏しいことも知られている。この欠陥を改善するために、2から4の官能基数および100から350mgKOH/gのヒドロキシル価を有するポリエーテルアルコールが、しばしばポリオール成分に添加される。
高官能性の極性ポリオールをベースとするポリオール成分の流動性は、必ずしも満足であるとは限らないことも知られている。しかし、EP1138709には、ポリオール成分が、100から250mgKOH/gのヒドロキシル価を有し、2から4個の活性水素原子を有するH官能性出発物質、特にグリコール、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリトリトールまたはTDA(トリレンジアミン)へのアルキレンオキシドの添加によって得られた少なくとも1種のポリエーテルアルコールを含む場合、良好な流動性を有する硬質フォームが調製可能であることが開示されている。
DE19812174には、OH含有脂肪酸グリセリドを用いたポリエステルポリオールの製造方法および連続気泡硬質ポリウレタンフォームを製造するためのこれらの使用が記載されている。
EP1923417には、大豆油等のOH基を有さない脂肪をベースとするポリエーテルエステルポリオールを含むポリオール成分は、改良された発泡剤の溶解度を有し、それから製造された硬質フォームは短い離型時間を有することが開示されている。
上記の先行技術に従うことによって得ることができる発泡体は、すべての要求事項を満たすことができない。
EP−A1632511 US−B6,495,722 WO2006/108833 EP1138709 DE19812174 EP1923417
「Polyuretan」、Kunststoff−Handbuch、第7巻、第3版、1993年、Dr.Gunter Oertel編、Carl−Hanser−Verlag、Munich/Vienna
本発明の目的は、物理的発泡剤に対して高い溶解度を有し、組成が変化しても相が安定である硬質ポリウレタンフォームを製造するための、ポリオール成分を提供することである。相安定性は、本発明のポリエーテルエステルポリオールを使用することによって得られることになる。より高い発泡剤溶解度を有するポリエーテルエステルポリオールの使用は、より高い割合の高官能性架橋剤ポリオールを有する配合物を使用することを可能にし、これは、より高い圧縮強度を有することになる。
このような配合物は、さらに、低粘度および優れたプロセッシング特性を有し、特に、優れた流動性を有し、迅速な離型を可能にすることになる。
本発明者らは、この目的は、
a1)5から63質量%の、2.5から8の平均官能基数を有する、1種または複数のポリオールもしくはポリアミンまたはこれらの混合物と、
a2)2から50質量%の、1種または複数の脂肪酸、脂肪酸モノエステルまたはこれらの混合物と、
a3)35から70質量%の、炭素原子2から4個の1種または複数のアルキレンオキシドと
の反応生成物を含むポリエーテルエステルポリオールによって達成されることを見い出した。
本発明のポリエーテルエステルポリオールを使用すると、得られる発泡体の網状組織の密度が増加して、その結果圧縮強度を改良する。その結果、より低い密度を有するが他の点では変わらない機械的特性を有する構造用部品を製造することができる。
該ポリエーテルエステルポリオールは、圧縮強度が増加され、離型特性が改良された発泡体のための配合物を提供する。驚くべきことには、2から4の官能基数および300未満のOH価(即ち、いわゆる流動性ポリオール)を有する低粘度ポリオールが、仮にあったとしても非常に少量で使用されるにもかかわらず、これらの配合物は、非常に優れた流動性を示す。
ポリオール、ポリアミンまたはポリオールおよび/もしくはポリアミンa1)の混合物の平均官能基数は、好ましくは3から7の範囲、より好ましくは3.5から6.5の範囲である。
成分a1)の好ましいポリオールまたはポリアミンは、糖および糖アルコール(グルコース、マンニトール、スクロース、ペンタエリトリトール、ソルビトール)、多価フェノール、レゾール、例えば、フェノールとホルムアルデヒドのオリゴマー縮合生成物、トリメチロールプロパン、グリセロール、トリレンジアミン、エチレンジアミン、エチレングリコール、プロピレングリコール、および水からなる群から選択される。スクロースおよびソルビトール等の糖および糖アルコール、グリセロール、水ならびにエチレングリコールならびにまたこれらの混合物が特に好ましく、スクロース、グリセロール、水、およびジエチレングリコールから選択される2種以上の化合物を含む混合物が特別好ましい。
特定の一実施形態において、成分a1)は、グリセロールとスクロースの混合物を含む。
ポリオールおよび/またはポリアミンa1)によってもたらされる、本発明のポリエーテルエステルポリオールの割合は、ポリエーテルエステルポリオールの質量に対して、一般に5から63質量%の範囲、好ましくは20から50質量%の範囲、より好ましくは30から40質量%の範囲、特に32から38質量%の範囲である。
一般に、脂肪酸または脂肪酸モノエステルa2)は、ポリヒドロキシ脂肪酸、リシノール酸、ヒドロキシ変性油、ヒドロキシ変性脂肪酸およびミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、バクセン酸、ペトロセリン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、α−およびγ−リノレン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、チムノドン酸、イワシ酸およびセルボン酸ベースの脂肪酸エステルからなる群から選択される。メチルエステルが、好ましい脂肪酸モノエステルである。オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、リノレン酸ならびにこれらのモノエステル、ならびにまたこれらの混合物が好ましい。
本発明の好ましい一実施形態において、脂肪酸または脂肪酸モノエステルは、脂肪酸メチルエステル、バイオディーゼルまたは純脂肪酸の形態で特別に使用される。バイオディーゼルおよび純脂肪酸が特に好ましく、純脂肪酸、好ましくはオレイン酸およびステアリン酸、特にオレイン酸が特別に好ましい。
本発明の他の好ましい実施形態において、脂肪酸または脂肪酸モノエステルa2)は、オレイン酸もしくはステアリン酸またはこれらの脂肪酸の誘導体であり、オレイン酸、オレイン酸メチル、ステアリン酸およびステアリン酸メチルが特に好ましい。脂肪酸または脂肪酸モノエステルは、一般に、ポリウレタンフォームの製造において、発泡剤の溶解度を改良するのに使用される。
本発明によるポリエーテルエステルポリオールの脂肪酸および脂肪酸モノエステルの割合は、ポリエーテルエステルポリオールの質量に対して、一般に2から50質量%の範囲、好ましくは5から35質量%の範囲、より好ましくは8から30質量%の範囲、特に12から30質量%の範囲である。
有用なアルキレンオキシドa3)は、2から4個の炭素原子を有し、例えば、テトラヒドロフラン、1,3−プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、好ましくはエチレンオキシドおよび1,2−プロピレンオキシドが含まれる。アルキレンオキシドは、個別に、相次いで交互に、または混合物として使用することができる。プロピレンオキシドおよびエチレンオキシドは、好ましいアルキレンオキシドであり、プロピレンオキシドが>50質量%である、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの混合物が好ましく、純粋なプロピレンオキシドが特別好ましい。
好ましい一実施形態は、アミン、好ましくはジメチルエタノールアミンまたはイミダゾール、より好ましくはイミダゾールを含むアルコキシル化触媒を使用する。
アルキレンオキシドによってもたらされる、本発明のポリエーテルエステルポリオールの割合は、ポリエーテルエステルポリオールの質量に対して、一般に35から70質量%の範囲、好ましくは38から65質量%の範囲、より好ましくは39から50質量%の範囲、特に40から45質量%の範囲である。
本発明のポリエーテルエステルポリオールのOH価は、300から800mgKOH/gの範囲、好ましくは400から700mgKOH/gの範囲、より好ましくは450から550mgKOH/gの範囲、特に475から550mgKOH/gの範囲である。
本発明のポリエーテルエステルポリオールの平均官能基数は、一般に2.5から8の範囲、好ましくは3から7の範囲、より好ましくは3.5から6の範囲、特に4.5から5.5の範囲である。
本発明のポリエーテルエステルポリオールの粘度は、すべてDIN53018で25℃において測定した、一般に<40000mPas、好ましくは<30000mPas、より好ましくは<2500mPas、特に<20000mPasである。特に、成分a2)としてオレイン酸メチルを使用すると、低粘度となる。
本発明は、
A)有機もしくは変性有機ポリイソシアナートまたはこれらの混合物と、
B)1種または複数の本発明のポリエーテルエステルポリオールと、
C)場合によりポリエステルポリオールと、
D)場合によりポリエーテルオールポリオールと、
E)1種または複数の発泡剤と、
F)触媒と、
G)場合により他の助剤および/または添加剤と
の反応によって硬質ポリウレタンフォームを製造する方法をさらに提供する。
本発明はまた、前記成分B)からG)、即ち、
B)1種または複数のポリエーテルエステルポリオール、
C)場合によりポリエステルポリオール、
D)場合によりポリエーテルポリオール、
E)1種または複数の発泡剤、
F)触媒、および
G)場合により他の助剤および/または添加剤
を含むポリオール混合物を提供する。
本発明の他の主題には、本発明の方法を介して入手可能な、硬質ポリイソシアヌラートフォームを含む硬質ポリウレタンフォーム、およびまた、硬質ポリウレタンフォームを製造するための、本発明のポリエーテルエステルポリオールを使用する方法が含まれる。
本発明のポリエーテルエステルポリオールB)の割合は、総成分B)からG)に対して、一般に>25質量%、好ましくは>40質量%、より好ましくは>50質量%、特に好ましくは>52質量%である。
本発明の方法による硬質ポリウレタンフォームの製造は、上記の特定のポリエーテルエステルポリオールに加えて、これから詳述するそれ自体既知の構成成分(constructal components)を使用する。硬質ポリウレタンフォームには、硬質ポリイソシアヌラートフォームが含まれる。
可能性のある有機ポリイソシアナートA)は、それ自体既知の脂肪族、脂環式、アラリファティックおよび好ましくは芳香族多官能性イソシアナートである。有機ポリイソシアヌラートは、場合により変性された状態であってもよい。
特定の例は、アルキレン基中に4から12個の炭素原子を有するアルキレンジイソシアナート、例えば、ドデカン1,12−ジイソシアナート、2−エチルテトラメチレン1,4−ジイソシアナート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアナート、テトラメチレン1,4−ジイソシアナート、および好ましくはヘキサメチレン1,6−ジイソシアナート;シクロヘキサン1,3−および1,4−ジイソシアナートならびにまたこれらの異性体の任意の混合物、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)、ヘキサヒドロトリレン2,4−および2,6−ジイソシアナートならびにまた対応する異性体混合物、ジシクロヘキシルメタン4,4’−,2,2’−および2,4’−ジイソシアナートならびにまた対応する異性体混合物等の脂環式ジイソシアナート、ならびにトリレン2,4−および2,6−ジイソシアナートならびに対応する異性体混合物、ジフェニルメタン4,4’−,2,4’−および2,2’−ジイソシアナートならびに対応する異性体混合物、ジフェニルメタン4,4’−と2,2’−ジイソシアナートの混合物、ポリフェニルポリメチレンポリイソシアナート、ジフェニルメタン4,4’−,2,4’−および2,2’−ジイソシアナートとポリフェニルポリメチレンポリイソシアナートの混合物(粗MDI)および粗MDIとトリレンジイソシアナートの混合物等の好ましくは芳香族ジイソシアナートおよびポリイソシアナートである。有機ジイソシアナートおよびポリイソシアナートは、個別にまたはこれらの混合物の形態で使用することができる。
好ましいポリイソシアナートは、トリレンジイソシアナート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)および特にジフェニルメタンジイソシアナートとポリフェニレンポリメチレンポリイソシアナート(ポリマーMDIまたはPMDI)の混合物である。
変性多官能性イソシアナート、即ち、有機ポリイソシアナートの化学反応によって得られる生成物もしばしば使用される。挙げることができる例は、エステル、尿素、ビューレット、アロファナート、カルボジイミド、イソシアヌラート、ウレトジオン、カルバマートおよび/またはウレタン基を含むポリイソシアナートである。
本発明の硬質ポリウレタンフォームを製造するために、ポリマーMDIの使用が特別好ましい。
適したポリエステルポリオールC)は、例えば、2から12個の炭素原子を有する有機ジカルボン酸、好ましくは芳香族または芳香族と脂肪族ジカルボン酸の混合物と、2から12個の炭素原子、好ましくは2から6個の炭素原子を有する多価アルコール、好ましくはジオールから調製することができる。可能性のあるジカルボン酸は、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸およびテレフタル酸である。ジカルボン酸は、個別にまたは互いの混合物で使用することができる。遊離のジカルボン酸の代わりに、対応するジカルボン酸誘導体、例えば、1から4個の炭素原子を有するアルコールのジカルボン酸エステルまたはジカルボン酸無水物を使用することも可能である。芳香族ジカルボン酸として、フタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸および/またはイソフタル酸を混合物としてまたは単独で使用することが好ましい。脂肪族ジカルボン酸として、例えば、質量比20〜35:35〜50:20〜32のコハク酸、グルタル酸およびアジピン酸のジカルボン酸混合物、ならびに特にアジピン酸の使用が好ましい。二価および多価アルコール、特にジオールの例は、エタンジオール、ジエチレングリコール、1,2−または1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパンおよびペンタエリトリトールである。エタンジオール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールまたは挙げた少なくとも2種のジオールの混合物、特に、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールの混合物の使用が好ましい。ラクトン、例えばε−カプロラクトン、またはヒドロキシカルボン酸、例えばω−ヒドロキシカプロン酸から誘導されたポリエステルポリオールを使用することも可能性がある。
ポリエステルポリオールC)を調製するために、バイオベースの出発材料および/またはこれらの誘導体、例えば、ヒマシ油、ヤシ油、ポリヒドロキシ脂肪酸、リシノール酸、ヒドロキシ変性油、ブドウ種子油、ブラッククミン油、カボチャ種子油、ルリジサ種子油、大豆油、コムギ胚芽油、ナタネ油、ヒマワリ油、ピーナッツ油、杏仁油、ピスタチオ油、アーモンド油、オリーブ油、マカダミアナッツ油、アボカド油、シーバックソーン油、ゴマ油、大麻油、ヘーゼルナッツ油、プリムラ油、ノバラ油、ベニバナ油、クルミ油;ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、バクセン酸、ペトロセリン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、α−およびγ−リノレン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、チムノドン酸、イワシ酸およびセルボン酸をベースとするヒドロキシ変性脂肪酸および脂肪酸エステルも適している。
ポリエステルポリオールC)の濃度は、総成分B)からG)に対して、一般に0から25質量%の範囲である。本発明の好ましい一実施形態は、他のポリエステルポリオールC)を使用しない。
好ましいポリエステルポリオールC)は、ジカルボン酸として、アジピン酸、無水フタル酸、および/またはテレフタル酸無水物、ならびにアルコール成分として、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、および/またはトリメチロールプロパン、ならびにオレイン酸またはヒマシ油から形成され、150から400の範囲のOH価および2から4.5の範囲の官能基数を有する。
ポリエーテルポリオールD)を同時に使用することも可能であり、これは、既知の方法、例えば、アルキレン基中に2から4個の炭素原子を有する1種または複数のアルキレンオキシドから、触媒として、アルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム、またはアルカリ金属アルコキシド、例えば、ナトリウムメトキシド、ナトリウムメトキシドもしくはカリウムメトキシドまたはカリウムイソプロポキシドを用い、2から8個、好ましくは2から6個の反応性水素原子を含む少なくとも1種の開始剤分子を添加してアニオン重合によって、または触媒としてルイス酸、例えば五塩化アンチモン、ホウ素フルオリドエーテラート、または漂白土を用いてカチオン重合によって調製される。
適したアルキレンオキシドは、例えば、テトラヒドロフラン、1,3−プロピレンオキシド、1,2−または2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、好ましくはエチレンオキシドおよび1,2−プロピレンオキシドである。アルキレンオキシドは、個別に、相次いで交互にまたは混合物として使用することができる。好ましいアルキレンオキシドは、プロピレンオキシドおよびエチレンオキシドであり、プロピレンオキシドが特に好ましい。
可能性のある開始剤分子は、例えば、水;コハク酸、アジピン酸、フタル酸およびテレフタル酸等の、脂肪族および芳香族の有機ジカルボン酸、場合により、アルキル基中に1から4個の炭素原子を有するN−モノアルキル、N,N−ジアルキルおよびN,N’−ジアルキルで置換されたジアミン、例えば、場合によりモノアルキルおよびジアルキルで置換された、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、1,3−プロピレンジアミン、1,3−または1,4−ブチレンジアミン、1,2−、1,3−、1,4−、1,5−および1,6−ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミン、2,3−、2,4−および2,6−トリレンジアミンならびに4,4’−、2,4’−および2,2’−ジアミノジフェニルメタンである。
他の可能性のある、開始剤分子は、エタノールアミン、N−メチルエタノールアミンおよびN−エチルエタノールアミン等のアルカノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミンおよびN−エチルジエタノールアミン等のジアルカノールアミン、ならびにトリエタノールアミン等のトリアルカノールアミン、ならびにアンモニアである。
エタンジオール、1,2−および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、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビトールおよびスクロース等の二価または多価アルコールを使用することが好ましい。前掲の第一級アミン、例えば2,3−トリレンジアミンが特に好ましい。
ポリエーテルポリオールD)、好ましくは、ポリオキシプロピレンポリオールおよび/またはポリオキシエチレンポリオールは、好ましくは2から6、特に2から5の官能基数、および150から3000、好ましくは200から1500、特に250から750の数平均分子量を有する。
本発明の特に好ましい実施形態は、ポリエーテルポリオールD)としてプロポキシル化トリレンジアミン、特に2,3−トリレンジアミンを使用する。
有用なポリエーテルポリオールは、ポリマーで変性されたポリエーテルポリオール、好ましくはグラフトポリエーテルポリオール、特に、スチレンおよび/またはアクリロニトリルベース上のグラフトポリエーテルポリオールであって、ドイツ特許公開第1111394号、同第1222669号(US3,304,273;3,383,351;3,523,093)、同第1152536号(GB1040452)、および同第1152537号(GB987,618)に記載されているように、有利には前述のポリエーテルポリオール中で、アクリロニトリル、スチレンまたは好ましくはスチレンとアクリロニトリルの混合物(例えば、90:10から10:90、好ましくは70:30から30:70の質量比で)のin situでの重合によって形成されるグラフトポリエーテルポリオール、ならびにまたポリエーテルポリオール分散体であって、分散相が典型的には1から50質量%、好ましくは2から25質量%の割合を占め、例えば、ポリ尿素、ポリヒドラジド、tert−アミノ含有ポリウレタン、および/またはメラミンを含み、例えば、EP−B011752(US4,304,708)、US−A4,374,209およびDE−A3231497に記載されているポリエーテルポリオール分散体をさらに含む。
ポリエーテルポリオールは、混合物の形態で使用することもできる。これらは、ポリエステルポリオールまたはグラフトポリエーテルポリオールならびにヒドロキシル含有ポリエステルアミド、ポリアセタール、ポリカーボナート、および/またはポリエーテルポリアミンとさらに混合され得る。
有用なヒドロキシル含有ポリアセタールには、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、4,4’−ジヒドロキシエトキシジフェニルジメチルメタン、ヘキサンジオール、およびホルムアルデヒド等の、例えばグリコールから調製される化合物が含まれる。適したポリアセタールは、環状アセタールを重合させることによって得ることもできる。
有用なヒドロキシル含有ポリカーボナートには、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールおよび/または1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコール等のジオールと、ジアリールカーボナート、例えばジフェニルカーボナート、アルキレンカーボナートまたはホスゲンとを反応させることによって得ることができる、それ自体知られたタイプのものが含まれる。
ポリエステルアミドには、例えば、多塩基、飽和および/または不飽和カルボン酸/無水物と、多官能性飽和および/または不飽和アミノアルコールもしくは多官能性アルコールとアミノアルコールおよび/またはポリアミンの混合物から得られる直鎖状縮合物が主に含まれる。
適したポリエーテルポリアミンは、上記のポリエーテルポリオールから既知の方法で得ることができる。例には、ポリオキシアルキレンポリオールのシアノアルキル化、およびそれに続く得られたニトリルの水素化(US3267050)、または水素および触媒の存在下、ポリオキシアルキレンポリオールのアミンまたはアンモニアによる部分的または完全なアミノ化(DE1215373)がある。
ポリエーテルポリオールD)の割合は、総成分B)からG)に対して、一般に75から55質量%の範囲、好ましくは55から30質量%の範囲、より好ましくは30から5質量%の範囲である。
硬質ポリウレタンフォームを製造するために使用される発泡剤E)には、好ましくは水および低沸点炭化水素等の物理的発泡剤、ならびにこれらの混合物が含まれる。適した物理的発泡剤は、有機の、場合により変性されたポリイソシアナートに対して不活性である液体であり、大気圧で100℃未満、好ましくは50℃未満の沸点を有し、そのため発熱性重付加反応の条件下で蒸発する。好ましくは使用することができるこのような液体の例は、ヘプタン、ヘキサン、n−ペンタンおよびイソペンタン、好ましくはn−ペンタンとイソペンタン、n−ブタンとイソブタンとプロパンの工業から得た混合物等のアルカン、シクロペンタンおよび/またはシクロヘキサン等のシクロアルカン、フラン、ジメチルエーテルおよびジエチルエーテル等のエーテル、アセトンおよびメチルエチルケトン等のケトン、ギ酸メチル、ジメチルオキサラートおよび酢酸エチル等のアルキルカルボキシラートである。これらの低沸点液体と互いの、および/または他の置換もしくは非置換炭化水素との混合物も使用することができる。ギ酸、酢酸、シュウ酸、リシノール酸等の有機カルボン酸およびカルボキシル含有化合物も適している。
発泡剤として、ギ酸またはいずれのハロゲン化炭化水素も使用しないことが好ましい。水、任意のペンタン異性体およびまた水とペンタン異性体の混合物を使用することが好ましい。
発泡剤は、ポリオール成分(即ち、B+C+E+F+G)中に全体的に溶解される、またはポリオール成分を発泡させる直前にスタティックミキサーを介して導入される。
使用される物理的発泡剤または発泡剤混合物の量は、すべてが総成分B)からG)に対して、1から45質量%の範囲、好ましくは10から30質量%の範囲、より好ましくは10から20質量%の範囲である。
発泡剤として、好ましくは、成分B)に対して0.2から5質量%の量で、成分B)に水が添加される。水の添加は、記載されている他の発泡剤の使用と一緒に実施することができる。水をペンタンと組み合わせて使用することが好ましい。
硬質ポリウレタンフォームを調製するために使用される触媒F)は、特に、反応性水素原子、特にヒドロキシル基を含む成分B)からG)の化合物と有機の、場合により変性されたポリイソシアナートA)との反応を実質的に速める化合物である。
塩基性ポリウレタン触媒、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン等の第三級アミン、N,N,N’,N’−テトラメチルジアミノジエチルエーテル、ビス(ジメチルアミノプロピル)尿素、N−メチルモルホリンまたはN−エチルモルホリン、N−シクロヘキシルモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N,N−テトラメチルブタンジアミン、N,N,N,N−テトラメチルヘキサン−1,6−ジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルピペラジン、N−ジメチルアミノエチルピペリジン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−アザビシクロ−[2.2.0]オクタン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(Dabco)、ならびにトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、およびN−エチルジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、2−(N,N−ジメチルアミノエトキシ)エタノール等のアルカノールアミン化合物、N,N’,N”−トリス(ジアルキルアミノアルキル)ヘキサヒドロトリアジン、例えば、N,N’,N”−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、ならびにトリエチレンジアミンを使用することが有利である。しかし、塩化鉄(II)、塩化亜鉛、オクタン酸鉛等の金属塩、ならびに好ましくは、ジオクタン酸スズ、ジエチルヘキサン酸スズおよびジラウリン酸ジブチルスズ等のスズ塩、ならびにまた特に、第三級アミンと有機スズ塩の混合物も適している。
他の可能性のある触媒は、2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン等のアミジン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物、ならびにナトリウムメトキシドおよびカリウムイソプロポキシド等のアルカリ金属アルコキシド、ならびにまた、10から20個の炭素原子および場合により側方OH基を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩である。成分B)からG)の質量に対して、0.001から5質量%、特に0.05から2質量%の触媒または触媒の組合せの使用が好ましい。触媒作用なしで反応を進行させておくことも可能である。この場合、アミンの触媒活性で開始されるポリオールが利用される。
発泡の間、比較的大きなポリイソシアナートの過剰が使用する場合、過剰なNCO基の互いの三量化反応のための他の適した触媒は、イソシアヌラート基を形成する触媒、例えば、単独でまたは第三級アミンと組み合わせたアンモニウムイオン塩またはアルカリ金属塩である。イソシアヌラートの形成は、好ましくは工業用硬質フォーム、例えば、断熱ボードまたはサンドイッチ要素として建築物および建設で使用される不燃性PIRフォームを生じる。
上記のおよび他の出発材料に関するさらなる情報は、技術文献、例えば、Kunststoffhandbuch、第VII巻、Polyurethane、Carl Hanser Verlag Munich、Vienna、第1版、第2版および第3版1966年、1983年および1993年に見い出し得る。
他の助剤および/または添加剤G)は、場合により、硬質ポリウレタンフォームを製造するための反応混合物に添加することができる。例えば、界面活性物質、泡安定剤、気泡調節剤、充填剤、染料、顔料、難燃剤、加水分解防止剤、静真菌性および静菌性物質を挙げてもよい。
可能性のある界面活性物質は、例えば、出発材料の均質化を助ける役割を果たし、ポリマーの気泡構造を調節するのに適している可能性のある化合物である。例えば、ヒマシ油スルファートまたは脂肪酸のナトリウム塩およびまた脂肪酸とアミンの塩、例えば、ジエチルアミンオレアート、ジエタノールアミンステアラート、ジエタノールアミンリシノレアート、スルホン酸の塩、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸またはジナフチルメタンジスルホン酸のアルカリ金属またはアンモニウム塩ならびにリシノール酸の塩等の乳化剤;シロキサン−オキシアルキレンコポリマーおよび他の有機ポリシロキサン、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化脂肪アルコール、パラフィン油、ヒマシ油エステルまたはリシノール酸エステル、ロート油およびピーナッツ油等の泡安定剤、ならびにパラフィン、脂肪アルコールおよびジメチルポリシロキサン等の気泡調節剤を挙げてもよい。上記の、側鎖基としてポリオキシアルキレン基およびフルオロアルカン基を有するオリゴマーのアクリラートも、乳化作用、気泡構造および/または泡の安定化を改良するのに適している。界面活性物質は、成分B)からG)の質量に対して、通常0.01から5質量%の量で使用される。
充填剤、特に強化充填剤は、それ自体が既知の、通例の有機および無機充填剤、強化材料、増量剤、塗料の摩耗挙動を改良する作用剤、コーティング組成物等を意味するものと理解される。特定の例は、無機充填剤等のシリカ含有鉱物、例えば、アンティゴライト、蛇紋石、普通閃石、角閃石、クリソタイルおよびタルク等の板状ケイ酸塩、カオリン、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび酸化鉄等の金属酸化物、チョーク、重晶石等の金属塩、ならびに硫化カドミウムおよび硫化亜鉛等の無機顔料、ならびにまたガラス等である。カオリン(チャイナクレー)、ケイ酸アルミニウムおよび硫酸バリウムとケイ酸アルミニウムの共沈殿物、ならびにまたケイ灰石、金属繊維および特に、様々な長さのガラス繊維(これはサイズの被覆を場合により有する)等の天然および合成繊維状鉱物の使用が好ましい。可能性のある有機充填剤は、例えば、炭素、メラミン、ロジン、シクロペンタジエニル樹脂およびグラフトポリマーおよびまたセルロース繊維、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、芳香族および/または脂肪族ジカルボン酸エステルをベースとするポリエステル繊維ならびに特に炭素繊維である。
無機および有機充填剤は、個別でまたは混合物として使用することができ、成分A)からE)の質量に対して、0.5から50質量%、好ましくは1から40質量%の量で反応混合物に添加され得るが、マット、天然および合成繊維の不織布および織物の含有量は、最大80質量%の値に達することができる。
上記の他の通例の助剤および添加剤に関するさらなる情報は、技術文献、例えばJ.H.SaundersおよびK.C.Frischによるモノグラフ、「High Polymers」第XVI巻、Polyurethane、第1部および第2部、lnterscience Publishers 1962年および1964年、またはKunststoff−Handbuch、Polyurethane、第VII巻、Hanser−Verlag、Munich、Vienna、第1版および第2版、1966年および1983年に見い出し得る。
本発明の硬質ポリウレタンフォームを生成するために、場合により変性された有機ポリイソシアナートA)、本発明の特定のポリエーテルエステルポリオールB)、場合によるポリエステルポリオールC)および場合によるポリエーテルオールおよび/または2つ以上のイソシアナート反応性基を有する他の化合物D)は、ポリイソシアナートA)のNCO基対成分B)、場合によるC)、場合によるD)ならびにまたE)およびF)の反応性水素原子の合計の当量比が、1から3:1の範囲、好ましくは1.1から2:1の範囲、特に1から1.5:1の範囲であるような量で反応される。
好ましい一実施形態において、ポリオール成分は、
40から100質量%のポリエーテルエステルポリオールB)、
0質量%の他のポリエステルポリオールC)、
5から40質量%のポリエーテルポリオールD)、
10から25質量%の発泡剤E)、
1.0から3質量%の触媒F)、および
1から4質量%の助剤および/または添加剤G)
を含み、
ここで、成分B)およびD)からG)は、合計すると100質量%になる。
ポリオール成分が、
50から80質量%のポリエーテルエステルポリオールB)、
0質量%の他のポリエステルポリオールC)、
5から30質量%のポリエーテルポリオールD)、
10から20質量%の発泡剤E)、
1.0から2.5質量%の触媒F)、および
1.5から3質量%の他の助剤および/または添加剤G)
を含むことがより好ましく、ここで、成分B)およびD)からG)は、合計すると100質量%になる。
硬質ポリウレタンフォームは、ワンショットプロセス、例えば、解放型または密閉型の例えば金属の型中で高圧または低圧技術を用いて製造されることが有利である。反応混合物を適切なベルトラインに連続的に適用して、パネルを製造することも通例である。
出発成分は、15から90℃、好ましくは20から60℃、特に20から35℃の温度で混合され、解放型中にもしくは必要に応じて大気圧を超える密閉型中に導入される。既述のように、混合は、撹拌機または撹拌翼を用いて機械的に実施することができる。型温度は、有利には20から110℃の範囲、好ましくは30から70℃の範囲、特に40から60℃の範囲である。
本発明の方法によって製造された硬質ポリウレタンフォームは、10から300g/l、好ましくは15から100g/l、特に20から40g/lの密度を有する。
本発明を以下の実施例によってより具体的に説明する。
実施例
ペンタン溶解度
ペンタン溶解度が測定される成分に、ペンタンを斬増的に添加することによって、ペンタン溶解度を決定した。ペンタンを、試験をする正確に100gの成分に、起こり得るペンタン溶解度に従って添加し、成分と混合した。混合物が濁ってもおらず、2つの相も持たない場合、さらなるペンタンを添加し、再度混合することになる。
混合物が2つの相を持つ場合、ガラスを除去して、過剰のペンタンが蒸発して、残る溶液が透明になってくるまで室温で大気に解放して置き、次いで溶解されたペンタンの量を再び計量した。
濁った場合、ガラスを密閉し、2つの相が形成されるまで、室温で放置させて置いた。これに続いて蒸発させて、再び計量した。
[実施例1]
慣用のポリオールに対する本発明のポリエーテルエステルポリオールのペンタン相溶性
450のOH価および5.0の官能基数を有するスクロース/グリセロール/POポリオールが、比較ポリオールとしての機能を果たす。本発明の実施例は、出発材料スクロース/グリセロール/POに加えて、提示された割合(質量%単位)の脂肪酸または脂肪酸エステルを有する。
Figure 0006211012
比較例は、ポリオールのペンタン相溶性が、脂肪酸および脂肪酸モノエステルを使用することによって向上され得ることを示す。
[比較例ならびに実施例2および3]
以下の成分を反応させた(すべての個々の項目は質量%単位)。
糖24.5%、グリセロール6.48%、PO63.98%、オレイン酸5%からのポリオールA、OH価456mgKOH/g;
糖20.04%、グリセロール12.7%、PO41.2%、オレイン酸メチル25.6%からのポリオールB、OH価489mgKOH/g;
ビシナルTDA24.9%、PO75.1%からのポリオールC、OH価400mgKOH/g;
ビシナルTDA9.2%、EO8.6%、PO82.2からのポリオールD、OH価160mgKOH/g;
ポリオールEは、スクロース、グリセロールおよびプロピレンオキシドをベースとし、KOHで触媒されたポリエーテルオールであり、5.1の官能基数および450mgKOH/gのOH価を有する;
安定剤1:シリコーン含有泡安定剤(Evonik製Tegostab(登録商標)B8474)
安定剤2:シリコーン含有泡安定剤(Evonik製Tegostab(登録商標)B8491)
触媒1:ジメチルジシクロヘキシルアミン(DMCHA)
触媒2:ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)
触媒3:N,N,N−トリスジメチルアミノプロピルヘキサヒドロトリアジン
触媒4:ジメチルベンジルアミン
イソシアナート:31.5質量%のNCO含量を有するポリマーMDI(Lupranat(登録商標)M20)
提示された原材料(すべての個々の項目は質量%単位)を、ポリオール成分を調製するために使用した。250g/秒の出力量を有する高圧Puromat(登録商標)PU30/80IQ(Elastogran GmbH)を用いて、ポリオール成分を必要量の提示されたイソシアナートと混合して、116.7のイソシアナート指数(別に提示された場合を除き)を得た。反応混合物を2000mm×200mm×50mmまたは400mm×700mm×90mmの寸法の温度制御した型中に射出して、その中で発泡させた。過剰充填は14.5%であった、即ち、型を気泡で完全に満たすのに必要な量より14.5%より多い反応混合物を使用した。
Figure 0006211012
比較例1の配合物に対して実施例2は、驚くべきことには、流動性および離型特性は変わっていないで、5.26%より高い圧縮強度を示す。このことは予見できなかった。なぜなら、当業者は架橋剤ポリオールの使用の増加、および流動性ポリオールの割合の減少は、劣った流動性を生じることを知っているからである。
比較例1に対して実施例3は、驚くべきことに、0.22%〜0.49%低い後発泡を、したがって離型特性の改良およびまた改良された流動性を示す。
これらの記述された利点は、本発明によるポリエーテルエステルポリオールの特定の化学構造およびその結果得られる配合自由度、ならびにまた、発泡剤と相溶性がある新規の配合物を調製する可能性から生じる。
[実施例4]
20.2gのグリセロール、0.1gのイミダゾール、50.8gのスクロースならびに11.5gのオレイン酸メチルを最初に、25℃で300mlの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、147.5gのプロピレンオキシドを計量供給した。9時間の反応時間後に、ケトルを100℃で30分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、217gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:459.8mgKOH/g
粘度(25℃):11324mPas
酸価:0.01mgKOH/g未満
水含量:0.01%未満
[実施例5]
オレイン酸メチルによるポリエーテルエステルの製造
20.2gのグリセロール、0.1gのイミダゾール、50.8gのスクロースならびに27.6gのオレイン酸メチルを最初に、25℃で300mlの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、131.4gのプロピレンオキシドを計量供給した。5時間の反応時間の後に、ケトルを100℃で40分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、219gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:450.8mgKOH/g
粘度(25℃):9453mPas
酸価:0.05mgKOH/g
水含量:0.04%
[実施例6]
オレイン酸メチルによるポリエーテルエステルの製造
477.9gのグリセロール、2.5gのイミダゾール、1250.2gのスクロースならびに1250.2gのオレイン酸メチルを最初に、25℃で5Lの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、2068.5gのプロピレンオキシドを計量供給した。3.5時間の反応時間の後に、ケトルを100℃で60分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、4834.8gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:473.4mgKOH/g
粘度(25℃):11892mPas
酸価:0.17mgKOH/g
水含量:0.021%
[実施例7]
オレイン酸によるポリエーテルエステルの製造
14.9gのグリセロール、0.1gのイミダゾール、56.4gのスクロースならびに11.6gのオレイン酸を最初に、25℃で300mLの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、147.1gのプロピレンオキシドを計量供給した。7時間の反応時間の後に、ケトルを100℃で40分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、216.9gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:455mgKOH/g
粘度(25℃):20212mPas
酸価:0.01mgKOH/g未満
水含量:0.01%未満
[実施例8]
オレイン酸によるポリエーテルエステルの製造
244.4gのグリセロール、2.5gのイミダゾール、1309.5gのスクロースならびに425.1gのオレイン酸を最初に、25℃で5Lの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、3019.1gのプロピレンオキシドを計量供給した。4.5時間の反応時間の後に、ケトルを100℃で40分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、4926.8gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:447.4mgKOH/g
粘度(25℃):20477mPas
酸価:0.01mgKOH/g未満
水含量:0.03%未満
[実施例9]
オレイン酸によるポリエーテルエステルの製造
7.7gのグリセロール、0.1gのイミダゾール、64.0gのスクロースならびに27.6gのオレイン酸を最初に、25℃で300mLの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを130℃まで加熱し、130.6gのプロピレンオキシドを計量供給した。7時間の反応時間の後に、ケトルを100℃で30分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、211.9gの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:459.6mgKOH/g
粘度(25℃):41321mPas
酸価:0.13mgKOH/g未満
水含量:0.01%未満
[実施例10]
オレイン酸メチルによるポリエーテルエステルの製造
50.7kgのグリセロール、0.2kgのイミダゾール、81.8kgのスクロースならびに102.4kgのオレイン酸メチルを最初に、25℃で600Lの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを120℃まで加熱し、165.0kgのプロピレンオキシドを計量供給した。4時間の反応時間の後に、ケトルを120℃で30分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、377.0kgの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:458.0mgKOH/g
粘度(25℃):8783mPas
酸価:0.01mgKOH/g未満
水含量:0.01%未満
[実施例11]
オレイン酸によるポリエーテルエステルの製造
25.9kgのグリセロール、0.2kgのイミダゾール、98.0kgのスクロースならびに20.1kgのオレイン酸を最初に、25℃で600Lの反応器に投入した。次いで、反応器を窒素で不活性化した。ケトルを120℃まで加熱し、255.8kgのプロピレンオキシドを計量供給した。1時間の反応時間の後に、ケトルを120℃で30分間十分排気し、次いで25℃まで冷却して、390.0kgの生成物を得た。
得られたポリエーテルエステルは以下の特性値を有していた。
OH価:456.0mgKOH/g
粘度(25℃):17367mPas
酸価:0.01mgKOH/g未満
水含量:0.01%未満

Claims (10)

  1. a1)20から50質量%の、2.5から8の平均官能基数を有する、1種または複数のポリオールと
    a2)から30質量%の、1種または複数の脂肪酸モノエステルと
    a3)35から50質量%の、炭素原子2から4個の1種または複数のアルキレンオキシドと
    の反応生成物を含み、
    成分a1)のポリオールが、糖、ペンタエリトリトール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、グリセロール、トリレンジアミン、エチレンジアミン、エチレングリコール、プロピレングリコールおよび水からなる群から選択され、及び
    成分a2)が、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、リノレン酸のモノエステルから成る群から選ばれることを特徴とするポリエーテルエステルポリオール。
  2. 前記成分a1)が、グリセロールとスクロースの混合物を含む、請求項に記載のポリエーテルエステルポリオール。
  3. 成分a3)のアルキレンオキシドが、プロピレンオキシドである、請求項1又は2に記載のポリエーテルエステルポリオール。
  4. 300から800mgKOH/gのOH価を有する、請求項1からのいずれか一項に記載のポリエーテルエステルポリオール。
  5. 2.5から8の官能基数を有する、請求項1からのいずれか一項に記載のポリエーテルエステルポリオール。
  6. A)有機もしくは変性有機ポリイソシアナートまたはこれらの混合物と、
    B)請求項1から5のいずれか一項に記載の1種または複数のポリエーテルエステルポリオールと、
    C)場合により他のポリエステルポリオールと、
    D)場合によりポリエーテルオールポリオールと、
    E)1種または複数の発泡剤と、
    F)触媒と、
    G)場合により他の助剤および/または添加剤と
    の反応によって硬質ポリウレタンフォームを製造する方法。
  7. 成分として
    B)請求項1からのいずれか一項に記載の1種または複数のポリエーテルエステルポリオール、
    C)場合によりポリエステルポリオール、
    D)場合によりポリエーテルオールポリオール、
    E)1種または複数の発泡剤、
    F)触媒、および
    G)場合により他の助剤および/または添加剤
    を含むポリオール混合物。
  8. 50から80質量%のポリエーテルエステルポリオールB)、
    5から30質量%のポリエーテルポリオールD)、
    10から20質量%の発泡剤E)、
    1.0から2.5質量%の触媒F)、
    1.5から3質量%の他の助剤および/または添加剤G)
    を含み、ここで、成分B)およびD)からG)は、合計すると100質量%になる、請求項に記載のポリオール混合物。
  9. さらなるポリエステルポリオールC)を含まない、請求項またはに記載のポリオール混合物。
  10. ポリエーテルポリオールD)としてプロポキシル化トリレンジアミンを含む、請求項からのいずれか一項に記載のポリオール混合物。
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