JP7055125B2 - ポリウレタンフォームを製造するのに有用なアミン組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、従来のフォーム前駆物質に関連する問題を、本発明の触媒の使用を可能にすることによって解決することができ、それによって、ポリエステルポリオールを含むイソシアネート反応性混合物と、概してペンタン、ハロゲン含有分子、例えばクロロフルオロカーボン(CFCs)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFCs)及びハイドロフルオロカーボン(HFCs)、ハイドロフルオロオレフィン(HFOs)、ハイドロクロロオレフィン(HCOs)、ハイドロクロロフルオロオレフィン(HCFOs)、ハロオレフィン及びハイドロハロオレフィンを包含する多様な発泡剤との貯蔵安定性を改善する。本発明は、概してHFOs及びハロオレフィン発泡剤を使用する場合に、特に有用である。該触媒は、軟質フォーム適用において、ローエミッションを有するか又はアミンエミッションを有しておらず、かつ低アミン臭を有するか又はアミン臭を有していないポリウレタン製品を製造するのに使用することもできる。
a.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1、R2及びR3のそれぞれが、式(I):
b.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1及びR2が、式(I):
c.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1が、式(I):
d.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1が、式(I):
次の定義は、当業者が本発明の詳細な説明を理解するのを助けるために提供される。
PUR - ポリウレタン。
イソシアネート指数 - 使用されるポリイソシアネートの実際の量を、その反応混合物中の全ての活性水素と反応するのに必要なポリイソシアネートの理論的に必要な化学量論量で除して、100を掛けたもの。(NCO Eq/活性水素のEq)×100としても公知である。
pphp - ポリオール100質量部あたりの質量部。
DMI - 1,2-ジメチルイミダゾール
BDMA - ベンジルジメチルアミン
EvonikのDABCO(登録商標) 2039触媒は、ジプロピレングリコール中1,2-ジメチルイミダゾールの50%溶液である。
EvonikのPolycat(登録商標)-77触媒は、化学的にペンタメチルジプロピレントリアミンとして公知の、ポリウレタン触媒である。
本発明は、一般式R1R2R3Nを有する少なくとも1種の化合物として定義される触媒組成物を含む、新規な触媒組成物に向けられており、ここで、該触媒組成物は、a又はb、又はc又はdであり、ここで、a、b、c及びdは、次のように定義される:
a.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1、R2及びR3のそれぞれが、式(I):
b.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1及びR2が、式(I):
c.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1が、式(I):
d.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1が、式(I):
軟質フォーム
当該技術において公知の多様なタイプのいずれかのフォームは、本発明の方法を使用して、適切な量の本発明の触媒が添加されている典型的なポリウレタン配合物を使用して、製造されてよい。例えば、本明細書に記載される優れた特性を有する軟質ポリウレタンフォームは、以下に第A表に示される成分を示された量で典型的に含むことになる。第A表に示される成分は、以下に実施例において詳細に示される。
第A表.ポリウレタン成分
NCO指数=[NCO/(OH+NH)]×100
により表される。
当該技術において公知の多様なタイプのいずれかのフォームは、本発明の方法を使用して、適切な量の亜硫酸塩触媒が添加されている典型的なポリウレタン配合物を使用して、製造されてよい。例えば、本明細書に記載される優れた特性を有する硬質ポリウレタンフォームは、以下に第B表に示される成分を示された量で典型的に含むことになる。第B表に示される成分は、以下に後で詳細に議論される。
第B表.ポリウレタン成分
当該技術において公知の多様なタイプのいずれかのフォームは、本発明の方法を使用して、適切な量の亜硫酸塩触媒が添加されている典型的なポリウレタン配合物を使用して、製造されてよい。例えば、本明細書に記載される優れた特性を有する軟質HRポリウレタンフォームは、以下に第C表に示される成分を示された量で典型的に含むことになる。第C表に示される成分は、以下に後で詳細に議論される。
第C表.ポリウレタン成分
該PIR/PURフォーム形成方法において有用であるポリイソシアネートは、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、フェニレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート異性体(MDI)、水添MDI及び1,5-ナフタレンジイソシアネートを包含するが、しかしこれらに限定されない。例えば、2,4-TDI、2,6-TDI、及びそれらの混合物は、本発明において容易に使用することができる。ジイソシアネートの適したその他の混合物は、クルードMDI、又は4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネートをその他の異性体及び類似の高級なポリイソシアネートと一緒に含有するPAPIとして、当該技術において公知のものを包含するが、しかしこれらに限定されない。本発明の別の態様において、ポリイソシアネート及びポリエーテル又はポリエステルポリオールの部分的に予備反応された混合物を含む、ポリイソシアネートのプレポリマーが適している。さらに別の態様において、該ポリイソシアネートは、MDIを含むか、又はMDI又はMDIの混合物から本質的になる。
前記のポリイソシアネートを用いて本発明のポリイソシアヌレート/ポリウレタンフォームの形成において使用するための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それらの有機化合物、例えば、ポリオールのいずれかであってよい。PIR/PURフォーム形成方法において典型的に使用されるポリオールは、ポリアルキレンエーテル及びポリエステルポリオールを包含する。該ポリアルキレンエーテルポリオールは、ポリ(アルキレンオキシド)ポリマー、例えばポリ(エチレンオキシド)及びポリ(プロピレンオキシド)ポリマー及び末端ヒドロキシル基を有し、かつジオール及びトリオールを含めた、多価化合物に由来するコポリマーを包含する。これらは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ペンタエリトリトール、グリセリン、ジグリセリン、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジオール、及び糖類、例えばスクロース及び類似の低分子量ポリオールを包含するが、しかしこれらに限定されない。
本発明の範囲内の組成物、フォーム配合物、及びPIR/PURフォームを製造する方法に従って、単独で又は組み合わせで使用することができる適した発泡剤は、水、塩化メチレン、アセトン、ハイドロフルオロカーボン(HFCs)、ハイドロクロロカーボン(HCCs)、ハイドロフルオロオレフィン(HFOs)、クロロフルオロオレフィン(CFOs)、ハイドロクロロオレフィン(HCOs)、ハイドロフルオロクロロオレフィン(HFCOs)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFCs)、クロロオレフィン、ホルメート、及び炭化水素を包含するが、しかしこれらに限定されない。HFCsの例は、HFC-245fa、HFC-134a、及びHFC-365を包含するが、しかしこれらに限定されない;HCFCsの例示的な例は、HCFC-141b、HCFC-22、及びHCFC-123を包含するが、しかしこれらに限定されない。例示的な炭化水素は、n-ペンタン、イソ-ペンタン、シクロペンタン等、又はそれらの任意の組み合わせを包含するが、しかしこれらに限定されない。本発明の一態様において、該発泡剤又は発泡剤の混合物は、少なくとも1種の炭化水素を含む。別の態様において、該発泡剤は、n-ペンタンを含む。さらに、本発明の別の態様において、該発泡剤は、n-ペンタンから又はn-ペンタンと1種以上の発泡剤との混合物から本質的になる。ハイドロハロオレフィン発泡剤の例は、その他のHFOsの中でも、HFO-1234ze(トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロパ-1-エン)、HFO-1234yf(2,3,3,3-テトラフルオロプロペン)及びHFCO-1233zd(1-プロペン,1-クロロ-3,3,3-トリフルオロ)である。
イソシアネート反応性基を有していない従来のウレタン触媒は、ポリウレタンを形成する反応を加速するのに使用することができ、かつ本発明の触媒系及び組成物のさらなる成分として使用して、ポリイソシアヌレート/ポリウレタンフォームを製造することができる。本明細書における使用に適しているウレタン触媒は、金属塩触媒、例えば有機スズ、及びアミン化合物、例えば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(DABCO(登録商標) NMM触媒として商業的に入手可能)、N-エチルモルホリン(DABCO(登録商標) NEM触媒として商業的に入手可能)、トリエチルアミン(DABCO(登録商標) TETN触媒として商業的に入手可能)、N,N′-ジメチルピペラジン、1,3,5-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(Polycat(登録商標) 41触媒として商業的に入手可能)、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール(DABCO TMR(登録商標) 30触媒として商業的に入手可能)、N-メチルジシクロヘキシルアミン(Polycat(登録商標) 12触媒として商業的に入手可能)、ペンタメチルジプロピレントリアミン(Polycat(登録商標) 77触媒として商業的に入手可能)、N-メチル-N′-(2-ジメチルアミノ)-エチル-ピペラジン、トリブチルアミン、ペンタメチル-ジエチレントリアミン(Polycat(登録商標) 5触媒として商業的に入手可能)、ヘキサメチル-トリエチレンテトラミン、ヘプタメチルテトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノシクロヘキシル-アミン(Polycat(登録商標) 8触媒として商業的に入手可能)、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、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル(DABCO(登録商標) BL19触媒として商業的に入手可能)、トリス(3-ジメチルアミノ)-プロピルアミン(Polycat(登録商標) 9触媒として商業的に入手可能)、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン(DABCO(登録商標) DBU触媒として商業的に入手可能)又はその酸ブロックされた誘導体等、並びにそれらの任意の混合物を包含するが、しかしこれらに限定されない。本発明に関連したフォーム用途にウレタン触媒として特に有用であるのは、Polycat(登録商標) 5触媒であり、これは、化学的にペンタメチルジエチレントリアミンとして公知である。
フォーム製造中又は該フォーム製品の最終使用の用途の要件に応じて、多様な添加剤を、特定の性質に合わせるために該PIR/PURフォーム配合物において使用することができる。これらは、セル安定剤、難燃剤、鎖延長剤、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、充填剤、顔料、又はそれらの任意の組み合わせを包含するが、しかしこれらに限定されない。当該技術において公知であるその他の混合物又は材料が、該フォーム配合物中に包含されてよく、かつ本発明の範囲内であることが理解される。
本発明の一態様は、少なくとも1種の活性水素含有化合物、少なくとも1種の発泡剤、及び上記でa又はb又はc又はdにおいて定義されるような少なくとも1種の触媒組成物の接触生成物を含む、組成物を提供する。
i)少なくとも1種のポリオール;
ii)発泡剤 該ポリオール100質量部あたり約10~約80質量部(pphp);
iii)シリコーン界面活性剤 約0.5~約10pphp;
iv)水 0~約60pphp;
v)難燃剤 0~約50pphp;
vi)ウレタン触媒 0~約10pphp;及び
vii)上記でa又はb又はc又はdにおいて定義されるような触媒組成物 約0.05~約20pphp;及び
(b)該プレミックスを、少なくとも1種のポリイソシアネートと、約10~約800のイソシアネート指数で接触させること
を含む。
この例は、本発明の一部の触媒を製造するための中間体としてのN-2-シアノエチル-イミダゾール(CE-IM)の合成を記載する。
CE-IMは、
この例は、本発明の一部の触媒を製造するための中間体としてのN-(3-アミノプロピル)-イミダゾール(AP-IM)の合成を記載する。
AP-IMは、
ビス-(3-イミダゾリルプロピル)-アミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物1A(以下に定義される)の合成を記載する。
N,N-ジメチルアミノプロピルイミダゾールは、
この例は、本発明の触媒としての生成物1B(以下に定義される)の合成を記載する。
N,N-ビス-(3-イミダゾリルプロピル)-N-メチルアミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物2(以下に定義される)の合成を記載する。
N,N,N,-トリス-(3-イミダゾリルプロピル)-アミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物3(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物4(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物5(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物6(以下に定義される)の合成を記載する。
N-ベンジル-N-(3-イミダゾリルプロピル)-N-メチルアミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物7(以下に定義される)の合成を記載する。
N-(3,4-ジメトキシベンジル)-N-(3-イミダゾールプロピル)-N-メチルアミンは、
N,N-ビス-(3,4-ジメトキシベンジル)-N-イミダゾリルプロピルアミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物8(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物9(以下に定義される)の合成を記載する。
ヘキサメチレンテトラミンは、
この例は、本発明の触媒としての生成物10(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物11(以下に定義される)の合成を記載する。
この例は、本発明の触媒としての生成物12(以下に定義される)の合成を記載する。
積層配合物についての使用レベル
以下に第1表に示される配合物を使用して、プレミックス-1のマスターバッチ(1150g)を、1.89L Nalgene容器中で、イソシアネート、発泡剤及び触媒を除く全ての成分を、Indcoミキサー、モデルHSL-4を使用して、7.6cm混合ブレードを用いて約3000rpmで、15秒間混合することによって製造した。マスターバッチプレミックス-2(929.1g)を、別個の950mL Nalgene容器中で、イソシアネート(Rubinate M、900.6g)及び発泡剤(n-ペンタン、28.5g)を混合することによって製造した。該950mL容器のふたをしっかりと締め、かつそのボトルを30秒間激しく振って、該イソシアネート及びペンタンをブレンドした。プレミックス-1 149.5gを、1.89L紙コップ中へはかり入れ、かつ触媒を添加し(触媒の質量は多様であり、かつ活性に合わせて用意された各触媒の最終使用レベルは、第2表にまとめられている)、かつ同じブレードを使用して約3000rpmで、15秒間混合した。プレミックス-2 211.9gを、プレミックス-1及び該触媒の混合物を含有する紙コップに添加した。全ての成分をついで、同じブレードを使用して約3000rpmで6秒間混合した。この混合物を、ついで紙バケツ(この混合コップは、20.2cmの高さ及び15.5cmの底部直径及び21.8cmの上部直径を有する)中へ流し込み、ついで該バケツを、標準ソフトウェアを備えたFOMATソナー装置(Format Messtechnik GmbH)の下に置き、高さ(mm)対時間(秒)の変化をFOAMソフトウェアバージョン3.5/10を使用して測定した。該FOMATソフトウェアを使用して、クリームタイム(CT)を最初に、続いて、この発泡物が該バケツの上端に達する際のTOC(top of the cup)を秒で記録した。ストリングゲルタイム(SGT、その重合物が、木製舌圧子で触れた際にポリマーストリングを形成することができる、秒での時間として定義される)を、ついで決定し、かつ記録した。Dabco(登録商標)2039は、第1表中の配合物のための標準の触媒であり、かつDabco(登録商標)2039の使用レベルは、SGTが80秒である場合に1.70pphpであった。該実験用触媒についてのpphpでの使用レベルを、SGT 80秒に合わせて調節した。結果は第2表にまとめられている。
紙上の硬質成形フォームの付着試験
非加熱の50.8cm×50.8cm×5.1cmモールドを、積層適用において典型的に使用されるフェイサーにより内側を覆い、その際に、該フェイサーの一方の側はアルミニウムはくであり、かつ該フェイサーの他方の側は褐色紙である。該モールドは開けたときに、該紙側が、該モールドの内側部分に面する。フォームを製造すると、該フェイサーの褐色紙側は、該フォーム表面と接触していた。該モールドの最小充填量を、コーナーを含めたモールド全体を充填することができる発泡材料の最小質量として定義した。20%過剰充填であるフォームは、コーナーを含めた全モールド空間を充填するのに必要な最小充填質量よりも20%多い発泡物を用いて製造されたフォーム部材を意味する。これらの20%過剰充填フォームを該付着試験のために製造し、かつ使用した。フォームパッドを実際の付着試験のために製造する際に、紙/アルミニウムはくフェイサーを、該モールドの上部及び底部を覆う積層パッドにおいて使用した。並アルミニウムはくを、該モールドの側面を覆うのに使用した。第1表中の配合物、第2表中の触媒使用レベル、及び20%過剰充填フォームを製造するのに必要とされる発泡物に基づいて、プレミックス-1、プレミックス-2及び触媒の混合物を、1.89L紙コップ中で、例11に記載されたのと同じ手順により製造した。混合後に、その発泡物を、該モールド中へ流し込み、かつ該モールドのふたを、ついで締めて、該フォームパッドを製造した。該20%過剰充填フォームパッドを製造した後に、該フォームパッドを、12分後に該モールドから除去した(離型時間12分)。フォームパッドを離型した後に、それを一定の温度及び湿度(20℃及び湿度50%)条件で、約24時間貯蔵した。フォームパッドを、付着試験用に幅3.8cm及び長さ10~15cmである試料にカットした。該フォームパッドの側面から約5cmを切り取り、かつ廃棄した。試験試料は、該フォームブロックの中央に由来した。試験を、破壊力(FTC)機械を使用して行った。該機械の圧子板を除去した。ばねばかり(該はかり一式はMiniScience.comに注文し、力範囲250g~5000gを有する)を、フックからFTC機械上につるし、かつ該フォームフェイサーの上部にクリップ留めした。機械は、0.7スピード設定で電源を入れた。フェイサーを、ばねばかりによってフォームから引き離し、かつ付着を、そのはかりの読み取り値により測定した。該読み取り値の単位はグラムである。該フォーム試料の幅は3.8cmであるので、該フェイサーを該フォーム表面から引き離すのに必要な力を表す単位としてg/3.8cmを使用した。フォームへの付着による、紙とアルミニウムはくとの凝集破壊(フェイサーの紙側は、該フォーム表面上へ保持されるのに対して、アルミニウムはくは、紙からはがれる)は、良好な付着及び記録可能な最大力を示した。該結果は第3表にまとめられている。
スプレーフォーム配合物についての使用レベル
典型的な高密度独立セルスプレーフォーム配合物は、第4表に示される。本発明の触媒は、この例において、スプレーフォームを製造するのに典型的に使用される従来のゲル化及び発泡触媒と一緒に使用される。本発明の触媒を、第4表の配合物に示された成分と合一した。本発明の触媒の最適添加量を、高さ(mm)対時間(秒)を記録することができる、ソフトウェアバージョン3.71を備えたFOMATソナー装置を使用して決定し、かつ触媒使用レベル(pphp)は、これらの曲線のマッチングを得た際に得られた。プレミックス試料500gを、接着促進剤触媒及びMDIを除く全ての配合物成分を用いて、500mL Nalgeneボトル中で製造した。樹脂約60g(樹脂は、MDIを除く該配合物中の全ての成分の混合物を意味する)を、120mL Nalgeneボトル中で、該プレミックスに、対応する量の本発明の触媒又は選択的に対応する標準のDMI又はImicure(登録商標)AMI-1を添加し、続いて約30秒間振ることによって製造した。樹脂(30g)を950mL紙コップに移し、かつMDI 30gを、該紙コップの内容物に素早く添加した。該混合物をついで、Premier Mill Cortシリーズ2000実験室用分散機を使用して、>2000rpmで3秒間、5cmの高せん断ミキサー回転ブレードを用いて混合した。その発泡物を、Fomatソナー装置(Format Messtechnik GmbH)の下に置き、そのフォーム高さ(mm)を時間(秒)の関数として記録した。本発明の触媒の添加量を、該フォーム高さが、1%DMI(1,2-ジメチルイミダゾール)を有する標準の配合物に対して、その最大高さの50%に達する時間及び±0.5秒の時間誤差に合わせることにより決定した。第5表は、試験される各生成物についての使用レベル並びに50%最大高さに達する時間を示す。
合板上のスプレーフォームの付着試験
プレミックス-3 約11Lを、MDIを除く第4表中の全ての配合物成分を、19Lバケツ中で合一し、かつ完全に混合することにより製造した。プレミックス-3を、ついでその装置ラインに圧送し、かつスプレーホースで供給して、該装置をスプレー前にフラッシングした。スプレー試験を、プレミックス-3及びMDIを使用して実施し、その際に、ホース温度を49℃で及び動圧を9~11MPaで設定した。全ての配合物を、Graco HV-R可変比率プロポーショナを使用してスプレーし、その際に、該プレミックス-3及びMDI側の体積を1:1比で設定した。混合チャンバサイズAR 4242を有するGracoエアパージフュージョンガンを使用した。全てのスプレーを、-1℃又は-6℃のいずれかの温度を有する冷蔵室中で実施した。基材を、該冷蔵室温度に一晩平衡化させた。合板ボード(厚さ1.6cm)を、予め研磨して、むらのない滑らかな表面を用意した。該表面から、あらゆる過剰のくずをスプレー前にきれいに拭いた。付着試験用の試料を製造するために、フォーム一打ちを、合板ボード(30.5cm×30.5cm×1.6cm)上へ、そのガントリガーを約3秒間、直接該ボード上部で保持することによって打った。フォームボードを、該冷蔵室(-1℃又は-6℃)中で一晩硬化させた。試料を、ついで3つの3.8cm立方体に切断し、かつ金属クーポンを、該フォーム及び合板の端部に貼り合わせた。試料を、1kNロードセルを備えたInstronモデル5565内へ挿入し、ついでASTM 1623により概説された手順に従って0.65mm/minで引き離し;破壊を引き起こす最大荷重を記録した。該フォームは、全ての試験中に合板ボードからきれいに離れた。各評価のために、ベース配合物を、ネガティブコントロールとして(ネガティブコントロールは、第4表に列挙される成分によるが、しかしDMI又は本発明の触媒を含有しない、該表面上にスプレーした配合物を意味する)、又はポジティブコントロールとして(ポジティブコントロールは、第4表に列挙される成分によるが、しかしDMIを含有する、該表面上にスプレーした配合物を意味する)、スプレーした。該ポジティブ及びネガティブコントロールは、試験された全ての生成物間での信頼できる比較を達成し、かつ操作者、相対湿度又はその他のあらゆる不測の因子による変動を最小限にするのに必要とされた。その結果(以下に第6表に示される)を、参照としてのDMIを有する標準の配合物に対して正規化した。生成物1B、5及び10は、DMIと比べて、類似の/より良好な付着を示した。DMI標準、生成物1B及び生成物5を用いて製造されたフォームのアミンエミッションを、マイクロチャンバー法(WK 40293)を使用して試験した。その結果は、以下に第7表に示されており、かつ生成物1B及び生成物5から製造されたフォーム中で検出されたアミンエミッションがなかったのに対し、DMIを用いて製造されたフォームは、DMIエミッションを示した。
2:接着促進触媒としてのDMI(1,2-ジメチルイミダゾール)を使用して第4表の配合物を用いて製造されたフォームについての、Instron装置モデル5565を使用してフォーム試験片を木質表面からはがすのに必要とされる荷重を表す。
触媒使用レベルの決定のためのライズ速度法
2つの配合物(第10表中の配合物1及び第11表中の配合物2)を、発泡剤トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの触媒安定性を試験するのに使用した。最初の工程は、異なる触媒のpphpでの使用レベルを決定することであり、こうして反応性の比率が合わされる。最初に、配合物1(第10表)用のプレミックス-4 1300g及び配合物2(第11表)用のプレミックス-5 1300gを、ポリオール、界面活性剤、難燃剤、及び必要に応じて加工助剤を、1.89L Nalgeneボトル中で、それぞれ第8表及び第9表中の部数に従って、混合することにより製造した。該ボトル中のプレミックスを、手で約30秒間激しく振った。完全に配合された2つの樹脂(樹脂は、MDIを除く該配合物中の全ての成分の混合物を意味する)を、ついで、それぞれ個々の触媒について、125mL Nalgeneボトル中で、プレミックス、触媒、水及び発泡剤を含有し、それぞれ第10表及び第11表に示される質量百分率に従う混合物125gを30~60秒間、それらが完全に混合するまで振ることによって製造した。水、発泡剤及びイソシアネートの質量百分率を、第10表及び第11表に示されるように一定に保持した。その触媒使用レベルを増加させた場合に、該プレミックス-4及びプレミックス-5の使用レベルを、それに応じて減少させた。次に、完全に配合された樹脂30gを、1.89L紙コップ中へはかり入れ、ついでRubinate M 33gを、該紙コップ中へ素早く添加した。樹脂及びMDIを、Indcoミキサー、モデルHSL-4を使用して、7.6cm混合ブレードを使用して約10000rpmで3秒間混合した。混合後に、該コップを、直ちにFomatソナー装置(Format Messtechnik GmbH)の下に置き、かつその高さ形成を、FOAMソフトウェアバージョン3.71/17を使用して60秒間記録して、ライズプロファイルの速度を生成した。各触媒の80%最大高さに達する該フォームの時間を、標準-1(標準-1は、55%トリス(ジメチルアミノプロピル)アミン、25%ジメチル-ヘキサデシルアミン及び20%ペンタメチルジエチレントリアミンを含有する混合物であった)及びDabco(登録商標)T120を含有するコントロール触媒パッケージにより製造されたフォームの時間と比較した。各触媒の使用レベルは、第12表に示されており、かつ活性の差を、配合物1について36%未満及び配合物2について29%未満にコントロールした。80%最大フォーム高さでの対応するライズタイムは、第13表中の欄“初期”に見出すことができる。
アミン触媒のHFO安定性研究
第10及び11表中の配合物、及び第12表中の触媒使用レベルを、該HFO安定性を研究するのに使用する。エージング用に完全に配合された樹脂の製造のために、プレミックス、触媒、水、及びSolstice LBAを、500mL Nalgeneボトル中でブレンドした。該樹脂を、ついで4つの125mL Nalgeneボトル中に入れた。それぞれ異なる触媒パッケージのために、1つのボトルを、その初期反応性を決定するのに使用したのに対し、残りの3つのボトルを、熱エージングのために50℃でBlue-Mオーブン、モデルEM-366FX内に置いた。各触媒について1つのボトルを、エージング開始日の2、3、及び4週後の間隔で該オーブンから除去した。熱エージング後の試料を、試験前に室温に平衡化させ、該試験方法を標準化した。ライズプロファイルの測定の測定を、例20に記載されたのと同じ手順を使用することにより行った。三重測定を、各触媒について各エージング条件について行った。80%最大高さを達成するのに該フォームに必要な時間を、その初期試料を熱エージングしたものと比較するのに使用し、かつ結果は、第13表に示されている。初期試料と4週のエージング後の試料との差を、安定性を決定するのに使用した。典型的に、<5秒の差は、スプレーフォーム使用に適している安定な混合物とみなされ、かつ該差がより低ければ低いほど、該安定性はより良好になる。したがって、本発明の触媒は、該系が分解することなくより長期間にわたる該樹脂の貯蔵を可能にし、優れた触媒活性を提供することができる。
酸ブロックされたアミン触媒のHFO安定性研究
酸ブロックされたアミン触媒の触媒活性及びHFO安定性を評価するために、生成物11及び12を、例20における配合物2を使用して試験した。該試験方法は、例20及び21に示されたものと同じであった。これら2つ材料及びDabco(登録商標)2040の触媒使用レベルは、第14表に示されているのに対し、その安定性データは、第15表にまとめられている。双方の材料は、コントロールとしてのDabco(登録商標)2040と比べて、50℃で4週にわたるエージングで類似のHFO安定性を示した。
2つのスプレーフォームを、第11表に示された配合物2を使用して、例19に記載された方法により製造したが、しかし冷蔵室中の代わりに室温でスプレーした。2つの触媒パッケージ、パッケージ-1及びパッケージ-2を、それぞれ2つのスプレーフォームに使用した。2つの触媒パッケージ及びそれらの対応する組成物の使用レベルは、第16表にまとめられている。2つのフォーム試料の物理的性質は、密度、独立セル百分率及び脆砕性を含め、対応するASTM法により測定した。その性質、方法及び結果は、第17表にまとめられている。生成物5を含有する触媒パッケージ-1を用いて製造されたフォームは、DMIを含有する触媒パッケージ-2を用いて製造されたフォームと比べて、類似の密度及び独立セル百分率を示すが、しかし改善された脆砕性を示した。
ポリエステルスラブ材配合物を使用する軟質ポリウレタンフォームの製造
第18表に示されるポリエステルスラブ材配合物を、3.5倍スケールで使用して、水-アミンブレンドを、25mLガラスビーカー中で、Dabco 33-LV及び水、合計で12.46gを混合することによって製造した。別個の0.25L紙缶中で、該ポリオール、シリコーン界面活性剤及び該イソシアネート、合計で504.39gを、Indcoミキサー、モデルHSL-4を使用して、7.6cm混合ブレードを用いて約1000rpmで25秒間混合した。該水-アミンブレンドを該紙缶に添加し、かつそれぞれ個々の触媒を、0.25L紙缶中へはかり入れ(触媒の質量は、多様であり、かつ活性に合わせて用意された各触媒の最終使用レベルは、第19表にまとめられている)、かつ同じブレードを使用して約5000rpmで、6秒間混合した。この混合物をついで、紙バケツ(該バケツは、20.2cmの高さ及び15.5cmの底部直径及び21.8cmの上部直径を有する)中へ流し込み、標準ソフトウェアを備えたFOMATソナー装置(Format Messtechnik GmbH)下の中央に置き、高さ(mm)対時間(秒)の変化を、FOAMソフトウェアバージョン3.5/10を使用して測定した。該FOMATソフトウェアを使用して、その発泡物が該バケツの上端に達する際のTOC(top of the cup)を秒で測定することができる。
物理的性質及びエミッション試験
受け入れられるポリエステルスラブ材フォームを、本発明の4つの触媒を用いて、Dabco(登録商標)2039の工業的なコントロールと比較して、製造した。4つの全ての触媒は、類似のフォームライズプロファイルを実証した。生成物1B及び生成物5は、Dabco(登録商標)2039に比べて、第19表におけるそれらの使用レベルにより示されるように、より強い触媒活性を示した。フォームの物理的性質を、標準のASTM D3574試験プロトコルによって評価した。結果は第20表にまとめられている。実験用触媒を用いて製造されたフォームの全ての物理的性質は、Dabco(登録商標)2039を用いて製造されたフォームに匹敵していた。伸びの有意な改善が、生成物1Bで観察された。
Claims (18)
- ポリウレタンフォームを製造するための触媒組成物であって、
前記触媒組成物は、
下記a~cからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む、前記触媒組成物。
a.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1、R2及びR3のそれぞれが、式(I):
b.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1及びR2のそれぞれが、式(I):
c.一般式R1R2R3Nを有する化合物、ここで、R1が、式(I):
- 前記化合物が、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-メチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-エチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-プロピル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-ブチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-ペンチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-ヘキシル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-ヘプチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-オクチル-アミン、N,N-ビス(3-イミダゾリルプロピル)-N-(2-エチルヘキシル)-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-エチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-プロピル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ブチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ペンチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘキシル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘプチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-オクチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-(2-エチルヘキシル)-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-エチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-プロピル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ブチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ペンチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘキシル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘプチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-オクチル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-(2-エチルヘキシル)-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-エチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-プロピル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-ブチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-ペンチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘキシル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-ヘプチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-オクチル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-(2-エチルヘキシル)-アミン、N-(3-イミダゾリルプロピル)-N-ベンジル-N-メチル-アミン、N,N-ビス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ベンジル-アミン、N,N-ビス(3-(3-メチルイミダゾリル)プロピル)-N-ベンジル-アミン、N,N-ビス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-N-ベンジル-アミン、N,N,N-トリス(3-イミダゾリルプロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2-メチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2,3-ジメチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2,3,4-トリメチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、ビス(3-(2-エチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(3-エチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(2,3-ジエチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、N,N,N-トリス(3-(2-エチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(3-エチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2,3-ジエチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、ビス(3-(2-プロピルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(3-プロピルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(2,3-ジプロピルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(2-ブチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(3-ブチルイミダゾリル)プロピル)-N-メチル-アミン、ビス(3-(2,3-ジブチルイミダゾイル)プロピル)-N-メチル-アミン、N,N,N-トリス(3-(3-ブチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2-ブチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、N,N,N-トリス(3-(2,3-ジブチルイミダゾリル)プロピル)-アミン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。
- 第一級ヒドロキシル基、第二級ヒドロキシル基、第一級アミン基、第二級アミン基、尿素基又はアミド基を含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性基を有する少なくとも1種の第三級アミンをさらに含み;
前記第三級アミンが、N,N-ビス(3-ジメチルアミノプロピル)-N-イソプロパノールアミン、N,N-ジメチルアミノエチル-N′-メチルエタノールアミン、N,N,N′-トリメチルアミノプロピルエタノールアミン、N,N-ジメチルエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N,N-ジメチル-N′,N′-2-ヒドロキシ(プロピル)-1,3-プロピレンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、(N,N-ジメチルアミノエトキシ)エタノール、メチル-ヒドロキシ-エチル-ピペラジン、ビス(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)アミン、N,N-ジメチルアミノプロピル尿素、ジエチルアミノプロピル尿素、N,N′-ビス(3-ジメチルアミノプロピル)尿素、N,N′-ビス(3-ジエチルアミノプロピル)尿素、ビス(ジメチルアミノ)-2-プロパノール、6-ジメチルアミノ-1-ヘキサノール、N-(2-ヒドロキシプロピル)イミダゾール、及びN-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール、2-[N-(ジメチルアミノエトキシエチル)-N-メチルアミノ]エタノール、N,N-ジメチルアミノエチル-N′-メチル-N′-エタノール、ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N,N′-トリメチル-N′-3-アミノプロピル-ビス(アミノエチル)エーテル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。 - 前記化合物が、カルボン酸又はスルホン酸で酸ブロックされており;
前記カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ネオペンタン酸、ヘキサン酸、2-エチルヘキシルカルボン酸、ネオヘキサン酸、オクタン酸、ネオオクタン酸、ヘプタン酸、ネオヘプタン酸、ノナン酸、ネオノナン酸、デカン酸、ネオデカン酸、ウンデカン酸、ネオウンデカン酸、ドデカン酸、ネオドデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、安息香酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、グリコール酸、乳酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、及びサリチル酸からなる群から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。 - さらなる触媒材料をさらに含み;
前記さらなる触媒材料が、カリウムアクリレート、テトラメチルアンモニウムアクリレート、テトラエチルアンモニウムアクリレート、テトラプロピルアンモニウムアクリレート、テトラブチルアンモニウムアクリレート、カリウムメタクリレート、テトラメチルアンモニウムメタクリレート、テトラエチルアンモニウムメタクリレート、テトラプロピルアンモニウムメタクリレート、テトラブチルアンモニウムメタクリレート、モノ-カリウムフマレート、ビス-カリウムフマレート、モノ-テトラメチルアンモニウムフマレート、ビス-テトラメチルアンモニウムフマレート、カリウムテトラメチルアンモニウムフマレート、モノ-テトラエチルアンモニウムフマレート、ビス-テトラエチルアンモニウムフマレート、カリウムテトラエチルアンモニウムフマレート、モノ-テトラプロピルアンモニウムフマレート、ビス-テトラプロピルアンモニウムフマレート、カリウムテトラプロピルアンモニウムフマレート、モノ-テトラブチルアンモニウムフマレート、ビス-テトラブチルアンモニウムフマレート、カリウムテトラブチルアンモニウムフマレート、モノ-カリウムマレエート、ビス-カリウムマレエート、モノ-テトラメチルアンモニウムマレエート、ビス-テトラメチルアンモニウムマレエート、カリウムテトラメチルアンモニウムマレエート、モノ-テトラエチルアンモニウムマレエート、ビス-テトラエチルアンモニウムマレエート、カリウムテトラエチルアンモニウムマレエート、モノ-テトラプロピルアンモニウムマレエート、ビス-テトラプロピルアンモニウムマレエート、カリウムテトラプロピルアンモニウムマレエート、モノ-テトラブチルアンモニウムマレエート、ビス-テトラブチルアンモニウムマレエート、カリウムテトラブチルアンモニウムマレエート、トリメチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムアクリレート、トリエチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムアクリレート、トリプロピル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムアクリレート、トリブチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムアクリレート、ジメチルベンジル(2-ヒドロキシプロピル)アンモニウムアクリレート、ジメチルベンジル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムアクリレート、トリメチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムメタクリレート、トリエチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムメタクリレート、トリプロピル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムメタクリレート、トリブチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムメタクリレート、ジメチルベンジル(2-ヒドロキシプロピル)アンモニウムメタクリレート、ジメチルベンジル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムメタクリレート、ビス-(トリメチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)マレエート、ビス-(トリエチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)マレエート、ビス-(トリプロピル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)マレエート、ビス-(トリブチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)マレエート、ビス-(ジメチルベンジル(2-ヒドロキシプロピル)アンモニウム)マレエート、ビス-(ジメチルベンジル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)マレエート、ビス-(トリメチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)フマレート、ビス-(トリエチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)フマレート、ビス-(トリプロピル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)フマレート、ビス-(トリブチル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)フマレート、ビス-(ジメチルベンジル(2-ヒドロキシプロピル)アンモニウム)フマレート、ビス-(ジメチルベンジル(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム)フマレート、
ギ酸カリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、カリウムブタノエート、カリウムペンタノエート、カリウムヘキサノエート、カリウムヘプタノエート、カリウムオクトエート、カリウム2-エチルヘキサノエート、カリウムデカノエート、酪酸カリウム、イソ酪酸カリウム、カリウムノナノエート、ステアリン酸カリウム、ナトリウムオクトエート、ステアリン酸リチウム、ナトリウムカプリオエート、リチウムオクトエート、2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムオクトエート溶液、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。 - 前記さらなる触媒材料が、0pphp超~20pphpの範囲内で存在する、請求項8に記載の触媒組成物。
- 前記触媒組成物が、R1、R2及びR3の少なくとも1つが式(I)による化合物である化合物の混合物を包含する、請求項1に記載の触媒組成物。
- 少なくとも1種の活性水素含有化合物と、少なくとも1種の発泡剤と、請求項1に記載の触媒組成物との接触生成物を含む、ポリウレタン組成物。
- 第三級アミンをさらに含む、請求項11に記載のポリウレタン組成物。
- 少なくとも1種のセル安定剤、少なくとも1種の難燃剤、少なくとも1種の鎖延長剤、少なくとも1種のエポキシ樹脂、少なくとも1種のアクリル樹脂、少なくとも1種の充填剤、及び少なくとも1種の顔料から選択される、少なくとも1種の添加剤をさらに含む、請求項11に記載のポリウレタン組成物。
- 前記触媒組成物が、前記少なくとも1種の活性水素含有化合物100質量部あたり0.05~20質量部の量で存在する、請求項11に記載のポリウレタン組成物。
- 請求項11に記載のポリウレタン組成物から形成された、ポリウレタンフォーム製品。
- 前記フォームが軟質フォームである、請求項15に記載のポリウレタンフォーム製品。
- 前記フォームが硬質フォームである、請求項15に記載のポリウレタンフォーム製品。
- 有機ポリイソシアネート及びポリオールを、発泡剤、セル安定剤及び請求項1に記載の触媒組成物の存在下で反応させることによって、ポリウレタンフォームを製造する方法。
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