JP7472221B2 - ポリウレタン系フォーム用の乳化剤 - Google Patents
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Description
異なる疎水性もしくは極性またはポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン含有量、分子量ならびに構造から製造されたポリウレタンフォームは、緩衝材(例えばマットレス、枕および座席用クッションなど)から包装、断熱および防音、医療用途ならびに自動車におけるカーペットパディングに及ぶ多岐にわたる用途で使用される。ポリオールの異なる疎水性、分子量および構造は、軟質ポリウレタンフォームの製造時に、予混合システムの相分離およびフォーム加工問題、例えばピンホール、裂け目、バンディング、欠陥およびフォーム崩壊などを引き起こす。相分離の問題および加工の困難さは、脂肪アルコールエトキシレートをその場でまたはポリオール混合物もしくはブレンド成分の安定で均質な一相ブレンドで使用可能にすることで解決される。
本発明は、あらゆる状態で安定なポリオール組成物を提供することによって上記の問題を解決し、これらの組成物は、少なくとも24時間、場合によっては6ヶ月を超えて、他の多くの目的および利益の内において安定である。
a)ポリオキシエチレン含有量が異なる少なくとも2種のポリオールと、
b)触媒と、
c)以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C1~C31線状または分岐状アルキルであり、
nは、1以上の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールと
を含むポリオール混合物を提供し、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する。
a)ポリオキシエチレン含有量が異なる少なくとも2種のポリオールと、
b)触媒と、
c)以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状または分岐状アルキルであり、
nは、1以上10以下の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールと
を含むポリオール混合物を提供し、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する。
a)天然資源から誘導された少なくとも1種のポリオール、およびポリオキシレンまたはポリマーポリオールを含有し、スチレンアクリロニトリル(SAN)もしくはポリウレア分散液(PHD)もしくはポリイソシアネート-ポリオール付加タイプ(PIPA)もしくは他の有機もしくは無機充填剤のような化学充填剤タイプの基剤を伴う第二のポリオールと、
b)触媒と、
c)以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状アルキルであり、
nは、1以上10以下の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールと
を含むポリオール混合物を開示し、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する。
a)少なくとも1種のポリオキシプロピレン系ポリオールと、ポリオキシエチレン系ポリオールと、以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C1~C31線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールとを組み合わせる工程であって、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する、工程と、
b)安定な一相混合物が形成されるまで工程a)の混合物を混合する工程と
を含む、上記ポリオール混合物を製造する方法を提供する。
a)少なくとも1種のポリオキシプロピレン系ポリオールと、ポリオキシエチレン系ポリオールと、以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上10以下の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールとを組み合わせる工程であって、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する、工程と、
b)安定な一相混合物が形成されるまで工程a)の混合物を混合する工程と
を含む、上記ポリオール混合物を製造する方法を提供する。
a)少なくとも1種のポリオキシプロピレン系ポリオールおよび/またはポリオキシエチレン系ポリオールを、天然資源系ポリオールおよび以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上10以下の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールとを組み合わせる工程であって、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、約3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する、工程と、
b)安定な一相混合物が形成されるまで工程a)の混合物を混合する工程と
を含む、上記ポリオール混合物を製造する方法を提供する。
a)上記に開示されたポリオール混合物、少なくとも1種の発泡剤、少なくとも1種のアミン触媒、少なくとも1種の金属触媒および少なくとも1種のシリコーン界面活性剤を含むプレミックスを形成する工程と、
b)プレミックスを、イソシアネート指数が約80~約150の少なくとも1種のイソシアネートと接触させる工程と
を含む、ポリウレタンフォームを調製する方法を提供する。
本発明は、式Aとして以下で示される、異なるポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン含有量のポリオールと、少なくとも1種のエトキシル化アルコールとを含むポリオール混合物に関する。この混合物は、少なくとも24時間、場合によっては6ヶ月を超えて、またはそれより長い期間にわたって撹拌せずとも安定であり続けることができる。式Aのエトキシル化アルコールを用いて調製されたフォームは、より高いエアフロー、より良好な耐荷重性、より良好な分布をもたらす軟質発泡機に及ぼす改善された性能および改善された反応性を有するという追加の利点を有する。
本発明の少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、以下の式A:
RO(CH2CH2O)nH A
[式中、Rは、C1~C31線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上10以下の整数であることを含む]で示され、この化合物は、約3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する。
HLB=20×Mh/M
[式中、Mhは、分子の親水性部分の分子量であり、Mは、分子全体の分子量であり、0~20の任意のスケールで結果が示される]。
HLB=20×Mh/M=20×1761/1944=18.1
[式中、Mhは、親水性部分(CH2CH2O)40Hの分子量であり、Mは、分子全体の分子量である]。
安定な一相混合物のままではない、異なる分子量またはポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン含有量のポリオールが本発明において使用され得る。
ポリオール(A)は、平均2~4個のヒドロキシル基および2500~5000の分子量を有するポリエーテルポリオールである。本発明での使用に適したポリオールには、非限定的な例として、ポリエーテルおよびポリエステルポリオールが含まれる。ポリアルキレンエーテルポリオールには、ポリ(エチレンオキシド)およびポリ(プロピレンオキシド)ポリマーなどのポリ(アルキレンオキシド)ポリマー、ならびにジオールおよびトリオールを含む多価化合物から誘導された末端ヒドロキシル基を有するコポリマーが含まれる。これらには、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、ペンタエリスリトール、グリセロール、ジグリセロール、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジオール、およびスクロースなどの糖類が含まれるが、これらに限定されない。
ポリオール(B)は、「ポリマーポリオール」であり、本発明に従って使用するためのポリオール成分中に含まれていてもよい。ポリマーポリオールは、フォームの耐変形性を増加させるために、例えばフォームの耐荷重性を向上させるために、ポリウレタンフォーム中で使用することができる。ポリウレタンフォームの耐荷重要件に応じて、ポリマーポリオールは、全ポリオール含有量の0~約80重量%を構成してもよい。ポリマーポリオールの例としては、グラフトポリオールおよびポリウレア変性ポリオール(これらは両方とも当該技術分野において公知であり、かつ市販されている)が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリオール(C)は、平均2~3個のヒドロキシ基および100~2000の分子量を有するポリエーテルポリオールである。
ポリオール(D)は、再生可能な天然資源に基づくポリオールである。植物油の例としては、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、グレープシード油、ブラックキャラウェイ油、カボチャ種子油、ボリジシード油、木の胚芽、杏仁油、ピスタチオ油、アーモンド油、マカダミアナッツ油、アボカド油、シーバックソーン油、麻実油、ヘーゼルナッツ、マツヨイグサ油、ノバラ油、アザミ油、クルミ油、ヒマワリ油、ジャトロファ種子油からのもの、またはそれらの組合せが挙げられる。さらに、藻類などの生物から得られた油も使用され得る。動物性製品の例としては、ラード、牛脂、魚油およびそれらの混合物が挙げられる。植物系および動物系油/脂の組合せも使用され得る。ポリウレタンフォームの製造における使用のために、天然材料は、材料イソシアネート反応性基を与えるためにまたは材料上のイソシアネート反応性基の数を増加させるために変性され得る。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。天然油系ポリオールを調製するためにいくつかの化学物質が使用され得る。再生可能資源のそのような変性としては、例えば、エポキシ化、ヒドロキシル化、オゾン分解、エステル化、ヒドロホルミル化、またはアルコキシル化が挙げられる。
ポリオール(E)は、分子量が3000~6000、官能価が2~4で、40~80%のポリオキシレン含有量を有するポリオキシレンポリプロピレンポリオールである。
ポリウレタン業界で知られている様々なタイプの任意のフォームまたは気泡材料は、本発明の方法を用いて製造することができる。気泡性または非気泡性ポリウレタン配合物の典型的な成分としては、少なくとも1種のイソシアネート反応性ポリオールまたはその混合物、水などの少なくとも1種の発泡剤、少なくとも1種のポリイソシアネート、少なくとも1種のアミン触媒、少なくとも1種の金属触媒および少なくとも1種のシリコーン界面活性剤が挙げられる。他の添加剤および/または補助剤には、ポリウレタンの種類および用途に応じて、触媒、炭酸塩、硫酸塩、複素環式芳香族アミド、シリカ、相変化材料もしくは相間移動材料、アミン、再生可能な充填剤または熱可塑性充填剤が含まれ得るが、これらに限定されない。例えば、軟質ポリウレタンフォームは、典型的には、表1に示される成分を、示された量で含むであろう。表1に示される成分については、後で詳しく説明する。
NCO指数=[NCO/(OH+NH)]×100
によって表される。
本明細書に開示されるポリウレタン配合物は、ポリウレタンフォームの製造に知られているかまたは使用されている任意の触媒および触媒の組合せを含むことができる。有用な触媒の例としては、水酸化ナトリウム、酢酸ナトリウム、第三級アミン、またはトリメチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス-(ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス-(ジメチル-(アミノ-N-プロピル)-メチルアミン、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およびN、N-ジメチルアミノエタノールなどの第三級アミンを生成する物質が挙げられる。アルキルカルボン酸スズ、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジラウレートおよび第一スズオクトエートなどの金属化合物も適用可能である。例示的な触媒は、DABCO 33LV(登録商標)(Evonik Corp.)およびDABCO(登録商標)T-9(Evonik Corp.)である。必要に応じて、他の多くの種類の触媒を上記に列挙したものの代わりに用いることができる。典型的には、本発明によるフォームを製造するための触媒の添加量は、0超~約2pphp、より典型的には0超~約1pphp、最も典型的には0超~約0.5pphpの範囲になるであろう。しかしながら、任意の有効量を使用することができる。「pphp」という用語は、ポリオール100重量部当たりの重量部を意味する。
ポリウレタンフォームの製造は、重合中にポリウレタンマトリックスにボイドを生成させるための発泡剤を含ませることによって促進され得る。当該技術分野において公知の任意の発泡剤を使用することができる。適切な発泡剤としては、発熱重合反応中に蒸発する低沸点の化合物が挙げられる。そのような発泡剤は、一般的に不活性であり、ひいては重合反応中に分解または反応しない。不活性発泡剤の例としては、塩化メチレン、二酸化炭素、クロロフルオロカーボン、水素化フルオロカーボン、水素化クロロフルオロカーボン、アセトン、およびシクロペンタン、イソペンタン、n-ペンタンなどの低沸点炭化水素、ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。他の適切な発泡剤としては、イソシアネート化合物と反応してガスを生成する化合物、例えば水が挙げられる。
適切な有機イソシアネート化合物としては、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、フェニレンジイソシアネート(PDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、および4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の一態様において、2,4-TDI、2,6-TDI、またはそれらの任意の混合物を使用してポリウレタンフォームが製造される。他の適切なイソシアネート化合物は、「粗製MDI」として商業的に知られているジイソシアネート混合物である。一例は、Dow Chemical社からPAPIの名称で市販されており、他の異性体および類似の高級ポリイソシアネートと共に約60%の4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを含有する。
本発明によるフォームを製造するために、他の様々な成分を配合物に含めることができる。任意成分の例としては、気泡安定剤、架橋剤、鎖延長剤、顔料、充填剤、予備重合反応生成物およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。
実施例1
天然油-ポリオールとポリエーテルポリオールとの混合物の安定性
天然油ポリオールとポリエーテルポリオールとの混合物を、以下の手順を用いて室温(20~25℃)で調製した。1000mLのビーカーに、20~80gのポリオール(A)、0~60gのポリオールB、20~80gのポリオール(D)、触媒、界面活性剤、および試験される様々な量のエトキシル化アルコールを添加した。成分の量を表2に示す。次いで混合物を、直径90mmの機械撹拌器を用いて1150rpmで60秒間または均一な混合物が形成されるまで撹拌した。次いで混合物を20mLのガラスバイアルに移し、バイアルを6ヶ月まで静置した。混合物中の層分離についてバイアルを定期的に目視検査した。上記の現象が観察された場合、分散は不安定と記録する。観察されなかった場合、分散は安定していると記録した。安定性の結果を表3に列挙する。
異なる分子量およびポリオキシレン含有量を有するポリオールの安定性試験
実施例1の手順に従ってポリオール混合物を調製するために、異なるアルキル基、エトキシ単位、ひいては明確なHLB値を有するエトキシル化アルコールを用いた。ポリオール混合物中の成分の量を表4に示す。形成された混合物の安定性に及ぼすエトキシル化アルコールの効果を、実施例1の目視検査方法に従って比較し、その結果を表5に列挙する。試験した全てのエトキシル化アルコールは以下の式に適合する:
RO(CH2CH2O)nH[式中、Rは、線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上10以下の整数である]。
エトキシル化アルコールを含む場合と含まない場合のポリウレタンフォームの物性
ASTM 3574に従って物性を測定した。実施例1のサンプル1の物性を測定し、表6に示す。
実施例1の手順に従ってポリオールA50重量%とポリオールC50重量%とのポリオール混合物を調製するために、異なるアルキル基、エトキシ単位、ひいては明確なHLB値を有するエトキシル化アルコールを用いた。形成された混合物の安定性に及ぼす効果を、実施例1の目視検査方法に従って比較し、その結果を表7に列挙する。試験した全てのエトキシル化アルコールは以下の式に適合する:
RO(CH2CH2O)nH[式中、Rは、線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上10以下の整数である]。
Claims (5)
- a)ポリオキシエチレン含有量が異なる少なくとも2種のポリオールと、
b)触媒と、
c)以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状または分岐状アルキルであり、
nは、1以上の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールと
を含むポリオール混合物であって、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する(ただし、nが25以上であるエトキシル化アルコール、nが3でありかつHLB値が8.1であるエトキシル化トリメチルノナノール、nが10でありかつHLB値が16.1であるエトキシル化トリメチルノナノール、nが3でありかつHLB値が8.3であるC11~C15第2級アルコールエトキシレート、およびnが9でありかつHLB値が13.3であるC11~C15第2級アルコールエトキシレートを除く)、ポリオール混合物。 - 少なくとも1種のポリオールが、植物系または動物系の油脂から誘導され、第二のポリオールが、ポリエーテルポリオールまたはポリマーポリオールを含有する、請求項1記載のポリオール混合物。
- 以下の工程:
a)少なくとも1種のポリオキシプロピレン系ポリオールと、ポリオキシエチレン系ポリオールと、以下の式:RO(CH2CH2O)nH
[式中、Rは、C9~C15線状または分岐状アルキルであり、nは、1以上の整数である]の少なくとも1種のエトキシル化アルコールとを組み合わせる工程であって、ここで、少なくとも1種のエトキシル化アルコールは、3.7以上17.9以下の親水性-親油性バランス(HLB)値を有する(ただし、nが25以上であるエトキシル化アルコール、nが3でありかつHLB値が8.1であるエトキシル化トリメチルノナノール、nが10でありかつHLB値が16.1であるエトキシル化トリメチルノナノール、nが3でありかつHLB値が8.3であるC11~C15第2級アルコールエトキシレート、およびnが9でありかつHLB値が13.3であるC11~C15第2級アルコールエトキシレートを除く)、工程と、
b)安定な一相混合物が形成されるまで工程a)の混合物を混合する工程と
を含む、ポリオール混合物を調製する方法。 - ポリオキシプロピレン系ポリオールおよびポリオキシエチレン系ポリオールを、さらに植物系または動物系の油脂から誘導されるポリオールと組み合わせる、請求項3記載の方法。
- 以下の工程:
a)請求項1または2記載のポリオール混合物、少なくとも1種の発泡剤、少なくとも1種のアミン触媒、少なくとも1種の金属触媒、および少なくとも1種のシリコーン界面活性剤を含むプレミックスを形成する工程と、
b)プレミックスを、イソシアネート指数が80~150の少なくとも1種のイソシアネートと接触させる工程と
を含む、ポリウレタンフォームを調製する方法。
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