JPH09176059A - 1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン及び2−メチルブタンからなる共沸混合物様組成物 - Google Patents
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン及び2−メチルブタンからなる共沸混合物様組成物Info
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Abstract
ある新規な共沸組成物を提供する。 【解決手段】a)約65〜約81重量%の1,1,1,
3,3−ペンタフルオロプロパン、及び b)約19〜約35重量%の2−メチルブタンから実質
的になり、1気圧で約7℃の沸点を有する共沸組成物。
Description
物、前記共沸組成物を用いてフォームを製造する方法、
及び前記共沸組成物を用いて製造されたフォームに関す
る。
クロロモノフルオロメタン(CFC−11)及び他のク
ロロフルオロカーボンを発泡剤として用いることは周知
である。前記CFC発泡剤が大気中のオゾン層に悪影響
を及ぼすことも公知である。そのため、ウレタンフォー
ム工業では、CFC発泡剤を用いずに物理的特性に優れ
たフォームを製造する方法が研究されている。当初は、
最も有望な代替物として水素を含むクロロフルオロカー
ボン(HCFC)が注目を集めた。例えば、米国特許発
明明細書第4,076,644号には、ポリウレタンフ
ォーム製造用の発泡剤として1,1−ジクロロ−2,
2,2−トリフルオロエタン(HCFC−123)と
1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン(HCFC−1
41b)の使用が開示されている。しかしながら、HC
FCにもいくらかオゾン破壊能がある。従って、CFC
だけでなくHCFCに対しても代替物を見出さなければ
ならない。オゾンを破壊する塩素を含んでいないため現
在有望と考えられている代替発泡剤は、フロロカーボン
(FC)であり、特にフッ素化炭化水素(HFC)であ
る。1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロブタンを
発泡剤として用いることは、ランバーツ著「1,1,
1,4,4,4−ヘキサフルオロブタン、硬質PURフ
ォーム用の新しいオゾン非破壊発泡剤」、ポリウレタン
世界会議1991(9月24〜26日)、734〜73
9頁に開示されている。
号には、液体炭化水素とハロゲン化炭化水素の混合物が
イソシアヌレートフォームの製造用の発泡剤として有用
である旨教示されている。沸点が74〜120°Fのク
ロロフルオロカーボンと分子量が88以下のアルカン酸
アルキルの混合物をフォーム用発泡剤として用いること
は、米国特許発明明細書第4,960,804号に記載
されている。前記米国特許発明明細書中には、クロロフ
ルオロカーボンのうち、HCFC−123とHCFC−
141bが開示されている。米国特許発明明細書第5,
035,833号には、硬質ポリウレタンフォームの製
造に有用な発泡剤として、ジクロロトリフルオロエタン
と5または6個の炭素原子を有する少なくとも1種のパ
ラフィンとの混合物の使用が開示されている。米国特許
発明明細書第5,096,933号には、発泡剤として
シクロペンタン、シクロヘキサンを使用するまたはシク
ロペンタンとシクロヘキサンを併用する硬質ポリウレタ
ンフォームの製造方法が開示されている。4個以下の炭
素原子を有する低沸点化合物(即ち、沸点が35℃以
下)のうち、シクロペンタン及び/またはシクロヘキサ
ンと均一に混和するものは、いずれも任意に併用するこ
とができる。
びHCFCと併用可能な有機化合物の共沸混合物も、フ
ォーム製造に有用な発泡剤として先行技術に記載されて
いる。米国特許発明明細書第4,900,365号に
は、例えば、ジクロロトリフルオロエタンとイソペンタ
ンの共沸混合物が、ポリウレタンフォームの製造に有用
である旨教示されている。米国特許発明明細書第5,1
06,527号には、2−メチルブタンと1,1−ジク
ロロ−1−フルオロエタンの共沸混合物を、硬質独立気
泡フォームの製造に発泡剤として用いることが開示され
ている。米国特許発明明細書第5,166,182号に
教示されている共沸混合物は、沸点が50℃未満でなけ
ればならない。前記共沸混合物は、配合された共沸混合
物をポリマー樹脂と混和させる界面活性特性を有する有
機化合物から形成される。この種の共沸混合物の製造に
有用であるとされている有機化合物の例としては、n−
ペンタン、アセトン、メチルアルコール、蟻酸メチル、
蟻酸エチル、エチルアルコール、2−メチルブタン、ニ
トロメタン、シクロペンタン、2,3−ジメチルブタ
ン、2,2−ジメチルブタン及び硫化ジメチルが挙げら
れる。前記共沸混合物はフルオロカーボンと併用可能で
あるが、フルオロカーボンを一成分とする共沸混合物は
教示も示唆もされていない。
号には、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロパ
ンと5または6個の炭素原子を含有する炭化水素とから
なる共沸混合物様組成物が開示されている。米国特許発
明明細書第5,283,003号には、少なくとも1種
の5炭素炭化水素、塩素化アルカン及び蟻酸メチルから
なる発泡剤が開示されている。塩化メチレンが好適な塩
素化アルカンである。HCFCを含む共沸混合物が洗浄
溶剤として有用であることも公知である。米国特許発明
明細書第4,055,507号には、この種の溶剤とし
て、例えば、1,2−ジクロロ−1,1−ジフルオロエ
タンと3−メチルペンタンとの共沸混合物が有用である
旨開示されている。日本国特許第1,141,995号
には、洗浄溶剤として有用な、67〜87重量%のHC
FC−123と13〜33重量%の2−メチルブタンと
の共沸混合物が開示されている。日本国特許第1,14
1,996号には、HCFC−141bとn−ペンタン
または2−メチルブタンまたは2,2−ジメチルブタン
との共沸混合物が開示されており、洗浄溶剤として有用
である旨教示されている。
な共沸組成物を提供することである。さらに、本発明の
目的は、塩素を含まないため、オゾン破壊能がゼロであ
る共沸組成物を提供することでもある。塩素不含発泡剤
を用いてウレタンフォームを製造する方法を提供するこ
とも本発明の目的である。本発明の別の目的は、塩素含
有発泡剤を用いずに製造した優れた物理的特性を有する
ポリウレタンフォームを提供することである。
発明の共沸組成物にて達成されるのである。前記共沸組
成物は、約65〜約81重量%の1,1,1,3,3−
ペンタフルオロプロパンと約19〜約35重量%の2−
メチルブタンからなるものである。前記共沸組成物は、
イソシアネートとイソシアネート反応性物質を含むフォ
ーム形成混合物に混入される。前記共沸組成物を用いて
製造されたフォームは、優れた物理的特性を特徴とす
る。本発明は、硬質フォームの製造に特に有用な共沸組
成物に関するものである。前記共沸組成物は、溶剤洗浄
用途にも使用可能である。特に、本発明は、共沸組成物
の総量に対して約65〜約81重量%(50〜70モル
%)の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンと
約19〜約35重量%(30〜50モル%)の2−メチ
ルブタン(イソペンタンとしても公知)から実質的にな
る共沸混合物様組成物に関する。
チルブタン(沸点=28.0℃)と1,1,1,3,3
−ペンタフルオロプロパン(沸点=15.3℃)であ
る。1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンは、
R−245faとしても当業者に公知である。本発明の
組成物に用いられる2−メチルブタンは、通常の市販の
純度(即ち、少なくとも純度95%の2−メチルブタ
ン)であればよい。約65〜約81重量%の1,1,
1,3,3−ペンタフルオロプロパンと約19〜約35
重量%の2−メチルブタンからなる組成物は、この範囲
内の組成物が実質的に一定の沸点を示す点で共沸性であ
る。このように実質的に一定の沸点(1気圧にて約7
℃)を有するため、該混合物には蒸発に際して多少なり
とも分留するような傾向は認められない。蒸発後、蒸気
相の組成と当初の液相の組成との間にはごくわずかな差
異しか存在しない。この差異が非常に小さいため、蒸気
相の組成と液相の組成は実質的に同一であると認められ
る。従って、上述の範囲内に含まれる混合物であれば、
実際に二成分共沸混合物に特徴的な特性を示すのであ
る。約69〜約77重量%の1,1,1,3,3−ペン
タフルオロプロパンと約23〜約31重量%の2−メチ
ルブタンから実質的になる共沸組成物が、特に好適な共
沸組成物である。73重量%の1,1,1,3,3−ペ
ンタフルオロプロパンと27重量%の2−メチルブタン
から実質的になる組成物が、後述の検量方法の精度の範
囲内にて、実際に沸点が約7.0℃の二成分共沸混合物
として得られている。
ルブタンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパ
ンの混合物の液相中に含まれる2−メチルブタンのモル
フラクションに対して、蒸気相中に含まれる2−メチル
ブタンのモルフラクションをプロットしたものである。
前記モルフラクションは、詳細に後述するが、ガスクロ
マトグラフィーにより測定し、検量線を用いて定量的に
補正を行ったものである。モルフラクション曲線が傾き
1かつ切片0の直線と交わる点が、定義上、二成分共沸
組成である。ガスクロマトグラフィーの結果を検量する
のに使用する検量線は、以下のように作成した。2−メ
チルブタンと1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロ
パンの一連の混合物を、2−メチルブタンを0から10
0モル%まで10%ずつ増量して調製した。各混合物に
おける1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの
モル%は、100モル%から2−メチルブタンのモル%
を差し引いた残分である。まず、各混合物をガスクロマ
トグラフ(「GC」)に注入し、実際のモル濃度に対し
て相対ピーク面積を補正した。前記操作は、各混合物の
試料を2つずつ用意し各試料を2回ずつ測定して行っ
た。このデータから検量線を作成し、共沸組成の誤差範
囲を決めるのに用いる95%の信頼区間を求めた。
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンと2−メ
チルブタンの相対モル量を、2工程プロセスで求めた。
第一工程では、2−メチルブタンを単独で反応器へ投入
した。続いて1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロ
パンを、グラフ中のデータポイントの通り一定量ずつ反
応器へ添加した。1,1,1,3,3−ペンタフルオロ
プロパンを添加するごとに、反応器の内容物を0℃の還
流凝縮器を用いて10〜15分間還流させ、乾燥チュー
ブを通して大気中へ開放させた。定常状態へ達した後、
液相と蒸気相の試料を試料口より採取した。反応器内に
て液相の温度を測定し、反応器と凝縮器の間にて蒸気相
の温度を測定した。同じ試料を2つ用意してGCへ注入
し、相対ピーク面積を記録した。この相対ピーク面積を
検量線を用いてモルフラクションに変換した。第二工程
では、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを
反応器へ投入した。続いて、2−メチルブタンをグラフ
中のデータポイントの通り一定量ずつ添加した。次いで
反応器の内容物を加熱し、上述の第一工程と同様に試料
を採取、分析した。データをプロットし、得られたグラ
フを図に示した。共沸混合物は、沸点において、液相の
成分と蒸気相の成分の濃度が同一である液体混合物と定
義される。モルフラクションのプロットが傾き1かつ切
片0の直線と交わる点が、共沸組成を示すと考えられ
る。
ームの製造において塩素不含発泡剤として特に有用であ
る。本発明の共沸組成物にて製造されたフォームは、R
−356またはR−245fa単独にて得られたフォー
ムとほぼ同一の密度と、比較的低いK−ファクターを有
し、共沸混合物の平均分子量が低いため、より少量のハ
イドロフルオロカーボンにて同一の密度を得ることがで
きる。 a)イソシアネート反応性物質とb)有機ポリイソシア
ネートを、本発明の共沸組成物の存在下、任意に触媒ま
たは他の公知の添加剤の存在下にて反応させることによ
り、本発明の共沸組成物にてフォームを製造することが
できる。公知のイソシアネート反応性物質は、いずれも
本発明によるフォームの製造に使用可能である。本発明
による硬質フォームの製造には、好ましくはポリエーテ
ルポリオールを用いる。官能価が約3〜約4であり、分
子量が少なくとも約149、好ましくは約149〜約1
500、最も好ましくは約300〜約800であるアミ
ン出発ポリエーテルポリオールが特に好適である。前記
アミンに基づくポリオールは、アミン、ポリアミンまた
はアミノアルコール及び任意に他の出発物質(水は含ん
でも含まなくてもよい)を、プロピレンオキシド及び任
意にエチレンオキシドと、アルカリ触媒の存在下にて反
応させて得られる。次いで生成物を酸、好ましくはヒド
ロキシカルボン酸で処理し、アルカリ触媒を中和する。
米国特許発明明細書第2,697,118号には、この
種のアミン出発ポリオールの適切な製造方法が開示され
ている。
モニア、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ヘ
キサメチレンジアミン、トルエンジアミン等のアミン、
並びにアミノアルコールが挙げられる。アミノアルコー
ル、特にモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、
及びトリエタノールアミンが好適な出発物質である。ア
ミン出発物質は、エチレンオキシドと反応させてもよい
が、プロピレンオキシドと反応させるのが好適である。
エチレンオキシドを使用する場合には、使用するアルキ
レンオキシドの総量に対して100重量%までの量にて
用いることができる。プロピレンオキシドは、通常使用
するアルキレンオキシドの総量に対して約40〜約10
0重量%、好ましくは約60〜約100重量%の量にて
用いられる。使用するアルキレンオキシドの総量は、生
成ポリオールの平均分子量(即ち、数平均分子量)が少
なくとも約149、好ましくは約149〜約1500と
なるように選択する。アミンに基づくポリエーテルポリ
オールは、フォーム形成混合物の総量に対して約20〜
約70重量%、好ましくは約40〜約50重量%の量に
てフォーム形成混合物中に含まれる。
あることが公知の他のポリエーテルポリオール(即ち、
アミンに基づかないポリエーテルポリオール)並びにポ
リエステルポリオールも、本発明に用いることができ
る。アミン出発ポリオールをアミンに基づかないポリオ
ールと併用するのが特に好適である。このような混合物
を使用する場合は、アミン出発ポリオールは通常少なく
とも20重量%、好ましくは約50〜約80重量%の量
にて含まれる。アミン出発ポリオールがアミノアルコー
ルに基づく場合は、官能価が約2〜約3(好ましくは約
2〜約2.5)であり分子量(末端基分析より求めた数
平均分子量)が約180〜約900、好ましくは約30
0〜約600のポリエステルポリオールを、ポリオール
の総量に対して約5〜約50重量%、最も好ましくは約
15〜約35重量%の量にてポリオール混合物中に含む
のが好適である。
ネート、または公知の有機イソシアネートから調製され
たイソシアネート末端プレポリマーは、いずれも本発明
に用いることができる。適切なイソシアネートには、芳
香族、脂肪族、及び脂環式ポリイソシアネート並びにこ
れらの混合物が含まれる。有用なイソシアネートには、
m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイ
ソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート、
2,6−トルエ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、1,4−ヘキサメチレンジイ
ソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネー
ト、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、ヘキサ
ヒドロトルエンジイソシアネート及びその異性体、イソ
ホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイ
ソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、
1−メチルフェニル−2,4−フェニルジイソシアネー
ト、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、
2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,
4’−ビフェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメ
トキシ−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート並び
に3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソ
シアネート等のジイソシアネート、2,4,6−トルエ
ントリイソシアネート等のトリイソシアネート、4,
4’−ジメチルジフェニルメタン−2,2’,5,5’
−テトライソシアネートやポリメチレンポリフェニルポ
リイソシアネート等のポリイソシアネートが含まれる。
用できる。トルエンジアミンの混合物をホスゲン化して
得られる粗製トルエンジイソシアネートや粗製ジフェニ
ルメタンジアミンをホスゲン化して得られるジフェニル
メタンジイソシアネート(重合体MDI)は、適切な粗
製ポリイソシアネートの例である。適切な未蒸留または
粗製ポリイソシアネートは米国特許発明明細書第3,2
15,652号に開示されている。変性イソシアネート
はジイソシアネート及び/またはポリイソシアネートの
化学反応にて得られる。本発明に有用な変性イソシアネ
ートには、エステル基、尿素基、ビウレット基、アロフ
ァネート基、カルボジイミド基、イソシアヌレート基、
ウレトジオン基及び/またはウレタン基を含有するイソ
シアネートが含まれる。変性イソシアネートの好適な例
としては、NCO基を含有しかつNCO含有量が約25
〜約35重量%、好ましくは約28〜約32重量%であ
るプレポリマーが挙げられる。ポリエーテルポリオール
またはポリエステルポリオールとジフェニルメタンジイ
ソシアネートに基づくプレポリマーが特に好適である。
前記プレポリマーの製造方法は当該技術分野にて公知で
ある。
イソシアネートは、ポリウレタンを架橋させる能力のた
め、メチレン架橋ポリフェニルポリイソシアネート及び
1分子当たりの平均官能価が約1.8〜約3.5(好ま
しくは約2.0〜約3.1)でありNCO含有量が約2
5〜約35重量%のメチレン架橋ポリフェニルポリイソ
シアネートのプレポリマーである。硬質ポリウレタンフ
ォームの製造に有用な公知の触媒はいずれも本発明に用
いることができる。第三級アミン触媒が特に好適であ
る。適切な触媒の特定例としては、ペンタメチル−ジエ
チレントリアミン、N,N−ジメチル−シクロヘキシル
アミン、N,N’N”−ジメチルアミノ−プロピル−ヘ
キサヒドロトリアジン、テトラメチレンジアミン、テト
ラメチルブチレンジアミン、及びジメチルエタノールア
ミンが挙げられる。ペンタメチル−ジエチレントリアミ
ン、N,N’N”−ジメチル−アミノ−プロピル−ヘキ
サヒドロトリアジン及びN,N−ジメチル−シクロヘキ
シルアミンが特に好適である。本発明のフォーム形成混
合物に任意に含まれる物質には、鎖長延長剤、架橋剤、
界面活性剤、顔料、着色料、充填剤、酸化防止剤、難燃
剤及び安定化剤が含まれる。カーボンブラックが好適な
添加剤である。公知のイソシアネート反応性物質、有機
ポリイソシアネート、触媒及び整泡剤を本発明の共沸組
成物と共にフォームの製造に用いることができる。ポリ
ウレタンフォームを製造する公知の方法はいずれも本発
明に適用できる。適切な方法には、公知のワンショット
工法、プレポリマー工法またはセミプレポリマー工法を
用いた各種反応体の反応が含まれる。
記載がない限り、実施例中の部及び%は全て重量に基づ
くものとする。
た。 ポリオールA:エチレンジアミン1モルとプロピレンオ
キシド5モルを反応させて得られたOH価が630のポ
リオール。 ポリオールB:グリセリン1モルとプロピレンオキシド
約3.3モルを反応させて得られたOH価が250のポ
リオール。 R−245fa:1,1,1,3,3−ペンタフルオロ
プロパン R−356:1,1,1,4,4,4,−ヘキサフルオ
ロブタン 2−MB:2−メチルブンタン TegostabB−8426:市販のポリシロキサンポリエー
テル共重合体(ゴールドシュミットケミカルコーポレー
ション製)。 DMCHA:ジメチルシクロヘキシルアミン ISO:NCO含有量が約27%の市販のポリメチレン
ポリフェニルポリイソシアネートプレポリマー(バイエ
ルコーポレーション製、モンデュール(Mondur)E−57
7)。
ず混合した。次いでこの混合物を、第1表のB成分に記
載の他の成分と第1表に記載の量にて混合した。次いで
ISO196.6部を、混合容器内で空気駆動型攪拌機
にてB成分と混合した。5秒間攪拌した後、反応混合物
を寸法14”×14”×3”のアルミニウム金型に注入
した。反応性時間、得られたフォームの密度及びK−フ
ァクターを測定した。測定結果を第1表に示す。
質を用いて実施例1に記載の手順を繰り返した。使用物
質、各物質の使用量及び得られたフォームの特性を第1
表に示す。
の物質を用いて実施例1に記載の手順を繰り返した。使
用物質、各物質の使用量及び得られたフォームの特性を
第1表に示す。
載してきたが、このような詳細は単に発明を明らかにす
るためのものにすぎず、当業者であれば、特許請求の範
囲で制限される範囲を除いて、本発明の思想及び範囲か
らはずれることのない様々な態様も実施可能である。
ルブタン(i−ペンタン)と1,1,1,3,3−ペン
タフルオロプロパンとの混合物の液相中に含まれる2−
メチルブタンのモルフラクションに対して、蒸気相中に
含まれる2−メチルブタンのモルフラクションをプロッ
トしたものである。
Claims (7)
- 【請求項1】a)約65〜約81重量%の1,1,1,
3,3−ペンタフルオロプロパン、及び b)約19〜約35重量%の2−メチルブタンから実質
的になり、1気圧で約7℃の沸点を有する共沸組成物。 - 【請求項2】a)約69〜約77重量%の1,1,1,
3,3−ペンタフルオロプロパン、及び b)約23〜約31重量%の2−メチルブタンから実質
的になる請求項1に記載の共沸組成物。 - 【請求項3】a)約73重量%の1,1,1,3,3−
ペンタフルオロプロパン、及び b)約27重量%の2−メチルブタンから実質的になる
請求項1に記載の共沸組成物。 - 【請求項4】 ポリイソシアネートとイソシアネート反
応性物質を、請求項1に記載の共沸組成物の存在下にて
反応させることからなるポリウレタンフォームの製造方
法。 - 【請求項5】 イソシアネート反応性物質が、官能価が
約3〜約4でありかつ分子量が少なくとも149である
アミン出発ポリエーテルポリオールである請求項4に記
載の方法。 - 【請求項6】 ポリイソシアネートを、メチレン架橋ポ
リフェニルポリイソシアネート及びNCO含有量が約2
5〜約35%のメチレン架橋ポリフェニルポリイソシア
ネートのプレポリマーから選択する請求項5に記載の方
法。 - 【請求項7】 ポリイソシアネートを、メチレン架橋ポ
リフェニルポリイソシアネート及びNCO含有量が約2
5〜約35%のメチレン架橋ポリフェニルポリイソシア
ネートのプレポリマーから選択する請求項4に記載の方
法。
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