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JP2004503630A - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

軟質ポリウレタンフォームの製造方法 Download PDF

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JP2004503630A
JP2004503630A JP2002510570A JP2002510570A JP2004503630A JP 2004503630 A JP2004503630 A JP 2004503630A JP 2002510570 A JP2002510570 A JP 2002510570A JP 2002510570 A JP2002510570 A JP 2002510570A JP 2004503630 A JP2004503630 A JP 2004503630A
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JP2002510570A
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パルフォンドリ,アラン
ユー,ジャンミン
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ハンツマン・インターナショナル・エルエルシー
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
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    • C08G18/4837Polyethers containing oxyethylene units and other oxyalkylene units

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

MDIベースのポリイソシアネートとポリエーテルポリオールとを、|△Hm|少なくとも30J/g及びTm4℃で反応させることにより軟質ポリウレタンフォームを製造する方法。

Description

【0001】
本発明は軟質ポリウレタン及び特定の特性を有するフォームの製造方法に関する。
【0002】
さらに、特に本発明は、独特の特性を有するポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオールと高い、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−MDI)含量を有するポリイソシアネートとを用いて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法に関する。高いオキシエチレン(EO)含量を有するポリオール類と、高い4,4’−MDI含量を有するポリイソシアネートとから軟質フォームを製造する方法は、EP547765に開示されている。EP547765に見られる実施例はレジリエンスの低い低密度のフォームを与える。
【0003】
ともに継続中の出願WO 00/55232は、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、高いオキシエチレン含量を有するポリオール及び水を反応させて、軟質ポリウレタンフォームのような、成形されたポリウレタン材料を作る方法を開示する。
【0004】
継続中のPCT特許出願PCT/EP01/00553は、平均公称官能基数2〜6、平均当量重量(an average equivalent weight)750−5000、平均分子量2000−10000、オキシエチレン含量60−90重量%及び第一ヒドロキシ含量70−100%のポリエーテルポリオール80−100重量%を含むポリイソシアネート反応性組成物を用いて成形された軟質ポリウレタンフォームを作る方法に関する。
【0005】
驚くべきことに、特定の種類のポリオールを用いると、低密度で高いレジリエンスを示し、低い陥没(recession)と低いヒステリシス損失とそしてより多い連続気泡を有する安定したフォームを作ることができることがわかった。成形用モールドで作られたフォームは最初の成形が行われた後に外用の離型剤を適用しなくても容易に成形品を取り出すことができる。
【0006】
原料の粘度が低いため、フォームはより容易に作ることができる。さらに配合の範囲は広く、一般にフォーム特性はより低い密度においても許容できるもののままである。
【0007】
したがって本発明は、みかけ総密度15〜150kg/mを有する軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、水の存在下でポリイソシアネートとイソシアネート反応性組成物とを反応させることを含み、ここで反応がイソシアネートインデックス50〜130で行われ、ポリイソシアネートが、
a)少なくとも40重量%、好ましくは少なくとも60重量%、最も好ましくは85重量%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート及び/又は前記ジフェニルメタンジイソシアネートの誘導体(前記誘導体は、少なくとも20重量%のNCO価を有する)を含む、80〜100重量%のジフェニルメタンジイソシアネート(ポリイソシアネートa))と、そして
b)20〜0重量%の他のポリイソシアネート(ポリイソシアネートb))
から成り、
そしてここでイソシアネート反応性組成物が、
a)平均公称官能基数2〜8、平均当量重量750〜5000、平均分子量2000〜12000、ポリエーテルポリオールの重量を基準として計算したオキシエチレン(EO)含量20〜90重量%、融解エンタルピー|△Hm|少なくとも30J/g、及び融解温度Tm4℃以上を有する、10〜100重量%、好ましくは30〜100重量%、さらに最も好ましくは50〜100重量%のポリエーテルポリオール(ポリオールa))(オキシエチレン含量60〜90重量%で、第1級ヒドロキシル含量70〜100%であるポリオールを除き、及びオキシエチレン含量少なくとも50重量%で、ランダムなポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール類であるポリオール類を除く)と、及び
b)90〜0重量%、好ましくは70〜0重量%そして最も好ましくは50〜0重量%の1以上の他のイソシアネート反応性化合物類(イソシアネート反応性化合物b))(水を除く)
から成ることを特徴とする、前記製造方法に関する。
【0008】
フォームは見かけ総密度15〜150kg/m(ISO845)、好ましくは25〜60kg/m、及びレジリエンス(ISO8307)45〜80%、好ましくは50〜80%、最も好ましくは55〜80%である。
【0009】
本発明の内容において以下の用語は以下のような意味を有する。
1)イソシアネートインデックスまたはNCOインデックスまたはインデックス:配合内に存在するイソシアネート反応性水素原子に対するNCO基の割合、以下のように百分率で与えられる:
[NCO]×100/[活性水素](%)
換言すれば、NCOインデックスとは、配合内で用いられる量のイソシアネート反応性水素と反応するのに必要なイソシアネートの理論量に関して、配合内で用いられるイソシアネートの実際の百分率を表す。
【0010】
ここで用いるイソシアネートインデックスは、実際のフォーミング工程はイソシアネート成分及びイソシアネート反応性成分を含むという観点から考慮すべきである。変性ポリイソシアネート類(当業者間でプレポリマー類と称されるイソシアネート誘導体を包含する)を製造する予備工程で消費されるイソシアネート基あるいは予備工程で消費される活性水素(例えばイソシアネートと反応して変性ポリオール類またはポリアミン類を形成する等)も、イソシアネートインデックスの計算において考慮しなくてもよい。実際のフォーミングステージに存在する遊離イソシアネート基と遊離イソシアネート反応性水素(水の水素も含む)のみを考慮すればよい。
【0011】
2)ここで「イソシアネート反応性水素原子」なる表現は、イソシアネートインデックスを計算する目的で用い、反応性組成物中に存在するヒドロキシル基及びアミン基の活性水素原子の総数を表す、;これは、実際のフォーミング工程におけるイソシアネートインデックスを計算する目的のためには、1のヒドロキシル基は1の反応性水素を含むと考え、1の第1級アミン基は1の反応性水素を含むと考え、そして1の水分子は2つの活性水素を含むと考えることを意味する。
【0012】
3)反応系:構成成分の組み合わせであって、ここでポリイソシアネート類はイソシアネート反応性成分から分離して1以上の容器に保つ。
4)ここで用いる「ポリウレタンフォーム」なる表現は、発泡剤を用いてポリイソシアネート類をイソシアネート反応性水素を含む化合物と反応させて得られる多孔性の生成物のことであり、そして特にポリイソシアネート類を反応性発泡剤として水(水とイソシアネート基が反応してウレア結合及び二酸化炭素を生成し、ポリウレア−ウレタンフォーム類が生成することを含む)と、そしてイソシアネート反応性化合物としてポリオール類、アミノアルコール類及び/又はポリアミン類を反応させて得られる多孔性生成物を含む。
【0013】
5)ここで用いる「平均公称ヒドロキシル官能基数」なる語は、ポリオールまたはポリオール組成物の数平均官能基数(分子当たりのヒドロキシル基の数)を示し、これはこの製造において用いる開始剤(類)の数平均官能基数(分子当たりの活性水素の数)であるとの仮定に基づいたものであるが、実際は末端不飽和基が幾らかあるために通常は幾分少なくなる。
【0014】
6)「平均」なる語は特に言及しない限り数平均値のことである。
好ましくはポリイソシアネートa)は、以下:
1)少なくとも40重量%、好ましくは少なくとも60重量%、最も好ましくは少なくとも85重量%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、及び以下の好適な誘導体を含むジフェニルメタンジイソシアネート;2)カルボジイミド及び/又はウレトンイミン変性したポリイソシアネート1)の変性体(variant)、(この変性体はNCO価20重量%以上を有する);3)ウレタン変性したポリイソシアネート1)の変性体(この変性体はNCO価20重量%以上で、過剰のポリイソシアネート1)と、平均公称ヒドロキシル官能基数2〜4及び平均分子量1000までを有するポリオールとの反応生成物である);4)NCO価20重量%以上を有し、過剰の上記ポリイソシアネート類1)〜3)と、平均公称官能基数2〜6、平均分子量2000〜10000及び好ましくはヒドロキシル価15〜60mgKOH/gのポリエーテルポリオールとの反応生成物であるプレポリマー;及び5)上記ポリイソシアネート類の混合物から選択される。ポリイソシアネート1)は少なくとも40重量%の4,4’−MDIを含む。かかるポリイソシアネート類は当業者に周知であり、純4,4’−MDI、及び4,4’−MDIと60重量%までの2,4’−MDIと2,2’−MDIとの異性体混合物を含む。
【0015】
異性体混合物内の2,2’−MDIの量は、むしろ不純物量レベルであり、一般に2重量%を超えず、60重量%までの残りは2,4’−MDIである。かかるポリイソシアネート類は当業者に周知であり、商業的に入手可能である;例えばSuprasec(登録商標)MPR(Huntsman Polyurethanes、Huntsman International LLC[Suprasecの商標の所有者]の別会社)等がある。
【0016】
上記ポリイソシアネート1)のカルボジイミド及び/又はウレトンイミン変性変性体も当業者に周知であり、商業的に入手可能である;例えばSuprasec 2020(Huntsman Polyurethanes)。
【0017】
上記ポリイソシアネート1)のウレタン変性変性体も当業者に周知であり、商業的に入手可能である;例えばSuprasec 2021(Huntsman Polyurethanes)。
上記NCO価20重量%以上のポリイソシアネート1)のプレポリマーも当業者に周知である。好ましくはかかるプレポリマーを作るのに使用するポリオールは平均公称官能基数2〜4、平均分子量2500〜8000、及び好ましくはヒドロキシル価15〜60mgKOH/gであり、そして好ましくはオキシエチレンがポリマー鎖の末端に存在していて、オキシエチレン含量が5〜25重量%であるか、あるいは好ましくはオキシエチレンがポリマー鎖全体にわたってランダムに分配されていて、オキシエチレン含量が50〜90重量%であるものである。
【0018】
他のポリイソシアネートb)は、脂肪族、脂環族、アルアリファティック及び好ましくは2,4及び2,6−異性体の形のトルエンジイソシアネート、及びそれらの混合物等のような芳香族ポリイソシアネート類、及びジフェニルメタンジイソシアネート類(MDI)と2を超えるイソシアネート官能基数を有するそれらのオリゴマーとの混合物(当業者には「粗」またはポリマーMDIとして周知)(ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート)から選択できる。トルエンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート類との混合物を好適に用いることができる。
【0019】
ポリオールa)は、平均公称官能基数2〜8、好ましくは2〜6、平均当量重量750〜5000、好ましくは1000〜4000、そして分子量2000〜12000、好ましくは2500〜10000のものから選択できる。
【0020】
|△Hm|及びTmは示差走査型熱量計(DSC)(メトラーDSC30装置)により測定できる。典型的な試料重量は10〜15mgである。DSCは標準のインジウムで温度及びヒートフローについて校正する。試料は−100〜+100℃まで加熱速度20℃/分で走査する。走査は2回行う。試料の温度履歴からの妨害の可能性を排除するため、融解の吸熱(融点、Tm)及び対応するピークシグナルの温度(融解エンタルピー、デルタHm)は、2回目の走査で記録する。
【0021】
かかるポリオール類は好ましくはポリアルキレンポリオキシエチレンポリオール類であり、より好ましくはポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール類であり、ここでオキシエチレン及びオキシプロピレン基の分配はいわゆるブロックコポリマータイプのものであるか、あるいはブロックコポリマーとランダム分配の組み合わせ(すなわちオキシエチレン基の幾つかのブロックとオキシプロピレン基の幾つかのブロックが存在していてもよい)である。例として幾つかのポリオール類の物理学的データを以下に示す:
【0022】
【表1】
Figure 2004503630
【0023】
ポリオール2を以下のように作った。
連続して3回Nでパージし、125℃で真空ストリップして0.08重量%未満まで水を除去したオートクレーブに、297.2重量部(pbw)のグリセロール及び48pbwの50重量%KOH水溶液を加えた。ついで2126pbwのプロピレンオキシド(PO)を加え、そして120℃で2時間反応させ、次いで真空ストリップした。この段階でポリオールのヒドロキシル価は247mgKOH/gであった。次いで4490pbwのEO/PO(86/14,wt/wt)混合物を120℃で2時間かけて加え、反応をさらに1.5時間続け、次いで30分間真空ストリップした。ポリオールのヒドロキシル価は86mgKOH/gであった。得られたポリオールのうち、2000pbwを反応器から取り出した。残りの4937pbwに、5375pbwのEO/PO(86/14,wt/wt)混合物を4時間かけて120℃で加え、そしてさらに1.5時間反応させ、次いで120℃で1時間真空ストリップした。4.5重量%アジピン酸水溶液533.8pbwを加えてKOH触媒を中和し、混合物を125℃まで加熱して2.5時間真空ストリップした。ポリオールを125℃で30分間濾過した。得られたポリオールは、OHv40mgKOH/g,総EO含量71重量%、第1級ヒドロキシル含量60%及び開始剤に結合したPOブロックがポリオール内のEO及びPO単位の総量に対して15重量%のものであった。
【0024】
ポリオール1は、上記に示されたポリオールを得るために、開始剤に結合したPOブロックが、ポリオール内のEO及びPO単位の総量に対して40重量%になるようにPO及びEOの量を調節する以外は同様に作った。
【0025】
ポリオール類の混合物を使用した。かかるポリオール類を調製する方法は周知である。他のイソシアネート反応性化合物は、0〜90重量%の量で使用することができ、分子量2000以上のポリエーテルポリアミン類、ポリエステルポリオール類及びポリエーテルポリオール類(上で記載したものとは異なるもの)、特に他のポリエーテルポリオール類から選択でき、かかる「他のポリエーテルポリオール類」は、オキシエチレン含量20重量%未満か90重量%を超えるポリオキシエチレンポリオール類、ポリオキシプロピレンポリオール類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール類及びポリオールa)で除外されるポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール類から選択することができる。好ましいポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール類はオキシエチレン含量5〜30重量%、好ましくは10〜25重量%のもの(ここで全てのオキシエチレン基はポリマー鎖の末端にある、いわゆるEO末端ポリオール類)、そしてオキシエチレン含量60〜90重量%を有するもの、及び全てのオキシエチレン基及びオキシプロピレン基がランダムに分配され、第1級ヒドロキシル含量が20〜60%であるもの(いずれもポリオール内の第1級及び第2級ヒドロキシル基の数から計算)である。好ましくはかかる他のポリエーテルポリオール類は平均公称官能基数2〜6、より好ましくは2〜4、そして平均分子量2000〜10000、より好ましくは2500〜8000を有する。さらに他のイソシアネート反応性化合物は鎖延長剤及び架橋剤から選択でき、これらは平均分子量2000未満、好ましくは1000まで、及び官能基数2〜8を有するイソシアネート反応性化合物である。かかる鎖延長剤及び架橋剤の例は、エチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、スクロース、ソルビトール、モノ−、ジ−及びトリエタノールアミン、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、及びエトキシル化されたエチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、スクロース及びソルビトール等のような平均公称官能基数2〜8、及び平均分子量2000未満ポリオキシエチレンポリオール類、及び平均分子量2000未満のポリエーテルジアミン類及びトリアミン類である。
【0026】
上記の他のイソシアネート反応性化合物の混合物を好適に用いることができる。ポリオール類は上記のタイプのポリオール類の中に付加重合体または重縮合体を分散させたものまたは溶解させたものを含んでいてもよい。かかる変性ポリオール類はしばしば「ポリマーポリオール類」と呼ばれ、従来技術に完全に記載されており、1以上のビニルモノマー類、例えばスチレン及び/又はアクリロニトリルを上記のポリエーテルオール類の中でその場重合することにより得られる生成物、またはポリイソシアネート及びアミノ−及び/又はヒドロキシ官能性化合物、例えばトリエタノールアミン及び/又はヒドラジンを上記のポリオールの中でその場で反応させることにより得られる生成物を含む。1〜50重量%の分散されたポリマーを含むポリオキシアルキレンポリオール類は特に有用である。分散されたポリマーの粒径は50ミクロン未満であることが好ましい。
【0027】
この数年の間に、低いレベルの不飽和度を有するポリエーテルポリオール類の調製方法が幾つか記載された。かかる進歩はポリエーテルポリオール類を分子量範囲のより高い方の端(end)で使用することを可能にする、なぜならかかるポリオール類はいまや許容可能なほど低いレベルの不飽和度で調製できるからである。本発明にしたがうと、低いレベルの不飽和度を有するポリオール類を好適に使用することができる。特にこのような低いレベルの不飽和度を有する高分子量ポリオール類が使用できる。
【0028】
本発明に従うイソシアネート反応性化合物は20重量%を超えるイソシアネート反応性化合物b)、20重量%を超える量は好ましくはポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールa)で除外されたもの)である。
【0029】
以下の任意選択の成分をさらに用いることができる:ウレタン結合の形成を向上させる触媒、例えばスズオクトエート及びジブチルスズラウレート、第3級アミン触媒(例えばトリメチレンジアミン)及びイミダゾール類(例えばジメチルイミダゾール)及び他の触媒m例えばマレイン酸エステル類及び酢酸エステル類;界面活性剤;難燃剤;煙抑制剤(smoke supressant);UV安定剤;色材;微生物阻害剤;充填材。
【0030】
発泡剤として、水を用い、場合により当業者に周知の炭化水素、いわゆるCFC類、HCFC類、N、及びCOと共に用いる。最も好ましくは、水を発泡剤として、場合によりCOと共に用いられる。発泡剤の量は所望の密度に依存する。水の量は、使用される全ての他の成分の量を基準に計算して0.8〜5重量%であろう。
【0031】
フォームを製造する反応は、NCOインデックス50〜130、好ましくは70〜120で行われる。
フォームを作るために使用される成分は、混合装置に別々に装填することができる。好ましくは1以上のイソシアネート反応性成分を、ポリイソシアネートと接触させる前に、場合により任意選択の成分とともに予備混合する。
【0032】
フォームはフリーライズプロセスまたは制限ライズプロセスにしたがって作ることができる;オープンまたはクローズのモールドで、いわゆるバッチ−ブロックプロセス、連続スラブストックプロセス、連続ラミネーションプロセス、またはカーペットバッキングまたはテキスタイルバッキングのような連続バッキングプロセスにしたがって作ることができる。
【0033】
フォームは家具、ベッド、クッション、及び自動車両用シートに有用である。
【0034】
【実施例】
フォームは、オープンの101バケツに、30/70 w/wのSuprasec2020とSuprasec MPRとの混合物47重量部(pbw)と、前に記載したポリオール1)またはポリオール2)100pbwを含むポリオール混合物103pbw、0.5pbwのD33LV触媒(Air Products)、及び2.5pbwの水を加え、混合し、そして反応させて作った。反応はイソシアネートインデックス108で行った。Suprasec2020はHuntsman PolyurethanesのNCO価29.3重量%のウレトンイミン変性4,4’−MDIである。Suprasec MPRはHuntsman Polyurethanesの4,4’−MDIである。SuprasecはHuntsman International LLCの商標である。得られたフォームの特性を以下に示す:
【0035】
【表2】
Figure 2004503630

Claims (5)

  1. みかけ総密度15〜150kg/mを有する軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、水の存在下でポリイソシアネートとイソシアネート反応性組成物とを反応させることを含み、ここで反応がイソシアネートインデックス50〜130で行われ、ポリイソシアネートが、
    a)少なくとも40重量%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート及び/又は前記ジフェニルメタンジイソシアネートの誘導体(前記誘導体は、少なくとも20重量%のNCO価を有する)を含む、80〜100重量%のジフェニルメタンジイソシアネートと、そして
    b)20〜0重量%の他のポリイソシアネート
    から成り、
    そしてここでイソシアネート反応性組成物が、
    a)平均公称官能基数2〜8、平均当量重量750〜5000、平均分子量2000〜12000、ポリエーテルポリオールの重量を基準として計算したオキシエチレン含量20〜90重量%、融解エンタルピー|△Hm|少なくとも30J/g、及び融解温度Tm4℃以上を有する、10〜100、好ましくは30〜100、さらに最も好ましくは50〜100重量%のポリエーテルポリオール(オキシエチレン含量60〜90重量%で、第1級ヒドロキシル含量70〜100%であるポリオール類を除き、及びオキシエチレン含量少なくとも50重量%で、ランダムなポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール類であるポリオールを除く)と、及び
    b)90〜0重量%の1以上の他のイソシアネート反応性化合物類(水を除く)から成ることを特徴とする、前記製造方法。
  2. 密度が25ないし60kg/mである、請求項1に記載の製造方法。
  3. 水の量が、他の全ての使用成分に基づき計算して0.8〜5重量%である、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. イソシアネートインデックスが70〜120である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
  5. ポリエーテルポリオールa)の平均公称官能基数が2〜6、平均当量重量が1000〜4000、及び平均分子量が2500〜10000であり、ジフェニルメタンジイソシアネート類が少なくとも85重量%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート及び/又は前記ジフェニルメタンジイソシアネートの誘導体(前記誘導体は、少なくとも20重量%のNCOインデックスを有する)を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
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