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JP5642558B2 - ポリエーテルアルコールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、軟質ポリウレタンフォームに使用するポリエーテルアルコールを天然油を使用して製造する方法に関する。
軟質ポリウレタンフォームは多くの工業分野で、特に室内装飾品や遮音材に使用されている。軟質ポリウレタンフォームは、発泡剤及び適宜、触媒及び慣用の助剤及び/又は添加剤の存在下、ポリイソシアネートと、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する化合物との反応によって製造されるのが一般的である。
市場では、環境的理由から再生可能な原料を基礎とするフォームの需要が多くなってきている(非特許文献1参照)。このようなフォームは通常、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を導入するために、軟質ポリウレタンフォームに使用する前に化学的に変性させた天然の脂肪及び/又は油を使用して製造される。化学的変性において、天然の脂肪及び/又は油は、通常ヒドロキシ官能基化され、適宜1つ以上の工程で変性される。ヒドロキシ官能基化された脂肪及び/又は油の誘導体をPUシステムにおいて使用する例は、特許文献1〜5に記載されている。これら全ての特許出願において、ヒドロキシ官能基化された脂肪及び/又は油は、更なる工程においてアルキレンオキシドと反応させていない。市販されている製品として、Urethane Soy Systems Co. (USSC)のSoyolTMポリオール(Soyol R2-052, Soyol R2-052-A, Soyol R2-052−B, Soyol R2-052C, Soyol R2-052-E, Soyol R2-052-F, Soyol R2-052-G)、BioBased TechnologiesのAgrolTM Soy polyols (Agrol 1.3, Agrol 1.5, Agrol 1.8, Agrol 2.0, Agrol 2.5, Agrol 2.8, Agrol 3.0, Agrol 3.5, Agrol 4.0, Agrol 5.0, Agrol 6.0, Agrol 7.0)、Cargill社のBiOHTM polyols又はDow社の天然油ポリオール(NOP)、Hobum Oleochemicals GmbHのMerginol(登録商標)グレード、Cognis Deutschland GmbH&Co. KGのSovermol(登録商標)グレードが挙げられる。この種類の材料(天然ベースポリオールとも称される)の欠点は、軟質ポリウレタンフォームシステムに慣用的に使用される、石油を基礎とするポリエーテルアルコールに完全に置き換えられるものではないということである。
特許文献6では、低放出性(low-emission)軟質ポリウレタンフォームに使用されるポリエーテルオールを製造するために、複合金属シアン化物(DMC触媒とも呼ばれる。)を使用して、天然の原料をアルコキシ化する方法が記載されている。この文献において、使用可能な天然原料として特にヒマシ油が挙げられている。ヒマシ油中の主な脂肪酸は70〜85%を占めるリシノール酸である。リシノール酸は天然では1個のOH基を有する。リシノール酸の割合によるが、ヒマシ油の平均官能基数は2.5〜3.0である。そのため、OH基を導入するための化学的変性は行わなくてよい。それにもかかわらず更なるOH基が任意に化学的処理によって導入されることは当業者に明らかであろう。ヒマシ油の欠点は、大豆油、ヤシ油、菜種油又はヒマワリ油等の油と比較して天然の産出が極めて少ないことである。従って、ヒマシ油は比較的高価であり、これをPUシステムに使用することは、経済的な観点からは魅力のあるものではない。
天然のヒドロキシ官能基化脂肪、例えばヒマシ油は、再生可能な天然原料を基礎とし、軟質ポリウレタンフォームに使用され、H酸化合物にアルキレンオキシドを付加することにより得られるポリエーテルアルコールの製造において出発材料として有用であることが見出されている(特許文献7及び8参照)。
特許文献8では、天然油を基礎とするポリオールの製造方法であって、不飽和トリグリセリドをペルオキシカルボン酸又は過酸化水素を用いて酸化させ、形成されたエポキシド基をアルコール基に変換し、これをアルキレンオキシドと反応させる方法が記載されている。この方法は実施するのが難しく、使用する酸化剤の取り扱いが容易でない。
特許文献9では、ヒドロホルミル化された脂肪酸のエステル化生成物を使用して軟質ポリウレタンフォームを製造する方法が記載されている。
特許文献10では、ヒドロキシル基を含む天然材料、特に天然の脂肪及び油を使用して製造された粘弾性軟質フォームを製造する方法、並びに天然材料とアルキレンオキシドの反応生成物が記載されている。この文献でもヒマシ油を使用することが好ましいとされている。
ポリウレタンフォームを製造する公知の方法において使用される天然の脂肪及び油から誘導されるポリオールは、これらの官能基数の観点から制限される。
生成するポリエーテルアルコールの官能基数は、DMC触媒の存在下でアルキレンオキシドとの付加反応に使用される開始分子(開始剤)の官能基数によって必然的に決まるので、対応するヒマシ油を基礎とするポリエーテルアルコールは、例えば、平均OH官能基数が通常約2.7である。軟質ポリウレタンフォームに使用される石油を基礎とするポリエーテルアルコールはOH官能基数が通常2〜4である。そのため、ヒマシ油は原理的には、天然脂肪を基礎とする上述したポリエーテルアルコールの製造において、良好な出発材料である。天然脂肪の反応においてDMC触媒は次の全般的な利点を提供する。すなわち、製造した軟質ポリウレタンフォーム中の解離生成物の割合及びこれによる着臭成分の形成が、他のアルコキシ化方法と比較して比較的低いという利点である。しかしながら、DMC触媒作用によるアルキレンオキシドの付加反応において開始分子としてヒマシ油を使用することは、基本的に制約や欠点につながる:軟質ポリウレタンフォームにおいて、機械的特性は、特に、架橋度により決まり、また、使用されたポリエーテルアルコールの官能基数の選択及び鎖長により必然的に決まる。ヒマシ油をそのまま使用する場合、上述したように、ポリエーテルアルコールの最終的な官能基数は、開始分子の官能基数により必然的に決まるので、ポリエーテルアルコールの官能基数は制限された範囲でしか調節することができない。したがって、アルコキシ化されたヒマシ油は、軟質ポリウレタンフォームの特定の機械的特性を設定するために、他のポリオールと組み合わせて使用しなければならない。
ヒマシ油の他の欠点は、上述したように、市販されている他の油(ヒマワリ油、大豆油、菜種油、パーム油など)と比較して世界的な利用可能量が制限されていることである。
WO2004/096744 WO2005/033167 WO2006/012344 US6686435 GB2278350 EP1537159B1 特開2005−320437 EP1709678 WO2004/096883 WO2007/085548 EP654302 EP862947 WO00/74844 DE19960148A1 DE102004047524A1 WO98/52689 DD203734/735 特開2005−320431 WO2006/047436
D. Reed, Urethans Technology, August/September 2005, 24-35 Kunststoff-Handbuch, Volume 7, Polyurethane, Carl-Hanser-Verlag Munich, 第1版(1966年)、第2版(1983年)及び第3版(1993年)
本発明の目的は、十分な量を安価で利用可能な天然の脂肪及び油を基礎とするポリオールであって、ポリオールが広い範囲の性質、特に広い範囲の官能基数をカバーし、そのポリオールを処理して様々な用途に使用するポリウレタン、特に低放出性のポリウレタンを製造することができるポリオールを提供することにある。このポリオールは特に軟質ポリウレタンフォームを製造するために使用することができるべきである。
本目的は、第一反応工程において、ヒドロホルミル化とこれに次ぐ水素化により天然脂肪をヒドロキシ官能基化し、第二工程において、この生成物とアルキレンオキシドを触媒、特にDMC触媒を使用して反応させることにより達成される。
従って、本発明は、ポリエーテルアルコールを製造する方法であって、ポリエーテルアルコールを製造する方法であって、以下の工程、a)触媒の存在下で、不飽和天然油又は脂肪を一酸化炭素と水素の混合物と反応させる工程、b)触媒の不活性化と除去を行う工程、c)工程b)で得られた混合物を水素と反応させる工程、d)触媒の存在下で、工程c)で得られた生成物をアルキレンオキシドと反応させる工程、を含み、前記触媒の不活性化は、工程a)で生じた反応混合物に酸を添加して空気を通過させることにより行い、
前記不飽和天然油又は脂肪は、大豆油、ヒマワリ油及び菜種油から選択されることを特徴とするポリエーテルアルコールの製造方法を提供する。


また、本発明は、本発明の方法により製造されたポリエーテルアルコールを提供する。
更に、本発明は、ポリイソシアネートと、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する化合物とを反応させることにより、ポリウレタン、特に軟質ポリウレタンフォームを製造する方法であって、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する化合物として、本発明の方法により製造されたポリエーテルアルコールを使用することを特徴とする製造方法を提供する。
工程c)の触媒として、DMC触媒を使用することが好ましい。
天然の不飽和油及び/又は脂肪(不飽和油脂)の例は、ヒマシ油、ブドウ種油、ブラッククミン油、カボチャ種油、ルリヂサ種油、大豆油、小麦胚芽油、菜種油、ヒマワリ油、ピーナッツ油、杏仁油、ピスタチオナッツ油、アーモンド油、オリーブ油、マカダミアンナッツ油、アボカド油、シーバックソーン油、ゴマ油、ヘンプ油、ヘーゼルナッツ油、マツヨイグサ油、野バラ油、ベニバラ油、クルミ油、パーム油、魚油、ココナッツ油、トール油、トウモロコシ胚芽油、アマニ油である。ヒマシ油、大豆油、パーム油、ヒマワリ油及び菜種油が好ましい。大豆油、パーム油、ヒマワリ油及び菜種油が特に好ましく、これらは、特に、工業的規模においてバイオディーゼルの製造のためにも使用される。上記油とは別に、遺伝子組み換え植物から得られ、異なる脂肪酸組成を有する油を使用することも可能である。
工程a)のヒドロホルミル化は慣用で公知の方法で行うことができる。ここで、通常加圧下で、触媒(通常はラジウム又はコバルトの遷移金属カルボニル錯体、例えばオクタカルボニルジコバルトCo(CO))の存在下において、不飽和天然油を、合成ガス、すなわち一酸化炭素と水素の混合物と、任意に好適な溶媒の存在下で反応させて、脂肪族アルデヒド基を形成する。
この反応は100〜400バール、好ましくは250〜300バールで行う。温度は100〜200℃、好ましくは150〜190℃である。水素に対する一酸化炭素の体積比は、工業的に慣用の範囲、好ましくは40:60〜60:40、特におよそ50:50である。
反応の後、触媒を不活性化し、反応混合物から除去する。触媒は、酸を添加して反応混合物に空気を通過させることにより不活性化するのが好ましい。これにより相分離が起こる。その有機相を分離して精製し、好ましくは水で洗浄する。
このように処理した有機相を工程b)で水素化する。これもまた慣用で公知の方法により行う。このため、工程b)で精製した有機相を、好ましくは好適な溶媒の存在下で水と反応させる。このため、有機相を、好ましくは5〜10質量%の水を添加した後、50〜300バール、特に150〜300バール及び50〜250℃、特に100〜150℃において、水素化触媒の存在下で反応させる。水素化触媒として、慣用の不均一系触媒を使用することができる。ニッケル含有触媒を使用することが好ましい。この触媒は、ニッケルに加えて、更なる金属、例えば、コバルト、銅、モリブテン、パラジウム又は白金を含んでよい。水素化は固定床で行うことが好ましい。
水素化の後、生成した水及び適宜、溶媒を分離し、必要により生成物を精製する。
このように得られた生成物を、更なる処理工程においてアルキレンオキシドと反応させる。
アルキレンオキシドとの反応は通常触媒の存在下で行う。ここで、原理的には全てのアルコキシ化触媒、例えば、水酸化アルカリ金属又はルイス酸を使用することができる。しかしながら、DMC触媒として知られる複合金属シアン化物を使用することが好ましい。
使用するDMC触媒は一般的に知られており、例えば特許文献12〜14に記載されている。
アルキレンオキシドとの反応は通常、最終生成物に対して10〜1000ppmのDMC濃度で行う。この反応は20〜200ppmのDMC濃度を用いて行うことが好ましい。この反応は50〜150ppmのDMC濃度を用いて行うことが極めて特に好ましい。
アルキレンオキシドとして、公知である全てのアルキレンオキシドを使用することができる。例えば、エチレンオキシド、プロピレンキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドである。特に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド及び列挙した化合物の混合物をアルキレンオキシドとして使用する。
工程b)で得られたヒドロホルミル化して水素化した天然油を単独でアルキレンオキシドと反応させることが好ましい。
しかしながら、共開始剤(costarter)の存在下でアルキレンオキシドとの反応を行うこともできる。共開始剤として、通常2官能及び/又は3官能のアルコール又は水以外に、比較的高官能のアルコール、特に糖アルコール、例えばソルビトール、ヘキシトール及びスクロールを、個々の物質としても、列挙した共開始剤の少なくとも2種の混合物としても、使用することができる。
2官能の開始剤の例は、エチレングリコール、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、1,4−ブタンジオール及び1,5−ペンタンジオールである。3官能の開始剤の例は、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール及び特に、グリセロールである。開始剤は、アルコキシレートの形態で、特に分子量Mが62〜15000g/molのものも使用することができる。原理的には、ヒマシ油又はアルコキシ化ヒマシ油を使用することもできる。
本発明の方法に使用されるポリエーテルアルコールの製造において、アルキレンオキシドの付加反応は公知の方法で行うことができる。そのため、ポリエーテルアルコールの製造に、1種のアルキレンオキシドしか使用しないことが可能である。複数のアルキレンオキシドを使用する場合、アルキレンオキシドを個別に連続的に付加するブロック付加反応か、アルキレンオキシドを同時に導入するランダム付加反応が可能である。ポリエーテルアルコールの製造においてブロック領域とランダム領域をポリエーテル鎖に組み込むことも可能である。更に、次第に変えられた(gradeted)領域又は代替(alternating)領域も可能である。
第二級ヒドロキシル基を高含有量で有し、ポリエーテル鎖のエチレンオキシド単位の含有量がポリエーテルアルコールの質量に対して30質量%以下であるポリエーテルアルコールを、軟質ポリウレタンスラブフォームの製造に使用することが好ましい。これらポリエーテルアルコールは、プロピレンオキシドブロックを鎖の末端に有することが好ましい。軟質ポリウレタンモールドフォームを製造するためには、特に第一級ヒドロキシル基を高含有量で有し、エチレンオキシド末端ブロックがポリエーテルアルコールの質量に対して10質量%未満であるポリエーテルアルコールを使用する。
少なくとも2種のアルキレンオキシドの混合物の付加反応の特別な実施の形態では、アルキレンオキシドの互いの比は、特許文献14及び15に記載されているように、付加反応の間に変更することができる。
アルキレンオキシドの付加反応は、通常の条件下、即ち、温度が60〜180℃、好ましくは90〜140℃、特に100〜130℃、圧力が0〜20バール、好ましくは0〜10バール、特に0〜5バールにおいて行う。アルキレンオキシドの導入を始める前に、開始剤とDMC触媒の混合物を、特許文献16に示されているようにストリッピングにより前処理しても良い。
更なる実施の形態では、例えば特許文献17に記載されているように、初めに導入したものと同一又は異なる1種以上の更なる開始アルコールを、合成の間にアルキレンオキシドに加えて導入することができる。
更なる実施の形態では、本方法は連続的に行ってよい。
アルキレンオキシドの付加反応が終わった後、ポリエーテルアルコールを、未反応のアルキレンオキシド及び揮発性成分を通常は蒸留により除去することにより慣用の方法で仕上げ(work up)を行う。必要な場合にはろ過を行うこともできる。
DMC触媒が反応後の生成物に残ってもよい。
処理工程c)で得られた本発明のポリエーテルアルコールは、好ましくは平均官能基数が2〜4、特に2〜3であり、ヒドロキシル価が20〜70mgKOH/g、好ましくは20〜60mgKOH/gである。
上述したように、本発明のポリエーテルアルコールは、ポリウレタン、特に軟質ポリウレタンフォームを製造するために使用される。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは同様に、本発明のポリエーテルアルコールとポリイソシアネートを反応させることにより、慣用で公知の方法で製造することができる。
本発明の方法に使用される出発化合物に関しては、以下に詳細を述べる。
ポリイソシアネートとして、本発明の方法においては分子内に2個以上のイソシアネート基を有する全てのイソシアネートを使用することができる。ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)やイソホロンジイソシアネート(IPDI)等の脂肪族イソシアネート、好ましくは、トリレ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(MDI)又はジフェニルメタ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の混合物(クルードMDI)等の芳香族イソシアネート、好ましくはTDI及びMDI、特に好ましくはTDIを使用することができる。変性イソシアネートとして知られる、ウレタン、ウレトジオン、イソシアヌレート、アロファネート、ウレトンイミン及び他の基を組み込むことにより変性されたイソシアネートを使用することもできる。好ましいプレポリマーは、NCO含有量が20〜35%のMDIプレポリマー又はこれとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの混合物(クルードMDI)である。
本発明に使用するポリエーテルアルコールは単独でも、あるいはイソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する他の化合物を組み合わせても使用することができる。
本発明に使用するポリエーテルアルコールと共に使用することができる少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物として、官能基数が2〜15、特に2〜8、好ましくは2〜4であり、平均分子量Mが400〜20000g/mol、好ましくは1000〜8000g/molであるポリエステルアルコール及び好ましくはポリエーテルアルコールを使用することができる。
本発明に使用するポリエーテルアルコールと共に適宜使用するポリエーテルアルコールは、公知の方法、通常はアルキレンオキシド、特にエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドをH−官能性開始剤に対して触媒的付加することによって、又はテトラヒドロフランを縮合することによって製造することができる。H−官能性開始剤としては、特に、多官能のアルコール及び/又はアミンを使用する。水、2価のアルコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール又はブタンジオール、3価のアルコール、例えばグリセロール又はトリメチロールプロパン、更にこれより高い価のアルコール、例えばペンタエリスリトール、糖アルコール(例えばスクロース、グルコース又はソルビトール)を使用することが好ましい。好ましいアミンは、10個以下の炭素原子を有する脂肪族アミン、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、プロピレンジアミン、及びアミノアルコール、例えばエタノールアミン又はジエタノールアミンである。アルキレンオキシドとして、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを、軟質ポリウレタンモールドフォームを製造するために使用され、鎖の末端にエチレンオキシドブロックを有するポリエーテルアルコールと共に使用することが好ましい。アルキレンオキシドの付加反応に使用される触媒は、特に塩基性化合物、工業的に最も重要である水酸化カリウムである。ポリエーテルアルコール中の不飽和成分の含有量を低くすべき場合、これらのポリエーテルアルコールを調製するためにDMC触媒を触媒として使用することもできる。
特定の用途のため、特に軟質ポリウレタンフォームの硬性を上げるため、ポリマー変性ポリオールを同時に使用することもできる。このポリオールは、例えば、エチレン性不飽和モノマー、好ましくはスチレン及び/又はアクリロニトリルを、ポリエーテルアルコール中で重合することにより生成することができる。ポリマー変性ポリエーテルアルコールにはポリウレア分散物を含むポリエーテルアルコールも含まれ、これはポリオール中でアミンとイソシアネートを反応させることにより好ましく得られる。
軟質フォーム及びインテグラルフォームを製造するためには、特に、2官能及び/又は3官能ポリエーテルアルコールを使用する。硬質フォームを製造するためには、特に、糖アルコールや芳香族アミン等の4官能以上の開始剤にアルキレンオキシドを付加することにより調製されたポリエーテルアルコールを使用する。
特別な実施の形態では、ヒドロキシ官能基化脂肪、油、脂肪酸、脂肪酸エステルを、硬性を上げるために追加的に使用してよい。
少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物には、鎖延長剤及び架橋剤も含まれる。鎖延長剤及び架橋剤として、分子量が62〜800g/mol、特に60〜200g/molの2及び3官能アルコールを使用することが好ましい。例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、低分子量ポリプロピレンオキシド及びポリエチレンオキシド、例えばLupranol(登録商標)1200、1,4−ブタンジオール、グリセロール又はトリメチロールプロパンである。ジアミン、ソルビトール、グリセロール、アルカノールアミンも架橋剤として使用することができる。鎖延長剤及び架橋剤を使用する場合、その量は、少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物の質量に対して5質量%以下とすることが好ましい。
本発明の方法は通常、活性化剤、例えば第三級アミンや有機金属化合物、特にスズ化合物の存在下で行う。スズ化合物として、脂肪酸の二価のスズ塩、例えばスズジオクトエート、及びジブチルスズジラウレート等の有機スズ化合物を使用することが好ましい。
ポリウレタンフォームを製造するための発泡剤として、イソシアネート基と反応して二酸化炭素を遊離する水を使用することが好ましい。物理的に作用する発泡剤、例えば二酸化炭素、炭化水素、例えばn−ペンタン、イソペンタン又はシクロペンタン、シクロヘキサン、ハロゲン化炭化水素、例えばテトラフルオロエタン、ペンタフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、ペンタフルオロブタン、ヘキサフルオロブタン又はジクロロモノフルオロエタンを、水と一緒に又は水の代わりに使用することもできる。物理的発泡剤の量は、1〜15質量%、特に1〜10質量%であることが好ましく、水の量は0.5〜10質量%、特に1〜5質量%であることが好ましい。物理的発泡剤の中でも、水と共に好ましく使用される二酸化炭素が好ましい。
本発明の軟質ポリウレタンフォームを製造するため、安定剤並びに助剤及び/又は添加剤を通常は使用することができる。
使用可能な安定剤は、特に、ポリエーテルシロキサン、好ましくは水溶性のポリエーテルシロキサンである。この化合物は一般に、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの長鎖共重合体がポリジメチルシロキサン基と結合する構造を有する。
反応は、適宜、助剤及び/又は添加剤、例えばフィラー、気泡調節剤、界面活性物質及び/又は難燃剤の存在下で行ってよい。好ましい難燃剤は、トリクロロプロピルホスフェート、トリクロロエチルホスフェート等のハロゲン−リン化合物を基礎とする液体難燃剤、及びExolit(登録商標)OP560(Clariant International Ltd)等のハロゲンを含まない難燃剤である。
使用する出発材料、触媒並びに助剤及び添加剤についての更なる情報は、例えば非特許文献2に記載されている。
本発明のポリウレタンを製造するために、発泡剤及び適宜、触媒と助剤及び/又は添加剤の存在下で、有機ポリイソシアネートを、少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物と反応させる。
本発明のポリウレタンの製造において、イソシアネートとポリオール成分は通常、活性水素原子の合計に対するイソシアネート基の当量比が0.7〜1.25、好ましくは0.8〜1.2となる量で混合する。
ポリウレタンフォームは、ワンショット法、例えば、高圧若しくは低圧技術により製造することが好ましい。フォームは、開放又は密閉金属モールドで製造することができ、又は、ベルトコンベアに反応混合物を連続的に施してスラブフォームを製造することができる。
軟質モールドフォームの製造においては、ポリオール成分とイソシアネート成分を調製して発泡させる2成分法を採用することが特に有利である。これら成分は、15〜90℃、好ましくは20〜60℃、特に好ましくは20〜35℃の範囲の温度で混合することが好ましく、そしてモールドに導入するか、ベルトコンベアに施す。モールド内の温度は、通常20〜110℃、好ましくは30〜60℃、特に好ましくは35〜55℃である。
軟質スラブフォームは、バッチ式あるいは連続式で稼働する装置で、例えばPlaniblock法、Maxfoam法、Draka−Petzetakis法及びVertifoam法により発泡させることができる。
DMC触媒を用いて調製された本発明のポリエーテルアルコールを使用して製造した軟質ポリウレタンフォームは、本発明に従って使用されるポリエーテルアルコールがヒドロホルミル化及び水素化された油と脂肪から塩基性触媒を用いて調製された他の同等製品と比較して、経時前及び後において、臭気が顕著に低減され、曇価(fogging value)が顕著に低くなり、割れ目の発生が顕著に低減され、更に圧縮永久歪み(compression set)が改善されていた。更に、本発明のフォームは連続気泡の割合が高く、これは例えば通気性の向上に反映されている。
ポリエーテルアルコールを製造する本発明の方法は第一に、市場において大量に使用可能な大豆油、ヒマワリ油、菜種油又はヤシ油等の市販されている脂肪を使用することができるという利点を提供する。第二に、この脂肪の官能基数と、アルキレンオキシドと付加反応させた後に得られるポリオールの最終官能基数を、目的とされた方法で設定することができ、圧力、温度、触媒の種類及び量及び/又は反応時間又は滞留時間等の反応条件を変えることにより軟質ポリウレタンフォームの所望の性質に合わせることができる。
本発明の方法は、同様に、特許文献18及び19に記載されているように、アルキレンオキシドの付加反応のために、脂肪中の二重結合のエポキシ化及びこれに次ぐエポキシ環の開環/加水分解により調製されたヒドロキシ官能基化された天然脂肪の使用に勝る利点を有する。従って、エポキシ化/開環した脂肪を使用することは、ヒドロホルミル化/水素化した脂肪を使用することと比較して、アルキレンオキシドとの付加反応において加水分解されていないエポキシド基も反応し得るという欠点を有する。これにより、ポリエーテルアルコールの架橋が増加し、分子量分布が広くなることで粘度が高くなり得る。これは、加工性及び製造した軟質ポリウレタンフォームの機械的特性に不利に影響する。更に、エポキシ化/開環ヒドロキシ脂肪を基礎とするアルコキシ化生成物を製造する方法は、スチールの慣用的なグレードを腐食し、高価な反応器の材料を必要とする出発材料がエポキシ化工程で使用されるので、製造コストが高くなることに繋がる。
本発明を以下の実施例により説明する。
実施例1(大豆油):ヒドロホルミル化及びこれに次ぐ水素化
大豆油グリセリド750gを、オートクレーブ内で、10時間、一酸化炭素に対する水素の混合比が1:1である合成ガスの圧力を280バールとし、75gの水を添加して、160℃において、0.13質量%の触媒としてのオクタカルボニルジコバルトと反応させた。合成ガスの消費は、オートクレーブ内の圧力の減少により確認でき、消費した量を更に合成ガスを注入することにより補充した。オートクレーブを減圧した後、反応生成混合物を10質量%濃度の酢酸と混合し、空気を導入することによりコバルト触媒を酸化的に除去した。形成された有機生成物相を分離し、水で洗浄し、水相から分離し、そして水素圧力を280バールとし、125℃において10時間、ラネーニッケルの存在下で水素化した。反応生成混合物は以下の性質を有していた。
ヨウ素価:ヨウ素2.5/100g
CO価:7mgKOH/g
OH価:136mgKOH/g
酸価:1.6mgKOH/g
実施例2(菜種油):ヒドロホルミル化とこれに次ぐ水素化
菜種油グリセリド750gを、オートクレーブ内で、10時間、一酸化炭素に対する水素の混合比が1:1である合成ガスの圧力を280バールとし、75gの水を添加して、160℃において、0.13質量%の触媒としてのオクタカルボニルジコバルトと反応させた。合成ガスの消費は、オートクレーブ内の圧力の減少により確認でき、消費した量を更に合成ガスを注入することにより補充した。オートクレーブを減圧した後、反応生成混合物を10質量%濃度の酢酸と混合し、空気を導入することによりコバルト触媒を酸化的に除去した。形成された有機生成物相を分離し、水で洗浄し、水相から分離し、そして水素圧力を280バールとし、125℃において10時間、ラネーニッケルの存在下で水素化した。反応生成混合物は以下の性質を有していた。
ヨウ素価:ヨウ素3.5/100g
CO価:5mgKOH/g
OH価:140mgKOH/g
酸価:2.1mgKOH/g
実施例3(ヒマワリ油):ヒドロホルミル化及びこれに次ぐ水素化
ヒマワリ油グリセリド750gを、オートクレーブ内で、10時間、一酸化炭素に対する水素の混合比が1:1である合成ガスの圧力を280バールとし、75gの水を添加して、160℃において、0.13質量%の触媒としてのオクタカルボニルジコバルトと反応させた。合成ガスの消費は、オートクレーブ内の圧力の減少により確認でき、消費した量を更に合成ガスを注入することにより補充した。オートクレーブを減圧した後、反応生成混合物を10質量%濃度の酢酸と混合し、空気を導入することによりコバルト触媒を酸化的に除去した。形成された有機生成物相を分離し、水で洗浄し、水相から分離し、そして水素圧力を280バールとし、125℃において10時間、ラネーニッケルの存在下で水素化した。反応生成混合物は以下の性質を有していた。
ヨウ素価:ヨウ素1.2/100g
CO価:5mgKOH/g
OH価:120mgKOH/g
酸価:2.5mgKOH/g
実施例4:DMC触媒を用いた実施例1の生成物からのポリエーテルアルコールの調製
実施例1で調製したヒドロキシ官能基化大豆油700gを、3.3gの5.97%濃度の亜鉛ヘキサシアノコバルテートの分散液と、5リットルの撹拌タンク反応器で混合し、130℃で、約40ミリバールに減圧して30分間脱水した。次に、261gのプロピレンオキシドを導入し、反応の開始を待った。:反応の開始は、反応器内の短時間の温度の上昇及び圧力の急速低下により認められた。次に、1390gのプロピレンオキシドと261gのエチレンオキシドの混合物1651gを、同じ温度で1.5時間に亘って計量導入した。反応圧力が一定になったとき、未反応のモノマーと他の揮発性成分を減圧下で蒸留し、生成物を流出させた。このポリエーテルアルコールは、更なる脱臭カラムにおいてワークアップを行わなかった。
得られた無色のポリエーテルアルコールは以下の性質を有していた。
ヒドロキシル価 52mgKOH/g
酸価 0.048mgKOH/g
水含有量 0.01%
粘度(25℃) 530mPa・s
Pt/Co色数 56
アルカリ度 <1ppm
3256g/mol
分散度D 1.56
臭気 1.3
実施例5:DMC触媒を用いた実施例2の生成物からのポリエーテルアルコールの調製
実施例2で調製したヒドロキシ官能基化菜種油680gを、3.2gの5.97%濃度の亜鉛ヘキサシアノコバルテートの分散液と、5リットルの撹拌タンク反応器で混合し、130℃で、約40ミリバールに減圧して30分間脱水した。次に、254gのプロピレンオキシドを導入し、反応の開始を待った。:反応の開始は、反応器内の短時間の温度の上昇及び圧力の急速低下により認められた。次に、1349gのプロピレンオキシドと254gのエチレンオキシドの混合物1603gを、同じ温度で1.5時間に亘って計量導入した。反応圧力が一定になったとき、未反応のモノマーと他の揮発性成分を減圧下で蒸留し、生成物を流出させた。このポリエーテルアルコールは、更なる脱臭カラムにおいてワークアップを行わなかった。
得られた無色のポリエーテルアルコールは以下の性質を有していた。
ヒドロキシル価 51mgKOH/g
酸価 0.005mgKOH/g
水含有量 0.01%
粘度(25℃) 593mPa・s
Pt/Co色数 31
アルカリ度 <1ppm
3288g/mol
分散度D 1.61
臭気 1.5
実施例6:DMC触媒を用いた実施例3の生成物からのポリエーテルアルコールの調製
実施例3で調製したヒドロキシ官能基化ヒマワリ油728gを、3.4gの5.97%濃度の亜鉛ヘキサシアノコバルテートの分散液と、5リットルの撹拌タンク反応器で混合し、130℃で、約40ミリバールに減圧して30分間脱水した。次に、271gのプロピレンオキシドを導入し、反応の開始を待った。:反応の開始は、反応器内の短時間の温度の上昇及び圧力の急速低下により認められた。次に、1444gのプロピレンオキシドと272gのエチレンオキシドの混合物1716gを、同じ温度で1.5時間に亘って計量導入した。反応圧力が一定になったとき、未反応のモノマーと他の揮発性成分を減圧下で蒸留し、生成物を流出させた。このポリエーテルアルコールは、更なる脱臭カラムにおいてワークアップを行わなかった。
得られた無色のポリエーテルアルコールは以下の性質を有していた。
ヒドロキシル価 49mgKOH/g
酸価 0.041mgKOH/g
水含有量 0.01%
粘度(25℃) 602mPa・s
Pt/Co色数 35
アルカリ度 <1ppm
3151g/mol
分散度D 1.74
臭気 1.4
以下の性質は以下に述べる規格、内部試験法又は測定法に従って測定した。
水含有量(質量%) DIN51777
ヒドロキシル価(mgKOH/g) DIN53240
酸価(mgKOH/g) DIN EN ISO 3682
粘度(25℃)(mPa・s) DIN 51550
Pt/Co色数 DIN ISO 6271
ヨウ素価(Iのg/100g) DIN 53241
CO価(mgKOH/g) DIN53173
アルカリ度(ppm) 滴定で測定
(g/mol) ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定した
数平均分子量
多分散度D=M/M ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定
臭気 2002年2月15日の試験法PPU03/03
−04
軟質ポリウレタンフォームの製造
表1に列挙した出発材料を表1に示した割合で反応させた。
最初に、イソシアネートLupranat(登録商標)T80Aを除いた全ての成分を激しく混合してポリオール成分を形成した。次に、Lupranat(登録商標)T80Aを撹拌中に添加し、反応混合物を開放金型に注ぎ、ポリウレタンフォームを製造した。得られたフォームの性質を表1に示す。
以下の特性を以下に述べる規格、操作方法及び試験方法に従って測定した。
フォーム密度(kg/m) DIN EN ISO 845
VOCリシノール酸サイクル(ppm) PB VWL 709
FOGリシノール酸サイクル(ppm) PB VWL 709
空気透過性(dm/min) DIN EN ISO 7231
圧縮強さ、40%変形(kPa) DIN EN ISO 2439
押込み硬さ、25%変形 DIN EN ISO 2439
押込み硬さ、40%変形 DIN EN ISO 2439
押込み硬さ、65%変形 DIN EN ISO 2439
伸び(%) DIN EN ISO 1798
引張り強さ(kPa) DIN EN ISO 1798
反発弾性(%) DIN EN ISO 8307
圧縮永久歪み(%) DIN EN ISO 3386
湿式圧縮永久歪み 2002年2月6日の操作方法AAU10
−131−041
湿式(wet)圧縮永久歪みの測定は、2002年2月6日の操作方法AAU10−131−041に基づいて行った:
フォーム試験試料(寸法は、50mm×50mm×25mm)に予めマークした箇所の高さを、スライド式キャリパー又は測定キャリパーで測定した。次に試験試料を、2枚の圧力プレート間に置き、そして7.5mmのスペーサーを使用し、締め具(clamping device)によって、その厚さに圧縮した。
締め付け(clamping)した直後、雰囲気制御キャビネット内において、50℃及び95%の相対大気湿度での保管を開始した。22時間後、フォーム試験試料を締め付け具からすばやく外し、そして30分間、標準大気中で、熱伝導性が低い表面(トレー)上に保存し、これらを緩めた。次に、同一の測定器具を使用して、マークした箇所の最終高さを測定した。
湿式圧縮永久歪みは変形に基づくものであり、以下のように計算した。
湿式圧縮永久歪み=h−h 100/(h−7.5mm)(%)
最初の高さ(mm)
試験試料の最終高さ(mm)
Figure 0005642558
Figure 0005642558
上記表の注釈
Lupranol(登録商標)2084 ヒドロキシル価が48mgKOH/gで粘度が600mgPa・sであるポリエーテルオール(BASF Aktiengesellshaft)
Dabco(登録商標)NE500:導入可能なアミン触媒(Air Products and Chemicals. Inc. )
Kosmos(登録商標)EF:導入可能なスズ触媒(Degussa AG)
Kosmos(登録商標)54:導入可能な金属触媒(Degussa AG)
Tegostab(登録商標)B4900:シリコーン安定剤(Degussa AG)
Lupranat(登録商標)T80A:トリレン2,4−/2,6−ジイソシアネート(比が80:20)の混合物(BASF Aktiengesellshaft)

Claims (7)

  1. ポリエーテルアルコールを製造する方法であって、以下の工程、
    a)触媒の存在下で、不飽和天然油又は脂肪を一酸化炭素と水素の混合物と反応させる工程、
    b)触媒の不活性化と除去を行う工程、
    c)工程b)で得られた混合物を水素と反応させる工程、
    d)触媒の存在下で、工程c)で得られた生成物をアルキレンオキシドと反応させる工程、
    を含み、
    前記触媒の不活性化は、工程a)で生じた反応混合物に酸を添加して空気を通過させることにより行い、
    前記不飽和天然油又は脂肪は、大豆油、ヒマワリ油及び菜種油から選択されることを特徴とするポリエーテルアルコールの製造方法。
  2. 工程d)の触媒として、DMC触媒を使用することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 工程a)の触媒として、ロジウム又はコバルトの遷移金属カルボニル錯体を使用する請求項1に記載の方法。
  4. 工程c)を触媒の存在下で行う請求項1に記載の方法。
  5. 工程c)の触媒として、ニッケル含有不均一系触媒を使用する請求項4に記載の方法。
  6. ポリイソシアネートと、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する化合物とを反応させることによりポリウレタンを製造する方法であって、 イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも2個の水素原子を有する化合物として、請求項1〜5の何れか1項に記載の方法に従って製造されたポリエーテルアルコールを使用することを特徴とするポリウレタンの製造方法。
  7. ポリウレタンが軟質ポリウレタンフォームである請求項に記載の方法。
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