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JP7330890B2 - ポリウレタン製造用触媒 - Google Patents

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Description

本発明は、3級アミン化合物に関する。より詳しくは、この3級アミン化合物は、モノ-、ジ-またはポリイソシアネートと、2環式3級アミンおよび活性水素をその分子内に有する化合物との反応から導かれる。この3級アミン化合物は、多孔性または非多孔性ポリウレタン材料を製造するための触媒として採用されてよい。本発明は、その最も広い側面において、特定の種類のアミン触媒をポリウレタンの製造に使用することに存する。
ポリウレタンの化学において、主たる焦点は、イソシアネートと、ヒドロキシル、水、アミン、尿素、ウレタンおよびその他のような、活性水素基を含有する化合物との反応にある(「The Polyurethanes Book」、David RandallおよびSteve Lee編、John Willey & Sons社、2002年)。ポリウレタンフォームは、ジ-またはポリイソシアネートを、2つまたはより多くの活性水素を含有する化合物と、一般的には発泡剤(単数または複数)、触媒、シリコーン系界面活性剤、および難燃剤、帯電防止剤および抗微生物剤、充填剤、耐加水分解安定剤、潤滑剤、UV安定剤、顔料およびその他のような他の助剤の存在下において、反応させることによって製造される。活性水素含有化合物は典型的には、ポリオール、1級および2級ポリアミン、鎖延長剤、架橋剤、および水である。ポリウレタンの可撓性フォームの調製、ゲル化および発泡に際しては、反応物質の間で、2つの主要な反応が触媒によって促進される。所望とする物性を有するポリウレタンフォームを生成するためには、プロセスに際してこれらの反応は同時に、そして競合的に均衡の取れた速度で進行しなければならない。
イソシアネートおよびポリオールまたはポリアミンの間での反応は、通常はゲル化反応として参照され、ポリマー鎖の成長を導き、高分子量のポリマーの形成を結果的にもたらす。この反応は、専ら物理的な発泡剤、とりわけ低沸点の有機化合物で発泡されたフォームにおいて支配的である。ゲル化反応の進行は混合物の粘度を増大させ、そして一般的には、架橋剤、多官能ポリオールまたはイソシアネートが使用された場合に、架橋密度の増大に寄与する。2つ目の主要な反応は、イソシアネートおよび水の間で生ずる。この反応は二酸化炭素ガスを生成するために重要であり、これが発泡化を促進する。その結果、この反応はしばしば、発泡反応として参照される。発泡反応は、補助的発泡剤の使用を回避しまたは低減するために本質的なものである。
ゲル化反応および発泡反応は両方とも、部分的なまたは全面的な水発泡ポリウレタン系において生ずる。実際には、水発泡ポリウレタンフォームの調製においては、発泡反応による二酸化炭素の現場発生が、本質的な役割を果たしている。水発泡ポリウレタンフォーム、特に可撓性フォームは、成形フォームプロセスおよびスラブフォームプロセスによって製造される。
上記したように、良好なウレタンフォーム構造を得るためには、ゲル化反応および発泡反応は同時的に、そして最適に均衡した速度で進行しなければならない。例えば、二酸化炭素の発生がゲル化反応に比べて迅速に過ぎる場合には、フォームは崩壊しがちとなる。あるいはまた、二酸化炭素を発生する発泡反応に比べて、ゲル化拡大反応が迅速に過ぎる場合には、フォームの上昇が制約され、その結果として高密度なフォームとなる。また、均衡の取れていない架橋反応は、フォームの安定性に悪影響を与える。実際には、これら2つの反応の均衡は、プロセスにおいて使用される促進剤および触媒、一般的にはアミンおよび/または有機金属化合物の性質によって制御される。
ポリウレタンフォーム配合物(処方)は通常、ポリオール、ポリイソシアネート、水、任意選択的に発泡剤(低沸点の有機化合物または不活性ガス、例えばCO)、シリコーン系界面活性剤、および触媒を含んでいる。例えば、可撓性フォームは一般的には連続気泡材料であり、これに対して剛性フォームは通常、独立気泡を高い比率で有している。
歴史的に見て、ポリウレタン製造用触媒には3つの一般的な種類があった;3級アミン(モノおよびポリ)、有機金属(主として有機スズ化合物)、およびビスマスおよび他のカルボン酸塩である。有機スズ触媒は主にゲル化反応を選好するが、これに対してアミン触媒はより可変的な範囲で発泡/ゲル化の均衡を示す。可撓性フォーム配合物においてスズ触媒を使用することはまた、独立気泡の量を増大させて、フォームの硬さに寄与することになる。3級アミンはまた、ポリマー鎖の成長のための触媒として有効であり、有機スズ触媒と組み合わせて使用することができる。例えば、可撓性のスラブストックフォームの調製においては、「ワンショット」プロセスが使用されているが、そこでは水とイソシアネートの反応および重合反応の両方を促進するためにトリエチレンジアミンが採用されており、これに対して有機スズ化合物は相乗的な組み合わせで使用されて、重合反応を促進する。
可撓性フォームおよび成形フォームを作成するためのプロセスは、「The Polyurethanes Book」、(David RandallおよびSteve Lee編、John Willey & Sons社、2002年)においてうまく説明されている。成形フォームを作成するためのプロセスは典型的には、出発材料をポリウレタンフォーム製造装置で混合し、そして反応混合物をそれが混合ヘッドから出てきたときに、金型へと注ぐことを包含している。加えて、スラブストックフォームと比較した場合の成形フォームの主な利点は、生産性の向上、廃棄物の量の減少、および、広範な種々の形状およびフォームの種類を、末端の使用用途の各々に必要とされる硬度、密度、および他の具体的な性質と組み合わせて生成することのできる能力に存する(「The Polyurethanes Book」、David RandallおよびSteve Lee編、John Willey & Sons社、2002年)。可撓性の成形ポリウレタンフォームの主要な用途は、例えば、自動車のシート、自動車のヘッドレストおよびアームレスト、有益な騒音、振動、および乗り心地特性を備えた絶縁システム、家具クッションその他である。半可撓性の成形フォームの用途の幾つかには、例えば、自動車のインストルメントパネル、エネルギー管理フォーム、および音響吸収フォームがある。
近年の成形された可撓性および半可撓性のポリウレタンフォームの製造プロセスは、かなりの成長を享受してきた。ジャストインタイム(JIT)供給プラントにおいて使用されているようなプロセスは、迅速な脱型システム、すなわち成形時間ができるだけ短いシステムに対する需要を増大させてきた。生産性の向上および/または部品コストの低減が、サイクル時間の短縮の結果として得られる。迅速硬化高弾性(HR)成形可撓性フォーム配合物は典型的に、3分間から5分間の脱型時間を達成する。これは、以下の1つまたはより多くを使用することによって達成される:より高い金型温度、より反応性の中間体(ポリオールおよび/またはイソシアネート)、ポリオールブレンドまたはイソシアネート成分を介してのポリウレタン(PU)マトリックスの架橋密度の増大、増大した量のゲル化触媒、より効率的な触媒の使用、またはその他。
殆どのポリウレタンフォームは、揮発性有機化合物を排出する。こうした排出物は、例えば、原材料中に存在する汚染物質、触媒、劣化生成物または未反応の揮発性出発物質、または他の添加剤から構成されている可能性がある。ポリウレタンフォームからのアミン排出物は、特に車のインテリア用途、家具またはマットレスについて、議論の主要なテーマとなってきており、したがって市場は、だんだんと低排出のフォームを要望するようになってきている。特に自動車産業は、フォーム中の揮発性有機化合物(VOC)および凝縮性化合物(フォギングまたはFOG)の大幅な削減を求めている。PUフォームのVOCおよびFOGプロファイルの評価は、VDA278テストによって行うことができる。可撓性の成形フォームから排出されるVOCの主成分の1つは、アミン触媒である。こうした排出を削減するためには、蒸気圧が非常に低い触媒を使用しなければならない。代替的には、触媒が反応性のヒドロキシル基またはアミン基を有する場合には、それらをポリマーのネットワークに連結することができる。そうすれば、フォギングテストにおいて検出されるアミン触媒残渣の量は僅かになる。しかしながら、反応性アミンの使用には困難が伴う。反応性アミンは、湿度エージング、永久圧縮歪みといった幾つかの疲労特性を劣化させることが知られている。さらにまた、広く使用されている反応性アミンは単官能性であってポリマーの成長に際して連鎖停止を促進し、そしてポリマーのマトリックスに共有結合することによって、触媒としての敏捷性を喪失する。かくして、排出プロファイルの低い、効率的なポリウレタン触媒を開発することが、近年のポリウレタン業界の重要な目標の1つである。
以下に示すものは本願の開示の概要であり、幾つかの側面についての基本的な理解を提供する。この概要は、鍵となる要素または重要な要素を識別することを意図するものではなく、また実施形態または特許請求の範囲に対する何らかの限定を規定することを意図するものでもない。さらにまた、この概要は幾つかの側面についての単純化された概説を提供するものであってよく、それらは本願の開示の他の部分においてより詳細に説明されていてよい。
提供されるのは3級アミン化合物であり、これはポリウレタン製造用触媒として使用するのに適切である。この3級アミン化合物は、2環式3級アミンを備えたアミノカルバメートである。
1つの側面においては、式(I)の3級アミン化合物が提供される:
(R’-OC(O)N-)A(-NC(O)OR) (I)
式中aは1~6およびbは0~5;
R’は2環式3級アミン:
Aは、ハロゲン、エーテル基、3級アミンまたはこれらの組み合わせを任意選択で含むC2~C35の炭化水素から選択される。C2~C35の炭化水素ユニットは、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣を含んでよく;そして
RはC1~C35の炭化水素から選択され、任意選択的に、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣、エーテル基、ハロゲン基、3級アミン基、2環式3級アミン基(R’)、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含有する。
3級アミン化合物の1つの実施形態において、式中のR’は以下から選択され:
Figure 0007330890000001

Figure 0007330890000002
式中x、y、z、およびuは独立して、無し(結合)、C1~C35の炭化水素、スルホン酸エステル(R-SOOR)、またはリン酸エステル(RO)P(O)から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含有してよい。
3級アミン化合物の1つの実施形態において、R’は以下から選択され:
Figure 0007330890000003

Figure 0007330890000004

Figure 0007330890000005

Figure 0007330890000006
式中R~R17は独立して、水素、ハロゲン、C1~C10の炭化水素、カーボネート、エーテル基、アミド、および3級アミンから選択される。
1つの実施形態では、3級アミン化合物は以下の式を有する:
Figure 0007330890000007

Figure 0007330890000008
先の実施形態の3級アミン化合物の任意の1つの実施形態において、(i)aは1、2、または3;(ii)aは1およびbは1;またはaは2およびbは0である。
先の実施形態の3級アミン化合物の任意の1つの実施形態において、AはC2~C20の炭化水素残渣から選択され、任意選択的に脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣から構成され、任意選択的にハロゲン、3級アミン、エーテル、ニトロ残渣を含む。
先の実施形態の3級アミン化合物の任意の1つの実施形態において、bは1~4であり、そしてRはC1~C10の炭化水素、C1~C10のエーテル、または式(II)~(VI)の群から選択され:
Figure 0007330890000009

Figure 0007330890000010

Figure 0007330890000011

Figure 0007330890000012

Figure 0007330890000013

Figure 0007330890000014

Figure 0007330890000015

Figure 0007330890000016
式中e、f、およびgは独立して2~6から選択され;R~Rは独立してC1~C9の炭化水素から選択され、ここで任意選択的にRおよびRは環を形成していてよく、および/またはRおよびRは5員から10員の環を形成していてよい。
1つの実施形態において、Rは以下の式の化合物から選択される:
Figure 0007330890000017

Figure 0007330890000018

Figure 0007330890000019
上述の実施形態の何れかの3級アミン化合物の1つの実施形態において、この化合物は以下の式から選択される:
Figure 0007330890000020

Figure 0007330890000021

Figure 0007330890000022
上述の実施形態の何れかの3級アミン化合物の1つの実施形態において、この化合物は:
Figure 0007330890000023

Figure 0007330890000024

Figure 0007330890000025

Figure 0007330890000026

Figure 0007330890000027

Figure 0007330890000028

またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせから選択される。
上述の実施形態の何れかの3級アミン化合物の1つの実施形態において、式中のu、x、y、およびzは各々-CH-である。
上述の実施形態の何れかの3級アミン化合物の1つの実施形態において、化合物は以下から選択される:
Figure 0007330890000029

Figure 0007330890000030

Figure 0007330890000031

Figure 0007330890000032

Figure 0007330890000033

Figure 0007330890000034

Figure 0007330890000035

Figure 0007330890000036
本発明の別の側面においては、上述の実施形態の何れかの3級化合物の1つまたはより多くを含み、任意選択的に希釈剤を含む触媒組成物が提供される。
本発明の1つの側面においては、多官能有機化合物を有機ポリイソシアネートと、触媒有効量の式(I)の化合物の存在下において反応させることを含む、ポリウレタンフォームの製造プロセスが提供される。
別の側面においては、イソシアネート化合物をアルコールと、触媒の存在下において反応させる工程を含むプロセスが提供され、ここで触媒は、上述の実施形態の何れかによる化合物から選択される。
1つの実施形態において、このプロセスはカルバメート製造のためのものである。
1つの実施形態において、イソシアネートはポリイソシアネートであり、アルコールはポリオールであり、そしてプロセスはポリウレタン製造のためのものである。
1つの実施形態において、ポリウレタンは多孔性または非多孔性ポリウレタンであり、プロセスは任意選択的に発泡剤を含んでいる。
上述の実施形態の何れかのプロセスの1つの実施形態において、ポリウレタンはポリウレタンフォームであり、そしてプロセスは任意選択的に、界面活性剤、難燃剤、鎖延長剤、架橋剤、接着促進剤、帯電防止剤、耐加水分解安定剤、UV安定剤、潤滑剤、抗微生物剤、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含む。
上述の実施形態の何れかのプロセスの1つの実施形態において、触媒は、組成物の合計重量に基づいて約0.005%から約5%の量において存在する。
さらに別の側面においては、上述の実施形態の何れかのプロセスから形成されるポリウレタンが提供される。
さらに別の側面においては、上述の実施形態の何れかの3級アミン化合物を形成するための方法が提供され、この方法は式(A)のイソシアネートを式(B)の環状3級アミノアルコールと、任意選択的に式(C)の有機化合物と共に反応させることを含んでいる:
Figure 0007330890000037

式中aは1~6およびbは0~5である。
1つの実施形態において、aは1、2、または3である。
3級アミン化合物を作成する方法の1つの実施形態において、イソシアネート(A)は、オクタデシルイソシアネート;オクチルイソシアネート;ブチルおよびt-ブチルイソシアネート;シクロヘキシルイソシアネート;アダマンチルイソシアネート;エチルイソシアネートアセテート;エトキシカルボニルイソシアネート;フェニルイソシアネート;アルファメチルベンジルイソシアネート;2-フェニルシクロプロピルイソシアネート;ベンジルイソシアネート;2-エチルフェニルイソシアネート;ベンジルイソシアネート;メタおよびパラ-トリルイソシアネート;2-、3-、または4-ニトロフェニルイソシアネート;2-エトキシフェニルイソシアネート;3-メトキシフェニルイソシアネート;4-メトキシフェニルイソシアネート;エチル4-イソシアネートベンゾエート;2,6-ジメチルフェニルイソシアネート;1-ナフチルイソシアネート;(ナフチル)エチルイソシアネート;イソホロンジイソシアネート(IPDI);トルエンジイソシアネート(TDI);ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI);水素化ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(H.12MDI);テトラ-メチルキシレンジイソシアネート(TMXDI);ヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート(HDI);ナフチレン-1,5-ジイソシアネート;3,3’-ジメトキシ-4,4’-ビフェニルジイソシアネート;3,3’-ジメチル-4,4’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジイソシアネート;フェニレンジイソシアネート;4,4’-ビフェニルジイソシアネート;トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート;テトラメチレンキシレンジイソシアネート;4,4’-メチレン-ビス(2,6ジエチルフェニルイソシアネート);1,12-ジイソシアネートドデカン;1,5-ジイソシアネート-2-メチルペンタン;1,4-ジイソシアネートブタン;およびシクロヘキシレンジイソシアネートおよびその異性体;HDIのウレトジオンダイマー;TDIのトリメチロールプロパントリマー;TDI、HDI、IPDIのイソシアヌレートトリマー;およびTDI、HDI、IPDIのビュウレットトリマーから選択される。
3級アミン化合物を作成する方法の1つの実施形態において、この方法は連続式プロセスまたはバッチ式プロセスとして実行される。
3級アミン化合物を作成する方法の1つの実施形態において、反応は溶媒の存在下において行われる。
3級アミン化合物を作成する方法の1つの実施形態において、反応は約20~140℃の温度において行われる。
以下の説明は、種々の例示的な側面について開示する。幾つかの改善点および新規な側面が明示的に判別されていてよく、他の点については記述および図面から明らかとなるものであってよい。
さて以下では例示的な実施形態に対して参照を行うが、その例は添付の図面に示されている。理解されるように、他の実施形態を用いてもよく、構造的および機能的な変更を行ってもよい。さらにまた、種々の実施形態の特徴を組み合わせまたは変更してもよい。かくして、以下の記述は例示としてのみ提示されるものであり、例示する実施形態に対して行うことのできる種々の代替および修正を、いかなる意味においても限定するものではない。本願の開示では、多くの具体的な詳細が、開示された主題の完全な理解を提供する。本願の開示の側面は、本願に記載されたすべての側面等を必ずしも含むことなしに、他の実施形態についても実施されてよいことが理解されよう。
本願で使用するところでは、「例」および「例示的」という単語は、事例または実例を意味している。「例」または「例示的」という単語は、鍵となるまたは好ましい側面または実施形態を示すものではない。「または」という単語は、文脈が別のことを示唆しているのでない限り、排他的ではなく包括的であることを意図している。1つの例として、「AはBまたはCを用いる」という言い回しは、任意の包括的な置き換えを含んでいる(例えば、AはBを用いる;AはCを用いる;またはAはBおよびCの両者を用いる)。別のこととして、冠詞「a(ある)」および「an(ある)」は一般的に、文脈が別のことを示唆しているのでない限り、「1つまたはより多く」を意味することを意図している。
本願で使用するところでは、用語「炭化水素基」は、炭素原子および水素原子からなる基であり、非環式炭化水素部分、脂環式炭化水素部分、および芳香族炭化水素部分を含んでいる。
本願で使用するところでは、用語「非環式炭化水素基」は、任意の直鎖または分岐鎖炭化水素基を意味し、好ましくは1から60の炭素原子を含み、これは飽和であっても不飽和であってもよい。適切な1価の非環式炭化水素基には、アルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基が含まれる。1価の非環式炭化水素基の代表的で非限定的な例は、メチル、エチル、sec-ブチル、tert-ブチル、オクチル、デシル、ドデシル、セチル、ステアリル、エテニル、プロペニル、およびブチニルである。適切な2価の非環式炭化水素基には、直鎖または分岐鎖のアルキレン基が含まれる。2価の非環式炭化水素基の代表的で非限定的な例は、メチレン、エチレン、プロピレン、ヘキシレン、メチルエチレン、2-メチルプロピレン、および2,2-ジメチルプロピレンである。適切な3価の非環式炭化水素ラジカルには、例えば1,1,2-エタントリイル、1,2,4-ブタントリイル、1,2,8-オクタントリイル、および1,2,4-ヘキサントリイルといった、アルカントリイルラジカルが含まれる。
本願で使用するところでは、用語「アルキル」は、任意の飽和の直鎖または分岐鎖の1価の炭化水素基を意味している。好ましい実施形態においては、1価のアルキル基は、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、デシル、およびドデシルといった、基当たりに1から60の炭素を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基から選択される。
本願で使用するところでは、用語「脂環式炭化水素基」は、1つまたはより多くの炭化水素環を含む基を意味しており、好ましくは3から12の炭素原子を含んでおり、これは任意選択的に、1つまたはより多くの環上に、好ましくは1から6の炭素原子を含む1つまたはより多くの1価または2価の非環式基が置換されていてよい。2つまたはより多くの環を含む脂環式炭化水素基の場合には、環は融合した環であって2つの環が2つまたはより多くの炭素原子を共用していてよく、または共有結合または2価の非環式基を介して相互に結合された環であってよい。適切な1価の脂環式炭化水素基には、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、およびシクロオクチルといったシクロアルキル基、またはシクロペンテニル、シクロヘキセニルまたはその他といったシクロアルケニル基が含まれる。適切な2価の炭化水素基には、例えば1,2-シクロペンチレン、1,3-シクロペンチレン、1,2-シクロヘキシレン、1,3-シクロヘキシレン、または1,4-シクロヘキシレンおよびその他といった、飽和または不飽和の2価の単環式炭化水素残渣が含まれる。適切な3価の脂環式炭化水素残渣には、例えば1-エチレン-2,4-シクロヘキシレンのような、シクロアルカントリイル残渣が含まれる。
本願で使用するところでは、用語「芳香族炭化水素基」は、1つまたはより多くの芳香族環を含む炭化水素基を意味しており、これは任意選択的に、芳香族環上に、好ましくは1から6の炭素原子を含む1つまたはより多くの1価または2価の非環式基が置換されていてよい。2つまたはより多くの環を含む芳香族炭化水素基の場合には、環は融合した環であって環が2つまたはより多くの炭素原子を共用していてよく、または共有結合または2価の非環式基を介して相互に結合された環であってよい。適切な1価の芳香族炭化水素には、例えばフェニル、トリル、2,4,6-トリメチルフェニル、ナフチルおよびアントリル、並びに例えば2-フェニルエチルのようなアラルキル基が含まれる。適切な2価の芳香族炭化水素基には、例えば1,2-フェニレン、1,4-フェニレン、4-メチル-1,2-フェニレン、およびフェニルメチレンといった、2価の単環式アレーン基が含まれる。適切な3価の芳香族炭化水素基には、例えば1,3,5-フェニレンおよび1,2,4-フェニレンが含まれる。
本願の技術は3級アミン化合物に関している。特に本願の技術は、2環式3級アミンを有するアミノカルバメートである3級アミン化合物に関している。1つの側面においては、3級アミン化合物は式(I)の化合物によって表される:
(R’-OC(O)N-)A(-NC(O)OR) (I)
式中aは1~6およびbは0~5;
R’は2環式3級アミン:
Aは任意選択的にハロゲン、エーテル基、3級アミンまたはこれらの組み合わせを含む、C2~C35の炭化水素から選択される。C2~C35の炭化水素ユニットは、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣を含んでいてよく;そして
Rは任意選択的に脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣、エーテル基、ハロゲン基、3級アミン基、2環式3級アミン基(R’)、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含む、C1~C35の炭化水素から選択される。
実施形態においては、RはC1~C35の脂肪族炭化水素であってよい。他の実施形態においては、Rは3級アミンを含有する基であってよく、これは直鎖、分岐鎖、または環式の3級アミンであってよい。Rはまた、2環式3級アミン(R’)から選択されてもよい。さらに他の実施形態においては、Rは以下の組成を備えた以下の化学構造(II)~(VI)からの官能基であってよく:
Figure 0007330890000038

Figure 0007330890000039

Figure 0007330890000040

Figure 0007330890000041

Figure 0007330890000042

Figure 0007330890000043

Figure 0007330890000044

式中e、f、およびgは独立してC2~C9の炭化水素から選択され;R~Rは独立してC1~C9の炭化水素から選択され、任意選択的にここでRおよびRは環を形成していてよく、および/またはRおよびRは5員から10員の環を形成していてよい。1つの実施形態において、Rは以下の式の化合物から選択される:
Figure 0007330890000045

Figure 0007330890000046

Figure 0007330890000047

実施形態において、e、f、およびg並びにR~Rは以下の如くであってよい:

Figure 0007330890000048
基Aは、直鎖、分岐鎖、脂環式、または芳香族含有基である、C2~C35の炭化水素であってよい。基Aは、1つまたはより多くの環式基および/または1つまたはより多くの芳香族基を含んでいてよい。1つの実施形態において、AはC2~C20の炭化水素、C4~C15の炭化水素、またはC6~C10の炭化水素である。1つの実施形態において、AはC6~C20、C6~C16、またはC6~C12であり、1つまたはより多くの芳香族部分を含んでいてよい。1つの実施形態において、AはC5~C20の脂環式基、C6~C16の脂環式基、またはC6~C10の脂環式である。理解されるように、芳香族基および脂環式基については、炭素原子の数は、単一の環または複数の環、および環(単数または複数)に結合された炭素原子の合計数を参照するものであってよい。
以下でより詳細に説明するように、式Iの化合物はモノ-またはポリイソシアネート基から誘導されることが理解されよう。それゆえ、Aが結合する個所の数および位置は、この化合物を作成するための出発物質におけるイソシアネート基の数に依存することになる。
2環式3級アミン(R’)は特に限定されるものではなく、そして特定の目的または意図した用途について所望なように選択されてよい。他の実施形態においては、2環式部分は以下の式を有する部分から選択され:
Figure 0007330890000049

Figure 0007330890000050

式中x、y、z、およびuは、無し(結合)、C1~C35の炭化水素、スルホン酸エステル(R-SOOR)、またはリン酸エステル[(RO)P(O)]から独立して選択され、ここでC1~C35の炭化水素は、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含有していてよい。説明するところでは、環中の炭素原子(x、y、zおよびuが炭化水素である場合を含む)はすべて、水素原子および/または炭化水素基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせといった別の基に結合していてよい。1つの実施形態においては、環中の炭素原子はすべて、水素原子に結合している。1つの実施形態において、炭素原子は1つまたはより多くの炭化水素置換基を担持している。
zが1つより多い炭素原子を含んでいてより大きな環が提供される場合には、uはそれらの炭素原子のいずれに結合していてもよいことが理解されよう。
1つの実施形態において、2環式基は式(IX)~(XII)のものであり:
Figure 0007330890000051

Figure 0007330890000052

Figure 0007330890000053

Figure 0007330890000054

式中R~R17は独立して、水素、ハロゲン、C1~C10の炭化水素、カーボネート、エーテル基、アミド、および3級アミンから選択される。1つの実施形態において、R~R17の各々は水素である。
上記した式(I)で表される3級アミン化合物の調製のために2環式3級アミン前駆体を生成するための方法は、EP2657237B1またはUS5710191に記述された方法によって特に限定されるものではなく、また他の残渣が含まれていてもよい。上記した式(I)によって表される3級アミン化合物は、可塑剤および/または水、グリコール(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2-メチル-1,3-プロパンジオールまたはその他)、グリコールのモノまたはジアルキルエーテル、ポリエーテルポリオール、可塑剤、ワックス、およびヒマシ油、大豆油その他のような天然油、およびこれらの混合物といった希釈剤で希釈されることができる。
実施形態においては、式(I)の3級アミン化合物は、式(XIII)または(XIV)の化合物であってよく:
Figure 0007330890000055

Figure 0007330890000056

式中aは1~6およびbは0~5であり;
AはC2~C35の炭化水素から選択され、任意選択的にハロゲン、エーテル基、3級アミンまたはこれらの組み合わせを含む。C2~C35の炭化水素ユニットは、脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣を含有していてよく;
x、y、z、およびuは独立して無し(結合)、C1~C35の炭化水素、スルホン酸エステル(R-SOOR)、またはリン酸エステル(RO)P(O)から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含んでいてよく;そして
RはC1~C35の炭化水素から選択され、任意選択的に脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣、エーテル基、ハロゲン基、3級アミン基、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含有する。2環式の環中に示された明示的な炭素原子は、何らかの置換基を有するものとしては示されていないが、それらの炭素原子は水素原子および/または炭化水素のような別の基に結合されていてよいことが理解されよう。式(I)の適切な化合物の非限定的な例には:
Figure 0007330890000057

Figure 0007330890000058

Figure 0007330890000059

Figure 0007330890000060

Figure 0007330890000061

Figure 0007330890000062

Figure 0007330890000063

Figure 0007330890000064

Figure 0007330890000065

またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせが含まれる。実施形態においては、x、y、z、およびuはC1~C10の炭化水素であってよい。実施形態においては、x、y、z、およびuは各々CHである。さらなる実施形態においては、式(I)の化合物は以下から選択される:
Figure 0007330890000066

Figure 0007330890000067

Figure 0007330890000068

Figure 0007330890000069

Figure 0007330890000070
式(I)の化合物は、イソシアネート、3級2環式アミノアルコール、任意選択的に別のアルコールの反応によって調製されてよい。実施形態においては、この化合物はモノイソシアネートまたはポリイソシアネート、ここでa=1、2、3、4、5および6であるものを、ヒドロキシル官能性2環式3級アミンと、任意選択的に別のアルコールの存在下において反応させることによって調製されてよい。この反応は以下の如くであってよい:
Figure 0007330890000071

式中A、R’、およびRは上述した通りであることができ、aは1~6、そしてbは0~5である。この反応は無溶媒で、成分(A)、(B)、(C)、またはこれらの混合物が液体である温度において行うことができる。さらにまた、非プロトン性有機溶媒(エチルアセテート、アセトン、アセトニトリル、ケトン、ハロアルカン、ジグリム、ジオキサン、エーテル-ジエチルエーテル、メチルブチルエーテル、テトラヒドロフラン、アルカン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、トルエン、ベンゼン、キシレンおよびこれらの同族体または混合物)を使用して、成分(A)および/または(B)および/または任意選択的に(C)を混合するに先立って、これらを溶解または溶融することができる。反応に好ましい温度範囲は20~140℃、より好ましくは40~120℃、最も好ましくは60~100℃である。一般的に、水分を排除するために、反応は不活性雰囲気下(窒素、アルゴン、またはその他)で行うことが好ましい。反応完了後、溶媒は部分的にまたは完全に除去して、最終化合物、それらの混合物またはその濃縮溶液を与えることができる。一般式(I)の3級アミン生成物を、水、グリコール(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2-メチル-1,3-プロパンジオールまたはその他)、グリコールのモノ-およびジ-アルキルエーテル、ポリエーテルポリオール、可塑剤、ワックス、およびヒマシ油、大豆油およびその他のような天然油およびこれらの混合物のような希釈剤中に含有する触媒混合物は、ポリウレタンの製造のための触媒の添加を容易にする準備を行うために推奨される。
触媒の製造のためには、バッチ式および連続式の両方のプロセスが適用可能である。これらのプロセスを介して触媒を製造するためには、純粋な成分(A)、(B)および(C)またはこれらの溶液を使用することができる。バッチ式プロセスでは、対応するイソシアネート成分(A)を、所望の液体3級アミノアルコール(B)または所定温度における3級アミノアルコール(B)の所望とする溶媒中への溶融液へと添加することができる。反応の完了後に、揮発性溶媒を除去して目標とする触媒を与えることができ、これをさらなる工程において使用することができる。代替的には、バッチ式プロセスにおいて所定の温度において、対応する3級アミノアルコール(B)または所望溶媒中における(B)の溶融液を、所望とする液体イソシアネート成分(A)または所望溶媒中における(A)の溶融液へと添加することが可能である。反応の完了後に、揮発性溶媒を除去して目標とする触媒を与えることができ、これをさらなる工程において使用することができる。(A)、(B)および(C)での多成分反応を行うためには、最初に(B)または(C)の何れかが所定の温度において(A)に添加され、そして最初の工程の完了後に、対応して(C)または(B)が添加されて、所望とする化合物の合成が終了される。反応の完了後に、揮発性溶媒を除去して目標とする触媒を与えることができ、これをさらなる工程において使用することができる。連続式による触媒の製造については、混合および搬送作用の組み合わせを用いることにより、液体のまたは溶解された成分(A)、(B)、および任意選択的に(C)を、所望とする混合比率および順序において連続的に混合するよう設計された、連続式プロセッサを使用することができる。連続式プロセッサの混合チャンバはまた、混合サイクルを最適化するように加熱または冷却されていてよい。目標とする触媒を与えるために、最終工程において、反応の完了後に揮発性溶媒を除去することができる。代替的に、蓄積された反応混合物を蒸留して目標とする触媒を与え、これをさらなる工程において使用することができる。
反応を行うためにR’OH基を有する3級アミンとして適した基の非限定的な例には、以下のものが含まれる:
Figure 0007330890000072

Figure 0007330890000073

Figure 0007330890000074

Figure 0007330890000075

Figure 0007330890000076

Figure 0007330890000077
代表的な事例では、a=2の場合に、式(Ia)の化合物は任意選択的に、a)イソシアネート化合物(XVII)に対するR-OH(XVI)および(XV)の対応する混合物の同時添加;b)イソシアネート化合物(XVII)に対するR-OH(XVI)および(XV)の同期添加;c)R-OH(XVI)のイソシアネート化合物(XVII)に対する添加に(XV)の添加が続く順次添加、および/またはc)イソシアネート化合物(XVII)に対する(XV)の添加にR-OH(XVI)の添加が続く順次添加によって調製されてよく、ここでA、a、u、x、y、およびzは前述した通りであってよい。
Figure 0007330890000078

この反応は、3級アミンを有する少なくとも1つの2環式基を含有する一般式(I)および/または(Ia)の化合物を提供するために行われる。
式(I)の化合物を形成するために使用されるイソシアネート(例えば、(A))は特に限定されるものではなく、そしてモノ-、ジ-、またはポリイソシアネートから選択されてよい。モノイソシアネートの例には、限定するものではないが、オクタデシルイソシアネート;オクチルイソシアネート;ブチルおよびt-ブチルイソシアネート;ヘキシルイソシアネート;シクロヘキシルイソシアネート;アダマンチルイソシアネート;エチルイソシアネートアセテート;エトキシカルボニルイソシアネート;フェニルイソシアネート;アルファメチルベンジルイソシアネート;2-フェニルシクロプロピルイソシアネート;ベンジルイソシアネート;2-エチルフェニルイソシアネート;ベンジルイソシアネート;メタおよびパラ-トリルイソシアネート;2-、3-、または4-ニトロフェニルイソシアネート;2-エトキシフェニルイソシアネート;3-メトキシフェニルイソシアネート;4-メトキシフェニルイソシアネート;エチル4-イソシアネートベンゾエート;2,6-ジメチルフェニルイソシアネート;1-ナフチルイソシアネート;(ナフチル)エチルイソシアネート;およびその他が含まれる。ジイソシアネートの例には、限定するものではないが、イソホロンジイソシアネート(IPDI);トルエンジイソシアネート(TDI)の異性体;ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)の異性体;4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)H12の異性体;テトラ-メチルキシレンジイソシアネート(TMXDI);ヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート(HDI);ナフチレン-1,5-ジイソシアネート;3,3’-ジメトキシ-4,4’-ビフェニルジイソシアネート;3,3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート;フェニレンジイソシアネートの異性体;4,4’-ビフェニルジイソシアネート;トリジンジイソシアネート;2,4,6-トリイソプロピルメタ-フェニレンジイソシアネート;ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンの異性体;トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートの異性体;テトラメチレンキシレンジイソシアネートの異性体;4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジエチルフェニルイソシアネート);1,12-ジイソシアネートドデカン;1,5-ジイソシアネート-2-メチルペンタン;1,4-ジイソシアネートブタン;およびシクロヘキシレンジイソシアネートおよびその異性体が含まれる。ビュウレット、アロファネート、カルボジイミド、ウレトジオン変性イソシアネートは、(II)として使用することができる。トリイソシアネートまたはそれらの同等物の例には、限定するものではないが、TDIおよびその他のトリメチロールプロパントリマー、TDI、HDI、IPDI、およびその他のイソシアヌレートトリマー、そしてTDI、HDI、IPDI、およびその他のビュウレットトリマーが含まれる。より高次のイソシアネート官能性の例には、TDI/HDI、およびその他のコポリマー、並びにMDIオリゴマーが含まれる。
3級アミン化合物は、一般にイソシアネートがアルコールと反応してカルバメート結合を形成する際に触媒として使用されてよい。これには単純なカルバメート、ポリウレタンが含まれてよく、多孔性および/または非多孔性のポリウレタン材料の製造、およびポリウレタンフォームの製造が含まれる。
カルバメートの形成においては、ヒドロキシル化された化合物と反応する任意のイソシアネート化合物が、本発明において有用である。イソシアネート化合物は、脂肪族、芳香族、置換芳香族、ヘテロ芳香族または置換されたヘテロ芳香族であってよい。適切な脂肪族イソシアネートには、限定するものではないが:(C~C12)アルキルイソシアネート、置換された(C~C12)アルキルイソシアネート、(C~C12)アルケニルイソシアネート、置換された(C~C12)アルケニルイソシアネート、(C~C12)アルキニルイソシアネート、置換された(C~C12)アルケニルイソシアネート、(C~C12)アラルキルイソシアネート、および置換された(C~C12)アラルキルイソシアネートが含まれる。適切なイソシアネートの例には、限定するものではないが:フェニルイソシアネート、ベンジルイソシアネート、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、2,6-ジクロロフェニルイソシアネートが含まれる。
本発明において有用なヒドロキシル化された化合物は、ヒドロキシル基を含み、そしてイソシアネート化合物と反応するであろう任意の化合物である。こうしたヒドロキシル化された化合物には、アルコールおよびオキシム化合物が含まれる。本発明において有用な適切なアルコールには、限定するものではないが:(C~C12)アルカノール、ハロ(C~C12)アルカノール、(C~C12)アルケノール、ハロ(C~C12)アルケノール、(C~C12)アルキノール、ハロ(C~C12)アルキノール、(C~C12)アラルカノール、ハロ(C~C12)アラルカノール、フェノール、置換フェノール、イソチアゾール、置換イソチアゾール、ナフトール、および置換ナフトールが含まれる。適切なアルコールには、限定するものではないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、フェネチルアルコール、プロピニルアルコール、ハロプロピニルアルコール、およびアリルアルコールが含まれる。
用語「ポリウレタン」は本願で使用するところでは、2つまたはより多くのイソシアネート基を含有するイソシアネートと、2つまたはより多くの活性水素を含有する化合物、例えばポリオール(ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、グラフトポリオールとしても知られているコポリマーポリオール)、1級および2級アミンで終端されたポリアミンとして知られているポリマーとの反応生成物を指している。これらの反応生成物は一般に当業者には、ポリウレタンおよびポリウレタン(ウレア)として知られている。多孔性および非多孔性フォームを形成するための反応は、任意選択的に発泡剤を含んでいる。ポリウレタンフォームの製造においては、反応は発泡剤を含み、そして界面活性剤、難燃剤、鎖延長剤、架橋剤、接着促進剤、帯電防止剤、耐加水分解安定剤およびUV安定剤、潤滑剤、抗微生物剤、触媒および/または他の特定用途の添加剤といった他の任意選択的な成分を、圧縮または多孔性ポリウレタン材料の製造に使用することができる[「ThePolyurethanes Book」、David RandallおよびSteve Lee編、John Willey & Sons社、2002年]。本発明の触媒材料は、ワンショット発泡プロセス、準プレポリマープロセス、およびプレポリマープロセスを使用して、可撓性、半可撓性、および剛性フォームを作成するのに特に適している。本発明のポリウレタン製造プロセスは典型的には、例えばポリオール、一般的には約10から約700のヒドロキシル数を有するポリオール、有機ポリイソシアネート、発泡剤、および当業者に知られた任意選択的な添加剤、およびその少なくとも1つが主題の3級アミン化合物から選択される1つまたはより多くの触媒の反応を包含している。発泡剤および任意選択的な添加剤としては、可撓性および半可撓性フォームの配合物(以下単に可撓性フォームとして参照する)はまた一般に、例えば水、低沸点有機発泡助剤または任意選択的な非反応性ガス、シリコーン系界面活性剤、任意選択的な触媒、および任意選択的な架橋剤(単数または複数)を含んでいる。剛性フォームの配合物はしばしば発泡のために、低沸点有機材料および水の両方を含有している。
ポリウレタンフォームを作成するための「ワンショット発泡プロセス」は、ポリイソシアネート、有機ポリオール、水、触媒、界面活性剤(単数または複数)、任意選択的な発泡剤およびその他を含む、発泡されたポリウレタン製品を製造するために必要な(または所望とされる)すべての成分が、効率的に混合され、移動するコンベア上または適切な構成の金型内へと注がれ硬化される、1工程のプロセスである[「Chemistryand Technology of Polyols for Polyurethanes」、Mihail Ionescu著、Rapra Technology社(2005年)]。このワンショットプロセスは、プレポリマープロセスおよび準プレポリマープロセスと対比される[「Flexiblepolyurethane foams」、Ron HerringtonおよびKathy Hock著、Dow Plastics社、1997年]。プレポリマープロセスにおいては、今日使用されている殆どのプレポリマーは、イソシアネート末端である。利用可能なヒドロキシル部位のすべてと反応するのにちょうど十分なポリイソシアネートが添加された場合には、正確なプレポリマーが形成される。過剰のまたは残余のイソシアネートモノマーが存在する場合には、生成物は準プレポリマーと呼ばれる。プレポリマーまたは準プレポリマーは最初に、発泡生成成分を何ら含まずに調製される。次の工程において、プレポリマーと水および/またはエチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオールまたはジアミンといった鎖延長剤との、触媒の存在下における反応によって、高分子量のポリウレタン材料が形成される。
式(I)の3級アミン化合物は、唯一の触媒として、または1つまたはより多くの主題とする他の3級アミン触媒および/またはポリウレタン製造プロセスに有用な他の触媒と組み合わせて使用されてよい。2つまたはより多くの異なる式(I)の3級アミン化合物はまた、一緒に触媒として使用されてよい。式(I)の3級アミン化合物(単数または複数)は、すべての必要な成分を含む反応混合物中に、組成物の合計重量に基づいて約0.005%から約5%;約0.01%から約3.0%;または約0.03%から約1.00の量で存在してよい。
ポリウレタンフォームを製造するのに有用な他の触媒には、例えば、3級アミン、有機金属触媒、例えば有機スズ触媒、金属塩触媒、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属カルボキシレート触媒、他の遅効性触媒、または他の既知のポリウレタン触媒が含まれる。
有機金属触媒または金属塩触媒はまた、ポリウレタンフォーム配合物において使用可能であり、そしてしばしば使用される。例えば可撓性スラブストックフォームについては、一般に好ましい金属塩および有機金属触媒は、オクタン酸第1スズおよびジブチルスズジラウレートのそれぞれである。可撓性の成形フォームについては、例示的な有機金属触媒はジブチルスズジラウレートおよびジブチルスズジアルキルメルカプチドである。剛性のフォームについては、例示的な金属塩および有機金属触媒は酢酸カリウム、オクタン酸カリウム、およびジブチルスズジラウレートのそれぞれである。金属塩または有機金属触媒は通常ポリウレタン配合物において少量、典型的には組成物の合計重量に基づいて100部当たり約0.001部(pphp)から約0.5phppの量で使用される。
特にワンショット発泡手順によってポリウレタンを作成するための、本発明のプロセスにおいて有用なポリオールは、可撓性スラブストックフォーム、可撓性成形フォーム、半可撓性フォーム、および剛性フォームの調製について、技術の現状において採用されている任意の種類のものである。こうしたポリオールは典型的には雰囲気温度および圧力において液体であり、約15から約700の範囲にあるヒドロキシル数を有するポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールを含んでいる。このヒドロキシル数は可撓性フォームについては好ましくは約20から約60の間にあり、半可撓性フォームについては約100から約300の間にあり、そして剛性フォームについては約250から約700の間にある。
可撓性フォームについて好ましい官能性、すなわちポリオールの分子当たりのヒドロキシル基の平均数は約2から約4であり、最も好ましくは約2.3から約3.5である。剛性フォームについては、好ましい官能性は約2から約8であり、そして最も好ましくは約3から約5である。
ポリアミンの中では、例えばピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、ビス(4-アミノフェニル)エーテル、1,3-フェニレンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンといったジアミンが好ましい。
本発明のプロセスにおいてコポリマーとして単独で、または混合して使用可能な多官能性有機化合物は、以下の非限定的な類の何れかであることができる:
(a)ポリヒドロキシアルカンと1つまたはより多くのアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、その他との反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(b)多官能アルコール、糖アルコール、糖類、および/または多官能アミンの、所望ならば低官能アルコールおよび/またはアミンとの混合物においての、アルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、その他との反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(c)リン酸およびポリリン酸とアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、その他との反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(d)ポリ芳香族アルコールとアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、その他との反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(e)テトラヒドロフランの開環重合反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(f)アンモニアおよび/またはアミンとアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、その他との反応から導かれるポリエーテルポリオール;
(g)多官能性開始剤、例えばジオールと、ヒドロキシカルボン酸またはそのラクトン、例えばヒドロキシルカプロン酸またはε-カプロラクトンとの反応から導かれるポリエステルポリオール;
(h)シュウ酸エステルおよびジアミン、例えばヒドラジン、エチレンジアミン、その他との、直接ポリエーテルポリオール中での反応から導かれるポリオキサメートポリオール;
(i)ジイソシアネートおよびジアミン、例えばヒドラジン、エチレンジアミン、その他との、直接ポリエーテルポリオール中での反応から導かれるポリウレアポリオール。
可撓性フォームについては、ポリヒドロキシアルカンのアルキレンオキシド付加物の好ましい種類は、グリセリン、トリメチロールプロパン、その他のような脂肪族トリオールのエチレンオキシドおよびプロピレンオキシド付加物である。剛性フォームについては、アルキレンオキシド付加物の好ましい類は、アンモニア、トルエンジアミン、スクロース、およびフェノールホルムアルデヒド-アミン樹脂(マンニッヒ塩基)のエチレンオキシドおよびプロピレンオキシド付加物である。
グラフト化ポリオールまたはポリマーポリオールは可撓性フォームの製造において広範囲に使用されており、そして標準的なポリオールと共に、本発明のプロセスにおいて有用なポリオールの好ましい類の1つである。ポリマーポリオールは、例えば上記したポリオールa)からe)において、そしてより好ましくはa)の類のポリオールにおいて、ポリマーの安定した分散物を含むポリオールである。本発明のプロセスにおいて有用な他のポリマーポリオールは、ポリウレアポリオールおよびポリオキサメートポリオールである。
本発明のポリウレタンフォーム形成プロセスにおいて有用であるポリイソシアネートは、少なくとも2つのイソシアネート基を含む有機化合物であり、そして一般的には任意の既知の芳香族または脂肪族ポリイソシアネートである。適切な有機ポリイソシアネートには、例えばメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)および2,4-および2,6-トルエンジイソシアネート(TDI)のような炭化水素ジイソシアネート(例えばアルキレンジイソシアネートおよびアリーレンジイソシアネート)、並びに既知のトリイソシアネートおよびポリマーMDIまたは粗MDIとしても知られているポリメチレンポリ(フェニレンイソシアネート)が含まれる。可撓性および半可撓性フォームについては、好ましいイソシアネートは一般に、例えばTDI組成物の合計重量に基づいて重量比がそれぞれ約80%および約20%であり、またそれぞれ約65%および約35%である2,4-トルエンジイソシアネートおよび2,6-トルエンジイソシアネート(TDI)の混合物;好ましくは組成物の合計重量に基づいて重量比で約80%のTDIおよび約20%の粗ポリマーMDIから約50%のTDIおよび約50%の粗ポリマーMDIである、TDIおよびポリマーMDIの混合物;そしてMDIタイプのすべてのポリイソシアネートである。剛性フォームについては、好ましいイソシアネートは例えば、MDIタイプのポリイソシアネートおよび好ましくは粗ポリマーMDIである。
フォーム配合物に含まれ、配合物中の他の材料の量に対して使用されるポリイソシアネートの量は、「イソシアネートインデックス」に関して説明される。「イソシアネートインデックス」は、使用されるポリイソシアネートの実際の量を反応混合物中のすべての活性水素と反応するのに必要とされるポリイソシアネートの理論的に必要な化学量論量で割り、100を掛けたものを意味する[Oertel著「Polyurethane Handbook」、Hanser Publishers社、ニューヨーク州ニューヨーク(1985年)を参照]。本発明のプロセスにおいて使用される反応混合物におけるイソシアネートインデックスは一般に、60および140の間にある。より普通には、イソシアネートインデックスは:可撓性TDIフォームについては典型的には85および120の間;成形TDIフォームについては、通常は90および105の間;成形MDIフォームについては、殆どの場合に70および90の間;そして剛性MDIフォームについては、一般に90および130の間である。ポリイソシアヌレート剛性フォームの幾つかの例は、250~400のような高いインデックスにおいて生成される。
可撓性および剛性フォームの両方において、水はしばしば反応性発泡剤として使用される。可撓性スラブストックフォームの製造において、水は一般的に、例えばポリオールブレンドの100部当たり2部から6.5部(pphp)の間、そしてより多くの場合にはポリオールブレンドの3.5から5.5pphpの間の濃度において使用することができる。TDI成形フォームについての水のレベルは通常、例えばポリオールブレンドの3から4.5pphpの範囲にある。MDI成形フォームについては、水のレベルは例えば、より通常では2.5および5pphpの間にある。剛性フォームでの水のレベルは、例えば、ポリオールブレンドの0.5から5pphpの範囲にあり、そしてより多くの場合には0.5から2pphpの範囲にある。揮発性炭化水素またはハロゲン化炭化水素および他の非反応性ガスに基づく発泡剤のような物理的発泡剤もまた、本発明によるポリウレタンフォームの製造に使用することができる。製造された剛性の絶縁フォームのかなりの部分は揮発性炭化水素またはハロゲン化炭化水素で膨らませられるものであり、そして好ましい発泡剤はヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)および揮発性炭化水素のペンタンおよびシクロペンタンである。可撓性スラブストックフォームの製造においては、水が主たる発泡剤である;しかしながら、他の発泡剤を発泡助剤として使用することができる。可撓性スラブストックフォームについては、好ましい発泡助剤は二酸化炭素およびジクロロメタン(塩化メチレン)である。例えばクロロフルオロカーボン(CFC)およびトリクロロモノフルオロメタン(CFC-11)のような、他の発泡剤もまた使用してよい。
可撓性の成形フォームは典型的には、不活性の発泡助剤を使用せず、どのような場合であっても、取り入れる発泡助剤はスラブストックフォームよりも少ない。しかしながら、幾つかの成形技術の場合には、二酸化炭素を使用することに対する非常な関心がある。MDI成形フォームは、アジアおよび幾つかの発展途上国において、塩化メチレン、CFC-11および他の発泡剤を使用している。当業者により認識されるように、発泡剤の量は、所望とされるフォーム密度およびフォーム硬度にしたがって変化する。使用される場合、炭化水素タイプの発泡剤の量は、例えば痕跡量からポリオールブレンドの100部当たり約50部(pphp)まで変化し、そしてCOは例えばポリオールブレンドの約1から約10pphpまで変化する。
架橋剤もまた、ポリウレタンフォームの製造において使用してよい。架橋剤は典型的には小さな分子である;通常は350未満の分子量であり、イソシアネートとの反応のために活性水素を含有している。架橋剤の官能性は3より大きく、そして好ましくは3および5の間にある。使用される架橋剤の量は、ポリオールブレンドに基づいて約0.1pphpおよび約20pphpの間で変化することができ、そして使用量は、必要とされるフォームの安定性またはフォームの硬度を達成するように調節される。架橋剤の例には、グリセリン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、およびテトラヒドロキシエチルエチレンジアミンが含まれる。
本発明のプロセスにおいて使用されてよいシリコーン系界面活性剤には、例えば「加水分解性」ポリシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー、「非加水分解性」ポリシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー、シアノアルキルポリシロキサン、アルキルポリシロキサン、およびポリジメチルシロキサンオイルが含まれる。使用されるシリコーン系界面活性剤の種類および必要とされる量は、当業者に認識されるように、製造されるフォームの種類に依存している。シリコーン系界面活性剤は、そのままで、またはグリコールのような溶媒に溶解して使用することができる。可撓性スラブストックフォームについては、反応混合物は通常、約0.1から約6pphpの、そしてより多くの場合には約0.7から約2.5pphpのシリコーン系界面活性剤を含んでいる。可撓性の成形フォームについては、反応混合物は通常、約0.1から約5pphpの、そしてより多くの場合には約0.5から約2.5pphpのシリコーン系界面活性剤を含んでいる。剛性のフォームについては、反応混合物は通常、約0.1から約5pphpの、そしてより多くの場合には約0.5から約3.5pphpのシリコーン系界面活性剤を含んでいる。使用量は、必要とされるフォームの気泡構造およびフォームの安定性を達成するように調節される。
ポリウレタンの製造について有用な温度は、当業者によって十分に理解されているように、フォームの種類および製造に使用される特定のプロセスに応じて変動する。可撓性スラブストックフォームは通常、反応物質を一般的には約20℃および約40℃の間にある雰囲気温度において混合することによって製造される。その上でフォームが持ち上がり硬化されるコンベアは本質的に雰囲気温度にあり、この温度は、フォームが作成される地理的領域および季節に応じて非常に大きく変動しうる。可撓性成形フォームは通常、約20℃および約30℃の間、そしてより多くの場合には約20℃および約25℃の間の温度において、反応物質を混合することによって製造される。混合された出発材料は金型へと、典型的には注入によって供給される。金型は好ましくは約20℃および約70℃の間、そしてより多くの場合には約40℃および約65℃の間の温度に加熱される。噴霧される剛性フォームの出発材料は、雰囲気温度において混合され噴霧される。成形される剛性フォームの出発材料は、約20℃から約35℃の範囲にある温度において混合される。本発明にしたがって可撓性スラブストックフォーム、成形フォーム、および剛性フォームを製造するために使用される好ましいプロセスは、出発材料が1工程で混合され反応される「ワンショット」プロセスである。
本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定されるものであるが、以下の実施例は本発明の特定の側面を説明するものであり、そしてより特定的には、評価方法について説明する。これらの実施例は例示的な目的で提示されるものであり、本発明に対する限定として解釈されてはならない。
3級アミン触媒の調製
例示的な触媒の調製のための原材料である固体のRZETA登録商標1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン-2-イル)メタノール(CAS:76950-43-1)は、東ソー株式会社から入手可能である。この原材料1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン-2-イル)メタノールは、1,5-ジアザビシクロ[3.2.2]ノナン-3-オルを~10%の痕跡量で含有する可能性がある。
実施例1
3級アミン触媒1の調製
7.545gの固体のRZETA登録商標(53.06mmol)をトルエン(25mL)中に50℃で溶解した。窒素雰囲気下でこの混合物にイソホロンジイソシアネート(5.850g、26.3mmol)を連続的に滴下して添加し、そして反応温度を50℃未満に保持して激しく攪拌した。この反応混合物を70℃において2時間にわたり攪拌した。反応混合物を室温まで冷却した。混合物をアセトンを用いて丸底フラスコに移し、そして80℃においてロータリーエバポレータ上で溶媒を減圧下に除去して、13.7gの白色パウダーを得た。得られた3級アミン触媒1の構造を付加的な精製なしに、ポリウレタンフォームの調製に使用した。
実施例2
3級アミン触媒2の調製
マグネティックスターラーおよび温度計を装着した3口丸底フラスコに、窒素雰囲気下でIPDI(5.913g、26.59mmol)を仕込んだ。3.785mgの固体のRZETA登録商標(26.62mmol)を、窒素雰囲気下で室温においてトルエン(8mL)中に溶解した。RZETA登録商標溶液をIPDI溶液に対して、室温において窒素雰囲気下で、強く混合しながらシリンジを介してゆっくりと添加した。反応混合物の温度は40℃未満に保持した。反応混合物は室温で一晩攪拌した。2-[2-(ジメチルアミノ)エトキシ]エタノール(3.577g、26.85mmol)をこの混合物に添加し、その混合物を70℃においてさらに2時間にわたって攪拌した。他の溶媒としてアセトンを用いながら混合物を1口丸底フラスコに移し、そしてその後、減圧下にすべての溶媒を除去してシロップ状の生成物を得た。
実施例3
3級アミン触媒3の調製
RZETA登録商標溶液および2-[2-(ジメチルアミノ)エトキシ]エタノールの添加順序を変更することにより、実施例2と同様にして触媒3を調製した。かくして最初にRZETA登録商標のトルエン溶液をIPDIに添加し、そして次に2-[2-(ジメチルアミノ)エトキシ]エタノールを反応混合物に添加した。
実施例4
触媒4は、固体のRZETA登録商標およびヘキサメチレンジイソシアネートから出発して、実施例1と同様にして調製した。
実施例5
触媒5は、ヘキサメチレンジイソシアネートをIPDIの代わりに使用することにより、実施例2と同様にして調製した。
3級触媒溶液の調製
3級触媒(実施例1~5)および固体のRZETA登録商標を水に溶解して33.3重量%の水溶液を得た。
ポリウレタンフォームを以下の手順にしたがって調製した。ポリエーテルポリオール(Hyperlite登録商標1629)、コポリマーポリオール(Hyperlite登録商標1651)、架橋剤(ジエタノールアミンまたはDEOAの90重量%水溶液)、シリコーン安定剤(Niax登録商標L-3555)、および水のプレミックスを、表1にしたがって調製した(重量部)。このプレミックスから、各々が316.11gの類似した6つのバッチを適切な混合用プラスチック容器に量り取り、RZETA登録商標の33.3%水溶液3.30g(参照組成物1)および対応する3級アミン触媒(組成物2~6)を対応させて添加して、6つのポリオールブレンドを得た(表1)。このポリオールブレンドは、リング付きのプロペラスターラーを3000rpmで用いて、板紙のカップ内で30秒間にわたり完全に混合した。Scuranate T80イソシアネート(TDI、NCO含有量は48.1%)を添加し、反応混合物を4~6秒間にわたり混合した。この反応混合物を30×30×10cmのアルミニウム金型に注入し、そして金型は直ちに閉じた。金型の蓋の4隅には、直径0.4mmの4つのベント開口が設けられていた。フォームは6分後に脱型した。金型温度は温水を循環させたサーモスタットを介して65℃に制御した。剥離剤としてPura 1705を使用した。
フォームの物理的特徴は以下のようにして評価した:

Figure 0007330890000079
RZETA登録商標および実施例1~5からのアミン触媒を水に溶解して、それぞれ33.3重量%の水溶液を得た。これらの水溶液を使用してポリウレタンフォーム(表1)を作成した。組成物1は比較例であり、東ソー株式会社から入手可能なRZETA登録商標を購入したまま状態で使用した。組成物2~6は、本発明の技術の側面および実施形態による3級アミン化合物(実施例1から5)を用いた。
Figure 0007330890000080

Figure 0007330890000081

Figure 0007330890000082

Figure 0007330890000083

Figure 0007330890000084

フォームの種々の性質を評価した。これらの性質は表1の下部に示されている。
Figure 0007330890000085
表1の下部に示されているように、実施例1から5の触媒で生成されたフォームの性質は、市販の触媒を用いたフォームと同等か、またはそれより良好である。実施例1からのアミン触媒は、熱間ILDおよびILDによって示されているように、組成物1における最新技術の比較触媒RZETA登録商標によって作成されたフォームよりも、良好な重合性をも備えたフォームをもたらした。組成物3~6はまた一般に、適切な出口時間および同等の熱間ILD、ILDおよび圧潰力の値を示した。
上記に説明してきたところは、本願明細書の例を含んでいる。本願の明細書を記載する目的について、成分のすべての想定可能な組み合わせまたは方法手段について説明することはもちろん不可能であるが、しかし当業者であれば、本願の明細書の多くの別の組み合わせおよび置き換えが可能であることを認識しうるであろう。したがって、本願明細書は、添付の特許請求の範囲の思想および範疇に含まれる、すべてのそうした変更、修正、および変形を包含することを意図したものである。さらにまた、詳細な説明および特許請求の範囲のいずれかにおいて用語「包含する」が使用される限りにおいて、こうした用語は、「含む」が特許請求の範囲において遷移語として用いられた場合に解釈されるように、「含む」という用語と類似した仕方で包括的であることを意図したものである。
以上の説明は、3級アミン化合物、およびかかる化合物を触媒として使用して与えられるフォームの、種々の非限定的な実施形態を確認している。この技術の当業者および本発明を作成および使用する者には、修正が想起される可能性がある。開示された実施形態は単に例示を目的としたものであり、本発明の範囲または特許請求の範囲に記載された主題を限定することを意図したものではない。

Claims (25)

  1. 式(I)の化合物によって表される3級アミン化合物であって:
    (R’-OC(O)NH-)A(-NHC(O)OR) (I)
    式中aは1~6およびbは0~5であり、a+bは少なくとも2であり;
    R’は

    から選ばれる2環式3級アミンであり:
    ここで、式中x、y、z、およびuは独立して、結合、およびC1~C35の炭化水素から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含んでいてよく;
    Aは任意選択的にハロゲン、エーテル基、3級アミン、ニトロ残渣またはこれらの組み合わせを含むC2~C35の炭化水素から選択され、ここでC2~C35の炭化水素ユニットは脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣を任意に含んでいてよく;そして
    Rは任意選択的に脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣、エーテル基、ハロゲン基、3級アミン基、2環式3級アミン基(R’)、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含むC1~C35の炭化水素から選択される、3級アミン化合物。
  2. R’は以下から選択され:
    Figure 0007330890000087

    及び/または
    Figure 0007330890000088

    式中R~R 16 は独立して、水素、ハロゲン、C1~C10の炭化水素、カーボネート、エーテル基、アミド、および3級アミンから選択され、そして、uは、結合、およびC1~C35の炭化水素から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含んでいてよい、請求項1の3級アミン化合物。
  3. 化合物は以下の式のものであり:

    式中A、a、b、u、x、yおよびzは先に定義した通りである、請求項の3級アミン化合物。
  4. (i)aは1、2、または3;(ii)aは1およびbは1;またはaは2およびbは0である、請求項1からのいずれかの3級アミン化合物。
  5. Aは、ハロゲン、3級アミン、エーテル、ニトロ残渣を任意選択的に含む脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族残渣から任意選択的に構成されるC2~C20の炭化水素残渣から選択される、請求項1からのいずれかの3級アミン化合物。
  6. bは1から4、そしてRはC1~C10の炭化水素、C1~C10のエーテル、または
    式II~VI-bの群から選択され:
    Figure 0007330890000090

    Figure 0007330890000091

    Figure 0007330890000092

    Figure 0007330890000093

    Figure 0007330890000094

    Figure 0007330890000095

    Figure 0007330890000096

    式中e、f、およびgは独立して2~6から選択され;R~Rは独立してC1~C9の炭化水素から選択され、任意選択的にRおよびRは環を形成していてよく、および/またはRおよびRは5員から10員の環を形成していてよい、請求項1の3級アミン化合物。
  7. Rは以下:
    Figure 0007330890000097

    Figure 0007330890000098

    Figure 0007330890000099

    から選択される、請求項の化合物。
  8. 化合物は式:
    Figure 0007330890000100

    Figure 0007330890000101

    Figure 0007330890000102

    から選択され、そして、x、y、z、およびuは、結合、およびC1~C35の炭化水素から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含んでいてよい、請求項1の化合物。
  9. 化合物は:
    Figure 0007330890000103

    Figure 0007330890000104

    Figure 0007330890000105

    Figure 0007330890000106

    Figure 0007330890000107

    Figure 0007330890000108

    またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせから選択され、そして、x、y、z、およびuは、結合、およびC1~C35の炭化水素から選択され、ここでC1~C35の炭化水素は脂肪族、環式、飽和、不飽和、および芳香族基、ハロゲン基、エーテル基、カーボネート、アミド、3級アミン、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含んでいてよい、請求項1の化合物。
  10. u、x、y、およびzは各々-CH-である、請求項またはの化合物。
  11. 化合物は:
    Figure 0007330890000109

    Figure 0007330890000110

    Figure 0007330890000111

    Figure 0007330890000112

    Figure 0007330890000113

    Figure 0007330890000114

    Figure 0007330890000115

    Figure 0007330890000116

    から選択される、請求項1の化合物。
  12. 請求項1から11のいずれかの3級アミン化合物を1つまたはより多く含み、任意選択的に希釈剤を含む、カルバメートまたはポリウレタンを製造するための触媒組成物。
  13. 触媒の存在下にイソシアネート化合物とアルコールを反応させることを含み、ここで触媒が請求項1から11のいずれかの化合物から選択される、カルバメートまたはポリウレタンを製造するためのプロセス。
  14. プロセスはカルバメート製造のためのものである、請求項13のプロセス。
  15. イソシアネートはポリイソシアネートでありアルコールはポリオールであり、そしてプロセスはポリウレタンを製造するためのものである、請求項13のプロセス。
  16. ポリウレタンは多孔性ポリウレタンまたは非多孔性ポリウレタンであり、プロセスは任意選択的に発泡剤を含む、請求項15のプロセス。
  17. ポリウレタンはポリウレタンフォームであり、そしてプロセスは任意選択的に界面活性剤、難燃剤、鎖延長剤、架橋剤、接着促進剤、帯電防止剤、耐加水分解安定剤、UV安定
    剤、潤滑剤、抗微生物剤、またはこれらの2つまたはより多くの組み合わせを含む、請求項15または16のプロセス。
  18. アミン触媒は組成物の重量に基づいて0.005重量%から5重量%の量で存在する、請求項13から17のいずれかのプロセス。
  19. 請求項15から18のいずれかのプロセスによって形成されるポリウレタン。
  20. 式(A)のイソシアネートを式(B)の環式3級アミノアルコールと、任意選択的に式(C)の有機化合物と共に反応させることを含み:
    Figure 0007330890000117

    式中aは1~6およびbは0~5であり、a+bは少なくとも2であり、請求項1から11のいずれかの化合物の形成方法。
  21. aは1、2、または3である、請求項20の方法。
  22. イソシアネート(A)は、オクタデシルイソシアネート;オクチルイソシアネート;ブチルおよびt-ブチルイソシアネート;シクロヘキシルイソシアネート;アダマンチルイソシアネート;エチルイソシアネートアセテート;エトキシカルボニルイソシアネート;フェニルイソシアネート;アルファメチルベンジルイソシアネート;2-フェニルシクロプロピルイソシアネート;ベンジルイソシアネート;2-エチルフェニルイソシアネート;メタおよびパラ-トリルイソシアネート;2-、3-、または4-ニトロフェニルイソシアネート;2-エトキシフェニルイソシアネート;3-メトキシフェニルイソシアネート;4-メトキシフェニルイソシアネート;エチル4-イソシアネートベンゾエート;2,6-ジメチルフェニルイソシアネート;1-ナフチルイソシアネート;(ナフチル)エチルイソシアネート;イソホロンジイソシアネート(IPDI);トルエンジイソシアネート(TDI);ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI);水素化ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(H.12 MDI);テトラ-メチルキシレンジイソシアネート(TMXDI);ヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート(HDI);ナフチレン-1,5-ジイソシアネート;3,3’-ジメトキシ-4,4’-ビフェニルジイソシアネート;3,3’-ジメチル-4,4’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジイソシアネート;フェニレンジイソシアネート;4,4’-ビフェニルジイソシアネート;トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート;テトラメチレンキシレンジイソシアネート;4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジエチルフェニルイソシアネート);1,12-ジイソシアネートドデカン;1,5-ジイソシアネート-2-メチルペンタン;1,4-ジイソシアネートブタン;およびシクロヘキシレンジイソシアネートおよびその異性体;HDIのウレトジオンダイマー;TDIのトリメチロールプロパントリマー;TDI、HDI、IPDIのイソシアヌレートトリマー;およびTDI、HDI、IPDIのビュウレットトリマーから選択される、請求項20または21の方法。
  23. 方法は連続式プロセスまたはバッチ式プロセスとして行われる、請求項20から22のいずれかの方法。
  24. 反応は溶媒の存在下に行われる、請求項20から23のいずれかの方法。
  25. 反応は20~140℃の温度において行われる、請求項20から24のいずれかの方法。


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