JPWO2012115251A1 - 高濃度ポリマーポリオールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記シード粒子分散体(E)が、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)および連鎖移動剤(D)の存在下、エチレン性不飽和モノマー(M2)を重合させて得られる分散体であり、
前記エチレン性不飽和マクロモノマー(B)が、水酸基価が20〜50mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が10質量%以上30質量%未満であるポリオール(b1)と、イソシアネート化合物(b2)と、水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)との反応物であることを特徴とするポリマーポリオールの製造方法。
(2)前記ポリオール(b1)が、2官能のポリオキシアルキレンジオールである、前記(1)に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(3)前記エチレン性不飽和マクロモノマー(B)の1分子当たりの平均の水酸基数が1である、前記(1)または(2)に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(4)前記溶媒(C)が、式R1 OR2 (ただしR1 、R2 は炭素数1〜5のアルキル基)で示される脂肪族エーテル化合物である、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(5)前記脂肪族エーテル化合物が、メチル−tert−ブチルエーテルまたはエチル−tert−ブチルエーテルである、前記(4)に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(6)前記連鎖移動剤(D)が、アルキルメルカプタンであり、その使用量がエチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)およびエチレン性不飽和モノマー(M2)の合計100質量部に対して、0.01〜0.5質量部である、前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(7)前記ポリオール(A)が、水酸基価10〜84mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が0〜30質量%である、前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(8)前記ポリオール(A)が、水酸基価10〜84mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が0〜20質量%である、前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(9)前記エチレン性不飽和モノマー(M1)が、スチレン30〜100質量%とアクリロニトリル70〜0質量%からなる、前記(1)〜(8)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
(10)前記(1)〜(9)のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法により得られた、ポリマーポリオール。
(11)ポリマー成分の含有量が、ポリマーポリオール中40〜60質量%である、前記(10)に記載のポリマーポリオール。
(12)前記ポリマー成分のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した平均粒子径が、1.5μm以下である、前記(10)または(11)に記載のポリマーポリオール。
(13)前記(10)〜(12)のいずれか一項に記載のポリマーポリオール、またはポリマーポリオールを含むポリオール成分、およびポリイソシアネート化合物とを触媒、および発泡剤の存在下で反応させることを特徴とするポリウレタンフォームの製造方法。
本発明は、少なくとも1種類のエチレン性不飽和モノマー(M1)を、シード粒子分散体(E)と共に、ポリオール(A)中で重合させるポリマーポリオールの製造方法において、前記シード粒子分散体(E)が、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)および連鎖移動剤(D)存在下、エチレン性不飽和モノマー(M2)を重合させて得られる微粒子ポリマー分散物であり、前記エチレン性不飽和マクロモノマー(B)が、水酸基価が20〜50mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が10質量%以上30質量%未満であるポリオール(b1)と、イソシアネート化合物(b2)と、水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)との反応物であることを特徴とする。
ポリオール(A)としては、開環付加重合触媒の存在下、開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られたポリオキシアルキレンポリオールが好ましい。
開環付加重合触媒としては、アルカリ金属化合物触媒、複合金属シアン化物錯体触媒等が挙げられる。アルカリ金属化合物触媒としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシド等のアルカリ金属アルコキシド;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩等が挙げられる。
エチレン性不飽和モノマー(M1)とは、重合しうるエチレン性不飽和結合を少なくとも1個有するものである。エチレン性不飽和モノマー(M1)としては、たとえば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸フェニル等の(メタ)アクリル酸アリールエステル、(メタ)アクリル酸メチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル、アクリルアミド、スチレン、メチルスチレン、フェニルスチレン、クロルスチレン、ブタジエン、1,4−ペンタジエン、酢酸ビニル等が挙げられる。ここで、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸またはメタクリル酸をいい、その他の化合物もこれに準じる。エチレン性不飽和モノマー(M1)は、1種を単独で、または2種以上の混合物として用いられる。エチレン性不飽和モノマー(M1)としては、ポリマーポリオールとしての安定性およびこれを用いて得られるフォームの特性から、アクリロニトリルとスチレンとの併用が好ましい。この場合、アクリロニトリル/スチレンの比率(質量比)は、0/100〜70/30が好ましく、10/90〜60/40がより好ましく、20/80〜50/50が特に好ましい。
<エチレン性不飽和マクロモノマー(B)>
本発明で提案したエチレン性不飽和マクロモノマー(B)はポリオール(b1)と、イソシアネート化合物(b2)と、水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)との反応物であることを特徴とする。
ポリオール(b1)としては、2〜3官能の開始剤にアルキレンオキシドを付加して得られるポリオキシアルキレンポリオールが挙げられる。なかでも、このポリオール(b1)を用いて製造したエチレン性不飽和マクロモノマー(B)を使って製造したシード粒子分散体(E)は、ポリマーポリオールを製造する際のポリオール(A)への分散性が良いため2官能のポリオキシアルキレンポリオールであることが好ましい。そのため当該シード粒子分散体(E)を用いて得られるポリマーポリオールを低粘度かつポリマーの分散性が良くできる。
ポリオール(b1)は前述したポリオール(A)と同様の方法で得ることができる。
イソシアネート化合物(b2)としては、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、粗トリレンジイソシアネート(粗TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’−MDI)、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,2’−MDI)、ジフェニルメタンジイソシアネートの異性体混合物(MDI)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(ポリメリックMDIまたは粗製MDI)、トルイジンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、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等のジイソシアネート、これらジイソシアネートのカルボジイミド変性体、ビュレット変性体、二量体、三量体、またはこれらのプレポリマー等が挙げられる。イソシアネート化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、得られるエチレン性不飽和マクロモノマー(B)の粘度が低くなることから、2,4−TDI、2,6−TDI、粗TDI、またはこれらの混合物が好ましい。2,4−TDI/2,6−TDIの80/20質量比の混合物(80/20−TDI)または65/35質量比の混合物(65/35−TDI)が特に好ましい。
水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)としては、たとえば、(1)アリルアルコール、2−ブテン−1−オール、3−ブテン−2−オール等の不飽和アルコール;(2)2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート等の不飽和カルボン酸と多価アルコールとのエステル等が挙げられる。(b3)は、モノマーとの共重合性が良好な点で、2−ヒドロキシエチルアクリレート、または2−ヒドロキシエチルメタクリレートが特に好ましい。
エチレン性不飽和マクロモノマー(B)は、ポリオール(b1)、イソシアネート化合物(b2)、および水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)を混合し、加熱して反応させることにより得られる。
また、必要に応じてウレタン化触媒を用いることができる。ウレタン化触媒としては、有機金属系、アミン系触媒を用いることができ、アミン系触媒を用いることが好ましい。
シード粒子分散体(E)は、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)および連鎖移動剤(D)の存在下、エチレン性不飽和モノマー(M2)を重合させて得られる微粒子ポリマー分散物である。すなわちシード粒子が分散している微粒子ポリマー分散物である。
溶媒(C)としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、ヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、式R1 OR2 (ただしR1、R2 は炭素数1〜5のアルキル基)で示される脂肪族エーテル類が挙げられる。なかでも、エチレン性不飽和モノマーの反応性の制御が容易である観点から脂肪族エーテル類が好ましく、メチル−tert−ブチルエーテル、またはエチル−tert−ブチルエーテルが特に好ましい。
連鎖移動剤(D)としては、アルキルメルカプタンが好ましい。アルキルメルカプタンとしては、ドデシルメルカプタン、メルカプトエタノール等が挙げられる。n−ドデシルメルカプタンが特に好ましい。
エチレン性不飽和モノマー(M2)は、前述したエチレン性不飽和モノマー(M1)と同様のものが使用できる。更に、エチレン性不飽和モノマー(M2)は、得られるシード粒子分散体と、エチレン性不飽和モノマー(M1)とが相溶性が良好になるためエチレン性不飽和モノマー(M1)と同じであることが好ましい。エチレン性不飽和モノマー(M1)が2種以上から選ばれる場合、エチレン性不飽和モノマー(M2)も(M1)と同じ2種以上を用いることが好ましい。目的の高濃度のポリマーポリオールを得るためには、アクリロニトリルとスチレンとの併用が好ましい。この場合、アクリロニトリル/スチレンの比率(質量比)は、0/100〜70/30が好ましく、10/90〜60/40がより好ましく、20/80〜50/50が特に好ましい。アクリロニトリル/スチレンの比率が0/100以上であると、得られるシード粒子分散体がエチレン性不飽和モノマー(M1)との相溶性が良好であるため、ポリマーポリオール中のポリマー粒子の分散安定性が高くなる点で好ましい。70/30より大きくなると本発明の方法では粘度が極端に高くなり実用に供さないため、70/30以下が好ましい。エチレン性不飽和モノマー(M2)の使用量は特に限定されないが、シード粒子分散体の粘度、最終的に得られるポリマーポリオールの粘度、平均粒子径、粒子径分布に影響を与えるため、好ましくはエチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)およびエチレン性不飽和モノマー(M2)の合計量中、エチレン性不飽和モノマー(M2)が3〜40質量%であり、特に好ましくは5〜20質量%である。
エチレン性不飽和モノマーの重合は、通常遊離基を生成して重合を開始させるタイプの重合開始剤が用いられる。具体的にはたとえば、過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、アセチルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド等の過酸化物、2、2−アゾビス−イソブチロニトリル、2,2−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物、過硫酸塩等が挙げられる。重合開始剤としては、アゾ化合物が好ましく、2、2−アゾビス−イソブチロニトリル、または2,2−アゾビス−2−メチルブチロニトリルが特に好ましい。
シード粒子分散体(E)は、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)および連鎖移動剤(D)存在下、エチレン性不飽和モノマー(M2)を重合させることにより製造される。エチレン性不飽和マクロモノマー(B)の使用量は、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、エチレン性不飽和モノマー(M2)、および溶媒(C)の合計量中、10〜50質量%が好ましく、20〜30質量%が特に好ましい。
本発明のポリマーポリオールは、少なくとも1種類のエチレン性不飽和モノマー(M1)を、シード粒子分散体(E)と共に、ポリオール(A)中で重合させることにより製造される。
重合反応終了後、未反応モノマーおよび溶媒は、通常減圧加熱により除去される。
ポリマーポリオールは酸化防止剤の存在下で製造してもよい。また必要に応じて紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤等、通常ポリマーポリオールに添加される添加剤を使用することが出来る。酸化防止剤については、ポリマーポリオール製造後に添加してもよい。酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤やリン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ヒンダードアミン系酸化防止剤等が挙げられる。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、たとえばトリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、ペンタエリスリチル―テトラキス[3−(3、5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3、5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,6−ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、および2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕2、6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールなどが挙げられる。
これらの酸化防止剤は市販されているものを用いることができ、具体的にはBASFジャパン社製ヒンダードフェノールタイプのIRGANOX245、IRGANOX259、IRGANOX1010、IRGANOX1035、およびIRGANOX1076などが挙げられる。
ヒンダードアミン系安定剤としては、たとえば4,4’−ジクミルジフェニルアミン、4,4’−オクチルジフェニルアミンなどが挙げられる。これらの酸化防止剤は市販されているものを用いることができ、具体的には精工化学社製のノフレックスDCD、およびノンフレックスOD−Rなどが挙げられる。
本発明はまた、上記ポリマーポリオールを含むポリオール組成物とポリイソシアネート化合物とを反応して得られるポリウレタンフォームを提供する。
本発明のポリウレタンフォームの製造方法においては、本発明のポリマーポリオールを含むポリオール成分、必要に応じて高分子量活性水素化合物、およびイソシアネート成分(以降、ポリイソシアネート化合物とも言う)とを、発泡剤、ウレタン化触媒、整泡剤、必要に応じてその他助剤の存在下にて反応させる。
ポリオール成分は、本発明のポリマーポリオール、下記ポリエーテルポリオール(A1)、下記ポリエーテルポリオール(A2)、下記その他のポリオール(A3)を含む。
ポリウレタンフォームの原料として用いる本発明のポリマーポリオールは、水酸基価が4〜51mgKOH/gが好ましく、5〜45mgKOH/gがより好ましく、特に11〜45mgKOH/gが好ましい。ポリマーポリオールの水酸基価は、JISK1557−1(2007)により求められる。
ポリエーテルポリオール(A1)(以下、単にポリオール(A1)ということもある。)は、複合金属シアン化物錯体触媒(本明細書において、DMC触媒ということもある。)の存在下で、開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させる工程を経て得られた中間ポリオールに、重合触媒としてアルカリ金属の水酸化物を用いて、所定量のエチレンオキシドを開環付加重合させて得られるポリエーテルポリオールである。ポリオール(A1)は1分子中に水酸基を2個以上有する。
本発明におけるDMC触媒は公知のものを用いることができる。代表的には下式(I)で表される。
(式(I)中、M1〜M3は金属原子を、Xはハロゲン原子を、Lは有機配位子を、a、b、c、d、e、f、g、h、iは金属原子の原子価や有機配位子の配位数などにより変わり得る数を、それぞれ示す。)
式中、M1またはM3は、Zn(II)、Fe(II)、Fe(III)、Co(II)、Ni(II)、Mo(IV)、Mo(VI)、Al(III)、V(V)、Sr(II)、W(IV)、W(VI)、Mn(II)、Cr(III)、Cu(II)、Sn(II)、およびPb(II)からなる群から選ばれる金属原子であり、Zn(II)またはFe(II)であることが好ましい。なお金属の原子記号に続くかっこ内のローマ数字は原子価を表し、以下同様である。一分子中のM1とM3は互いに同じでもよく、異なっていてもよい。互いに同じであることが好ましい。
Xはハロゲン原子である。
ポリオール(A1)の製造に用いる開始剤は、1分子中に水酸基を2個以上有する化合物である。開始剤の好ましい水酸基数は2〜12であり、2〜8がより好ましく、2〜6が特に好ましい。水酸基数が12以下の開始剤を用いると、得られるポリオール(A1)の分子量分布が狭くなりやすい。開始剤として2種以上の化合物を併用する場合は、その1分子当たりの平均水酸基数が上記の範囲であることが好ましい。
なお、開始剤としての低分子アルコールなど、同じ分子量の分子のみから構成されている場合は、化学式から求められる分子量を開始剤の数平均分子量(Mn)とする。
開始剤の水酸基価は6,300mgKOH/g以下が好ましく、300mgKOH/g以下がより好ましく、187mgKOH/g以下が特に好ましい。
中間ポリオールを製造する際に、開始剤に開環付加重合させるアルキレンオキシドは、炭素数が2〜20であるアルキレンオキシドが好ましい。具体例としてはエチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド、オキセタン、シクロペンタンオキシド、シクロヘキセンオキシド、炭素数5〜20のα−オレフィンオキシドなどが挙げられる。アルキレンオキシドは1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
アルキレンオキシドを開環付加重合させる付加重合工程においては、開環付加重合反応に悪影響を及ぼさない溶媒(付加重合溶媒)を適宜用いてもよい。かかる付加重合溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、エチルメチルケトンが挙げられる。付加重合溶媒を用いない場合は、生成物からの溶媒除去工程が不要となり生産性を高めることができる。また、付加重合溶媒に含まれる水分や酸化防止剤の影響によってDMC触媒の触媒活性が低下する場合があり、付加重合溶媒を用いないことによって、そのような不都合の発生を防止できる。
DMC触媒の存在下で、開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させて中間ポリオールを得る工程は公知の方法でも行うことができる。
まず、撹拌手段および温度調節手段を備えた耐圧反応容器に、開始剤の全量とDMC触媒の全量を入れ、混合して反応液を調製する。通常、開始剤は粘性液体であり、DMC触媒は粒子状または該粒子を含むスラリー状である。該反応液は必要に応じて付加重合溶媒を含んでもよい。また反応液は、DMC触媒の製造工程において必要に応じて添加された成分を含んでもよい。
初期活性化工程後、アルキレンオキシドの残部を追加供給するとともに、反応液の温度を所定の重合温度に調整し、撹拌しながら重合反応させることにより、中間ポリオールを得る(追加重合工程、以下「(b)工程」ともいう。)。
かかるDMC触媒の除去処理およびDMC触媒の失活処理は、ポリオール(A1)を製造した後に行ってもよい。
得られた中間ポリオールに、重合触媒としてアルカリ金属の水酸化物を用いて、所定量のエチレンオキシドを開環付加重合させてポリオール(A1)を得る。
具体的には、中間ポリオールを生成した反応液に、重合触媒としてアルカリ金属の水酸化物を投入し、さらにエチレンオキシドを投入して開環付加重合させる。これにより中間ポリオールの末端に、オキシエチレン基からなるブロック鎖(本明細書において末端オキシエチレン基ともいう。)が付加した、いわゆるストレートキャップ構造を有するポリエーテルポリオール(A1)が得られる。
本発明におけるポリオール(A2)は、前記ポリオール(A1)を除くポリオールであり、1種のポリオールでもよく、2種以上のポリオールの混合物でもよい。
ポリオール(A2)の平均水酸基数は2〜8が好ましく、2〜6がより好ましい。平均水酸基数が上記範囲の下限値以上であるとポリウレタンフォームの良好な耐久性、乗り心地性が得られやすい。上記範囲の上限値以下であると、ポリウレタンフォームの良好な機械特性が得られやすい。
ポリオール成分は本発明の効果を損なわない範囲で、ポリマーポリオール、ポリオール(A1)またはポリオール(A2)に該当しない、他のポリオール(A3)を含んでもよい。
ポリイソシアネート化合物(b2)と反応させる化合物として、ポリオール成分以外にポリマーポリオール、ポリオール(A1)、ポリオール(A2)およびポリオール(A3)に該当しない活性水素を有する化合物を、含有してもよい。ただし後述の架橋剤(G)および破泡剤(F)のいずれかに含まれるものは、当該高分子量活性水素化合物には含まれないものとする。
高分子量活性水素化合物の平均官能基数は、2〜8が好ましい。
ポリイソシアネート化合物としては、イソシアネート基を2以上有する芳香族系ポリイソシアネート化合物、または、その2種類以上の混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネート等が挙げられる。このうち、ポリウレタンフォームの製造時に使用するポリイソシアネートは、具体的には、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)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(通称ポリメリックMDI)およびこれらの変性体からなる群から選ばれる1種以上が好ましい。変性体としては、プレポリマー型変性体、ヌレート変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体等が挙げられる。ポリイソシアネート化合物は1種でもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
触媒(以下、触媒(H)ともいう。)は、ウレタン化反応を促進する触媒である。
触媒(H)としては、アミン化合物、有機金属化合物、反応型アミン化合物、カルボン酸金属塩等が挙げられる。触媒(H)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
発泡剤(以下、発泡剤(I)ともいう。)としては、水および不活性ガスからなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。取り扱いの簡便性と環境への負荷軽減の点から水のみが好ましい。
不活性ガスとしては、空気、窒素ガス、液化炭酸ガスが挙げられる。
発泡剤(I)の量は、発泡倍率等の要求に応じて適宜調整すればよい。
本発明においては必要に応じて架橋剤(G)を用いてもよい。架橋剤(G)を用いることにより、ポリウレタンフォーム,特にポリウレタンフォームの硬度向上等の効果が得られる。
本発明においては必要に応じて破泡剤(F)を用いてもよい。破泡剤(F)は、ポリウレタンフォームの気泡の一部を破裂させることで、独立気泡率を低下させるための成分である。破泡剤(F)を用いることにより、目的に応じてポリウレタンフォームの硬度調整等の効果が得られる。
破泡剤(F)の水酸基価は20〜200mgKOH/gであり、24〜150mgKOH/gが好ましく、24〜100mgKOH/gがより好ましく、24〜60mgKOH/gが特に好ましい。該水酸基価が上記範囲の下限値以下であると粘度が高くなってしまい取り扱いが困難となる、上限値以上であると耐久性の悪化を引き起こす。
本発明においては必要に応じて整泡剤(J)を用いてもよい。整泡剤は、良好な気泡を形成するための成分である。整泡剤(J)としては、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤等が挙げられる。整泡剤の使用量は、ポリウレタンフォームの製造に使用する全ポリオール(A1)、(A2)、(A3)とポリマーポリオールおよび必要に応じて用いる高分子量活性水素化合物の合計100質量部に対して、0.001〜10質量部が好ましく、0.01〜5質量部がより好ましい。
その他、任意に用いる配合剤としては、充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤等が挙げられる。これらは公知のものを適宜用いることができる。
本発明のポリウレタンフォームの製造方法は、ポリマーポリオール、ポリオール(A1)、(A2)、ポリオール(A3)、必要に応じて高分子量活性水素化合物、ポリイソシアネート化合物、触媒(H)、発泡剤(I)、必要に応じて架橋剤(G)および整泡剤(J)、ならびに必要に応じて配合される他の成分を反応させる発泡工程を有する。
モールド法としては、反応性混合物を直接密閉された金型内に直接注入する方法(反応射出成形法)、または反応性混合物を開放状態の金型内に注入した後に密閉する方法が好ましい。後者の方法としては、低圧発泡機または高圧発泡機を用いて反応性混合物を金型に注入する方法が好ましい。
スラブ法としては、ワンショット法、セミプレポリマー法、プレポリマー法等の公知の方法が挙げられる。ポリウレタンフォームの製造には、公知の製造装置を用いることができる。
また、硬質ポリウレタンフォームに用いると寸法安定性が良好である。
OHVについてはJIS K 1557−1:2007、粘度についてはJIS K 1557−5:2007に従い、測定を行った。
25mlのガラス製ビンにメタノール10gを入れ、ポリマーポリオールを1g投入し、混合して均一液とする。混合後、5分間以内に測定セルに投入し、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置[型番:マイクロトラックFRA−9220、日機装社製]を用いて体積基準による累積の50%粒子径を測定し、平均粒子径(メジアン径)とする。
次に示す式により求められる標準偏差であり、測定した粒度分布の分布幅の目安となるもので、統計学上の標準偏差(統計学的誤差)を意味するものではない。
SD=(d84%−d16%)/2
d84%:累積カーブが84%となる点の粒子径(μm)
d16%:累積カーブが16%となる点の粒子径(μm)
ろ過面よりも大きく裁断した、目開き0.045mmの工業用織金網(300メッシュ)を、ろ過面の直径が40mmのろ過装置にセットする。試料受けを質量(N0)を確認した後、ろ過機の下にセットし、常温のポリマー分散ポリオール1000gを本体に入れる。ろ過装置に蓋をし、0.2MPa(G)に設定した窒素にて、2分間加圧ろ過する。2分以内に試料が全て通過した場合には、「全通」とした。2分間経過しても試料が通過せず、残っている場合には、受けの質量(N1)を確認し、次式で算出した値をろ過性とする。
ろ過性(g/2min.)=N1−N0
遠心分離用50ミリリットル遠沈管に、ポリマーポリオール約5gを精秤し、ポリマーポリオール重量(W1)とした。メタノール25gを加えて希釈した。冷却遠心分離機[型番:H−251、コクサン社製]を用いて、12,000rpm×30分間、15℃にて遠心分離した。上澄み液をデカントすることで除去した。―0.10MPa(G)で40℃×60分間減圧乾燥した後、固形物を粉砕し、再度40℃×120分間減圧乾燥した後、乾燥した沈降物を重量測定し、該重量を(W2)とした。次式で算出した値を、ポリマー濃度(質量%)とした。
ポリマー濃度(質量%)=(W2)×100/(W1)
(1)ポリオール
下記ポリオール(X1)〜(X3)、(Y1)〜(Y6)はKOH触媒を用いて製造したポリオールである。
ポリオール(X1):グリセリンにプロピレンオキサイド(以下PO)−エチレンオキサイド(以下EO)の順にブロック付加させた、水酸基価=37、EO含有量=12%のポリオール。末端1級化率=72モル%。
ポリオール(X2):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=42、EO含有量=12%のポリオール。末端1級化率=70モル%。
ポリオール(X3):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=33.5、EO含有量=12%のポリオール。末端1級化率=73モル%。
ポリオール(X4):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=37.4、EO含有量=22%のポリオール。末端1級化率=86モル%。
ポリオール(Y1):プロピレングリコールにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=28、EO含有量=20%のポリオール。末端1級化率=85モル%。
ポリオール(Y2):プロピレングリコールにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=39、EO含有量=16%のポリオール。末端1級化率=75モル%。
ポリオール(Y3):プロピレングリコールにPOを付加させた、水酸基価=35、EO含有量=0%のポリオール。末端1級化率=0モル%。
ポリオール(Y4):プロピレングリコールにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=37、EO含有量=30%のポリオール。末端1級化率=85モル%。
ポリオール(Y5):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=28.5、EO含有量=20%のポリオール。末端1級化率=89モル%。
ポリオール(Y6):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=56、EO含有量=13%のポリオール。末端1級化率=63モル%。
(2)遊離基重合開始剤
AMBN:2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)〔商品名「ABN−E」、日本ファインケム社製〕
(3)エチレン性不飽和モノマー
AN:アクリロニトリル 純正化学社製
ST:スチレン ゴードー社製
(4)イソシアネート化合物
TDI−80:商品名「コロネートT−80」 〔日本ポリウレタン工業社製〕
(5)溶媒
メチルターシャリーブチルエーテル(MTBE):商品名「MTBE」〔ゴードー社製〕
(6)連鎖移動剤
n−DM:商品名「n−ドデシルメルカプタン」〔東京化成工業社製〕 。
エチレン性不飽和マクロモノマー(B)は以下の方法で製造した。
温度調節器、温度計、バキューム撹拌翼、ジムロート冷却管、窒素流入口および流出口を備えた4ロフラスコに、ポリオール(Y1)1.0モル、および2−ヒドロキシメタクリレート1.0モルを投入し、窒素置換後、窒素雰囲気下(反応終了まで)で撹拌下に40℃まで昇温した。40℃到達後、TDI−80 1.0モルを投入し、40℃にて1時間反応を行った後、反応温度を60℃へと変更した。反応温度60℃到達後、6時間反応を行い、反応の触媒としてトリエチルアミンをポリオール、エチレン性不飽和モノマーおよびポリイソシアネートの仕込み全量の0.02%分添加し、反応温度を80℃へと変更した。反応温度80℃到達後、2時間反応を行った。メタノールをポリオール、エチレン性不飽和モノマーおよびポリイソシアネートの仕込み全量の2%分添加した後、60℃へ冷却し、さらに5時間反応を実施した。サンプリングを実施し、FT−IRにてイソシアネート基の吸収が無いことを確認しエチレン性不飽和マクロモノマー(B1)を得た。仕上がり粘度は、3900mPa・sであった。
エチレン性不飽和マクロモノマー(B1)と同様にして、ポリオール(Y2)〜(Y6)、TDI−80および2−ヒドロキシメタクリレートとをモル比で1:1:1で反応させることでエチレン性不飽和マクロモノマー(B2)〜(B6)を得た。
温度調節器、温度計、バキューム撹拌翼、ジムロート冷却管、窒素流入口および流出口を備えた4ロフラスコに、ポリオール(Y1)1.0モル、および2−ヒドロキシメタクリレート1.0モルを投入し、窒素置換後、窒素雰囲気下(反応終了まで)で撹拌下に40℃まで昇温した。40℃到達後、TDI−80 1.0モルを投入し、反応の触媒としてトリエチルアミンをポリオール、エチレン性不飽和モノマーおよびポリイソシアネートの仕込み全量の0.02%分添加し、反応温度を80℃へと変更した。反応温度80℃到達後、6時間反応を行った。メタノールをポリオール、エチレン性不飽和モノマーおよびポリイソシアネートの仕込み全量の2%分添加した後、さらに1時間反応を実施した。サンプリングを実施し、FT−IRにてイソシアネート基の吸収が無いことを確認しエチレン性不飽和マクロモノマー(B7)を得た。仕上がり粘度は、5500mPa・sであった。
シード粒子分散体は以下の方法で製造した。
温度調節器、バキューム撹拌翼、滴下ポンプ、減圧装置、窒素流入口および流出口を備えた4Lの反応槽、およびモノマーフィード用調合タンクに、それぞれ表1に示した配合量のエチレン性不飽和マクロモノマー(B1)および原料を仕込んだ。反応槽は仕込み終了後、80℃へ昇温した。反応槽内温が80℃へ到達後、モノマー調合タンクにて調合した、エチレン性不飽和マクロモノマー(B1)および原料の混合物を、反応槽へ滴下ポンプを用いて80℃に保ちながら3時間かけてフィードした。全量をフィードした後、80℃で3時間の熟成を行い、シード粒子分散体(E1)を得た。
シード粒子分散体(E1)と同様にして、表1に示した量を反応させ、シード粒子分散体(E2)〜(E7)を得た。
温度調節器、バキューム撹拌翼、滴下ポンプ、減圧装置、窒素流入口および流出口を備えた4Lの反応槽に、表2に示した反応槽初期仕込みに示した配合量のポリオールX1のMTBE希釈液(ポリオール(X1)/MTBE=100/20)を仕込み、115℃へ昇温した。
実施例1において、表2に示した配合量のシード粒子分散体(E2)〜(E7)および原料を使用する以外は実施例1と同様にして、ポリマー分散ポリオール2〜12を得た。実施例1と同様に測定、評価した。結果を表2に示す。得られたポリマーポリオール1〜7および12の名称を、A22−1〜A22−7およびA22−8として、後述するポリウレタンフォームの評価に用いた。
数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)は、下記の方法で測定した。
tert−ブチルアルコール(以下、TBAと記す。)が配位した亜鉛ヘキサシアノコバルテート錯体(DMC触媒)を下記のようにして調製した。
本例で用いた開始剤(a1)は、KOH触媒を用いてグリセリンにPOを開環付加重合し、さらにキョーワド600S(製品名、合成吸着剤、協和化学工業社製)を用いて精製して製造した。数平均分子量(Mn)が1,500、水酸基価が112mgKOH/gのポリオキシプロピレントリオールである。
製造例1において、追加重合工程の後に、KOH触媒を用いて末端に付加させるEOの量を変更した。
本例で用いた開始剤(a2)は、KOH触媒を用いてペンタエリスリトールにPOを開環付加重合し、さらにキョーワド600S(製品名、合成吸着剤、協和化学工業社製)を用いて精製して製造した。数平均分子量(Mn)が1,200、水酸基価が187mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオールである。
耐圧反応容器は製造例1と同じものを用いた。
本例では、開始剤(a2)に、KOH触媒の存在下で、POを開環付加重合させた後、EOを開環付加重合させた。
本例で用いた開始剤(a4)は、KOH触媒を用いてグリセリンにPOを開環付加重合した、数平均分子量(Mn)が1,000、水酸基価168mgKOH/gのポリオキシプロピレントリオールである。
製造例1と同じ反応容器に、開始剤(a2)の953g、CsOH触媒の21g(最終製品に対して有効成分濃度0.3%)、およびPOの4996gを投入し、120℃で10時間撹拌して開環付加重合させた。その後、さらにEOの1060gを投入し、110℃で1.5時間撹拌して開環付加重合させて、ポリオール(A2−2)を得た。
平均水酸基数が3、水酸基価が34mgKOH/gで、末端にオキシエチレン基を14.5質量%含有しているベースポリオール中で、本願のシード粒子分散体を用いずにアクリルニトリルとスチレンとをそれぞれ77.5質量%、22.5質量%で重合させて得られる、水酸基価24mgKOH/gのポリマー分散ポリオール(A21−1)を用いた。ポリマー分散ポリオール(A21−1)におけるポリマー粒子の含有量は35質量%であった。
ペンタエリスリトールに、KOH触媒の存在下で、EOを開環付加重合させて得られた、水酸基価562mgKOH/gのポリエーテルポリオール。
ソルビトールに、KOH触媒の存在下で、POを開環付加重合させ、続いてEOを開環付加重合させて得られた、水酸基価450mgKOH/g、オキシエチレン基含有量28質量%のポリエーテルポリオール。
ジエタノールアミン。
グリセリン(水酸基価1,829mgKOH/g)。
グリセリンに、KOH触媒の存在下で、POとEOとの混合物を開環付加重合させて得られた、水酸基価48mgKOH/g、EOの含有量が85質量%のポリエーテルポリオール。
トリエチレンジアミンを33質量%含有するジプロピレングリコール(DPG)溶液(東ソー社製、商品名:TEDA L33)。
ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテルを70質量%含有するDPG溶液(東ソー社製、商品名:TOYOCAT ET)。
東レ・ダウコーニング社製、商品名:SZ−1325。
東レ・ダウコーニング社製、商品名:SZ−1327。
東レ・ダウコーニング社製、商品名:SF−2962。
信越化学工業社製、商品名:KF−96A−6cs、上式(II)で表され、nの平均値が7.3であるジメチルポリシロキサン(II)。
水。
TDI−80(2,4−TDI80質量%と2,6−TDI20質量%の異性体比)80質量%と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(通称ポリメリックMDI)20質量%との混合物。商品名:コロネート1021(日本ポリウレタン工業社製)。
[例7〜18、例19〜22、例24]
表3〜表4の配合で軟質ポリウレタンフォームを製造した。例7〜18および例24は実施例、例19〜22は比較例である。
得られた軟質ポリウレタンフォームについて、全密度、コア密度、25%ILD硬度、65%ILD硬度、コア部の通気性、全体の反発弾性率、コア部の反発弾性率、引裂強さ、引張強さ、伸び、圧縮永久歪み、湿熱圧縮永久歪み(耐久性)およびヒステリシスロス率(直径200mm加圧盤)を、JIS K6400(1997年版)に準拠して測定した。
(硬質ポリウレタンフォームの製造)
硬質ポリウレタンフォームへの適応例として、以下の配合により硬質ポリウレタンフォームを得た。本発明のポリウレタンフォームの製造方法を、硬質ポリウレタンフォームを例にさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
得られた硬質ポリウレタンフォームについて、反応性、コア密度、および寸法変化率(寸法安定性)を以下の方法で評価した。
ポリオールシステム液とポリイソシアネート化合物との混合開始時刻を0秒とし、クリームタイム、ゲルタイムおよびタックフリータイムを測定した。
クリームタイム(秒):ポリオールシステム液とポリイソシアネート化合物との混合液が泡立ちを始めるまでの時間。
ゲルタイム(秒):ゲル化の進行に伴い、細いガラスまたは金属製の棒を発泡中の発泡原液組成物上部に軽く差した後、素早く引き抜いた時に発泡原液組成物が糸を引き始めるまでの時間。
タックフリータイム(秒):発泡が終了し、フォームにベトツキが無くなるまでの時間
[コア密度]
得られた硬質ポリウレタンフォームの中央付近を10cm角に切り出した試験片について、JIS A 9526に準拠した方法で密度(単位:kg/m3)を測定した。
[寸法安定性]
ASTM D 2126−75に準じた方法で、70℃高温寸法安定性および−30℃低温寸法安定性の2条件の評価を行った。
すなわち、上述のように製造した硬質ポリウレタンフォームの中央部から縦10cm、横15cm、厚さ2.5cmにカットして得られた試験片を、高温寸法安定性は70℃、低温寸法安定性は−30℃の雰囲気下に、それぞれ24時間保存し、縦(X)方向、横(Y)方向および厚さ(t)方向について、増加した長さ(厚さ)を、保存前の長さ(厚さ)に対する寸法変化率(単位:%)で表した。寸法変化率において、負の数値は収縮を意味し;絶対値が大きいことは、寸法変化が大きいことを意味する。
寸法変化率の測定結果より、下記評価基準にもとづいて寸法安定性を評価した。
(評価基準)
○(良):3方向の寸法変化率の中の絶対値の最大値が1%未満であった。
×(不可):3方向の寸法変化率の中の絶対値の最大値が1%以上であった。
[熱伝導率]
JIS A 1412に準拠し、熱伝導率測定装置(英弘精機社製、製品名:オートラムダHC−074型)を用いて、平均温度20℃で測定した。
実施例25と同様にして、ポリオールA3−1を20質量部、架橋剤G−6(開始剤としてトリレンジアミンを用い、開始剤にEO、PO、EOをこの順序で開環付加重合させた、水酸基価が350mgKOH/gのポリエーテルポリオール。アルキレンオキシドの付加量はトリレンジアミンの1モルに対し9.9モルである。付加させたEOとPOとの合計に対するEOの割合が33質量%のポリエーテルポリオール。25℃における粘度は7,000mPa・s。)を30質量部、架橋剤G−7(開始剤としてジエタノールアミンを用い、開始剤にPOのみを開環付加重合させた、水酸基価が760mgKOH/gのポリエーテルポリオール。25℃における粘度は45,000mPa・s。)を30質量部、ポリマーポリオールA22−1を20質量部、難燃剤を30質量部、整泡剤J−4を1質量部、触媒H−3(N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン(東ソー社製、商品名:TOYOCAT MR))を1質量部、触媒H−5を1質量部、発泡剤D−1を1質量部、および発泡剤D−2(シクロペンタン)を25質量部の比率で調製したポリオールシステム液を用い硬質ポリウレタンフォームを得た。
成形法としては、たとえば注入法、連続ボード成形法、スプレー法が挙げられる。
注入法とは、金型等の枠内に硬質フォーム原料を注入し、発泡させる方法である。連続ボード成形法とは、2枚の面材間に硬質フォーム原料を供給して発泡させることにより、これらの面材の間に硬質フォームが挟まれた積層体を製造する方法であり、建築用途の断熱材の製造等に用いられる。スプレー法とは、硬質フォームをスプレーで吹き付け施工する方法である。
そのため製紙用、印刷用等の各種ロールや、タイミングベルト等のベルト類、キャスター類を成形するための注型ウレタンの原料として用いることができる。フィルム、シート等の押出成形や、各種部品等に射出成型用の熱可塑性ウレタンの原料として用いることができる。各種塗料のベース樹脂、および塗膜防水用のベース樹脂等の塗料用のウレタン樹脂原料として用いることができる。その他水性ウレタン、溶液型ウレタン、および無溶剤型ウレタンの原料として用いることができ、これらはインキバインダー、接着剤、シーリング剤、収束剤などに用いることができる。また硬質ウレタンフォーム、および軟質ウレタンフォームの原料として用いることができる。
なお、2011年2月25日に出願された日本特許出願2011−040025号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (13)
- 少なくとも1種類のエチレン性不飽和モノマー(M1)を、シード粒子分散体(E)と共に、ポリオール(A)中で重合させるポリマーポリオールの製造方法において、
前記シード粒子分散体(E)が、エチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)および連鎖移動剤(D)の存在下、エチレン性不飽和モノマー(M2)を重合させて得られる分散体であり、
前記エチレン性不飽和マクロモノマー(B)が、水酸基価が20〜50mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が10質量%以上30質量%未満であるポリオール(b1)と、イソシアネート化合物(b2)と、水酸基を有するエチレン性不飽和モノマー(b3)との反応物であることを特徴とするポリマーポリオールの製造方法。 - 前記ポリオール(b1)が、2官能のポリオキシアルキレンジオールである、請求項1に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記エチレン性不飽和マクロモノマー(B)の1分子当たりの平均の水酸基数が1である、請求項1または2に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記溶媒(C)が、式R1 OR2 (ただしR1 、R2 は炭素数1〜5のアルキル基)で示される脂肪族エーテル化合物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記脂肪族エーテル化合物が、メチル−tert−ブチルエーテルまたはエチル−tert−ブチルエーテルである、請求項4に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記連鎖移動剤(D)が、アルキルメルカプタンであり、その使用量がエチレン性不飽和マクロモノマー(B)、溶媒(C)およびエチレン性不飽和モノマー(M2)の合計100質量部に対して、0.01〜0.5質量部である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記ポリオール(A)が、水酸基価10〜84mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が0〜30質量%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記ポリオール(A)が、水酸基価10〜84mgKOH/gであり、オキシエチレン基含有量が0〜20質量%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 前記エチレン性不飽和モノマー(M1)が、スチレン30〜100質量%とアクリロニトリル70〜0質量%からなる、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリマーポリオールの製造方法により得られた、ポリマーポリオール。
- ポリマー成分の含有量が、ポリマーポリオール中40〜60質量%である、請求項10に記載のポリマーポリオール。
- 前記ポリマー成分のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した平均粒子径が、1.5μm以下である、請求項10または11に記載のポリマーポリオール。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載のポリマーポリオール、またはポリマーポリオールを含むポリオール成分、およびポリイソシアネート化合物とを触媒、および発泡剤の存在下で反応させることを特徴とするポリウレタンフォームの製造方法。
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