【発明の詳細な説明】
新規ポリオール類およびそれらのポリウレタンの製造における使用
本発明は、新規ポリオール類、それらを製造するための方法およびこのような
ポリオール類のポリウレタン類製造における使用に関する。
ポリウレタン物質は、ポリイソシアネート類とポリオール類とを反応させるこ
とによって製造される。なかでも、使用されるポリオール類は、比較的高分子量
、例えば、2000〜6000を有するポリエーテルポリオール類である。この
ようなポリエーテルポリオール類は、慣用的には、ブロックコポリマー類である
か、ランダムコポリマー類であるかまたはそれらの組み合わせであってもよいポ
リオキシプロピレンポリオール類およびポリオキシプロピレンポリオキシエチレ
ンコポリマーポリオール類である。広範に使用されているタイプのポリエーテル
ポリオールは、分子量3000〜6000;表示ヒドロキシ官能性3;ポリオキ
シエチレンブロックがポリマーの3つの末尾の端にあり、ポリマーの重量の5〜
20重量%を構成するポリオキシプロピレンおよびポリオキシエチレンブロック
を有するポリオールである;例えば、The ICI Polyurethanes Book by G.Woods
,1987,J.Wiley and sons,ISBN 0471914266,page 35-41参照。
このようなポリオール類は、ポリウレタン物質、特に、良好な品質のエラスト
マー類および軟質発泡体を製造するために使用されてきた。しかし、さらなる改
良が望ましいであろう。特に、このような物質の加水分解に対しての安定性がレ
ジリエンスおよび圧縮永久歪特性とともに改良されるべきである。
EP-344540は、ポリプロピレンオキシドポリオールおよびポリブチレンオキシ
ドポリオールのブレンドを開示しており、これらは、エチレンオキシド、プロピ
レンオキシドおよびペンタレンオキシドとのコポリマーであってよい。これらブ
レンド類は、シーラントおよび被覆組成物に使用されるプレポリマーを製造する
ために使用される。コポリマー類は、ランダムまたはブロックであってもよく、
コモノマーの量は、60重量%以下であってもよい。
US 4701,520は、ポリブチレンオキシドの製造を開示している。
US 4,465,663は、分子量少なくとも1200およびオキシエチレン含量45〜
85重量%を有するポリオキシブチレン−ポリオキシエチレンブロックコモノマ
ー類の水性ゲルを開示している。これらは、局所的に用いられる化粧および薬学
組成物に使用される。
W095/16721は、ポリウレタン、ポリイソシアヌレートおよびポリ尿素発泡体の
製造における非−シリコーン性ポリエーテル界面活性剤の使用を開示している。
それは、広範な条件において、エラストマー類、硬質発泡体または軟質発泡体を
製造するために、界面活性剤を使用することができることを開示している。さら
に詳しくは、それは、界面活性剤がポリイソシアネート類とその他配合物成分と
の相溶化剤としておよび断熱材および硬質発泡体における発泡安定剤として機能
することを開示している。実施例において、ポリイソシアヌレート硬質発泡体が
製造されている。非−シリコーン性ポリエーテル界面活性剤は、実質的に、オキ
シプロピレンユニットを含まず、10〜90重量%のオキシエチレンユニットお
よび10〜90重量%の少なくとも4個の炭素を有するオキシアルキレンユニッ
ト、例えば、ブチレンオキシを含むポリマー類である。最も好ましいオキシエチ
レン/オキシブチレン比は、1.5:2〜2.0:1.5w/wである。界面活
性剤は、キャップしてもよく、キャップしなくともよいが、官能性2〜8を有す
るのがよく、化合物に含まれる活性水素100重量部当たり0.25〜20重量
部の量使用される。その実施例においては、変わりなく、表示官能性1または2
を有する界面活性剤が使用されている。
GB1063278は、10〜50、好ましくは、35〜50重量%のオキシエチレン
ユニットを含む1,2−、2,3−またはイソ−ブチレンオキシドとエチレンオ
キシドとのコポリマー類を使用するエラストマーを製造するための方法を開示し
ている。使用されるコポリマー類は、ランダムコポリマー類である。
EP383544は、イソブチレンオキシドと、一置換または非置換アルキレンオキシ
ドとを含むポリエーテルポリオール類の使用を開示している。プロピレンオキシ
ドのみをキャップしたコポリマー類が使用されている。
US4301110は、熱変形特性および引裂き特性を改良するための反応射出成形エ
ラストマー類の製造においてポリ(オキシブチレン−オキシエチレン)グリコー
ル
類の使用を開示している。使用されるグリコール類は、ランダムオキシブチレン
/オキシエチレンブロックを有する。
JP57000118は、硬質ポリウレタン発泡体の製造において、エチレンオキシドと
、ブチレンオキシドのようなもう1つのアルキレンオキシドとのコポリマー類の
使用を開示している。コポリマー類は、低い当量を有する。
WO92/06846は、被覆材料用のウレタン(メタ)アクリレートポリマーを含む硬
化可能な液体樹脂組成物を開示している。このポリマーは、なかんずく、エチレ
ンオキシドと1,2−ブチレンオキシドとを含むポリオールから製造される。こ
のようなポリオール類としては、共重合されたジオール類が使用されている。
Journal of the American Oil Chem.Soc.,Vol 72,No.1(1995)page 89-9
5には、官能性2を有するブチレンオキシド/エチレンオキシドブロックコポリ
マー類のような非−イオン性界面活性剤が記載されている。
同時継続特許出願EP-781791は、エラストマー類、シーラント類および接着剤
の製造において、ブチレンオキシドから製造されるポリエーテルポリオール類の
使用を開示している。ブチレンオキシドから製造される広範な範囲のポリオール
類がその説明に従い使用することができる。その実施例において、官能性2およ
びエチレンオキシドの中間量を有するポリオール類または官能性3およびエチレ
ンオキシドの低い量を有するポリオール類を使用するのがそれらの傾向であるよ
うであり;使用されるポリオール類は、一定不変に、ブチレンオキシドとエチレ
ンオキシドとの混合物の中間ブロックを有する。ポリオール類は、開始剤とブチ
レンオキシドとの間にオキシプロピレンブロックを有する必要がある。
以降、以下の略号を使用する:
EO:エチレンオキシド;
EOR:オキシエチレン基;
PO:1,2−プロピレンオキシド;
POR:1,2−オキシプロピレン基;
BO:1,4−ブチレンオキシドを除くブチレンオキシド;
BOR:1,4−オキシブチレン基を除くオキシブチレン;
1,2−BO:1,2−ブチレンオキシド;
2,3−BO:2,3−ブチレンオキシド;
iso−BO:イソブチレンオキシド;
AO:3個以上の炭素原子、好ましくは、3または4個の炭素原子を有するアル
キレンオキシド;
AOR:3個以上の炭素原子、好ましくは、3または4個の炭素原子を有するオ
キシアルキレン基
驚くべきことに、我々は、BORを含有する新規ポリオールの使用が軟質ポリ
ウレタン発泡体の加水分解抵抗性およびそれらのレジリエンスならびに圧縮永久
歪を改良することを見いだした。それに加えて、このようなポリオール類の不飽
和度のレベルは、BORの代わりにPORを有するポリオール類におけるより低
い。
したがって、本発明は、当量500〜10000、平均表示ヒドロキシル官能
性2〜8を有し;ポリマー鎖当たり、AORブロックおよびEORブロックを有
するポリエーテルポリオールに係る。ここで、AORブロックがBOR、および
、所望により、PORを含有し、AORブロックとEORブロックとの重量に基
づき計算して、AORブロックの量が70〜95重量%であり、EORブロック
の量が5〜30重量%であり、かつ、EORブロックがポリマー鎖の末端に存在
する。
さらに、本発明は、アルキレンオキシド類と反応性の2〜8個の水素原子を有
する化合物(以降、“開始剤”と称す)をBO、および、所望により、POと反
応させ、かくして得られるその生成物を、BO、所望により、PO、およびEO
の量が、当量に関しての上記範囲であり、AORおよびEORブロックの量が合
致するようにEOと反応させることによる、このようなポリエーテルポリオール
類を製造するための方法に係る。
本出願のコンテキストにおいて、以下の用語は、以下の意味を有する:
(1) イソシアネート指数もしくはNCO指数または指数:
配合物中に存在するイソシアネート反応性活性水素原予に関してのNCO基の
比であり、パーセンテージとして:
[NCO]×100/[活性水素] (%)
で与えられる。換言すれば、NCO指数は、配合物中の使用されるイソシアネー
ト反応性水素の量と反応するのに理論的に必要とされるイソシアネートの量に関
しての配合物中で実際に使用されるイソシアネートのパーセンテージを表す。
本明細書で使用するイソシアネート指数は、イソシアネート成分とイソシアネ
ート反応性成分とを含む実際の発泡プロセスの観点から考察されるものであるこ
とを認識する必要がある。半プレポリマーまたはその他の改質ポリイソシアネー
ト類を製造するための予備工程で消費されるいずれのイソシアネート基または改
質ポリオール類またはポリアミン類を製造するためにイソシアネートと反応させ
られるいずれの活性水素もイソシアネート指数の計算に考慮に入れない。実際の
発泡工程に存在する遊離のイソシアネート基および遊離のイソシアネート反応性
水素(水の水素を含む)のみを考慮に入れる。
(2) イソシアネート指数を計算するために本明細書で使用される“イソシア
ネート反応性水素原子”という表現は、ポリオール類、ポリアミン類および/ま
たは水の形態の反応性組成物中に存在するヒドロキシルおよびアミン水素原子の
合計数をいい;これは、実際の発泡プロセスでイソシアネート指数を計算するた
めに、1つのヒドロキシル基が1つの反応性水素を含むと考え、1つの水分子が
2つの活性水素を含むと考えることを意味する。
(3) 反応システム:ポリイソシアネート成分がイソシアネート反応性成分と
は別個の1個以上の容器中に保たれる成分の組み合わせ。
(4) 本明細書で使用する“ポリウレタン発泡体”という表現は、発泡剤を使
用して、ポリイソシアネート類をイソシアネート反応性水素含有化合物と反応さ
せることによって得られる気泡生成物をいい、特に、反応性発泡剤として水で得
られる気泡生成物を含む(尿素結合および二酸化炭素を生成し、ポリ尿素−ウレ
タン発泡体を生成する水の反応を含む。)。
(5) “平均表示ヒドロキシル官能性”という用語は、本明細書で、数平均の
官能性がそれらの製造に使用される開始剤の数平均官能性(1分子当たりの活性
水素の数)であると仮定して、ポリオール組成物の数平均の官能性(1分子当た
りのヒドロキシル基数)を示すために使用するが、実際には、若干の末端不飽和
により幾分少ないことが多いであろう。
(6) “平均”という語は、数平均をいう。
好ましくは、本発明に従うポリオールの当量は、500〜8000であり、さ
らに好ましくは、750〜5000であり;その表示官能性は、好ましくは、3
〜6であり、さらに好ましくは、3〜4である。AORブロック中のPORの量
は、0〜95重量%の範囲であってもよく;好ましくは、20〜80重量%の範
囲であってもよい。AORおよびEORブロックの量は、AORおよびEORの
合計重量に基づき計算して、それぞれ、75〜92重量%および8〜25重量%
である。
当分野で一般に公知であるように、ポリエーテルポリオール類は、概して、ア
ルキレンオキシド類と反応することのできる少なくとも2つの水素原子を有する
開始剤をこのようなアルキレンオキシドと反応させることによって製造される。
1種のアルキレンオキシドのみが使用される時には、ホモポリマー類が形成され
る。2種以上のアルキレンオキシドが使用される時には、コポリマー類が形成さ
れる。このようなコポリマー類は、ブロックコポリマー類、ランダムコポリマー
類またはそれらの組み合わせであってもよい。ブロックコポリマー類は、異なる
アルキレンオキシド類を引き続き反応させる時に得られる。ランダムコポリマー
類は、異なるアルキレンオキシド類の混合物を使用する時に形成される。重合は
、開始剤に結合した全ての反応性水素によって生ずる。したがって、最終ポリエ
ーテルポリオールは、開始剤に結合した反応性水素の本来の数に相当する数の高
分子末尾を有するであろう。概して、このようなポリエーテルポリオール類は、
容器に必要とされる量の開始剤と、所望により、アルコキシ化を促進する触媒と
を充填することによって製造される。ついで、アルキレンオキシドまたはアルキ
レンオキシド類が、上記考察したように、混合した形態、連続した順序またはそ
れらの組み合わせた形態で加えられ、反応させられる。反応は、概して、不活性
ガスシール下、絶対圧1〜5バールおよび温度50〜130℃で行われる。使用
さ
れるアルキレンオキシドの量は、所望される分子量に依存する。処理の時間は、
例えば、熱交換、所望される分子量および使用されるアルキレンオキシド(類)
のタイプのようなプロセス条件に依存し;概して、反応時間は、数時間〜数日の
間で変化させることができる。
本発明に従いポリオール類を製造するための方法は、上記した一般的な処理と
本質的に異ならない。BOは、POよりも反応性が低い傾向があり、したがって
、反応時間は、幾分長いかもしれない。AORブロックを形成するためにPOを
使用する場合、これは、BOとの混合物として、又は引き続く順番でもしくはそ
れらの組み合わせによってなされる。
好ましくは、BOおよびPOの添加の順序は、開始剤とBORとの間にPOR
ブロックを有せず、PORブロックが最終ポリオール中の全てのオキシアルキレ
ン基の重量の20重量%より多くを構成するポリオールが得られるようにである
。最も好ましくは、開始剤とアルキレンオキシド類との反応は、BOおよびPO
の混合物で開始し、続いて、EOと反応させる。
使用することのできる開始剤は、当分野公知のものであり、例えば、水、ブタ
ンジオール、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、エタノールアミン、ジ
エタノールアミン、トリエタノールアミン、トルエンジアミン、ジエチルトルエ
ンジアミン、フェニルジアミン、ジフェニルメタンジアミン、エチレンジアミン
、シクロヘキサンジアミン、シクロヘキサンジメタノール、レゾルシノール、ビ
スフェノールA、グリセロール、トリメチロールプロパン、1,2,6−ヘキサ
ントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトールおよびシュクロースである
。開始剤の混合物も同様に使用することができる。
BOとしては、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、イソ
ブチレンオキシドまたはこれらの混合物を使用することができる。好ましくは、
少なくとも50重量%の1,2−BOを含むBOが使用され、最も好ましくは、
1,2−BOが使用される。
使用することのできる触媒は、アルコキシ化を高めるための当分野公知のもの
であり、例えば、アルカリ金属水酸化物類またはアルコキシド類であり、例とし
て、LiOH、NaOH、KOH、CsOH、Ba(OH)2が挙げられ;例え
ば、K.C.Frischand S.L.Reegan,Marcel Dekker Publishers 1969の開環重
合;N.Spasskyの開環重合,Vol.8,no.1 RAPRA Review(1995)no.85に記載
されているような有機金属化合物類;および、J.V.Koleske and F.E.Bailey
,1991のアルキレンオキシド類およびそれらのポリマー類に記載された有機金属
化合物が挙げられる。触媒は、反応を触媒するのに十分な量使用され;典型的な
レベルは、最終生成物に基づき、20ppm〜10000ppmである。
本発明は、さらに、ポリイソシアネートと本発明に従うポリオールとを反応さ
せ、発泡剤を使用することにより、軟質ポリウレタン発泡体を製造する際の本発
明に従うポリエーテルポリオールの使用に係る。
軟質ポリウレタン発泡体を製造するための方法は、概して、当分野公知である
。このような方法は、ポリイソシアネートと、比較的高い分子量を有するポリオ
ールとの反応を含み、発泡剤を使用し、所望により、触媒、鎖延長剤、架橋剤お
よび/または添加剤を使用する。このような方法は、立ち上がり自由な成形発泡
体(free rise moulded foam)、スラブストック発泡体(slabstock foam)および
密閉金型内での発泡体を製造するために使用することができる。本方法は、いわ
ゆるワンショット法、半−または準−プレポリマー法またはプレポリマー法に従
い実施される。ワンショット法に従えば、比較的高分子量、すなわち、当量50
0〜10000を有する全てのポリオール類をポリイソシアネートと合わせ、発
泡剤の存在で反応させる。半−準プレポリマー法に従えば、このポリオールの一
部は、発泡体形成を生じさせる前に、ポリイソシアネートの全てまたは一部と予
備反応させ、プレポリマー法に従えば、全てのこのポリオールは、発泡体形成を
生じさせる前に、ポリイソシアネートの全てまたは一部と予備反応させる。
軟質発泡体を製造するためには、ポリイソシアネート類、イソシアネート反応
性成分、発泡剤および添加剤を合わせて、反応および発泡させる。イソシアネー
ト反応性成分、発泡剤および添加剤は、予め混合することもできる。発泡体形成
反応は、指数40〜120、好ましくは、指数50〜110で行う。
軟質ポリウレタン発泡体を製造するための本発明に従う方法は、比較的高い当
量を有する少なくとも10重量%、好ましくは、少なくとも25重量%の慣用的
なポリオール類を本発明に従うポリオールによって代替する限り、公知の方法に
従い実施することができる。したがって、本発明は、ポリイソシアネートと、少
なくとも10重量%(組成物について)の量の本発明に従うポリオールを含むイ
ソシアネート反応性組成物とを反応させ、発泡剤を使用することによって軟質ポ
リウレタン発泡体を製造するための方法に係る。
使用することのできるポリイソシアネート類は、脂肪族、脂環式および芳香族
脂肪族ポリイソシアネート類、特に、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、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、4,4’
−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、および、m−およびp−テトラメ
チルキシリーレンジイソシアネートのようなジイソシアネート類;および、特に
、トリレンジイソシアネート類(TDI)、フェニレンジイソシアネート類のよ
うな芳香族ポリイソシアネート類、最も好ましくは、MDIであるが、このMD
Iは純粋な4,4’−MDI;4,4’−MDIと2,4’−MDIと10重量
%未満の2,2’−MDIとの異性体混合物;イソシアネート官能性2より上を
有する粗製でかつ高分子量のMDI;ならびに、カルボジイミド基、ウレトンイ
ミン基、イソシアヌレート基、ウレタン基、アロファネート基、尿素基またはビ
ューレット基を含有するそれらの改質変形体から選択される。所望により、イソ
シアネート官能性3以上を有する同族体を含む、最も好ましいジフェニルメタン
ジイソシアネート(MDI)は、純粋な4,4’−MDI;所望により、50重
量%までの高分子MDIを含有する2,4’−MDIとの異性体混合物;NCO
含量少なくとも25重量%を有するウレトンイミンおよび/またはカルボジイミ
ド改質MDI;および、過剰のMDIと低分子量ポリオール(Mw1000未満
)とを反応させることによって得られ、かつ、NCO含量少なくとも25重量%
を有するウレタン改質MDIである。上記のその他のポリイソシアネート類25
重量%までとのMDI混合物を、所望により、使用することができる。
ポリイソシアネートは、分散した尿素粒子、および/または、例えば、少量の
イソホロンジアミンをポリイソシアネートに加えることによって従来法で製造し
たウレタン粒子を含有してもよい。軟質発泡体を製造するために使用される高分
子量ポリオール類は、ポリエステル類、ポリエステルアミド類、ポリチオエーテ
ル類、ポリカーボネート類、ポリアセタール類、ポリオレフィン類、ポリシロキ
サン類から選択されるのがよく、特に、ポリエーテル類がよい。使用することの
できるポリエーテルポリオール類としては、必要な場合、多官能性開始剤の存在
におけるエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドの重合によって得
られる生成物が挙げられる。適した開始剤化合物は、複数の活性水素原子を含有
し、例えば、水、ブタンジオール、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、
エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トルエンジア
ミン、ジエチルトルエンジアミン、フェニルジアミン、ジフェニルメタンジアミ
ン、エチレンジアミン、シクロヘキサンジアミン、シクロヘキサンジメタノール
、レゾルシノール、ビスフェノールA、グリセロール、トリメチロールプロパン
、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトールおよ
びシュクロースが挙げられる。開始剤の混合物を使用することもできる。特に有
用なポリエーテルポリオール類としては、ポリオキシプロピレンジオールおよび
ポリオキシプロピレントリオール、並に従来技術文献に十分に記載されているよ
うなエチレンオキシドおよびプロピレンオキシド類を、二または三官能性開始剤
へ同時または逐次添加することによって得られるポリ(オキシエチレン−オキシ
プロピレン)ジオール類およびポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)トリ
オール類が挙げられる。オキシアルキレンユニットの合計重量に基づき、オキシ
エチレン含量10〜80%を有するランダムコポリマー類、オキシエチレン含量
25%以下を有するブロックコポリマー類、および、オキシエチレン含量50%
以下を有するランダム/ブロックコポリマー類を有するランダム/ブロックコポ
リマー類を挙げることができ、特に、ポリマー鎖の末端にオキシエチレン基の少
なくとも一部を有するものが挙げられる。前記ジオール類およびトリオール類の
混合物は、特に有用である。使用することのできるポリエステルポリオール類と
しては、
例えば、多価アルコール類、例として、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、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコー
ル、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、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もしくはポリエーテルポリオー
ル類またはこのような多価アルコール類の混合物、および、ポリカルボン酸類、
とりわけ、ジカルボン酸類あるいはそれらのエステル形成誘導体、例えば、コハ
ク酸、グルタル酸、およびアジピン酸またはそれらのジメチルエステル類、セバ
シン酸、無水フタル酸、無水テトラクロロフタル酸またはジメチルテレフタレー
トまたはこれらの混合物のヒドロキシル末端反応生成物が挙げられる。ラクトン
類、例えば、カプロラクトンのポリオールとの重合またはヒドロキシカルボン酸
、例えば、ヒドロキシカプロン酸の重合によって得られるポリエステル類もまた
使用することができる。ポリエステルアミド類は、ポリエステル化混合物内へ、
例えば、エタノールアミンのようなアミノアルコールを配合することによって得
ることができる。使用することのできるポリチオエーテルポリオール類としては
、チオジグリコールを単独またはその他のグリコール、アルキレンオキシド類、
ジカルボン酸類、ホルムアルデヒド、アミノ−アルコール類またはアミノカルボ
ン酸と縮合することによって得られる生成物が挙げられる。使用することのでき
るポリカーボネートポリオール類としては、ジオール、例えば、1,3−プロパ
ンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレン
グリコールまたはテトラエチレングリコールをジアリールカーボネート類、例え
ば、ジフェニルカーボネートと反応させることによりまたはホスゲンと反応させ
ることによって得られる生成物が挙げられる。使用することのできるポリアセタ
ールポリオール類としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールま
たはヘキサンジオールのようなグリコール類をホルムアルデヒドと反応させるこ
とによって製造されるものが挙げられる。適したポリアセタールは、また、環状
アセタール類を重合することによって製造することができる。適したポリオレフ
ィンポリオール類としては、ヒドロキシ末端ブタジエンホモ−およびコポリマー
類が挙げられ、適したポリシロキサンポリオール類としては、ポリジメチルシロ
キサ
ンジオール類およびポリジメチルシロキサントリオール類が挙げられる。高分子
量ポリオール類の数平均当量は、好ましくは、500〜8000であり;最も好
ましくは、750〜5000であり;平均表示ヒドロキシル官能性は、好ましく
は、2〜6であり、さらに好ましくは、2〜4である。前述したように、使用さ
れる高分子量ポリオールの少なくとも10重量%は、本発明に従うポリオールで
あるべきであり;好ましくは、その量は、少なくとも25重量%である。所望に
より、このような発泡体を製造するのに使用することのできる鎖延長剤および架
橋剤は、2〜8、好ましくは、2〜4のアミン;および/または、エタノールア
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、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、ブタンジオール、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、ソルビトール、シュクロース、当量500未満を有するポ
リエチレングリコール、トルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、シクロ
ヘキサンジアミン、フェニルジアミン、ジフェニルジアミン、ジフェニルメタン
ジアミン、アルキル化されたジフェニルメタンジアミンおよびエチレンジアミン
のようなヒドロキシ基を含有するアミン類およびポリオール類から選択すること
ができる。鎖延長剤および架橋剤の量は、用いる場合、高分子量ポリオールの1
00重量部当たり25部以下がよく、好ましくは、10部以下がよい。発泡剤は
、クロロフルオロカーボン類、ハイドロジェンクロロフルオロカーボン類、ハイ
ドロジェンフルオロカーボン類のような物理的発泡剤から選択することができ、
好ましくは、化学発泡剤、特に、発泡体形成条件下でポリイソシアネートと反応
した時に、CO2放出をもたらすものがよい。最も好ましくは、水が発泡剤とし
て使用され;望ましい場合には、CO2、空気またはN2のような不活性ガスが、
水とともに使用される。水の量は、数平均当量500以上を有するイソシアネー
ト反応性化合物の100重量部当たり2〜20重量部、好ましくは、2〜15重
量部の範囲であるのがよい。
数ある中で、使用することのできる助剤および添加剤は、第3級アミン類、イ
ミダゾール類および錫化合物のような尿素およびウレタンの形成を高める触媒、
界面活性剤、安定剤、難燃剤、充填剤および抗酸化剤である。これらは、発泡体
を製造するために、これら物質をポリイソシアネートと反応させる前に、イソシ
アネート反応性物質と予備混合することができる。
本発明は、さらに、過剰量のポリイソシアネートと、本発明に従うポリオール
少なくとも10重量%、好ましくは、少なくとも25重量%を含むポリオール組
成物とを反応させることによって得られるイソシアネート末端プレポリマー類に
係る。ポリイソシアネートおよびポリオールとしては、前述したものを使用する
ことができる。プレポリマーのNCO含量は、2〜40重量%の範囲とすること
ができる。MDIまたは高分子MDIをポリイソシアネートとして使用する場合
には、そのNCO含量は、好ましくは、5〜30重量%である。プレポリマー類
は、ポリイソシアネートと、ポリオールとを合わせ混合し、それらを60〜10
0℃の温度で反応させることによって製造され、触媒を使用することができるが
、その必要がないことが多い。ポリイソシアネートとポリオールとの相対量は、
使用するポリイソシアネートおよびポリオールの種類ならびに所望されるNCO
含量に依存し;当業者であれば、これらの相対量を決定することは日常的な仕事
である。
本発明に従う軟質発泡体は、概して、密度15〜80kg/m3を有し、例えば、
クッション材料、家具座および自動車の座席およびマットレスとして使用するこ
とができる。
以下、実施例により本発明をさらに例示する。実施例 1
窒素でフラッシュした反応器に、2038gのグリセロールと水性KOH溶液
(439.4g/450g KOH/水)とを充填し、120℃まで加熱し、含水
率が0.02重量%になるまで脱水した。反応器を110℃まで冷却し、減圧か
ら開始して70分間で8110gの1,2−ブチレンオキシドを加えた。温度を
110℃に維持したまま、バッチを2時間反応させた。8060gのポリオール
(中間体1)を取り出した。残りに、減圧から開始して70分間で8000gの
1,2−ブチレンオキシドを加えた。温度を110℃に維持したまま、バッチを
4.5
時間反応させた。ついで、7744gのポリオールを取り出した(中間体2)。残
りに、減圧から開始して70分間で6240gの1,2−ブチレンオキシドを1
10℃で加えた。温度を110℃に維持したまま、バッチを7.5時間反応させ
、120℃で2時間減圧ストリップした。ついで、反応器をN2で絶対圧2バー
ルに加圧し、1571gのエチレンオキシドを120℃で45分間で加えた。バ
ッチを1時間反応させ、温度を120℃に維持したまま、0.5時間減圧でスト
リップした。その後、バッチを85℃まで冷却し、水性アジピン酸溶液(25.
3g/250g アジピン酸/水)で中和し、減圧下、120℃で4.5時間脱水
し;このバッチに、1重量%のマグネシウムシリケートを加え、続いて、120
℃で1時間濾過した。かくして得られたポリオール(ポリオール1)を周囲条件
まで冷却した。それは、表1に示す物理的性質を有する。実施例 2
N2で3回フラッシュした反応器に、実施例1で得られた中間体2の3080g
を加え、110℃まで加熱した。減圧から開始して1時間で5424gの1,2
−ブチレンオキシドを加え、その温度を110℃に維持したまま、6.5時間反
応させ、続いて、120℃で1時間減圧ストリップした。ついで、反応器をN2
で絶対圧2バールに加圧し、1509gのエチレンオキシドを120℃で60分
間加えた。そのバッチを1時間反応させ、温度を120℃に維持したまま、0.
5時間減圧ストリップした。その後、バッチを85℃まで冷却し、水性アジピン
酸溶液(32g/250gアジピン酸/水)で中和し、減圧下、120℃で6時間
脱水し、続いて、120℃で1時間濾過した。かくして得られたポリオール(ポ
リオール2)を周囲条件まで冷却した。それは、表1に示す物理的性質を有する
。実施例 3
N2で3回フラッシュした反応器に、実施例1で得られた中間体2の2945g
を加え、110℃まで加熱した。減圧から開始して1時間で5185gの1,2
−ブチレンオキシドを加え、その温度を110℃に維持したまま、7時間反応さ
せ、続いて、120℃で1時間減圧ストリップした。ついで、反応器をN2で絶
対圧2バールに加圧し、1970gのエチレンオキシドを120℃で90分間加
えた。そ
のバッチを3時間反応させ、温度を120℃に維持したまま、0.5時間減圧ス
トリップした。その後、バッチを85℃まで冷却し、水性アジピン酸溶液(28
g/250gアジピン酸/水)で中和し、減圧下、120℃で6時間脱水し、続
いて、120℃で1時間濾過した。かくして得られたポリオール(ポリオール3
)を周囲条件まで冷却した。それは、表1に示す物理的性質を有する。 実施例 4
ポリオール1〜4と、10重量%の2,4’−異性体を含有する4,4’−ジ
フェニルメタンジイソシアネートとを、相対量75/25/w/wで反応させる
ことによってプレポリマーを製造した。ポリオールおよびポリイソシアネートを
50℃に予熱し、85℃で3.5時間反応を行った。
プレポリマーは、以下の性質を有した:
*=比較
プレポリマー1〜3の粘度は、プレポリマー4の粘度と同等かまたは以下であ
り、ポリオール類については、これは当てはまらないことを認識するべきである
(表1参照)。実施例 5
プレポリマー2および4*に、20重量%の2,4’−異性体を含有する4,
4’−ジフェニルメタンジイソシアネートの量を加えて、ともにNCO含量12
重量%を有するプレポリマー5および6*を製造した。プレポリマーは、ともに
、粘度1300mPasを有した。
*=比較実施例 6
プラスチックカップ内で6秒間の激しい撹拌(3500rpm)下に、全ての成
分を予め45℃に調整した以下のポリイソシアネートプレポリマーおよびポリイ
ソシアネートならびにポリオール組成物(表3−その量は、重量部=pbwである
)を
混合することにより軟質ポリウレタン発泡体を製造した。径195mmを有するシ
リンダー状の金属金型にその混合物を注ぎ、立ち上がり自由(free-rise)発泡体
を製造し、反応性を測定した。45℃に加熱したアルミニウム正方形の金型(4
0×40×10cm)に混合物を注ぐことにより、同様の発泡実験を繰り返した
。6分後、発泡体を金型から取り出し、室温で7日間貯蔵し、物理的な試験に賦
した(表4)。
ポリイソシアネート1:NCO含量27.9重量%を有するプレポリマー、30
重量%の2,4−MDIを含有する61.6pbwの4,4’−MDIを、分子量
4000とオキシエチレン含量75重量%(ランダム)とを有する13.4pbw
のグルセロール開始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5)と反応させ、この反応生成物に、NCO含量30.7重量%とジイソ
シアネート含量39重量%とを有する25pbwの高分子MDI(ポリイソシアネ
ート2)を加えることによって製造した;
ポリイソシアネート2:上記高分子MDI;
ポリイソシアネート3;ポリイソシアネート2およびポリオール5(上記)の重
量比98:2での反応生成物;NCO価は、30重量%であった。
ポリオール5:上記ポリオール5;
ポリオール6:OH価30mg KOH/gと、オキシエチレン含量16重量%(
チップされた)とを有するジプロピレングリコール開始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7:OH価190mg KOH/gを有するソルビトール開始ポリオキ
シエチレンポリオール;
D33LV;Air ProductsからのDabcoTM触媒;
D8154:GoldschmidtからのTegostabTM界面活性剤;
A1:WitcoからのNiaxTM触媒;
DMEA:ジメチルエタノールアミン;
DMI:1,2−ジメチルイミダゾール。 発泡体配合物2、4および6は、本発明に従い、BORを含有するポリオール
またはプレポリマーを使用する。配合物1、3および5は、BORの代わりに、
PORを含有するポリオール類およびプレポリマー類を使用する比較実施例であ
る。本発明に従う発泡体は、レジリエンス、クリープ抵抗性、動的疲れおよび圧
縮永久歪が改良され、他方、密度、硬度および引張り特性は、ほとんど影響を受
けない。
本発明に従うポリオール類は、不飽和度のレベルが低く、ポリウレタン配合物
において相分離を改良し、これにより、発泡体の質を高め、アクセスしやすい密
度/硬度範囲を拡大する。実施例 7
先の実施例において記載したのと同様にして、プロピレンオキシドとブチレン
オキシドとの50/50/w/w混合物を開始剤と反応させ、続いて、オキシエ
チレン基の量14重量%(全てチップした)を有するポリオールを得るためのエ
チレンオキシドの量と反応させることによって、OH価27mg KOH/gを有す
るグリセロール開始ポリオールを製造した。NCO価32.6を有し、かつ、0
.7pbwのD8154、0.1pbwのNiax A1、1pbwのGoldschmidtからのTegost
abTMB4113界面活性剤、3.4pbwの水、0.4pbwのD33LV、0.6pbwのト
リエタノールアミンおよび4.5pbwのポリオール(OH価=187mg KOH/
g;シュクロース基準;100%EO)とともに、指数88で約25%重量の2
,4’−MDIを含む高分子MDIと、このポリオールの100重量部特性を反
応させた。得られた発泡体は、自由立ち上がり密度(free rise density)38k
g/gmDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
New polyols and their use in the production of polyurethanes
The present invention is directed to novel polyols, methods for making them and such
It relates to the use of polyols in the production of polyurethanes.
Polyurethane materials can react polyisocyanates with polyols.
And manufactured by. Among them, the polyols used are relatively high molecular weight
For example, polyether polyols having 2000 to 6000. this
Such polyether polyols are conventionally block copolymers
Or random copolymers or a combination thereof.
Lioxypropylene polyols and polyoxypropylene polyoxyethylene
Copolymer polyols. A widely used type of polyether
The polyols have a molecular weight of 3000-6000; the indicated hydroxy functionality 3;
The ethylene block is at the three trailing ends of the polymer and is 5 to 5 times the weight of the polymer.
Polyoxypropylene and polyoxyethylene blocks constituting 20% by weight
A polyol having the following formula: for example, The ICI Polyurethanes Book by G .; Woods
1987. See Wiley and sons, ISBN 0471914266, pages 35-41.
Such polyols are useful in polyurethane materials, especially in elastomers of good quality.
It has been used to make mer and flexible foams. But further breaks
Good would be desirable. In particular, the stability of such substances to hydrolysis is low.
It should be improved along with the Zilience and compression set properties.
EP-344540 is a polypropylene oxide polyol and polybutyleneoxy
Disclosed blends of ethylene oxide, propylene
It may be a copolymer with lenoxide and pentaleneoxide. These
Lends make prepolymers used in sealants and coating compositions
Used for The copolymers may be random or block,
The amount of comonomer may be up to 60% by weight.
US 4701,520 discloses the production of polybutylene oxide.
US 4,465,663 has a molecular weight of at least 1200 and an oxyethylene content of 45-45.
Polyoxybutylene-polyoxyethylene block copolymer having 85% by weight
Aqueous gels are disclosed. These are cosmetics and pharmacies used topically
Used in compositions.
W095 / 16721 is a polyurethane, polyisocyanurate and polyurea foam
It discloses the use of non-silicone polyether surfactants in manufacturing.
It converts elastomers, rigid foams or flexible foams in a wide range of conditions.
It discloses that a surfactant can be used for manufacturing. Further
More specifically, it is possible that the surfactant is combined with polyisocyanates and other compound components.
As a compatibilizing agent for foam and as a foam stabilizer in thermal insulation and rigid foam
It is disclosed to do. In the examples, the polyisocyanurate rigid foam is
Being manufactured. Non-silicone polyether surfactants are substantially
10 to 90% by weight of oxyethylene units and
And 10 to 90% by weight of an oxyalkylene unit having at least 4 carbons.
For example, polymers containing butyleneoxy. Most preferred oxyethyl
The len / oxybutylene ratio is between 1.5: 2 and 2.0: 1.5 w / w. Surface activity
The agent may or may not be capped, but has functionality 2-8
0.25 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of active hydrogen contained in the compound
Used in parts quantity. In that example, the labeling functionality was unchanged at 1 or 2
Are used.
GB1063278 contains 10 to 50, preferably 35 to 50% by weight of oxyethylene
Units containing 1,2-, 2,3- or iso-butylene oxide and ethylene oxide
Disclosed are methods for making elastomers using copolymers with oxides
ing. The copolymers used are random copolymers.
EP 383 544 comprises isobutylene oxide and mono- or unsubstituted alkyleneoxy.
And the use of polyether polyols containing Propyleneoxy
Copolymers with only capped caps have been used.
US4301110 discloses a reaction injection molding process for improving thermal deformation and tear properties.
Poly (oxybutylene-oxyethylene) glycol in the production of lastomers
Le
Discloses the use of such a class. The glycols used are random oxybutylene
/ Having an oxyethylene block.
JP57000118 describes the production of rigid polyurethane foams with ethylene oxide.
Of copolymers with another alkylene oxide, such as butylene oxide
Disclose use. The copolymers have a low equivalent weight.
WO92 / 06846 discloses a hardener containing a urethane (meth) acrylate polymer for a coating material.
Discloses a liquid resin composition that can be converted. This polymer is, above all,
Manufactured from polyols containing oxyoxide and 1,2-butylene oxide. This
As such polyols, copolymerized diols are used.
Journal of the American Oil Chem. Soc., Vol 72, No. 1 (1995) page 89-9
5 is a butylene oxide / ethylene oxide block copolymer having a functionality of 2.
Non-ionic surfactants such as mers are described.
Co-pending patent application EP-781791 covers elastomers, sealants and adhesives
In the production of polyether polyols produced from butylene oxide
Disclose use. Broad range of polyols made from butylene oxide
Classes can be used according to their description. In that example, functionalities 2 and
Having an intermediate amount of ethylene and ethylene oxide or functional 3 and ethylene
It is their tendency to use polyols with low levels of peroxide.
The polyols used are, invariably, butylene oxide and ethylene.
With the intermediate block of the mixture with the oxide. The polyols are
It is necessary to have an oxypropylene block between the compound and the renoxide.
Hereafter, the following abbreviations are used:
EO: ethylene oxide;
EOR: oxyethylene group;
PO: 1,2-propylene oxide;
POR: 1,2-oxypropylene group;
BO: butylene oxide excluding 1,4-butylene oxide;
BOR: oxybutylene excluding a 1,4-oxybutylene group;
1,2-BO: 1,2-butylene oxide;
2,3-BO: 2,3-butylene oxide;
iso-BO: isobutylene oxide;
AO: Al having 3 or more carbon atoms, preferably 3 or 4 carbon atoms
Kylene oxide;
AOR: an AOR having three or more carbon atoms, preferably three or four carbon atoms.
Xyalkylene group
Surprisingly, we have found that the use of novel polyols containing BOR
Hydrolysis resistance of urethane foams and their resilience and compression set
It has been found to improve the distortion. In addition, the unsaturation of such polyols
The level of union is lower than in polyols having POR instead of BOR.
No.
Therefore, the present invention relates to an equivalent of 500 to 10,000
Having an AOR block and an EOR block per polymer chain.
To a polyether polyol. Here, the AOR block is BOR, and
, Optionally containing POR and based on the weight of the AOR block and the EOR block.
According to the calculation, the amount of the AOR block is 70 to 95% by weight,
And the EOR block is present at the end of the polymer chain.
I do.
Further, the present invention has 2 to 8 hydrogen atoms reactive with alkylene oxides.
(Hereinafter referred to as “initiator”) are reacted with BO and, if desired, PO.
And the product thus obtained is converted to BO, optionally PO and EO
Is within the above range with respect to the equivalent, and the amount of the AOR and EOR blocks is
Such polyether polyols by reacting with EO to match
And a method for producing the same.
In the context of the present application, the following terms have the following meanings:
(1) Isocyanate index or NCO index or index:
Of the NCO groups with respect to the isocyanate-reactive active hydrogen source present in the formulation
The ratio is as a percentage:
[NCO] × 100 / [active hydrogen] (%)
Given by In other words, the NCO index refers to the isocyanate used in the formulation.
The amount of isocyanate theoretically required to react with the amount of reactive hydrogen
Represents the percentage of isocyanate actually used in the resulting formulation.
As used herein, the isocyanate index refers to the isocyanate component and the isocyanate component.
Should be considered from the perspective of the actual foaming process, including
It is necessary to recognize that. Semi-prepolymer or other modified polyisocyanate
Any isocyanate groups or modifications consumed in the preliminary process to produce
Reaction with isocyanates to produce porous polyols or polyamines
Any active hydrogen used is not taken into account in the calculation of the isocyanate index. Real
Free isocyanate groups and free isocyanate reactivity present in the foaming process
Only hydrogen (including hydrogen in water) is taken into account.
(2) “Isocyanate” used herein to calculate the isocyanate index
The expression “nate-reactive hydrogen atom” refers to polyols, polyamines and / or
Or hydroxyl and amine hydrogen atoms present in the reactive composition in the form of
Refers to the total number; this is only used to calculate the isocyanate index in the actual foaming process
Considering that one hydroxyl group contains one reactive hydrogen, one water molecule
It is meant to include two active hydrogens.
(3) Reaction system: polyisocyanate component is combined with isocyanate-reactive component
Is a combination of components kept in one or more separate containers.
(4) As used herein, the expression "polyurethane foam" refers to a foaming agent.
To react polyisocyanates with isocyanate-reactive hydrogen-containing compounds.
Refers to the aerated product obtained by immersion, especially with water as a reactive blowing agent.
(Producing urea bonds and carbon dioxide, polyurea-urea
Includes the reaction of water to produce a tan foam. ).
(5) The term "average designated hydroxyl functionality" is used herein to mean the number average
The functionality is the number average functionality of the initiators used in their preparation (activity per molecule)
(Number of hydrogens) and the number average functionality (per molecule) of the polyol composition.
Number of hydroxyl groups), but in practice some terminal unsaturation
Will often be somewhat less.
(6) The term “average” refers to number average.
Preferably, the equivalent weight of the polyol according to the invention is between 500 and 8000,
More preferably, it is 750-5000; its indicating functionality is preferably 3
To 6, more preferably 3 to 4. Amount of POR in AOR block
May range from 0 to 95% by weight; preferably from 20 to 80% by weight.
It may be an enclosure. The amount of AOR and EOR blocks is
75-92% by weight and 8-25% by weight, respectively, calculated based on the total weight
It is.
As is generally known in the art, polyether polyols are generally
Having at least two hydrogen atoms capable of reacting with alkylene oxides
It is prepared by reacting an initiator with such an alkylene oxide.
When only one alkylene oxide is used, homopolymers are formed.
You. When more than one alkylene oxide is used, copolymers are formed.
It is. Such copolymers include block copolymers, random copolymers
Or a combination thereof. Block copolymers are different
Obtained when the alkylene oxides are subsequently reacted. Random copolymer
Are formed when using a mixture of different alkylene oxides. Polymerization is
, Generated by all reactive hydrogen bound to the initiator. Therefore, the final polye
Terpolyols have a high number of reactive hydrogens associated with the initiator.
Will have a molecular tail. Generally, such polyether polyols are:
The required amount of initiator in the vessel and, optionally, a catalyst to promote alkoxylation;
It is manufactured by filling. Then, an alkylene oxide or an alkyl
The lenoxides, as discussed above, may be in mixed form, in sequential order, or in mixed order.
They are added and reacted in their combined form. The reaction is generally inert
It is carried out under a gas seal at an absolute pressure of 1 to 5 bar and a temperature of 50 to 130 ° C. use
Sa
The amount of the alkylene oxide depends on the desired molecular weight. Processing time is
For example, heat exchange, the desired molecular weight and the alkylene oxide (s) used
The reaction time generally ranges from hours to days
Can vary between.
The method for producing polyols according to the present invention comprises the general treatment described above.
Essentially no different. BO tends to be less reactive than PO and therefore
, The reaction time may be somewhat longer. PO to form an AOR block
If used, this may be as a mixture with BO or in a subsequent order or
It is done by a combination of these.
Preferably, the order of addition of BO and PO is such that POR is added between the initiator and BOR.
POR block has no oxyalkylene in the final polyol
So that a polyol which constitutes more than 20% by weight of the weight of the hydroxyl groups is obtained.
. Most preferably, the reaction of the initiator with the alkylene oxides comprises BO and PO
, Followed by reaction with EO.
Initiators that can be used are those known in the art, for example, water, pig
Diol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol
, Triethylene glycol, dipropylene glycol, ethanolamine, di
Ethanolamine, triethanolamine, toluenediamine, diethyltoluene
Diamine, phenyldiamine, diphenylmethanediamine, ethylenediamine
, Cyclohexanediamine, cyclohexanedimethanol, resorcinol,
Sphenol A, glycerol, trimethylolpropane, 1,2,6-hexa
And pentaerythritol, sorbitol and sucrose
. Mixtures of initiators can be used as well.
As BO, 1,2-butylene oxide, 2,3-butylene oxide, isobutylene oxide,
Butylene oxide or mixtures thereof can be used. Preferably,
A BO containing at least 50% by weight of 1,2-BO is used, most preferably
1,2-BO is used.
Catalysts that can be used are those known in the art for enhancing alkoxylation.
Are, for example, alkali metal hydroxides or alkoxides, for example
And LiOH, NaOH, KOH, CsOH, Ba (OH)TwoFor example;
If K. C. Frischand S. L. Ring opening weight of Reegan, Marcel Dekker Publishers 1969
Pass; N. Spassky Ring-Opening Polymerization, Vol. 8, no. 1 Described in RAPRA Review (1995) no.85
Organometallic compounds as described; V. Koleske and F.S. E. Bailey
Metals described in alkylene oxides and polymers thereof, 1991
Compounds. The catalyst is used in an amount sufficient to catalyze the reaction;
Levels are between 20 ppm and 10000 ppm based on the final product.
The invention further relates to reacting a polyisocyanate with a polyol according to the invention.
And the use of a foaming agent to produce flexible polyurethane foam
The use of a polyether polyol according to the invention.
Methods for making flexible polyurethane foams are generally known in the art.
. Such a method involves combining a polyisocyanate with a polyol having a relatively high molecular weight.
Using a blowing agent and, if desired, a catalyst, a chain extender, a crosslinking agent and the like.
And / or use additives. Such a method is free-standing foaming
Body (free rise molded foam), slabstock foam and
It can be used to produce foam in a closed mold. This method is
According to the loose one-shot method, the semi- or quasi-prepolymer method or the prepolymer method.
Be implemented. According to the one-shot method, a relatively high molecular weight, that is, an equivalent weight of 50
Combine all polyols with 0-10000 with polyisocyanate
React in the presence of a foaming agent. According to the semi-quasi-prepolymer method, one of the polyols
The part is pre-filled with all or part of the polyisocyanate before foam formation occurs.
According to the prepolymer method, all of these polyols are capable of foam formation.
Prior to formation, it is pre-reacted with all or part of the polyisocyanate.
In order to produce a flexible foam, polyisocyanates, isocyanate reaction
The sexual components, blowing agents and additives are combined and reacted and foamed. Isocyanate
The reactive component, the foaming agent and the additives can be mixed in advance. Foam formation
The reaction is carried out at an index of 40 to 120, preferably at an index of 50 to 110.
The process according to the invention for producing flexible polyurethane foams is relatively expensive.
At least 10% by weight, preferably at least 25% by weight,
As long as the various polyols are replaced by the polyols according to the invention,
It can be implemented accordingly. Therefore, the present invention relates to a polyisocyanate,
A) comprising at least 10% by weight (of the composition) of a polyol according to the invention.
By reacting with the socyanate-reactive composition and using a blowing agent,
The present invention relates to a method for producing a urethane foam.
Polyisocyanates which can be used are aliphatic, cycloaliphatic and aromatic
Aliphatic polyisocyanates, especially hexamethylene diisocyanate,
Long diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, 4,4 '
-Dicyclohexylmethane diisocyanate and m- and p-tetrame
Diisocyanates such as tyl xylylene diisocyanate; and especially
Such as tolylene diisocyanate (TDI) and phenylene diisocyanate
Such aromatic polyisocyanates, most preferably MDI, the MD
I is pure 4,4'-MDI; 4,4'-MDI and 2,4'-MDI and 10 weight
% Of isomer mixture with 2,2'-MDI; above isocyanate functionality 2
Crude and high molecular weight MDI; and a carbodiimide group, uretone
Min, isocyanurate, urethane, allophanate, urea or bi
Selected from those modified variants that contain a uret group. If desired, iso
Most preferred diphenylmethane, including homologs having 3 or more cyanate functionality
Diisocyanate (MDI) is pure 4,4'-MDI;
An isomer mixture with 2,4'-MDI containing up to% by weight of polymeric MDI; NCO
Uretonimine and / or carbodiimid having a content of at least 25% by weight
Modified MDI; and excess MDI and low molecular weight polyol (Mw less than 1000)
And an NCO content of at least 25% by weight
Is a urethane-modified MDI having the following formula: Other polyisocyanates 25 described above
MDI mixtures with up to% by weight can be used if desired.
The polyisocyanate may comprise dispersed urea particles and / or, for example,
Made by conventional methods by adding isophorone diamine to polyisocyanate
Urethane particles may be contained. High-grade used to produce flexible foam
Molecular weight polyols include polyesters, polyester amides, polythioethers
, Polycarbonates, polyacetals, polyolefins, polysiloxy
It is preferable to select from suns, and particularly preferable are polyethers. Of using
Possible polyether polyols include, if necessary, the presence of a polyfunctional initiator.
By polymerization of ethylene oxide and / or propylene oxide in
Products. Suitable initiator compounds contain multiple active hydrogen atoms
For example, water, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol
, Diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol,
Ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, toluenedia
Min, diethyltoluenediamine, phenyldiamine, diphenylmethanediamine
, Ethylenediamine, cyclohexanediamine, cyclohexanedimethanol
, Resorcinol, bisphenol A, glycerol, trimethylolpropane
, 1,2,6-hexanetriol, pentaerythritol, sorbitol and
And sucrose. Mixtures of initiators can also be used. Especially
Polyether polyols for use, polyoxypropylene diol and
Polyoxypropylene triol, as well as well described in the prior art literature
Such ethylene oxide and propylene oxide as di- or tri-functional initiators
To the poly (oxyethylene-oxy) obtained by simultaneous or sequential addition to
Propylene) diols and poly (oxyethylene-oxypropylene) tri
Oars. Oxygen based on the total weight of oxyalkylene units
Random copolymers having an ethylene content of 10 to 80%, oxyethylene content
Block copolymers having up to 25% and an oxyethylene content of 50%
Random / block copolymer with random / block copolymers having
And oxyethylene groups at the terminal of the polymer chain.
Those having at least a part are mentioned. The diols and triols
Mixtures are particularly useful. With polyester polyols that can be used
Then,
For example, polyhydric alcohols, for example, ethylene glycol, propylene glyco
, Diethylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol
1,6-hexanediol, cyclohexanedimethanol, glycerol,
Trimethylolpropane, pentaerythritol, or polyether polyol
Or mixtures of such polyhydric alcohols, and polycarboxylic acids,
In particular, dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives, such as
Citric acid, glutaric acid, and adipic acid or their dimethyl esters, seba
Synic acid, phthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride or dimethyl terephthalate
Or a hydroxyl-terminated reaction product of these mixtures. Lactone
, For example, polymerization of caprolactone with polyols or hydroxycarboxylic acids
For example, polyesters obtained by polymerization of hydroxycaproic acid are also
Can be used. Polyester amides into the polyesterification mixture,
For example, by blending amino alcohols such as ethanolamine
Can be Polythioether polyols that can be used include
Thiodiglycol alone or other glycols, alkylene oxides,
Dicarboxylic acids, formaldehyde, amino-alcohols or aminocarbo
Products obtained by condensing with an acid are mentioned. Can be used
Diols such as 1,3-propane
Diol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, diethylene
Glycol or tetraethylene glycol as diaryl carbonates, e.g.
By reacting with diphenyl carbonate or with phosgene
And the products obtained by this. Polyaceta that can be used
Polyols such as diethylene glycol and triethylene glycol.
Or glycols, such as hexanediol, with formaldehyde.
And those manufactured by: Suitable polyacetals are also cyclic
It can be produced by polymerizing acetal. Suitable polyolefin
Examples of the polyols include hydroxy-terminated butadiene homo- and copolymers.
Suitable polysiloxane polyols include polydimethylsiloxanes.
Kisa
Diols and polydimethylsiloxane triols. High molecular
The number average equivalent weight of the polyols is preferably between 500 and 8000;
Preferred is 750-5000; the average indicated hydroxyl functionality is preferably
Is 2 to 6, and more preferably 2 to 4. As mentioned earlier,
At least 10% by weight of the high molecular weight polyol to be
Should be; preferably, the amount is at least 25% by weight. As desired
More specifically, chain extenders and bridges that can be used to produce such foams
The crosslinking agent may be 2 to 8, preferably 2 to 4 amines;
Min, diethanolamine, triethanolamine, ethylene glycol, die
Tylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene
Lenglycol, butanediol, glycerol, trimethylolpropane, pe
Antaerythritol, sorbitol, sucrose, po
Polyethylene glycol, toluenediamine, diethyltoluenediamine, cyclo
Hexanediamine, phenyldiamine, diphenyldiamine, diphenylmethane
Diamines, alkylated diphenylmethanediamine and ethylenediamine
Selecting from amines and polyols containing hydroxy groups such as
Can be. The amount of chain extender and cross-linking agent, if used, is
The amount is preferably 25 parts or less per 100 parts by weight, more preferably 10 parts or less. Foaming agent
, Chlorofluorocarbons, hydrogen chlorofluorocarbons, high
Can be selected from physical blowing agents such as drogen fluorocarbons,
Preferably, reacts with a chemical blowing agent, especially a polyisocyanate under foam forming conditions
When you doTwoThose that provide release are preferred. Most preferably, water is used as the blowing agent.
Used; if desired, COTwo, Air or NTwoInert gas such as
Used with water. The amount of water is isocyanate having a number average equivalent of 500 or more.
2 to 20 parts by weight, preferably 2 to 15 parts by weight per 100 parts by weight of the reactive compound
It may be in the range of parts by weight.
Among the many auxiliaries and additives which can be used are tertiary amines, i.
Catalysts that enhance the formation of urea and urethane, such as midazoles and tin compounds;
Surfactants, stabilizers, flame retardants, fillers and antioxidants. These are foam
Before reacting these materials with the polyisocyanate to produce
It can be premixed with the anate reactive material.
The invention furthermore relates to the use of excess polyisocyanates and polyols according to the invention.
Polyol set comprising at least 10% by weight, preferably at least 25% by weight
Isocyanate-terminated prepolymers obtained by reacting
Related. As the polyisocyanate and polyol, those described above are used.
be able to. The NCO content of the prepolymer should be in the range of 2-40% by weight
Can be. When using MDI or polymer MDI as polyisocyanate
The NCO content is preferably between 5 and 30% by weight. Prepolymers
Is a mixture of a polyisocyanate and a polyol, and mixing them.
It is manufactured by reacting at a temperature of 0 ° C., and a catalyst can be used.
Often, there is no need. The relative amounts of polyisocyanate and polyol are
Type of polyisocyanate and polyol used and desired NCO
Dependent on the content; it will be routine for a person skilled in the art to determine these relative amounts.
It is.
The flexible foam according to the invention generally has a density of 15 to 80 kg / mThreeHas, for example,
Use as cushioning material, furniture seats and car seats and mattresses
Can be.
Hereinafter, the present invention will be further illustrated by way of examples.Example 1
In a reactor flushed with nitrogen, 2038 g of glycerol and aqueous KOH solution
(439.4 g / 450 g KOH / water) and heated to 120 ° C.
It was dehydrated until the rate became 0.02% by weight. Cool the reactor to 110 ° C and
Starting at 70 minutes, 8110 g of 1,2-butylene oxide were added. Temperature
The batch was reacted for 2 hours while maintaining at 110 ° C. 8060g of polyol
(Intermediate 1) was taken out. In the rest, 8000 g in 70 minutes starting from reduced pressure
1,2-butylene oxide was added. While maintaining the temperature at 110 ° C, batch
4.5
Allowed to react for hours. Then, 7744 g of polyol was taken out (intermediate 2). Remaining
In addition, 6240 g of 1,2-butylene oxide was added to 70
Added at 10 ° C. The batch was allowed to react for 7.5 hours while maintaining the temperature at 110 ° C.
At 120 ° C. for 2 hours. Then, the reactor wasTwo2 bar absolute pressure
And 1571 g of ethylene oxide was added at 120 ° C. over 45 minutes. Ba
The reaction was allowed to react for 1 hour, and the vacuum was
Ripped. Thereafter, the batch was cooled to 85 ° C and the aqueous adipic acid solution (25.
3g / 250g adipic acid / water) and dehydrated under reduced pressure at 120 ° C for 4.5 hours
1% by weight of magnesium silicate is added to the batch, followed by
Filtered for 1 hour at ° C. The polyol (Polyol 1) thus obtained was subjected to ambient conditions
Cooled down. It has the physical properties shown in Table 1.Example 2
NTwo3080 g of the intermediate 2 obtained in Example 1 in a reactor flushed three times with
And heated to 110 ° C. 5424 g of 1,2 in 1 hour starting from reduced pressure
-Butylene oxide is added and the reaction is maintained for 6.5 hours while maintaining the temperature at 110 ° C.
Followed by vacuum stripping at 120 ° C. for 1 hour. Then, the reactor wasTwo
And pressurize to 1 bar absolute pressure, 1509 g ethylene oxide at 120 ° C for 60 minutes
Added for a while. The batch was allowed to react for 1 hour, maintaining the temperature at 120 ° C. for 0.1 hour.
Strip under reduced pressure for 5 hours. Thereafter, the batch is cooled to 85 ° C.,
Neutralize with an acid solution (32 g / 250 g adipic acid / water) and at 120 ° C. under reduced pressure for 6 hours
Dehydrated, followed by filtration at 120 ° C. for 1 hour. The polyol thus obtained (po
Riol 2) was cooled to ambient conditions. It has the physical properties shown in Table 1
.Example 3
NTwo2945 g of intermediate 2 obtained in Example 1 in a reactor flushed three times with
And heated to 110 ° C. 5185 g of 1,2 in 1 hour starting from decompression
-Butylene oxide is added and the reaction is maintained for 7 hours while maintaining the temperature at 110 ° C.
Followed by vacuum stripping at 120 ° C. for 1 hour. Then, the reactor wasTwoPerfect
The pressure was increased to 2 bar, and 1970 g of ethylene oxide was added at 120 ° C. for 90 minutes.
I got it. So
Was reacted for 3 hours, and the pressure was reduced for 0.5 hour while maintaining the temperature at 120 ° C.
Tripped. Thereafter, the batch was cooled to 85 ° C and the aqueous adipic acid solution (28
g / 250 g of adipic acid / water), and dehydrated at 120 ° C. for 6 hours under reduced pressure.
And filtered at 120 ° C. for 1 hour. The polyol thus obtained (polyol 3
) Was cooled to ambient conditions. It has the physical properties shown in Table 1. Example 4
4,4'-diol containing polyols 1-4 and 10% by weight of 2,4'-isomer
Reacting with phenylmethane diisocyanate in a relative amount of 75/25 / w / w
Thus, a prepolymer was produced. Polyols and polyisocyanates
The mixture was preheated to 50 ° C and reacted at 85 ° C for 3.5 hours.
The prepolymer had the following properties:
* = Compare
The viscosity of prepolymers 1 to 3 is equal to or less than the viscosity of prepolymer 4.
For polyols, it should be recognized that this is not the case.
(See Table 1).Example 5
In prepolymers 2 and 4 *, 4,20% by weight of the 2,4'-isomer
The amount of 4'-diphenylmethane diisocyanate was added and both had an NCO content of 12
Prepolymers 5 and 6 * having weight% were prepared. The prepolymers together
And had a viscosity of 1300 mPas.
* = CompareExample 6
Under a vigorous agitation (3500 rpm) for 6 seconds in a plastic cup,
The following polyisocyanate prepolymers and polyisocyanates whose components have been previously adjusted to 45 ° C.
Socyanate and polyol composition (Table 3-the amounts are parts by weight = pbw
)
A flexible polyurethane foam was produced by mixing. 195mm diameter
Pour the mixture into a cylinder-shaped metal mold and allow the foam to free-rise.
Was prepared and the reactivity was measured. Aluminum square mold heated to 45 ° C (4
The same foaming experiment was repeated by pouring the mixture over (0 × 40 × 10 cm).
. After 6 minutes, the foam is removed from the mold, stored at room temperature for 7 days, and subjected to physical testing.
(Table 4).
Polyisocyanate 1: a prepolymer having an NCO content of 27.9% by weight, 30
61.6 pbw of 4,4'-MDI containing 2% by weight of 2,4-MDI were converted to a molecular weight of
13.4 pbw with 4000 and oxyethylene content 75% by weight (random)
Glycerol-initiated polyoxyethylene polyoxypropylene polyol (poly
All 5), the reaction product was added with 30.7% by weight of NCO and
25 pbw of polymeric MDI (polyisocyanate) having a cyanate content of 39% by weight
Prepared by the addition of plate 2);
Polyisocyanate 2: the above-mentioned polymer MDI;
Polyisocyanate 3; weight of polyisocyanate 2 and polyol 5 (above)
The reaction product in a quantitative ratio of 98: 2; the NCO number was 30% by weight.
Polyol 5: the above-mentioned polyol 5;
Polyol 6: OH value 30 mg KOH / g and oxyethylene content 16% by weight (
Dipropylene glycol-initiated polyoxyethylene poly with
Oxypropylene polyol;
Polyol 7: sorbitol-initiated polyoxy having an OH value of 190 mg KOH / g
Ethylene glycol;
D33LV; Dabco from Air ProductsTMcatalyst;
D8154: Tegostab from GoldschmidtTMSurfactant;
A1: Niax from WitcoTMcatalyst;
DMEA: dimethylethanolamine;
DMI: 1,2-dimethylimidazole. Foam formulations 2, 4 and 6 are, according to the invention, polyols containing BOR
Or use a prepolymer. Formulations 1, 3 and 5 replace BOR with
Comparative examples using polyols and prepolymers containing POR.
You. Foams according to the present invention exhibit resilience, creep resistance, dynamic fatigue and compression.
Improved set, while density, hardness and tensile properties are largely unaffected.
I can't.
The polyols according to the invention have a low level of unsaturation, a polyurethane compound
Improved phase separation, thereby improving foam quality and improving accessibility
Extend the degree / hardness range.Example 7
Propylene oxide and butylene, as described in the previous example.
A 50/50 / w / w mixture with the oxide is reacted with the initiator, followed by the oxye
D to obtain a polyol having an amount of 14 wt.
By reacting with the amount of Tylene oxide, it has an OH value of 27 mg KOH / g
A glycerol-initiated polyol was prepared. Has an NCO value of 32.6 and is 0
. 7pbw D8154, 0.1pbw Niax A11pbw Tegost from Goldschmidt
abTMB4113 surfactant, 3.4 pbw water, 0.4 pbw D33LV, 0.6 pbw
Liethanolamine and 4.5 pbw of polyol (OH value = 187 mg KOH /
g; sucrose basis; 100% EO) with an index 88 of about 25% weight 2
MDI containing 4,4'-MDI and 100 parts by weight of this polyol
I responded. The resulting foam has a free rise density of 38k
g / gm
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SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M
W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY
,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM
,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,
CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E
S,FI,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS
,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,
LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M
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