JP2004501999A - イソシアネート組成物及び耐燃性が付与された発泡ポリウレタン材料の製造のためのその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はイソシアン組成物及び耐燃性が付与された可撓性発泡ポリウレタン材料の製造におけるその使用に関する。
【0002】
本明細書中に使用されるときに、用語「耐燃性が付与された可撓性発泡ポリウレタン材料」とは、ハロゲン化もしくはホスホハロゲン化タイプの難燃剤を使用せず、そしてメラミンおよびその誘導体などの補助添加剤を使用せずに、CSE RF4試験で1.IM分類までも合格するような耐燃性を提供することができる、ブロック及び成形(高温及び低温)ポリウレタン発泡製品及びフォームを指す。
【0003】
ブロック及び成形可撓性ポリウレタンフォームの両方は家具及び自動車産業において使用されている。耐燃性能はこれらの分野において特に重要であることが認識される。
【0004】
ポリウレタン試薬中に予備分散された難燃剤を使用することで難燃性を得ることができる。例えば、英国特許第2,163,762号明細書は、発泡剤及び難燃剤の存在下にイソシアン成分をポリオール成分と反応させることによる可撓性ポリウレタンフォームの製造方法を記載している。耐燃性ポリウレタンフォームは難燃剤としてメラミン及び変性ポリオールを用いることにより得ることができる。
【0005】
露国特許第729,207号明細書は2つのポリウレタン試薬のうちの1つの中に予備分散したビス(クロロメチル)ホスホネートから選ばれる難燃剤を使用することを含む耐燃性ポリウレタンフォームの製造方法を記載している。
【0006】
米国特許第4,425,447号明細書はポリウレタンフォームのための難燃剤としてのトリブロモクメンの使用を記載している。
【0007】
ポリウレタンフォーム中の難燃剤の存在は満足できる耐燃性を提供する一方で、例えば、フォーム自体の物理機械的特性がより低くなり、又は、燃焼時に毒性蒸気を排出するというような欠点をもたらすことがある。
【0008】
欧州特許第884,340号明細書において、難燃剤の存在の問題は特定の添加剤を使用することによる必要なしに、最終のポリウレタンフォームに耐燃特性を付与するように選択されたイソシアン成分を使用することにより克服されると述べられている。このイソシアン成分は、
− トルエンジイソシアネート(TDI)、20〜30質量%、
− イソシアン官能価が3〜4であるTDIオリゴマー、30〜50質量%、
− 2,4’−異性体の含有分が40質量%を超えるジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、30〜40質量%、
を含む混合物からなる。
【0009】
当業界における難燃剤の使用にまつわる欠点を低減し又は回避し、そして欧州特許第884,340号明細書に提案されている解決策の代わりを提供するものとして、出願人は、ポリウレタンを製造するためにポリオール成分と組み合わせて使用することができるように適切に変性された新規のイソシアン組成物を使用することにより、特定の難燃剤によらなくても、高耐燃性を有するポリウレタン発泡製品又はフォームを得ることができることを発見した。
【0010】
本発明は、第一の態様において、少なくとも二官能性である少なくとも1種の有機イソシアネートと、一般式(I)
【0011】
【化5】
【0012】
(式中、R1及びR2は独立に同一であるか又は異なり、C1〜C8(イソ)アルキル基であり、そしてXは4,4’−メチレンジフェニレン基である)を有する第二級アミンとの反応により得ることができ、そして前記イソシアネートのNCO基と式(I)のアミン中の官能性アミン基のモル比が2〜10である、イソシアン成分を提供する。
【0013】
好ましくは、イソシアン成分は15〜40%のイソシアン官能性を有する。
【0014】
本発明は、耐燃性が付与された可撓性発泡ポリウレタン材料の製造における、本発明の第一の態様によるイソシアン成分の使用をさらに提供する。
【0015】
本発明による使用に好ましいイソシアン成分は適切には25℃で40〜10,000mPa.秒の粘度を有する。
【0016】
式(I)による第二級アミンはそれ自体は既知であり、そしてその例は、例えば、米国特許第5,166,185号明細書に記載されている。式(I)の第二級アミンは、例えば、J.March, ”Advanced Organic Chemistry”, second Edition, McGraw−Hill Kogakusha, 1977に記載されているような従来の方法で製造できる。2つの第二級アミン基を結合する結合基を有する製品は、また、UOPの商品名UNILINK 4200で市販されている。
【0017】
本発明は、さらに、本発明の発泡可撓性ポリウレタン材料を含む物品を提供する。
【0018】
本発明によると、少なくとも二官能性である有機イソシアネートは本発明のイソシアン成分の製造において使用できる。好ましくは、一般式(II)を有する低分子量又は中分子量のジイソシアネートは使用される。
【0019】
【化6】
【0020】
(式中、RはC1〜C12(イソ)アルキル、C5〜C15シクロアルキル又はC6〜C18芳香族基で、場合によりC1〜C4アルキル基で置換されていてよい)。これらの製品の例はヘキサメチレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート(TDI)、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及び1−イソシアネート−3−イソシアネートメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンである。これらの製品の混合物は所望ならば使用されてよく、例えば、2,4−トルエンジイソシアネート及び2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート及び2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートは使用されてよい。
【0021】
高分子量のポリイソシアネートも使用されてよく、例えば、アニリンホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化により得られる化合物は使用されてよい。本発明における使用に適切であるこのような化合物中の縮合単位の数は様々であることができる。これらの製品は一般式(III)
【0022】
【化7】
【0023】
(式中、φはフェニル基であり、そしてnは1以上の整数である)を有するポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートである。
【0024】
本発明による中分子量又は高分子量の好ましいポリイソシアネートは平均官能価が2.6〜2.8であるポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを含む。これらの製品は”TEDIMON 31”(Enichem S.p.A), ”SUPRASEC DNR”(ICI)又はDESMODUR 44 V20(Bayer)などの種々の商品名で市販されている。
【0025】
適切なポリイソシアネートのさらなる例は、当量過剰の一般式(II)又は(III)を有する1種以上のイソシアネートと、少なくとも1種のポリオールポリエーテル及び/又はポリエステルで、場合により、混合したエーテルもしくはエステル基及び/又はアミン性の基を含んでよいもので、官能価が2〜8で、そして分子量が約50〜2000であるものとの反応により得られるイソシアンプレポリマーを含む。その詳細な説明は後述する。
【0026】
本発明のさらなる目的は耐燃性が付与された可撓性発泡ポリウレタン材料の製造方法に関し、その方法は、
a)本明細書中の上述のとおりの少なくとも二官能性である少なくとも1種の有機イソシアネートと、一般式(I)
【0027】
【化8】
【0028】
(式中、R1及びR2は独立に同一であるか又は異なり、C1〜C8(イソ)アルキル基であり、そしてXは4,4’−メチレンジフェニレン基である)を有する第二級アミンとの反応により得ることができ、好ましくはそれらの反応により得られたものであり、NCO基と式(I)の官能性アミン基とのモル比が2〜10である、イソシアン成分と、
b)ヒドロキシル官能価が2〜8でありかつ分子量が50〜2,000である少なくとも1種のポリオールを含むポリオール成分とを反応させることを含む。
【0029】
本発明の目的の方法による可撓性発泡物品の製造において使用されるポリオールは、ポリオールポリエーテル、エステル基を含有するポリオールエーテル、アミン基を含有するポリオールポリエーテル、ポリオールポリエステル、エステル基を含有するポリオールポリエステル、及び、アミン基を含有するポリオールポリエステルから適切に選択される。好ましいポリオールは、本明細書中において「スターター」とも呼ばれる、少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物へのC2〜C6オレフィンオキシドの縮合により得られるポリオールポリエーテルを含む。好ましいオレフィンオキシドはエチレンオキシド、プロピレンオキシド及びそれらの混合物である。
【0030】
適切には、縮合は、グリコール、トリオール、テトロール、アミン、アルカノールアミン、ポリアミン及びそれらの混合物などのスターターで行われる。
【0031】
本発明により使用されうるポリオールポリエーテルの代表的な例は、スターターがジプロピレングリコールなどのグリコールであるか、グリセリン又はトリメチロールプロパンなどのトリオールであるか、ペンタエリトリトールなどのテトロールであるか、エチレンジアミンなどのジアミンであるか、オルトトルエンジアミンなどの芳香族アミンであるか、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミンであるか、又は、キシリトール、アラビトール、ソルビトール、マンニトールなどの多官能ヒドロキシアルカンである、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドをベースとするものを含む。
【0032】
これらのポリオールは、本発明の方法においてそのまま使用されてよく、又は、分散体中に含まれてよく、又は、ポリオール鎖に部分的にグラフト化された、好ましくはポリマーである20μm未満の寸法の固体粒子であってよい。この目的に適するポリマーは、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン及びポリビニルクロリド及びそれらの混合物又はそれらのコポリマー、又は、尿素をベースとするポリマーを含む。これらの固体粒子はポリオール中でのその場での重合で製造されても、又は、それらは別々に製造されて次いでポリオールに添加されてもよい。
【0033】
ポリオール組成物は、また、トリエチレンジアミンなどのアミン触媒、及び/又は、オクタン酸第一スズなどの金属触媒、気泡調節剤、熱酸化安定剤、顔料などの発泡ポリウレタンの製造において一般に使用されているさらなる添加剤を適切には含む。ポリウレタンの重合に関する詳細はテキスト”Saunders & Frisch−Polyurethanes, Chemistry and Technology”, Interscience, New York, 1964に提供されている。
【0034】
発泡剤は本発明の方法による発泡ポリウレタン材料の製造において適切に使用される。適切には、発泡剤は水を含み、水は単独で使用されても又は第二の発泡剤と組み合わせて使用されてもよい。発泡ポリウレタンの製造において、水は二酸化炭素の発生を伴って尿素結合の生成を生じさせ、この二酸化炭素がポリウレタン樹脂の発泡/膨張プロセスを生じさせ、可撓性発泡物品を得る。100質量部のポリオール成分に対して、1〜10質量部、好ましくは2〜7質量部、さらには3〜6質量部の水の量は適切である。
【0035】
水を発泡剤として使用する場合に、水とポリイソシアネートのNCO基との間の化学反応によってその場で発生する二酸化炭素は、好ましくは、ポリウレタン樹脂の発泡のための主剤として使用される。重合塊中に主発泡剤を導入するための他の方法を用いてもよい。このように、二酸化炭素以外のガス及び他の技術、例えば、外部注入による反応塊中への空気、液体CO2、窒素、フルオロカーボン又は別の不活性ガスのバブリングを用いてよい。
【0036】
低減された密度、例えば、25kg/m3以下の密度を有する発泡ポリウレタン材料の製造において、水単独での発泡機能は、水とイソシアン基との発熱反応によるスコーチングなどの特定の問題を生じることなく、このような密度を達成するには十分でないことがある。このため、水の発泡作用は、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)などのヒドロフルオロアルカン、液体CO2、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、ジメチルカーボネートなどの炭化水素及びそれらの混合物から選ばれる物理的な発泡剤によって援助されうる。
【0037】
本発明の方法により得られる可撓性発泡ポリウレタン材料は、適切には、20〜200kg/m3、好ましくは30〜120kg/m3の密度を有し、40Nより高い、好ましくは80〜400Nのエアロダイナミックリフト(規則ISO2439による)を有する。さらに、材料は適切にはスコーチングタイプの熱酸化分解現象を生じず、そして極限伸び率、弾性破壊、圧縮強さ及び空気透過性などの優れた機械特性を有する。本発明のフォームはこれらの特性を有する材料を典型的に要求する、家具、家庭用備品並びに輸送及び自動車産業において有利に使用されうる。さらに、耐燃性試験を受けたときに、本発明のフォームは望ましくはCSE RF4試験で分類1.IMまで合格する。
【0038】
本発明は以下の制限しない実施例によってさらに例示される。
実施例において、配合物の種々の成分の量は特に指示がないかぎり質量部として記載されている。
例1
43.8kgのTedimon 307(4,4’−及び2,4’−MDIの50/50の比の混合物)を、窒素で満たした、攪拌及び冷却装置を装備した反応器中に装填し、次いで、40℃に加熱した。6.2kgのUOPのUNILINK4200を激しい攪拌下にこの製品にゆっくりと添加した。反応は発熱であり、そして反応塊の温度を70℃に維持し、アミンを0.28kg/分の速度でフィードした。
【0039】
反応塊をこの温度に1.5時間維持した。次いで生成物(A)を取り出し、そして分析し、以下の特性を与えた。
NCO%=26.1
25℃粘度=240mPa.秒
外観;黄色い液体
結晶点=0℃。
【0040】
例2
例1と同一の手順を採用したが、50℃に予熱された43.8kgのTedimon 306(4,4’−及び2,4’−MDIの80/20の混合物)を用いた。
生成物(B)を取り出し、そして分析し、以下の特性を与えた。
NCO%=25.9
25℃粘度=210mPa.秒
外観;黄色/緑色の液体
結晶点=20℃。
【0041】
例3
42kgのTedimon 80(2,4−及び2,6−MDIの80/20の比の混合物)を、窒素で満たした、攪拌及び冷却装置を装備した反応器中に装填し、次いで、40℃に加熱した。8kgのUNILINK4200を激しい攪拌下にこの製品にゆっくりと添加した。反応は発熱であり、そして反応塊の温度を70℃に維持し、アミンのフィード速度を制御した。
【0042】
反応塊をこの温度に1.5時間維持した。次いで生成物(C)を取り出し、そして分析し、以下の特性を与えた。
NCO%=36
25℃粘度=60mPa.秒
外観;黄色/緑色の液体
結晶点=15℃。
【0043】
例4
50℃に予熱した20.8kgのTedimon 306及び20.8kgのTedimon 307を、窒素で満たした、攪拌及び冷却装置を装備した反応器中に装填した。この製品を2.5kgのTERCAROL 241(オキシエチレン/オキシプロピレントリオールで分子量が4,000)と70℃で少なくとも30分間反応させた。
5.9kgのUNILINK4200を激しい攪拌下にこの製品にゆっくりと添加した。反応は発熱であり、そして反応塊の温度を70℃に維持し、アミンのフィード速度を制御した。
【0044】
反応塊をこの温度に1.5時間維持した。次いで生成物(D)を取り出し、そして分析し、以下の特性を与えた。
NCO%=24.1
25℃粘度=360mPa.秒
外観;黄色い液体
結晶点=10℃。
【0045】
例5
50℃に予熱した、17.52kgのTedimon 306、17.52kgのTedimon 307及び10kgのTedimon 31を、窒素で満たした、攪拌及び冷却装置を装備した反応器中に装填した。
5.9kgのUNILINK4200を激しい攪拌下にこの製品にゆっくりと添加した。反応は発熱であり、そして反応塊の温度を70℃に維持し、アミンのフィード速度を制御した。
【0046】
反応塊をこの温度に1.5時間維持した。次いで生成物(E)を取り出し、そして分析し、以下の特性を与えた。
NCO%=26.7
25℃粘度=250mPa.秒
外観;褐色の液体
結晶点=5℃。
【0047】
例1〜5の組成物を用いて、以下の表に示したポリオール成分と組み合わせて可撓性発泡ポリウレタン材料の製造を行った。同表はフォームの物理機械的特性及び火炎反応試験の結果をも示している。
【0048】
【表1】
Claims (19)
- 一般式(I)を有する第二級アミンにおいて、R1及びR2のうちの少なくとも1つがイソブチル基である、請求項1記載の方法。
- R1及びR2の両方がイソブチル基である、請求項2記載の方法。
- 前記ポリイソシアネートはアニリンホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化により得られる高分子量ポリイソシアネートである、請求項4記載の方法。
- 前記ポリイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート(TDI)、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及び1−イソシアネート−3−イソシアネートメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンから選ばれる低分子量又は中分子量ポリイソシアネートである、請求項4記載の方法。
- 前記ポリオールはポリオールポリエーテル、エステル基を含有するポリオールポリエーテル、アミン基を含有するポリオールポリエーテル及びポリオールポリエステルから選ばれる、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。
- 前記ポリオールはC2〜C6オレフィンオキシドと、少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物との縮合により得られるポリオールポリエーテルから選ばれる、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
- 前記オレフィンオキシドはエチレンオキシド及びプロピレンオキシドから選ばれる、請求項8記載の方法。
- 少なくとも2個の活性水素原子を有する化合物は、グリコール、トリオール、テトロール、ジアミン、芳香族アミン、アルカノールアミン及び多官能ヒドロキシアルカンから選ばれる、請求項8又は9記載の方法。
- 前記ポリウレタン材料は発泡剤の手段により発泡される、請求項1〜10のいずれか1項記載の方法。
- 前記発泡剤は水を含み、そして場合により、ヒドロフルオロアルカン、二酸化炭素、炭化水素又はそれらの混合物を含んでよい、請求項11記載の方法。
- イソシアン官能性(isocyanic functionality)は15〜40%である、請求項13記載のイソシアン成分。
- 25℃で40〜10000mPa.秒の粘度を有する、請求項13又は14記載のイソシアン成分。
- 耐燃性が付与された可撓性発泡ポリウレタン材料の製造における、請求項13〜15のいずれか1項記載のイソシアン成分の使用。
- 請求項1〜12のいずれか1項記載の方法により得ることができる、耐燃性が付与された発泡可撓性ポリウレタン材料。
- CSE RF4試験の分類1.IMまで合格し、そしてハロゲン化もしくはホスホハロゲン化タイプの難燃剤を実質的に含まない、請求項17記載の発泡可撓性ポリウレタン材料。
- 請求項17又は18記載の発泡可撓性ポリウレタン材料を含む物品。
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