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JP2022540217A - ポリウレタンポリマーに使用するための金属ポリオール - Google Patents

ポリウレタンポリマーに使用するための金属ポリオール Download PDF

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Abstract

本開示は、イソシアネート反応性組成物およびポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物中で使用され得る、金属キレート化ポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液を提供する。金属キレート化ポリエステルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。キレートポリエステルポリオールまたはキレートポリエーテルポリオールのキレート部分は、金属イオンをキレート化して、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する、金属キレート化ポリエステルポリオール液または金属キレート化ポリエーテルポリオール液をそれぞれ形成する。
【選択図】なし

Description

本開示は、一般に、ポリウレタンポリマー、より具体的には、改善された燃焼/煙挙動を有するポリウレタンポリマーに関する。
ポリウレタン硬質(PUR)発泡体は、高性能断熱材料として建設に1960年代から使用されている。ヨーロッパおよび米国での継続的な技術開発によって、ポリイソシアヌレート硬質(PIR)発泡体と呼ばれる次世代の製品がもたらされた。PURおよびPIRはどちらも、2つの反応物質、イソシアネート(例えば、メチルジフェニルジイソシアネート、MDI)とポリオールとから製造されるポリウレタン系発泡体である。PURでは、イソシアネートとポリオールとは、当量と比較してほぼバランスの取れた比で実装されるが、PIRの生成中にはイソシアネートが過剰に使用される。イソシアネートは部分的にそれ自体と反応し、生じたPIRは、環様のイソシアヌレート構造を有する高度に架橋した合成材料である。高度な連結および環構造によって、硬質PIR発泡体の高い熱安定性が保証される。PIRはまた、優れた熱安定性および寸法安定性も有する。
PIR発泡体はまた、ひいてはイソシアヌレート化学構造の優れた熱安定性に関連する固有のチャー化挙動のおかげで、非常に良好な耐火挙動を特徴とする。チャーの形成をさらに向上するために、リン系難燃剤を添加するのが一般的である。断熱金属パネルまたは断熱ボードなどの建築製品が火災にさらされると、断熱PIRコアは、急速に凝集性のチャーを形成し、これが、下にある材料の保護に役立つ。つまり、利用可能な可燃性断熱材料の制限された部分のみが火災にさらされることを意味し、実際に熱放出および煙の観点で貢献する。
可燃性熱硬化性材料の火災挙動は、複雑な問題である。一例として、ハロゲン化難燃剤は、熱放出の低減に非常に効果的であるが、煙の不透明度を増加させ得る。Dowの特許公開US2014/0206786 A1は、トリス-(2-クロロイソプロピル)ホスフェート(TCPP)などの従来のハロゲン化難燃剤と比較した、煙抑制添加剤としてのトリエチルホスフェート(TEP)の使用について記載している。さらに、周知のように、(材料自体よりもさらに)燃焼廃液の組成は、火災条件、特に温度、形状、および酸素の利用可能性を含む換気に強く依存する。上記のように、ポリイソシアヌレートの固有のチャー化挙動が、燃えるポリマーの量を制限および/または遅延させる(したがって、熱および煙の放出を制限および/または遅延させる)場合でさえもなお、燃焼/燃え挙動をさらに改変すること、したがって、煙の不透明度および煙の毒性物質を可能な限り低減することが望ましい。
ポリウレタンはまた、数々のコーティング、接着剤、封止剤、およびエラストマー(「CASE」)用途、ならびに可撓性発泡体に広く使用されている。コーティング、接着剤、封止剤、およびエラストマー、ならびに発泡体として利用されるポリウレタンの、燃焼/燃え挙動をさらに改変し、したがって可能な限り煙の不透明度および煙の毒性物質を低減し、ならびに任意選択的に、抗真菌性、抗菌性、耐臭性、硬度、防音性、および耐摩擦性などの他の属性を改変することが望ましい。
本開示は、金属キレート化ポリエステルポリオール液体および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液体ここで、一方または両方は、ポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物で使用されるイソシアネート反応性組成物で使用することができる。本開示のポリウレタンポリマーは、熱分解事象(例えば、火災)中のシアン化水素(HCN)および一酸化炭素(CO)の放出に関して改善された煙挙動を有し得る。
様々な実施形態では、金属キレート化ポリエステルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。キレートポリエステルポリオールは、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。他の実施形態では、金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。キレートポリエーテルポリオールは、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。
キレート部分は、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成する。あるいは、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する。キレートポリエステルポリオールのキレート部分は、金属イオンをキレート化して、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成する。
実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成することができる。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、エチレンジアミン四酢酸二無水物、ジエチレントリアミン五酢酸二無水物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、アルコキシル化ジアミン、アルコキシル化トリアミン、アルコキシル化テトラアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、金属化合物は、水酸化物、カーボネート、カルボキシレート、塩基性カーボネート、金属塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、金属イオンは、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、鉛、マグネシウム、水銀、パラジウム、スカンジウム、ストロンチウム、トリウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、金属化合物は、遷移金属イオンが、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、チタン、バナジウム、カドミウム、およびジルコニウムからなる群から選択される遷移金属化合物である。好ましくは、遷移金属化合物は、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、塩基性炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、酢酸銀(I)、酢酸亜鉛(II)、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
追加の実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。あるいは、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成する。キレートポリエーテルポリオールのキレート部分は、金属イオンをキレート化して、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエーテルポリオールのモル)で液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成することができる。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、エチレンジアミン四酢酸二無水物、ジエチレントリアミン五酢酸二無水物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、ポリエーテルポリオール中にアミノ系キレート部分を有するキレート剤は、ジアミン、トリアミン、テトラミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、金属化合物は、水酸化物、カーボネート、カルボキシレート、塩基性カーボネート、金属塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、金属イオンは、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、鉛、マグネシウム、水銀、パラジウム、スカンジウム、ストロンチウム、トリウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、金属化合物は、遷移金属イオンが、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、チタン、バナジウム、カドミウム、およびジルコニウムからなる群から選択される遷移金属化合物である。好ましくは、遷移金属化合物は、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、塩基性炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、酢酸銀(I)、酢酸亜鉛(II)、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
本開示はまた、ポリウレタンポリマーを形成するための、ヒドロキシル部分を有するイソシアネート反応性組成物を提供する。実施形態では、イソシアネート反応性組成物は、0.1~100重量パーセントの、各々本明細書で提供される金属キレート化ポリエステルポリオール液、金属キレート化ポリエーテルポリオール液、または金属キレート化ポリエステルポリオール液と金属キレート化ポリエーテルポリオール液との両方の組み合わせ、および任意選択的にイソシアネート反応性組成物を形成するための最大99.9重量パーセントのポリオールを含む(重量パーセントは、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)。実施形態では、イソシアネート反応性組成物は、難燃性化合物、好ましくはハロゲンを含まない難燃性化合物からの0.1重量%~1.5重量%のリン(リンの重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液およびそれらの組み合わせからの0.05重量%~3.0重量%の金属(金属の重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)から選択される化合物をさらに含む。実施形態では、イソシアネート反応性組成物は、0.05:1~5:1の金属対リンのモル比(金属のモル:リンのモル)を有する。実施形態では、難燃性化合物またはハロゲンを含まない難燃性化合物は、ホスフェート、ホスホネート、ホスフィネート、ホスファイト、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
本開示はまた、ポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物を提供する。反応混合物は、イソシアネート部分を有するイソシアネート化合物と、本明細書で提供されるイソシアネート反応性組成物とを含み、反応混合物が、0.90:1~7:1のイソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比を有する。実施形態では、反応混合物は、水、触媒、界面活性剤、発泡剤、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含み得る。実施形態では、本明細書で提供される反応混合物を使用して、ポリウレタン系発泡体を含むポリウレタン系ポリマーを形成することができる。
本開示はまた、金属キレート化ポリエステルポリオール液を調製するためのプロセスを提供する。プロセスは、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤とを反応させてキレートポリエステルポリオールを形成することを含む。実施形態では、キレート部分は、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成する。実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する。実施形態では、プロセスはまた、キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることを含み、キレートポリエステルポリオールのキレート部分が、金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成し、反応物は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオール形成する。
本開示はまた、金属キレート化ポリエーテルポリオール液を調製するためのプロセスを提供する。プロセスは、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤とを反応させてキレートポリエーテルポリオールを形成することを含む。実施形態では、キレート部分は、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成する。実施形態では、プロセスはまた、キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることを含み、キレートポリエーテルポリオールのキレート部分が、金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成し、反応物は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。
本開示は、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液を提供し、いずれかまたは両方が、イソシアネート反応性組成物およびポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物中で使用され得る。本開示のポリウレタンポリマーは、熱分解事象(例えば、火災)中のシアン化水素(HCN)および一酸化炭素(CO)の放出に関して改善された煙挙動を有し得る。
実施形態では、金属キレート化ポリエステルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。キレートポリエステルポリオールは、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。他の実施形態では、金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物である。キレートポリエーテルポリオールは、液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。
本開示のキレート部分は、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成する。あるいは、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する。キレートポリエステルポリオールのキレート部分は、金属化合物からの金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成する。好ましくは、金属キレート化ポリエステルポリオール液は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤はまた、液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成することができる。あるいは、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマーと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成する。キレートポリエーテルポリオールのキレート部分は、金属化合物からの金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成する。好ましくは、金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。
本明細書で使用される場合、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、80~25,000KPの圧力で液体状態であり、-10℃超かつ80℃未満、好ましくは60℃未満、より好ましくは40℃未満、最も好ましくは25℃未満の温度で液体状態である。本明細書で使用される場合、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、公称量の金属化合物粒子/固体が、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液の重量に基づいて、0.10重量パーセント(重量%)未満、好ましくは0.01重量%未満、より好ましくは0.001重量%未満であるように、金属化合物粒子/固体をまったく含有しないか公称量まで含有する。
本開示のキレートポリエステルポリオールは、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールのいずれかと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。液体ポリエステルポリオールは、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、セグメント化コポリマー、ならびに開環ポリエステルポリオールの場合に開始剤の残留物を含有し得るキャップされた生成物であり得る。液体ポリエステルポリオールは、100~5,000、好ましくは200~2,500、より好ましくは300~1,000、最も好ましくは350~750の範囲の低程度~中程度の数平均分子量を有し得る。数平均分子量は、当技術分野で既知のように、末端基分析またはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して測定することができる。液体ポリエステルポリオールはまた、各値が平均数である、分子当たり2~3などの1.8~4の数平均化されたイソシアネート反応性基官能価(例えば、ヒドロキシル基)を有し得る。多様な化学構造が液体ポリエステルポリオールを構成することができ、本開示の液体ポリエステルポリオールを提供するための少なくとも1つの要件が、少なくとも2つのヒドロキシル基(すなわち、ジオール)の存在であり、液体ポリエステルポリオールが、80~25,000KPaの圧力で液体状態であり、80℃未満の温度で液体状態であることである。
実施形態では、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマーとしては、二価アルコール、三価アルコール、および/または高級水和アルコールなどの多価アルコール、ならびにカルボン酸および/もしくは無水ポリカルボン酸、または低級アルコールの対応するポリカルボン酸エステル、環式エステル、またはそれらの混合物などの二塩基酸および/または三塩基酸などの多塩基酸を挙げることができ、これらの化合物が、当技術分野で既知のように反応して、液体ポリエステルポリオールの反応生成物を形成する。例示的な多価アルコールとしては、限定されないが、エチレングリコール、プロピレングリコール-(1,2)および-(1,3)、ブチレングリコール-(1,4)および-(2,3)、ヘキサンジオール-(1,6)、オクタンジオール-(1,8)、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール(1,4-ビス-ヒドロキシ-メチルシクロヘキサンおよび他の異性体)、2-メチル-1,3-プロパン-ジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール-(1,2,6)、ブタントリオール-(1,2,4)、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、キニトール、マンニトールおよびソルビトール、メチルグリコシド、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ならびにポリブチレングリコールが挙げられる。多価アルコールとしてはまた、プロパンジオール-(1,3)、ブタンジオール-(1,4)および/もしくはヘキサンジオール-(1,6)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、もしくはテトラエチレングリコールなどのジオールと、ジフェニルカーボネートなどのジアリールカーボネート、ジメチルカーボネートなどの二脂肪族カーボネート、もしくはホスゲンとの反応生成物などのポリカーボネートポリオール、またはオキシランと二酸化炭素との反応からの反応生成物を挙げることができる。
多塩基酸は、脂肪族、脂環式、芳香族、および/または複素環式であってもよく、例えばハロゲン原子によって置換されていてもよく、および/または不飽和であってもよい。低級アルコールの好適な多塩基酸、無水物、およびポリカルボン酸エステルとしては、限定されないが、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、任意選択的に単量体脂肪酸と混合されたオレイン酸などの二量体および三量体の脂肪酸、ジメチルテレフタルレート、ならびにテレフタル酸-ビス-グリコールエステルが挙げられる。
環式エステルは、脂肪族であってもよく、例えばアルキル基によって置換されてもよく、および/または不飽和であってもよい。好適な環式エステルとしては、とりわけ、限定されないが、ε-カプロラクトン、d,l-ラクチド、グリコリド、δ-バレロラクトン、およびピボラクトンが挙げられる。
液体ポリエステルポリオールは、芳香族、脂肪族、または脂環式であり得、それらの水素化生成物を含み得る。
液体ポリエステルポリオールの好ましい例としては、限定されないが、ポリカプロラクトンポリオール、ポリプロピオラクトンポリオール、ポリグリコリドポリオール、ポリピボリラクトン(polypivolylactone)ポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペートポリオール、ポリプロピレンアジペートポリオール、ポリブチレンアジペートポリオール、ポリヘキサメチレンアジペートポリオール、ポリネオペンチルアジペートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチレンアジペートポリオール、ポリエチレンスクシネートポリオール、ポリプロピレンスクシネートポリオール、ポリブチレンスクシネートポリオール、ポリヘキサメチレンスクシネートポリオール、ポリネオペンチルスクシネートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチルスクシネートポリオール、ポリエチレンアゼレートポリオール、ポリプロピレンアゼレートポリオール、ポリブチレンアゼレートポリオール、ポリヘキサメチレンアゼレートポリオール、ポリネオペンチルアゼレートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチレンアゼレートポリオール、ポリエチレンセバケートポリオール、ポリプロピレンセバケートポリオール、ポリブチレンセバケートポリオール、ポリヘキサメチレンセバケートポリオール、ポリネオペンチルセバケートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチレンセバケートポリオール、ジエチレングリコール/テレフタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/テレフタル酸のポリオール、ジエチレングリコール/フタル酸または無水フタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/フタル酸または無水フタル酸のポリオール、ジエチレングリコール/イソフタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/イソフタル酸のポリオール、およびそれらのコポリエステルポリオールが挙げられる。
液体ポリエステルポリオールのより好ましい例としては、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペートポリオール、ポリプロピレンアジペートポリオール、ポリブチレンアジペートポリオール、ポリヘキサメチレンアジペートポリオール、ポリシクロヘキサンジメチレンアジペートポリオール、ポリエチレンスクシネートポリオール、ポリブチレンスクシネートポリオール、ジエチレングリコール/テレフタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/テレフタル酸のポリオール、ジエチレングリコール/フタル酸または無水フタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/フタル酸または無水フタル酸のポリオール、ジエチレングリコール/イソフタル酸のポリオール、ポリエチレングリコール/イソフタル酸のポリオール、ならびにジエチレングリコールおよび/またはポリエチレングリコールのテレフタレート、イソフタレート、および/またはフタレートのコポリエステルが挙げられ、2.0超の平均ヒドロキシル官能価が望まれる場合、任意選択的にグリセロールおよび/またはトリメチロールプロパンが使用される。様々な実施形態では、ポリエステルポリオールはまた、親水性構造または疎水性構造を提供するために、当技術分野で既知のように、エチレンオキシド(EO)および/またはプロピレンオキシド(PO)を使用してキャップを外してもキャップしてもよい。他の液体ポリエステルポリオールの例としては、商標STEPANPOL PS-2352(酸価0.6~1.0mg KOH/g、ヒドロキシル価230~250mg KOH/g、ヒドロキシル官能価2.0、Stepan Company)の下で提供されるものなどの修飾芳香族ポリエステルポリオールが挙げられる。液体ポリエステルはまた、ある割合のカルボキシル末端基を含有し得る。ε-カプロラクトンなどのラクトン、または6-ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸で形成された液体ポリエステルポリオールもまた、使用され得る。
液体ポリエーテルポリオールとしては、分子当たり2つまたは3つなどの少なくとも2つのヒドロキシル基を有するものを挙げることができ、例えば、BFの存在下でのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、もしくはエピクロロヒドリンなどのいずれかそれら自体でのオキシラン/環式エステルの重合によって、または水、アンモニア、アルコール、もしくはアミンなどの反応性水素原子を有する出発成分への、任意選択的に(エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物などの)混合物としてのこれらのオキシランの化学的付加のプロセスによって、または連続的に、調製することができる。好適な出発成分の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール-(1,3)または-(1,2)、グリセロール、トリメチロールプロパン、4,4’-ジヒドロキシ-ジフェニルプロパン、アニリン、エタノールアミン、またはエチレンジアミンが挙げられる。スクロース系ポリエーテルポリオールも使用することができる。多くの場合、一級OH基を主な量(OH基がポリエーテル中に最大100重量%まで存在する)含有するポリエーテルを使用することが好ましい。ポリエーテルポリオールまたはコポリエーテルポリオールは、少なくとも2.0の公称官能価を有する必要がある。公称官能価は、好ましくは2.5~8、より好ましくは2.5~7、または2.5~6である。ポリエーテルポリオールまたはコポリエーテルポリオールのヒドロキシル当量は、少なくとも85、好ましくは少なくとも100、より好ましくは150~3,200、いくつかの実施形態では250~3,000、特定の実施形態では300~2,500である。ポリオールはまた、ブレンドが、ジオールとトリオールとのブレンドを含む場合、ブレンドで形成してもよい。ジオールは、200~8,000グラム/モルの数平均分子量(Mn)を有し得、トリオールは、250~6,500グラム/モルの平均数分子量(Mn)を有し得る。好適なポリエーテルポリオールの他の例としては、少なくとも75のヒドロキシル当量を有するプロピレンオキシドで形成されたポリマーまたはコポリマーが挙げられる。プロピレンオキシドは、1,3-プロピレンオキシドであってもよいが、より一般的には1,2-プロピレンオキシドである。コポリマーの場合、コモノマーは、例えばエチレンオキシド、2,3-ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、1,2-ヘキサンオキシドなどの他の共重合可能なアルキレンオキシドである。コポリマーは、重合アルキレンオキシドの総重量に基づいて、25重量%以上、50重量%以上、好ましくは75重量%以上の重合プロピレンオキシドを含有し得る。コポリマーは、好ましくは75重量%以下、特に50重量%以下の重合エチレンオキシドを含有する。
キレート部分を有するキレート剤は、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。二無水物部分を有するキレート剤は、アミノポリカルボン酸二無水化合物であり得る。例えば、二無水物部分を有するキレート剤として使用されるアミノポリカルボン酸二無水化合物は、エチレンジアミン四酢酸二無水物、ジエチレントリアミン五酢酸二無水物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。二無水物部分を有するキレート剤として使用するための他のアミノポリカルボン酸二無水化合物としては、4,4’-(プロパン-1,2-ジイル)ビス(モルホリン-2,6-ジオン)、4,4’-(プロパン-1,3-ジイル)ビス(モルホリン-2,6-ジオン)、4,4’-(オキシビス(エタン-2,1-ジイル))ビス(モルホリン-2,6-ジオン)、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、炭素原子を通じて2つ以上のカルボキシル基に接続された1つ以上の窒素原子を含有するアミノポリカルボン酸、ならびに炭素原子、およびポリエステルポリオールの一部として結合または組み込むことが可能な少なくとも1つのアルコール基かつ最大5つのアルコール基を通じて接続された少なくとも2つの三級窒素を有する三級ポリアミノ化合物であり得る。様々な実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。追加の実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、アルコキシル化ジアミン、アルコキシル化トリアミン、アルコキシル化テトラアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。これらのアルコキシル化アミンは、好ましくは、式Iに適合し得、
Figure 2022540217000001
式中、R、R、R、R、およびRが、各々独立して、C1~C8のアルキル基、アルコキシレート/ポリアルコキシレート(すなわち、-(CHCHRO)-H、Rが、HまたはC1~C3のアルキル基であり、nが、1~10の整数である)、ならびにR、R、R、R、およびRのうちの少なくとも1つが、上に提供されるようなアルコキシレート/ポリアルコキシレートであり、xおよびx’が、各々独立して2または3の整数であり、yが、0、1、または2の整数であることを条件として、それらの等価物である。より好ましくは、式Iでは、R、R、R、R、およびRは、各々独立して、C1~C3のアルキル基、R、R、R、R、およびRのうちの少なくとも1つが、上に提供されるようなアルコキシレート/ポリアルコキシレートであることを条件として、アルキル基がC1~C2である上に提供されるようなアルコキシレート/ポリアルコキシレートであり、xおよびx’が、各々2の整数であり、yが、0または1の整数である。アミノ系キレート部分を有するキレート剤の特定の例としては、N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、2-[[2-(ジメチルアミノ)エチル]メチルアミノ]エタノール、1-[ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミノ-2-プロパノール]、1,1’,1”,1’’’-((((2-ヒドロキシプロピル)アザンジイル)ビス(エタン-2,1-ジイル))ビス(アザントリイル))テトラキス(プロパン-2-オール)、2,2’,2”,2’’’-((((2-ヒドロキシエチル)アザンジイル)ビス(エタン-2,1-ジイル))ビス(アザントリイル))テトラキス(エタン-1-オール)、2,2’-アザンジイル二酢酸;2,2’,2”-ニトリロトリ酢酸;エチレンジアミン四酢酸;2-[ビス[2-ビス(カルボキシメチル)アミノ]エチル]アミノ]酢酸;エチレングリコール-ビス(2-アミノエチルエーテル)-N,N,N’,N’-四酢酸;1,2-ビス(o-アミノフェノキシ)エタン-N,N,N’,N’-四酢酸;2,2’,2”-(1,4,7-トリアゾナン-1,4,7-トリイル)三酢酸(NOTA);1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-1,4,7,10-四酢酸;N-(N-(3-アミノ-3-カルボキシプロピル)-3-アミノ-3-カルボキシプロピル)アゼチジン-2-カルボン酸;および2-[2-[[2-ヒドロキシ-1-(2-ヒドロキシフェニル)-2-オキソエチル]アミノ]エチルアミノ]-2-(2-ヒドロキシフェニル)酢酸;N,N-ジメチル-N’,N’-2ヒドロキシ(プロピル)-1,3-プロピレンジアミン;N,N,N’-トリメチル-N’-ヒドロキシルエチル-ビス(アミノエチル)エーテル;N,N-ビス(3-ジメチルアミノ-プロピル)-N-イソプロパノールアミン;ビス-(ジメチルアミノプロピル)アミノ-2-プロパノール;N,N,N’-トリメチルアミノプロピルエタノールアミンが挙げられる。
キレートポリエステルポリオールは、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。化学反応では、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールは、キレート剤と比較してモル過剰で存在し得る。キレートポリエステルポリオールの形成に使用されるモル比の例としては、3:1~200:1(液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマーのモル:キレート剤のモル)の範囲の比が挙げられる。好ましくは、範囲は、5:1~100:1(液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマーのモル:キレート剤のモル)である。液体ポリエステルポリオールとキレート部分を有するキレート剤との化学反応では、キレートポリエステルポリオールの形成に使用されるモル比としては、1.5:1~100:1(液体ポリエステルポリオールのモル:キレート剤のモルの)の範囲の比が挙げられる。好ましくは、範囲は、3:1~50:1(液体ポリエステルポリオールのモル:キレート剤のモル)である。
実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールのいずれかと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールのキレート部分として作用する、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成する。様々な実施形態では、二無水物部分のアシル基は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールのヒドロキシルおよび/またはアミン(一級および/または二級アミン)のうちのいずれかと化学的に反応(例えば、アシル化反応)する。かかる反応は、任意選択的な塩基性触媒(例えば、水酸化カリウム、水素化カリウム、水酸化ナトリウム、水素化ナトリウム)を用いて、大気圧(例えば、101.23KPa)、および20~150°Cの温度範囲で行われ得る。反応時間は、5分~最大24時間の範囲であり得る。反応を行う際に、二無水物部分を有するキレート剤のアリコートは、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールに添加され得る。
実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールのキレート部分として作用する、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成することができる。好ましくは、二無水物部分を有するキレート剤は、1:3~1:50のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成することができる。最も好ましくは、二無水物部分を有するキレート剤は、1:5~1:20のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成することができる。
キレートポリエーテルポリオールは、液体ポリエーテルポリオール、または液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマーと、キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成される。化学反応では、液体ポリエーテルポリオール、または液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマーは、キレート剤と比較してモル過剰で存在する。キレートポリエーテルポリオールの形成に使用されるモル比の例としては、2:1~200:1(液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマーのモル:キレート剤のモル)の範囲の比が挙げられる。好ましくは、範囲は、4:1~100:1(液体ポリエーテルポリオールの形成に使用されるモノマーのモル:キレート剤のモル)である。液体ポリエーテルポリオールとキレート部分を有するキレート剤との化学反応では、キレートポリエーテルポリオールの形成に使用されるモル比としては、2:1~100:1(液体ポリエーテルポリオールのモル:キレート剤のモルの)の範囲の比が挙げられる。好ましくは、範囲は、3:1~50:1(液体ポリエーテルポリオールのモル:キレート剤のモル)である。
実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールのキレート部分として作用する、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。様々な実施形態では、二無水物部分のアシル基は、液体ポリエーテルポリオールのヒドロキシルおよび/またはアミン(一級および/または二級アミン)のうちのいずれかと化学的に反応(例えば、アシル化反応)する。かかる反応は、任意選択的な塩基性触媒(例えば、水酸化カリウム、水素化カリウム、水酸化ナトリウム、水素化ナトリウム)を用いて、大気圧(例えば、101.23KPa)、および20~150°Cの温度範囲で行われ得る。反応時間は、5分~最大24時間の範囲であり得る。
実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエーテルポリオールのモル)で液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールのキレート部分として作用する、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成することができる。好ましくは、二無水物部分を有するキレート剤は、1:3~1:50のモル比(キレート剤のモル:ポリエーテルポリオールのモル)で液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成することができる。最も好ましくは、二無水物部分を有するキレート剤は、1:5~1:20のモル比(キレート剤のモル:ポリエーテルポリオールのモル)で液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成することができる。
追加の実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する。様々な実施形態では、アミノ系キレート部分の酸またはアルコール基(例えば、炭素原子を通じて2つ以上のカルボキシル基に接続された1つ以上の窒素原子を含有するアミノポリカルボン酸、または炭素原子を通じて少なくとも1つのアルコール基かつ最大5つのアルコール基に接続された少なくとも2つの窒素原子を有するポリアミノアルコール)は、液体ポリエステルポリオールの形成に使用されるモノマー、またはモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールのいずれかの、酸の場合はヒドロキシル基とのエステル化反応、またはアルコールの場合はカルボン酸(その誘導体を含む)とのエステル化/トランスエステル化反応を受けて、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成することができる。かかる反応は、大気圧(例えば、101.23KPa)、亜大気圧(例えば、1KPa)、または超大気圧(例えば、200KPa)、およびアミノポリカルボン酸では50~150℃の温度範囲で、ポリアミノアルコールでは100~300℃の温度範囲で行われ得る。反応時間は0.5時間~最大24時間の範囲であり得る。
実施形態では、金属化合物は、水酸化物、カーボネート、カルボキシレート、塩基性カーボネート、ニトレート、塩化物、金属塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、金属イオンは、バリウム、水銀、鉛、およびトリウムと共に、周期表金属の2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13族かつ周期3、4、5、およびそれらの組み合わせ(IUPAC元素周期表、2016年11月28日)から選択される。好ましくは、金属イオンは、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、鉛、マグネシウム、水銀、パラジウム、スカンジウム、ストロンチウム、トリウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群からのものである。好ましくは、金属化合物は、遷移金属化合物であり、遷移金属イオンは、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カドミウム、水銀、パラジウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群からのものである。より好ましくは、遷移金属は、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせからなる群からのものである。最も好ましくは、遷移金属は、銅、亜鉛、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、およびそれらの組み合わせからなる群からのものである。追加の最も好ましい実施形態では、金属化合物は、水酸化物、カーボネート、カルボキシレート、金属塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、金属イオンは、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、鉛、マグネシウム、水銀、パラジウム、スカンジウム、ストロンチウム、トリウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
金属化合物塩およびカルシウム塩の例としては、2-エチルヘキサン酸銅(II)、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸銅(I)、酪酸銅、ジ-μ-ヒドロキソ-ビス[(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)銅(II)]塩化物、塩基性炭酸銅(II)、塩基性炭酸銅、酢酸カルシウム、スズ酸亜鉛、ヒドロキシスズ酸亜鉛、酢酸亜鉛(II)、硝酸亜鉛(II)、水酸化ジルコニウム(IV)、酢酸コバルト(II)、塩化コバルト(II)、硝酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、塩化ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、酢酸銀(I)、硝酸銀(I)、2-エチルヘキサン酸マンガン(II)、およびそれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、金属化合物は、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸銅(II)一水和物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。好ましくは、金属化合物は、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、塩基性炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、酢酸銀(I)、酢酸亜鉛(II)、酢酸カルシウム(II)、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
キレートポリエステルポリオールのキレート部分および/またはキレートポリエーテルポリオールのキレート部分は、金属化合物からの金属イオンをキレート化して、それぞれ金属キレート化ポリエステルポリオール液または金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成する。好ましくは、金属キレート化ポリエステルポリオール液または金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。より好ましくは、金属キレート化ポリエステルポリオール液または金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、0.2:1~1.5:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。最も好ましくは、金属キレート化ポリエステルポリオール液または金属キレート化ポリエーテルポリオール液は、0.4:1~1:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。かかる反応は、大気圧(例えば、101.23KPa)および50~150℃の温度範囲で行われ得る。反応時間は、0.5時間~最大48時間の範囲である。
本開示はまた、ポリウレタンポリマーを形成するための、ヒドロキシル部分を有するイソシアネート反応性組成物を提供する。実施形態では、イソシアネート反応性組成物は、0.1~100重量パーセントの金属キレート化ポリエステルポリオール液、金属キレート化ポリエーテルポリオール液、または各々本明細書で提供される金属キレート化ポリエステルポリオール液と金属キレート化ポリエーテルポリオール液との両方の組み合わせのうちのいずれか、および任意選択的にイソシアネート反応性組成物を形成するための最大99.9重量パーセントのポリオールを含む(重量パーセントは、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)。様々な実施形態では、イソシアネート反応性組成物を形成するための金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液と共に使用されるポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルカーボネートポリオール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。ポリオールは、100g/mol~10,000g/molの数平均分子量を有し得る。他の数平均分子量値も可能であり得る。例えば、ポリオールは、下限値100、200、300、350、または400g/mol~上限値500、750、1,000、2,000、または10,000g/molの数平均分子量を有し得る。本明細書で報告される数平均分子量値は、末端基分析、ゲル透過クロマトグラフィー、および当技術分野で既知の他の方法によって決定される。イソシアネート反応性組成物を形成するための金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液と共に使用されると共に使用されるポリオールとしてはまた、芳香族部分を挙げることができる。本明細書で使用される場合、「芳香族部分」は、炭素原子の平面不飽和環の形態の少なくとも1つの環式に共役した分子部分であり、ポリオール化合物に共有結合している。炭素原子の平面不飽和環は、少なくとも6つの炭素原子を有し得る。
実施形態では、ポリエーテルポリオールとしては、分子当たり2つまたは3つなどの少なくとも2つのヒドロキシル基を有するものを挙げることができ、例えば、BFの存在下でのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、もしくはエピクロロヒドリンなどのいずれかそれら自体でのオキシラン/環式エステルの重合によって、または水、アンモニア、アルコール、もしくはアミンなどの反応性水素原子を有する出発成分への、任意選択的に(エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物などの)混合物としてのこれらのエポキシドの化学的付加のプロセスによって、または連続的に、調製することができる。好適な出発成分の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール-(1,3)または-(1,2)、グリセロール、トリメチロールプロパン、4,4’-ジヒドロキシ-ジフェニルプロパン、アニリン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはエチレンジアミンが挙げられる。スクロース系ポリエーテルポリオールも使用することができる。多くの場合、一級OH基を主な量(ポリエーテル中に存在する全てのOH基に基づいて、最大100重量%)含有するポリエーテルを使用することが好ましい。
いくつかの実施形態では、ポリエステルポリオールとしては、分子当たり少なくとも1.8、2、または最大3つのヒドロキシル基(平均数)を有するものを挙げることができる。かかるポリエステルポリオールの例としては、二価アルコールおよび/または三価アルコールなどの多価アルコールと、二塩基性および/または三塩基性カルボン酸などの多塩基との反応生成物として形成されたものを挙げることができる。遊離ポリカルボン酸の代わりに、対応する無水ポリカルボン酸または対応する低級アルコールのポリカルボン酸エステル、またはそれらの混合物、ならびに遊離ポリカルボン酸とのそれらの混合物を使用してもよい。ポリカルボン酸は、脂肪族、脂環式、芳香族および/または複素環式であってもよく、例えばハロゲン原子によって置換されていてもよく、および/または不飽和であってもよい。好適な例示的なポリカルボン酸としては、限定されないが、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、任意選択的に単量体脂肪酸と混合された二量体および三量体の脂肪酸、ジメチルテレフタレート、ならびにテレフタル酸-ビス-グリコールエステルが挙げられる。他の好適なポリエステルポリオールの例としては、商標STEPANPOL PS-2352(酸価0.6~1.0mg KOH/g、ヒドロキシル価230~250mg KOH/g、ヒドロキシル官能価2.0、Stepan Company)の下で提供されるものなどの修飾芳香族ポリエステルポリオールが挙げられる。
例示的な好適な多価アルコールとしては、限定されないが、エチレングリコール、プロピレングリコール-(1,2)および-(1,3)、ブチレングリコール-(1,4)および-(2,3)、ヘキサンジオール-(1,6)、オクタンジオール-(1,8)、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール(1,4-ビス-ヒドロキシ-メチルシクロヘキサンおよび他の異性体)、2-メチル-1,3-プロパン-ジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール-(1,2,6)、ブタントリオール-(1,2,4)、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、キニトール、マンニトールおよびソルビトール、メチルグリコシド、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ならびにポリブチレングリコールが挙げられる。ポリエステルはまた、ある割合のカルボキシル末端基を含有してもよい。ε-カプロラクトンなどのラクトン、または6-ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸のポリエステルもまた、使用され得る。
かかるポリオール成分としてはまた、プロパンジオール-(1,3)、ブタンジオール-(1,4)および/もしくはヘキサンジオール-(1,6)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、もしくはテトラエチレングリコールなどのジオールと、カーボネートジフェニルなどのカーボネートジアリール、カーボネートジメチルなどの二脂肪族カーボネート、もしくはホスゲンとの反応生成物などのポリカーボネートポリオール、またはオキシランと二酸化炭素との反応からの反応生成物を挙げることができる。
好適なポリオールの他の例としては、少なくとも75のヒドロキシル当量を有するプロピレンオキシドで形成されたポリマーまたはコポリマーが挙げられる。プロピレンオキシドは、1,3-プロピレンオキシドであってもよいが、より一般的には1,2-プロピレンオキシドである。コポリマーの場合、コモノマーは、例えばエチレンオキシド、2,3-ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、1,2-ヘキサンオキシドなどの他の共重合可能なアルキレンオキシドである。コポリマーは、重合アルキレンオキシドの総重量に基づいて、25重量%以上、50重量%以上、好ましくは75重量%以上の重合プロピレンオキシドを含有し得る。コポリマーは、好ましくは75重量%以下、特に50重量%以下の重合エチレンオキシドを含有する。プロピレンオキシドのポリマーまたはコポリマーは、公称官能価が少なくとも2.0でなければならない。公称官能価は、好ましくは2.5~8、より好ましくは2.5~7、または2.5~6である。プロピレンオキシドのポリマーまたはコポリマーのヒドロキシル当量は、少なくとも85、好ましくは少なくとも100、より好ましくは150~3,200、いくつかの実施形態では250~3,000、特定の実施形態では300~2,500である。ポリオールはまた、ブレンドが、ジオールとトリオールとのブレンドを含む場合、ブレンドで形成してもよい。ジオールは、200~8,000グラム/モルの平均分子量(Mw)を有し得、トリオールは、250~6,500グラム/モルの平均分子量(Mw)を有し得る。
様々な実施形態では、ポリオールは、10mg KOH/g~700mg KOH/gのヒドロキシル価を有し得る。なお他の実施形態では、ポリオールは、20mg KOH/g~500mg KOH/g、または30mg KOH/g~350mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。本明細書で使用される場合、ヒドロキシル価は、1グラムのポリオールまたは他のヒドロキシル化合物中のヒドロキシル含有量に等しい水酸化カリウムのミリグラム数である。ポリオールはまた、2~4、または2.2~3.0などの1.8~6の数平均イソシアネート反応性基官能価を有し得る。
様々な実施形態では、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリエステルポリオールはまた、親水性構造または疎水性構造を提供するために、当技術分野で既知のように、エチレンオキシド(EO)および/またはプロピレンオキシド(PO)を使用してキャップを外してもキャップしてもよい。
実施形態では、イソシアネート反応性組成物は、難燃性化合物、好ましくはハロゲンを含まない難燃性化合物からの0.1重量%~1.5重量%のリン(リンの重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液、ならびにそれらの組み合わせからの0.05重量%~3.0重量%の金属(金属の重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)から選択される化合物をさらに含み得る。好ましくは、イソシアネート反応性組成物は、ハロゲンを含まない難燃性化合物からの0.5重量%~1.0重量%のリン(リンの重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、ならびに/または金属キレート化ポリエステルポリオール液および/もしくは金属キレート化ポリエーテルポリオール液からの0.15重量%~2.0重量%の金属(金属の重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)を含む。より好ましくは、イソシアネート反応性組成物は、ハロゲンを含まない難燃性化合物からの0.75重量%~0.90重量%のリン(リンの重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、ならびに/または金属キレート化ポリエステルポリオール液および/もしくは金属キレート化ポリエーテルポリオール液からの0.5重量%~1.0重量%の金属(金属の重量%が、イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)を含む。所与の重量パーセント値では、イソシアネート反応性組成物は、0.05:1~5:1の金属イオン対リンのモル比(金属イオンのモル:リンのモル)を有し得る。好ましくは、金属イオン対リンのモル比(金属のモル:リンのモル)は、0.10:1~3:1である。より好ましくは、金属イオン対リンのモル比(金属のモル:リンのモル)は、0.15:1~1:1である。
本明細書で提供される実施形態では、難燃性化合物、好ましくはハロゲンを含まない難燃性化合物は、ホスフェート、ホスホネート、ホスフィネート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。ホスフェートの例としては、トリアルキルホスフェート、トリアリールホスフェート、ホスフェートエステル、およびレゾルシノールビス(ジフェニルホスフェート)が挙げられる。本明細書で使用される場合、トリアルキルホスフェートは、2~12個の炭素原子、および任意選択的なハロゲン原子を有する少なくとも1つのアルキル基を有する。線状または分岐アルキル基、環式アルキル基、アルコキシエチル、ヒドロキシルアルキル、ヒドロキシルアルコキシアルキル基、および線状または分岐アルキレン基を含む、トリアルキルホスフェートの他の2つのアルキル基は、独立して、第1のアルキル基と同じまたは異なっていてもよく、1~8個の炭素原子を含有する。トリアルキルホスフェートの他の2つのアルキル基の例としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、n-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、ブトキシエチル、イソペンチル、ネオペンチル、イソヘキシル、イソヘプチル、シクロヘキシル、プロピレン、2-メチルプロピレン、ネオペンチレン、ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピル、またはヒドロキシブチルが挙げられる。異なるトリアルキルホスフェートのブレンドもまた、使用され得る。トリアルキルホスフェートの3つのアルキル基は、同じであってもよい。トリアルキルホスフェートは、トリス(2-クロロ-1-メチルエチル)ホスフェート(TCPP)、トリス[2-クロロ-1-(クロロメチル)エチル]ホスフェート(TDCP)、トリス(p-三級-ブチルフェニル)ホスフェート(TBPP)、およびトリス(2-クロロエチル)ホスフェート(TCEP)であり得る。トリアルキルホスフェートは、望ましくはトリエチルホスフェート(TEP)である。
ホスホネートの例としては、ジエチル(ヒドロキシメチル)ホスホネート、ジメチルメチルホスホネート、およびジエチルエチルホスホネートが挙げられる。ホスフィネートの例としては、アルミニウムメチルエチルホスフィネート、アルミニウムジエチルホスフィネート、亜鉛メチルエチルホスフィネート、および亜鉛ジエチルホスフィネートなどの有機ホスフィネートの金属塩が挙げられる。追加のハロゲンを含まない難燃性化合物の例としては、レゾルシノール二リン酸、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、アンモニウムポリホスフェート、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
本開示はまた、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液を調製するためのプロセスを提供する。プロセスは、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤とを反応させて、本明細書で論じられるキレートポリエステルポリオールを形成することを含む。実施形態では、キレート部分は、本明細書で提供されるように、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、本明細書で提供されるアミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオールを形成する。実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマー、または液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する。実施形態では、プロセスはまた、キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることを含み、キレートポリエステルポリオールのキレート部分が、金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成し、反応物は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエステルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエステルポリオールと1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエステルポリオールのモル)で化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエステルポリオール形成する。
プロセスはまた、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤とを反応させて、本明細書で論じられるキレートポリエーテルポリオールを形成することを含み得る。実施形態では、キレート部分は、本明細書で提供されるように、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、本明細書で提供されるアミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。実施形態では、アミノ系キレート部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成する。実施形態では、プロセスはまた、キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることを含み、キレートポリエーテルポリオールのキレート部分が、金属イオンをキレート化して、金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成し、反応物は、0.05:1~2:1の金属イオン対キレート部分のモル比を有する。実施形態では、二無水物部分を有するキレート剤は、液体ポリエーテルポリオールのモノマーから形成された液体ポリエーテルポリオールと1:1.5~1:100のモル比(キレート剤のモル:ポリエーテルポリオールのモル)で化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有するキレートポリエーテルポリオールを形成する。
本開示はまた、ポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物を提供する。反応混合物は、イソシアネート部分を有するイソシアネート化合物と、本明細書で提供されるイソシアネート反応性組成物とを含み、反応混合物が、0.90:1~7:1のイソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比を有する。ポリウレタン硬質(PUR)およびポリイソシアヌレート硬質(PIR)発泡体では、好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、1.2:1~7:1であり、より好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、1.5:1~5:1であり、最も好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、2:1~4:1である。可撓性ポリウレタン発泡体では、好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、0.95:1~1.20:1であり、より好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、0.98:1~1.10:1であり、最も好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、1:1~1.08:1である。二成分ポリウレタン接着剤、封止剤、コーティング、およびエラストマーでは、好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、0.95:1~1.35:1であり、より好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、0.98:1~1.10:1であり、最も好ましくは、イソシアネート部分対ヒドロキシル部分のモル比は、1:1~1.05:1である。
様々な実施形態では、イソシアネート化合物は、150g/mol~750g/molの数平均分子量を有する。他の数平均分子量値も可能であり得る。例えば、イソシアネート反応性化合物は、下限値150、200、250、または300g/mol~上限値350、400、450、または500g/molの数平均分子量を有し得る。いくつかの実施形態では、ゲル化または固化をもたらさない条件下で、イソシアネート化合物が、イソシアネート反応性化合物と、モル過剰のポリイソシアネート化合物または高分子イソシアネート化合物との反応から生じるイソシアネートプレポリマーである場合、イソシアネートプレポリマーは、750g/molよりも高い数平均分子量を有し得、各成分の数平均分子量およびプレポリマーの調製に使用されるそれらの相対質量から計算することができる。本明細書で報告される数平均分子量値は、末端基分析、ゲル透過クロマトグラフィー、および当技術分野で既知の他の方法によって決定される。イソシアネート化合物は、当技術分野で既知の単量体および/または高分子であり得る。加えて、イソシアネート化合物は、80~1750のイソシアネート当量を有し得る。ある特定の実施形態では、イソシアネートは、Brookfield DVE粘度計を使用して測定すると、25℃で5~50,000mPa・sの粘度を有する。他の粘度値もまた、可能であり得る。例えば、イソシアネート反応性化合物は、各々Brookfield DVE粘度計を使用して25°Cで測定して、下限値5、10、30、60、または150mPas~上限値500、2500、10,000、または50,000mPasの粘度を有し得る。
本明細書で使用される場合、高分子イソシアネート化合物は、分子当たり2つまたは3つ以上の-NCO基を含有する。様々な実施形態では、高分子イソシアネート化合物は、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、ポリイソシアネート、イソシアネートプレポリマー、およびそれらの組み合わせから選択される。様々な実施形態では、高分子イソシアネート化合物は、150g/mol~500g/molの数平均分子量を有する。加えて、高分子イソシアネート化合物は、70~150のイソシアネート当量、および単量体MID中のジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)の異性体の混合物であるいわゆるMDI生成物、または単量体MDI中のポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの混合物であるいわゆる高分子MDI生成物を有し得る。
本開示の高分子イソシアネート化合物の例としては、限定されないが、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、MDIを含有するポリメチレンポリフェニルイソシアネート、高分子MDI(PMDI)、1,6ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,4-および/または2,6-トルエンジイソシアネート(TDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、テトラメチレン-1,4-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、ヘキサヒドロトルエンジイソシアネート、水素化MDI(H12MDI)、メトキシフェニル-2,4-ジイソシアネート、4,4’-ビフェニレンジイソシアネート、3,3’-ジメチオキシ(methyoxy)-4,4’-ビフェニルジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、4,4’,4”-トリフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、水素化ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トルエン-2,4,6-トリイソシアネート、ならびに4,4’-ジメチルジフェニルメタン-2,2’,5,5’-テトライソシアネート、メチレンビシクロヘキシルイソシアネート(HMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ならびにそれらの組み合わせを挙げることができる。好適なイソシアネートはまた、他の芳香族および/または脂肪族多官能性イソシアネートを含み得る。芳香族イソシアネートとしては、キシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパン付加物、トルエンジイソシアネートのトリメチロールプロパン付加物、4,4’-ジフェニルジメタンジイソシアネート(MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、4,4’-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、ジ-およびテトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、ならびにそれらの組み合わせなどの、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル、もしくはジフェニル部分、またはそれらの組み合わせを含有するものが挙げられる。好適な脂肪族高分子イソシアネート化合物としては、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体、イソホロンジイソシアネートの三量体、ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット、水素化高分子メチレンジフェニルジイソシアネート、水素化メチレンジフェニルジイソシアネート、水素化MDI、テトラメチルキシロールジイソシアネート(TMXDI)、1-メチル-2,4-ジイソシアネート-シクロヘキサン、1,6-ジイソシアナト-2,2,4-トリメチルヘキサン、1-イソシアナトメチル-3-イソシアナト-1,5,5-トリメチルシクロヘキサン、テトラメトキシブタン1,4-ジイソシアネート、ブタン1,4-ジイソシアネート、ヘキサン1,6-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、シクロヘキサン1,4-ジイソシアネート、およびそれらの組み合わせが挙げられる。他の高分子イソシアネート化合物の例としては、水素化キシレンジイソシアネート(HXDI)、p-フェニレンジイソシアネート(PPDI)、3,3’-ジメチルジフェニル-4,4’-ジイソシアネート(DDDI)、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、およびノルボルナンジイソシアネート(NDI)などの、追加の脂肪族、脂環式、多環式、または芳香族が本来挙げられる。上記のイソシアネートと同様に、特に、ウレトジオン、イソシアヌレート、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロファネートまたはビウレット構造、およびそれらの組み合わせを含む一部修飾ポリイソシアネートを利用してもよい。本明細書で提供されるポリオールは、有機ポリイソシアネートと予備反応させて、イソシアネート基を含有するプレポリマーまたは準プレポリマーを形成することができる。プレポリマーまたは準プレポリマーは、例えば、1~20重量パーセントのイソシアネート含有量を有し得る。いくつかの実施形態では、プレポリマーまたは準プレポリマーのイソシアネート含有量は、少なくとも2.5%、または少なくとも4%かつ最大15%、最大12%、または最大10%である。
実施形態では、反応混合物はさらに、水、触媒、界面活性剤、発泡剤、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物をさらに含み得る。当技術分野で既知のように、反応混合物はまた、他の成分を含んでもよい。触媒は、反応混合物の総重量に基づいて、0.01~1.5重量%の量で存在し得る。触媒は、有機三級アミン、三級ホスフィン、カリウムアセテート、ウレタン系触媒、および組み合わせからなる群から選択され得る。当技術分野で既知のように、触媒はまた、有機スズ化合物を含み得る。
触媒は、発泡触媒、ゲル化触媒、三量体化触媒、またはそれらの組み合わせであり得る。本明細書で使用されるとき、発泡触媒およびゲル化触媒は、発泡触媒の場合は尿素(ブロー)反応、またはゲル化触媒の場合はウレタン(ゲル)反応のいずれかを有利にする傾向によって区別され得る。三量体化触媒を利用して、組成物中のイソシアヌレート反応を促進することができる。発泡触媒とゲル化触媒との両方が、硬質および可撓性ポリウレタン発泡体の調製に利用される。多くのコーティング、接着剤、封止剤、およびエラストマーなどの発泡体またはマイクロセルラーではないポリウレタンは、ゲル化触媒を利用する。
発泡触媒、例えば、発泡反応を有利にする傾向があり得る触媒の例としては、短鎖三級アミンまたは酸素を含有する三級アミンが挙げられるが、それらに限定されない。アミン系触媒は、立体障害型ではない場合がある。例えば、発泡触媒としては、ビス-(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、ペンタメチルジエチレン-トリアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、ジメチルエタノールアミン、N,N,N’,N’-テトラ-メチルエチレンジアミン、およびそれらの組み合わせなどが挙げられる。市販の発泡触媒の例は、他の市販の発泡触媒の中でも、EvonikからのPOLYCAT(商標)5である。
ゲル化触媒、例えば、ゲル化反応を有利にする傾向があり得る触媒の例としては、有機金属化合物、環式三級アミン、および/または長鎖アミン、例えば、いくつかの窒素原子を含有するもの、ならびにそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。有機金属化合物としては、有機カルボン酸のスズ(II)塩、例えば、スズ(II)ジアセタート、スズ(II)ジオクタノエート、スズ(II)ジエチルヘキサノエート、およびスズ(II)ジラウレート、ならびに有機カルボン酸のジアルキルスズ(IV)塩、例えば、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、およびジオクチルスズジアセテートなどの有機スズ化合物が挙げられる。有機カルボン酸のビスマス塩は、例えば、オクタン酸ビスマスなどのゲル化触媒としても利用され得る。環式3級アミンおよび/または長鎖アミンとしては、ジメチルベンジルアミン、トリエチレンジアミン、4.4’(オキシジ-2,1-エタンジイル)ビスモルホリン、およびそれらの組み合わせが挙げられる。市販のゲル化触媒の例は、他の市販のゲル化触媒の中でも、EvonikからのPOLYCAT(商標)8およびDABCO(登録商標)T-12である。
三量体化触媒の例としては、とりわけ、N,N,N′,N”,N”-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA);N,N’,N”-トリス(3-ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-S-トリアジン;N,N-ジメチルシクロ-ヘキシルアミン;1,3,5-トリス(N,N-ジメチルアミノプロピル)-s-ヘキサヒドロトリアジン;[2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール];カリウムアセテート、カリウムオクトエート;水酸化テトラメチルアンモニウムなどの水酸化テトラアルキルアンモニウム;水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物;ナトリウムメトキシドおよびカリウムイソプロポキシドなどのアルカリ金属アルコキシド;ならびに10~20個の炭素原子を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの市販の三量体化触媒としては、他の市販の三量体化触媒の中でも、各々EvonikからのDABCO(登録商標)TMR-2、TMR-7、DABCO(登録商標)K2097;DABCO(登録商標)K15、POLYCAT(商標)41、およびPOLYCAT(商標)46が挙げられる。
様々な実施形態では、発泡剤は、反応混合物の総重量に基づいて、1.0~15重量%の量で存在し得る。本明細書で提供される他の発泡剤に加えて、当技術分野で既知の発泡剤は、水、揮発性有機物質、溶解した不活性気体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。発泡剤の例としては、ブタン、イソブタン、2,3-ジメチルブタン、n-およびi-ペンタン異性体、ヘキサン異性体、ヘプタン異性体、およびシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンを含むシクロアルカンなどの炭化水素;HCFC-142b(1-クロロ-1,1-ジフルオロエタン)、HCFC-141b(1,1-ジクロロ-1-フルオロエタン)、HCFC-22(クロロジフルオロ-メタン)、HFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン)、HFC-365mfc(1,1,1,3,3-ペンタ-フルオロブタン)、HFC227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン)、HFC-134a(1,1,1,2-テトラフルオロエタン)、HFC-125(1,1,1,2,2-ペンタフルオロエタン)、HFC-143(1,1,2-トリフルオロエタン)、HFC143A(1,1,1-トリフルオロエタン)、HFC-152(1,1-ジフルオロエタン)、HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン)、HFC-236ca(1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン)、HFC236fa(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロエタン)、HFC245ca(1,1,2,2,3-ペンタフルオロペンタン)、HFC356mff(1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロブタン)、HFC365mfc(1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン)などのハイドロフルオロカーボン;シス-1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテン、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンなどのハイドロフルオロオレフィン;ギ酸および水などの化学発泡剤が挙げられる。発泡剤は、エチルアセテート;メタノール;エタノール;塩化メチレン、クロロホルム、塩化エチリデン、塩化ビニリデン、モノフルオロトリクロロメタン、クロロジフルオロメタン、またはジクロロジフルオロメタンなどのハロゲン置換アルカン;ブタン;ヘキサン;ヘプタン;ジエチルエーテルなどの他の揮発性有機物質;ならびに窒素、空気、および二酸化炭素の気体であり得る。
様々な実施形態では、界面活性剤は、反応混合物の総重量に基づいて、0.1~10重量%の量で存在し得る。好適な界面活性剤の例としては、シリコーン系界面活性剤および有機系界面活性剤が挙げられる。いくつかの代表的な材料は、一般に、米国特許第2,834,748号、同第2,917,480号、および同第2,846,458号に開示のものなどのポリシロキサンポリオキシルアルキレンブロックコポリマーであり、これらの開示は、参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれる。米国特許第5,600,019号に記載の、ポリオキシエチレン-ポリオキシブチレンブロックコポリマーを含有する有機界面活性剤も挙げられ、その開示は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。他の界面活性剤としては、長鎖アルコールのポリエチレングリコールエーテル、長鎖アリル酸スルフェートエステルの三級アミンまたはアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステル、アルキルアリールスルホン酸、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
水は、反応混合物の総重量に基づいて、0.1~1.5重量%の量で反応混合物中に存在し得る。
反応混合物は、水、触媒、発泡剤、界面活性剤、およびそれらの組み合わせに加えて、他の添加剤と共に充填剤をさらに含み得る。かかる他の添加剤の総量は、0.01重量%~30.0重量%であり得る。ポリウレタンポリマー組成物用の他の添加剤の使用もまた既知であり、本開示と共に使用され得る。
実施形態では、本明細書で提供される反応混合物を使用して、ポリウレタン系ポリマー発泡体を含むポリウレタン系ポリマーを形成することができる。ポリウレタン系発泡体を生成するための反応混合物を調製するためのプロセスは、当技術分野において任意の既知のプロセス技法を通じて達成することができる。一般に、本開示のポリウレタン系発泡体は、一般に不連続パネルプロセス(DCP)および連続ラミネーションと称されるプロセスを含む、不連続または連続プロセスによって生成され得、起泡反応およびその後の硬化は金型内またはコンベヤー上で実行される。本明細書で提供されるプロセスは、15℃~80℃の温度で実施され得る。プロセスの混合圧力としては、80kPa~25,000kPaの値を挙げることができる。ポリウレタン系発泡体の成分の混和は、当技術分野で既知の混合デバイスを使用して実施され得る。生じるポリウレタン発泡体の密度は、10kg/m以上、好ましくは15kg/m以上、より好ましくは25kg/m以上、最も好ましくは35kg/m以上、かつ同時に典型的には、200kg/m以下、好ましくは100kg/m以下、より好ましくは70kg/m以下、なお最も好ましくは50kg/m以下であり得る。
本開示のポリウレタン系発泡体は、ASTM E662“Test Method for Specific Optical Density of Smoke Generated by Solid Materials”に従って決定される、低い発煙および高い熱安定性を提供する。最大比光学密度(Max Ds)の値が低いほど、発煙が少ないことを意味する。質量損失%の値が低いほど、熱安定性が高いことを意味する。Max Dsは、400以下、好ましくは200以下、より好ましくは100以下、なお最も好ましくは50以下であり得る。質量損失%は、50%以下、好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下、なお最も好ましくは30%以下であり得る。
本開示のポリウレタン系発泡体は、建物の断熱などの用途において低い熱伝導率を有し得る。硬質発泡体の熱伝導率は、Kファクターによって表される。Kファクターは、断熱特性の測定値である。調製される発泡体のKファクターは、30.0mW/m K以下、好ましくは27.0mW/m K以下、より好ましくは24.0mW/m K以下、なお最も好ましくは22.0mW/m K以下であり得る。熱伝導率(Kファクター)は、75°Fの平均温度でASTMC-518-17を使用して測定した。
本開示によって生成されるポリウレタン系発泡体の用途は、業界で既知ものである。例えば、ポリウレタン系発泡体は、建物の壁および屋根、ガレージのドア、輸送用トラックおよび鉄道車両、ならびに冷蔵施設で使用される断熱に使用され得る。本明細書に開示のポリウレタン系発泡体は、これらの用途に望ましい特性の組み合わせを有し得る。例えば、本明細書に開示のポリウレタン系発泡体は、望ましい低熱伝導率、煙密度、熱安定性、および低減されたHCNおよびCO放出を伴う改善された燃焼特徴を有利に提供し得る。
本開示の金属キレートポリオールおよびポリウレタンポリマーはまた、例えば、可撓性発泡体、コーティング、エラストマー、封止剤、結合剤、または接着剤として有用であり得る。コーティング、エラストマー、封止剤、結合剤、または接着剤として使用するために、反応物質は、好ましくは2成分系(2K)に配合され、一方の成分は、ポリイソシアネート(より好ましくはイソシアネート末端プレポリマーまたは準プレポリマー)を含有し、他方の成分は、金属キレート化ポリエステルポリオール液および/または金属キレート化ポリエーテルポリオール液のうちの少なくとも1つを含有し、金属キレートポリオールが、硬化ポリウレタン生成物に抗真菌性、抗菌性、耐臭性、硬度、耐摩擦性などを付与する。コーティング、エラストマー、封止剤、結合剤、または接着剤として使用するために、他の任意選択的なポリオールを含む金属キレートポリオールを、有機ポリイソシアネートと予備反応させて、イソシアネート基を含有し、1成分(1K)硬化系として利用されるプレポリマーまたは準プレポリマーを形成することができる。
ここで、本開示のいくつかの実施形態について、以下の実施例で詳細に記載する。
本開示のいくつかの実施形態は、以下の実施例で詳述され、すべての部およびパーセンテージが、他に指定されない限り重量による。実施例では、以下の材料および試験を使用する。
材料
実施例および/または比較例で用いられる材料には、以下が含まれる。
ポリオールAは、220mg KOH/gのヒドロキシル価および2の官能価を有する、ポリエステルポリオール(テレフタル酸、ポリエチレングリコール200、およびジエチレングリコールからの芳香族ポリエステルポリオール)である。
ポリオールBは、315 mg KOH/gのヒドロキシル価および2.4の官能価を有する、ポリエステルポリオール(テレフタル酸、ポリエチレングリコール200、グリセロール、およびジエチレングリコールからの芳香族ポリエステルポリオール)である。
TCI Americaから入手可能なポリエチレングリコール200(PEG 200)。
TCI Americaから入手可能なポリエチレングリコール400(PEG 400)。
TCI Americaから入手可能なN,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン。
TCI Americaから入手可能な2-[[2-(ジメチルアミノ)エチル]メチルアミノ]エタノール。
Sigma-Aldrichから入手可能な1-[ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミノ-2-プロパノール]。
Acros Organicsから入手可能なグリセロール。
Dorf Ketal Chemicalsから入手可能なTYZOR(登録商標)AA105(触媒)。
Sigma-Aldrichから入手可能な2,2’-ビピリジン(BIPY)。
TCI Americaから入手可能なN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)。
トリエチルホスフェート(TEP)は、LANXESSからの難燃剤である。
TCI Americaからのメソ-ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物。
POLYCAT(商標)5は、Evonik Industries AGからの触媒である。
POLYCAT(商標)46は、Evonik Industries AGからの触媒である。
TCI Americaから入手可能なエチレンジアミン四酢酸二無水物。
TCI Americaから入手可能なジエチレントリアミン五酢酸二無水物。
界面活性剤は、Evonik Industries AGからのシリコーン硬質発泡界面活性剤である。
水は、25℃で10MΩ×cm(百万オーム)の比抵抗を有する脱イオン水である。
シクロペンタン(c-ペンタン)は、Sigma-Aldrichからの発泡剤である。
ジエチル(ヒドロキシメチル)ホスホネート(DEHMP)は、Tokyo Chemical。
Industry Co., Ltd.からの難燃剤である。
PAPI(商標)580Nは、メチレンジフェニルを含有するポリメチレンポリフェニルイソシアネートである。
Dow Inc.からの、30.8%のイソシアネートを含むジイソシアネート(MDI)。
水酸化銅(II)(Cu(OH)2)、テクニカルグレード、Sigma Aldrichから入手可能。
酸化銅(I)(Cu2O)、テクニカルグレード、Sigma Aldrichから入手可能。
炭酸銅、塩基性、Sigma Aldrichから入手可能。
Sigma Aldrichから入手可能なエチルヘキサン酸銅(II)(CuEH)。
Acros Organicsから入手可能な酢酸銅(II)一水和物(Cu(OAc)O)。
Acros Organicsから入手可能な酢酸コバルト(II)四水和物(Co(OAc) 4HO)。
Acros Organicsから入手可能な酢酸ニッケル(II)四水和物(Ni(OAc) 4HO)。
Fisher Scientificから入手可能な酢酸銀(I)(Ag(OAc))。
Fisher Scientificから入手可能な酢酸亜鉛(II)二水和物(Zn(OAc) 2HO)。
Acros Organicsから入手可能な酢酸カルシウム(II)一水和物(Ca(OAc)O)。
非キレートポリエステルポリオールの調製
ブタン二無水物および水酸化銅(II)を含有するポリエステルポリオール(C Ex A用)
ポリエステルポリオールA(85.0グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。メソ-ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物を、3.07g(第1の部分)および2.99g(第2の部分)の2回に分けて添加し、第1の添加後30分、および第2の添加後1.75時間保持する。水酸化銅(II)を、1.44g(第1の部分)および1.33g(第2の部分)の2回に分けて添加し、第1の添加後60分、および第2の添加後2.0時間保持する。反応器生成物中に、水酸化銅(II)の固体粒子が観察される。合計8時間の間、120℃まで温度を上昇させると、水酸化銅(II)の固体粒子が、反応生成物中に観察される。2時間の間、140℃まで温度を上昇させると、水酸化銅(II)の固体粒子が、反応生成物中に観察される。3時間の間、160℃まで温度を上昇させると、ゲル様の粒子が、反応生成物中に観察される。
液体キレート化金属ポリオールの調製
液体キレート化金属ポリオールC
ポリエステルポリオールA(85.99グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、4.096g(第1の部分)および3.839g(第2の部分)の2回に分けて添加し、第1の添加後30分、および第2の添加後60分保持する。フラスコの内容物を、60℃まで冷却する。塩基性炭酸銅(II)を、1.713gおよび1.712gの2回に分けて添加し、第1の添加後60分、および第2の添加後6時間の保持時間を用いる。次に、フラスコの内容物を80℃まで加熱し、この温度で2時間保持し、その後フラスコの内容物を100℃まで加熱し、この温度で16時間保持し、次いでフラスコの内容物を120℃まで加熱し、この温度で6時間保持する。生成物は、青色の粘稠な液体である。生成物を60℃まで冷却し、ポリエステルポリオールB(28.63グラム、OH#315mg KOH/グラム)およびトリエチルホスフェート(20.25グラム)を使用して撹拌しながら希薄し、撹拌しながら60℃で16時間の保持時間を用い、その後室温(23℃)まで冷却する。
液体キレート化金属ポリオールD
ポリエステルポリオールA(170.49グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、5.047g(第1の部分)、5.233g(第2の部分)、および5.450g(第3の部分)の3回に分けて添加し、第1および第2の添加後30分、ならびに第3の添加後60分保持する。4.26gの試料アリコートを取り出す。水酸化銅(II)を、2.078g(第1の部分)、1.918g(第2の部分)、および1.858g(第3の部分)の3回に分けて添加し、第1および第2の添加後30分、ならびに第3の添加後5.75時間保持し、7.44gのアリコートを取り出し、室温まで冷却する。生成物は、2.05mg KOH/グラムの酸価を有し、透明な青色の粘稠な液体である。生成物を60℃まで温め、ポリエステルポリオールB(53.3グラム、OH#315mg KOH/グラム)およびトリエチルホスフェート(37.6グラム)を用いて撹拌することによって希薄し、撹拌しながら40℃で2.5時間の保持時間を用い、その後室温まで冷却する。
液体キレート化金属ポリオールE
ポリエチレングリコール200(100グラム、Mn201)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、3.105g(第1の部分)、3.095g(第2の部分)、および3.026g(第3の部分)の3回に分けて添加し、第1および第2の添加後約25分、ならびに第3の添加後約75分保持する。水酸化銅(II)を、1.086g(第1の部分)、1.105g(第2の部分)、および1.243g(第3の部分)の3回に分けて添加し、第1および第2の添加後30分、ならびに第3の添加後3.25時間保持する。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールF
N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(8.85グラム)およびポリオールA(120.00g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.0430グラム)を注入し、2時間撹拌する。フラスコの内容物を、100℃まで冷却する。酢酸銅(II)一水和物を、2.779gおよび2.961gの2回に分けて添加し、第1の添加後1時間の保持時間、および第2の添加後2時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールG
ポリエチレングリコール200(348.33グラム、Mn200)、テレフタル酸(199.33グラム)、およびTYZOR AA 105(0.1374グラム)を、熱電対を備えたNインレットアダプターを備えた、断熱した4つ口1000mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに静置してオーバーヘッドで撹拌する。真空(100トール)とNとの間との間のサイクルによって脱気体した後、オイルバブラーを介して排気されるNスイープを備えたアウトレットアダプターに取り付けた、ヒートトレースし断熱したDean-stark型のトラップおよび凝縮器を備えた反応器を完了させる。収集した留出物を用いる反応プロファイルは、ポリエステルポリオールが冷えてから、ポリエチレングリコール200(28グラム、Mn200)を添加して、4.5時間220℃、4時間230℃、3時間240℃、および4.5時間250℃である。
N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(20.61グラム)および本実施例に記載のポリエステルポリオール(122.0グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで正の窒素(N、気体)に切り替える。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.0472グラム)を注入し、4時間撹拌する。この物質のヒドロキシル価は、214mg KOH/gである。フラスコの内容物を、100℃まで冷却する。酢酸銅(II)一水和物を、3.505gおよび3.384gの2回に分けて添加し、第1の添加後1時間の保持時間、および第2の添加後1時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールH
1-[ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミノ-2-プロパノール](8.64グラム)、グリセロール(3.24グラム)、およびポリオールA(131.08グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで正の窒素(N、気体)に切り替える。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.0467グラム)を注入し、4時間撹拌する。ヒドロキシル価は、282mg KOH/グラムである。フラスコの内容物を、100℃まで冷却する。酢酸銅(II)一水和物を、3.521グラムおよび3.312グラムの2回に分けて添加し、第1の添加後1時間の保持時間、および第2の添加後1時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールI
2-[[2-(ジメチルアミノ)エチル]メチルアミノ]エタノール(5.14グラム)、グリセロール(3.24グラム)、およびポリオールA(134.60グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口250mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで正の窒素(N、気体)に切り替える。フラスコを165℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.0431グラム)を注入し、3時間撹拌する。ヒドロキシル価は、287 mg KOH/グラムである。フラスコの内容物を、100℃まで冷却する。酢酸銅(II)一水和物を、3.45グラムおよび3.45グラムの2回に分けて添加し、第1の添加後1時間の保持時間、および第2の添加後1.75時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青緑色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールJ
ポリエチレングリコール400(45.0グラム、407)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口100mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。75℃までフラスコを温める。1.451g(第1の部分)、1.379g(第2の部分)、および1.120g(第3の部分)の3回に分けてジエチレントリアミン五酢酸二無水物を添加する;第1の部分は、75℃で1時間、次いで100℃で1時間混合し、第2および第3の部分を100℃で添加し、第2および第3の添加後約1時間保持する。水酸化銅(II)を、0.243g(第1の部分)および0.225g(第2の部分)の2回に分けて添加し、第1および第2の添加後1時間保持する。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な青色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールK
ポリエチレングリコール200(348.33グラム、Mn200)、テレフタル酸(199.33グラム)、およびTYZOR(登録商標)AA105(0.1374グラム)を、熱電対を備えたNインレットアダプターを備えた、断熱した4つ口1000mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに静置してオーバーヘッドで撹拌する。真空(100トール)とNとの間との間のサイクルによって脱気体した後、オイルバブラーを介して排気されるNスイープを備えたアウトレットアダプターに取り付けた、ヒートトレースし断熱したDean-stark型のトラップおよび凝縮器を備えた反応器を完了させる。収集した留出物を用いる反応プロファイルは、ポリエステルポリオールが冷えてから、ポリエチレングリコール200(28グラム、Mn200)を添加して、4.5時間220℃、4時間230℃、3時間240℃、および4.5時間250℃である。
N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(42.24グラム)および本実施例に記載のポリエステルポリオール(250.0グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで50トールの真空/大気圧のN(3回のサイクル)で脱気し、次いで正の窒素、(N、気体)に切り替える。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.1007グラム)を注入し、4時間撹拌する。この物質のヒドロキシル価は、220mg KOH/gである。フラスコの内容物を、80℃に冷却し、瓶に移す。
ポリエステルアミノポリオール(前の段落、60.0グラム)を3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。酢酸コバルト(II)四水和物を、2.51g、2.30g、および2.21gの3回に分けて添加し、第1の添加および第2の添加後1時間の保持時間、ならびに第3の添加後1.25時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な濃い紫色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールL
ポリエチレングリコール200(348.33グラム、Mn200)、テレフタル酸(199.33グラム)、およびTYZOR(登録商標)AA105(0.1374グラム)を、熱電対を備えたNインレットアダプターを備えた、断熱した4つ口1000mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに静置してオーバーヘッドで撹拌する。真空(100トール)とNとの間との間のサイクルによって脱気体した後、オイルバブラーを介して排気されるNスイープを備えたアウトレットアダプターに取り付けた、ヒートトレースし断熱したDean-stark型のトラップおよび凝縮器を備えた反応器を完了させる。収集した留出物を用いる反応プロファイルは、ポリエステルポリオールが冷えてから、ポリエチレングリコール200(28グラム、Mn200)を添加して、4.5時間220℃、4時間230℃、3時間240℃、および4.5時間250℃である。
N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(42.24グラム)および本実施例に記載のポリエステルポリオール(250.0グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで50トールの真空/大気圧のN(3回のサイクル)で脱気し、次いで正の窒素、(N、気体)に切り替える。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.1007グラム)を注入し、4時間撹拌する。この物質のヒドロキシル価は、220 mg KOH/gである。フラスコの内容物を、80℃に冷却し、瓶に移す。
ポリエステルアミノポリオール(前の段落、60.0グラム)を3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。酢酸ニッケル(II)四水和物を、2.568g、2.244g、および2.208gの3回に分けて添加し、第1の添加、第2の添加、および第3の添加後1時間の保持時間を用いる。生成物を室温まで冷却する。生成物は、透明な濃い青緑色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールM
ポリエチレングリコール200(348.33グラム、Mn200)、テレフタル酸(199.33グラム)、およびTYZOR(登録商標)AA105(0.1374グラム)を、熱電対を備えたNインレットアダプターを備えた、断熱した4つ口1000mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに静置してオーバーヘッドで撹拌する。真空(100トール)とNとの間との間のサイクルによって脱気体した後、オイルバブラーを介して排気されるNスイープを備えたアウトレットアダプターに取り付けた、ヒートトレースし断熱したDean-stark型のトラップおよび凝縮器を備えた反応器を完了させる。収集した留出物を用いる反応プロファイルは、ポリエステルポリオールが冷えてから、ポリエチレングリコール200(28グラム、Mn200)を添加して、4.5時間220℃、4時間230℃、3時間240℃、および4.5時間250℃である。
N,N,N’,N’-テトラキス-(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン(42.24グラム)および本実施例に記載のポリエステルポリオール(250.0グラム)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置き、次いで50トールの真空/大気圧のN(3回のサイクル)で脱気し、次いで正の窒素、(N、気体)に切り替える。フラスコを180℃まで温め、その温度に近づいたらTYZOR(登録商標)AA105(0.1007グラム)を注入し、4時間撹拌する。この物質のヒドロキシル価は、220 mg KOH/gである。フラスコの内容物を、80℃に冷却し、瓶に移す。
ポリエステルアミノポリオール(前の段落、60.0グラム)を3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。酢酸銀(I)(1.680グラム)を添加し、1時間の保持時間の後、透明な茶色の粘稠な撹拌可能な液体を得る。
液体キレート化金属ポリオールN
ポリエステルポリオールA(250.0グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、5.122グラム(第1の部分)、4.842グラム(第2の部分)、4.739グラム(第3の部分)、および4.617グラム(第4の部分)の4回に分けて添加し、第1、第2、第3添加後30分保持し、第4の添加後60分時間保持する。生成物を冷却し、瓶に移す。
アミノポリカルボン酸部分(前の段落、55.0グラム)を有するキレートポリエステルポリオールを3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。酢酸カルシウム(II)一水和物を、0.457グラム(第1の部分)および0.448グラム(第2の部分)の2回に分けて添加し、各添加後1時間保持する。生成物を室温まで冷却する。生成物は、金色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールO
ポリエステルポリオールA(250.0グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、5.122グラム(第1の部分)、4.842グラム(第2の部分)、4.739グラム(第3の部分)、および4.617グラム(第4の部分)の4回に分けて添加し、第1、第2、第3添加後30分保持し、第4の添加後60分時間保持する。生成物を冷却し、瓶に移す。
アミノポリカルボン酸部分(前の段落、55.0グラム)を有するキレートポリエステルポリオールを3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。酢酸亜鉛(II)二水和物を、1.187グラム(第1の部分)、1.169グラム(第2の部分)、および0.856グラム(第3の部分)の3回に分けて添加し、各添加後1時間保持し、第3の添加後120℃でさらに1.5時間保持する。生成物を室温まで冷却する。生成物は、金色の粘稠な液体である。
液体キレート化金属ポリオールP
ポリエステルポリオールA(250.0グラム、OH#220mg KOH/g)を、加熱マントルピースに配置した乾燥させた3つ口500mL丸底フラスコに充填し、オーバーヘッドで撹拌しながら最初の窒素(N、気体)スイープ下に置く。100℃までフラスコを温める。エチレンジアミン四酢酸二無水物を、5.122グラム(第1の部分)、4.842グラム(第2の部分)、4.739グラム(第3の部分)、および4.617グラム(第4の部分)の4回に分けて添加し、第1、第2、第3添加後30分保持し、第4の添加後60分時間保持する。生成物を冷却し、瓶に移す。
アミノポリカルボン酸部分(前の段落、55.0グラム)を有するキレートポリエステルポリオールを3つ口100mL丸底フラスコに充填し、フラスコを加熱マントルピースに配置し、オーバーヘッドで撹拌しながら窒素(N、気体)スイープ下に置く。75℃までフラスコを温める。酢酸銀(I)を、0.684グラム(第1の部分)および0.602グラム(第2の部分)の2回に分けて添加し、第1の添加後20分保持し、第2の添加後1時間保持する。生成物を室温まで冷却する。生成物は、琥珀色の粘稠な液体である。
Figure 2022540217000002
Figure 2022540217000003
以下のようにポリウレタン系成形発泡体を調製する。各実施例(EX)および比較例(C Ex)では、表1に提供されるイソシアネート反応性組成物の成分を、ロータリーミキサーを用いて2,000rpmで10秒間(秒)、ビーカー内で混合する。次に、イソシアネート反応性組成物とイソシアネートとを再び3,000rpmで4秒間、ビーカー内で混合する。混合直後、ビーカーの内容物を、60°Cに予熱した金型(300ミリメートル(mm)×200mm×50mm)に注ぐ。60°Cで15分間硬化させた後、発泡体を金型から取り出す。成形発泡体のコア密度は、およそ40kg/mであった。
以下のようにポリウレタン系カップ発泡体を調製する。表2に提供される各EXおよびC EXの80グラム(g)の総重量を有する反応混合物を、500mLビーカーに調製する。表2に提供されるイソシアネート反応性組成物の成分を、ロータリーミキサーを用いて2000rpmで10秒間(s)混合する。次に、イソシアネート反応性組成物とイソシアネートとを再び3000rpmで5秒間、室温条件(23℃、相対湿度50%)で、ビーカー内で混合する。24時間(時間)後、ビーカー上部の平面から浮き上がった発泡体部分を除去し、次いで2.54cm×2.54cm×2.54cmの中心コアを切除する。
煙気体の組成分析
FID検出器を備えたAgilent6890GCに取り付けたFrontier Labs 2020D熱分解器を使用して、熱分解試験を行う。シリカで裏打ちしたFrontier labsのステンレス鋼カップに、およそ200~250μgの試料を量り入れる。試料カップをオーブンに落とし、600℃の空気条件下で2分間、続いてヘリウム条件下でさらに2分間分析することによって、シングルショットモードによって熱分解を実施する。micro-cryo trappingデバイス(MCT)を使用して、分離カラムのヘッドで試料から放出された揮発性生成物を捕捉する。ガードカラムとしてHP-1(10m×0.53mm×2.65μm)を備えたAgilentからの10m×0.32mm内径×5μmのPoraBond Qカラムを使用して、分離を達成する。バックフラッシュの目的用にバックインレット圧力を使用する(PoraBond QおよびHP-1カラムへのヘッド圧力ティーとしてバックインレットを使用する、0.5m×0.53mmのガードカラム)。HCNは、背面のFID検出器で検出した。HCN濃度の比較には、試料重量によって正規化したHCNのピーク面積を使用する。遷移金属含有試料の相対HCN含有量は、その正規化されたHCNピーク面積を、遷移金属を含まない対応する比較対照例の正規化されたHCNピーク面積で除算した比として定義する。
GC条件:前面注入ポート:300℃;1:1のスプリットインジェクター;傾斜圧力:4.9psiを1.5分間、次いで50psi/分で3.1psiまで保持、背面注入ポート:4psi;GCオーブン:40℃で3分間、30℃/分で240℃まで保持;FID:250℃、H2流量:40mL/分、空気流量:450mL/分、補給気体(N):30mL/分、50Hz。
結果
表3および表4に見られるように、HCN生成の大幅な低減は、液体キレート化遷移金属ポリオールを含有する成形発泡体で達成される。
Figure 2022540217000004
Figure 2022540217000005
表5に見られるように、HCN生成の大幅な低減は、液体キレート化遷移金属ポリオールを含有するカップ発泡体で達成される。
Figure 2022540217000006

Claims (10)

  1. 金属キレート化ポリエステルポリオール液であって、
    キレート部分を有するキレートポリエステルポリオールと、
    金属イオンを有する金属化合物との反応生成物を含み、前記キレートポリエステルポリオールが、
    液体ポリエステルポリオールのモノマー、または
    前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールと、前記キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成され、前記キレート部分が、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択され、
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマー、または前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエステルポリオールを形成し、
    前記アミノ系キレート部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエステルポリオールのモノマー、または前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールのうちの1つと化学的に反応して、前記キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成し、
    前記キレートポリエステルポリオールの前記キレート部分が、前記金属イオンをキレート化して、0.05:1~2:1の前記金属イオン対前記キレート部分のモル比を有する前記金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成する、金属キレート化ポリエステルポリオール液。
  2. 金属キレート化ポリエーテルポリオール液であって、
    キレート部分を有するキレートポリエーテルポリオールと、金属イオンを有する金属化合物との反応生成物を含み、前記キレートポリエーテルポリオールが、
    液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または
    前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールと、前記キレート部分を有するキレート剤との化学反応から形成され、前記キレート部分が、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択され、
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマー、または前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエーテルポリオールを形成し、
    前記アミノ系キレート部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエーテルポリオールのモノマー、または前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールのうちの1つと化学的に反応して、前記キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成し、
    前記キレートポリエーテルポリオールの前記キレート部分が、前記金属イオンをキレート化して、0.05:1~2:1の前記金属イオン対前記キレート部分のモル比を有する前記金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成する、金属キレート化ポリエーテルポリオール液。
  3. 前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、1:1.5~1:100のモル比で前記液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエステルポリオールを形成するか、または
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、1:1.5~1:100のモル比で前記液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエーテルポリオールを形成するか、または
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、エチレンジアミン四酢酸二無水物、ジエチレントリアミン五酢酸二無水物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるか、または
    前記アミノ系キレート部分を有する前記金属キレート化ポリエステルポリオール液の前記キレート剤が、アルコキシル化ジアミン、アルコキシル化トリアミン、およびアルコキシル化テトラアミン、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択されるか、または
    前記アミノ系キレート部分を有する前記金属キレート化ポリエーテルポリオール液の前記キレート剤が、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の金属キレート化ポリエステルポリオール液または請求項2に記載の金属キレート化ポリエーテルポリオール液。
  4. 前記金属化合物が、水酸化物、カーボネート、カルボキシレート、金属塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記金属イオンが、銅、亜鉛、銀、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、カドミウム、ガリウム、インジウム、鉛、マグネシウム、水銀、パラジウム、スカンジウム、ストロンチウム、トリウム、チタン、バナジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるか、
    または
    前記金属化合物が、水酸化銅(II)、炭酸銅(II)、塩基性炭酸銅(II)、酢酸銅(II)、酢酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、酢酸銀(I)、酢酸亜鉛(II)、酢酸カルシウム(II)、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の金属キレート化ポリエステルポリオール液または請求項2に記載の金属キレート化ポリエーテルポリオール液。
  5. ポリウレタンポリマーを形成するための、ヒドロキシル部分を有するイソシアネート反応性組成物であって、
    0.1~100重量パーセントの請求項1および3~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエステルポリオール液、または
    0.1~100重量パーセントの請求項2~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエーテルポリオール液と、
    任意選択的に、最大99.9重量パーセントのポリオールと、を含んで、前記イソシアネート反応性組成物を形成し、前記重量パーセントが、前記イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく、イソシアネート反応性組成物。
  6. 請求項1および3~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエステルポリオール液では、
    難燃性化合物からの0.1重量%~7.0重量%のリン(前記リンの重量%が、前記イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、前記金属キレート化ポリエステルポリオール液からの0.05重量%~14.0重量%の前記金属(前記金属の重量%が、前記イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、およびそれらの組み合わせから選択される化合物をさらに含むか、
    または
    請求項2~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエーテルポリオール液では、
    難燃性化合物からの0.1重量%~1.5重量%のリン(前記リンの重量%が、前記イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、
    前記金属キレート化ポリエーテルポリオール液からの0.05重量%~3.0重量%の前記金属
    (前記金属の重量%が、前記イソシアネート反応性組成物の総重量に基づく)、
    およびそれらの組み合わせから選択される化合物をさらに含む、請求項5に記載のイソシアネート反応性組成物。
  7. ポリウレタンポリマーを形成するための反応混合物であって、
    イソシアネート部分を有するイソシアネート化合物と、
    請求項5~6のいずれか一項に記載のイソシアネート反応性組成物と、を含み、前記反応混合物が、0.90:1~7:1の前記イソシアネート部分対前記ヒドロキシル部分のモル比を有する、反応混合物。
  8. 前記反応混合物が、水、触媒、界面活性剤、発泡剤、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、請求項7に記載の反応混合物。
  9. 請求項7または8に記載の反応混合物で形成された、ポリウレタン系ポリマー。
  10. 請求項1および3~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエステルポリオール液または請求項2~4のいずれか一項に記載の金属キレート化ポリエーテルポリオール液を調製するためのプロセスであって、前記金属キレート化ポリエステルポリオール液を調製するための前記プロセスが、
    液体ポリエステルポリオールのモノマー、もしくは前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールと、キレート部分を有するキレート剤とを反応させて、キレートポリエステルポリオールを形成することであって、前記キレート部分が、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択され、
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、
    前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマー、もしくは前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエステルポリオールを形成し、
    前記アミノ系キレート部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマー、もしくは前記液体ポリエステルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエステルポリオールと化学的に反応して、前記キレートポリエステルポリオールとしてポリエステルアミノポリオールを形成する、キレートポリエステルポリオールを形成することと、
    前記キレート部分を有する前記キレートポリエステルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることであって、前記キレートポリエステルポリオールの前記キレート部分が、前記金属イオンをキレート化して、前記金属キレート化ポリエステルポリオール液を形成し、前記反応が、0.05:1~2:1の前記金属イオン対前記キレート部分のモル比を有する、金属イオンを有する金属化合物と反応させることと、を含むか、
    または
    前記金属キレート化ポリエーテルポリオール液を調製するための前記プロセスが、
    液体ポリエーテルポリオールのモノマー、もしくは前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールと、
    キレート部分を有するキレート剤とを反応させて、キレートポリエーテルポリオールを形成することであって、前記キレート部分が、二無水物部分、アミノ系キレート部分、およびそれらの組み合わせから選択され、
    前記二無水物部分を有する前記キレート剤が、
    前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマー、もしくは前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、アミノポリカルボン酸部分を有する前記キレートポリエーテルポリオールを形成し、
    前記アミノ系キレート部分を有する前記キレート剤が、前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマー、もしくは前記液体ポリエーテルポリオールの前記モノマーから形成された前記液体ポリエーテルポリオールと化学的に反応して、前記キレートポリエーテルポリオールとしてポリエーテルアミノポリオールを形成する、キレートポリエーテルポリオールを形成することと、
    前記キレート部分を有する前記キレートポリエーテルポリオールを、金属イオンを有する金属化合物と反応させることであって、前記キレートポリエーテルポリオールの前記キレート部分が、前記金属イオンをキレート化して、前記金属キレート化ポリエーテルポリオール液を形成し、前記反応が、0.05:1~2:1の前記金属イオン対前記キレート部分のモル比を有する、金属イオンを有する金属化合物と反応させることと、を含む、プロセス。

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