JP5183289B2 - 硬質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
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Description
現在、この硬質ポリウレタンフォームの製造に際し、発泡剤として、水とポリイソシアネートとの反応により発生する二酸化炭素を利用する方法が一般的となっている。
そして、良好な施工性を得るために、触媒として鉛などの重金属系触媒が使用されてきたが(特許文献1参照)、この触媒は、環境・人体への影響からその使用を制限することが望まれつつある。
また、このスプレー工法において、吹き付けてから所定厚みに吹き付けられているかを確認する作業があるが、その際フォーム表面にベタつきが有ると厚みを測定するのが困難になるという問題があった。
硬質ポリウレタンフォームを製造するに際し、触媒として特定の3種を組み合わせることにより、重金属系触媒を用いなくとも、ウレタン化と三量化(イソシアヌレート化)との両反応が十分にかつバランスよく促進され、優れた施工性や寸法安定性、難燃性などの特性をもつ硬質ポリウレタンフォームが得られることを見出した。
発泡剤として、水とポリイソシアネート成分との反応により発生する二酸化炭素と、液体状態の二酸化炭素を加熱加圧することで超臨界状態、亜臨界状態の少なくとも1つの状態とした二酸化炭素とを併用するものであって、
前記水と加熱加圧前の液体状態の二酸化炭素とをポリオール成分に加え、次いで、当該液体状態の二酸化炭素を加熱加圧することで超臨界状態、亜臨界状態の少なくとも1つの状態とし、
ここに、ポリイソシアネート成分を加えることにより硬質ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
前記ポリオール成分中に、触媒として、重金属系触媒を用いず、少なくとも、ポリオール成分中のポリオール100重量部に対して、(i)トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジンが2〜5重量部、(ii)トリエチレンジアミンが2〜7重量部、(iii)カルボン酸のアルカリ金属塩が2〜5重量部が含有されていることを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
そして、本発明の製造方法による硬質ポリウレタンフォームは、施工性が非常に良好であるため、特に、スプレー工法において施工対象物に吹き付けた際に、横のびが発生しにくく、平滑性にも優れ、かつ硬化性にも優れたフォームを得ることが出来、産業上の利用価値は極めて大きい。
なお、本発明の製造方法は、スプレー工法以外にも連続的にフォームを生産する方法にも適用出来る。
このような製造条件を前提とし、本発明では、ポリオール成分中に、触媒として、少なくとも、(i)トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジン、(ii)トリエチレンジアミン、および(iii)カルボン酸のアルカリ金属塩の3種が含有されていることが重要である。
水貯蔵タンク15の水は、各ポンプと連動して動作する計量ポンプ16によって計量され、配管13に接続した配管17を通ってポリオール成分に投入され、ミキシングヘッド5に至る流路で移送中のポリオール成分中に混合される。
二酸化炭素ボンベ6の二酸化炭素は、各ポンプと連動して動作する計量ポンプ7によって計量され、配管13に接続した配管8を通ってポリオール成分に投入され、ミキシングヘッド5に至る流路で移送中のポリオール成分中に混合される。
このとき、二酸化炭素及び水の投入位置からミキシングヘッドまでの間にスタテックミキサーを設けることで、混合効率をより高めてもよい。
ミキシングヘッド5内で、ポリイソシアネート成分と(二酸化炭素及び水が混合された)ポリオール成分とが衝突混合されて大気中に液状或いは泡状のミストで噴出され、その後反応硬化して硬質ポリウレタンフォームが形成される。
この3種の触媒の合計添加量は、ポリオール成分100重量部に対して、6〜17重量部が好ましい。
この3種の触媒の合計量が、少なすぎると、ウレタン化とイソシアヌレート化との両反応が十分に促進されず、所望の施工性や硬化性、および難燃性などが得られ難い。一方、多すぎると、発泡方向にのびた異方性のあるセル形状となるため発泡方向に対して垂直方向の強度が弱くなり、収縮変形するため寸法安定性が非常に悪くなり易い。
(i)トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジンは、ウレタンフォームの硬化性を高める(発泡後のフォーム表面のベタつきを防ぐ)効果が大きく、2重量部未満では硬化性が劣り、5重量部を超えるとセル形状に異方性が生じ収縮変形するため寸法安定性が悪くなる。
(ii)トリエチレンジアミンは、ウレタン化反応を促進することでライズタイムの短縮化に貢献し、2重量部未満では横のびが生ずるなど施工性や平滑性が劣るものとなり、7重量部を超えるとセル形状に異方性が生じ収縮変形するため寸法安定性が悪くなる。
(iii)カルボン酸のアルカリ金属塩としては、オクチル酸カリウム、酢酸カリウムを1種または2種以上を用いることができ、イソシアヌレート化反応を促進し難燃性を向上する効果が大きく、2重量部未満では難燃性が劣り、5重量部を超えるとセル形状に異方性が生じ収縮変形するため寸法安定性が悪くなる。
併用し得る他の触媒としては、例えば、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、テトラメチルアルキレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、1,2−ジメチルイミダゾール、ペンタメチルジエチレントリアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル等のアミン系触媒が挙げられ、これらは触媒は単独でもよいし、複数の触媒を組み合わせて使用することも可能である。
超臨界状態、亜臨界状態、あるいは液体状態の二酸化炭素を併用することによって、水とポリイソシアネートとの反応により発生する二酸化炭素のみを使用した場合の欠点:例えば、
α)収縮防止のためには密度を高くする必要があり、コスト高となる、
β)逆に、密度を下げるためには多量の水が必要となり、過剰な尿素結合が生じ、得られるウレタンフォームが脆くなりやすい、
等が解消され、より優れた施工性と寸法安定性がもたらされる。
4重量部未満では発泡が不十分となって生成する硬質ポリウレタンフォームの密度が高くなり、発熱性試験による難燃材料に合格することが困難となる。また、8重量部を超えると、過剰の尿素結合が生じて、生成する硬質ポリウレタンフォームが脆くなって接着性が低下する傾向にある。
図1に示すような構成の装置を使用する場合においては、ポリイソシアネート成分と、液体状態の二酸化炭素及び水が混合されたポリオール成分とを、ミキシングヘッド5に至る流路内で、上記のような温度と圧力に保持されればよく、このときの温度と圧力を上記範囲内で適宜設定することで、上記状態の二酸化炭素を適宜調製することができる。
芳香族ポリエステルポリオールとしては、例えば、無水フタル酸、ポリエチレンテレフタレートのスクラップ、ジメチルテレフタレートプロセス残渣等から誘導されるポリオールを挙げることができる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、エチレンジアミン、トリレンジアミン、トリエタノールアミン、マンニッヒ縮合物等にエチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したアミノポリオールが好ましい。
芳香族ポリエステルポリオールの含有量が60重量部未満では、発熱性試験による難燃材料として不合格となる場合があり、90重量部を超えると、フォームの硬化が遅延する傾向が強くなる。
芳香族ポリエステルポリオールの特に好ましい含有量は、70〜80重量部である。
その使用量はNCO/OH当量比で1.0〜2.0が適当である。
20重量部未満では、発熱性試験による難燃材料に不合格となる場合がある。燐酸エステル等は、ウレタン樹脂に可塑性を付与するために水を発泡剤とする硬質ポリウレタンフォームの欠点である脆性を改良し接着を向上させる効果を有するが、40重量部を超えると、過度の可塑化によって、強度が低下しやすい。
また、本発明の製造方法により得られる硬質ポリウレタンフォームの密度は20〜40kg/m3であることが好ましい。このような低密度であるため、製品として経済的である。
(使用原料)
・ポリイソシアネート:ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(NCO含量30%)
・ポリオールA:ポリエチレンテレフタレート系ポリエステルポリオール(水酸基価110)
・ポリオールB:マンニッヒ系ポリエーテルポリオール(水酸基価315)
・整泡剤:シリコーン系整泡剤(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名“L-5420”)
・触媒(i):トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジン(エアプロダクツ(株)製 商品名“ポリキャット41”)
・触媒(ii):トリエチレンジアミン(東ソー(株)製 商品名“TEDA−L33”)
・触媒(iii):オクチル酸カリウム(ペルロン(株)製 商品名“P−9540”)
・難燃剤:トリスクロロプロピルホスフェート(大八化学(株)製 商品名“TMCPP”)
・減粘剤:プロピレンカーボネート(旭硝子(株)製 商品名“PC1000”)
この時のポリオール成分とイソシアネート成分の加温ホース9,19内での温度と圧力は、それぞれ50℃、7MPaとした。
・施工性(横のび)は、ベニヤ板に吹き付けた場合、ベニヤ板の四方ともフォームのはみ出しがなければ横のびが無しとし「○」、フォームのはみ出しが20mm未満の場合「△」、フォームのはみ出しが20mm以上の場合を「×」とした。
・施工性(硬化性)は、ベニヤ板に吹き付けてから10秒後において、フォーム表面にベタつきが無かったものを「○」、ベタつきが有ったものを「×」とした。
・密度(kg/m3)は、70mmx70mmx20mmの試験片を計量することにより測定した。
・独立気泡率(%)は、ASTM D2856に基づいて測定を行った。
・透湿係数(ng/(m2.S.Pa))は、JIS Z0208に基づいて測定を行った。
・低温時の寸法安定性は、70mm×70mm×20mmの試験片を−20℃、48時間放置した後、変形の有無を調べ、変形無しを「○」、変形有りを「×」とした。
・難燃性は、厚さ12mmのケイカル板に厚さ30mmにスプレー発泡した後、フォーム厚み20mmにカットした試験体で発熱性試験を行い、発熱性試験による難燃材料としての合否の判断を行った。
3 ポンプ 4 配管
5 ミキシングヘッド 6 液体状態の二酸化炭素ボンベ
7 計量ポンプ 8 配管
9 加温ホース 10 ヒーター
11 ポリオール成分 12 ポリオール成分タンク
13 配管 14 計量ポンプ
15 水貯蔵タンク 16 計量ポンプ
17 配管 18 ヒーター
19 加温ホース
Claims (1)
- 発泡剤として、水とポリイソシアネート成分との反応により発生する二酸化炭素と、液体状態の二酸化炭素を加熱加圧することで超臨界状態、亜臨界状態の少なくとも1つの状態とした二酸化炭素とを併用するものであって、
前記水と加熱加圧前の液体状態の二酸化炭素とをポリオール成分に加え、次いで、当該液体状態の二酸化炭素を加熱加圧することで超臨界状態、亜臨界状態の少なくとも1つの状態とし、
ここに、ポリイソシアネート成分を加えることにより硬質ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
前記ポリオール成分中に、触媒として、重金属系触媒を用いず、少なくとも、ポリオール成分中のポリオール100重量部に対して、(i)トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ−s−トリアジンが2〜5重量部、(ii)トリエチレンジアミンが2〜7重量部、(iii)カルボン酸のアルカリ金属塩が2〜5重量部が含有されていることを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
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