説明

シリコーン界面活性剤を含有するポリウレタンフォーム

本発明は、シリコーンコポリマー界面活性剤を有するポリウレタンフォーム形成反応混合物から調製されるポリウレタンフォーム、この界面活性剤を作製するための方法、および低密度ポリウレタンフォームを調製するためのプロセスに関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はポリウレタンフォームに関する。特に、本発明は、シリコーンコポリマー界面活性剤を有するポリウレタンフォーム形成反応混合物、この界面活性剤を作製するための方法、および低密度ポリウレタンフォームを調製するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
ポリウレタンフォームは、一般に、ポリエステルまたはポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート、界面活性剤、触媒、1つまたは複数の発泡剤、および他の助剤からなる液体反応混合物の重合の間にガスを生成することによって一般に調製される。ガスは、反応混合物の発泡を引き起こすことによって、セル構造を形成する。界面活性剤は、ポリウレタンフォーム構造を安定化する。
【0003】
現在のポリウレタン技術では、シリコーン界面活性剤は、生成中のポリウレタンフォームにおける、ポリウレタンフォームセル形成のための核形成部位、化学成分の適合化(compatibilization)、およびセルの安定化を補助および制御するのに使用される。
【0004】
軟質ポリウレタンフォームは、スラブ材フォームとして、または型で商業的に調製される。一部のスラブ材フォームは、大きい箱内に混合された反応物を注ぐことによって製造される一方で(不連続なプロセス)、他のフォームは、紙を敷いたコンベア上に反応混合物を堆積することによって連続的な様式で調製される。コンベアが進むにつれて、フォームがライズ(rise)および硬化し、このフォームは発泡機を出る際に大きいブロックにカットされる。軟質スラブ材ポリウレタンフォームの用途の一部には、家具クッション、寝具類、およびカーペット下敷が含まれる。
【0005】
軟質フォームの配合物は通常、例えば、ポリオール、ポリイソシアネート、水、随意の発泡剤(低沸点有機化合物または不活性ガス、例えば、CO)、シリコーンタイプ界面活性剤、および触媒を含む。軟質フォームは一般にオープンセル材料である一方で、硬質フォームは通常、高い比率のクローズドセルを有する。
【0006】
ポリウレタンフォームは、場合により発泡剤(単数又は複数)、触媒、シリコーンベース界面活性剤、および他の助剤の存在下で、ジイソシアネートまたはポリイソシアネートを2つ以上の活性水素を含有する化合物と反応させることによって製造される。活性水素含有化合物は、一般にポリオール、1級および2級ポリアミン、ならびに水である。2つの主要な反応が、ポリウレタンフォームの調製、ゲル化、および発泡の間に、反応物の中の触媒によって促進される。これらの反応は、所望の物理特性を有するポリウレタンフォームを生じるために、プロセスの間に、同時にかつ競合的にバランスのとれた速度で進行しなければならない。
【0007】
イソシアネートとポリオールまたはポリアミンの間の反応は、通常ゲル反応と呼ばれ、高分子量のポリマーの形成に導く。この反応は、もっぱら低沸点有機化合物を用いてブローされるフォームにおいて支配的である。この反応の進行は、混合物の粘度を増大させ、一般に、多官能性ポリオールとの架橋形成に寄与する。第2の主要な反応は、イソシアネートと水の間で起こる。この反応は、ウレタンポリマー成長を増大させ、発泡を促進する二酸化炭素ガスを生成するのに重要である。結果として、この反応はブロー反応と呼ばれることが多い。
【0008】
歴史的に、多数のグレードのポリウレタンフォームは、フォーム密度を低減し、フォームの硬度を制御し、変色、分解、および起こり得るフォーム点火を最小限にするためにフォームを冷却するために、クロロフルオロカーボン(CFC)ベース発泡剤を用いてブローされる。ある特定のCFCに関連したオゾン層破壊に関する環境問題は、モントリオール議定書、CFCに至った。結果として、ポリウレタンフォーム産業は、代替の発泡剤(ABA)を使用して製造される、同じフォームグレードおよび質を実現しようと試みてきた。炭酸アルキル、アセトン、塩化メチレン、四塩化炭素、トリクロロエタン、およびペンタンを含めた多くの様々なABAが、軟質フォームにおいて評価されてきた。最近、二酸化炭素(CO)などの追加で加えられる不活性ガスが、軟質ポリウレタンフォーム用の発泡剤の一部として有効に使用されている。
【0009】
現在、シリコーン界面活性剤は、ポリウレタンフォームを乳化、核形成、および安定化するのに使用されている。このことは、文献において周知である。様々な用途に現在使用されているシリコーン界面活性剤は、例えば、シロキサンコポリマー主鎖に反応したすべてのエチレンオキシドポリエーテルペンダント、またはすべてのエチレンオキシド/プロピレンオキシドペンダントを含有する。
【0010】
低密度スラブ材ポリウレタンフォームは広く製造されており、そのようなフォームを製造する経済的な方法は、大量の発泡剤および充填剤を使用することを含む。しかし、低密度軟質スラブ材ポリウレタンフォームの製造において使用される補助発泡剤および水のレベルの増大は、内側のフォームの分裂または崩壊を引き起こす。また、スラブ材ポリウレタンフォームを製造するために、無機充填剤のレベルを上げて使用すると、内側のフォームの分裂、および粗いセル構造をもたらすことが多い。
【0011】
低密度ポリウレタンフォームの調製において使用される従来技術のシリコーン界面活性剤は、粗いセル構造を引き起こし、かつ/または低い効力を示す場合がある(特に密度が10kg/m未満である場合)。また、大量の充填剤、すなわち、50重量パーセント超のポリオールを有するポリウレタンフォームを調製するのに使用される従来のシリコーン界面活性剤は、製造の問題、例えば、フォームの崩壊および粗いセルを示す場合がある。したがって、すべてのシリコーン界面活性剤が、これらのフォーム系に適しているわけではない。したがって、生成物形成化学反応が十分に完了し、フォームが自立しており、好ましくない崩壊および粗いセルを生じなくなるまで、フォーム組成物を安定化させるために、高い効力のシリコーン界面活性剤が必要とされる。本発明のシリコーン界面活性剤は、より均一で微細なセルを提供し、他の現在の市販の界面活性剤より安定な発泡処理を有することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】米国特許第3,980,688号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、シリコーン界面活性剤を有するポリウレタンフォームを提供し、粗いセル構造および/または低い界面活性剤効力の問題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は式:
MDD’
(式中、
Mは(CHSiO1/2、または(CHRSiO1/2を表し、
Dは(CHSiO2/2を表し、
D’は(CH)RSiO2/2を表し、
x+yは50〜150であり、yは少なくとも3であり、比x/yは3〜15であり、Rは、
i)式:−C2n(CO)(CO)OR’を有し、2,300〜5,500の数平均分子量を有し、式中、nは2〜4であり、aは、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、bは、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、
ii)式:−Cn’2n’(CO)a’(CO)b’OR’を有し、800〜2,200の数平均分子量を有し、式中、n’は2〜4であり、a’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、および
iii)式:−Cn’ ’2n’ ’(CO)a’’(CO)b’’OHを有し、1,400〜2,300の数平均分子量を有し、n’’は2〜4であり、a’’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数である、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分
からなる群から独立に選択されるポリエーテルであり、ただし、MDD’Mは、成分(iii)のうちの少なくとも1つを有する)
を有するシリコーンコポリマー界面活性剤を含むフォーム形成組成物から得られるポリウレタンフォームを提供する。
【0015】
本発明は、市販の界面活性剤を用いて調製される現在の低密度ポリウレタンフォームと比較した場合に、安定な発泡処理、改善されたフォームスクラップ比、およびセル微細さと密度分布の間の顕著な性能を提供する、増強された乳化特性を有するポリウレタンフォーム形成組成物からのポリウレタンフォームを提供する。本発明のシリコーン界面活性剤は、他の現在の市販の界面活性剤よりも均一で微細なフォームセル形成をもたらし、より安定な発泡処理を示す。
【0016】
シリコーンコポリマー界面活性剤を調製するためのプロセスであって、末端またはペンデント(pendent)Si−H基を有する少なくとも1つのポリシロキサンを、末端炭素間二重結合基を有するポリオキシアルキレンポリエーテルと反応させるステップを含むプロセスも提供される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
実施例において以外、または他に示されている場合、本明細書および特許請求の範囲において述べられている材料の量、反応条件、時間分、材料の定量化された特性などを表すすべての数は、すべての場合において、用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。
【0018】
本明細書に列挙される任意の数値範囲は、その範囲内のすべてのサブ範囲、およびそのような範囲またはサブ範囲の様々な終点の任意の組合せを含むことが意図されていることも理解されよう。
【0019】
構造的、組成的および/または機能的に関連した化合物、材料、または物質の群に属するとして、本明細書に明白に、もしくは黙示的に開示され、かつ/または請求項に列挙される任意の化合物、材料または物質は、その群の個々の代表およびそのすべての組合せを含むことがさらに理解されよう。
【0020】
したがって、本発明の目的は、ペンデントヒドロキシル末端ポリエーテル基を含有するシロキサンポリエーテルコポリマーを提供することである。本発明の別の目的は、ウレタン反応ブレンドの乳化の改善をもたらすことができる非加水分解性シリコーン界面活性剤を提供することである。本発明のさらなる目的は、低密度軟質ポリウレタンフォームの調製において高い効力を有する、特定のシリコーン界面活性剤を提供することである。本発明のさらに別の目的は、ポリウレタンフォーム中で、均一で微細なセル構造を実現する界面活性剤を提供することである。
【0021】
本発明のシリコーンポリエーテルコポリマー界面活性剤は、一方がヒドロキシル末端である同じシロキサン主鎖に結合した、エチレンオキシド/プロピレンオキシドペンダント基、すなわち本明細書に記載される成分(i)、(ii)、および(iii)のそれぞれの少なくとも1つからなるペンダント基の混合物を有する。この界面活性剤は、ポリウレタンフォームを製造するのに使用される材料を乳化するのに有用である。
【0022】
本発明の実施形態によれば、シリコーンコポリマー界面活性剤は、一般式:
MDD’
(式中、
Mは(CHSiO1/2または(CHRSiO1/2を表し、
Dは(CHSiO2/2を表し、
D’は(CH)RSiO2/2を表し、
x+yは50〜150であり、yは少なくとも3であり、比x/yは3〜15であり、Rは、
i)式:−C2n(CO)(CO)OR’を有し、2,300〜5,500の数平均分子量を有し、式中、nは2〜4であり、aは、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、bは、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、
ii)式:−Cn’2n’(CO)a’(CO)b’OR’を有し、800〜2,200の数平均分子量を有し、式中、n’は2〜4であり、a’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’は1〜4個の炭素原子を有する二価の炭化水素または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、および
iii)式:−Cn’ ’2n’ ’(CO)a’’(CO)b’’OHを有し、1,400〜2,300の数平均分子量を有し、n’’は2〜4であり、a’’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数である、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分からなる群から独立に選択されるポリエーテルであり、ただし、MDD’Mは、少なくとも1つの成分(iii)を有する)
を有する。
【0023】
本発明の一実施形態によれば、一般式:−C2n(CO)(CO)OR、すなわち、成分(i)を有し、2,300〜5,500の数平均分子量を有する、ポリオキシアルキレン部分を提供するために、aは、約10.5〜約75の範囲の整数であり、bは約16〜約76の範囲の整数である。同様に、本発明の別の実施形態によれば、一般式:−Cn’2n’(CO)a’(CO)b’OR’、すなわち、成分(ii)を有し、800〜2,200の数平均分子量を有するポリオキシアルキレン部分を提供するために、a’は約4〜約30の範囲の整数であり、b’は約11〜約30の範囲の整数である。本発明のさらに別の実施形態では、1,400〜2,300の数平均分子量を有するヒドロキシル末端ポリオキシアルキレン部分、すなわち成分(iii)、a’’は約6〜約32の範囲の整数であり、b’’は約10〜約32の範囲の整数である。
【0024】
本発明のシリコーンコポリマー界面活性剤は、ポリエーテルの段階的な添加を含む、いくつかの合成手法によって調製することができる。さらに、ポリオキシアルキレンポリエーテル成分は、当技術分野で周知であり、かつ/または任意の従来のプロセスによって生成することができる。例えば、ターポリマーの調製において好都合な出発材料であるヒドロキシ末端ポリオキシアルキレンポリエーテルは、適当なアルコールを、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシド(1,2−プロピレンオキシド)と反応させて、所望の分子量のポリオキシアルキエン(polyoxyalkyene)ポリエーテルを生成することにより調製することができる。適当なアルコールは、ヒドロキシアルケニル化合物、例えば、ビニルアルコール、アリルアルコール、メタアリルアルコールなどである。一般に、アルコールスターターは、触媒量の適当な触媒、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、他のアルカリ金属水酸化物、またはナトリウムもしくは他のアルカリ金属などとともに、オートクレーブまたは他の高圧容器内に入れられることが好ましい。調製のさらなる詳細は、例えば、米国特許第3,980,688号に示されている。その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【0025】
上述したアルコール−オキシド反応により、他方の末端封鎖基が、アリルまたはメタリルまたはビニルオキシ基からなる不飽和オレフィン基である、モノヒドロキシ末端封鎖ポリオキシアルキレンポリエーテルが生成される。これらのポリエーテルは、任意の従来の手段によって、前記モノヒドロキシ末端封鎖ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)コポリマーのヒドロキシ末端基をキャップすることによって、モノアルケニルオキシ末端ポリオキシアルキレンポリエーテルに変換することができる。
【0026】
組成物中の置換基Rを含有する全ポリオキシアルキレンポリエーテルのブレンドの数平均分子量は、2,050〜2,350であり、OH末端ポリオキシアルキレン基は、全ポリオキシアルキレンポリエーテルの10〜60質量パーセントを構成する。
【0027】
本発明のポリシロキサン−ポリオキシアルキレン分岐コポリマーは、既知の手順によって合成することができる。非加水分解性Si−C連結コポリマーは、末端またはペンデントSi−H基を有するポリシロキサンを、末端炭素間二重結合基を有するポリオキシアルキレンポリエーテルと反応させることによって調製され、全ポリオキシアルキレンポリエーテルのモル量は、ポリシロキサンのSi−H基当たり40パーセントの過剰であり、その結果完全な反応を促進する。特に、HPtCl・6HOなどの白金触媒は、この添加反応を加速するのに適しているが、必要な触媒の量は、触媒量だけである。反応温度は、関与する反応物、および生成されることが望まれるポリシロキサン−ポリオキシアルキレン分岐コポリマーに大部分は依存する。
【0028】
本発明のポリシロキサン−ポリオキシアルキレン分岐コポリマーは、ポリオキシアルキレン反応物とのその不完全な反応のために少量のSi−H基を含有し得ることが理解されるべきである。ポリシロキサン−ポリオキシアルキレン分岐コポリマーは一般に、生成物の粘度を制御し、処理を補助するために、ジプロピレングリコール(DPG)などの希釈剤と混合される。
【0029】
より具体的には、本発明は、低密度軟質スラブ材ポリウレタンフォーム、すなわち、20kg/m未満の密度を有するポリウレタンフォーム、好ましくは6から14kg/mの密度を有するポリウレタンフォーミング(polyurethane foaming)を調製するためのプロセスにおける、セル安定剤としてのこれらのシリコーン界面活性剤の使用に関する。
【0030】
一般に、ポリウレタンフォームは、活性水素含有ポリオール成分(単数又は複数)と反応性の有機イソシアネート成分、界面活性剤、および触媒を含む反応性組成物から形成される。
【0031】
本発明のポリウレタンフォームを調製するための適当なポリオールは、少なくとも2をわずかに超える、1分子あたりのヒドロキシル基、一般に、1分子あたり約2.1〜約3.5個のヒドロキシル基の平均数、および100〜6000の数平均分子量、好ましくは、2500〜4000の数平均分子量を有するものである。有用なポリオールの中に含まれるのは、ポリエーテルジオールおよびトリオール、ポリエステルジオールおよびトリオール、ならびにポリブタジエンジオールなどのヒドロキシル末端ポリオレフィンポリオールである。他の有用なポリオールとして、一般にコポリマーポリオールと呼ばれる、主ポリオール鎖上にグラフトされたポリマー材料のコポリマー、例えば、ポリエーテルポリオール上にグラフトされたSAN(スチレン/アクリロニトリル)またはAN(アクリロニトリル)など、ヒマシ油などの天然に存在する材料、化学的に修飾されたダイズ油または他の化学的に修飾された脂肪酸油に由来するポリオール、ならびにヒマシ油およびダイズなどの天然の材料のアルコキシル化から生じるポリオールが挙げられる。
【0032】
好適なポリオールは、ポリエーテルジオールおよびトリオール、特に1つまたは複数のアルキレンオキシド、フェニル置換されたアルキレンオキシド、フェニル置換されたアルキレンオキシド、および/または開環環状エーテル、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフランなどに由来し、有利には、1000〜6000の数平均分子量、好ましくは、2500〜4000の重量平均分子量を有するものである。そのようなポリエーテルジオールの例には、例えば、DOW Voranol−3010が含まれ、Voranolは、DOWの登録商標である。
【0033】
適当なポリイソシアネートには、2,4および2,6異性体、ならびにトルエンジイソシアネート(TDI)とポリオールとの反応から作製されるTDIのイソシアネートプレポリマーを含めたTDI、あるいは他の芳香族もしくは脂肪族イソシアネートが含まれ、フォームの指数は一般に60〜130である。本発明の一実施形態によれば、ポリイソシアネート(b)は、ポリマー型を含めた、炭化水素ジイソシアネート、(例えば、アルキレンジイソシアネートおよびアリーレンジイソシアネート)、例えばトルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンイソシアネートなど、ならびにこれらの組合せとすることができる。本発明のさらに別の実施形態では、ポリイソシアネート(b)は、上記の異性体、例えばメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)ならびに2,4−および2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)など、ならびに既知のトリイソシアネート、およびポリマーMDIまたは粗MDIとしても知られるポリメチレンポリ(フェニレンイソシアネート)、ならびにこれらの組合せとすることができる。2,4−および2,6−トルエンジイソシアネートの異性体の非限定例には、Mondur(登録商標)TDI、Papi 27 MDI、およびこれらの組合せが含まれる。またはポリイソシアネートの混合物が上記で本明細書に列挙した。
【0034】
物理型および/または化学型の1つまたは複数の発泡剤を、反応混合物中に含めることができる。一般的な物理的な発泡剤には、塩化メチレン、アセトン、水またはCOが含まれ、これらは発泡プロセスにおいて膨張をもたらすのに使用される。一般的な化学発泡剤は水であり、これは、フォーム中でイソシアネートと反応し、反応混合物を形成することによって二酸化炭素ガスを生成する。これらの発泡剤は、ポリウレタンフォームの形成に使用される他の成分との様々なレベルの溶解度または適合性を有する。適合性の乏しい成分を使用するとき、良好な乳化を発生させ、維持することは、許容されるポリウレタンフォームの質に加工し、これを実現することにとって極めて重要である。
【0035】
他の随意の成分(単数又は複数)も当技術分野で知られており、これには充填剤、例えば、無機充填剤または充填剤の組合せが含まれる。充填剤として、密度改変、機械的特性もしくは適切な吸収、難燃性などの物理的特性の改善、もしくは経済的側面の改善を伴うことができるものを含めた他の利点のためのもの、例えば、炭酸カルシウム(石灰石)、または製造されるフォームのコストを低減する他の充填剤、アルミニウム三水和物、または他の難燃性充填剤、硫酸バリウム(バライト)、または適切な吸収のために使用される他の高密度充填剤、ガラスなどの材料のミクロスフェア、またはフォーム密度をさらに低減することもできるポリマーなどを挙げることができる。フォームの剛性または曲げ弾性率などの機械的特性を改変するのに使用される高アスペクト比の充填剤として、粉砕ガラス繊維またはグラファイト繊維などの人工繊維;ケイ灰石などの天然鉱物繊維;ウールなどの天然動物繊維または綿などの天然植物繊維;粉々にしたガラスなどの人工プレート様充填剤;雲母などの天然鉱物プレート様充填剤;任意の顔料、染料(tint)または着色剤の可能な添加物が挙げられるであろう。
【0036】
随意の成分(単数又は複数)には、既知の量での任意の当技術分野で知られているものが含まれ、他のポリヒドロキシル末端材料、例えば、架橋剤または鎖伸長剤として機能する、1分子当たり2〜8個のヒドロキシル基、および62〜500の分子量を有するものなどが含まれる。2個のヒドロキシル基を有する有用な鎖伸長剤の例として、ジ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、エチレングリコール、2,3−ブタンジオール、およびネオペンチルグリコールが挙げられる。3〜8個のヒドロキシル基を有する架橋剤には、グリセリン、ペンタエリスリトール、マンニトールなどが含まれる。
【0037】
さらに、本発明は、有機難燃剤;オゾン劣化防止剤、抗酸化剤;熱的分解阻害剤もしくは熱的−酸化的分解阻害剤、UV安定剤、UV吸収剤、またはフォーム形成組成物に添加されるとき、得られるフォームの熱分解、光分解、および/もしくは化学分解を防止または阻害する任意の他の添加剤(単数又は複数)の使用を企図する。任意の既知および従来の抗生物剤、抗微生物剤、およびガス退色(gas−fade)阻害剤も、本明細書で使用するために企図されている。
【0038】
充填剤の有無にかかわらず、軟質スラブ材ポリウレタンフォームのための一般的な配合は、以下の配合(I)〜(IV)を含む。
【0039】
低密度軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:以下の軟質スラブ材ポリウレタンフォームは、約14.0kg/mの密度を有し、以下の配合(I)に従って作製した。
【0040】
【表1】

【0041】
シリコーン界面活性剤は、フォームを安定化するのに十分な量で存在するが、フォームは適切なくぼみ(recession)を有し、その結果差異、すなわちシリコーン界面活性剤の効力が分かる。
【0042】
超低密度軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:以下の軟質スラブ材ポリウレタンフォームは、約8.5kg/mの密度を有し、以下の配合(II)および手順に従って作製した。
【0043】
【表2】

【0044】
中間密度の無機充填剤軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:約20.0kg/mの密度を有する、以下の無機充填剤軟質スラブ材ポリウレタンフォームを、以下の配合(III)に従って作製し、この配合の中で50pphpの軽質CaCO(pphp(wt)100部のポリオール当たりの部)、すなわち、「充填剤」を添加した。
【0045】
【表3】

【0046】
超低密度の無機充填剤軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:約9.0kg/mの密度、および30pphpの軽質CaCOを有する、以下の無機充填剤軟質スラブ材ポリウレタンフォームを、以下の配合(IV)および手順に従って作製した。
【0047】
【表4】

【0048】
配合(I)および配合(III)についてのスラブ発泡手順は以下の通りである:ポリオールDow V−3010 250.0(+/−0.5)グラムを、32オンスの紙カップ中に分注した;軽質CaCO 125.0(+/−0.1)グラムを、配合(III)のみに添加した;界面活性剤をV−3010に添加し、徹底的に混合し、混合物の温度をモニターし、22.5と23.5℃の間に維持した;水とA−200触媒の予め混合した溶液14.25(+/−0.05)グラムを添加した;充填剤とともに3分間、または充填剤なしで15秒間、2000RPMで混合する;塩化メチレン37.5(+/−0.1)グラムをカップに添加した;混合を2000RPMで15秒間継続した;撹拌器を3秒間停止し、その間D−20触媒1.250(+/−0.005)グラムを、触媒を分注するために、12ゲージ針を備えた1ccのシリンジを使用して添加した;混合を7秒間継続し、撹拌器を継続しながらトルエンジイソシアネート173.6(+/−0.5)グラムを添加した;撹拌を2000rpmでさらに7秒間継続した;カップを発泡ステーションから取り出した;内容物を5ガロンの円筒の型に直ちに注ぎ、カップを逆さにしたままにし、内容物を5秒間注ぐ;フォームを室温(23℃)で反応およびライズさせた;フォームのライズの最大高さおよびフォームが沈下(settling)した後のライズの高さ(くぼみ)を記録した;混合手順を開始した時間から合計3分まで、フォームを放置したままにし、次いで、オーブン内に、115〜120℃で15分間置いた;フォームをオーブンから取り出し、最低10分間冷却した。
【0049】
配合(II)および配合(IV)についてのスラブ発泡手順は以下の通りである:V−3010 200.0(±0.1)グラムを、32オンスの紙カップ中に分注した;軽質CaCO 60.0(+/−0.1)グラムを、配合(IV)のV−3010のみに添加した;界面活性剤を混合物中に添加した;溶液の温度をモニターし、22.5°と23.5℃の間に維持した;水とA−230の予め混合した溶液14.5(±0.05)グラムを混合物に添加した(配合に従って予め混合した比);充填剤とともに3分間、または充填剤なしで30秒間、2000rpmで混合を継続した;2000rpmで混合物を撹拌しながら、3分間混合した後(充填剤入りのフォーム)、または30秒混合した後(充填剤の入っていないフォーム);直ちに塩化メチレン88.0(±0.5)グラムを添加し、その後直ちにD−20 3.0(±0.005)グラムを添加した;混合を継続し、TDI 178.0(±0.5)グラムを直ちに添加し、さらに3秒間混合する;混合を中断し、カップを発泡ステーションから取り出した;カップの内容物を、アルミニウムの型内の35.0×35.0×15.0センチメートルのケーキ箱中に、6秒間直ちに注ぎ、フォームを室温(23℃)で反応およびライズさせた;最終の高さおよびくぼみをSonar機によって記録した;塩化メチレンを添加した時間から合計3分間、箱を室温で放置したままにした;段ボール箱をアルミニウムの型から取り出し、110°〜120℃のオーブン内に10分間置いた;フォームをオーブンから取り出し、最低10分間冷却した。
【0050】
フォームは、上記に示したのと実質的に同一の化学配合を使用して製造し、実施例同士間の主要な差は、充填剤入りのフォーム(すなわち、充填剤を含有する)、および充填剤の入っていないフォームに応じて、1つの界面活性剤組成物を別のものと置換したことであった。
【0051】
性能試験を伴った軟質スラブ材フォームの評価は以下の通りである。
【0052】
記載した用語は以下の意味を有する。
【0053】
最大ライズ高さ:フォームのライズの間に得られるセンチメートルでの最大高さ。
【0054】
完全硬化高さ:室温で16〜24時間硬化させた後のフォームのセンチメートルでの最終高さ。
【0055】
くぼみのパーセントは、(最大ライズ高さ−完全硬化高さ)100/(最大ライズ高さ)に等しい。
【0056】
空気の流れ:すべての比較によるフォームの同じレベルおよび場所から取った寸法5.1×5.1×2.5cmを有するフォーム試料。これらの実験は、フォーム内のおよそ等価な位置のフォームの極めて重要な加工特性を直接比較するために設計した。具体的には、フォームのすべては、IDM通気性装置を使用して空気多孔度を測定し、1分当たりの標準立方リットルでの空気の流れを読んだ。
【0057】
セルカウント:フォーム(2インチ×2インチ×1/4インチ)のスライス同士間で行った視覚的な比較。フォームを、様々なセル構造の質の対照と比較した。相対的なセル構造の尺度は、平均で7セル/cm未満である「非常に粗い」から、平均で約16〜18セル/cm超を表す「非常に微細な」に及ぶ。他の指定は、これらの2つの両極端の間に入る。
【0058】
密度:Kg/m、同じレベルおよび寸法でのフォームの中央のコアおよび底部の密度。
【実施例】
【0059】
ポリシロキサン−ポリオキシアルキレン分岐コポリマーの調製:
実施例1の調製は以下の通りであった:加熱マントル、機械撹拌機、温度計、および窒素ブローバイを備えた500mlの四つ口フラスコ中に、約2400の平均分子量を有し、約40質量パーセントのオキシエチレン基、および約60質量パーセントのオキシプロピレン基を含有するアリル開始メチル末端キャップ化ポリオキシアルキレンポリマー(R)(本明細書でポリエーテルAと指定)164.40グラム;約1500の平均分子量を有し、約40質量パーセントのオキシエチレン基、および約60質量パーセントのオキシプロピレン基を含有する、アリル開始、ヒドロキシル末端キャップ化ポリオキシアルキレンポリマー(R)(本明細書でポリエーテルBと指定)19.8グラムを合わせた。
【0060】
1滴のジブチルアミノエタノール(DBAE)を、ピペットでポリオキシアルキレンポリエーテル中に添加し、撹拌した。次いで、平均式(MD70D’5..0M(Si−H流体))を有するポリヒドリドシロキサンポリマー65.8グラムをポットに添加した。この混合物を、撹拌しながら85℃に約5分間加熱し、エタノール中に溶解したHPtCLとしてのPt 15ppmを添加した。ポットの内容物を85℃で1時間保持した後、Si−H含量を0.1mL/gr未満で測定した。界面活性剤実施例1として本明細書で指定されるこの生成物は、透明な、琥珀色液体であった。
【0061】
実施例1の手順に従って、実施例6〜12および比較例2〜5のシロキサン−ポリエーテル界面活性剤を、第1表に示したポリエーテル(polyeteher)の様々な組合せを用いて、正確に同じ様式で調製した。
【0062】
【表5】

【0063】
軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:
さらに、比較例6および7を、それぞれ市販の界面活性剤NIAX(登録商標)L−580およびNIAX(登録商標)L−600を用いて調製した。シリコーン界面活性剤実施例1、ならびに比較例2〜4、および6〜7を使用することによって、配合Iのポリウレタンフォームを調製した。結果を以下の第2表に示す。
【0064】
【表6】

【0065】
第2表は、比較例2〜4および6〜7と比較した本発明のシリコーン界面活性剤実施例1は、高い効力を有するフォームを提供する一方で、0.6pphp(100部のポリオールV−3010当たりの部)という低い使用レベルでさえ、微細なセル構造および低い底部重量も提供することを示すデータを示す。
【0066】
シリコーン界面活性剤実施例1を、ジプロピレングリコール(DPG)を用いて希釈することによって、42質量パーセントDPGに対して58質量パーセントの活性な界面活性剤にし、以下の第3表に参照するように、シリコーン界面活性剤実施例1−Aと名付けた。第3表は、界面活性剤実施例1−Aの界面活性剤性能を記述しており、配合(I)において3つの異なる投与量レベル(0.8、1.0、および1.2pphp)、および配合(II)において1つの投与量レベル(3pphp)で比較例7および比較例8と比較した。比較例8、すなわち、B−8123は、Evonik Corporationから入手可能な独自の市販のシリコーン界面活性剤である。第3表では、配合(I)において異なる使用量0.8/1.0/1.2での3つの界面活性剤を示し、さらに、比較のために配合(II)によって超低密度軟質スラブ材フォームを調製する。
【0067】
【表7】

【0068】
第3表に示したデータから明白なように、本発明の界面活性剤実施例1−Aは、超低密度配合でさえ、優れた総合的な特性、例えば、高い効力(完全硬化高さ)、微細なセル構造、低いくぼみ比および底部重量を有するフォームを生成する。
【0069】
軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:第1表の実施例6〜12、および比較例6(すなわち、NIAX(登録商標)L−580)、および比較例5のシリコーン界面活性剤を、配合(I)において評価した。配合(II)において、シリコーン界面活性剤実施例8−Aを、55質量パーセント比の界面活性剤8と45質量パーセントのDPGでの、第1表からの界面活性剤実施例8とDPGのブレンドから調製し、市販の界面活性剤、すなわち、比較例6〜8と比較した。結果を以下の第4表に示す。
【0070】
【表8】

【0071】
第4表における比較は、本発明のヒドロキシル末端ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤実施例6〜12は、第4表のデータ(配合1において)が明らかに示すように、効力を増大させ、セル構造を改善することができることを明らかに示す。それぞれ、市販の界面活性剤L−580、L−600およびB−8123を利用する比較例6、7、および8は、第4表のデータ、すなわち、配合IIによって示されるように、超低密度軟質スラブ材フォームにおいて、多くのピンホール欠陥の発生、または微細なセルの低減に関して、本発明の界面活性剤実施例8−Aに劣る。
【0072】
軟質スラブ材ポリウレタンフォームの調製:配合(III)および配合(IV)において、シリコーン界面活性剤実施例8−Aを比較例7および8(すなわち、それぞれ、L−600およびB−8123)と比較した。結果を以下の第5表に示す。
【0073】
【表9】

【0074】
第5表に示したデータの考察は、本発明のヒドロキシル末端ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤実施例8−Aは、より低いくぼみを伴ってフォームの完全硬化高さを増大させる一方で、微細なセル構造を提供することができることを明らかに示す。
【0075】
本発明を、好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、均等物を本発明の要素の代わりに置換することができることを理解するであろう。本発明は、本発明を実施するための最良の様式として開示した特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図されている。本明細書に参照されたすべての引用は、参照により本明細書に明白に組み込まれている。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
式:
MDD’
(式中、
Mは(CHSiO1/2、または(CHRSiO1/2を表し、
Dは(CHSiO2/2を表し、
D’は(CH)RSiO2/2を表し、
x+yは50〜150であり、yは少なくとも3であり、xとyの比は3〜15であり、Rは、
i)式:−C2n(CO)(CO)OR’を有し、2,300〜5,500の数平均分子量を有し、式中、nは2〜4であり、aは、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、bは、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、
ii)式:−Cn’2n’(CO)a’(CO)b’OR’’を有し、800〜2,200の数平均分子量を有し、式中、n’は2〜4であり、a’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数であり、R’’は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または−C(O)CHを表す、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分、および
iii)式:−Cn’ ’2n’ ’(CO)a’’(CO)b’’OHを有し、1,400〜2,300の数平均分子量を有し、n’’は2〜4であり、a’’は、オキシエチレン残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の20〜60質量パーセントを構成するような数であり、b’’は、プロピレンオキシド残基が、ポリオキシアルキレンポリエーテルのアルキレンオキシド残基の80〜40質量パーセントを構成するような数である、少なくとも1つのポリオキシアルキレン部分
からなる群から独立に選択されるポリエーテルであり、ただし、MDD’Mは、成分(iii)のうちの少なくとも1つを有する)
を有するシリコーンコポリマー界面活性剤を含むフォーム形成組成物から得られるポリウレタンフォーム。
【請求項2】
aが10.5〜75の範囲の整数であり、bが16〜76の範囲の整数である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項3】
a’が4〜30の範囲の整数であり、b’が11〜30の範囲の整数である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項4】
a’’が6〜32の範囲の整数であり、b’’が10〜32の範囲の整数である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項5】
成分(i)が、ポリエーテルの全量の35〜60モルパーセントであり、2,300〜4,000の数平均分子量、および2〜3のオキシエチレン/プロピレンオキシドの重量比を有し、成分(ii)が、ポリエーテルの全量の30モルパーセント未満であり、1,300〜1,600の数平均分子量、および2〜3のオキシエチレン/プロピレンオキシドの重量比を有し、成分(iii)が、ポリエーテルの全量の10〜60モルパーセントであり、1,400〜1,600の数平均分子量、および2〜3のオキシエチレン/プロピレンオキシドの重量比を有し、ただし、x+yは77であり、比x/yは14である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項6】
成分(iii)が、ポリエーテルの全量の20〜40モルパーセントである、請求項5に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項7】
ポリエーテルの全量が、2,000〜2,400の平均分子量を有する、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項8】
希釈剤をさらに含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項9】
前記希釈剤がジプロピレングリコールである、請求項8に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項10】
前記ポリエーテルの平均オキシエチレン/プロピレン重量比が2〜3である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項11】
前記フォーム形成反応混合物が、少なくとも1つのポリオール、少なくとも1つのイソシアネート源、少なくとも1つのポリウレタン触媒、ならびに必要に応じて、充填剤、発泡剤、他のポリマーおよび/またはコポリマー、鎖伸長剤、架橋剤、強化材、顔料、染料、色素、着色剤、難燃剤、抗酸化剤、オゾン劣化防止剤、UV安定剤、帯電防止剤、殺生物剤、および抗生物剤からなる群から選択される少なくとも1つの追加の成分をさらに含む、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項12】
前記ポリオールが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール、ヒドロキシル末端ポリオレフィンポリオール、グラフ化(graphed)ポリオール、および天然源に由来するポリオールからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項11に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項13】
前記グラフト化ポリオールが、スチレン/アクリロニトリル(SAN)グラフ化(graphed)ポリエーテルポリオール、アクリロニトリル(AN)−グラフ化(graphed)ポリエーテルポリオール、およびグラフ化(graphed)ポリエステルポリオールからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項12に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項14】
前記ポリオールが、ポリエーテル末端ポリブタジエン、または天然源に由来するポリエーテル末端ポリオールからなる群から選択される少なくも1つである、請求項11に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項15】
前記イソシアネート源が、メタンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーのMDI、変性MDI、MDIのプレポリマー、トルエンジイソシアネート(TDI)、TDIのプレポリマー、および変性TDIからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項11に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項16】
イソシアネート源が、4,4’メタンジフェニルジイソシアネート、2,4’メタンジフェニルジイソシアネート、2,2’メタンジフェニルジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート、および2,6−トルエンジイソシアネートからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項15に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項17】
前記触媒が、有機金属触媒、アルカリ金属カルボキシレート触媒、重金属系触媒、トリエチレンジアミン触媒、スズ系触媒、および3級アミンウレタン触媒からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項11に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項18】
前記触媒が、ニッケルアセトアセトネート、鉄アセトアセトネート、ビスマス系触媒、亜鉛系触媒、オクタン酸カリウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、オクタン酸ナトリウム、および4級アンモニウムカルボキシレートからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項11に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項19】
請求項11に記載のフォーム形成反応混合物から調製されるポリウレタンフォーム。
【請求項20】
20Kg/m以下の密度を有する、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
【請求項21】
12Kg/m以下の密度を有する、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。

【公表番号】特表2011−516664(P2011−516664A)
【公表日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−503048(P2011−503048)
【出願日】平成21年3月26日(2009.3.26)
【国際出願番号】PCT/US2009/038411
【国際公開番号】WO2009/123910
【国際公開日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【出願人】(510279284)モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド (2)
【Fターム(参考)】