説明

ポリウレタンフォームの性能を改善する触媒組成物

【課題】水発泡軟質ポリウレタンフォームを製造する反応性触媒組成物の提供。
【解決手段】1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒および2−メチル−1,3−プロパンジオール成分から基本的になる軟質ポリウレタンフォームを製造する触媒組成物であって、前記2−メチル−1,3−プロパンジオール成分が20から100重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび0から80重量%の炭素原子数7以上のアルカノールまたは前記アルカノールのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる触媒組成物。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
ポリウレタンフォームは広く知られており、自動車、住宅および他の産業に使用されている。そのようなフォームは、種々の添加剤の存在下でポリイソシアネートとポリオールの反応により製造される。そのような添加剤の1つはクロロフルオロカーボン(CFC)発泡剤であり、反応発熱の結果として気化し重合した塊をフォームに形成する。CFCが成層圏のオゾンを欠乏させるという発見により、CFCの使用を減らす命令が生まれた。したがって、水とポリイソシアネートの反応により発生するCO2により発泡が実施される水発泡フォームの製造は、ますます重要になってきている。発泡(水とイソシアネートが反応してCO2が発生)およびゲル化(イソシアネートとのポリオールの反応)を加速させるために第三級アミン触媒が通常使用される。
【0002】
第三級アミン触媒が発泡またはゲル化のいずれかを選択的に促進する能力は、特定のポリウレタンフォームを製造するための触媒を選択する際に、考慮すべき重要な点である。触媒が発泡反応をあまりに高度に促進する場合、イソシアネートとポリオールとの十分な反応が起こる前に多くのCO2が放出され、CO2が配合物から泡立ち、フォームの崩壊につながるであろう。品質の劣ったフォームが製造されるであろう。対照的に、触媒がゲル化反応をあまりに強力に促進する場合、相当程度の重合が起こった後にCO2のかなりの部分が放出されるであろう。この場合高密度、壊れたまたは輪郭不明瞭な気泡あるいは他の望ましくない形状という特徴を持つ低品質のフォームがやはり製造されるであろう。
【0003】
第三級アミンは、空気流通(air flow)、硬度、引張り、引裂き、圧縮永久歪および負荷損などの他のフォーム物性ならびに湿潤老化に応答するこれらの物性の変化にも影響を与える。特定の物性の系統的反応を可能にする添加剤に対する必要性が業界内に存在する。第三級アミン組成物は希釈剤を含むことが多く、詳細にはエチレングリコール、ブタンジオールおよびジプロピレングリコールなどのジオールである。ジオールは、固体の第三級アミンを溶解させ、取扱いを便利にするため組成物の粘度を調整する働きを持つ。ジオールは、典型的な使用濃度ではフォーム物性に著しく寄与するとは考えられていない。1官能性反応物は連鎖停止剤であるため、モノアルコールは通常希釈剤として使用されない。連鎖停止はポリマーネットワークを弱くし、物性を低下させる。
【0004】
米国特許第5,770,674号は、ポリオール、第一級アミン、第二級アミン、アミノアルコールおよびこれらの混合物からなる群から選択される低分子量連鎖延長剤を含む特定のポリウレタン/尿素組成物からガスケットを製造するRIM法を開示し、2−メチル−1,3−プロパンジオールを示している。
【0005】
米国特許第6,506,810号は、軟質ポリウレタンフォームの製造における、2−エチル−1−ヘキサノールを含む分岐状アルコールと有機官能性修飾ポリシロキサンの混合物の使用を開示している。
【0006】
米国特許第6,780,895号は、低または極低不飽和ポリオキシプロピレンポリオールおよび連鎖延長剤としての2−メチル−1,3−プロパンジオールを要するポリウレタンカーペット裏地およびタフト結合接着剤の成分を開示している。
【0007】
米国特許第6,872,758号は、優れた低温耐圧縮永久歪性を有する熱成形可能なポリウレタンフォームにおける連鎖延長剤としての2−メチル−1,3−プロパンジオールの場合による使用を開示している。
【0008】
国際公開番号WO 00/55232は、型からの取出しを容易にするように設計されたフォーム組成物の成分としてジプロピレングリコールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールを含む連鎖延長剤の任意の使用を開示している。
【発明の開示】
【0009】
発明の要旨
1実施形態において、本発明は、ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤としての水および場合により気泡安定剤を、1種または複数種の第三級アミン触媒を含んでなる触媒組成物および2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分の両方の存在下で接触させる工程を含んでなる、16kg/m3から65kg/m3の密度の水発泡軟質ポリウレタンフォームを製造する方法を提供する。本方法の他の態様において、前記触媒組成物は、1種または複数種の第三級アミン触媒を、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分と組み合わせて含んでなる。他の態様において、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分はMPDiolを含んでなり、さらに他の態様において、MPDiol成分は、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)と7以上の炭素原子を含むアルカノールまたはそのようなアルカノールのポリアルコキシル化誘導体のブレンドを含んでなる。
【0010】
本発明の他の実施形態として、16kg/m3から65kg/m3の密度の水発泡軟質ポリウレタンフォームを製造する触媒組成物であって、1種または複数種の第三級アミン触媒およびMPDiol成分を含んでなる触媒組成物が提供される。他の態様において、前記触媒組成物は、1種または複数種の第三級アミン触媒ならびにMPDiolおよび場合によりC7+アルカノールまたはそのポリアルコキシル化誘導体を含んでなるMPDiol成分を含んでなる。
【0011】
そのような触媒組成物を使用すると、詳細には、レジリエンスを有意に低下させることなく、破壊にいたる力(Force to Crush)を下げ空気流通を増加させ引裂強度を向上させることにより、ポリウレタンフォームの物性が向上する。これは、フォームの収縮を最低限にし、スクラップおよび修復の率を低下させ、全体的なフォーム耐久性を向上させる。
【0012】
発明の詳細な説明
本発明による触媒組成物は、イソシアネート官能基と活性水素含有化合物、すなわちアルコール、ポリオール、アミンまたは水の間の反応、特に、ポリウレタンをつくるポリオールヒドロキシルとイソシアネートのウレタン(ゲル化)反応および発泡ポリウレタンをつくるため二酸化炭素を放出する水とイソシアネートの発泡反応を触媒する。
【0013】
軟質ポリウレタンフォーム製品、スラブ、成型品および微孔質は、当分野に公知の好適な有機ポリイソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート(「TDI」)および4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(「MDI」)を利用して調製される。2,4−および2,6−TDIは、個別に、または市販の混合物として共に特に好適である。他の好適なイソシアネートは、Dow ChemicalによりPAPIとして販売されている「クルードMDI」として商業的に知られているジイソシアネートの混合物であり、約60%の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを他の異性体および類似体の高級ポリイソシアネートと共に含む。ポリイソシアネートとポリエーテルまたはポリエステルポリオールの部分的に予備反応した混合物を含んでなる、これらのポリイソシアネートの「プレポリマー」も好適である。
【0014】
ポリアルキレンエーテルおよびポリエステルポリオールは、ポリウレタン組成物の成分として好適なポリオールの例である。ポリアルキレンエーテルポリオールには、ジオールおよびトリオール;例えば、とりわけ、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ペンタエリスリトール、グリセロール、ジグリセロール、トリメチロールプロパンおよび同様な低分子量ポリオールを含む多価化合物から誘導される末端ヒドロキシル基を持つポリ(エチレンオキシド)およびポリ(プロピレンオキシド)ポリマーなどのポリ(アルキレンオキシド)ポリマーおよびコポリマーがある。
【0015】
本発明の実施において、単一の高分子量ポリエーテルポリオールを使用してよい。また、二または三官能性物質および/または異なる分子量または異なる化学組成の物質の混合物などの高分子量ポリエーテルポリオールの混合物を使用してよい。
【0016】
有用なポリエステルポリオールには、ジカルボン酸と過剰なジオールの反応、例えば、アジピン酸、フタル酸またはフタル酸無水物とエチレングリコールまたはブタンジオールの反応あるいはカプロラクトンとプロピレングリコールなどラクトンと過剰のジオールの反応により製造されるものがある。
【0017】
ポリエーテルおよびポリエステルポリオールに加え、マスターバッチまたはプレミックス組成物はポリマーポリオールを含むことが多い。ポリマーポリオールは、変形に対するフォームの耐性を増すため、すなわち、フォームの耐力特性(load−bearing properties)を増すためにポリウレタンフォームに使用される。現在、耐力の向上を得るために、異なる2種類のポリマーポリオールが使用されている。グラフトポリオールと記される第1の種類はビニルモノマーがグラフト共重合しているトリオールからなる。スチレンおよびアクリロニトリルが、選択される通常のモノマーである。ポリウレア修飾ポリオールである第2の種類は、ジアミンとTDIの反応により形成されるポリウレア分散液を含むポリオールである。TDIは過剰に使用されるので、TDIの一部はポリオールとポリウレアの両方と反応することがある。この第2の種類のポリマーポリオールには、ポリオール中のTDIとアルカノールアミンがその場で重合して形成されるPIPAポリオールと呼ばれる変種がある。耐力要件により、ポリマーポリオールは、マスターバッチのポリオール部分の20〜80%を構成することがある。
【0018】
水発泡ポリウレタンフォーム配合物に見いだされる他の典型的な薬剤には、エチレングリコールおよびブタンジオールなどの連鎖延長剤;ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミンおよびトリプロパノールアミンなどの架橋剤;CFC、HCFC、HFC、ペンタンなどの補助発泡剤;ならびにシリコーンなどの気泡安定剤がある。
【0019】
本発明による触媒組成物を含む1〜4lb/ft3(16〜65kg/m3)の密度を有する一般的なポリウレタン軟質フォーム配合物(例えば、自動車座席材料)は重量部(pbw)で以下の成分を含んでなるであろう。
軟質フォーム配合物 重量部
ポリオール 20〜100
ポリマーポリオール 80〜0
シリコーン界面活性剤 0.3〜3.0
発泡剤(水) 1〜6
架橋剤 0〜3
触媒組成物 0.2〜2
イソシアネート指数 70〜115
【0020】
本発明によるポリウレタン配合物に使用されるポリイソシアネートの量は限定されないが、通常当分野に公知の範囲内であろう。代表的な範囲は上記の表に与えられており、「NCO指数」(イソシアネート指数)の言及で示されている。当分野に知られているとおり、NCO指数は、イソシアネートの当量数を活性水素の当量の総数でわり、100を掛けたものとして定義されている。NCO指数は、以下の式により表される。
NCO指数=[NCO/(OH+NH)]×100
【0021】
16kg/m3から65kg/m3の密度の水発泡軟質ポリウレタンフォームを製造する方法は、ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤としての水および場合により気泡安定剤を、1種または複数種の第三級アミン触媒を含んでなる触媒組成物および2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分の両方の存在下で接触させる工程を含んでなる。前記方法の1態様において、前記触媒組成物は、1種または複数種の第三級アミン触媒を、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分と組み合わせて含んでなる。他の態様において、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)成分はMPDiolを含んでなり、さらに他の態様において、MPDiol成分は、2−メチル−1,3−プロパンジオール(MPDiol)と、7以上の炭素原子を含むアルカノールまたはそのポリアルコキシル化誘導体のブレンドを含んでなる。
【0022】
前記触媒組成物は、少なくとも1種の第三級アミンウレタン触媒を、MPDiolまたはMPDiolと少なくとも7の炭素原子を含むアルカノールのブレンドと組み合わせて含むが、前記アルカノールは、C7〜C26モノオール開始剤の存在下でアルキレンオキシド(特にはエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシド)を反応させて調製されるポリオキシアルキレンモノオールを含む、望ましくは直鎖または分岐C7−C26アルカノールである。好ましい直鎖アルカノールは、オクタノールからテトラデカノールを含むC8〜C14の範囲であり、好ましいポリオキシアルキレンアルカノールはTomadol 23−1(アルカノールのモルあたり平均1モルのエチレンオキシドでアルコキシル化されたC12〜C13中心アルカノールカット(alkanol cut))およびTomadol 91−2.5(アルカノールのモルあたり平均2.7モルのエチレンオキシドでアルコキシル化されたC9〜C11中心アルカノールカット)である。好ましい分岐状アルカノールは2−エチルヘキサノールおよびイソステアリルアルコールである。
【0023】
MPDiol成分に加え、触媒組成物は、ウレタン触媒をポリウレタン反応混合物に送るのに通常使用される希釈剤を含んでよく、ジプロピレングリコール(DPG)、エチレングリコール(EG)およびジエチレングリコール(DEG)がある。
【0024】
第三級アミン触媒は、ゲル化または発泡に分類できる。当分野に公知のゲル化または発泡触媒のいずれも本発明に使用してよい。本発明の目的には、ゲル化触媒は、ウレタン分野に公知の、初期選択性が0.7未満の第三級アミンウレタン触媒であり、発泡触媒は、0.7以上の初期選択性を持つ。触媒選択性は、発泡速度(尿素形成)対ゲル化速度(ウレタン形成)の比として定義される[J.Cellular Plastics、Vol.28、1992、360〜398ページ]。
【0025】
好適な第三級アミンゲル化触媒の例には、Air Products and Chemicals,Inc.によりDABCO 33−LV(登録商標)触媒としてジプロピレングリコール中で商業的に供給されるジアザビシクロオクタン(トリエチレンジアミン)、1,8−ジアザ−ビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7、キヌクリジンおよび置換キヌクリジン(米国特許第5,143,944号および米国特許第5,233,039号)、置換ピロリジジン(米国特許第5,512,603号)および置換ピロリジン(欧州特許第499873号)、ペンタメチルジプロピレントリアミン、トリス(3−ジメチルアミノプロピル)−アミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−アルキルモルホリン、ジメチルアミノプロピルアミン(DMAPA)、N,N,N”,N”−テトラメチルジプロピレントリアミン、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、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N,N−ジイソプロパノールアミン、2−(2−ジメチルアミノエトキシ)エタノール、2−[N−(ジメチルアミノエチル)−N−メチルアミノ]エタノール、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、ジエチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N−エチル−モルホリン、N−オクタデシルモルホリン(N−ココモルホリン)、N−メチル−ジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N’−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ピペラジン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−プロパンジアミン、1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)−2−メチルピペラジン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N,N−ジエチルベンジルアミン、N−エチル−ヘキサメチレンアミン、N−エチルピペリジン、α−メチル−ベンジルジメチルアミン、ジメチルヘキサデシルアミン、ジメチルセチルアミンなどがあるが、これらに限定されない。
【0026】
好適な第三級アミン発泡触媒の例には、Air Products and Chemicals,Inc.によりDABCO BL−11(登録商標)触媒として商業的に供給されるビス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および関連組成物(米国特許第5,039,713号、米国特許第5,559,161号)、高級過メチル化ポリアミン(米国特許第4,143,003号)、分岐状ポリアミン(米国特許第3,836,488号)、2−[N−(ジメチルアミノエトキシエチル)−N−メチルアミノ]エタノールおよび関連構造体(米国特許第4,338,408号)、アルコキシル化ポリアミン(米国特許第5,508,314号)、イミダゾール−ホウ素組成物(米国特許第5,539,007号)およびアミノプロピル−ビス(アミノエチル)エーテル組成物(米国特許第5,874,483号および米国特許第5,824,711号)があるが、これらに限定されない。
【0027】
第三級アミンウレア触媒は、発泡触媒およびゲル化触媒の両方として使用できる(米国特許第6,232,356号;米国特許第6,201,033号;米国特許第6,114,403号;米国特許第5,859,079号;米国特許第5,756,557号)。好適なモノウレアおよびビスウレアの例は、2−ジメチルアミノエチルウレア;N,N’−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;N,N−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;3−ジメチル−アミノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)ウレア;N,N−ビス(3−ジメチルアミノ−プロピル)ウレア;1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア;1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレア;3−ピペリジノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ピペリジノプロピル)ウレア;2−ピペリジノエチルウレア;およびN,N’−ビス(2−ピペリジノエチル)ウレアである。米国特許第4,644,017号は、本発明の実施に有用なアミノアルキルウレアを教示しており、参照により本願に組み込む。
【0028】
好ましいウレアは、3−ジメチルアミノプロピルウレア、N,N’−ビス(3−ジメチルアミノ−プロピル)ウレア、1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア、1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレア、3−ジメチルアミノプロピルウレアとN,N’−ビス(3−ジメチルアミノ−プロピル)ウレアの混合物および1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレアと1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレアの混合物であり、混合物は、モノウレアとビスウレアのモル比が75:25から95:5であることが好ましい。
【0029】
本発明の1実施形態において、ゲル化触媒、発泡触媒および三量体化触媒の一部または全ては、触媒が塩を形成するアミン官能基を含むならば、カルボン酸、フェノールまたは置換フェノールにより「ブロック」されて(すなわち塩を形成)いてよい。「ブロックされた」触媒が「酸ブロック」されていることが好ましい。ポリウレタン配合物に加えられたままの触媒が、すでに存在するカルボン酸またはフェノールを含むことがあり、あるいは酸またはフェノールを配合物中の1種または複数種の他の成分と共に加えてその場で塩を形成してもよいことに留意されたい。そのような塩の形態で触媒組成物を提供することにより、触媒活性の遅延した開始が達成される。これは、例えば、型への充填を容易にするため粘度増加の遅延が望ましい場合など、ある用途において有益である。
【0030】
多くのカルボン酸が、本発明によるゲル化触媒、発泡触媒および三量体化触媒成分のいずれかまたは全てをブロックするのに好適である。非限定的な例には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、2−エチルヘキサン酸、フェノキシ酢酸および(ジクロロフェノキシ)酢酸などのアリールオキシ−置換カルボン酸および2−クロロプロピオン酸などのハロゲン化酸およびクロロ安息香酸などの環ハロゲン化芳香族カルボン酸がある。好適な酸の非限定的なさらなる例には、グルコン酸、ヒドロキシ酢酸、酒石酸およびクエン酸などのヒドロキシ酸がある。当業者には理解されるであろうが、ポリウレタン配合物のある全体的な組成物の一部として、あるゲル化/発泡触媒組み合わせと組み合わせたある酸が、例えば、ポリウレタン形成の間および/またはその後の揮発性有機化合物(VOC)の放出に関してなど、全体的な組成物およびプロセスの特性の一部を損なうことがある。したがって、ある用途に対する酸と触媒の許容できる組み合わせの決定は、当業者の能力内にあるものなど、ごく普通の実験をある程度必要とすることがあるが、そのような組み合わせも本発明の範囲内である。
【0031】
多くのフェノールのいずれもが、ゲル化、発泡および三量体化触媒成分のいずれかまたは全てと塩を形成するのに使用できる。好適な非限定的な例には、ノニルフェノール、イソプロピルフェノール、オクチルフェノールおよびtert−ブチルフェノールがある。ジアルキルフェノール、例えば、ジイソプロピルフェノールおよびジ−tert−ブチルフェノールも有用である。典型的には、フェノール自体が使用される。
【0032】
触媒組成物は、10から90重量%の1種または複数種のゲル化、発泡またはウレア触媒などの第三級アミン触媒およびMPDiol自体かMPDiolとアルコールとのブレンドを含んでなる90から10重量%のMPDiol成分を含んでなる。望ましくは、触媒組成物は第三級アミン触媒および100〜2000mPa(cps)の粘度を得るのに十分なMPDiol成分を含んでなり、ある特に望ましい実施形態において、第三級アミン触媒が固体または25℃で粘度が2000mPa(cps)を超える液体である場合、25から80重量%の第三級アミン触媒および75から20重量%のMPDiol成分を含んでなる。他の特に望ましい実施形態において、第三級アミン触媒が25℃で粘度が100mPa(cps)未満の液体である場合、触媒組成物は60から90重量%の第三級アミン触媒および30から10重量%のMPDiol成分を含んでなる。
【0033】
MPDiol成分は、20から100重量%のMPDiolおよび80から0重量%のC7+アルカノールまたはそのアルコキシル化誘導体を含んでなる。MPDiol成分は、45から90重量%のMPDiolおよび55から10重量%のC7+アルカノールまたはそのアルコキシル化誘導体を含んでよい。ある態様において、アルカノールは、7から26の炭素原子を、好ましくは8から18の炭素原子を含む。
【0034】
1種または複数種の第三級アミンゲル化、発泡またはウレア触媒をMPDiol成分と組み合わせて含んでなる触媒的に有効量の触媒組成物がポリウレタン配合物に使用される。より具体的には、触媒組成物の好適な量は、ポリウレタン配合物中の100部のポリオールあたり約0.01から10重量部(pphp)、好ましくは0.05から2pphpの範囲である。
【0035】
触媒組成物は、ウレタン分野に周知の他の第三級アミン、有機スズまたはカルボキシレートウレタン触媒と組み合わせて使用しても、またはそれらを含んでいてもよい。
【実施例】
【0036】
実施例1
この実施例において、TDIポリウレタンフォームを従来の方法で調製した。重量部で示すポリウレタン配合物は以下のとおりであった。
成分 フォーム1 フォーム2
Specflex NC 630 Polyol 72 72
Specflex NC 700 Polyol 28 28
SSF 0.8 0.8
DEOA−LF 1.76 1.5
添加する水 3.84 2.67
TEDA 0.11 0.11
BDMAEE 0.056 0.056
キャリア 可変 可変
TDI
Index100 48.15 35.98
Specflex NC 630−Dowからの従来のエチレンオキシド末端ポリエーテルポリオール
Specflex NC 700−Dowからのスチレン−アクリロニトリルコポリマーが充填されたポリエーテルポリオール
SSF−DC 5169とDC 5164の3:1のブレンド
TDI−Mondur TD80−80重量%の2,4−TDIと20重量%の2,6−TDIの混合物
TEDA−トリエチレンジアミン
BDMAEE−ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル
DEOA−LF−85重量%のジエタノールアミン、15重量%の水
【0037】
表1は触媒組成物を列記し、表2は、本発明のキャリアおよび本発明ではないジプロピレングリコールコントロールと一緒に触媒を使用して得られる物性を列記する。TEDAおよびBDMAEE触媒は、業界標準のゲル化および発泡触媒をそれぞれ代表するために選択し、そのためフォーム産業で利用される発泡対ゲル化選択性範囲を括弧に入れる〔J.Cellular Plastics、Vol.28、1992、360〜398ページ〕。
【0038】
軟質成型フォームの機械試験は、Hi Tech Sure Shot MHR−50、シリンダー置換シリーズおよび高圧機械で実施した。適当なポリオール、水、架橋剤、界面活性剤および各配合物用の触媒からなる新鮮なプリミックスを機械に入れた。Mondur TD−80を試験全体で使用した。全ての化学品温度は、機械の内部温度制御ユニットにより23±2℃に保った。63±2℃に保っている恒温加熱アルミニウム型にフォームを注入した。型は、内部寸法が40.6cm×40.6cm×10.2cmを持つように設計された典型的な物性ツールであった。型には5のベントがあり、それぞれが直径約1.5mmであり、各縁から10cmのそれぞれの角および蓋の幾何中心に集まっていた。型には全ての注入の前に溶媒系離型剤を噴霧し、1分間乾燥させてから注入した。フォームプリミックスを、型を完全に満たし報告する望ましいコア密度を得ることができる湿潤化学充填重量(wet chemical charge weight)で型の中心にパドル注入(puddle pour)した。最低充填要件を、評価する各配合物に対して確立した。フォーム物品を、初期注入(次の段落に詳述)の後240秒(4分)で取り出した。取り出し時に、フォームをメカニカルクラッシャーの中に置くか、あるいは破壊にいたる力(FTC)測定(以下に詳述)のため試験した。
【0039】
各触媒セット中の全ての物性フォームは、取り出し後1分に、ギャップ2.54cmに設定したBlack Brothers Rollerクラッシャーを利用して機械的に破砕した。ローラー中の各通過後フォームを90度回転させ、各パートに対して破砕を3回実施した。物理的試験用に製造された全パートを、恒温恒湿室(23±2℃、相対湿度50±2%)で少なくとも7日間状態調整した。
【0040】
ある条件のセットに対して3から4の物性パートを製造した。各パッドから5の試験片を打ち抜き、表2および3に列記した各物性に関して評価した。全ての結果を含めて平均を計算した。ASTM D−3574に明記されているとおり各試験を実施した。
【0041】
取り出し後45秒にFTC測定を実施した。各パッドを型から取りだし、秤量し、FTC装置中に置いた。力検出装置は、323cm2円形プレートクロスヘッドとドライブシャフトの間に設けられた能力2.2kg圧力変換器を備えている。実際の力はデジタルディスプレイに示される。この装置は、ASTM D−3574、Indentation Force Deflection Testに倣い、新たに取り出されたフォームの初期の硬度および柔らかさの数値を提供する。275mm/分のクロスヘッド速度で、パッドを元の厚さの50%に圧縮しながら、最高圧縮サイクルを達成するのに要する力をニュートンで記録した。10の圧縮サイクルを完了した。1サイクルを完了するのにおよそ30秒かかる。
【表1】

a 直接的な比較を容易にするため、市販の33LVおよびBL−11製品中のDPGコントロールと同レベルでTEDA(33重量%TEDA、67重量%キャリア)およびBDMAEE(70重量%BDMAEE、30重量%キャリア)にキャリアを加えた。キャリアに関係なく、TEDA(0.107pphp)およびBDMAEE(0.056pphp)触媒の活性量は、各触媒組成物中で同じである。
【表2】

【0042】
表2のデータは、TDIフォーム製造時に、触媒1または2を使用すると、DPGキャリアを有する触媒コントロールに比べ、より高い空気流通およびより低い破壊にいたる力を与えたことを表す。ほとんどの場合、破壊にいたる力は第1サイクルでより低く、第4サイクルより前にコントロールより低くなる。レジリエンスを著しく悪化させずに引裂強度を向上させるのが困難であることも知られている。触媒1および2は、他の重要な物性を著しく変化させずに、レジリエンスの損失を5%以下にして最大10%の引裂きの向上を提供した。
実施例2
【0043】
この実施例において、MDIポリウレタンフォームを従来の方法で調製した。表1は触媒組成を列記し、表3は、本発明のキャリアおよび本発明でないジプロピレングリコールコントロールと一緒に表1の触媒を使用して得られる物性を列記している。重量部で示すポリウレタン配合物は以下のとおりであった:
フォーム3
成分
Voranol 6001ポリオール 100
CP−1421 気泡開放剤(cell opener) 1.3
SSF 1
DEOA−LF 0.71
添加する水 3.49
TEDA 0.11
BDMAEE 0.056
キャリア 可変
MDI(インデックス100) 60.6
Voranol 6001−Bayer製の従来のエチレンオキシド末端ポリエーテルポリオール
CP−1421 気泡開放剤−Dow製の高エチレンオキシド含量のポリエーテルポリオール
SSF−DC2525
MDI−Rubinate7304(32.4%NCO)
【表3】

【0044】
表3のデータは、MDIフォーム製造時に、触媒1または2を使用すると、触媒コントロールDPGキャリア/希釈剤に比べ、より高い空気流通および/またはより低い破壊にいたる力を与えたことを表す。両方の場合で、破壊にいたる力は第1サイクルで低かった。触媒1および2は、他の重要な物性を有意に変化させずに、レジリエンスの損失を3%以下にして最大9%の引裂きの向上を提供した。
【0045】
意外なことであるが、表2および3は、MPDiolおよび場合により2−エチル−1−ヘキサノールを含むアルカノールと組み合わせて第三級アミン触媒を選択することにより、フォームの物性を系統的に変えることができることを示している。具体的には、有意に変えることのできる物性は破壊にいたる力、空気流通および引裂きである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒および2−メチル−1,3−プロパンジオール成分から基本的になる軟質ポリウレタンフォームを製造する触媒組成物であって、前記2−メチル−1,3−プロパンジオール成分が20から100重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび0から80重量%の炭素原子数7以上のアルカノールまたは前記アルカノールのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる触媒組成物。
【請求項2】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒が、トリエチレンジアミン;1,8−ジアザ−ビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7;キヌクリジン;置換キヌクリジン;置換ピロリジジン;置換ピロリジン;ペンタメチルジプロピレントリアミン;トリス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン;ジメチルシクロヘキシル−アミン;メチルジシクロヘキシルアミン;N,N−ジメチルエタノールアミン;N−アルキルモルホリン;ジメチルアミノプロピルアミン;N,N,N”,N”−テトラメチルジプロピレン−トリアミン;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;N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N,N−ジイソプロパノールアミン;2−(2−ジメチルアミノエトキシ)エタノール;2−[N−(ジメチルアミノエチル)−N−メチルアミノ]エタノール;トリメチルアミン;トリエチルアミン;トリブチルアミン;トリオクチルアミン;ジエチルシクロヘキシルアミン;N−メチルモルホリン;N−エチルモルホリン;N−オクタデシルモルホリン(N−ココモルホリン);N−メチル−ジエタノールアミン;N,N−ジメチルエタノールアミン;N,N’−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ピペラジン;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン;N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−プロパンジアミン;1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)−2−メチルピペラジン;N,N−ジメチルベンジルアミン;N,N−ジエチルベンジルアミン;N−エチル−ヘキサメチレンアミン;N−エチルピペリジン;α−メチル−ベンジルジメチルアミン;ジメチルヘキサデシルアミン;ジメチルセチルアミン;ビス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;過メチル化ポリアミン;分岐状ポリアミン;2−[N−(ジメチルアミノエトキシエチル)−N−メチルアミノ]エタノール;アルコキシル化ポリアミン;イミダゾール−ホウ素;アミノプロピル−ビス(アミノエチル)エーテル;2−ジメチルアミノエチルウレア;N,N’−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;N,N−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;3−ジメチル−アミノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)ウレア;N,N−ビス(3−ジメチルアミノ−プロピル)ウレア;1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア;1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレア;3−ピペリジノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ピペリジノプロピル)ウレア;2−ピペリジノエチルウレア;N,N’−ビス(2−ピペリジノエチル)ウレアおよびこれらの混合物から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項3】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒が、トリエチレンジアミン;ペンタメチルジプロピレントリアミン;ビス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;3−ジメチル−アミノプロピルウレア、N,N’−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)ウレア、1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア、1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレアおよびこれらの混合物から選択される、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項4】
前記2−メチル−1,3−プロパンジオール成分が、45から90重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび10から55重量%の炭素原子数7以上のアルカノールまたは前記アルカノールのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項5】
前記アルカノールがオクタノールまたは2−エチル−1−ヘキサノールである、請求項4に記載の触媒組成物。
【請求項6】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒がトリエチレンジアミン、ビスジメチルアミノエチルエーテルまたはこれらの混合物である、請求項5に記載の触媒組成物。
【請求項7】
10から90重量%の1種または複数種の第三級アミン触媒および90から10重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項8】
100〜2000mPa(cps)の粘度を得るのに十分なMPDiol成分を含んでなる、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項9】
前記第三級アミン触媒が固体または25℃で粘度が2000mPa(cps)を超える液体である場合、25から80重量%の第三級アミン触媒および75から20重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項10】
前記第三級アミン触媒が25℃で粘度が100mPa(cps)未満の液体である場合、60から90重量%の第三級アミン触媒および30から10重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項1に記載の触媒組成物。
【請求項11】
ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤としての水および場合により気泡安定剤を、1種または複数種の第三級アミン触媒ならびに20から100重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび0から80重量%の炭素原子数7以上のアルカノールまたは前記アルカノールのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる2−メチル−1,3−プロパンジオール成分を含んでなる触媒組成物の存在下で接触させる工程を含んでなる、16から65kg/m3の密度の水発泡軟質ポリウレタンフォームを製造する方法。
【請求項12】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒が、トリエチレンジアミン;1,8−ジアザ−ビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7;キヌクリジン;置換キヌクリジン;置換ピロリジジン;置換ピロリジン;ペンタメチルジプロピレントリアミン;トリス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン;ジメチルシクロヘキシル−アミン;メチルジシクロヘキシルアミン;N,N−ジメチルエタノールアミン;N−アルキルモルホリン;ジメチルアミノプロピルアミン;N,N,N”,N”−テトラメチルジプロピレン−トリアミン;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;N−(3−ジメチルアミノプロピル)−N,N−ジイソプロパノールアミン;2−(2−ジメチルアミノエトキシ)エタノール;2−[N−(ジメチルアミノエチル)−N−メチルアミノ]エタノール;トリメチルアミン;トリエチルアミン;トリブチルアミン;トリオクチルアミン;ジエチルシクロヘキシルアミン;N−メチルモルホリン;N−エチルモルホリン;N−オクタデシルモルホリン(N−ココモルホリン);N−メチル−ジエタノールアミン;N,N−ジメチルエタノールアミン;N,N’−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ピペラジン;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン;N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−プロパンジアミン;1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)−2−メチルピペラジン;N,N−ジメチルベンジルアミン;N,N−ジエチルベンジルアミン;N−エチル−ヘキサメチレンアミン;N−エチルピペリジン;α−メチル−ベンジルジメチルアミン;ジメチルヘキサデシルアミン;ジメチルセチルアミン;ビス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;過メチル化ポリアミン;分岐状ポリアミン;2−[N−(ジメチルアミノエトキシエチル)−N−メチルアミノ]エタノール;アルコキシル化ポリアミン;イミダゾール−ホウ素;アミノプロピル−ビス(アミノエチル)エーテル;2−ジメチルアミノエチルウレア;N,N’−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;N,N−ビス(2−ジメチルアミノエチル)ウレア;3−ジメチル−アミノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)ウレア;N,N−ビス(3−ジメチルアミノ−プロピル)ウレア;1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア;1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレア;3−ピペリジノプロピルウレア;N,N’−ビス(3−ピペリジノプロピル)ウレア;2−ピペリジノエチルウレア;N,N’−ビス(2−ピペリジノエチル)ウレアおよびこれらの混合物から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒が、トリエチレンジアミン;ペンタメチルジプロピレントリアミン;ビス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;3−ジメチル−アミノプロピルウレア、N,N’−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)ウレア、1−(N−メチル−3−ピロリジノ)メチルウレア、1,3−ビス(N−メチル−3−ピロリジノ)−メチルウレアおよびこれらの混合物から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記2−メチル−1,3−プロパンジオール成分が、45から90重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび10から55重量%の炭素原子数7以上のアルカノールまたは前記アルカノールのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる、請求項11に記載の方法。
【請求項15】
前記アルカノールがオクタノールまたは2−エチル−1−ヘキサノールである、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒がトリエチレンジアミン、ビスジメチルアミノエチルエーテルまたはこれらの混合物である、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記触媒組成物が10から90重量%の1種または複数種の第三級アミン触媒および90から10重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項11に記載の方法。
【請求項18】
前記触媒組成物が100〜2000mPa(cps)の粘度を得るのに十分なMPDiol成分を含んでなる、請求項11に記載の方法。
【請求項19】
前記第三級アミン触媒が固体または25℃で粘度が2000mPa(cps)を超える液体である場合、前記触媒組成物が25から80重量%の第三級アミン触媒および75から20重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項11に記載の方法。
【請求項20】
前記第三級アミン触媒が25℃で粘度が100mPa(cps)未満の液体である場合、前記触媒組成物が60から90重量%の第三級アミン触媒および30から10重量%のMPDiol成分を含んでなる、請求項11に記載の方法。
【請求項21】
前記アルカノールが7から26の炭素原子を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項22】
前記アルカノールがオクタノールまたは2−エチル−1−ヘキサノールである、請求項11に記載の方法。
【請求項23】
以下の配合物を反応させることのより調製される、16から65kg/m3の軟質フォームであって、
軟質フォーム配合物 重量部
ポリオール 20〜100
ポリマーポリオール 80〜0
シリコーン界面活性剤 0.3〜3
発泡剤(水) 1〜6
架橋剤 0〜3
触媒組成物 0.2〜2
イソシアネート指数 70〜115
前記触媒組成物が、20から100重量%の2−メチル−1,3−プロパンジオールおよび0から80重量%のC7−C26アルカノールまたはそのポリアルコキシル化誘導体を含んでなる2−メチル−1,3−プロパンジオール成分と組み合わせた1種または複数種の第三級アミンウレタン触媒から基本的になる、軟質フォーム。

【公開番号】特開2007−332375(P2007−332375A)
【公開日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2007−155556(P2007−155556)
【出願日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【出願人】(591035368)エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】AIR PRODUCTS AND CHEMICALS INCORPORATED
【住所又は居所原語表記】7201 Hamilton Boulevard, Allentown, Pennsylvania 18195−1501, USA
【Fターム(参考)】