説明

植物油系ポリオールを用いて調製されたポリウレタンフォームにおける使用のためのシリコーン界面活性剤

天然油系ポリオールを用いて調製されたポリウレタンフォームにおける使用のためのシリコーン界面活性剤は、アルキル及びポリアルキレンオキサイドポリエーテルペンダントを持つシリコーンコポリマーを含む。該シリコーン界面活性剤は、植物油系ウレタンフォームにおいて使用された場合に、他の界面活性剤組成物に比して改善された物理特性を有するフォームを生じる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
背景
本発明の実施態様は、ポリウレタンフォームにおける使用のためのシリコーン界面活性剤に関する。より具体的には、本発明の実施態様は、植物油系ポリオールを利用する可撓性ウレタンフォーム組成物に対して改善された特性を提供する、付加されたアルキル及びポリエーテルペンダント基を伴うジメチルシロキサン骨格を有するシリコーン界面活性剤に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリウレタンフォームは、多様な産業及び消費者利用において広く使用されている。ポリウレタンフォームの一般的な生産は、当業者に周知である。ポリウレタンは、ポリイソシアネート中に存在するイソシアネート基とポリオール中に存在するヒドロキシル基との反応から生産される。ポリウレタンフォームの生産(ポリイソシアネートとポリオールとの反応)は、いくつかの添加剤(界面活性剤、触媒、架橋剤、難燃剤、水、発泡剤(blowing agents)、及び他の添加剤)の存在下で行われる。界面活性剤は、ポリウレタンフォーム製造工程の間に典型的に必要であり、最終ポリウレタンフォームの物理特性に顕著な影響を与える。最もありふれたタイプの界面活性剤は、シロキサン/ポリエーテルコポリマー系である。可撓性ポリウレタンフォーム(ポリウレタンフォームのサブカテゴリー)は、一般的に軟質で、密度が低く、柔軟であり、充填後に構造的に反発しやすい(structural rebound)。
【0003】
ポリウレタンの生産において使用されるポリオールは、典型的に石油化学製品起源であり、一般的にプロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、ならびにプロピレングリコール、グリセリン、スクロース及びソルビトール等の様々なスターター由来である。ポリエーテルポリオールは、ポリウレタン生産において使用される最も一般的なポリオールである。可撓性フォーム用に、分子量約2,000〜10,000のポリエーテルポリオールが一般的に使用される。これらのタイプのポリオールは、石油由来油(非再生可能資源)の消耗に寄与する。
【0004】
従って、近年、植物油系ポリオールが多様なポリウレタン利用に浸透しつつある。「環境にやさしい(greener)」製品に対する消費者の要求の高まり、及び非再生可能資源の消耗は、再生可能な成分により生産されたポリウレタンフォームに対する要求をますます高めている。また、再生可能資源由来であることから、植物油系ポリオールは「天然油系ポリオール」(NOP)としても知られ、石油系供給材料の代替を提供する。ポリオール供給業者及びポリウレタンフォーム製造業者の両方がこの機会を認識したことから、NOPは石油系ポリオールと組み合わせて、ますます幅広くポリウレタンフォームにおいて使用されている。
【0005】
現在ポリウレタンフォームにおいて使用されているNOPは、通常、少なくとも1種の植物油(大豆、キャスター、ヒマワリ、セイヨウアブラナ、アマニ、綿実、アブラギリ、パーム、芥子粒、トウモロコシ及びピーナッツを包含するが、これらに限定されない)に基づく。ある点に関し、NOPは、一般的に、その植物油が供される化学修飾の程度及び特徴に依存して、ヒドロキシル化植物油又はアルコキシル化植物油として分類される可能性がある。これらは、様々な製造業者から商業的に入手可能である。
【0006】
ポリウレタンフォームにおける石油系ポリオールの使用は、厳しい産業界の要求を満たす製品を生み出してきた確立された技術である。従って、ポリウレタンフォームの製造においてそれらの一部又は全部をNOPで置換する試みは、製品の質の低下を結果として生じている。これは、増加するNOPの混入(incorporation)がフォームの物理特性に負の影響を与える可撓性ポリウレタンフォームの場合において特に真実である。
【0007】
それにもかかわらず、ポリウレタン製造においてNOPを使用する利点のため、特に環境の観点から、引き続きそれらを使用する努力が続けられている。従って、そのようなポリオールの使用から結果として生じる物理特性に対する負の影響を軽減する解決策が主にNOPの製造業者/供給者によって提供されており、それはフォーム処方中に追加のポリオール成分を組み入れること(incorporating)(米国公開特許番号第2006/0235100)か、又は植物油系ポリオールの構造修飾(米国公開特許番号第2007/0238798)に関する。
【0008】
本発明は、特定の界面活性剤組成物を使用することによって、NOPを用いて製造された可撓性ポリウレタンフォーム処方におけるフォームの物理特性の低下を最小限にするか又は取り去るためにはたらく。ウレタンフォームにおいてNOPを使用した場合に遭遇する物理特性の問題に対し、本発明の課題である、修飾された構造のシロキサン/ポリエーテル/アルキル界面活性剤を使用することによってこの問題に取り組む解決策は以前に存在しない。
【0009】
比較目的のため、米国特許番号第6,653,359は、従来のシロキサン/ポリエーテル界面活性剤を記載する。植物油系ポリオールを使用する可撓性ポリウレタンフォーム処方におけるこれら以前のタイプの界面活性剤の使用は、フォームに対して低下した物理特性を結果として生じる。これに対し、本発明において提供されるシロキサン/ポリエーテル/アルキル界面活性剤は、従来技術の界面活性剤に比して、フォームに対し改善されたフォーム物理特性を提供し、可撓性ポリウレタンフォーム処方への増大した使用レベルのNOPを可能とする。
【0010】
簡単な説明
本発明の実施態様は、他の界面活性剤組成物に比して改善された特性を有するNOPを用いて作製されたポリウレタンフォームを生じる、ポリアルキレンオキサイドポリエーテル及びアルキルペンダントを持つシリコーンコポリマーである特定の界面活性剤に関する。
【0011】
より具体的には、本発明は、ポリウレタンフォームの製造方法であって、以下:
A)以下を包含する混合物を調製すること:
(1)植物油由来ポリオールを包含するポリオール、
(2)有機ポリイソシアネート
(3)ポリウレタンフォームの製造のための少なくとも1種の触媒、
(4)水、及び
(5)下記式を有する界面活性剤:
R−Si(CHO−{Si(CHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−Si(CH−R
又は
−Si(CHO−{SiCHO}−[SiCH{O−(SiCHO)−Si(CH}O]−{SiCHO}−Si(CH−R
式中、
、R、及びRは下記式:
−B−C2nO−(CO)−(CO)−(CO)−Z、
のポリアルキレンオキサイドポリエーテルであり、且つ
式中、
が約3000〜約6000グラム/モルの範囲のブレンド平均分子量(「BAMW」、1以上の明確に異なる組成物の混合物の数値的モル平均分子量)を有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約800〜約2900グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約130〜約800グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約0〜約100重量%を含み;
がC〜C12置換又は非置換アルキル基、アルカリール(alkaryl)基、又はアリール基であり;
がC14〜C30置換又は非置換アルキル又はアルカリール基であり;
Bがヒドロシリル化(hydrosilation)を経てSi−C結合を形成することが可能な部分であるか、又は縮合を経てSi−O−C結合を形成することが可能な部分であり;
Zは水素、C〜Cアルキル又はアルカリール部分、−C(O)Z、−C(O)OZ、及び-C(O)NHZからなる群より選択され;
式中Zは、単官能性C〜Cアルキル又はアリール部分を表し;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択され;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択されるが、少なくとも1つのRはRでなくてはならず;
xは40〜150であり;
yは5〜40であって、且つa+b+c+d+eに等しく
式中、b又はc(但し両方ではない)は0であってもよく、
d/(a+b+c+e)=0〜1であり、且つ
e>0、且つ
a+b>0、
m=10〜100、
n≦4、且つ
f、g、及びhはポリエーテルR、R、及びRの規定のBAMWを満たすようなあらゆる値を有するように独立して選択され得る;ならびに
B)混合物の成分1)〜5)を反応させてポリウレタンフォームを形成すること
を包含する方法に向けられる。
【0012】
第2の実施態様において、以下の反応産物を含むポリウレタンフォームが提供される:
(1)植物油由来ポリオールを包含するポリオール、
(2)有機ポリイソシアネート
(3)ポリウレタンフォームの製造のための少なくとも1種の触媒、
(4)水、及び
(5)下記式を有する界面活性剤:
R−Si(CHO−{Si(CHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−Si(CH−R
又は
−Si(CHO−{SiCHO}−[SiCH{O−(SiCHO)−Si(CH}O]−{SiCHO}−Si(CH−R
式中、
、R、及びRは下記式:
−B−C2nO−(CO)−(CO)−(CO)−Z、
のポリアルキレンオキサイドポリエーテルであり、且つ
式中、
が約3000〜約6000グラム/モルの範囲のブレンド平均分子量(「BAMW」、1以上の明確に異なる組成物の混合物の数値的モル平均分子量)を有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約800〜約2900グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約130〜約800グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約0〜約100重量%を含み;
がC〜C12置換又は非置換アルキル基、アルカリール基、又はアリール基であり;
がC14〜C30置換又は非置換アルキル又はアルカリール基であり;
Bがヒドロシリル化を経てSi−C結合を形成することが可能な部分であるか、又は縮合を経てSi−O−C結合を形成することが可能な部分であり;
Zは水素、C〜Cアルキル又はアルカリール部分、−C(O)Z、−C(O)OZ、及び-C(O)NHZからなる群より選択され;
式中Zは、単官能性C〜Cアルキル又はアリール部分を表し;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択され;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択されるが、少なくとも1つのRはRでなくてはならず;
xは40〜150であり;
yは5〜40であって、且つa+b+c+d+eに等しく
式中、b又はc(但し両方ではない)は0であってもよく、
d/(a+b+c+e)=0〜1であり、且つ
e>0、且つ
a+b>0、
m=10〜100
n≦4、且つ
f、g、及びhはポリエーテルR、R、及びRの規定のBAMWを満たすようなあらゆる値を有するように独立して選択され得る。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以前は、界面活性剤の性質を変化することが、NOP系ポリウレタンフォームの物理特性を変化するであろうとは予測されていなかった。しかしながら、本発明は、驚くべきことに、従来のウレタンフォーム界面活性剤に比してそのようなフォームの特性を改善する特定の一群の界面活性剤を同定した。また、この界面活性剤は、従来の石油系ポリオールフォームにおける使用に好適である。
【0014】
石油系ポリオールは、石油系エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの公知の反応を介して反応し、多様なエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)の組み合わせ及び分子量を有するポリエーテルポリオールを形成する、グリセロール(又は他の−OH含有スターター)から合成される。EO/PO比による化合物の極性の制御のもとにおいて、ポリオール中の−OH基の数は、出発物質の性質によって決定される。
【0015】
一方、NOPは、植物油由来であり、これは、再生可能な「環境にやさしい」起源であり、主に、トリグリセリドからなる。ポリウレタンフォーム形成(formation)においてこれらのポリオールが有用となるためには、それらはトリグリセリドの脂肪酸鎖中に−OH基を含有していなければならない。いくつかの植物油(ヒマシ油)は、既にこれらのヒドロキシル−OH基を含有する。その他、大豆油等は、二重結合を含む。OH基を伴わない植物油は、従って、一般的に、−OH基等の様々な官能基を含有するように公知の反応を通して化学的に修飾される。ヒドロキシル基のみが添加された場合、NOPは「ヒドロキシル化」と呼ばれることがある。そのようなポリオールは、石油系ポリオールに比して非常に異なる物理的及び化学的特性を有する。そのようなNOP中のヒドロキシル基が、アルコキシ基を含有するようにさらに化学的に修飾された場合、そのNOPは「アルコキシル化」と示されることがある。
【0016】
一般に、NOP中の植物油が化学的に修飾される程度が少ないほど、より再生可能である。従って、「ヒドロキシル化」植物油系ポリオールは、一般に、「アルコキシル化」植物油ポリオール、又は、さらに若しくはより顕著に化学修飾されたものに比して、それらの中に高いレベルの再生可能な化合物を有する。化学修飾された植物油由来のあらゆる他のNOPと同様、本発明の界面活性剤は、「アルコキシル化」及び「ヒドロキシル化」NOPの両方と共に使用され得るが、従来の界面活性剤を用いて見出される最終フォームの特性に関する最も顕著な改善は、「ヒドロキシル化」植物油ポリオールが可撓性フォーム処方において使用された場合に存在する。
【0017】
本発明は、ポリエーテルペンダントに加え、シロキサン骨格上のアルキルペンダントを含有する一群のシリコーン界面活性剤を記載する。可撓性ポリウレタンフォーム用途のこれらのシロキサン/ポリエーテル/アルキル界面活性剤は、従来のシロキサン/ポリエーテル界面活性剤と比較した場合に、石油由来ポリオールと組み合わせてNOPを使用する可撓性ポリウレタンフォームにおいて、改善されたフォーム物理特性を提供する。これらのシロキサン/ポリエーテル/アルキル界面活性剤は、可撓性フォーム処方中のより高いレベルのNOP取り込みを可能にする。
【0018】
本発明の課題である界面活性剤の1つの特徴は、ポリエーテルペンダントに加え、シリコーン骨格上にグラフトされたアルキルペンダントである。本発明の課題の界面活性剤は、以下に詳述されるアルキル及びポリエーテルペンダントの両方を含有する。
【0019】
上述のように、本発明は、従来法で生産される可撓性ポリウレタンフォームにおいても、米国特許番号第6,653,359においてより完全に記載されているフォームの生産において不活性ガス発泡剤を使用する溶存ガス技術を用いるものにおいても、同様に好適に使用され得る。溶存ガス技術フォームにおいて使用された場合、以下に詳述されるように、MWを最適にし、高いEO含有分岐鎖を持たないようにするため、本発明の界面活性剤は低量(low)であることが好ましい。
【0020】
同様のシリコーンコポリマー(米国特許番号第6,653,359に例示される)がNOPを用いた高品質のウレタンフォームの生産において好成績でなかったことから、本発明のシリコーンコポリマーを用いたNOP系フォームの改善された物理特性及び優れた性能発揮といったこの知見は、特に予想外であった。
界面活性剤の構造
【0021】
本発明のシリコーン界面活性剤は、付加されたアルキル及びポリアルキレンオキサイドポリエーテルペンダント基を有するジメチルシロキサン骨格を有する。このペンダントは、Si−C結合又はSi-O-C結合のいずれかを介してシロキサン骨格に付加され得る。これらのコポリマー中のSi−C結合は、加水分解的に安定であり、これらの界面活性剤の多くが水アミンプレミックス(water amine premixs)中に使用されてもよく、好ましくは難燃性フォーム組成物における使用のために難燃性の特徴により設計される。
【0022】
本発明の実施において採用される界面活性剤は、以下の一般化された平均的な式の1つを有するシリコーン/ポリエーテル/アルキル組成物である:
R−Si(CHO−{Si(CHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−Si(CH−R
又は
−Si(CHO−{SiCHO}−[SiCH{O−(SiCHO)−Si(CH}O]−{SiCHO}−Si(CH−R
式中、
、R、及びRは下記式:
−B−C2nO−(CO)−(CO)−(CO)−Z、
のポリアルキレンオキサイドポリエーテルであり、且つ
式中、
が約3000〜約6000グラム/モルの範囲のブレンド平均分子量(「BAMW」、1以上の明確に異なる組成物の混合物の数値的モル平均分子量)を有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約800〜約2900グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約130〜約800グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約0〜約100重量%を含み;
がC〜C12置換又は非置換アルキル基、アルカリール基、又はアリール基であり;
がC14〜C30置換又は非置換アルキル基又はアルカリール基であり;
Bがヒドロシリル化を経てSi−C結合を形成することが可能な部分であるか、又は縮合を経てSi−O−C結合を形成することが可能な部分であり;
Zは水素、C〜Cアルキル又はアルカリール部分、−C(O)Z、−C(O)OZ、及び-C(O)NHZからなる群より選択され;
式中Zは、単官能性C〜Cアルキル又はアリール部分を表し;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択され;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択されるが、少なくとも1つのRはRでなくてはならず;
xは40〜150であり;
yは5〜40であって、且つa+b+c+d+eに等しく
式中、b又はc(但し両方ではない)は0であってもよく、
d/(a+b+c+e)=0〜1であり、且つ
e>0、且つ
a+b>0、
m=10〜100
n≦4、且つ
f、g、及びhはポリエーテルR、R、及びRの規定のBAMWを満たすようなあらゆる値を有するように独立して選択され得る。
【0023】
部分は、好ましくは約35〜55重量%のEO、より好ましくは約40%のEOの範囲にある。好ましくは、そのような部分は、3500ダルトンを超える、より好ましくは4000ダルトンを超えるBAMWを有する。また、R部分は、好ましくは、約35〜約55重量%のEO、より好ましくは約40%のEOの範囲にある。好ましくは、そのような部分は、約1100〜約2300ダルトン、より好ましくは約1400〜約1600ダルトンの範囲のBAMWを有する。R部分は、0から約100重量%までのEO、好ましくは0〜40%のEOの範囲にある。好ましくは、これらの部分は、存在する場合、約300〜約750ダルトンの範囲のBAMWを有する。
【0024】
また、各基からの1以上の異なるポリエーテルが存在してもよい。例えば、コポリマーは、(a)分子量及び/又はEO含量において異なる2つのRタイプのポリエーテル、ならびに(b)Rタイプのポリエーテルを含んでもよい。加えて、ポリエーテル骨格においてブチレンオキサイドをプロピレンオキサイドに置換してもよい。
【0025】
ポリエーテル部分は、直鎖又は分岐鎖であってもよく、あらゆる数の炭素原子を含有してもよい。
【0026】
Zは、好ましくは−C(O)CH又はCHが好ましい。Bは、好ましくは、アリル誘導体(例えば、プロピル)又はメタリル誘導体(例えば、イソブチル)である。
【0027】
部分は、好ましくはC16〜C20の範囲の炭素原子を含有する。
【0028】
本発明の特に好ましい界面活性剤組成物は、60〜約80の範囲のx、5〜約20の範囲のy、5〜約15の範囲のa+c、及び約5〜10の範囲eを含む。
【0029】
CO不活性ガスにより発泡されたフォームにおける最適な性能発揮のため、コポリマーは、最適な値(例えば、約21,000ダルトン未満、≧75重量%EO含量である、0モルパーセントのR、R及びRポリアルキレンオキサイドポリエーテル分岐鎖を有する)まで低下された平均標的MWを有するのが好ましい。
【0030】
加えて、本発明の界面活性剤は、多くのポリウレタンフォーム用途における使用に対して一般的に大いに望まれている、高められた難燃特性を持つように処方されてもよい。改善されたFR性能発揮のため、界面活性剤は、好ましくは組成物が約10未満又は約10に等しいx/y比を持つように処方される。
【0031】
このタイプのコポリマーの調製は、公知の反応及び工程(例えば、本明細書中に参照により組み込まれる、米国特許番号第4,814,409及び5,145,879に開示される)を介して達成されてもよい。アルキル基は、末端不飽和を持つ分子の公知のヒドロシリル化反応(hydrosilylation reactions)を介するか、又は末端ヒドロキシルを持つ分子の公知の縮合反応を介して添加されてもよい。
ポリウレタンフォーム
【0032】
本発明の実施において採用される界面活性剤は、NOPを使用するウレタンフォームの調製において使用される。そのようなフォームは、従来法で生産されるか、又は米国特許番号第6,653,359において議論される、補足的に添加されたCO等の不活性ガスを使用する、溶存ガス技術を用いて発泡されるものであってもよい。与えられたフォームは、通常、少なくとも、(a)1分子あたり平均1以上のヒドロキシル基を含有する植物油由来ポリオールを包含するポリオール;(b)有機ポリイソシアネート;(c)ポリウレタンフォームの生産のための少なくとも1種の触媒;(d)水及び(e)本明細書中に定義される界面活性剤を含む。(e)以外のこれらの材料の全ては、従来使用され、且つ可撓性ポリウレタンフォームの生産用に従来技術において公知のものであってもよい。例えば、本明細書中に参照により組み込まれる、米国特許番号第4,814,409及び4,855,329を参照。これらの成分は、従来の比率及び可撓性ポリウレタンフォームの生産に関する当該技術分野において一般的に公知の量で使用されてもよい。
【0033】
ポリオールは、全ポリオール量の約1〜約100重量パーセントまでのNOPを有し、残部が従来の石油系ポリオールであるポリオールを包含する。一般に、最終フォームの物理特性は、使用される石油系ポリオールに比較されるNOP量が増加するにつれて低下する。低下の程度は、NOPの性質(例えば、それがアルコキシル化又はヒドロキシル化されているのかを包含する、その化学修飾の程度を含む)に依存するであろう。従って、可能である一方で、ほとんどのフォームは、100%NOPを含有するポリオールからは作製されないが、その代わりNOP及び石油系ポリオールの両方の混合物を含有するポリオールを用いて作製される。典型的には、従って、因子の数(最終フォームの意図される用途及びそれに対して必要とされる物理特性と同じく、NOPの性質及び化学的構造(makeup)を包含する)に基づいて、「環境にやさしい」フォームの製造業者は、約1〜約80重量のNOP含量を有するポリオールを、最も一般的には約10〜約40パーセントで使用してもよい。
【0034】
上記のように、本発明の界面活性剤を、従来の界面活性剤で観察されるものに匹敵する特性を有するフォームを生産するため、石油系ポリオール(NOPを含有しない)のみに基づく従来のフォームにおいて使用することができる。しかしながら、本発明の界面活性剤の主な利点は、石油系ポリオールの一部がNOPで置換される場合に得られる。そのような場合、本発明の界面活性剤の使用は、向上された多孔性、改善された圧縮永久歪み(compression set)、改善された引張強度、改善された伸張率、及び改善された引裂き強度を有するフォームを結果として生じる。
【0035】
ポリウレタンフォーム中に使用される有機ポリイソシアネートは、当該技術分野において公知の従来の材料であってもよい。それらは、少なくとも2つのイソシアネート基(例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)であって、フォームのTDIインデックスが典型的に60〜130である)を含有してもよい。
【0036】
触媒は、可撓性ポリウレタンフォームの生産に対して周知のものの1種であってもよく、例えば、トリエチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、又はこれらの混合物等のアミン、及びスズの有機誘導体、特にオクタエン酸又はラウリン酸のスズ化合物を包含する特定の金属触媒であってもよい。
【0037】
フォームに特異的な特性を付与するために他の添加剤をポリウレタンフォームに添加してもよく、着色剤、難燃剤、及びGEOLITE(登録商標)修飾剤フォーム添加剤(Momentive Performance Materials, Inc.より入手可能)を包含するが、これらに限定されない。
【0038】
溶存ガス技術(不活性ガス技術)がフォームを生産するために使用される場合、不活性ガスは、上昇する気圧においてフォーム処方中に可溶性であるが、溶媒から出る(即ち、大気圧において発泡する)ものである。そのようなガスの例は、COであるが、窒素、空気、又はメタン及びエタン等の炭化水素ガスを包含する他の一般的なガスも使用することができる。
【0039】
界面活性剤は上記タイプであるべきであり、総反応混合物の約0.05〜約5.0重量パーセント、好ましくは約0.8〜約2.0重量パーセントの量で存在してもよい。
【0040】
フォームは、材料を共に混合し、それらを公知の手法に従って反応させることによって製造される。不活性ガス技術を使用する場合、材料は混合され、高圧下(即ち、不活性ガスがフォーム混合物中に溶解するように、少なくとも大気圧よりも大きい気圧)におかれる。その後、この混合物を制御された気圧減少(これは、フォーム形成システム(foaming system)において核形成部位で気泡を形成するためのガスを生じ、従って発泡剤として作用する)に供する。工程及びそれに必要な器具のより完全な記載については、欧州特許公報第0645226、又はその同等物(例えば、米国特許番号第5,665,287)と同様に、米国特許番号第6,005,014、米国特許番号第6,147,133及び米国特許番号第6,326,413を参照。
【0041】
フォームセル構造は、典型的には均一で細かく、バルク泡安定性は、フォームが言及された界面活性剤組成物により調製されたフォームである場合、良好〜優れている。
【0042】
本明細書中に記載される界面活性剤は、可撓性スラブストックフォームにおいて使用され得る。本発明に従って生産されるポリウレタンフォームは、従来の可撓性スラブストックポリウレタンフォームと同様の分野において使用され得る。
【0043】
本発明の利点及び重要な特徴は、以下の実施例からより明白になるであろう。
【実施例】
【0044】
様々な可撓性ポリウレタンフォームが、0〜40%NOP(残部は従来の石油系ポリオール)を含有するポリオールにより製造された。比較例において、米国特許番号第6,653,359に記載されるものに基づき、従来技術の界面活性剤を使用した。実験例において、本発明による界面活性剤を使用した。
【0045】
これらの試料を、実験室において公知且つ従来法のフォーム形成手法に従って調製した。観察されたフォームの組成は、下表1に提示される。数値は、ポリオール100部あたりの割合を表す。
【0046】
下記実施例において使用されたシリコーン界面活性剤は、以下の通りである:
シリコーン界面活性剤Aは式MDD’Mを有し、式中、
Mは(CHSiO1/2
Dは−O1/2Si(CH1/2
D’は−O1/2Si(CH)R’O1/2
R’は、<75重量%のEO含量の分岐鎖を有する2種の異なるアセトキシキャップポリエーテルからなり、標的平均MW約17,400ダルトンを有する。R’ペンダントは、Si−C結合を介してシロキサン骨格に付加される。
シリコーン界面活性剤Bは、式MDD’D’’Mを有し、式中、
Mは(CHSiO1/2
Dは−O1/2Si(CH1/2
D’は−O1/2Si(CH)R’O1/2
D’’は−O1/2Si(CH)R’’O1/2
R’は、<75重量%のEO含有量の分岐鎖を有する2種の異なるアセトキシキャップポリエーテルからなり、R’’は、標的MW約19,100ダルトンを有するオクタデシルアルキルペンダントである。R’及びR’’ペンダントは、Si−C結合を介してシロキサン骨格に付加される。
【表1】

名目上、エチレンオキサイド含量8%、MW3000ダルトン、及びおよそ56OH数を有する三官能性石油系スラブストックグリセリン系ポリオール
名目上、MW1700ダルトン、及びおよそ56OH数を有する二官能性大豆油系ポリオール
上記に定義される
上記に定義される
N,N−ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル(ジプロピレングリコール中70%)
【0047】
結果として生じたフォームの物理特性を計測し、結果を表2に提示する。
【表2】

【0048】
以上のように、比較例及び本発明の実施例の両方において、フォーム中のNOP量が増加するにつれて物理特性が悪化した。しかしながら、従来技術の界面活性剤を用いたものに比して、本発明の界面活性剤を用いた試料においては物理特性の低下がより少ないことが明らかである。即ち、フォーム処方においてシリコーンB(本発明)を使用した場合、結果は、フォーム多孔性の増加と共に、改善されたIFD、圧縮永久歪み、引張強度、伸張率、及び引裂き強度を包含する、より良好なフォーム物理特性を示す。従って、本発明の界面活性剤の使用により、最終フォーム組成物において許容され得る物理特性を保持しつつ、ウレタンフォーム中のNOP量(即ち、「環境にやさしい」成分)を増加することができる。
【0049】
課題の新規な発想が上記実施態様の参照と共に記載され、構造及び開示された実施態様の構成部分間の構造的な相互関係について本明細書中で相当な重点が置かれる一方、他の実施態様を作製することができ、課題の新規な発想の原理から離れることなく、例証され記載された実施態様において多くの変更を行うことができると理解されるであろう。明らかに、前記詳細な説明を読み、理解することによって、修飾及び変更が他に対して生じるであろう。従って、前記記述的な事項は、限定ではなく、本発明の新規な発想の単なる例証として判断されることが明確に理解される。同様に、課題の新規な発想は、添付の特許請求の範囲及びそのあらゆる等価物の範囲内である限りにおいて、全てのそのような修飾及び変更を包含するものとして解釈されることが意図される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリウレタンフォームの製造方法であって、
A)以下を含む混合物を調製すること:
(1)植物油由来ポリオールを含むポリオール、
(2)有機ポリイソシアネート
(3)ポリウレタンフォームの製造のための少なくとも1種の触媒、
(4)水、及び
(5)下記式を有する界面活性剤:
R−Si(CHO−{Si(CHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−Si(CH−R
又は
−Si(CHO−{SiCHO}−[SiCH{O−(SiCHO)−Si(CH}O]−{SiCHO}−Si(CH−R
式中、
、R、及びRは下記式:
−B−C2nO−(CO)−(CO)−(CO)−Z、
のポリアルキレンオキサイドポリエーテルであり、且つ
式中、
が約3000〜約6000グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約800〜約2900グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約130〜約800グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約0〜約100重量%を含み;
がC〜C12置換又は非置換アルキル基、アルカリール基、又はアリール基であり;
がC14〜C30置換又は非置換アルキル又はアルカリール基であり;
Bがヒドロシリル化を経てSi−C結合を形成することが可能な部分であるか、又は縮合を経てSi−O−C結合を形成することが可能な部分であり;
Zは水素、C〜Cアルキル又はアルカリール部分、−C(O)Z、−C(O)OZ、及び-C(O)NHZからなる群より選択され;
式中Zは、単官能性C〜Cアルキル又はアリール部分を表し;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択され;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択されるが、少なくとも1つのRはRでなくてはならず;
xは40〜150であり;
yは5〜40であって、且つa+b+c+d+eに等しく
式中、b又はc(但し両方ではない)は0であってもよく、
d/(a+b+c+e)=0〜1であり、且つ
e>0、且つ
a+b>0;
m=10〜100;
n≦4;且つ
f、g、及びhはポリエーテルR、R、及びRの規定のBAMWを満たすようなあらゆる値を有するように独立して選択され得る;ならびに
B)混合物の成分1)〜5)を反応させてポリウレタンフォームを形成すること
を含む方法。
【請求項2】
前記ポリオールがさらにポリエーテルポリオールを含む、請求項1の方法。
【請求項3】
前記植物油由来ポリオールがヒドロキシル化植物油を含む、請求項1の方法。
【請求項4】
前記植物油由来ポリオールがアルコキシル化植物油を含む、請求項1の方法。
【請求項5】
前記ポリオールが約10〜約60重量%の前記植物油由来ポリオール、及び約40〜約90重量%のポリエーテルポリオールを含む、請求項2の方法。
【請求項6】
がC16〜C20置換又は非置換アルキル又はアルカリール基である、請求項1の方法。
【請求項7】
Zが−C(O)CH又はCHを含む、請求項1の方法。
【請求項8】
Bがアリル誘導体を含む、請求項1の方法。
【請求項9】
さらに、圧搾ガスによりポリウレタンフォームを発泡する工程を含む、請求項1の方法。
【請求項10】
以下の少なくとも1つが真実である、請求項1の方法:
a)60〜約80の範囲のx、
b)5〜約20の範囲のy、
c)5〜約15の範囲のa+c、又は
d)約5〜10の範囲のe。
【請求項11】
以下の少なくとも1つが真実である、請求項1の方法:
a)該R部分が約35〜約55重量%のEOの範囲にあり、3500ダルトンを超えるBAMWを有する;
b)該R部分が約35〜約55重量%のEOの範囲にあり、約1100〜約2300ダルトンの範囲のBAMWを有する;又は
c)該R部分が0から約100重量%までのEOの範囲にあり、約300〜約750ダルトンの範囲のBAMWを有する。
【請求項12】
以下の反応産物を含むポリウレタンフォーム:
(1)植物油由来ポリオールを含むポリオール、
(2)有機ポリイソシアネート
(3)ポリウレタンフォームの製造のための少なくとも1種の触媒、
(4)水、及び
(5)下記式を有する界面活性剤:
R−Si(CHO−{Si(CHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−{SiCHO−}−Si(CH−R
又は
−Si(CHO−{SiCHO}−[SiCH{O−(SiCHO)−Si(CH}O]−{SiCHO}−Si(CH−R
式中、
、R、及びRは下記式:
−B−C2nO−(CO)−(CO)−(CO)−Z、
のポリアルキレンオキサイドポリエーテルであり、
式中、
が約3000〜約6000グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約800〜約2900グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約20〜約60重量%を含み;
が約130〜約800グラム/モルの範囲のBAMWを有し、エチレンオキサイドがRのアルキレンオキサイド含量の約0〜約100重量%を含み;
がC〜C12置換又は非置換アルキル基、アルカリール基、又はアリール基であり;
がC14〜C30置換又は非置換アルキル又はアルカリール基であり;
Bがヒドロシリル化を経てSi−C結合を形成することが可能な部分であるか、又は縮合を経てSi−O−C結合を形成することが可能な部分であり;
Zは水素、C〜Cアルキル又はアルカリール部分、−C(O)Z、−C(O)OZ、及び-C(O)NHZからなる群より選択され;
式中Zは、単官能性C〜Cアルキル又はアリール部分を表し;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択され;
各RはR、R、R、R及びRからなる群より独立して選択されるが、少なくとも1つのRはRでなくてはならず;
xは40〜150であり;
yは5〜40であって、且つa+b+c+d+eに等しく
式中、b又はc(但し両方ではない)は0であってもよく、
d/(a+b+c+e)=0〜1であり、
e>0、且つ
a+b>0;
m=10〜100;
n≦4;且つ
f、g、及びhはポリエーテルR、R、及びRの規定のBAMWを満たすようにあらゆる値を有するように独立して選択され得る。
【請求項13】
前記ポリオールがさらにポリエーテルポリオールを含む、請求項12のフォーム。
【請求項14】
前記植物油由来ポリオールがヒドロキシル化植物油を含む、請求項12のフォーム。
【請求項15】
前記植物油由来ポリオールがアルコキシル化植物油を含む、請求項12のフォーム。
【請求項16】
前記ポリオールが約10〜約60重量%の前記植物油由来ポリオール、及び約40〜約90重量%の前記ポリエーテルポリオールを含む、請求項13のフォーム。
【請求項17】
がC16〜C20置換又は非置換アルキル又はアルカリール基である、請求項12のフォーム。
【請求項18】
Zが−C(O)CH又はCHを含む、請求項12のフォーム。
【請求項19】
Bがアリル誘導体を含む、請求項12のフォーム。
【請求項20】
以下の少なくとも1つが真実である、請求項12のフォーム:
a)該R部分が約35〜約55重量%のEOの範囲にあり、3500ダルトンを超えるBAMWを有する;
b)該R部分が約35〜約55重量%のEOの範囲にあり、約1100〜約2300ダルトンの範囲のBAMWを有する;又は
c)該R部分が0から約100重量%までのEOの範囲にあり、約300〜約750ダルトンの範囲のBAMWを有する。
【請求項21】
以下の少なくとも1つが真実である、請求項12のフォーム:
a)60〜約80の範囲のx、
b)5〜約20の範囲のy、
c)5〜約15の範囲のa+c、又は
d)約5〜10の範囲のe。


【公表番号】特表2012−526901(P2012−526901A)
【公表日】平成24年11月1日(2012.11.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−510895(P2012−510895)
【出願日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【国際出願番号】PCT/US2010/034196
【国際公開番号】WO2010/132336
【国際公開日】平成22年11月18日(2010.11.18)
【出願人】(506390498)モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク (85)
【Fターム(参考)】