(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
置換アルキレンオキシドが、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、2,3-ブチレンオキシドおよびスチレンオキシドから成る群から選択される、請求項1に記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の方法の第2工程における反応装置内へ導入される混合物中に含まれる置換アルキレンオキシドは、式(I)により表わされる化合物の群から選択される:
【0019】
【化1】
式中、
R1、R2、R3およびR4は、相互に独立して、水素、C
1-C
12-アルキル基および/またはフェニル基を示し、ただし、基R1〜R4のうちの少なくとも1種は水素でなく、および、C
1-C
12-アルキル基における1以上のメチレン基は、ヘテロ原子、例えば、酸素原子または硫黄原子などにより置換えられてもよい。
【0020】
ヒドロキシル官能価f(OH)は、低分子量スターター化合物あたりのヒドロキシル基の数である。低分子量スターター化合物の混合物(「スターター混合物」)の場合、算出された数平均官能価は、スターター混合物の重量単位あたりのヒドロキシル基の数を、スターター混合物の重量単位あたりのスターターのモル数で割って計算される、混合ヒドロキシル官能価f
n(OH)として表わされる。本発明の方法により調製されたポリエーテルポリオールは、2.2〜6.0の間、好ましくは2.4〜5.0の間、最も好ましくは2.5〜4.0の間の混合ヒドロキシル官能価を有する。
【0021】
最も好ましくは、本発明の方法の第1工程における反応装置内へ導入される混合物は、本発明による方法によって得ることができるポリエーテルポリオール(「ヒール」)とDMC触媒の混合物である。
【0022】
本発明の別の好ましい実施態様において、工程の第2段階は、1.0〜8.0のヒドロキシル官能価を有する少なくとも1つの低分子量スターター化合物、DMC触媒およびa)とb)の混合物が連続的に計量添加される、反応装置または反応装置系にて行われ、ならびに、段階(ii)から得られる混合物は、1以上の適当な時点で、反応装置または反応装置系から連続的に取り除かれる。
【0023】
驚くべきことに、本発明の方法により調製されるポリエーテルポリオールは、可撓性ポリウレタンフォームの製造に際立って適当であることが見出されている。
【0024】
したがって、本発明は、また、本発明によるポリエーテルポリオールとポリイソシアネートの反応により調製される可撓性ポリウレタンフォームを提供する。
【0025】
驚くべきことに、極めて優れた可撓性ポリウレタンフォームを製造するのに加工できる、狭い分子量分布を有し、透明で、均質および低粘度のポリウレタンポリオールが、本発明の方法により得られることが見出されている。驚くべきことに、本発明の方法の第2工程における反応装置内へ計量添加されるエポキシド混合物のように、同じエポキシド組成を有するポリエーテル鎖を備えるポリ(オキシアルキレン)ポリオールが、DMC触媒を含有する出発媒体として本発明の方法における第1工程に使用される場合、これらの有利な特性もまた、維持される。したがって、個別のインフラ基盤(例えば、貯蔵タンク)が出発媒体に関して必要ではないので、特に好ましくは、ポリエーテルポリオール生成物(「ヒール」)が出発媒体として採用される。このことは、方法における利益性に関する大きな利点である。
【0026】
本発明に係る可撓性フォームの製造に関して適当なポリイソシアネートは、以下のものを含む:脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族および複素環ポリイソシアネートであり、例えば、Justus Liebigs Annalen der Chemie 562(1949年) 75 に記載されているようなものである。このようなポリイソシアネートの例は、以下の式により表わされるものである:
【0027】
【化2】
式中、
nは、2〜4の整数、好ましくは2であり、および
Qは、2〜18個、好ましくは6〜10個のC原子を有する脂肪族炭化水素基、4〜15個、好ましくは5〜10個のC原子を有する脂環式炭化水素基、6〜15個、好ましくは6〜13個のC原子を有する芳香族炭化水素基、または8〜15個、好ましくは8〜13個のC原子を有する芳香脂肪族炭化水素基を表す。
【0028】
DE-OS2832253に記載されているようなポリイソシアネートが好ましい。特に好ましいものは、工業的に容易に入手できるこれらのポリイソシアネート、例えば2,4−及び2,6−トリレンジイソシアネート及びこれらの異性体の混合物(“TDI”)、アニリン-ホルムアルデヒド縮合とそれに続くホスゲン化により調製されるようなポリフェニル-ポリメチレン-ポリイソシアネート(“粗製MDI”)、並びにカルボジイミド基、ウレタン基、アロファネート基、イソシアヌレート基、尿素基又はビウレット基を含有するポリイソシアネート(“変性ポリイソシアネート”)であり、2,4 -及び/又は2,6 -トルエンジイソシアネートまたは4,4'-及び/又は2,4'-ジフェニルメタンジイソシアネートから誘導される変性ポリイソシアネートが特に好ましい。
【0029】
本発明の方法において使用されるポリエーテルポリオールは、1種以上の低分子量スターター化合物にエポキシドをDMC触媒重付加することにより製造される。
【0030】
本発明のポリエーテルポリオールを製造するのに適当なDMC触媒は既知である(例えば、US特許3404109、3829505,3941849および5158922参照)。好ましい触媒は、例えば、US特許5470813および6696383、EP-A0700949、EP-A0743093、EP-A0761708、WO-A97/40086、WO-A98/16310およびWO-A00/47649に記載されている、改良された高活性DMC触媒である。これらの高活性触媒は、極めて低い触媒濃度(50ppm以下)で、ポリエーテルポリオールを製造できる。代表例として、二重金属シアニド化合物、例えば、ヘキサシアノコバルト(III)酸亜鉛など、および有機錯体配位子、例えば、tert-ブタノールなどに加えて、EP-A0700949に記載された高活性DMC触媒は、500g/モルよりも大きい数平均分子量を有するポリエーテルポリオールを含有する。
【0031】
本発明の方法において使用される得る低分子量スターター化合物は、好ましくは、18〜1000g/モルの(数平均)分子量を有し、および1〜8個のツェレビチノフ活性水素原子を有する化合物である。N,OまたはSに結合した水素は、ツェレビチノフによって発見された方法によって、ヨウ化メチルマグネシウムとの反応によりメタンを与える場合、ツェレビチノフ活性水素(単に「活性水素」と称される場合もある)と称される。ツェレビチノフ活性水素を有する化合物の代表例は、官能基としてカルボキシル、ヒドロキシル、アミノ、イミノまたはチオール基を含有する化合物である。ヒドロキシル基を有するスターター化合物が、本発明の方法において好ましく使用される。適当なスターター化合物の例には、以下のものが含まれる:メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ビスフェノールA、トリメチロールプロパン、グリセロール、ひまし油、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロースおよび水である。特に好ましい低分子量スターター化合物は、1,2-プロピレングリコールおよびグリセロールである。低分子量スターター化合物は、原則として、単独でまたは混合物として本発明の方法において使用できる。ポリエーテルポリオールのヒドロキシル官能価f
n(OH)は、低分子量スターター化合物または2種以上の低分子量スターター化合物の混合物の官能価により決定されるので、3〜6の官能価、好ましくは3〜5、最も好ましくは3および4の官能価を有する低分子量スターター化合物が、単独で、またはスターター化合物との混合物として使用できる。1または2または7または8、好ましくは1または2または6〜8、最も好ましくは1または2または5〜8の官能価を有する低分子量スターター化合物が、上記低分子量スターター化合物との混合物として使用できる。
【0032】
本発明の方法に従いDMC触媒により得られるポリエーテルポリオールのOH価は、15〜120mgKOH/g、好ましくは20〜100mgKOH/gの間、最も好ましくは25〜60mgKOH/gである。
【0033】
好ましくは、DMC触媒により得られるポリエーテルポリオールは、少なくとも73wt%のエチレンオキシドと最大27wt%の1種以上の置換アルキレンオキシドから得られるエポキシド混合ブロックのみを含有する。好ましく使用される置換アルキレンオキシドは、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、2,3-ブチレンオキシドまたはスチレンオキシドである。プロピレンオキシドが最も好ましく使用される。
【0034】
エポキシド混合ブロックにおいて、エチレンオキシドと置換アルキレンオキシドの間の比は、混合ブロックの全長にわたり一定に保つことが出来る。しかしながら、混合ブロック内で該比率が変化することも可能である。例えば、ある用途においては、鎖末端に向かって、エチレンオキシドと置換アルキレンオキシドの混合比を増加させ、第1級ヒドロキシル末端基のより高い含有量を得ることが有利である。しかしながら、最終生成物のエポキシド混合ブロックは、その全体において、以下のものを含有することが有利である:
a)73〜80重量部、好ましくは74〜80重量部、最も好ましくは75〜80重量部(いずれの場合も、a+bの重量部の合計に基づき、a)およびb)の重量部の合計は、100重量部に等しい)の、エチレンオキシド、および
b)20〜27重量部、好ましくは20〜26重量部、最も好ましくは20〜25重量部(いずれの場合も、a+bの重量部の合計に基づき、a)およびb)の重量部の合計は、100重量部に等しい)の、少なくとも1種の置換アルキレンオキシド。
【0035】
驚くべきことに、ポリエーテル鎖において(a+bの100重量部あたり)80重量部よりも多いオキシエチレン基含有量を有する製品は、貯蔵する間に激しく混濁し、より長い期間に亘り、巨視的な相分離が生じる傾向が発見されている。したがって、ポリエーテル鎖中にオキシエチレン基単位が(a+bの100重量部あたり)80重量部よりも多く存在する場合、このことは不利である。
【0036】
可撓性ポリウレタンフォームの製造に使用される15〜120mgKOH/gのOH価を有する本発明のポリエーテルポリオールは、2.2〜6.0の(混合)ヒドロキシル官能価を有する低分子量スターター化合物と、エポキシド混合物が、DMC触媒を含有するポリ(オキシアルキレン)ポリオール出発媒体内へ連続的に計量添加される、DMC-触媒法により得ることができる。エチレンオキシドと1種以上の置換アルキレンオキシドのエポキシド混合物からなる組成物が選択され、最終生成物におけるポリエーテル鎖の総組成は、少なくとも73wt%のオキシエチレン単位と27wt%までの一種以上の更なるアルキレンオキシドを有し、好ましくは、オキシエチレン単位は80wt%よりも大きくない。
【0037】
好ましくは、可撓性ポリウレタンフォームの製造に使用される15〜120mgKOH/gのOH価を有する本発明のポリエーテルポリオールは、2.2〜6.00の(混合)ヒドロキシル官能価を有する低分子量スターター化合物、および少なくとも73wt%のエチレンオキシドと27wt%までの1種以上の置換アルキレンオキシドから成るエポキシド混合物は、DMC触媒を含有するエポキシド混合物として同じエポキシド組成を有するポリエーテル鎖を備えるポリ(オキシアルキレン)ポリオール出発媒体内へ連続的に計量添加される、DMC-触媒法により得ることができる。最も好ましくは、DMC触媒を含有するポリ(オキシアルキレン)ポリオール出発媒体は、本発明による最終生成物である。
【0038】
本発明のポリエーテルポリオールの調製に関する方法は、好ましくは、完全に連続するDMC触媒法により行われ、該方法において、1.0〜8.0のヒドロキシル官能価を有する少なくとも1種の低分子量スターター化合物、DMC触媒および、以下のものから成る混合物を、反応装置または反応装置系内へ連続的に計量添加する:
a)(a+bの100重量部あたり)73〜80重量部、好ましくは74〜80重量部、最も好ましくは75〜80重量部のエチレンオキシド、および
b)(a+bの100重量部あたり)20〜27重量部、好ましくは20〜26重量部、最も好ましくは20〜25重量部の少なくとも1種の置換アルキレンオキシド。
最終生成物は、1以上の適当な時点で反応装置または反応系から連続的に取り出される。
【0039】
高いEO含有量(>60wt%)を有するDMC触媒されたポリエーテルポリオールは一般的に層分離し、不均一な混合物を形成する傾向があるのだが、極めて驚くべきことに、少なくとも73wt%のエチレンオキシドと、27wt%までの1種以上の置換アルキレンオキシド(例えば、プロピレンオキシド)から成るエポキシド混合物を連続的に計量添加する完全に連続的なDMC触媒法は、極めて優れた方法で可撓性ポリウレタンフォームへと加工できる、狭い分子量分布を備え、透明で均質および低粘度のポリエーテルポリオールを製造する。
【0040】
DMC触媒されたアルコキシル化は、一般に、50〜200℃の温度、好ましくは80〜180℃の範囲、最も好ましくは100℃〜160℃の温度にて行われる。
【0041】
使用されるDMC触媒の濃度は、調製されるポリエーテルポリオールの量に基づき、一般に、5〜100ppm、好ましくは10〜75ppm、および最も好ましくは15〜50ppmである。極めて低い触媒濃度のために、ポリエーテルポリオールは、フォームの製品品質が悪影響を受けることなく、触媒を除去せずに可撓性ポリウレタンフォームの製造に使用できる。
【0042】
DMC触媒反応により調製される、正に記載されたポリエーテルポリオールに加えて、ヒドロキシル基(ポリオール)を含有する他の化合物を、本発明による可撓性ポリウレタンフォームを製造するためのポリオール配合物に含むことができる。これらのポリオールは本質的に既知であり、例えば、Gum, Riese & Ulrich (編): 「Reaction Polymers」, Hanser Verlag, ミュンヘン1992年,66-96頁およびG.Oertel (編):「Kunstosshandbuch, 第7巻、ポリウレタン」Hanser Verlag, ミュンヘン1993年、57-75頁に記載されている。適当なポリオールの例は、予め記載された参照文献中、およびUS特許3652639;4421872、および4310632に記載されている。
【0043】
本発明のポリエーテルポリオールに加えて、ポリウレタンフォームを製造するのに使用される、好ましいポリオールは、ポリエーテルポリオール(特にポリ(オキシアルキレン)ポリオールおよびポリエステルポリオールが既知である。更なるポリエーテルポリオールは、既知の方法により調製され、好ましくは、活性水素原子を含有する多官能性のスターター化合物、例えば、アルコールもしくはアミンなどに、エポキシドを塩基触媒またはDMC触媒重付加することにより調製される。適当なスターター化合物の例には、以下のものが含まれる:エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、ビスフェノールA、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース、分解デンプン、水、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、アニリン、ベンジルアミン、o-およびp-トルイジン、α,β-ナフチルアミン、アンモニア、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、1,4-ブチレンジアミン、1,2-、1,3-、1,4-、1,5-および/または1,6-ヘキサメチレンジアミン、o-、m-およびp-フェニレンジアミン、2,4-、および2,6-トルイレンジアミン、2,2'-、2,4-および4,4'-ジアミノジフェニルメタンおよびジエチレンジアミン。好ましいエポキシドは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドおよびこれらの混合物である。アルコキシル化によりポリエーテル鎖を築くことは、1種のモノマーエポキシドのみで行うことができるが、ランダムまたはブロック状の2種もしくは3種の異なるモノマーエポキシドを用いて行うこともできる。
【0044】
そのようなポリエーテルポリオールの製造方法は、"Kunststoffhandbuch, 第7巻, Polyurethanes"中、"Reaction Polymers"中、および例えば、US特許1922451、2674619、1922459、3190927、および3346557に記載されている。
【0045】
ポリエステルポリオールの製造方法も良く知られており、例えば、2つの上記引用文献("Kunststoffhandbuch, 第7巻, Polyurethanes"および"Reaction Polymers")中に記載されている。一般に、ポリエステルポリオールは、多官能性カルボン酸またはそれらの誘導体(例えば、酸塩化物または無水物)と多官能性ヒドロキシル化合物とを重縮合することにより製造される。
【0046】
多官能性カルボン酸として、例えば次のものを使用し得る:アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸またはマレイン酸。
【0047】
多官能性ヒドロキシル化合物として、以下のものを使用し得る:エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、ジ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、1,12-ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパンまたはグリセロール。
【0048】
さらに、ポリエステルポリオールの製造をラクトン(例えば、カプロラクトン)と出発物としてのジオールおよび/またはトリオールとの開環重合によっても行い得る。
【0049】
さらに、架橋成分を本発明に係る可撓性ポリウレタンフォームの製造に使用できる。適当な架橋剤の例には、以下のものが含まれる:ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、グリセロール、トリメチロールプロパン(TMP)、OH価<1000を有するそのような架橋化合物とエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドとの付加物、または数平均分子量≦1000を有するグリコールである。トリエタノールアミン、グリセロール、TMPまたはそれらの低分子量EOおよび/またはPO付加物が特に好ましい。
【0050】
既知の補助物質、添加剤および/または難燃剤も、本発明に係るポリウレタンフォームの製造において所望により使用できる。これに関して、補助物質は、特に、任意の既知の触媒および安定剤を意味すると理解される。例えば、メラミンを難燃剤として使用できる。
【0051】
ポリウレタン発泡反応混合物に所望により含まれ得る触媒は既知である。適当な触媒の例には、以下のものが含まれる:第3級アミン、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N-メチルモルホリン、N-エチルモルホリン、N,N,N',N'-テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミンおよび高級同族体(DE-A 2624527 および DE-A 2624528)、1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、N-メチル-N'-ジメチルアミノエチルピペラジン、ビス(ジメチルアミノアルキル)ピペラジン(DE-A2636787)、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N-ジエチルベンジルアミン、ビス(N,N-ジエチルアミノエチル)アジペート、N,N,N',N'-テトラメチル-1,3-ブタンジアミン、N,N-ジメチル-β-フェニルエチルアミン、1,2-ジメチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、単環および二環アミジン(DE-A 1720633)、ビス(ジアルキルアミノ)アルキルエーテル(US特許3330782、DE-A1030558、DE-A1804361およびDE-A2618280)並びにDE-A 2523633およびDE-A 2732292によるアミド基(好ましくはホルムアミド基)含有第3級アミン。
【0052】
他の適当な触媒は、第2級アミン(例えば、ジメチルアミン)、およびアルデヒド(好ましくはホルムアルデヒド)またはケトン(例えば、アセトン、メチルエチルケトンまたはシクロヘキサノン)およびフェノール類(例えば、フェノール、ノニルフェノールまたはビスフェノール)からの任意の既知のマンニッヒ塩基を含む。イソシアネート基に対して活性な水素原子を有し、触媒として使用し得る第3級アミンには、以下のものが含まれる:トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-エ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、これらとアルキレンオキシド(例えば、プロピレンオキシドおよび/またはエチレンオキシド)との反応生成物、およびDE-A 2732292による第2級-第3級アミン。
【0053】
他の適当な触媒は、炭素-ケイ素結合を有するシラアミンであり、例えばDE-A 1229290に記載されているようなものであり、例えば、2,2,4-トリメチル-2-シラモルホリンおよび1,3-ジエチルアミノメチルテトラメチルジシロキサンである。また、他の適当な触媒には以下のものが含まれる:窒素含有塩基(例えばテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド)、およびアルカリ金属水酸化物(例えば水酸化ナトリウム)、アルカリ金属フェノラート(例えばナトリウムフェノラート)、またはアルカリ金属アルコラート(例えばナトリウムメチラート)。ヘキサヒドロトリアジンも触媒として使用できる(DE-A 1769043)。
【0054】
NCO基とツェレウィチノフ活性水素原子との間の反応も、ラクタムおよびアザラクタムにより大幅に加速される。この場合、最初に、ラクタムと酸性水素含有化合物との間で会合を形成する。そのような会合およびそれらの触媒作用は、DE-A2062286、DE−A 2062289、DE-A 2117576、DE-A 2129198、DE-A 2330175およびDE-A2330211に記載されている。有機金属化合物、特に有機スズ化合物も触媒として使用できる。適当な有機スズ化合物は、硫黄含有化合物(例えば、ジ-n-オクチルスズメルカプチド(DE-A 1769367およびUS特許3645927))に加えて、好ましくはスズ(II)カルボン酸塩(例えば、スズ(II)アセテート、スズ(II)オクトエート、スズ(II)エチルヘキサノエートおよびスズ(II)ラウレート)およびスズ(IV)化合物(例えば、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズジクロリド、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またはジオクチルスズジアセテート)である。もちろん、任意の上記触媒は、混合状態で使用できる。これに関連して、有機金属化合物と、アミジン、アミノピリジンまたはヒドラジノピリジンとの組合せが特に興味深い(DE-A2434185、DE-A2601082およびDE-A2603834)。DE-A4218840に記載されているような、いわゆるポリマー触媒もまた、触媒として使用できる。これらの触媒は、アルカリ金属塩の形態で存在する、(数平均)分子量92〜1000を有する三官能性以上のアルコールと、環状カルボン酸無水物の反応生成物である。該反応性生成物は(統計平均で)少なくとも2個、好ましくは2〜5個のヒドロキシル基、および少なくとも0.5個、好ましくは1.0〜4個のカルボキシレート基(カルボキシレート基の対イオンはアルカリカチオンである)を有する。出発成分の「反応生成物」は、カルボキシレート基含有量から明らかなように、真の反応生成物と過剰量のアルコールとの混合物であることができる。
【0055】
該反応生成物を調製するのに適当な多価アルコールは、例えば、グリセロール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、ペンタエリスリトール、そのような多価アルコールの混合物、そのような多価アルコールのアルコキシル化生成物、または(数平均)分子量92〜1,000を有するそのような多価アルコールの混合物のアルコキシル化生成物であり、アルコキシル化において、プロピレンオキシドおよび/またはエチレンオキシドを、任意所望の配列または混合状態で使用するが、好ましくはプロピレンオキシドのみを使用する。反応生成物を調製するのに適当な環状カルボン酸無水物は、例えば、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水コハク酸、無水ピロメリト酸またはそのような無水物の任意混合物である。無水マレイン酸が特に好ましく使用される。使用される触媒のさらなる例および触媒の作用形式についての詳細は、Vieweg und Hoechtlen (編):Kunststoff-Handbuch, 第VII巻, Carl-Hanser-Verlag, ミュンヘン1966年, 第96〜102頁に記載されている。
【0056】
触媒は、イソシアネートに対して反応性である少なくとも2個の水素原子を有する化合物の総量に基づいて、約0.001〜10wt%の量で一般に使用される。
【0057】
所望により使用される別の添加剤は、界面活性添加剤、例えば、乳化剤および泡安定剤である。適当な乳化剤は、例えば、ヒマシ油スルホン酸ナトリウム塩または脂肪酸とアミンとの塩、例えば、オレイン酸ジエチルアミンまたはステアリン酸ジエタノールアミンである。スルホン酸のアルカリ金属またはアンモニウム塩(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸またはジナフチルメタンジスルホン酸の塩)、脂肪酸(例えばリシノール酸)のアルカリ金属またはアンモニウム塩、またはポリマー脂肪酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩も、界面活性添加剤として同時使用できる。
【0058】
使用され得る泡安定剤として、ポリエーテル-シロキサン、具体的には、水溶性のポリエーテル-シロキサンを含む。これらの化合物を、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドのコポリマーをポリジメチルシロキサン基に結合させるようにして、一般的に合成される。そのような泡安定剤は、例えば、US特許2834748、2917480および3629308に記載されている。DE-A2558523による、アロファネート基を介して分枝したポリシロキサン/ポリオキシアルキレンコポリマーが特に興味深い。
【0059】
別の可能な添加剤には、以下のものが含まれる:反応抑制剤(例えば、塩酸または有機酸のハロゲン化物のような酸性物質)、既知の整泡剤(例えば、パラフィン、脂肪アルコールまたはジメチルポリシロキサンなど)、既知の顔料または染料、および難燃剤(例えば、トリクロロエチルホスフェート、トリクレジルホスフェートまたはアンモニウムホスフェートおよびアンモニウムポリホスフェート)、および、経年劣化および風化の影響に対するさらなる安定剤、可塑剤、静真菌性作用および静菌性作用物質、さらにフィラー(例えば、硫酸バリウム、珪藻土、カーボンブラックまたは沈降チョーク)。
【0060】
本発明に従うポリウレタンの製造において所望により共に使用される界面活性添加剤および泡安定剤、並びに整泡剤、反応抑制剤、安定剤、難燃物質、可塑剤、染料およびフィラー、さらに静真菌性作用および静菌性作用物質のさらなる例、並びにこれら添加剤の使用および作用形式の詳細は、Vieweg und Hoechtlen (編):Kunststoff-Handbuch, 第VII巻, Carl-Hanser-Verlag, ミュンヘン1966年, 第103〜113頁に記載されている。
【0061】
本発明に係るポリウレタンを製造するのに所望により使用し得る発泡剤成分は、任意の既知の発泡剤を含む。適当な有機発泡剤には、以下のものが含まれる:アセトン、エチルアセテート、ハロゲン置換アルカン(例えば、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およびジクロロジフルオロメタン)、ブタン、イソブタン、n-ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタンまたはジエチルエーテル。適当な無機発泡剤は、空気、CO
2またはN
2Oである。発泡作用は、室温を超える温度で分解してガス(例えば窒素)を放出する化合物を添加することによっても達成でき、例えば、アゾ化合物、例えば、アゾジカルボキシアミドまたはアゾイソブチル酸ニトリルである。水素含有フルオロアルカン(HFC)および低級アルカン(例えば、ブタン、ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、ヘキサンおよびイソヘキサン)、所望により、相互に混合した状態でおよび/または水を添加したものが、特に好ましい発泡剤である。発泡剤のさらなる例および発泡剤の使用の詳細は、Vieweg and Hoechtlen (編):Kunststoff-Handbuch, 第VII巻, Carl-Hanser-Verlag, ミュンヘン1966年, 第108頁以降, 第453頁以降および第507頁以降に記載されている。しかしながら、水またはCO
2を単独発泡剤として使用することが最も好ましい。
【0062】
本発明に従うポリウレタンを製造するための方法において、反応成分を、既知の一段階法、プレポリマー法またはセミプレポリマー法により反応させることができる。US特許2764565に記載されているような機械装置が、ポリウレタン発泡工程において好ましく使用される。適当な別の処理装置の詳細は、Vieweg and Hoechtlen (編)Kunststoff-Handbuch, 第VII巻, Carl-Hanser-Verlag, ミュンヘン1966年, 第121〜205頁中に記載されている。
【0063】
本発明に従いフォームを製図する場合において、発泡を密閉金型内でも行うことができる。これに関連して、反応混合物は金型内に導入される。適当な金型は、金属(例えばアルミニウム)またはプラスチック(例えばエポキシ樹脂)製である。発泡性反応混合物は金型内で発泡し、成形品を形成する。成形フォームの製造は、フォームがその表面上にセル構造を有するような方法で行うことができる。しかしながら、フォームが圧縮スキンおよび多孔質コアを有するような方法で行うこともできる。発泡性の反応混合物は、形成されるフォームがちょうど金型を満たす量で金型内へ導入され得る。しかしながら、フォームで金型の内部を充填するのに必要な量よりも、より多くの発泡性の反応混合物を金型内へ導入してもよい。後者の場合、そのプロセスをいわゆる「過装填」条件下で行い、そのような手順は、例えばUS特許3178490および3182104に記載されている。
【0064】
既知の「外部離型剤」例えば例えばシリコーンオイルは、金型フォームの製造に関して共に使用される場合が多い。しかしながら、いわゆる「内部離型剤」も使用でき、外部離型剤と所望により混合でき、例えば、DE-OS2121670およびDE-OS2307589に記載されている。
【0065】
もちろん、フォームを、スラブストック(slabstock)発泡またはダブルコンベヤーベルト法により製造してもよい("Kunststoffhandbuch", 第VII巻, Carl Hanser Verlag, ミュンヘン, ウィーン, 第3版1993年, 第148頁参照)。
【0066】
フォームは、スラブストックフォーム製造に関する様々な方法または金型中で製造できる。スラブストックフォームの製造において、本発明の好ましい実施態様においては、本発明のポリエーテルポリオールに加えて、少なくとも50wt%、好ましくは少なくとも60wt%のプロピレンオキシド(PO)含有量を有するものが使用される。40mol%よりも多い、特に50mol%よりも多い第1級OH基の含有量を有するポリエーテルポリオールは、低温硬化成型フォームの製造において特に適当であることが証明される。
【実施例】
【0067】
方法
これらの例において製造されるポリオールに関するOH価は、DIN53240の規定のようにして測定した。
【0068】
粘度は、DIN53018の規定のようにして、回転粘度計(Physica MCR 51,製造社:Anton Paar)を用いて測定した。
【0069】
モル質量分布は、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用いて測定した。Agilent製の装置Agilent1100シリーズを使用した。
【0070】
分子量分布M
w/M
nに関する多分散性PD(ただし、M
wは重量平均分子量を表わし、およびM
nは数平均分子量を表わす)を定める。
【0071】
更なる詳細:
カラムの組合せ:1プレコラムPSS、5μl、8×50mm;2PPS SVD、5μl、100Å、8×300mm;2PSS SVD、5μl、1000Å、8×300mm、PSSはカラムの製造業者である(Polymer Standard Solutions, Mainz,ドイツ)
評価ソフトウエア:WIN GPC(PPS製)
溶媒:THF(Merck LiChrosolv)
流速:1ml/分
検出型:RI検出器(屈折率)、Shodex RI74
使用した校正基準:ポリスチレンに基づくPSS製の校正基準
【0072】
本発明により使用されるポリオール、および不連続法の変形例による比較ポリオールの調製例
【0073】
出発物:
アルキレンオキシド付加に関する触媒(DMC触媒):
US特許6696383、例10に従い調製された、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛、tert-ブタノール、および1000g/molの数平均分子量を有するポリプロピレングリコールを含有する二重金属シアニド触媒。
【0074】
IRGANOX
(登録商標)1076;
オクタデシル3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、チバSC,Lampertheim
【0075】
ポリオールA:
ポリオールAは、400mgKOH/gのOH価を有する三官能性ポリオールである。ポリオールAは、グリセロールにプロピレンオキシドをKOH触媒付加し、硫酸で中和処理し、および濾過により形成された塩を除去することにより得られる。濾過の後、500ppmのIRGANOX
(登録商標)1076および100ppmのリン酸をポリオールに添加した。
【0076】
ポリオールB:
555.5gのポリオールAと0.245gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、1332.7gのプロピレンオキシドおよび4122.0gのエチレンオキシドの混合物を、6.05時間に亘りオートクレーブ内へ計量添加した。アルキレンオキシドの計量添加を、0.13barの圧力下にて開始した。重合反応の開始は、2.1barに到達した最大圧力から出発し、加速圧力降下による計量添加の開始9分後に現れた。0.42時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および3.06gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は37.1mgKOH/gであり、25℃での粘度は1189mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、70/30であった。
【0077】
例1(比較):ポリオールA1-1
582.9gのポリオールAと、0.282gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、1389.2gのプロピレンオキシドおよび4329.2gのエチレンオキシドの混合物を、6.13時間に亘りオートクレーブ内へ計量添加した。アルキレンオキシドの計量添加を、0.14barの圧力下にて開始した。重合反応の開始は、1.4barに到達した最大圧力から出発し、加速圧力降下による計量添加の開始10分後に現れた。0.42時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および3.246gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.6mgKOH/gであり、25℃での粘度は1203mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、70/30であった。
【0078】
例2:ポリオールA1-4a
750.2gのポリオールBおよび0.164gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、8.5gのプロピレンオキシドと26.5gのエチレンオキシドの混合物を、オートクレーブ内へ計量添加した。これにより、DMC触媒を活性化させた。グリセロール(75ppmのリン酸を含有)の106.5g計量物を、3862.9gのエチレンオキシドと1241.3gのプロピレンオキシドから成る、エポキシド混合物の残部の連続計量物へ添加した。エポキシド混合物の計量添加を、6.0時間の間に行った。計量添加相の終端にて、グリセロールの計量添加を行うことなく、更に1300gのエポキシド混合物を計量添加することで、グリセロールの計量添加はエポキシド混合物の計量添加前に終了した。0.33時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および3.017gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.3mgKOH/gであり、25℃での粘度は1542mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、75/25であった。
【0079】
例3:ポリオールA1-4b
750.5gのポリオールA1-4aおよび0.164gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、8.5gのプロピレンオキシドと26.5gのエチレンオキシドの混合物を、オートクレーブ内へ計量添加した。これにより、DMC触媒を活性化させた。グリセロール(75ppmのリン酸を含有)の106.6g計量物を、3920.7gのエチレンオキシドと1258.9gのプロピレンオキシドから成る、エポキシド混合物の残部の連続計量物へ添加した。エポキシド混合物の計量添加を、5.98時間の間に行った。計量添加相の終端にて、グリセロールの計量添加を行うことなく、更に1300gのエポキシド混合物を計量添加することで、グリセロールの計量添加はエポキシド混合物の計量添加前に終了した。0.47時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および3.013gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.6mgKOH/gであり、25℃での粘度は1542mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、75.6/24.4であった。
【0080】
例4:(本発明に係る):ポリオールA1-4c
750.1gのポリオールA1-4bおよび0.162gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、8.5gのプロピレンオキシドと26.5gのエチレンオキシドの混合物を、オートクレーブ内へ計量添加した。これにより、DMC触媒を活性化させた。グリセロール(75ppmのリン酸を含有)の107.0計量物を、3936.4gのエチレンオキシドと1265.6gのプロピレンオキシドから成る、エポキシド混合物の残部の連続計量物へ添加した。エポキシド混合物の計量添加を、6.03時間の間に行った。計量添加相の終端にて、グリセロールの計量添加を行うことなく、更に1300gのエポキシド混合物を計量添加することで、グリセロールの計量添加はエポキシド混合物の計量添加前に終了した。0.33時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および、3.029gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.6mgKOH/gであり、25℃での粘度は1541mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、75.7/24.3であった。
【0081】
例5:(比較):ポリオールA1-2a
750.0gの(例3からの)ポリオールA1-4bおよび0.163gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、10.5gのプロピレンオキシドおよび24.5gのエチレンオキシドの混合物を、オートクレーブ内へ計量添加した。これにより、DMC触媒を活性化させた。グリセロール(75ppmのリン酸を含有)の106.4gの計量物を、3632.6gのエチレンオキシドと1556.8gのプロピレンオキシドから成る、エポキシド混合物の残部の連続計量物へ添加した。エポキシド混合物の計量添加を、6.05時間の間に行った。計量添加相の終端にて、グリセロールの計量添加を行うことなく、更に1300gのエポキシド混合物を計量添加することで、グリセロールの計量添加はエポキシド混合物の計量添加前に終了した。0.5時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および、3.014gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.5mgKOH/gであり、25℃での粘度は1463mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、70.7/29.3であった。
【0082】
例6:(比較):ポリオールA1-2b
751.0gの例5からのポリオールおよび0.163gのDMC触媒を、窒素雰囲気下、10lの実験用オートクレーブ内へ導入した。オートクレーブを閉じ、その内容物を、一分あたり50mlの窒素を通過させながら、真空下、450rpmの撹拌速度で、および0.5時間にわたり、130℃にてストリップした。次いで、10.5gのプロピレンオキシドおよび24.5gのエチレンオキシドの混合物を、オートクレーブ内へ計量添加した。これにより、DMC触媒を活性化させた。グリセロール(75ppmのリン酸を含有)の106.4gの計量物を、3594.0gのエチレンオキシドおよび1540.3gのプロピレンオキシドから成る、エポキシド混合物の残部の連続計量物へ添加した。エポキシド混合物の計量添加を、6.07時間の間に行った。計量添加相の終端にて、グリセロールの計量添加を行うことなく、更に1300gのエポキシド混合物を計量添加することで、グリセロールの計量添加はエポキシド混合物の計量添加前に終了した。0.5時間の後反応の後、混合物を、0.5時間、真空下、130℃にて十分に加熱し、その後、80℃まで冷却し、および3.037gのIRGANOX
(登録商標)1076を添加した。OH価は36.7mgKOH/gであり、25℃での粘度は1446mPasであった。最終生成物における、プロピレンオキシドに対するエチレンオキシドの比は、70.1/29.9であった。
【0083】
例7−14:(本発明に係る):連続法によるポリエーテルポリオールの調製
算出されたOH価=37mgKOH/gと、少なくとも73wt%のエチレンオキシド含有量を有するポリエーテルポリオールを、反応装置の下流に1リットルの螺旋管を備え、連続的に操作される2リットルの高級スチール反応器を用いて、DMC触媒反応(30ppm、最終生産物質量に基づく)により調製した。これに関連して、以下の製造組成と工程パラメーターを選択した。
スターター:グリセロール(f(OH)=3.0)またはグリセロール/プロピレングリコール混合物(重量比85/15、f
n(OH)=2.82)
DMC触媒を、グリセローロール、プロピレングリコール、ポリエーテルまたはこれらの成分の混合物中に分散させ、エポキシドと共に反応装置内へ連続的に供給した。触媒スラリーを、供給容器中で連続的に撹拌してもよく、または触媒スラリー供給ラインを、連続的に再循環させ触媒の沈殿を最小限にしてもよい。
エポキシド:75/25または77.5/22.5重量比でのEO/PO混合物
滞留時間(RT):2時間または3時間
反応温度:130℃または155℃
【0084】
スターター化合物または2種以上のスターター化合物の混合物は、スターターと称される。いずれの場合も、スターター化合物のヒドロキシル基の数に基づく、算出官能価は、f(OH)として規定される。スターター化合物の混合物の場合、混合物中に存在するスターター化合物のヒドロキシル基の数に基づき、算出数平均官能価f
n(OH)が規定される。
【0085】
連続法により調製されるポリエーテルポリオールの全ては、OH価、粘度、および多分散性(PD)(分子量分布M
w/M
n)の決定により特徴づけられる。
【0086】
製造組成、工程パラメーターおよび分析値を表1に記載する:
【0087】
【表1】
【0088】
例15-18:可撓性ポリウレタンフォームの製造
出発成分を、常套の加工方法を用い、1段階スラブストック発泡法で加工し、ポリウレタンフォームを製造した。表2は、イソシアネート指数を表わす(成分Aと関連して使用される成分Bの量を、この指数から決定する)。イソシアネート指数は、化学量論的、すなわち計算されたイソシアネート基(NCO)量に対する、実際に使用されるイソシアネート量の百分率比を表わす。
【0089】
イソシアネート指数=[(使用されるイソシアネートの量):(計算されたイソシアネート量)]×100 (I)
【0090】
かさ密度を、DIN EN ISO845に従い測定した。圧縮強度(CLD40%)を、40%の歪み、第4サイクルにて、DIN EN ISO2286-1-98に従い測定した。
【0091】
引張強さおよび破断伸びを、DIN EN ISO1798に従い測定した。
【0092】
圧縮永久歪み(CS90%)を、90%の歪みにて、DIN EN ISO1856-2000に従い測定した。
【0093】
成分A1:
A1-1 例1からのポリオール(比較)
A1-2b 例6からのポリオール(比較)
A1-3 37mgKOH/gのOH価を有する三官能性ポリエーテルポリオール(比較)。ポリエーテルポリオールA1-3は、アルキレンオキシドのKOH触媒付加、硫酸での中和による後処理、濾過により形成された塩を除去することによって調製される。ポリエーテルポリオールA1-3は、スターター化合物としてのグリセロールから調製され、27/73の重量比でのプロピレンオキシドとエチレンオキシドで長鎖化された。
【0094】
A1-4c 例4からのポリオール(本発明に係る)
【0095】
A1-5 48mgKOH/gのOH価を有するポリエーテルポリオール。ポリエーテルポリオールA1-5は、完全に連続したDMC-触媒されたアルキレンオキシド付加方法により調製された。ポリエーテルポリオールA1-5は、スターター化合物として83.4/16.5の重量比でのグリセロールとプロピレングリコールの混合物から調製され、その後、89.2/10.8の重量比でのプロピレンオキシドとエチレンオキシドの混合物を用いて長鎖化された。
【0096】
成分A2:水
成分A3:
A3-1 ジプロピレングリコール(30%)中のビス(ジメチルアミノ)ジエチルエーテル(70%)(Dabco
(登録商標)BL-11、Air Products、ハンブルグ、ドイツ)
A3-2 2-エチルヘキサン酸のスズ(II)塩(Addocat
(登録商標)SO、Rheinchemie、ドイツ)
A3-3 ジプロピレングリコール(67wt%)中の1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(33wt%)(Dabco
(登録商標)33LV、Air Products、ハンブルグ、ドイツ)
A3-4 ポリエーテル-シロキサン系フォーム安定剤Tegostab
(登録商標)BF2370(Evonik Goldschmidt GmbH,ドイツ)
【0097】
成分B:重量比80:20、および48wt%のNCO含有量を有する、2,4-および2,6-TDI混合物
【0098】
【表2】
【0099】
ポリウレタンフォームを製造する間に生じた不安定さに起因して、比較例15および16に関しては、物理的なデータを測定できなかった。
【0100】
表2において記載された結果は、例18に記載された本発明に従い製造されたフォームのみが、低い圧縮永久歪みから読み取ることができる、良好な長期間の使用特性を有することを示す。
【0101】
発明は、説明のために詳細に記載されているが、このような詳細は、単に説明することを目的とし、請求の範囲により限定されことを除き、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者によって変形例をもたらすことが出来るものと理解される。