(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-30
(45)【発行日】2024-08-07
(54)【発明の名称】ポリオール組成物と触媒のセット、発泡性ポリウレタン組成物、ポリウレタンフォーム及びポリウレタンフォームの製造方法
(51)【国際特許分類】
C08G 18/16 20060101AFI20240731BHJP
C08G 18/00 20060101ALI20240731BHJP
C08G 18/18 20060101ALI20240731BHJP
C08G 18/22 20060101ALI20240731BHJP
C08G 101/00 20060101ALN20240731BHJP
【FI】
C08G18/16
C08G18/00 H
C08G18/18
C08G18/22
C08G101:00
(21)【出願番号】P 2020190554
(22)【出願日】2020-11-16
【審査請求日】2023-08-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100207756
【氏名又は名称】田口 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100129746
【氏名又は名称】虎山 滋郎
(72)【発明者】
【氏名】梶田 倫生
【審査官】小森 勇
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-070708(JP,A)
【文献】特開2018-070707(JP,A)
【文献】国際公開第2020/122237(WO,A1)
【文献】特開2020-079427(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 18/00-18/87
C08G 101/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリイソシアネートと反応させて、吹付による現場発泡によって、ポリウレタンフォームを得るための、ポリオール組成物と触媒(A)を含むセットであって、
ポリオール組成物がポリオール及び発泡剤を含有し、該発泡剤がハイドロフルオロオレフィンを含有
し、
前記触媒(A)が三量化触媒及び樹脂化アミン触媒を含有する、
ポリオール組成物と触媒(A)を含むセット。
【請求項2】
前記三量化触媒が4級アンモニウム塩を含む請求項
1に記載のセット。
【請求項3】
前記触媒(A)がビスマス及び錫からなる群から選択される少なくとも1種を含む金属触媒を含有する請求項1
又は2に記載のセット。
【請求項4】
前記ポリオール組成物がさらに触媒(B)を含有し、該触媒(B)が金属系触媒を含む請求項1~
3のいずれか1項に記載のセット。
【請求項5】
前記触媒(A)が4級アンモニウム塩及びイミダゾール誘導体を含み、前記触媒(B)がビスマス及び錫からなる群から選択される少なくとも1種を含む金属触媒、及び金属系の三量化触媒を含む請求項
4に記載のセット。
【請求項6】
前記ポリオール組成物がさらにフィラーを含む請求項1~
5のいずれか1項に記載のセット。
【請求項7】
前記ハイドロフルオロオレフィンがトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンである請求項1~
6のいずれか1項に記載のセット。
【請求項8】
ポリイソシアネート組成物をさらに含む、請求項1~
7のいずれか1項に記載のセット。
【請求項9】
請求項
8に記載のセットにおけるポリオール組成物、触媒(A)、及びポリイソシアネート組成物を含む発泡性ポリウレタン組成物。
【請求項10】
イソシアネートインデックスが200以上である請求項
9に記載の発泡性ポリウレタン組成物。
【請求項11】
請求項
9又は
10に記載の発泡性ポリウレタン組成物を、反応かつ発泡させてなる、ポリウレタンフォーム。
【請求項12】
請求項
8に記載のセットにおけるポリオール組成物と触媒(A)を施工現場にて混合し、その後ポリイソシアネート組成物と反応かつ発泡させるポリウレタンフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリオール組成物と触媒のセット、発泡性ポリウレタン組成物、ポリウレタンフォーム及びポリウレタンフォームの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリウレタンフォームは、その優れた断熱性及び接着性から、例えば、マンション等の集合住宅、戸建住宅、学校の各種施設、商業ビル等の建築物の断熱材として用いられている。ポリウレタンフォームは、ポリオール組成物とポリイソシアネートとを混合して発泡させることで得られる。
発泡剤としては、種々のものが挙げられるが、地球温暖化及びオゾン層破壊などの環境問題のないハイドロフルオロオレフィン(以下「HFO」と記載することがある。)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
施工方法としては、施工現場において、ポリオール組成物とポリイソシアネートとを混合して、反応させ、発泡させて吹付けるなどの方法が取られる。したがって、ポリオール組成物及びポリイソシアネートは、別々にドラム等の容器に保管され、施工の直前に混合される(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2018-21199号公報
【文献】特開2016-145360号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のように、ポリオール組成物及びポリイソシアネートは、施工前はドラム等にそれぞれ保管されるが、ポリオール組成物中の触媒と発泡剤が反応し、触媒の活性を低下させるという問題があった。特に発泡剤としてHFOを用いる場合に触媒の活性低下が顕著になるという点が問題であった。
本発明は、上述の問題点に鑑み、ポリオール組成物中の触媒の活性低下を抑制し、良質のポリウレタンフォームが得られる手法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ポリオール組成物をポリオールと発泡剤を含む組成物とし、触媒を後から添加する方法によって、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の[1]~[14]を提供するものである。
【0007】
[1]ポリイソシアネートと反応させて、吹付による現場発泡によって、ポリウレタンフォームを得るための、ポリオール組成物と触媒(A)を含むセットであって、ポリオール組成物がポリオール及び発泡剤を含有し、該発泡剤がハイドロフルオロオレフィンを含有する、ポリオール組成物と触媒(A)を含むセット。
[2]前記触媒(A)が三量化触媒を含む上記[1]に記載のセット。
[3]前記三量化触媒が4級アンモニウム塩を含む上記[2]に記載のセット。
[4]前記触媒(A)がビスマス及び錫からなる群から選択される少なくとも1種を含む金属触媒を含有する上記[1]~[3]のいずれかに記載のセット。
[5]前記触媒(A)がイミダゾール誘導体を含む上記[1]~[4]のいずれかに記載のセット。
[6]前記ポリオール組成物がさらに触媒(B)を含有し、該触媒(B)が金属系触媒を含む上記[1]~[5]のいずれかに記載のセット。
[7]前記触媒(A)が4級アンモニウム塩及びイミダゾール誘導体を含み、前記触媒(B)がビスマス及び錫からなる群から選択される少なくとも1種を含む金属触媒、及び金属系の三量化触媒を含む上記[6]に記載のセット。
[8]前記ポリオール組成物がさらにフィラーを含む上記[1]~[7]のいずれかに記載のセット。
[9]前記ハイドロフルオロオレフィンがトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンである上記[1]~[8]のいずれかに記載のセット。
[10]さらにポリイソシアネート組成物を含む、上記[1]~[9]のいずれかに記載のセット。
[11]上記[10]に記載のセットにおけるポリオール組成物、触媒(A)、及びポリイソシアネート組成物を含む発泡性ポリウレタン組成物。
[12]イソシアネートインデックスが200以上である上記[11]に記載の発泡性ポリウレタン組成物。
[13]上記[11]又は[12]に記載の発泡性ポリウレタン組成物を、反応かつ発泡させてなる、ポリウレタンフォーム。
[14]上記[10]に記載のセットにおけるポリオール組成物と触媒(A)を施工現場にて混合し、その後ポリイソシアネート組成物と反応かつ発泡させるポリウレタンフォームの製造方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、触媒の活性低下を抑制し、良質のポリウレタンフォームが得られる手法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[ポリオール組成物と触媒(A)を含むセット]
本発明はポリオール組成物と触媒(A)をそれぞれ異なる容器に収容し、これらをセットとして提供するものである。該セットを施工現場に運び、該ポリオール組成物と触媒(A)を混合し、別途準備するポリイソシアネートと反応させて、吹き付けによる現場発泡を行うものである。
ここで触媒(A)は、施工現場において、ポリオール組成物に後から添加される触媒を指し、後から添加することを、本発明では「後添加」と記載する。一方、触媒の種類によっては、HFOとの反応性が低く、最初からポリオール組成物に添加しておいてもよい触媒がある。本発明では、最初からポリオール組成物に添加することを「先添加」と記載し、先添加される触媒を触媒(B)と記載する。
上述のような手法をとることによって、吹き付け発泡の直前まで、劣化を受けやすい触媒と発泡剤(HFO)が接触しないために、触媒の劣化が抑制できる。
【0010】
ポリオール組成物を収容するドラム等の容器におけるポリオール組成物の充填量は、後添加する触媒の容量を考慮して、充填可能量一杯に充填するのではなく、空間をあけておくとよい。後添加する触媒の質量としては、ポリオール組成物100質量部に対して、1~50質量部であることが好ましく、3~40質量部であることがより好ましく、5~30質量部であることがさらに好ましい。なお、ここでの質量は触媒が希釈されている場合には、希釈剤の質量も含めた質量を意味する。
したがって、触媒(A)における各触媒の濃度及び密度、希釈剤の密度等を考慮して、後添加する触媒の容量を事前に計算しておき、ポリオール組成物を収容する容器の空間の容積を決定するとよい。
一般的には、ポリオール組成物を収容するドラム等の容器に、ポリオール組成物を97容量%程度充填すればよく、より好ましくは95容量%以下、さらに好ましくは92容量%以下充填すればよく、また、例えば70容量%以上、好ましくは80容量%以上充填されればよい。ドラムとしては、例えば200リットルのクローズタイプのドラム缶、オープンタイプのドラム缶等がある。一方、触媒(A)を収容する容器としては、特に限定されないが、ポリオール組成物に比較して少量であるため、20リットルのオープンペール缶、18リットルの一斗缶、試薬びん等の小型容器でも構わない。
【0011】
<ポリオール組成物>
本発明のポリオール組成物は、ポリオール及びHFOを含む発泡剤を含有する。ポリオール組成物には、HFOによって失活する触媒を含まないことが好ましい。具体的には、アミン系の樹脂化触媒や四級アンモニウム塩等の三量化触媒は、ポリオール組成物には含まないことが好ましい。
一方、金属系触媒は、HFOによる影響を受けにくいため、ポリオール組成物に含まれていてもよい。なお、ここで金属系触媒とは、金属を含有する触媒を意味し、具体的には、金属を含有する樹脂化触媒及び金属を含有する三量化触媒等がこれに該当する。
ポリオール組成物に含めることが可能な触媒の含有量としては、ポリオール100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることがさらに好ましく、触媒を含まないことが特に好ましい。
【0012】
(ポリオール)
本発明に用いるポリオールとしては、例えば、ポリラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール、芳香族ポリオール、脂環族ポリオール、脂肪族ポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール、及びポリエーテルポリオール等が挙げられる。ポリオールは、通常、常温(23℃)、常圧(1気圧)で液体となる。
【0013】
ポリラクトンポリオールとしては、例えば、ポリプロピオラクトングリコール、ポリカプロラクトングリコール、及びポリバレロラクトングリコール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、及びノナンジオール等の水酸基含有化合物と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等との脱アルコール反応により得られるポリオール等が挙げられる。
【0014】
芳香族ポリオールとしては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラック、及びクレゾールノボラック等が挙げられる。
脂環族ポリオールとしては、例えば、シクロヘキサンジオール、メチルシクロヘキサンジオール、イソホロンジオール、ジシクロへキシルメタンジオール、及びジメチルジシクロへキシルメタンジオール等が挙げられる。
脂肪族ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、及びヘキサンジオール等のアルカンジオールが挙げられる。
【0015】
ポリエステルポリオールとしては、例えば、多塩基酸と多価アルコールとを脱水縮合して得られる重合体、及びヒドロキシカルボン酸と前記多価アルコール等との縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソフタル酸(m-フタル酸)、テレフタル酸(p-フタル酸)、及びコハク酸等が挙げられる。また、多価アルコールとしては、例えば、ビスフェノールA、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、ジエチレングリコール、1,6-ヘキサングリコール、及びネオペンチルグリコール等が挙げられる。
また、ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、ひまし油、ひまし油とエチレングリコールの反応生成物等が挙げられる。
【0016】
ポリマーポリオールとしては、例えば、芳香族ポリオール、脂環族ポリオール、脂肪族ポリオール、及びポリエステルポリオール等に対し、アクリロニトリル、スチレン、メチルアクリレート、及びメタクリレート等のエチレン性不飽和化合物をグラフト重合させた重合体、ポリブタジエンポリオール、又はこれらの水素添加物等が挙げられる。
【0017】
ポリエーテルポリオ-ルとしては、例えば、活性水素を2個以上有する低分子量活性水素化合物等の少なくとも1種の存在下に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等のアルキレンオキサイドの少なくとも1種を開環重合させて得られる重合体が挙げられる。活性水素を2個以上有する低分子量活性水素化合物としては、例えば、ビスフェノールA、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、1,6-ヘキサンジオ-ル等のジオール類、グリセリン、トリメチロールプロパン等のトリオール類、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン、ジペンタエリスリトール等、ショ糖、グルコース、マンノース、フルクト-ス、メチルグルコシド及びその誘導体等の四~八価のアルコール類、エチレンジアミン、及びブチレンジアミン等のアミン類等が挙げられる。
【0018】
本発明に使用するポリオールとしては、ポリエステルポリオール及びポリエー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種であることが好ましい。発泡性及び反応性の観点から、ポリエステルポリオールがより好ましい。また、水酸基を2個有するポリオールが好ましい。中でも、難燃性を高める観点から、芳香族環を有するポリエステルポリオールである芳香族ポリエステルポリオールが好ましい。芳香族ポリエステルポリオールとしては、イソフタル酸(m-フタル酸)、テレフタル酸(p-フタル酸)等の芳香族環を有する多塩基酸と、ビスフェノールA、エチレングリコール、及び1,2-プロピレングリコール等の2価アルコールとを脱水縮合して得られる芳香族系ポリエステルポリオールがより好ましい。芳香族系ポリエステルポリオールを使用することで難燃性が向上しやすくなる。
【0019】
ポリオールの水酸基価は、20~350mgKOH/gが好ましく、50~300mgKOH/gがより好ましく、100~250mgKOH/gがさらに好ましい。ポリオールの水酸基価が前記上限値以下であるとポリオール組成物の粘度が下がりやすく、取り扱い性等の観点で好ましい。一方、ポリオールの水酸基価が前記下限値以上であるとポリウレタンフォームの架橋密度が上がることにより強度が高くなる。
なお、ポリオールの水酸基価は、JIS K 1557-1:2007に従って測定可能である。
【0020】
本発明のポリオール組成物中のポリオールの含有量は、好ましくは15~80質量%、より好ましくは20~70質量%、更に好ましくは25~60質量%である。ポリオールの含有量が前記下限値以上であるとポリオールとポリイソシアネートとを反応させやすくなるため好ましい。一方、ポリオールの含有量が前記上限値以下であると、ポリオール組成物の粘度が高くなりすぎないため取扱い性の観点で好ましい。
【0021】
(発泡剤)
本発明に係る発泡剤は、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)を含有する。HFOは、発泡剤としての安定性が高く、環境負荷も低い発泡剤である。
【0022】
(HFO)
HFOとしては、炭素数が3~6個程度であるフルオロアルケン等を挙げることができる。また、HFOは塩素原子を有するハイドロクロロフルオロオレフィンであってもよく、したがって、炭素数が3~6個程度であるクロロフルオロアルケン等であってもよい。
HFOとしては、例えば、トリフルオロプロペン、HFO-1234等のテトラフルオロプロペン、HFO-1225等のペンタフルオロプロペン、クロロジフルオロプロペン、HFO-1233等のクロロトリフルオロプロペン、及びクロロテトラフルオロプロペン等が挙げられる。
より具体的には、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(E))、シス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(Z))、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、1,1,3,3-テトラフルオロプロペン、シス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(Z))、トランス-1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye(E))、シス-1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye(Z))、1,1,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225zc)、1,1,2,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225yc)、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO-1233zd(E))、1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロブト-2-エン(HFO-1336mzz)等が挙げられる。これらの中ではHFO-1233zd(E)が好ましい。
上記、HFOは一種を単独で、もしくは二種以上を組み合わせて使用することができる。
【0023】
ポリオール組成物中のHFOの含有量は、ポリオール100質量部に対して、20~80質量部が好ましく、30~70質量部がより好ましく、35~60質量部が更に好ましい。発泡剤の含有量が前記下限値以上であると発泡が促進され、発泡性が良好となり、得られるポリウレタンフォームの密度を低減することができる。一方、発泡剤の含有量が前記上限値以下であると発泡が過度に進行することを抑制することができる。
【0024】
本発明ではHFO以外の発泡剤を併用することもできる。HFO以外の発泡剤としては、例えば、水、有機系物理発泡剤、無機系物理発泡剤等が挙げられる。有機系物理発泡剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、及びシクロヘプタン等の低沸点の炭化水素、ジクロロエタン、プロピルクロリド、イソプロピルクロリド、ブチルクロリド、イソブチルクロリド、ペンチルクロリド、及びイソペンチルクロリド等の塩素化脂肪族炭化水素化合物、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系化合物が挙げられる。無機系物理発泡剤としては、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、及び二酸化炭素ガス等が挙げられる。これらの中でも、取扱い性の観点から、水、酸素ガス、及び二酸化炭素ガスが好ましく、イソシアネートインデックスを調整する観点、及び取扱い容易性の観点から水がより好ましい。
【0025】
HFO以外の発泡剤の含有量は、ポリオール100質量部に対して、0.01~25質量部が好ましく、0.1~20質量部がより好ましく、0.5~15質量部が更に好ましい。発泡剤の含有量が前記下限値以上であると発泡が促進され、得られるポリウレタンフォームの密度を低減することができる。一方、発泡剤の含有量が前記上限値以下であると発泡が過度に進行することを抑制することができる。
【0026】
(触媒)
本発明においては、上述したように、ポリオール組成物に後添加される触媒を触媒(A)と記載し、先添加される触媒を触媒(B)と記載する。触媒(A)には、HFOによって影響を受けやすく、活性低下を生じる触媒が含まれる。また、触媒(A)には、HFOによって影響を受けにくく、顕著な活性低下を起こさない触媒が含まれていてもよい。
一方、触媒(B)には、HFOによって影響を受けにくく、顕著な活性低下を起こさない触媒が含まれるが、触媒は全量、触媒(A)として後添加されることが好ましい。
なお、触媒(A)は少量の溶媒やポリオールによって適宜希釈されていてもよい。希釈することによって、取り扱い性が向上し、またポリオール組成物との混合が容易になる。なお、後添加される触媒(A)がポリオールによって希釈される場合には、各記載におけるポリオール100質量部には希釈剤のポリオールが含まれる。
以下、本発明に使用される触媒について、具体的に説明する。
【0027】
《金属触媒(樹脂化金属触媒)》
本発明に使用される樹脂化金属触媒は、HFOによって影響を受けにくい触媒であり、触媒(B)(先添加)として用いることができる。また、触媒(A)として、後添加することもでき、さらには、触媒(A)及び触媒(B)として、分けてポリオール組成物に投入することもできる。好適には、触媒(A)として、後添加のみとすることが好ましい。
このようにして使用される触媒としては、ビスマス及び錫からなる群から選択される少なくとも1種を含む金属触媒を含有することが好ましい。本発明では、上記金属触媒を含有することで、ポリオールとポリイソシアネートとの反応が促進される。また、後述するフィラーを一定量以上含有させるとポリウレタンフォームの反応性が阻害され発泡性が低下しやすいが、金属触媒を含有させることで、ポリウレタンフォームの発泡性を良好に維持しやすくなる。上記金属触媒は、発泡性などの観点から、ビスマスを含むことがより好ましい。
【0028】
上記の樹脂化金属触媒は、ビスマス及び錫から選択される金属塩が好ましく、ビスマス塩であることがより好ましい。金属塩は、有機酸金属塩であることが好ましく、より好ましくは炭素数5以上のカルボン酸の金属塩である。カルボン酸は、炭素数5以上であることで、発泡剤、特にハイドロフルオロオレフィンに対する安定性が良好となる。また、カルボン酸の炭素数は、触媒活性などの観点から、18以下が好ましく、12以下がより好ましい。カルボン酸は、脂肪族カルボン酸であることが好ましく、飽和脂肪族カルボン酸がより好ましい。カルボン酸は、直鎖であってもよいし、分岐構造を有してもよいが、分岐構造を有することが好ましい。
カルボン酸の具体例としては、オクチル酸、ラウリル酸、バーサチック酸、ペンタン酸及び酢酸等が挙げられ、これらのなかではオクチル酸が好ましい。すなわち、遷移金属塩は、オクチル酸の金属塩が好ましい。これらカルボン酸は、上記の通り直鎖状であってもよいが、分岐構造を有してもよい。なお、分岐構造を有するオクチル酸としては、2-エチルヘキサン酸が挙げられる。
カルボン酸の金属塩としては、カルボン酸のビスマス塩、カルボン酸の錫塩が好ましく、中でもオクチル酸のビスマス塩が好ましい。また、カルボン酸の金属塩は、アルキル金属のカルボン酸塩であってもよい。例えばカルボン酸錫塩はジアルキル錫カルボン酸塩等であってもよく、好ましくはジオクチル錫カルボン酸塩等である。
カルボン酸の金属塩の具体例としては、ビスマストリオクテート、ジオクチル錫バーサテート、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル酸錫等が挙げられ、好ましくはビスマストリオクテート、ジオクチル錫バーサテート、より好ましくはビスマストリオクテートである。
【0029】
上記金属触媒の添加量は、ポリオール100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましく、1~8質量部がより好ましく、1.5~6質量部が更に好ましく、2~5質量部がより更に好ましい。上記金属触媒の添加量が前記下限値以上であると、発泡性ポリウレタン組成物の硬化反応スピードを向上し、発泡性が良好となる。一方、上記金属触媒の添加量が前記上限値以下であると反応の制御がし易くなる。
なお、樹脂化金属触媒は、上述のように後添加される触媒(A)と先添加される触媒(B)に含有されることがあり、上記樹脂化金属触媒の添加量は、触媒(A)及び触媒(B)に含まれる樹脂化金属触媒の全量を意味する。
【0030】
《イミダゾール誘導体》
本発明のポリオール組成物に使用される触媒は、樹脂化アミン触媒を含有することが好ましく、樹脂化アミン触媒として、イミダゾール誘導体を含有することがより好ましい。
イミダゾール誘導体は、HFOによって影響を受けやすい触媒であり、触媒(B)として、ポリオール組成物に先添加することは好ましくない。したがって、触媒(A)として、後添加することが好ましい。
イミダゾール誘導体は、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させやすくする。したがって、ポリオール組成物は、上記した金属触媒に加えて、イミダゾール誘導体を添加することで、ポリオールとイソシアネートの反応性が高められ、発泡性がさらに良好となる。
イミダゾール誘導体は、好ましくは1位および2位がそれぞれ独立に炭素数8以下のアルキル基で置換されたイミダゾールであり、アルキル基は好ましくは炭素数6以下、より好ましくは炭素数4以下である。イミダゾール誘導体の好適な具体例は、下記一般式(1)で表される。
【0031】
【化1】
(一般式(1)中、R
1及びR
2は、それぞれ独立に炭素数1~8のアルキル基又は炭素数2~8のアルケニル基を表す。)
【0032】
一般式(1)におけるR1及びR2は、それぞれ独立に炭素数1~8のアルキル基又は炭素数2~8のアルケニル基を表す。アルキル基及びアルケニル基はそれぞれ直鎖状であってもよいし、分岐構造を有してもよい。
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基等が挙げられる。
アルケニル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、アリル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、へプテニル基、オクテニル基等が挙げられる。
R1及びR2のアルキル基又はアルケニル基の炭素数が前記下限値以上であると、立体障害が大きくなりハイドロフルオロオレフィン等の発泡剤の影響を受けにくくなるため好ましい。一方、R1及びR2のアルキル基の炭素数が前記上限値以下であると、極端に立体障害が大きくならないためポリオールとポリイソシアネートとの反応を速やかに進行させることが可能になり、発泡性も良好となる。
これらの観点から、R1及びR2はそれぞれ独立に炭素数1~6のアルキル基が好ましく、炭素数1~4のアルキル基がより好ましい。
【0033】
一般式(1)で表されるイミダゾール誘導体としては、1,2-ジメチルイミダゾール、1-エチル-2-メチルイミダゾール、1-メチル-2-エチルイミダゾール、1,2-ジエチルイミダゾール、及び1-イソブチル-2-メチルイミダゾール等が挙げられ、中でも、ハイドロフルオロオレフィン存在下での触媒の活性を向上させる観点と反応を速やかに進行させる観点から、1,2-ジメチルイミダゾール、1-イソブチル-2-メチルイミダゾールが好ましい。
【0034】
イミダゾール誘導体の添加量は、ポリオール100質量部に対して、0.1~30質量部が好ましく、1~25質量部がより好ましく、2~20質量部がさらに好ましく、5~15質量部が特に好ましい。イミダゾール誘導体の含有量が前記下限値以上であるとウレタン結合の形成が生じやすくなり、反応が速やかに進行し、かつ発泡性が良好となる。一方、イミダゾール誘導体の含有量が前記上限値以下であると、反応速度が制御しやすくなるため好ましい。
【0035】
《三量化触媒》
本発明のポリオール組成物は、三量化触媒をさらに含有することが好ましい。三量化触媒は、ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基を反応させて三量化させ、イソシアヌレート環の生成を促進する触媒である。三量化触媒を含有することで未反応のイソシアネート基の反応を完了させ、良好な発泡体が得られるという優位点がある。三量化触媒としては、金属触媒及びアンモニウム塩等が挙げられる。
ここで、金属触媒はHFOによって影響を受けにくい触媒であり、触媒(B)として先添加することができる。また、触媒(A)として、後添加することもでき、さらには、触媒(A)及び触媒(B)として、分けてポリオール組成物に投入することもできるが、触媒(A)として、後添加のみとする態様が好ましい。
三量化触媒として使用される金属触媒(三量化金属触媒)としては、有機酸カリウムが挙げられ、好ましくは2-エチルヘキサン酸カリウム等のオクチル酸カリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、ブタン酸カリウム、安息香酸カリウム等の炭素数2~8のカルボン酸カリウムである。
【0036】
一方、アンモニウム塩は、HFOによって影響を受けやすい触媒であり、触媒(B)として、ポリオール組成物に先添加することは好ましくない。したがって、触媒(A)として、後添加するとよい。
アンモニウム塩としては、トリエチルアンモニウム塩、トリフェニルアンモニウム塩等の3級アンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラフェニルアンモニウム塩等の4級アンモニウム塩等を使用することができるが、これらのなかでは、4級アンモニウム塩が好ましい。アンモニウム塩は、例えばカルボン酸のアンモニウム塩である。アンモニウム塩におけるカルボン酸としては、例えば炭素数1~10、好ましくは炭素数2~8の飽和脂肪酸が挙げられる。飽和脂肪酸は、炭化水素基が直鎖であってもよいし、分岐を有してもよいが、分岐を有することが好ましい。カルボン酸の具体例としては、2-エチルヘキサン酸、2,2-ジメチルプロパン酸、酢酸、及びギ酸などが挙げられるが、これらの中では2,2-ジメチルプロパン酸、酢酸が好ましく、酢酸が特に好ましい。三量化触媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上併用する場合には、4級アンモニウム塩と金属触媒とを併用することが好ましい。
【0037】
三量化触媒の添加量は、先添加及び後添加の合計量として、ポリオール100質量部に対して、1~30質量部が好ましく、2~25質量部がより好ましく、3~20質量部が更に好ましく、4~15質量部がより更に好ましい。三量化触媒の含有量が前記下限値以上であると、樹脂化と三量化との活性に大きな差が生まれず、発泡が2段階になることを抑制でき、発泡性が良好となる。一方、三量化触媒の含有量が前記上限値以下であると、樹脂化反応が活性に進行することで、樹脂化反応熱によって三量化の活性を助けることができ発泡性が良好となり、良好な発泡体を形成することができる。
【0038】
(フィラー)
本発明のポリオール組成物は、フィラーを含有することが好ましい。フィラーは、ポリオール組成物において固体分として含まれるものであり、一般的にポリオール組成物において粒状、粉状として存在する成分である。本発明では、フィラーを含有させることで、得られるポリウレタンフォームの難燃性、機械特性等の各種物性を向上させやすくなる。
なお、ポリオール組成物は、フィラーを含有する場合、ポリイソシアネートと混合する前に、フィラーを分散させるために攪拌されることがあるが、本発明においては、後添加される発泡液剤を混ぜ合わせるための混合によって、フィラーを分散させてもよい。
【0039】
フィラーは、常温(23℃)、常圧(1気圧)において、固体であり、かつポリオール組成物において溶解しない成分であればよい。フィラーは、ポリウレタンフォームの吸水率を低減させる観点から、吸湿性及び潮解性を有さないものであることが好ましい。
フィラーとしては、具体的には常温(23℃)、常圧(1気圧)において固体である固体難燃剤を使用してもよい。固体難燃剤は、赤燐系難燃剤、リン酸塩含有難燃剤、臭素含有難燃剤、ホウ酸含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤、塩素含有難燃剤、及び金属水酸化物等から選択される少なくとも1種であることが好ましい。フィラーとして固体難燃剤を使用することで、ウレタンフォームの難燃性が向上する。固体難燃剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、フィラーとしては固体難燃剤以外の無機充填剤を使用してもよい。固体難燃剤以外の無機充填剤は、難燃性の観点から、固体難燃剤と併用することが好ましいが、フィラーとして、固体難燃剤以外の無機充填剤を単独で使用してもよい。もちろん、固体難燃剤を単独で使用してもよい。
【0040】
(固体難燃剤)
<<赤燐系難燃剤>>
フィラーとして使用される赤燐系難燃剤は、赤燐単体からなるものでもよいが、赤燐に樹脂、金属水酸化物、金属酸化物等を被膜したものでもよいし、赤燐に樹脂、金属水酸化物、金属酸化物等を混合したものでもよい。赤燐を被膜し、または赤燐と混合する樹脂は、特に限定されないがフェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、及びシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。被膜ないし混合する化合物としては、難燃性の観点から、金属水酸化物が好ましい。金属水酸化物は、後述するものを適宜選択して使用するとよい。
【0041】
<<リン酸塩含有難燃剤>>
リン酸塩含有難燃剤としては、例えば、各種リン酸と周期律表IA族~IVB族の金属、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、環中に窒素を含む複素環式化合物から選ばれる少なくとも1種の金属または化合物との塩からなるリン酸塩が挙げられる。なお、用語「各種リン酸」は、リン酸のみならず、亜リン酸、次亜リン酸等も含まれる概念である。
周期律表IA族~IVB族の金属としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム、バリウム、鉄(II)、鉄(III)、アルミニウム等が挙げられる。
脂肪族アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、ピペラジン等が挙げられる。芳香族アミンとしては、アニリン、o-トリイジン、2,4,6-トリメチルアニリン、アニシジン、3-(トリフルオロメチル)アニリン等が挙げられる。環中に窒素を含む複素環式化合物として、ピリジン、トリアジン、メラミン等が挙げられる。
【0042】
リン酸塩含有難燃剤の具体例としては、例えば、モノリン酸塩、ポリリン酸塩等が挙げられる。モノリン酸塩としては特に限定されないが、例えば、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素ニアンモニウム等のアンモニウム塩、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸一ナトリウム、亜リン酸二ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム等のナトリウム塩、リン酸一カリウム、リン酸二カリウム、リン酸三カリウム、亜リン酸一カリウム、亜リン酸二カリウム、次亜リン酸カリウム等のカリウム塩、リン酸一リチウム、リン酸二リチウム、リン酸三リチウム、亜リン酸一リチウム、亜リン酸二リチウム、次亜リン酸リチウム等のリチウム塩、リン酸二水素バリウム、リン酸水素バリウム、リン酸三バリウム、次亜リン酸バリウム等のバリウム塩、リン酸一水素マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸三マグネシウム、次亜リン酸マグネシウム等のマグネシウム塩、リン酸二水素カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸三カルシウム、次亜リン酸カルシウム等のカルシウム塩、リン酸亜鉛、亜リン酸亜鉛、次亜リン酸亜鉛等の亜鉛塩等が挙げられる。
ここで、ポリリン酸塩としては、特に限定されないが、例えば、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸ピペラジン、ポリリン酸メラミン、ポリリン酸アンモニウムアミド、ポリリン酸アルミニウム等が挙げられる。
リン酸塩含有難燃剤は、上記したものから1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0043】
<<臭素含有難燃剤>>
臭素含有難燃剤としては、分子構造中に臭素を含有し、常温(23℃)、常圧(1気圧)で固体である化合物であれば特に限定されないが、例えば、臭素化芳香環含有芳香族化合物等が挙げられる。
臭素化芳香環含有芳香族化合物としては、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモトルエン、ヘキサブロモビフェニル、デカブロモビフェニル、デカブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモジフェニルエーテル、ビス(ペンタブロモフェノキシ)エタン、エチレンビス(ペンタブロモフェニル)、エチレンビス(テトラブロモフタルイミド)、テトラブロモビスフェノールA等のモノマー系有機臭素化合物が挙げられる。
【0044】
また、臭素化芳香環含有芳香族化合物は、臭素化合物ポリマーであってもよい。具体的には、臭素化ビスフェノールAを原料として製造されたポリカーボネートオリゴマー、このポリカーボネートオリゴマーとビスフェノールAとの共重合物等の臭素化ポリカーボネート、臭素化ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応によって製造されるジエポキシ化合物等が挙げられる。さらには、臭素化フェノール類とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるモノエポキシ化合物等の臭素化エポキシ化合物、臭素化ポリフェニレンエーテルと臭素化ビスフェノールAと塩化シアヌールとの臭素化フェノールの縮合物、未架橋又は架橋臭素化ポリスチレン等が挙げられる。
また、ヘキサブロモシクロドデカン等の臭素化芳香環含有芳香族化合物以外の化合物であってもよい。
これら臭素含有難燃剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0045】
<<ホウ素含有難燃剤>>
本発明で使用するホウ素含有難燃剤としては、ホウ砂、酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸塩等が挙げられる。酸化ホウ素としては、例えば、三酸化二ホウ素、三酸化ホウ素、二酸化二ホウ素、三酸化四ホウ素、五酸化四ホウ素等が挙げられる。
ホウ酸塩としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、周期表第4族、第12族、第13族の元素およびアンモニウムのホウ酸塩等が挙げられる。具体的には、ホウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸セシウム等のホウ酸アルカリ金属塩、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸バリウム等のホウ酸アルカリ土類金属塩、ホウ酸ジルコニウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸アンモニウム等が挙げられる。
ホウ素含有難燃剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明に使用するホウ素含有難燃剤は、ホウ酸塩であることが好ましく、ホウ酸亜鉛がより好ましい。
【0046】
<<アンチモン含有難燃剤>>
アンチモン含有難燃剤としては、例えば、酸化アンチモン、アンチモン酸塩、ピロアンチモン酸塩等が挙げられる。酸化アンチモンとしては、例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等が挙げられる。アンチモン酸塩としては、例えば、アンチモン酸ナトリウム、アンチモン酸カリウム等が挙げられる。ピロアンチモン酸塩としては、例えば、ピロアンチモン酸ナトリウム、ピロアンチモン酸カリウム等が挙げられる。
アンチモン含有難燃剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 本発明に使用するアンチモン含有難燃剤は、酸化アンチモンであることが好ましい。
【0047】
<<塩素含有難燃剤>>
塩素含有難燃剤は、ポリウレタンフォームに通常用いられるものが挙げられ、例えば、ポリ塩化ナフタレン、クロレンド酸、「デクロランプラス」の商品名で販売されるドデカクロロドデカヒドロジメタノジベンゾシクロオクテン等が挙げられる。
【0048】
<<金属水酸化物>>
本発明に使用する金属水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化鉄、水酸化ニッケル、水酸化ジルコニウム、水酸化チタン、水酸化亜鉛、水酸化銅、水酸化バナジウム、水酸化スズ等が挙げられる。金属水酸化物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。金属水酸化物としては、水酸化アルミニウムが好ましい。
【0049】
(無機充填剤)
フィラーとしては、上記した難燃剤以外の無機充填剤を使用してもよい。そのような無機充填剤として、アルミナ、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化錫、フェライト類、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ドーソナイト、ハイドロタルサイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ケイ酸カルシウム、タルク、マイカ、モンモリロナイト、ベントナイト、活性白土、イモゴライト、セリサイト、ガラスビーズ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、各種金属粉、硫酸マグネシウム、チタン酸ジルコン酸鉛、硫化モリブデン、炭化ケイ素、各種磁性粉、フライアッシュ等を適宜使用できる。
また、無機充填剤として、針状フィラーを用いることもできる。
これら無機充填剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0050】
<<針状フィラー>>
針状フィラーとしては、例えば、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー、マグネシウム含有ウィスカー、珪素含有ウィスカー、ウォラストナイト、セピオライト、ゾノライト、エレスタダイト、ベーマイト、棒状ヒドロキシアパタイト、ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、金属繊維、スラグ繊維、石膏繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、硼素繊維、ステンレス繊維等が挙げられる。
これらの針状フィラーは、一種もしくは二種以上を使用することができる。
本発明に使用する針状フィラーのアスペクト比(長さ/直径)の範囲は、5~50の範囲であることが好ましく、10~40の範囲であればより好ましい。なお、当該アスペクト比は、走査型電子顕微鏡で針状フィラーを観察してその長さと幅を測定して求めることができる。
【0051】
ポリオール組成物におけるフィラーの含有量は、ポリオール100質量部に対して、例えば10質量部以上であることが好ましく、30質量部以上であることがより好ましく、40質量部以上であることがさらに好ましく、50質量部以上であることが特に好ましい。フィラーの含有量を上記下限値以上にすることで、難燃性などの各種性能をポリウレタンフォームに付与しやすくなる。また、フィラーの含有量は、ポリオール100質量部に対して、120質量部以下であることが好ましく、100質量部以下であることがより好ましく、100質量部以下であることがさらに好ましく、90質量部以下であることが特に好ましい。フィラーの含有量をこれら上限値以下とすることで、反応性が低下せずに、良好な発泡性を得やすくなる。
【0052】
(リン酸エステル)
本発明のポリオール組成物は、上記した固形難燃剤以外の難燃剤を含有してもよい。そのような難燃剤としては、常温(23℃)、常圧(1気圧)にて液体である難燃剤が挙げられ、具体的にはリン酸エステルが挙げられる。リン酸エステルを使用することで、ポリオール組成物の流動性を低下させることなく、ウレタンフォームの難燃性を向上させやすくなる。また、本発明においては、触媒を後添加して、ポリオール組成物と撹拌混合する際に、該液状難燃剤によって、粘度が低く抑えられ、混合が容易になるという利点もある。
【0053】
リン酸エステルとしては、モノリン酸エステル、縮合リン酸エステル等を使用できる。モノリン酸エステルとは、分子中にリン原子を1つ有するリン酸エステルである。モノリン酸エステルとしては、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリ(2-エチルヘキシル)ホスフェート等のトリアルキルホスフェート、トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート等のハロゲン含有リン酸エステル、トリブトキシエチルホスフェート等のトリアルコキシホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、トリス(イソプロピルフェニル)ホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、ジフェニル(2-エチルヘキシル)ホスフェート等の芳香環含有リン酸エステル、モノイソデシルホスフェート、ジイソデシルホスフェート等の酸性リン酸エステル等が挙げられる。
【0054】
縮合リン酸エステルとしては、例えば、トリアルキルポリホスフェート、レゾルシノールポリフェニルホスフェート、ビスフェノールAポリクレジルホスフェート、ビスフェノールAポリフェニルホスフェート等の芳香族縮合リン酸エステルが挙げられる。
縮合リン酸エステルの市販品としては、例えば、大八化学工業株式会社製の「CR-733S」、「CR-741」、「CR747」、ADEKA社製の「アデカスタブPFR」、「FP-600」等が挙げられる。
【0055】
リン酸エステルは、上記したものの中から1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリオール組成物の粘度を適切にしやすくする観点、及びポリウレタンフォームの難燃性を向上させる観点から、モノリン酸エステルが好ましく、トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート等のハロゲン含有リン酸エステルがより好ましい。
ポリオール組成物におけるリン酸エステルの含有量は、ポリオール100質量部に対して、5~100質量部が好ましく、12~90質量部がより好ましく、20~75質量部がさらに好ましく、30~60質量部がよりさらに好ましい。リン酸エステルの含有量が、この範囲内であると、難燃性が向上するとともに、ポリオール組成物の粘度を低下させ、混合性が良好となる。
【0056】
(整泡剤)
本発明のポリオール組成物は、整泡剤を含有してもよい。整泡剤を含有することでポリウレタンフォームの発泡性を良好にでき、例えば、スプレー噴霧においてポリイソシアネートと反応させる際、発泡を促進できる。
整泡剤としては、具体的には界面活性剤、より具体的には、非イオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤等を例示することができる。非イオン系界面活性剤の具体例としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン整泡剤、オルガノポリシロキサン等のシリコーン整泡剤等が挙げられる。本発明で使用する整泡剤は特に限定されないが、発泡性の観点からシリコーン整泡剤が好ましい。整泡剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して使用してもよい。
【0057】
本発明のポリオール組成物中の整泡剤の含有量は、ポリオール100質量部に対して、0.1~12質量部が好ましく、1~10質量部がより好ましく、2~8質量部が更に好ましい。整泡剤の含有量が前記下限値以上であるとポリオール組成物とポリイソシアネートとの混合物を発泡させやすくなるため均質なポリウレタンフォームを得ることが可能になる。また、整泡剤の含有量が前記上限値以下であると製造コストと得られる効果のバランスが最適になる。
【0058】
(その他成分)
ポリオール組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じて、フェノール系、アミン系、イオウ系等の酸化防止剤、熱安定剤、金属害防止剤(金属不活性化剤)、帯電防止剤、安定剤、架橋剤、滑剤、軟化剤、顔料、粘着付与樹脂等の添加剤、ポリブテン、石油樹脂等の粘着付与剤等から選択される1種以上を含むことができる。
【0059】
<ポリオール組成物の製造方法>
本発明のポリオール組成物の製造方法に特に制限はなく、例えば、各成分を20~40℃程度でホモディスパー等を用いて30秒~20分程度撹拌することにより製造することができる。
【0060】
[ポリオール組成物、触媒、及びポリイソシアネート組成物のセット]
本発明のポリオール組成物と触媒(A)を含むセットに、さらにポリイソシアネート組成物を含んでもよい。すなわち、ポリオール組成物、触媒(A)、及びポリイソシアネート組成物のセットである。
【0061】
[発泡性ポリウレタン組成物及びポリウレタンフォーム]
本発明の発泡性ポリウレタン組成物は、上記ポリオール組成物、触媒(A)、及びポリイソシアネート組成物がセットとして施工現場に運び込まれて、施工現場において、ポリオール組成物と触媒(A)が混合され、次いでポリイソシアネート組成物が混合されたものである。
また、本発明のポリウレタンフォームは、該発泡性ポリウレタン組成物を、反応及び発泡させた反応生成物である。
【0062】
<ポリイソシアネート組成物>
本発明におけるポリイソシアネート組成物を構成するポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、及び脂肪族ポリイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ジメチルジフェニルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、及びポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)等が挙げられる。
【0063】
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、及びジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
【0064】
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、メチレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。
【0065】
これらの中でも、使いやすさの観点、及び入手容易性の観点から、芳香族ポリイソシアネートが好ましく、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックMDI、又はこれらの混合物がより好ましい。ポリイソシアネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。したがって、ポリイソシアネート組成物は、1種単独のポリイソシアネートからなるものでもよい。
また、ポリイソシアネート組成物は、ポリイソシアネート組成物に一般的に配合される公知の添加剤等が適宜配合されていてもよい。
【0066】
なお、ポリオール組成物と触媒の混合液と、ポリオール組成物に混合されるポリイソシアネート組成物は、互いに体積が実質的に同じであることが好ましい。具体的には、ポリオール組成物に対する、ポリイソシアネート組成物の体積比は、0.8~1.2が好ましく、0.9~1.1がより好ましく、0.95~1.05がさらに好ましい。
【0067】
発泡性ポリウレタン組成物におけるフィラーの含有量は、ウレタン樹脂100質量部に対して、例えば4質量部以上であるが、6質量部以上であることが好ましく、8質量部以上であることがより好ましく、10質量部以上であることがさらに好ましい。発泡性ポリウレタン組成物におけるフィラーの含有量を上記下限値以上とすることで、ポリウレタンフォームにおけるフィラーの占める割合が十分となり、ポリウレタンフォームの吸水率を低減させることができ、加水分解を良好に抑制することができる。また、フィラーの含有量は、ウレタン樹脂100質量部に対して40質量部以下であることが好ましく、30質量部以下であることがより好ましく、25質量部以下であることがさらに好ましい。これら上限値以下とすることで良好な発泡性を有するポリウレタンフォームが得られやすくなる。なお、ウレタン樹脂とは、発泡性ポリウレタン組成物に配合されるポリオールとポリイソシアネートの合計量を意味する。
【0068】
<イソシアネートインデックス>
本発明の発泡性ポリウレタン組成物におけるイソシアネートインデックスに特に制限はないが、200以上が好ましい。イソシアネートインデックスが当該下限値以上であると、ポリオールに対するポリイソシアネートの量が過剰になりポリイソシアネートの三量化体によるイソシアヌレート結合が生成し易くなる結果、ポリウレタンフォームの難燃性が向上する。また、不燃性を付与することも可能になる。さらに、上記下限値以上とすると、上記した各種触媒を併用することも相俟って、イソシアヌレート結合を十分に有するポリウレタンフォーム、すなわち、難燃性と断熱性とを高い水準で兼ね備えるポリウレタンフォームを製造しやすい。これらの観点から、イソシアネートインデックスは、250以上がより好ましく、300以上がさらに好ましく、350以上がよりさらに好ましく、400以上が特に好ましい。
また、イソシアネートインデックスは、1,000以下が好ましく、800以下がより好ましく、600以下がさらに好ましい。イソシアネートインデックスが前記上限値以下であると、製造コストに十分見合った難燃性が得られる。
【0069】
なお、イソシアネートインデックスは、以下の方法により計算することができる。
イソシアネートインデックス
=ポリイソシアネートの当量数÷(ポリオールの当量数+水の当量数)×100
ここで、各当量数は以下のとおり計算することができる。
・ポリイソシアネートの当量数=ポリイソシアネートの使用量(g)×NCO含有量(質量%)/NCOの分子量(モル)×100
・ポリオールの当量数=OHV×ポリオールの使用量(g)÷KOHの分子量(ミリモル)
OHVはポリオールの水酸基価(mgKOH/g)である。
・水の当量数=水の使用量(g)/水の分子量(モル)×水のOH基の数
上記各式において、NCOの分子量は42(モル)、KOHの分子量は56,100(ミリモル)、水の分子量は18(モル)、水のOH基の数は2とする。
【0070】
[ポリウレタンフォームの製造方法]
本発明のポリウレタンフォームの製造方法は、ポリオール及び発泡剤を含有するポリオール組成物と触媒(A)を施工現場にて混合し、その後ポリイソシアネート組成物と反応かつ発泡させることを特徴とする。
なお、ポリオール組成物、触媒(A)及びポリイソシアネートについては、上述の通りである。
【0071】
<ポリオール組成物と触媒の混合>
本発明のポリウレタンフォームの製造方法は、ポリオール組成物と触媒(A)をそれぞれ異なる容器に収容し、施工現場に運搬した後に混合することが特徴である。したがって、吹き付け発泡の直前まで、触媒と発泡剤(HFO)が接触しないため、触媒の劣化が抑制できる。
ポリオール組成物と触媒(A)の混合は、ポリオール組成物が収容されたドラム等の容器に触媒(A)を投入することにより行われ、その後、ポリオール組成物と触媒(A)が均一に混ざるように撹拌がなされる。なお、この撹拌により、ポリオール組成物に含まれるフィラー、先添加されている触媒(B)等の配合物も分散されるとよい。
ここで後添加される触媒(A)は溶液または溶媒に分散された状態であることが好ましく、市販されている形態のものをそのまま使用することができる。触媒(A)が溶液または分散液であることで、ポリオール組成物との混合が容易になる。また、後添加される触媒が複数ある場合には、個別に投入してもよいし、事前に触媒を混合しておいて一括して投入してもよい。ポリオール組成物との混合性、及び取り扱い性の点からは、後添加する触媒(A)は事前に混合されていることが好ましい。
【0072】
ポリオール組成物及び触媒(A)の混合液(以下、「ポリオール混合液」と記載する。)の攪拌方法としては、ポリオール組成物と触媒(A)の混合が行えるものであり、フィラー等が該ポリオール混合液中に分散できる限り特に限定されない。攪拌機により行ってもよいし、容器を振とうさせることにより行ってもよいが、攪拌機を使用して行うことが好ましい。撹拌機は、攪拌翼を備えるものが好ましく、攪拌翼を該ポリオール混合液中に配置させ、かつ攪拌翼を回転させることでポリオール混合液を攪拌させるとよい。
攪拌機としては、より具体的には、軸部と、軸部に取り付けられた攪拌翼を備え、軸部を中心に回転させるものが挙げられ、このような撹拌機は、例えばドラムなどの容器の開口から容器内部に挿入することで攪拌翼をポリオール混合液中に配置させることができる。撹拌機としては、例えば市販のドラム用ミキサーを使用すればよい。
【0073】
<ポリウレタンフォームの製造>
ポリウレタンフォームの製造方法に特に制限はないが、ポリオール混合液を、発泡機などにおいて、ポリイソシアネート組成物と混合させ、得られた発泡性ポリウレタン組成物を反応かつ発泡させることで、ポリウレタンフォームを製造するとよい。発泡機としては、スプレーガンを有するスプレー装置等を用いるとよい。
ポリオール混合液は、発泡機に送液され、別の容器などから送液されたポリイソシアネート組成物と発泡機内部にて衝突混合させるとよい。そして、その混合液(発泡性ポリウレタン組成物)は、スプレーガンなどの吐出口から吐出させ、吐出された発泡性ポリウレタン組成物によりポリウレタンフォームを成形するとよい。
【0074】
本製造方法は、例えば、吹付用途に適用することができる。したがって、発泡機から吐出された混合液(発泡性ポリウレタン組成物)は、施工対象面に一定の吐出圧力で吹き付け、発泡させることにより、施工対象面上にポリウレタンフォームを成形するとよい。
また、本発明においては、ポリイソシアネートとポリオール混合液とを混合した後、金型、枠材等の容器へ注入して硬化させることによりポリウレタンフォームを得てもよい。
【0075】
<ポリウレタンフォームの用途>
本発明のポリウレタンフォームの用途は特に限定されないが難燃性及び断熱性に優れているため、建築物の壁、天井、屋根、床等の建築物に好適に用いることができ、壁、天井、屋根、床等を吹付対象面としてポリウレタンフォームを成形するとよい。また、建築物の構造材の間に生じる目地や穴を含め、建築物に生じる任意の開口部を埋める部材として好適に用いることもできる。
【実施例】
【0076】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
[使用材料]
<ポリオール組成物>
(ポリオール)
・p-フタル酸ポリエステルポリオール(川崎化成工業社製、製品名:マキシモールRLK-087、水酸基価=200mgKOH/g)
【0077】
(触媒)
・樹脂化アミン触媒、1-イソブチル-2-メチルイミダゾール(エボニック・ジャパン社製、製品名:DABCO(登録商標) NCIM)
・樹脂化金属触媒、ビスマストリオクテート(日東化成社製、製品名:ネオスタンU600)濃度55~58質量%
・樹脂化金属触媒、ジオクチル錫バーサテート(日東化成社製、製品名:ネオスタンU830)濃度約99質量%
・アンモニウム塩(三量化触媒)、酢酸テトラメチルアンモニウム塩(東ソー社製、製品名:TOYOCAT(登録商標)TRX)濃度60~70質量%
・金属触媒(三量化触媒)、2-エチルヘキサン酸カリウム(エアープロダクツ社製、製品名:DABCO(登録商標)K-15)濃度70~80質量%
【0078】
(発泡剤)
・ハイドロフルオロオレフィン(ハネウェルジャパン社製、製品名:ソルスティス-LBA、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン)
・水
【0079】
〔難燃剤〕
・トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート(大八化学社製、製品名:TMCPP)
【0080】
〔フィラー〕
・ウォラストナイト(SiO2・CaO)(キンセイマテック社製、製品名:SH-1250)
【0081】
<ポリイソシアネート>
・4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI)(万華化学ジャパン株式会社製、製品名:PM200)
【0082】
[評価方法]
以下の方法により、失活度を評価した。なお、表1中では、触媒の後添加「有」と記載した実施例1~7についての評価方法としては、下記の「後添加」に記載した方法で評価し、触媒の後添加「無」と記載した比較例1~3では、下記の「先添加」に記載した方法により評価した。
【0083】
(後添加)
(a)ポリオール組成物に触媒(A)を添加し(後添加)、均一分散するように撹拌した後、ポリイソシアネートと下記の条件にて、吹付機により基材(石膏ボード)にウレタンフォーム厚みが1mm以下になるように、飛散させるように吹き付け、吹き付け後の表面硬化時間(タックフリータイム)を測定した。該表面硬化時間をt1とした。
(b)次に、ポリオール組成物及び触媒(A)をそれぞれ45℃で7日間保管した後、ポリオール組成物に触媒(A)を添加し(後添加)、均一分散するように撹拌した。その後、上記と同様にして、ポリイソシアネートと反応させて、吹き付け後の表面硬化時間(タックフリータイム)を測定した。該表面硬化時間をt2とした。
(c)t2-t1の時間により評価した。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
◎:t2-t1が4秒未満
〇:t2-t1が4秒~6秒
×:t2-t1が6秒を超える
<条件>
・吹付機:グラコ社製吹付装置H-25
・設定(ヒーター及び圧力設定)
イソシアネートヒーター:38℃
プレミクスヒーター(ポリオール混合液加温用):38℃
ホースヒーター(イソシアネート組成物及びポリオール混合液、混合前加温用):38℃
圧力:ミストが広域な円形になるよう適宜調整
・基材:石膏ボード(厚み12.5mm)
・基材温度:0℃±1℃
・環境温度:0℃±1℃
【0084】
(先添加)
(a)ポリオール組成物(触媒(B)を先添加)を撹拌して、触媒及びフィラーが均一分散するように撹拌した後、ポリイソシアネートと上記の条件にて、吹付機により基材(石膏ボード)にウレタンフォーム厚みが1mm以下になるように、飛散させるように吹き付け、吹き付け後の表面硬化時間(タックフリータイム)を測定した。該表面硬化時間をt1とした。
(b)次に、ポリオール組成物(触媒(B)を先添加)を45℃で7日間保管した。次いで、当該混合液内の触媒(B)及びフィラーが均一分散するように再撹拌した。その後、上記と同様にして、ポリイソシアネートと反応させて、吹き付け後の表面硬化時間(タックフリータイム)を測定した。該表面硬化時間をt2とした。
(c)t2-t1の時間を上記と同様に評価した。
【0085】
実施例1~7及び比較例1~3
表1に記載の配合にしたがって各成分を混合して、ポリオール組成物を作製し、ドラムに収容した。なお、実施例3~5では、金属系触媒の一部(触媒(B))を表1に示すように先添加した。次いで、表1に示す各触媒を事前に混合して、後添加用の触媒(A)を調製し、ペール缶に収容した。
これらポリオール組成物及び触媒(A)と、表1に示すポリイソシアネートにより、上記評価方法にて評価を行った。結果を表1に示す。
【0086】
【0087】
以上の実施例及び比較例の結果から明らかなように、触媒を全量後添加した実施例1、2、6及び7は、触媒の失活度が最も低く、極めて良好な評価結果となった。また、実施例3~5の結果から明らかなように、HFOの影響を受けにくい金属系の触媒を先添加しても、触媒の大きな失活は見られず、良好な結果を示すことがわかった。
一方、比較例1~3の結果から、触媒を全量先添加した場合には、触媒の失活度が大きいことがわかる。触媒を全量ポリオール組成物に添加した系(先添加)では、45℃、7日間の貯蔵によって触媒の活性が低下したことは明らかである。